Предохранительная кулачковая муфта
Использование: для передачи крутящего момента ограниченной величины. Сущность изобретения: полумуфты (П) 2 и 5 размещены на валу 1 и снабжены фланцами с торцовыми кулачками, посредством которых осуществляется связь между П. Фланец 4 установлен на П 5 с возможностью вращения , П 2 имеет возможность осевого перемещения и поджата к фланцу 4 пружиной 9. Шарики 6 размещены в гнездах с наклонными рабочими поверхностями, которые выполнены на фланце 4 и нажимной втулке 7, которая установлена с возможностью осевого относительно П 5 перемещения и поджата в направлении фланца 4 и пружиной 10, При перегрузке происходит выход из зацепления друг с другом кулачков фланцев П 2 и 5, сопровождающийся синхронным поворотом П 2 и фланца А. что обеспечивает полному контакта между кулачками в течение процесса их разъединения, 2 лп.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистических
РЕСПУВЛИК (я) F 16 О 7/04
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОВРЕТЕйИЯМ И ОТКРЫТИЯМ пРи гкнт сссР (21) 4891236/27 (22} 17.12,90 (46) 15.08,92. Бюл, ¹ 30 (75) М.П,Шишкарев (53) 621;825.5 (О88.8} (56) Поляков B.C. и др, Муфты, конструкция и расчет, Л,: Машиностроение, 1973, с,273, рис,193, (54) ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ КУЛАЧКОВАЯ
МУФТА (57) Использование: для передачи крутящего момента ограниченной величины. Сущность изобретения: палумуфты (fl) 2 и 5 размещены на валу 1 и снабжены фланцами с торцовыми кулачками, посредством котоИзобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для передачи крутящих моментов ограниченной величины.
Известна предохранительная кулачковая муфта, содержащая две полумуфты. соединенные посредством торцовых кулачков трапецеидального профиля и поджатые одна к другой группой пружины, Муфта имеет невысокую нйгрузочную способность и значительный износ рабочих поверхностей кулачков при срабатывании.
Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому результату является предохранительная кулачковая муфта, содержащая две полумуфты, размещенные соосно и подпружиненные посредствам упругого элемента одна к другой, связанные посредством торцовых кулачков, выполненных на обращенных один к другому фланцах палумуфт, одна из палумуфт установлена подвижно à осе,, SU „, 1754967 А1
2 рых осуществляется связь между П. Фланец
4 установлен на П 5 с возможностью вращения, П 2 имеет вазможность осевого перемещения и поджата к фланцу 4 йружиной 9.
Шарики 6 размещены в гнездах с наклонными рабочими поверхностями, которые выполнены на фланце 4 и нажимной втулке 7, которая установлена с возможностью осевого относительно П 5 перемещения и поджата в направлении фланца 4 и пружиной
10, При перегрузке происходит выход из зацепления друг с другом кулачков фланцев
П 2 и 5, сопровождающийся синхронным поворотом П 2 и фланца 4, чта обеспечивает полному контакта между кулачками в течение процесса их разъединения, 2 йл. вом направлении, вторая - в окружном направлении.
Недостатком известной муфты является низкие. эксплуатационна-технологические . свойства вследствие сложнасти изготовления кулачков и невысокой нагрузочнай способности.
Цель изобретения — повышение эксплуатационно-технологических свойств муфты путем упрощения изготовления кулачков и повышения ее нагрузочной способности.
