Упругая предохранительная муфта

)4 Г 6 Р 7 КОМИТЕТ СССРНИЙ И ОТКРЫТИИ ОСУДАРСТВЕННЫПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕ РЕТЕНИЯ ЕЛЬСТВУ Сл ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ С(46) 15.05.87. Бюл. Р 18 (71) Колпинское отделение Всесоюзного научно-исследовательского и проектно-конструкторского института металлургического машиностроения "ВНИИМЕТМАШ" им. А.И.Целикова (72) Л.М, Бобров, Ю.И. Дунаевский, А.Я. Усвят и А.А. Тавруев ,(53) 621,825.5(088.8),(56) Гевонден Т.А. Пружинные двигатели, М.: Оборониз, 1956, с.298-311.Авторское свидетельство СССР В 634032, кл. Р 16 П 7/00, 1978. (54) УПРУГАЯ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ МУФТА (57) Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для защиты узлов привода от перегрузок.Целью изобретения является повышениенагрузочной способности муфты и еедемпфирующих свойств, а также компенсационных свойств. Муфта содержитполумуфту 2, в которой консольно установлены стержни 4, выполненные ввиде пакета тонкостенных элементовжелобчатого профиля. Свободные концы стержней контактируют с упорами6 полумуфты 9. При перегрузке ведомой полумуфты 9 вал 1 с полумуфтой 2продолжает вращаться и свободные концы стержней 4, изгибаясь, выходятиз зацепления с упорами 6, т.е, деформация стержней при изгибе происходит в двух взаимно перпендикулярныхнаправлениях. 3 з.п, ф-лы, 6 ил.13105 Изобретение относится к машиностроению и предназначено для защиты узлов и отдельных деталей от перегрузок.Целью изобретения является увеличение нагрузочной способности демпфирующих и компенсационных свойств,На Фиг. 1 схематически изображена упругая предохранительная муфта; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - график зависимости передаваемого момента от угла закручивания 4 (для предлагаемой муфты - сплошная линия, для муфты-прототипа - пунктирная линия); на фиг. 4 - муфта, вариант, с тонкостенными стержнями переменного сечения; на Фиг. 5 - разрез Б-Б на Фиг. 4; на фиг. б - диаграммы изгибающих моментов желобчатых стержней. 20Муфта (фиг. 1 и 2) содержит жестко установленную на ведущем валу 1 полумуфту 2, в которой выполнены от-верстия 3. В них установлены концы25 стержней 4, выполненных в виде пакетов из тонкостенных элементов с открытым плавно очерченным поперечным желобчатым профилем. Положение стержней 4 вдоль отверстия 3 фиксируется зажимами 5, проходящими через сквозные отверстия, выполненные в пакетах. Свободные концы стержней находятся в зацеплении с упорами 6 штырей 7, помещенных в пазах 8 ведомой полумуфты 9, жестко смонтированной на валу 10. 35Муфта (фиг, 4 и 5) содержит пакеты из тонкостенных стержней 4 выполненных с переменным (трапецеидальным) поперечным сечением, уменьшающимся к их свободным концам, взаимо- ф действующим с упорами 6 и расположенным аксиально в торцовом зазоре между полумуфтами 2 и 9, соответственно насаженными на валы 1 и 10.Устройство работает следующим образом. Регулирование упругой характеристики муфты допускаемыми значениями М дои и Ц акоп (Фиг. 3) осуществля 55 При нормальном (допустимом) режиме, когда момент ММ, муФта работает как упругая, причем обеспечивает передачу крутящего момента между смещенными валами. Свободные концы стержней 4 (фиг. 1 и 2) при этом частично депланируют, т,е. выпрямляют свой плавно очерченный поперечный профиль в одной плоскости и одновременно изгибаются во взаимно перпендикулярной плоскости, что приводит к их перемещению относительно 35 2упоров 6 и, в конечном итоге, к повороту ведущего вала 1 относительно ведомого вала 10 на угол(фиг. 3) При перегрузке ведомой полумуфты9 моментом ММ до, вал 1 с полумуфтой 2 продолжают вращаться в прежнем направлении до угла взаимного поворота с = сд и свободные концыстержней 4, изгибаясь, выходят из зацепления с упорами б штырей 7. При этом перегрузка ограничивается значением ММ и тем самым элементы привода предохраняются от поломок, Муфта обеспечивает передачу значительно большего допускаемого момента Мза счет выполнения упругих элементов в виде пакетов тонкостенных стержней желобчатого поперечного сечения и взаимодействия упоровведомой полумуфты со свободными концами пакетов в плоскости симметрииих поперечного сечения, что приводит к деформации стержней при изгибе вдвух взаимно перпендикулярных направлениях. При высокочастотных возмущениях муфта обеспечивает демпфирование возможных резонансных колебанийза счет интенсивного проскальзыванияв двух взаимно перпендикулярных направлениях контактирующих между собойповерхностей тонкостенных стержнейв пакетах и развивающихся в результате этого сил трения (см. Фиг, 3). ется путем перемещения стержней вдоль отверстий 3, или перемещение упоров 6 в пазах 8 ведомой полумуфты 9. За счет того, что зажимы 5 пропущены через сквозные отверстия, выполненныев тонкостенных стержнях 4, обеспечивается их надежная Фиксация, предотвращающая сдвиг в отверстиях 3вследствие развивающихся при вращении муфты центробежных сил. Муфта(фиг, 4 и 5) с аксиально расположенными в торцовом зазоре между полумуфтами 2 и 9 пакетами стержней 4 переменного (трапецеидального) поперечного сечения работает аналогично, но, за счет равнопрочности пакетов стержней, несущая способность муфты при равной металлоемкости может быть повышена в 1,5 - 2 раза.Энергоемкость муфты при равных габаритах, массе н прочностных свойствах тонкостенных стержней, даже ес 1310535ли пренебречь силами трения впятеро выше, по сравнению с муфтой-прототипом за счет более равномерного распределения упругого потенциала И при деформации пакетов стержней желобчатого поперечного сечения. Несущая способность муфты в десятки раз превосходит несущую способность муфты-прототипа.Таким образом, для каждого изот О ропного линейно-упругого тонкостенного стержня, изогнутого в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, упругий потенциал15б,+6, - 21 6, б2 ЕУгде Й Бг - нормальные главные напряжения; 20Е - коэффициент Пуассона иэмодуль упругости материала стержней соответственно; для стали-1 = 0,3. 25Если тонкостенный стержень 4 выполнен с желобчатым поперечным сечением, т.е. представляет собой круговую цилиндрическую панель длиной Ь, толщиной Ь, шириной Ь (по развертке),30ЕЬрадиусом К = --- и взаимодействует2 бс упором 6 выпуклой стороной, как показано на фиг. 1 и 2, то его энергия деформации при моменте М = Мсос тавит06 ЬЬБ=2 Ь Ихс 1 г= ----(4+31)Ь Ь Ьбг18 Ейо оЕЬД= К 40 где Б - энергия деформации;Ь - ширина цилиндрической панели;Ь - длина цилиндрической панели;Ь толщина цилиндрической панели 45К - радиус желобчатого поперечного сечения панели;- предел упругости материалапанели, причем, поскольку осикоординат совпадают с главнымиосями напряжений б, и 626 упр, 26 эор х гЬ-"= Ь2 б урх ги соответствует радиусу кривизны оси стержняЬэр = 0,265 1 - 1 Момент М для стержня прямоуголь 2ного сечения при том же радиусе кривизны о составит:Е ЬЬэМ12 Следовательно, искомое отношениеМ/М 0 035 ЬР 2. М 0 0093 Ь К ЬПоскольку при выпрямлении поперечного желобчатого сечения стержнянапряжения в нем не должны превзойти бр Ь 2 Кбр Е 2 К Е Отметим, что даже для наилучшей (с точки зрения получения наибольшей энергоемкости и несущей способности) формы поперечного сечения стержня прямоугольной - соответствующие значения Б оказываются в прототипе при прочих равных условиях в (4+3 1 ): 5 раз меньшими. С учетом сил трения, возникающих при проскальзывании в двух взаимно перпендикулярных направлениях контактирующих поверхностей тонкостенных стержней желобчатого поперечного сечения в пакетах, энергоемкость предлагаемой муфты по сравнению с прототипом возрастает по меньшей мере в 5,5-6 раз, и повьппаются ее демпфирующие свойства.