Патент на изобретение №2372537

(54) УПРУГИЙ КОЛЬЦЕВОЙ ЭЛЕМЕНТ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ МУФТ ВРАЩАЮЩИХСЯ ВАЛОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к машиностроению, в частности к муфтам с упругим кольцевым элементом. Муфта состоит из двух полумуфт, установленных и закрепленных неподвижно на концах соединяемых валов, двух пакетов упругих кольцевых элементов, прикрепленных к полумуфтам, и промежуточной втулки. Фланцы промежуточной втулки прикреплены к пакетам упругих кольцевых элементов. Муфта снабжена также промежуточным кольцом. Упругий кольцевой элемент содержит отверстия и вырезы в виде вогнутой дуги на наружных диаметрах. Соотношение наружного диаметра упругого элемента и диаметров расположения центров отверстий в упругом элементе соответствует выражению: d_n/d_r=1,15-1,35, где d_n – наружный диаметр упругого элемента; d_r – диаметр расположения центров отверстий в упругом элементе, при этом отношение диаметра расположения нижних точек вырезов в виде вогнутой дуги к диаметру расположения центров отверстий в упругом элементе соответствует выражению: d_z/d_r=1,0-2, где d_z – диаметр расположения нижних точек вырезов в виде вогнутой дуги; при d_z=d_n-2 , где – глубина выреза в виде вогнутой дуги относительно наружного диаметра упругого элемента. Решение направлено на повышение компенсирующих свойств, снижение жесткости и уменьшение массогабаритных параметров муфты. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Настоящее изобретение относится к машиностроению, в частности к упругим кольцевым элементам муфт для соединения вращающихся валов двигателей и рабочих машин.

Известен упругий кольцевой элемент, используемый в соединительной муфте, содержащей две полумуфты, два пакета указанных упругих кольцевых элементов с отверстиями под элементы крепления пакетов к полумуфтам, элементы крепления и промежуточную втулку, прикрепленную к пакетам упругих кольцевых элементов. [ГОСТ 26 455-85. Справочник по муфтам. Под ред. В.С.Полякова. Л.: Машиностроение, 1979, с.33].

Недостатком такой конструкции является повышенная жесткость упругих элементов, ограниченные компенсирующие свойства и завышенные массогабаритные параметры муфт, в которых они используются, обусловленные тем, что не все участки упругих элементов в равной степени нагружены в процессе работы.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является упругий кольцевой элемент, конструкция которого отличается от упомянутой выше, в частности, обеспечением возможности перехода на полосовой элемент соединительной муфты без изменения ее характеристик, а также созданием предпосылок для снижения массы муфты, за счет вырезов в виде вогнутой дуги на наружном диаметре элемента [Патент UA 49964, F16D 3/78, F16C 33/04, опубликовано: 15.10.2002 г. Бюл. 10, 2002 г.].

Однако конструкция прототипа не обеспечивает равномерного распределения напряжений в упругом элементе из-за необходимости создания условий для перехода на полосовой элемент, в соответствии с которыми предполагалось соблюдение симметрии упругого элемента относительно отрезка, соединяющего два смежных отверстия, и равенство радиуса вырезов в виде вогнутых дуг внутреннему радиусу упругого элемента. Такая форма упругого элемента не всегда оптимальна с точки зрения величины и характера распределения напряжений, возникающих в нем при работе муфты, следствием чего является неоптимальная (повышенная) жесткость и масса муфты и ухудшение ее компенсирующих свойств.

В основу изобретения поставлена задача создания конструкции такого упругого кольцевого элемента, которая позволила бы повысить компенсирующие свойства, снизить жесткость и уменьшить массогабаритные параметры муфты, при сохранении ее нагрузочной способности за счет оптимизации формы упругого элемента, обеспечивающей наиболее равномерное распределение напряжений от внешних силовых факторов в упругом элементе и, в конечном счете, повысить надежность работы муфты и соединяемого оборудования.

