Муфта с неметаллическими упругими элементами и центрирующей опорой

Муфта с неметаллическими упругими элементами и центрирующей опорой

Реферат

 

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и предназначено предпочтительно для передачи крутящего момента в силовых установках транспортных средств. Муфта содержит две полумуфты, выполненные с возможностью передачи крутящего момента от одной к другой через неметаллические упругие элементы, и центрирующую опору, выполненную с возможностью ограничения радиального смещения полумуфт относительно друг друга при их вращении. Новым является то, что первая из полумуфт содержит внутреннюю коническую поверхность, центрирующая опора содержит элемент с частью сферической поверхности, контактирующей с указанной конической поверхностью. Элемент с частью сферической поверхности закреплен неподвижно на несущем стержне, образующем пару трения скольжения со стенками цилиндрического отверстия, выполненного во второй полумуфте. Вторая полумуфта содержит пружину и выполнена с возможностью воздействия указанной пружиной на упомянутый элемент с частью сферической поверхности для обеспечения контакта сферической и конической поверхностей. Элемент с частью сферической поверхности выполнен с возможностью перемещения вдоль и вокруг оси вращения полумуфт. Предусмотрено использование центробежного поля для поддержания давления консистентной смазки в паре трения, образованной стенками полумуфты и элемента со сферической поверхностью. Техническим результатом является повышение ресурса центрирующей опоры за счет повышения площади контакта центрирующей опоры и исключения фретинг-коррозии. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройствам, в которых используются подвижные муфты с неметаллическими упругими элементами. Преимущественная область применения - передача крутящего момента в силовых установках транспортных средств.

Известна муфта с упругими брусками (Поляков В.С., Барбаш И.Д., Ряховский О.А. Справочник по муфтам/Под ред. В.С. Полякова. 2-е изд., испр. и доп. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1979. - С. 127-131), содержащая две полумуфты, выполненные с возможностью передачи крутящего момента от одной к другой через неметаллические упругие элементы - упругие бруски. В такой муфте центрирование полумуфт осуществляется за счет их опоры на эти бруски.

Недостатком данного технического решения при его использовании для передачи значительных моментов кручения является возможность поперечных колебаний массивных полумуфт из-за их дисбаланса.

Известна муфта с неметаллическими упругими элементами и центрирующей опорой (RU 2162420 C1, B 60 K 25/00), в которой передача крутящего момента осуществляется также через упругие бруски, а для ограничения радиального смещения полумуфт при вращении осуществляется их центрирование с помощью специальной опоры. Последняя выполнена в виде двух сменных втулок, одна из которых расположена в другой, имеющей форму полого цилиндрического стакана. Каждая из втулок закреплена на соответствующей полумуфте. Втулки установлены с возможностью перемещения относительно друг друга за счет наличия между ними зазора. Такое решение позволяет значительно ограничить амплитуду поперечных колебаний полумуфт, особенно при удлинении для этой цели указанных втулок. Однако подобное удлинение ограничивает угловое смещение относительно друг друга осей полумуфт. По этой причине внутренняя втулка выполняется с очень малой длиной (примерно 1 мм), то есть в виде узкого кольца.

Недостатком данной конструкции является то, что при наличии углового смещения осей полумуфт контакт внутренней втулки с охватывающей ее второй втулкой осуществляется в двух точках, поскольку поверхность охватывающей втулки в плоскости узкого кольца внутренней втулки образует поверхность с эллиптическим поперечным сечением (касание окружности с охватывающим ее эллипсом возможно только в двух точках). Монтаж полумуфт без их углового смещения не устраняет указанного недостатка, поскольку и в этом случае также имеет место точечное касание двух окружностей, одна из которых расположена внутри другой. Все это ускоряет износ указанных втулок из-за высоких контактных давлений в зоне касания и способствует возникновению фретинг-коррозии при поперечных колебаниях полумуфт. По причине износа предусмотрена периодическая замена обоих втулок в эксплуатации.

Целью изобретения является устранение указанного недостатка и увеличение ресурса центрирующей опоры.

Эта цель достигается тем, что в известной муфте, содержащей две полумуфты, выполненные с возможностью передачи крутящего момента от одной к другой через неметаллические упругие элементы, и центрирующую опору, выполненную с возможностью ограничения радиального смещения полумуфт относительно друг друга при их вращении, согласно изобретению первая из полумуфт содержит внутреннюю коническую поверхность, центрирующая опора содержит элемент с частью сферической поверхности, контактирующей с указанной конической поверхностью, элемент с частью сферической поверхности закреплен неподвижно на несущем стержне, образующем пару трения скольжения со стенками цилиндрического отверстия, выполненного во второй полумуфте, при этом вторая полумуфта содержит пружину и выполнена с возможностью воздействия указанной пружиной на упомянутый элемент с частью сферической поверхности для обеспечения контакта сферической и конической поверхностей.

Частным случаем реализации центрирующей опоры является выполнение элемента, содержащего часть сферической поверхности, с возможностью перемещения вдоль и вокруг оси вращения полумуфт, а первой полумуфты - с закрепленной неподвижно в ней втулкой, имеющей внутреннюю коническую поверхность.

