Патент на изобретение №2257496

(54) ГИБКАЯ МУФТА ДЛЯ ВАЛОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к устройствам для передачи крутящих моментов, преимущественно от вала турбомашины к валу потребителя. Гибкая муфта для валов включает четыре фланца, попарно и попеременно скрепленные рядом упругих пластин через стяжные болты, шайбы и гайки по окружности фланцев. По краям муфты каждый из двух фланцев выполнен за одно целое со ступицей, а в средней части муфты два фланца выполнены за одно целое с общей для них ступицей. Между двумя фланцами ряд упругих пластин выполнен в виде отдельного узла, скрепленного полыми втулками. Каждый из фланцев со стороны упругих пластин содержит выступы в форме двух сегментов. Расстояние между каждой парой выступов на каждом из фланцев превышает максимальную высоту и диаметр полых втулок, а расстояние L между торцами выступов смежных фланцев составляет 0,05…0,55 от толщины t пакета упругих пластин при сжатии пакета осевым усилием 50…150 кгс. При этом фланцы содержат попеременно расположенные отверстия с возможностью прохода сквозь них головок стяжных болтов. Техническим результатом является уменьшение расстояния между торцами валов с размещенной между ними гибкой муфтой и обеспечение монтажа или демонтажа гибкой муфты без подъема или перемещения двигателя или привода на фундаменте или раме, а также использование муфты в качестве ограничителя и демпфера осевых перемещений роторов двигателя или привода. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно – к устройствам для передачи крутящих моментов, преимущественно от вала турбомашины к валу потребителя.

Известна гибкая муфта для валов, содержащая фланцы, установленные на соединяемых валах, упругий обод, состоящий из комплекта дисков, связанных с фланцами посредством расположенных в отверстиях фланцев зажимных пальцев и зафиксированных гайками, установленными на пальцах. Муфта снабжена прижимными кольцами, установленными под гайками в отверстиях фланцев с радиальным зазором от 1,5 до 2,0 мм по наружному диаметру и зафиксированными относительно пальцев в окружном направлении посредством профильного квадратного соединения [1].

Недостатком известной конструкции является неполное использование возможности повышения надежности и ресурса гибкой муфты при закреплении фланца непосредственно на роторе турбомашины или потребителя. В известной конструкции осевые перемещения и вибрации роторов двигателя или привода демпфируются пластинами гибкой муфты без ограничений упругого перемещения пластин, что уменьшает надежность и ресурс муфты, вызывает усталостные поломки пластин муфты, особенно при больших несоосностях соединяемых агрегатов.

Известна также гибкая муфта для трансмиссионных систем, включающая две полумуфты, попеременно скрепленные фланцами с набором упругих металлических пластин через стяжные шайбы болтовым соединением по окружности одного диаметра, в которой пакет деталей болтового соединения первой полумуфты включает втулку с упорным болтом, причем фланец второй полумуфты размещен с заданными зазорами между стяжной шайбой и упорным болтом втулки [2].

Известная конструкция относится к трансмиссионным системам вертолетов и не предусматривает возможности центрирования и жесткого крепления непосредственно на роторе турбомашины или потребителя. В известной конструкции осевые перемещения и вибрации роторов турбомашины или потребителя, при минимальном расстоянии между их торцами, также будут демпфироваться пластинами, стяжными болтами, гайками и опорными шайбами гибкой муфты без ограничений упругого перемещения пластин. Это снижает возможность их использования для передачи крутящих моментов от вала турбомашины к валу потребителя, также снижает ресурс и надежность гибкой муфты, особенно при больших несоосностях соединяемых агрегатов, больших массах роторов, а также при больших осевых перемещениях турбомашин, которые нагружают осевыми силами фланцы и пластины гибкой муфты и вызывают усталостные поломки пластин гибкой муфты.

Известно универсальное соединение для сочленения валов, имеющих металлический входной (передающий) диск и металлический выходной (приемный) диск, связанных между собой по крайней мере одной металлической диафрагмой в виде кольца, или группы колец, группа диафрагм соединена с входным диском посредством первой группы болтов, равномерно распределенных в пары по периферии, а также с выходным диском посредством второй группы болтов, равномерно распределенных в пары по периферии, и закрепленных в периферийном направлении с болтами первой группы таким образом, что входной диск и выходной диск получаются скрепленными по крайней мере двумя параллельными диафрагмами в виде колец, расположенных в противоположных вершинах одна относительно другой на половине длины или менее между смежными болтами одной группы, болты обеих групп расположены на одной окружности, или на смежных концентрических окружностях, и диафрагмы сформированы из периферийной части между двух расположенных друг за другом болтов, соединенных с соответственными диафрагмами с втулочным соединением или посредством выемки, так что внешний край продолжается в радиальном направлении к внутренней стороне крепежного болта, находящегося между вершинами, и принадлежащего другой диафрагме [3].

