Упругая предохранительная муфта

 

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для защиты узлов привода от перегрузок. Цель изобретения - повышение нагрузочной способности и крутильной жесткости. Муфта содержит полумуфту 1, охватывающую полумуфту 2, пакеты 4 упругих стержней, размещенные в полумуфте 1 посредством сухарей 5. Полумуфта 2 имеет двугранные упоры, контактирующие с консольным концом пакетов. При передаче моментов предельного значения пакеты 4 стержней теряют устойчивость, изгибаются и сходят с граней упоров. Полумуфты свободно прокручиваются одна относительно другой. Пакеты стержней при срабатывании не накапливают больших запасов энергии, крутильная жесткость повышена. 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. 80„„1523771 (50 4 F 16 0 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ фиа 7

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4313988/25-27 (22) 06. 10. 87 (46) 23.11.89. Вюл. и - 43 (71) Колпинское отделение Всесоюзного научно-исследовательского и проектно-конструкторского института металлургического машиностроения им.А.И.Целикова (72) M.Ю.Рудаков и А.Я.Усвят (53) 621.825.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 634032, кл. F 16 В 7/00, 1978.

Авторское свидетельство СССР

Р 1310535, кл. F 16 D 7/00, 1985.

2 (54) УПРУГАЯ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ МУФТА (57) Изобретение относится к машиностроению и предназначено для защиты узлов привода от перегрузЬк. Цель изобретения — повышение нагрузочной способности и крутильной жесткости.

Муфта содержит полумуфту 1, охватывающую полумуфту 2, пакеты 4 упругих стержней„ размещенные в полумуфте 1 посредством сухарей 5. Полумуфта 2 имеет двугранные упоры, контактирующие с консольнь(м концом пакетов.

При передаче моментов предельного

1523771

f P.L, R = 1 9 значения пакеты 4 стержней теряют устойчивость, изгибаются и сходят с граней упоров. Полумуфты свободно прокручиваются одна относительно друИзобретение относится к машиностроению и предназначено для защиты узлов привода от перегрузок.

Цель изобретения — повышение нагрузочной способности и крутильной жесткости.

На фиг.1 изображена муфта с местным разрезом, общий вид; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 — разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 — узел пакета стержней в момент потери пакетом устойчивости, разрез; на фиг.5 то же, в момент схода пакета с упора; на фиг.6 — то же, во время свободного хода муфты; на фиг.7 — расчетная схема пакета стержней в закритической области.

Упругая предохранительная муфта состоит из полумуфты 1 и полумуфты

2. Полумуфта 1 охватывает полумуфту

2 с зазорам и снабжена крышкой 3. В радиальном зазоре между полумуфтой 1 и полумуфтой 2 размещены пакеты 4 упругих стержней. Упругие стержни имеют вид прямоугольных пластин с выступами а со стороны шарнирно закрепляемого конца. Упругие стержни могут быть плоскими или изогнутыми в поперечном сечении, т.е. могут иметь желобчатую форму. В полумуфте 1 выполнены пазы с опорными поверхностями б, взаимодействующими с торцовыми поверхностями пакетов стержней.

В полумуфте 1 и в крышке 3 выполнены отверстия, в которых установлены сухари.5, имеющие угловые вырезы.

В эти вырезы входят выступы а стержней.

Таким образом осуществляется размещение пакетов 4 стержней в полумуфте 1, не препятствующее повороту стержней в опоре при изгибе, а также при свободном ходе. муфты.

Полумуфта 2 имеет упоры 6, выполненные двугранными, рабочая поверхность каждого из которых выполнена в виде внутреннего двугранного угла.

Грань в этого угла взаимодействует со свободной торцовой поверхностью гой. Пакеты стержней при срабатывании не накапливают больших запасов энергии, крутильная жесткость повышена. 7 ил.

10 пакета стержней, грань r — - с боковой поверхностью пакета в плоскости

его наименьшей жесткости. Длина этой грани меньше половины длины пакета.

Вне зависимости от точности изготовления стержни имеют некоторую начальную погибь, определяющую направление выпучивания при потере устойчивости.