Поставленная цель достигается тем, что предохранительная кулачковая муфта, содержав,ая две соосно размещенные и подпружиненные посредством упругого злемента одна к другой палумуфты, связанные посредством торцовых кулачков, выполненных на обращенных один к другому фланцах полумуфт, одна из полумуфт установлена подвижно в осевом направлении, вторая — в окружном направлении, снабжена нажим1754967 ным узлом, установленным на подвижной в окру>к ом направлении полумуфте и содержащим подпружиненную посредством дополнительного упругого элемента в направлении второй полумуфты. располо- 5 женную со стороны нерабочей торцовой поверхности фланца первой полумуфты и установленную с возможностью осевого относительна полумуфты перемещения нажимную втулку и нажимные тела качения, 10 размещенные в гнездах с наклонными рабочими поверхностями, выполненных на фланце попумуфты и на>кимнай втулке, при этом фланец установлен с возможностью вращения относительно полумуфты, э осе- 15 вая жесткость дополнительного упругого
- элемента выбирается. из следующего соотношения
Z r ст9 (а —.р)(— - — — )
2 190 г2 гз 20
Z1 г> gg а ctg p (1 + — „", f ctg (с -р ) ) где Z — осевая жесткость основного упругага элемента;
r1,r>,г и гз — соответственно расстояние 25 от си муфты да кулачков попумуфт, радиус .посадочного отверстия подвижной в осевом направлении полумуфты, расстояние от аси муфты да нажимных тел качения и радиус посадочного отверстия нажимной втулки; 30 а,P,ð — соответственно угол профиля к оси кулачка, угол между рабочей поверхностью гнезда на>кимной втулки и осевой плоскостью муфты, проходящей через центр нажимнога тела качения, и угол тре- 35 ния между кулачками;
f — коэффициент трения в связи нажимной втулки и палумуфты.
На фиг.1 изображена предохранительная кулачкавая муфта, принципиальная схе- 40 ма; на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1.
Предохранительная кулачковая муфта содержит вал 1, нэ котором соосно размещены подвижная в осевом направлении относительно вала полумуфта 2, связанная с валом
1 посредством направляющей шпанки 3 и имеющая фланец, обращенный к фланцу 4, и подвижная s окружном направлении полумуфта 5. На фланцах выполнены торцевые кулачки трапецеидальнаго либо треугольно- 50 го профиля с плоскими рабочими поверхностями, посредством которых фланец полумуфты 2 связан с фланцем. 4. Последний установлен с возможностью вращения относительна полумуфты 5 и опирается 55 справа на ее буртик через упорный шэрикоподшипник.
Муфта снабжена.нажимным узлом, содержащим нажимные тела качения, выполненные в рассматриваемом примере в виде шариков 6, размещенных в гнездах с наклонными рабочими поверхностями (фиг,2), которые выполнены на фланце 4 и нажимной втулке 7, связанной с попумуфтай 5 посредством направляющей шпанки 8 и имеющей воэможность осевого относительно палумуфты 5 перемещения. Нажимная втулка 7 установлена со стороны нерабочего торца фланца 4, Попумуфта 2 подпружинена в направлении полумуфты 5 упругим элементом в виде пружины сжатия 9, и нажимная втулка 7 подпружинена в направлении полумуфты 2 дополнительным упругим элементом, выполненным также в виде пружины сжатия
10, Обе пружины установлены с предварительным сжатием, причем усилие предварительного сжатия пружины 10 равно па меньшей мере аналогичному усилию пружины 9, Усилия сжатия пру>кон 9 и 10 регулируются на соответствующую величину посредствам регулировочных элементов соответственно 11 и 12.
Муфта работает следующим образом.
Передача крутящего момента от вала 1 через шпанку 3, палумуфту 2 осуществляется посредством кулачков на флэнец 4 и далее через шарики 6, нажимную втулку 7 и шпанку 8 на попумуфту 5, В этом случае, когда ведущей является полумуфта 5, передача крутящего момента на вал 1 происходит и обратном порядке. При передаче крутящегр момента на кулачках флэнцев полумуфт возникает осевая сила, которая урэвнавешивается силами сжатия пружин 9 и 10. Параметры нажимного узла выбираются такими, чтобы при отсутствии перегрузки распарная сила на шариках 6 не превышала силу сжатия пружины 10 и силу трения на шпанке 8 и осевое положение нэжимной втулки 7 оставалось неизменным.
При наступлении перегрузки возрастает окружная сила на кулачках, э также окружная сила на шариках 6, чта приводит к перемещению вправо полумуфты 2, которое сопровождается сжатием пружины 9, и к перемещению влево нажимной втулки 7, сопровождающемуся сжатием пружины 10 и поворотом фланца 4 относительно полумуфты 5..