Недостатком известного соединения для валов является неполное использование возможности повышения надежности и ресурса при установке этого узла непосредственно между торцами роторов турбомашины и потребителя. В известной конструкции осевые перемещения и вибрации роторов двигателя и привода демпфируются без ограничения пластинами их осевого прогиба, что вызывает их усталостные поломки, особенно при больших несоосностях соединяемых агрегатов.

Наиболее близкой к заявляемой конструкции является гибкая муфта для валов, включающая четыре фланца, попарно и попеременно скрепленные рядом упругих пластин через стяжные болты, шайбы и гайки по окружности фланцев, по краям муфты каждый из двух фланцев выполнен за одно целое со ступицей, а в средней части муфты два фланца выполнены за одно целое с общей для них ступицей, при этом между двумя фланцами ряд упругих пластин выполнен в виде отдельного узла, скрепленного полыми втулками [4].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является то, что муфту нельзя использовать в качестве ограничителя и демпфера осевых перемещений роторов двигателя или привода, а также невозможно обеспечение монтажа гибкой муфты без подъема или перемещения двигателя или привода на фундаменте или раме при минимальных расстояниях между торцами двигателя и привода.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в использовании муфты в качестве ограничителя и демпфера осевых перемещений роторов двигателя или привода, а также в уменьшении расстояния между торцами валов с размещенной между ними гибкой муфтой и в обеспечении монтажа или демонтажа гибкой муфты без подъема или перемещения двигателя или привода на фундаменте или раме.

Сущность технического решения заключается в том, что в гибкой муфте для валов, включающей четыре фланца, попарно и попеременно скрепленные рядом упругих пластин через стяжные болты, шайбы и гайки по окружности фланцев, по краям муфты каждый из двух фланцев выполнен за одно целое со ступицей, а в средней части муфты два фланца выполнены за одно целое с общей для них ступицей, при этом между двумя фланцами ряд упругих пластин выполнен в виде отдельного узла, скрепленного полыми втулками, согласно изобретению каждый из фланцев со стороны упругих пластин содержит выступы в форме двух сегментов, при этом расстояние между каждой парой выступов на каждом из фланцев превышает максимальную высоту и диаметр полых втулок, а расстояние L между торцами выступов смежных фланцев составляет 0,05…0,55 от толщины t пакета упругих пластин при сжатии пакета осевым усилием 50…150 кгс. Фланцы содержат попеременно расположенные отверстия с возможностью прохода сквозь них головок стяжных болтов.

Выполнение каждого из фланцев со стороны упругих пластин с выступами в форме двух сегментов, расстояния между каждой парой выступов на каждом из фланцев, превышающего максимальную высоту и диаметр полых втулок, а расстояния L между торцами выступов смежных фланцев, составляющего 0,05…0,55 от толщины t пакета упругих пластин при сжатии пакета осевым усилием 50…150 кгс, позволяет использовать муфту в качестве демпфера и ограничителя осевых перемещений роторов двигателя или привода, уменьшить расстояние между торцами валов, между которыми размещена гибкая муфта, а также обеспечить монтаж или демонтаж гибкой муфты без подъема и перемещения двигателя или привода на фундаменте или раме.

Выполнение фланцев с попеременно расположенными отверстиями, с возможностью прохода сквозь них головок стяжных болтов, дополнительно уменьшает осевые габариты муфты и расстояние между торцами валов турбомашины и потребителя.

На фиг.1 изображена гибкая муфта для валов в разрезе.

На фиг.2 – разрез А-А на фиг.1 поперек муфты и первого ряда упругих пластин.

На фиг.3 – разрез Б-Б на фиг.1 поперек муфты и второго ряда упругих пластин.