Пакеты стержней установлены так, что20 бы выпучивание происходило в сторону грани F> т.е. стержни обращены начальным прогибом к этой грани, опираются консольным концом на нее. Гарантированное направление начального

25 прогиба может быть создано и усилием пружины, действующей на боковую поверхность пакета. В данной конструкции в полумуфте 1 установлены пружины .7, которые поджимают пакеты стерж3р ней к упорам 6 полумуфты 2 и создают гарантированное направление начального прогиба стержней. Предохранительная муфта соединяет валы 8 и

9 трансмиссии.

Муфта рабо-,àåò следующим образом.

При загрузке крутящим моментом на торцовые поверхности пакетов 4 упругих стержней действуют сжимающие усилия P (фиг.4). При достижении нагрузкой критического значения пакеты стержней теряют устойчивость и изгибаются.

Упругая линия изгиба при этом имеет несимметричную S-образную форму, 45 обусловленную действием силы трения на торцовой поверхности пакета со стороны грани в и реакции опоры R со стороны грани r. При дальнейшей деформации пакета в закритической области практически с постоянным усилием P реакция R достигает следующего значения (фиг.4 и 7):

1 где f — наибольшая величина коэффициента трения скольжения

1523771 (5) Отсюда

fdsin 0 L

Г L-d 1.

sin (- — )(() !

ЫЕ

L-d (6) ((Е ,(fd«cos

par.sin((„ )и) откуда

P = neo ) W/af, (7) между пакетами 4 стержней и поверхностью в упора 61

L — длина пакета (стержней);

d — длина грания г упора

У

Š— модуль упругости материала стержней, I — момент инерции сечения стержней; (Ч вЂ” коэффициент приведенной длины.

Соответствующее этой реакции R значение максимального прогиба пакета стержней Y „, е определяется следующими зависимостями: 15

f Z fdsin Z /М?., + г Ф е — --- — — -т---- -,— —— (2) L/d-1 sin((P -d pL)«J

+. ((Т. (raisin(lu -Й/РТ ) 1 20

Z = -arccos — — — — - — — ) (1-d/L) (3) где Š— координата по длине пакета, соответствующая е (фиг.?).

При этом S-образная форма изгиба 25 стержней переходит в С-образную и торцовые поверхности стержней сходят с опорной грани в, обеспечивая свободный ход муфты (фиг.5 и 6). Очевидно, что длина грани г (раэмер d) не 30 должна превышать половину длины пакета, поскольку в противном случае переход S-образной формы изгиба в

С-образную может произойти в сторону, противоположную грани r беэ хода с опорной грани в, и пакет стержней ока35 жется заклиненным.

Нагрузочная способность муфты определяется продольной устойчивостью пакета стержней. Величина критической силы при этом может быть весьма велика, поскольку для обеспечения свободного хода после срабатывания не требуется большой величины прогиба в закритической области.

Далее определяют на основании уравнений (2) и (3) значения е, необходимые для срабатывания муфты, которые сравнительно невелики. Действительно, даже полагая f=0,2...0,3, например, при d/L=0,3 в соответствии с (2) и (3) получают е=(0,011...0,16)Т, причем входящее в уравнения (2) и (3)

p=0,558.

При f=0,2...0,3 и d/L=0,1 соответственно e=(0,029...0,044)L, р =0,652.

Уравнения (2) и (3) получены из следующих соображений, Поперечный прогиб стержней в закритической области на участке ОА (фиг.7) составит

Y=Csin — + — —, 0= Z (L-d), (4)

Z« вЕ, ° а

PL р Т. где У вЂ” прогиб в точке перегиба стержней;

Z — координата по длине пакета стержней.

Постоянную С определяют из условйя равенства нулю прогиба в точке А (фиг.7):

-Csin — — 1- = АВ =fd. (L-й1((. рТ.

Максимальная величина У с,„ е отвечает координате Z, « pL /sin((y -dj(uL$7i$ (1-а /Ò.) 7( ((Е

+ — fdsin

L/d-1 sing(P -дай.) )

Сравним предлагаемую муфту и известную по нагрузочной способности, т.е. по предельному передаваемому моменту и по жесткости на начальном участке упругой характеристики, т.е. до достижения предельного передаваемого момента.