Следовательно, в процессе срабатывания муфты кулачки фланцев полумуфт, выходя из зацепления друг с другом, продолжают контактировать по плоской рабочей поверхности благодаря синхронному с палумуфтой 2 повороту фланца 4. Это позволяет снизить величину контактного давления на кулачках и повысить нагрузочну о
1754967 6 где гз — радиус посадочного отверстия нажимной втулки 7, Коэффициент трения на шпонке 8 принят равным. коэффициенту трения на шпонке 3, 5 Величина линейного перемещения по окружности фланца 4 в зоне его контакта с шариками 6 определится на основе решения пропорции — = —, откуда Х-1 —"
I Х Г2
r г2 r или, учитывая. что
1-htg а, X=h. — tga, . (6)
Г2
Г
Тогда прирост сйлы сжатия пружины 10 составит
ЬF>-ÕZtctgô=h Zttga ctgp . (7) где Z< — осевая жесткость пружины 10.
Уравнение равновесия нажимной втул20 ки 7 для момента выхода кулачков из зацепления друг с другом имеет вид
hFp Мтр AFAR, или, с учетом выражений (4), (5) и (7) Л Fо=(h, F- Ь F»)ctg(a -p), . (1) 25 где Л F=hZ- прирост силы сжатия пружины
9;. h — высота профиля кулачка; Z — осевая жесткость пружины 9; Л F>p — прирост силы трения на шпанке 3; а- угол профиля к оси 30 кулачка; р- угол трения между кулачками, Но
Л Ftp AFo o—. f, (2)
rt где г- расстояние от оси муфты до кулачков; 35
rt — радиус посадочного отверстия полумуфты 2; f — коэффициент трения на шпонке 3.
Подставив результат (2) в уравнение (1), получим
А Fî- Г 9 ., (3) . 1+ —" f ctg {а — р)
"1
Соответствующий прирост распорной силы на шариках 6 составит:
45 р à hZctg a—
О Ц Г2 0 Г
1 + — f ctg {а-р)
Г$ м — „ядр (4) 50 где г2- расстояние от оси муфты до шариков
6; Р- угол между рабочей поверхностью гнезда нажимной втулки 7 и осевой плоскость о муфты, проходящей через центр соот, ветствующего шарика 6.
Прирост силы трения на шпонке 8
h,, р-Ь F.— ", . (5)
ГЗ решал которое, получим: — tgô> Fto+ —.f
Т Т
Г2 гз (9) способность муфты, а также уменьшить износ рабочих поверхностей кулачков.
Для обеспечения условия контакта кулачков по плоскости их рабочих поверхно.стей в процессе срабатывания муфты необходимо, чтобы угол поворота фланца 4 относительно полумуфты 5 был равен углу поворота полумуфты 2 относительно полумуфты 5, соответствующему выходу кулачков из зацепления друг с другом, Отсюда следует, что угол поворота фланца 4 относительно полумуфты 5 должен иметь определенную величину, что накладывает соответствующее orðàèè÷åíèå и на величину осевого перемещения влево нажимной втулки 7.
Определение соотношения междупара-. метрами элементов муфты, обеспечивающего выполнение указанного условия, производится на основе следующих рассуждений.
Прирост окружной. силы на кулачках в момент выхода их из зацепления равен
9 (а ) Г2 Гз
rt
- Z> — tg actgф, Г
Z r ctg {а — р) {-9- — — )
Z1 г2 ГЗ
Г2 tg a ctg p j 1 + — f ctg (a p) )
rt
Полученное математическое выражение устанавливает соотношение между параметрами элементов муфты, выполнение которого обеспечивает контакт между кулачками по плоскости в процессе срабатывания независимо от осевого положения полумуфты 2 в период выхода кулачков иэ зацепления друг с другом, что позволяет получить эффект.
Для обеспечения указанной последовательности взаимодействия элементов муфты в процессе ее срабатывания необходим. чтобы при перегрузке распорная сила на шариках 6 превышала сумму силы сжатия пружины 10 и силы трения на шпанке 8, т.е.
Fp> F >o+F» 8, или где Т вЂ” момент настройки муфты. Но
1754967
F1oãã(tg (а-р) — — 3
Г1 +r2 f
tg p > (11) Полученное неравенство удовлетворяет условию (9) и является необходимым, но недостаточным условием обеспечения указанной последовательности взаимодействия элементов муфты в процессе ее срабатывания, поскольку нарастание окружной силы на кулачках должно Обеспечивать прирост распорной силы на шариках б, достаточный для перемещения влево нажимной втулки 7.