Другим частным случаем предлагаемой конструкции является муфта, в которой элемент с частью сферической поверхности выполнен в виде фрагмента сферы, а выполненное во второй полумуфте цилиндрическое отверстие с одного торца выполнено закрытым, а с другого торца выполнено с возможностью по меньшей мере частичной герметизации зазора упомянутой пары трения скольжения относительно внешней среды.

Дополнительным улучшением, снижающим износ, является конструкция, в которой вторая полумуфта выполнена с возможностью заполнения смазкой зазора в паре трения скольжения, образованной стенками цилиндрического отверстия и несущим стержнем. Это достигается, например, таким исполнением муфты, в которой несущий стержень выполнен с внутренней полостью, имеющей по меньшей мере одно сквозное отверстие на торце, противоположном фрагменту сферы, и по меньшей мере одно сквозное отверстие на своей боковой поверхности, при этом вторая полумуфта выполнена с возможностью заполнения смазкой указанной внутренней полости. Уменьшению износа способствует также случай, когда и/или элемент с частью сферической поверхности, и/или стенки охватывающего стержень отверстия, и/или втулка с внутренней конической поверхностью имеют защитное от фретинг-коррозии покрытие либо выполнены из материала, стойкого к фретинг-коррозии.

Примером использования предлагаемого технического решения является муфта, в которой одна из полумуфт выполнена с обоймой, имеющей на внутренней поверхности радиальные лопатки, другая полумуфта выполнена с наружными радиальными лопатками, расположенными между лопатками обоймы, а неметаллические упругие элементы выполнены в виде упругих брусков, каждый из которых расположен между одной лопаткой обоймы, выполненной на одной полумуфте, и одной лопаткой другой полумуфты.

Изобретение иллюстрируется фиг.1-4.

На фиг.1 представлен привод вспомогательных механизмов тепловоза, на фиг.2 и 3 - общий вид возможного исполнения предлагаемой конструкции муфты, а на фиг.4 - разрез по А - А на фиг.2 и 3.

Привод вспомогательных механизмов (фиг.1) состоит из ведущего вала 1, соединенного одним концом с коленчатым валом дизеля 2, а вторым концом - с муфтой 3 для привода редуктора 4 и синхронного подвозбудителя 5, а также из ведомых валов 6, на которых закреплены муфты 7. Эти валы служат для передачи вращения от дизеля 2 к гидроприводу 8 вала 9 вентилятора холодильника тепловоза (не показано). Промежуточная опора 10 установлена для обеспечения прямолинейности линии валопровода. Изображенный вариант привода с использованием предлагаемой муфты является типичным для случая передачи больших моментов вращения, когда с полумуфтами соединены детали, имеющие значительную массу. Такие случаи делают значимым дисбаланс этих масс, вызывающий поперечные колебания полумуфт.

На фиг.2-4 показан возможный вариант конструкции предлагаемой муфты. Муфта 11 содержит полумуфты 12 (ведущая) и 13 (ведомая). Полумуфта 12 предает крутящий момент полумуфте 13 через неметаллические упругие элементы 14. Муфта 11 содержит также центрирующую опору 15, ограничивающую радиальное смещение полумуфт 12 и 13 относительно друг друга при вращении муфты 11. При этом полумуфта 12 содержит элемент 16 с частью сферической поверхности 17, а полумуфта 13 выполнена содержащей внутреннюю коническую поверхность 18. Абсолютно точное выполнение сферы и конуса в производственных условиях невозможно. Поэтому сферичность и конусность указанных поверхностей следует понимать с учетом производственных допусков на изготовление. Сфера и конус контактируют практически без зазора вне зависимости от углового положения осей сферической и конической поверхностей. Это способствует улучшению центрирования и уменьшению контактных давлений и износа указанной опоры.

Согласно фиг.3 коническая поверхность 18 образована втулкой 19, неподвижно закрепленной относительно полумуфты 13, а элемент 16 с частью сферической поверхности 17 выполнен с возможностью аксиального перемещения относительно полумуфты 12. Одновременно предусмотрена возможность поворота полумуфты 12 вокруг оси элемента 16. Этим исключается вращательное движение сферической поверхности 17 относительно оси вращения полумуфты 12 при крутильных колебаниях последней, что дополнительно уменьшает износ поверхности контакта сферы с конусом.

Воздействие на элемент 16 со стороны пружины 20 гарантирует наличие контакта в центрирующей опоре без регулировки положения элемента 16 относительно полумуфт 12 и 13 при монтаже. Пружина 20 обеспечивает также поджатие элемента 16 к полумуфте 13 во время вращения, при котором происходит непрерывное изменение углового положения осей элемента 16 и конической поверхности 18 из-за наличия угла между осями полумуфт 12 и 13.