Поставленная задача решается тем, что в упругом кольцевом элементе соединительных муфт вращающихся валов с отверстиями и вырезами в виде вогнутой дуги на наружных диаметрах, согласно изобретению, соотношение наружного диаметра упругого элемента и диаметров расположения центров отверстий в упругом элементе соответствует выражению:

d_n/d_r=1,15-1,35,

где d_n – наружный диаметр упругого элемента;

d_r – диаметр расположения центров отверстий в упругом элементе, при этом отношение диаметра расположения нижних точек вырезов в виде вогнутой дуги к диаметру расположения центров отверстий в упругом элементе соответствует выражению:

d_z/d_r=1,0-2,0,

где d_z – диаметр расположения нижних точек вырезов в виде вогнутой дуги,

при d_z=d_n-2,

где – глубина выреза в виде вогнутой дуги относительно наружного диаметра упругого элемента.

Каждый вырез может быть выполнен в виде дуги, которая в точках, расположенных симметрично относительно средней линии между двумя соседними отверстиями, касается двух условных окружностей, в свою очередь, касающихся наружного диаметра упругого элемента, причем, центры этих условных окружностей совпадают с центрами соседних отверстий в упругом элементе, при этом, линии вырезов в виде вогнутой дуги могут плавно переходить в дуги окружностей, касающихся наружного диаметра.

В чередующихся вырезах на участках упругого элемента, работающих на сжатие, могут быть выполнены дополнительные соосные вырезы в виде вогнутой дуги, с соотношением диаметра расположения нижних точек дополнительного выреза в виде вогнутой дуги и диаметра расположения центров отверстий в упругом элементе, соответствующим выражению:

d₁/d_r=0,8-1,0,

где d_r – диаметр расположения центров отверстий в упругом элементе;

d₁ – диаметр расположения нижних точек дополнительного выреза в виде вогнутой дуги;

при этом соотношение радиуса дополнительного выреза в виде вогнутой дуги и радиуса базового выреза в виде вогнутой дуги соответствует выражению:

r/r_paz=0,5-0,7,

где r – радиус дополнительного выреза в виде вогнутой дуги;

r_paz – радиус базового выреза в виде вогнутой дуги.

Новыми существенными признаками, отличающими настоящее техническое решение от прототипа и аналогов из уровня техники, являются предложенные конфигурации упругих элементов и соотношения геометрических размеров вырезов в виде вогнутых дуг и соответствующих параметров кольцевого упругого элемента:

– соотношение наружного диаметра упругого элемента и диаметров расположения центров отверстий в упругом элементе соответствует выражению d_n/d_r=1,15-35, где d_n – наружный диаметр упругого элемента, d_r – диаметр расположения центров отверстий в упругом элементе;

– отношение диаметра расположения нижних точек вырезов в виде вогнутой дуги к диаметру расположения центров отверстий в упругом элементе соответствует выражению d_z/d_r=1,0-2,0, где d_z – диаметр расположения нижних точек вырезов в виде вогнутой дуги, при d_z=d_n-2, где – глубина выреза в виде вогнутой дуги относительно наружного диаметра упругого элемента; оба соотношения получены в результате оптимизационных расчетов, в которых оба параметра (наружный диаметр упругого элемента и глубина выреза) рассматривались одновременно, и невыполнение указанных соотношений приведет к снижению прочностных и компенсирующих свойств муфты, повышению ее жесткости и массы;

– каждый вырез может быть выполнен в виде дуги, которая в точках, расположенных симметрично относительно средней линии между двумя соседними отверстиями, касается двух условных окружностей, в свою очередь, касающихся наружного диаметра упругого элемента, причем центры этих условных окружностей совпадают с центрами соседних отверстий в упругом элементе; кроме того, линии вырезов в виде вогнутой дуги могут плавно переходить в дуги окружностей, касающихся наружного диаметра; такая конфигурация обеспечивает решение поставленной задачи за счет алгоритма геометрического построения, при котором достигается соответствие геометрических параметров упругого элемента приведенным выше соотношениям, причем плавный переход линий вырезов в виде вогнутой дуги в дуги окружностей, касающихся наружного диаметра, особо целесообразен для высокооборотных муфт, т.к. позволяет уменьшить вентиляционные потери мощности в муфте, за счет чего повысить ее кпд и долговечность;