Наибольшие передаваемые муфтами моменты при одинаковых габаритах, числе пакетов стержней, материале и конфигурации, определяются очевидно небольшими допускаемыми усилиями на каждый из пакетов. Например, в. предлагаемой муфте это наибольшее значение P при наибольшем прогибе е

t (фиг.4) из условий прочности составит:

15237?1

h Ь з

I = ††-(«-8/Т) 2 « (14) (8) P n (GAL M/L. откуда согласно (5) 20

3Р Е ° bnh

С дК I. (9) ЭР< ЗЕп 1

= С

3Z> L (10) С b h L

С, 3I (1 2) 55 где n — число стержней в пакете; б) — допускаемое нормальное напряжение для стержней — момент сопротивления сече5 ния стержня изгибу в плоскости наименьшей жесткости, Аналогичное значение наибольшего усилия Р для муфт, у которых консольно закрепленные стержни длиной L .. подвержены поперечному изгибу, при прочих равных условиях составит:

Отсюда P/P L/df ) 5 ° .. 6, поскольку f «0,3...0,4, d(0,5L (фиг.4).

Крутильная жесткость предлагаемой муфты до достижения предельного момента постоянна и определяется продольной жесткостью С каждого пакета стержней на сжатие: где Š— модуль упругости материала,"

b,h — ширина и толщина поперечного сечения стержней.

Изгибная жесткость равного пакета консольно защепленных стержней, если пренебречь диссипативными силами, составит не более где Š— прогиб нагруженного силой

P конца защемленного пакета

I — момент инерции сечения стержня.

Согласно (9) и (10) Например, для прямоугольного сече50 ния стержней I bh /12 и в соответстз вии с (11) 4 — = 400...900, С

C, h даже при L/h=10...15, а при больших отношениях L/11 еще больше.

Для стержней же с желобчатым круговым поперечным сечением с достаточной точностью

3 z

I = — — (g+sinoL — -) (13)

h Ь . Bain ь /2

2« 3

Ф где ю6 — угол кругового сечения.

Даже наибольшее значение 1 для сечения в виде полукольца(о =«) составит л

С 2«L L — 35-- ° (15)

С, 3 (Y«-8/Г) Ь Ь

Следовательно, даже при L/Ь=1,5...2, С/С =80...140, и с ростом L/b С/С возрастает.

Таким образом, жесткость предлагаемой муфты по меньшей мере на два порядка выше жесткости известной муфты.

Поэтому пакеты стержней в изобретении не накапливают при срабатывании больших запасов энергии. Это позволяет расширить область применения муфты на машины с высокими скоростями, большими маховыми массами и крутящими моментами, а также на автоматические машины и агрегаты при отсутствии непрерывного контроля за их работой.

Иуфта может быть выполнена не толька односторонней (обгонной) но и двусторонней. Регулирование ее предельного момента срабатывания возможно и за счет изменения количества стержней в пакетах и за счет их поперечного сечения.

Технико-зкономический эффект от применения изобретения образуется за счет предотвращения аварий и простоев благодаря обеспечению возможности расширения области применения предлагаемой муфты на более мощные, высокоскоростные и автоматические машины и агрегаты.

Формула изобретения

Упругая предохранительная муфта, содержащая две полумуфты, на одной из которых консольно закреплены пакеты упругих стержней, а на другой полумуфте расположены упоры, контактирующие с боковыми поверхностями па1523771

Я-Я

Фиг. кетов стержней, о т л и ч а ю ш а— я с я тем, что, с целью повьш ения нагрузочной способности и крутильной жесткости, пакеты упругих стержней закреплены на полумуфте шарнирно, упоры выполнены двчгранными, одна грань которых расположена перпендикулярно направлению пакетов и контактирует с торцом каждого пакета, другая совпадает с направлением расположения пакета стержней, а ее длина меньше половины длины пакета.

1523771

У

Фиг. 7

Составитель N. Косьнинова

Редактор Е.Папп Техред Л.Сердокова Корректор А.Обручар

Заказ 7022/36 Тираж 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101