Наиболее простое исполнение элемента 16 - это его выполнение в виде фрагмента 21 сферы, закрепленного неподвижно на несущем стержне 22. При этом полумуфта 12 может быть выполнена с цилиндрическим (с учетом производственных допусков на изготовление) отверстием 23, охватывающим стержень 22 и образующим с этим стержнем пару трения скольжения. Согласно фиг.2 и 3 один торец 24 отверстия 23 закрыт крышкой 25, а другой торец 26 выполнен с фаской, позволяющей установить уплотнительное тороидальное кольцо 27 для герметизации зазора 28 относительно внешней среды. Это исключает попадание загрязнений из внешней среды в указанный зазор и предотвращает утечку, например, консистентной смазки, которая может быть добавлена при сборке муфты в зазор 28 перед установкой крышки 25.

Наилучшие условия для использования указанной смазки создает выполнение стержня 22 с внутренней полостью 29, имеющей торцевое отверстие 30 и несколько отверстий 31 на боковой поверхности. Отверстие 30 обеспечивает заполнение полости 29 смазкой, а отверстия 31 - подвод смазки в зазор 28 между парами трения под действием центробежной силы во время вращения муфты. Такое использование центробежного поля для создания давления в смазывающей среде обеспечивает постоянное обновление ее пленки на поверхностях трения.

В целях уменьшения фретинг-коррозии элемент 16, стенки отверстия 23, поверхность 18 (как на полумуфте 13, так и на втулке 19) могут иметь защитное покрытие. Примером такого покрытия является гуммирование поверхностей трения или нанесения на них электролитического слоя меди, олова или кадмия. Другой способ уменьшить фретинг-коррозию - это использование материалов с различной твердостью. Хорошую сопротивляемость фретинг-коррозии оказывают пары типа сталь - полиамид или сталь - полихлорвинил. Так, например, фрагмент 21 со сферической поверхностью может быть выполнен из стали, а втулка 19 - из полиамида.

Предлагаемое техническое решение может быть использовано, например, для муфты, в которой полумуфта 12 выполнена с обоймой 32, имеющей на внутренней поверхности радиальные лопатки 33, а полумуфта 13 выполнена с наружными радиальными лопатками 34, расположенными между лопаток 33. Неметаллические упругие элементы 14 могут быть выполнены в виде упругих брусков, каждый из которых расположен между одной лопаткой обоймы 32 и одной лопаткой полумуфты 13. Кольцом 35 предотвращается выпадение этих брусков при работе муфты.

В ходе патентных исследований не были обнаружены аналогичные решения, обеспечивающие достижение указанного выше технического результата.

Формула изобретения

1. Муфта, содержащая две полумуфты, выполненные с возможностью передачи крутящего момента от одной к другой через неметаллические упругие элементы, и центрирующую опору, выполненную с возможностью ограничения радиального смещения полумуфт относительно друг друга при их вращении, отличающаяся тем, что первая из полумуфт содержит внутреннюю коническую поверхность, центрирующая опора содержит элемент с частью сферической поверхности, контактирующей с указанной конической поверхностью, элемент с частью сферической поверхности закреплен неподвижно на несущем стержне, образующем пару трения скольжения со стенками цилиндрического отверстия, выполненного во второй полумуфте, при этом вторая полумуфта содержит пружину и выполнена с возможностью воздействия указанной пружиной на упомянутый элемент с частью сферической поверхности для обеспечения контакта сферической и конической поверхностей.

2. Муфта по п.1, отличающаяся тем, что элемент с частью сферической поверхности выполнен с возможностью перемещения вдоль и вокруг оси вращения полумуфт, а первая полумуфта выполнена с закрепленной неподвижно на ней втулкой, имеющей внутреннюю коническую поверхность.

3. Муфта по п.2, отличающаяся тем, что элемент с частью сферической поверхности выполнен в виде фрагмента сферы, а выполненное во второй полумуфте цилиндрическое отверстие с одного торца выполнено закрытым, а с другого торца выполнено с возможностью по меньшей мере частичной герметизации зазора упомянутой пары трения скольжения относительно внешней среды.

4. Муфта по п.3, отличающаяся тем, что вторая полумуфта выполнена с возможностью заполнения смазкой зазора в паре трения скольжения, образованной стенками цилиндрического отверстия и несущим стержнем.

5. Муфта по п.4, отличающаяся тем, что несущий стержень выполнен с внутренней полостью, имеющей по меньшей мере одно сквозное отверстие на торце, противоположном фрагменту сферы, и по меньшей мере одно сквозное отверстие на своей боковой поверхности, при этом вторая полумуфта выполнена с возможностью заполнения смазкой указанной внутренней полости.

6. Муфта по любому из пп.3-5, отличающаяся тем, что и/или элемент с частью сферической поверхности, и/или стенки охватывающего стержень отверстия, и/или втулка с внутренней конической поверхностью имеют защитное от фретинг-коррозии покрытие либо выполнены из материала, стойкого к фретинг-коррозии.

7. Муфта по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что одна из полумуфт выполнена с обоймой, имеющей на внутренней поверхности радиальные лопатки, другая полумуфта выполнена с наружными радиальными лопатками, расположенными между лопатками обоймы, а неметаллические упругие элементы выполнены в виде упругих брусков, каждый из которых расположен между одной лопаткой обоймы, выполненной на одной полумуфте, и одной лопаткой другой полумуфты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4