– в чередующихся вырезах на участках упругого элемента, работающих на сжатие, могут быть выполнены дополнительные соосные вырезы в виде вогнутой дуги, которые, в частности, также целесообразны в высокооборотных муфтах (при частоте вращения n10000 об/мин), где они позволяют усилить эффект, получаемый с помощью приведенных выше соотношений для базовых вырезов, то есть еще в большей степени уменьшить массу муфты, повысить ее компенсирующие свойства и снизить жесткость;

– соотношение диаметра расположения нижних точек дополнительного выреза в виде вогнутой дуги и диаметра расположения центров отверстий в упругом элементе соответствует d₁/d_r=0,8-1,0, где d_r – диаметр расположения центров отверстий в упругом элементе, d₁ – диаметр расположения нижних точек дополнительного выреза в виде вогнутой дуги;

– соотношение радиуса дополнительного выреза в виде вогнутой дуги и радиуса базового выреза в виде вогнутой дуги соответствует выражению r/r_paz=0,5-0,7, где r – радиус дополнительного выреза в виде вогнутой дуги, r_paz – радиус базового выреза в виде вогнутой дуги. Так же, как и для базовых вырезов, оба соотношения получены в результате оптимизационных расчетов, в которых оба параметра (радиус и глубина дополнительного выреза) рассматривались одновременно. Невыполнение указанных соотношений приведет в первую очередь к снижению прочностных характеристик муфты и возникновению угрозы ее преждевременного выхода из строя, а также к неполучению желаемого эффекта – повышения компенсирующих свойств муфты и снижения ее жесткости.

Таким образом, раскрытые существенные признаки, отличающие заявленное техническое решение от аналогов и прототипа из уровня техники, являются новыми и соответствующими критерию изобретательского уровня, ввиду неочевидности специалисту средней квалификации. При этом они необходимы и достаточны для достижения положительного эффекта, то есть поставленной технической задачи.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

на Фиг.1 показан продольный разрез примера конкретного выполнения муфты с двумя пакетами упругих кольцевых элементов, соответствующих заявляемому изобретению;

на Фиг.2 – упругий кольцевой элемент, выполненный в соответствии с изобретением;

на Фиг.3 – пример выполнения упругого кольцевого элемента на Фиг.2 в соответствии с п.2 формулы изобретения;

на Фиг.4 – пример выполнения упругого кольцевого элемента на Фиг.3 в соответствии с п.3 формулы изобретения;

на Фиг.5 – пример выполнения упругого кольцевого элемента в соответствии с п.4 формулы изобретения.