Необходимость принятия данного условия обусловлена тем, что осевые жесткости пружин 9 и 10, устанавливаемые в соответствии с соотношением (8), могут быть неодинаковыми, прирост силы сжатия пружины 1О может быть больше, чем прирост силы сжатия пружины 9, и не будет обеспечено необходимое осевое перемещение нажимное втулки 7.
Это Обеспечивается вйполнением следующего условия
F p>F 10+ тр.э (12) где F p - распорная сила на шариках 6, coi ответствующая моменту выхода кулачков из зацепления друг с другом; F 1o — сила сжаl тия пружины 10 для указанного момента времени; F тр,в — сила трения на шпонке 8
I для укаэанного момента времени.
Но
F р- — tgP
Т г
Fi 1O=FtO+ Ж, ° 4
F тр,в= —
Гз где Т вЂ” крутящий момент, передаваемый ! муфтой в момент выхода кулачков из зацепления друг с другом.
Тогда, подставив полученные выражения в Йеравенство (12), F9+llZ Г (tg  f )., tg (a -р) — —" f
rt а Fto+ h — „Zt tg асщ/3. (13)
Условие (1 3) является достаточным для обеспечения отхода нажимной втулки 7 влево на необходимое расстояние, при котором
Т (10)
tg (а — р) — — „ f подставив полученный результат в неравенство (9), имеем: происходит синхронный поворот полумуф ты 2 и фланца 4.
Муфта может быть снабжена ограничителем осевого перемещения влево на>ким5 ной втулки 7, устанавливаемым нф полумуфте 5, что повышает надежность ра . боты нажимного узла в условиях резкоударных наГруэок.
Фланец 4 может быть зафиксирован от
10 ОсевОГО смещения Bflo80, При настройке муфты на необходимый номинальный крутящий момент, которая производится посредством регулирования силы сжатия пружины 9, осуществляется од15 HGBpQMFHHo и рег улировэние силы с>катия пружины 10 таким Образом, чтобы обеспечивалось выполнение условий (11) и (13).
Использование изобретения позволит упростить изготовление кулачков и повы20 сить нагрузочную способность муфты, Формула изобретения
Предохранительная кулачковая муфта, содер>кащая две соосно размещенные и подпру>киненные посредством упругого
25 элемента одна к другой полумуфты, связанные посредством торцовых кулачков, вы, полненных на обращенных один к другому фланцах полумуфт, одна иэ полумуфт уста-. новлена подвижно в осевом направлении, 30 вторая — в окружном направлении, о т л и ча <О щ а я с я тем, что, с целью повышения эксплуатационно-технолоГических свойств муфты путем упрощения изготовления кулачков и повышения ее нагрузочной способ35 ности, оиа снабжена нажимным узлом, . ItcTo !oBjl8HHtdl4 Н3 подвижной в GKppжном направлении полумуфте и содержащим подпружиненнук> пссредством дополнительного упругого элемента в направлении второй
40 полbtì ôTbi, ОаспОЛОженную со стороны нерабочей торцовой поверхности флан„à первой полумуфты и установленную с возможностью осевого относительно полумуфты перемещения нажимну о втулку и на45 жимные тела качения, размещенные в
Гнездах с наклонными рабочими поверхностями, выполненных на фланце полумуфты и нажимной втулке, при этом фланец установлен с возможностью вращения Относи50 тельно полумуфты, а осевая жесткость . дополнительного упругого элемента выбирается из следующего соотношения
Z г- ctg (а -р)(— — )
ГЗ
e tg асцф(t + — f otg (ар))
Где Z — Осевая жесткость основнОГО упоуГОГО элемента;
1754967
Составитель M.LUèøêàðåâ
Техред M.Moðãåíòàë Корректор О.Густи
Редактор В.Трубченко. Заказ ZRTR Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственно о комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина; 101 г,г1,гр и гз — соответственно расстояние от оси муфты до кулачков полумуфт, радиус посадочного отверстия подвижной в осевом направлении полумуфты, расстояние от оси муфты до нажимных тел качения и радиус посадочного отверстия нажимной втулки;
à, j3 р- соответственно угол профиля к оси кулачка, угол между рабочей поверхно- . стью гнезда нажимной втулки и осевой плоскости муфты, проходящей через центр нажимного тела качения, и угол трения между . кулачками;
f — коэффициент трения в связи нажимной втулки и полумуфты,
