Патент на изобретение №2334139

(54) МУФТА ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ ОБГОННАЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области нефтяного машиностроения и может быть использовано в устройствах, где требуется отключение передачи вращения при достижении определенного крутящего момента. Муфта предохранительная обгонная включает в себя внутреннюю и внешнюю полумуфты. Внутренняя полумуфта имеет клиновидные полости, образованные выемками, с размещенными в них роликами либо шариками. Внутренняя полумуфта выполнена со шлицевым участком, а нижней частью соединена с колонной штанг резьбовым соединением. Верхней своей частью она связана шлицевым соединением с нажимным колпаком, который имеет возможность поступательного движения и взаимодействует левым резьбовым соединением с внешней полумуфтой. Также имеется кожух, на внутренней поверхности которого закреплено устройство отключения привода с возможностью воздействия на нее нажимного колпака при срабатывании муфты. Технический результат заключается в расширении технологических возможностей муфты свободного хода, в частности добавления ей предохранительных функций. 5 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к области нефтяного машиностроения и может быть использовано в устройствах, где требуется отключение передачи вращения при достижении определенного крутящего момента (например, в поверхностном приводе винтовой насосной установки).

Известна муфта свободного хода, состоящая из внутренней полумуфты с наружной цилиндрической поверхностью, наружной полумуфты, выполненной с эксцентриковыми пазами, смещенными относительно центра на величину эксцентриситета, эксцентриковых клиньев с дуговыми выступами по концам, расположенные под углом пружин [1].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относится то, что в конструкции данной муфты отсутствуют элементы, ведущие к отключению подачи крутящего момента от привода к муфте.

Известна муфта свободного хода, которая содержит размещенные в корпусе обойму, звездочку, ролики, размещенные между обоймой и звездочкой, подшипник качения, например, роликовый и механизм управления в виде, например, электромагнитной муфты. Рабочий профиль обоймы имеет цилиндрическую форму, профиль звездочки – фасонный. Обойма жестко связана шпоночным соединением с ведущей шестерней. Звездочка снабжена шлицерым участком, взаимодействующим с аналогичным участком якоря электромагнитной муфты. Якорь связан шлицевым соединением с ведомым валом [2].

К недостаткам известной муфты относятся сложность конструкции, а также отсутствие элементов, ведущих к отключению подачи крутящего момента от привода к муфте.

В качестве прототипа выбрана муфта того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков, содержащая внутреннюю и внешнюю полумуфты. На ступице одной полумуфты жестко закреплен фланец гибкой оболочки. Другая полумуфта содержит звездочку, на ступице которой жестко закреплен без возможности перемещения кольцевой обод. Второй конец гибкой оболочки установлен внутри кольцевого обода с возможностью контакта поверхности гибкой оболочки с ободом. Внутренняя поверхность гибкой оболочки и выемками на звездочке образуют клиновидные полости, в которых размещены цилиндрические ролики. Пружины, размещенные в отверстиях, выполненных в звездочке, отжимают ролики в узкую часть клиновидной полости. Щека, удерживающая ролики, фиксируется пружинным кольцом. В незаклиненном состоянии муфты между внутренней цилиндрической поверхностью кольцевого обода и наружной цилиндрической поверхностью гибкой оболочки имеется кольцевой зазор. Ведущей может быть любая из полумуфт [3].

К недостаткам прототипа относятся сложность конструкции данной муфты, а также отсутствие элементов в компоновке, ведущих к отключению подачи крутящего момента от привода к муфте.

Предложенное изобретение решает техническую задачу обеспечения возможности отключения подачи крутящего момента от двигателя при достижении определенного крутящего момента и упрощения конструкции муфты.

Техническим результатом при осуществлении заявленного изобретения является расширение технологических возможностей муфты свободного хода, в частности добавление ей предохранительных функций.

Указанный технический результат при осуществлении данного изобретения достигается тем, что в известной обгонной муфте, включающей в себя внутреннюю и внешнюю полумуфты, причем внутренняя полумуфта имеет клиновидные полости, образованные выемками, с размещенными в них роликами либо шариками, согласно изобретению внутренняя полумуфта, имеющая клиновидные полости, выполнена со шлицевым участком, нижней частью соединена с колонной штанг резьбовым соединением, а верхней частью связана с имеющимся в конструкции муфты нажимным колпаком, имеющим возможность поступательного движения, шлицевым соединением, взаимодействующим левой резьбой с внешней полумуфтой; имеется кожух, на внутренней поверхности которого закреплено устройство отключения привода, с возможностью воздействия на него нажимного колпака при срабатывании муфты.

При исследовании отличительных признаков предлагаемой муфты предохранительной обгонной не выявлено каких-либо аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения, что в конечном итоге приводит к вышеизложенному техническому результату и подтверждает существенность признаков формулы изобретения.

Предлагаемое изобретение является новым, поскольку не обнаружены аналоги с совокупностью существенных признаков, тождественных предложенному изобретению, обеспечивающих указанный выше технический результат, что соответствует критерию «новизна».

Внутренняя муфта помимо резьбового соединения может соединяться с колонной штанг через шток квадратного сечения.

Клиновидные полости во внутренней полумуфте могут быть выполнены многоступенчатыми.

Ролики (шарики) могут быть армированы эластомером или пластиком, и их диаметр выбирается из ряда случайных чисел.

Ролики (шарики) в клиновидных плоскостях могут иметь несколько рядов и быть подпружиненными относительно друг друга, и их число выбирается случайным образом.

Число рядов роликов (шариков), их диаметр, внутренний диаметр внешней полумуфты выбирается случайным образом.