Муфта (Фиг.1) состоит из двух полумуфт 1, установленных и закрепленных неподвижно на концах соединяемых валов, двух пакетов упругих кольцевых элементов 2, прикрепленных к полумуфтам 1, и промежуточной втулки 3, фланцы которой прикреплены к пакетам упругих кольцевых элементов 2. Муфта снабжена промежуточным кольцом 4. На наружном диаметре кольцевого элемента (Фиг.2) выполнены вогнутые дуги. В конкретном примере выполнения соотношение наружного диаметра d_n упругого элемента и диаметров d_r расположения центров отверстий в упругом элементе равно 1,2, а отношение диаметра d_z расположения нижних точек вырезов в виде вогнутой дуги к диаметру d_r расположения центров отверстий в упругом элементе равно 1,03. Каждый вырез (Фиг.3) при соблюдении указанных выше соотношений параметров может быть выполнен в виде дуги, которая в точках, расположенных симметрично относительно средней линии между двумя соседними отверстиями, касается двух условных окружностей, в свою очередь, касающихся наружного диаметра упругого элемента, причем центры этих условных окружностей совпадают с центрами соседних отверстий в упругом элементе. Кроме того, при тех же параметрах, Фиг.4, линии вырезов в виде вогнутой дуги могут плавно переходить в дуги окружностей, касающихся наружного диаметра. Кроме того, в чередующихся вырезах упругого элемента (Фиг.5) при соблюдении указанных выше условий на участках упругого элемента, работающих на сжатие, могут быть выполнены дополнительные соосные вырезы в виде вогнутой дуги с соотношением в конкретном примере выполнения диаметра d₁ расположения нижних точек дополнительного выреза в виде вогнутой дуги и диаметра d_r расположения центров отверстий в упругом элементе, равным 0,95, при этом соотношение радиуса r дополнительного выреза в виде вогнутой дуги и радиуса r_paz базового выреза в виде вогнутой дуги может быть равно 0,5.

Муфта с заявляемыми упругими кольцевыми элементами работает следующим образом. При вращении одного из валов крутящий момент передается на полумуфту 1, закрепленную на его конце, и далее на прикрепленное к фланцу этой полумуфты промежуточное кольцо 4, затем на пакет упругих элементов 2 и на прикрепленную к этому пакету промежуточную втулку 3. С помощью болтового соединения крутящий момент передается посредством второго пакета упругих элементов 2 на второе промежуточное кольцо 4, вторую полумуфту 1 и далее – на ведомый вал, сообщая ему обороты с преодолением рабочего момента сопротивления.

Формула изобретения

1. Упругий кольцевой элемент соединительных муфт вращающихся валов с отверстиями и вырезами в виде вогнутой дуги на наружных диаметрах, отличающийся тем, что соотношение наружного диаметра упругого элемента и диаметров расположения центров отверстий в упругом элементе соответствует выражению:
d_n/d_r=1,15-1,35,
где d_n – наружный диаметр упругого элемента;
d_r – диаметр расположения центров отверстий в упругом элементе,
при этом отношение диаметра расположения нижних точек вырезов в виде вогнутой дуги к диаметру расположения центров отверстий в упругом элементе соответствует выражению:
d_z/d_r=1,0-2,
где d_z – диаметр расположения нижних точек вырезов в виде вогнутой дуги,
при d_z=d_n-2 , где – глубина выреза в виде вогнутой дуги относительно наружного диаметра упругого элемента.

2. Упругий элемент по п.1, отличающийся тем, что каждый вырез выполнен в виде дуги, которая в точках, расположенных симметрично относительно средней линии между двумя соседними отверстиями, касается двух условных окружностей, в свою очередь, касающихся наружного диаметра упругого элемента, причем центры этих условных окружностей совпадают с центрами соседних отверстий в упругом элементе.

3. Упругий элемент по п.2, отличающийся тем, что линии вырезов в виде вогнутой дуги плавно переходят в дуги окружностей, касающихся наружного диаметра.

4. Упругий элемент по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в чередующихся вырезах на участках, работающих на сжатие, выполнены дополнительные соосные вырезы в виде вогнутой дуги, с соотношением диаметра расположения нижних точек дополнительного выреза в виде вогнутой дуги и диаметра расположения центров отверстий в упругом элементе, соответствующим выражению:
d₁/d_r=0,8-1,0,
где d_r – диаметр расположения центров отверстий в упругом элементе;
d₁ – диаметр расположения нижних точек дополнительного выреза в виде вогнутой дуги,
при этом соотношение радиуса дополнительного выреза в виде вогнутой дуги и радиуса базового выреза в виде вогнутой дуги соответствует выражению:
r/r_paz=0,50,7,
где r – радиус дополнительного выреза в виде вогнутой дуги;
r_paz – радиус базового выреза в виде вогнутой дуги.

РИСУНКИ