Гибкая муфта для валов включает четыре фланца 1, 2, 3, 4, попарно и попеременно скрепленных рядом упругих пластин 5 и 6 через стяжные болты 7, 8, шайбы 9, 10 и гайки 11 по окружности фланцев. По краям 12, 13 муфты фланец 1 выполнен за одно целое со ступицей 14, а фланец 4 выполнен за одно целое со ступицей 15. В средней части муфты фланцы 2 и 3 выполнены за одно целое с общей для них ступицей 16. Между двумя фланцами 1 и 2, а также между двумя фланцами 3 и 4 ряд упругих пластин 5 и 6 выполнен в виде отдельного узла 17 и, соответственно, 18, скрепленного полыми втулками 19, 20, при этом втулки 19 развальцованы по краям и образуют отдельные узлы скрепленных упругих пластин. Каждый из фланцев 1, 2, 3, 4 со стороны упругих пластин 5 и 6 содержит выступы 21, 22, 23, 24 в форме сегментов. Расстояние 25 и 26 между каждой парой выступов 21, 22 и 23, 24 на каждом фланце 1, 2, 3, 4 превышает максимальную высоту 27 втулок 19 и диаметр 28 втулок 20, т.е. их максимальные габариты в собранном узле. Расстояние 29 (L) между торцами 30, 31 выступов 21, 22 фланцев 1,2 и расстояние 32 (L) между торцами 33, 34 выступов 23, 24 фланцев 3, 4 составляет 0,05…0,55 от толщины 35 (t) пакета упругих пластин 5 или 6 при сжатии пакета осевым усилием 50…150 кгс. Фланцы 1, 2, а также фланцы 3, 4 выполнены с попеременно расположенными отверстиями 36 с возможностью прохода сквозь них головок 37 стяжных болтов 7, 8. Кроме того, на фиг.1: поз.38 – ось вращения гибкой муфты, поз.39 – болты крепления фланца 1 со ступицей 14 и фланца 4 со ступицей 15 к торцам валов турбомашины и потребителя.

Упругая муфта для валов работает следующим образом. Крутящий момент передается на ступицу 15, фланец 4, штифты (не показаны) и болты 39. От фланца 4 крутящий момент передается рядом упругих пластин 6 через стяжные болты 7, 8, шайбы 9, 10 и гайки 11 по окружности фланцев. При этом для исключения контакта прижимных колец 9, 10 с фланцами 4, 3, 2, 1 между ними выполнен определенный радиальный зазор. В случае поломки упругих пластин 5, 6 происходит смещение прижимных колец 9, 10 на величину радиального зазора между фланцами 1, 2, 3, 4 и прижимными кольцами 9, 10. При сжатии пакета осевым усилием (вдоль оси 38) от перемещения роторов турбомашины или потребителя происходит взаимная упругая деформация пакетов упругих пластин 5, 6 до упора торцов 30, 31 выступов 21, 22, а также торцов 33, 34 выступов 23, 24 фланцев 1, 2, 3, 4 друг в друга, что ограничивает осевые перемещения роторов турбомашины и потребителя и предотвращает усталостную поломку упругих пластин. При сборке или демонтаже габаритные размеры: длина втулок 19 и диаметр втулок 20 меньше расстояния 25, 26 между выступами 21 и 22, 23 и 24, при этом отверстия 36 во фланцах 1, 2, 3, 4 позволяют проходить сквозь них головкам 37 болтов 7, 8 (при развороте муфт в окружном направлении), что уменьшает осевые габариты муфты и дает возможность снятия гибкой муфты без подъема и смещения турбомашины или полезной нагрузки.

Источники информации

1. RU, патент №2087768, F 16 D 3/78, 1997 г.

2. RU, патент №2153607, F 16 D 3/56, 2000 г.

3. GB, патент №2192969, F 16 D 3/56, 1988 г.

4. DE, патент №4016235, F 16 D 3/78, 1991 г. – прототип.

Формула изобретения

1. Гибкая муфта для валов, включающая четыре фланца, попарно и попеременно скрепленные рядом упругих пластин через стяжные болты, шайбы и гайки по окружности фланцев, по краям муфты каждый из двух фланцев выполнен за одно целое со ступицей, а в средней части муфты два фланца выполнены за одно целое с общей для них ступицей, при этом между двумя фланцами ряд упругих пластин выполнен в виде отдельного узла, скрепленного полыми втулками, отличающаяся тем, что каждый из фланцев со стороны упругих пластин содержит выступы в форме двух сегментов, расстояние между каждой парой выступов на каждом из фланцев превышает максимальную высоту и диаметр полых втулок, а расстояние L между торцами выступов смежных фланцев составляет 0,05-0,55 от толщины t пакета упругих пластин при сжатии пакета осевым усилием 50-150 кгс.

2. Гибкая муфта для валов по п.1, отличающаяся тем, что фланцы содержат попеременно расположенные отверстия с возможностью прохода сквозь них головок стяжных болтов.

РИСУНКИ