На фиг.1 и 7 изображена муфта предохранительная обгонная в разрезе разных вариантов; на фиг.2-6 и 8-12 – сечение А-А в различных вариантах. На фиг.2 и 8 изображена муфта, имеющая один ряд шариков 6, на фиг.3 и 9 – муфта, содержащая несколько рядов шариков 6; на фиг.4 и 10 – муфта, имеющая несколько рядов шариков 6, причем шарики подпружинены относительно друг друга. На фиг.5 и 11 изображен вариант муфты, в котором вместо шариков 6 используются ролики 10. На фиг.6 и 12 изображен вариант с несколькими рядами подпружиненных относительно друг друга роликов. На фиг.1-6 показан вариант муфты, которая передает вращение на колонну штанг посредством резьбового соединения. На фиг.7-12 показаны аналогичные фиг.1-6 конструкции с той разницей, что вращение на штанговую колонну передается посредством соединения внутренней муфты со штанговой колонной через шток квадратного сечения.

Предохранительная обгонная муфта содержит шпиндель 1, внешнюю и внутреннюю полумуфты 2, 3, колпак нажимной 4, кожух 5, шарики 6, полированный шток 7, устройство отключения привода 8 и пружины 9. Внешняя полумуфта 2 крепится к шпинделю 1 посредством резьбового соединения. Колпак нажимной 4 и внешняя полумуфта 2 находятся в левом резьбовом соединении, а с внутренней полумуфтой 3 находятся в связи посредством шлицевого соединения, с возможностью поступательного вертикального движения колпака. Шарики 6 или ролики 10 могут быть армированы эластомером или пластиком.

Устройство работает следующим образом.

На шпиндель 1 вращение передается от редуктора. Внешняя полумуфта 2, вращаясь с угловой скоростью ₁, увлекает за собой ролики 10 (или шарики 6), которые заходят в клиновое соединение с внутренней полумуфтой 3, посредством чего крутящий момент передается на штанговую колонну (₁=₂). При возникновении критического крутящего момента (₂=0), т.е. создании аварийной ситуации вследствие заклинивания колонны штанг 7, внутренняя полумуфта 3 перестает вращаться. При том, что крутящий момент продолжает передаваться поверхностным приводом. Вращение внешней полумуфты 2 и стопорение внутренней полумуфты 3 дает следующий эффект: ролики 10 (или шарики 6) начинают прокручиваться, нажимной колпак 4, находящийся в левом резьбовом соединении с внешней полумуфтой и свободном шлицевом соединении с внутренней полумуфтой 3, начинает выходить из резьбового соединения и, поднимаясь, нажимает на устройство отключения привода 8.

Нагрузка от всей колонны штанг воспринимается шариками 6 (роликами 10) всего ряда (фиг.2, 5, 6, 8, 11, 12), всеми рядами шариков (фиг.3, 4, 9, 10) равномерно. Наибольший крутящий момент, передаваемый на колонну штанг посредством муфты, может быть определен как

где N – нормальная сила, действующая на ролик (шарик) при заклинивании от внутренней полумуфты 2;

z_i – число роликов (шариков);

D_i – внутренний диаметр внешней полумуфты 1;

d_i=d_ш+2s – диаметр армированного ролика 10 (шарика 6), в котором d_ш – диаметр стальной сердцевины, s – толщина армирования ролика (шарика) эластомером или пластиком;

– угол заклинивания;

f – коэффициент трения.

Число рядов x_i, число роликов (шариков) z_i, внутренний диаметр внешней полумуфты D_i, диаметр армированного ролика (шарика) d_i выбираются случайным образом, например из ряда случайных чисел.

Закономерность распределения спектральной плотности крутящего момента по превалирующим частотам в виде случайных чисел устанавливают известным способом. Это может быть нормальный закон, закон распределения Вейбулла и др.

Источники информации

1. Патент RU №2013676. Муфта свободного хода. / М.П.Горин. – Заявлено: 17.10.1990. Опубл.: 30.05.1994.

2. Патент RU №2011906. Муфта свободного хода. / Е.П.Абрамцев. – Заявлено: 21.06.1991. Опубл.: 30.04.1994.

3. Патент RU №2055244. Муфта свободного хода. / В.Н.Богачев, В.П.Тибанов. – Заявлено: 23.06.1992. Опубл.: 27.02.1996.

Формула изобретения

1. Муфта предохранительная обгонная, включающая в себя внутреннюю и внешнюю полумуфты, причем внутренняя полумуфта имеет клиновидные полости, образованные выемками, с размещенными в них роликами либо шариками, отличающаяся тем, что внутренняя полумуфта, имеющая клиновидные полости, выполнена со шлицевым участком, нижней частью соединена с колонной штанг резьбовым соединением, а верхней частью связана с нажимным колпаком, имеющим возможность поступательного движения, шлицевым соединением, взаимодействующим левым резьбовым соединением с внешней полумуфтой; также имеется кожух, на внутренней поверхности которого закреплено устройство отключения привода с возможностью воздействия на нее нажимного колпака при срабатывании муфты.

2. Муфта предохранительная обгонная по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя полумуфта соединена с колонной штанг через шток квадратного сечения.

3. Муфта предохранительная обгонная по п.1, отличающаяся тем, что клиновидные полости во внутренней полумуфте выполнены многоступенчатыми.

4. Муфта предохранительная обгонная по п.1, отличающаяся тем, что ролики либо шарики армированы эластомером или пластиком.

5. Муфта предохранительная обгонная по п.1, отличающаяся тем, что ролики либо шарики в клиновидных полостях подпружинены относительно друг друга.

6. Муфта предохранительная обгонная по п.1, отличающаяся тем, что число рядов роликов либо шариков, диаметр роликов либо шариков, внутренний диаметр внешней полумуфты выбираются случайным образом.

РИСУНКИ