Сопоставляя несущую способность предлагаемой муфты и известной, опМределим --- отношение наибольших изгибающих моментов, передаваемых тонкостенным стержнем желобчатого поперечного сечения (М) и стержнем с прямоугольным поперечным сечением Ь х Ь равных габаритов и массы (М, ).Наивысшее значение0535 5 131 то отношение И,/М г с учетом выражения для и примет вид М 0 0023 ЕгЬ"М 5 гКТаким образом, например длястальных стержней при Е = 2 10 МПа,б = 500 МПа; Ь/К = 0,51;М 123368 соответственно, т,е.Мнесущая способность предлагаемой муфты может в десятки-сотни раз превзойти несущую способность муфты-прототипа,Таким образом, несущая способностьмуфты при прочих равных условиях может быть повышена минимум в 23 разапо сравнению с прототипом. Следовательно, выполнение в предлагаемомизобретении упругих элементов в видепакетов, составленных из тонкостенных стержней желобчатого поперечногосечения, обеспечивает при тех же габаритах и металлоемкости муфты значительное повышение ее несущей способности и демпфирующих свойств, содной стороны - за счет повышенияжесткости муфты на начальном участкеупругой характеристики, а с другойстороны - за счет упругой деформации тонкостенных стержней в двух взаимно перпендикулярных направленияхпри действии на муфту предельных крутящих моментов; благодаря взаимодействию упоров ведомой полумуфты сосвободными концами пакетов в плоскости симметрии их поперечного сеченияпредотвращается скручивание и обеспечивается изгиб стержней при нагружении муфты, причем при взаимодействии, например с выпуклой стороныстержней, обеспечивается больший уголповорота ведущей и ведомой полумуфт,а с вогнутой - больший передаваемыйкрутящий момент,В изобретении предлагается пакетыстержней выполнить с переменным поперечным сечением, уменьшающимся ких свободным концам, например трапецеидальной формы, что обеспечиваетравнопрочность пакетов и повышаетнесущую способность муфты.Технико-экономический эффект отприменения изобретения образуется засчет сокращения аварий и простоев втрансмиссиях приводов за счет обес О печения возможности размещения в нихмуфт более высокими несущей несущейспособностью, демпфирующими свойствами и энергоемкостью при обеспеченииупругих свойств и возможности пере дачи крутящего момента между смещенными валами,формула изобретения 20 1. Упругая предохранительная муфта, содержащая две полумуфты, соединенные упругими элементами, закрепленными консольно на одной полумуфтеи взаимодействующими свободными концами с закрепленными на другой полумуфте упорами, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что с целью повышения ее нагрузочкой способности и демпфирующихсвойств, упругие элементы выполнены 30 в виде пакета тонкостенных стержнейжелобчатого симметричного поперечного сечения. 2. Мудта по п. 1, о т л и ч а ю - щ а я с я тем, что тонкостенные стержни желобчатого сечения выполнены с переменной шириной, уменьшающейся к их свободным концам. 3. Муд 1 та по пп. 1 и 2, о т л и - 40ч а ю щ а я с я тем, что стержни желобчатого сечения контактируют с упорами своей вогнутой стороной,4, Муфта по пп. 1 и 2, о т л и - 45ч а ю щ а я с я тем, что стержнижелобчатого сечения контактируют супорами своей .выпуклой стороной.13 1 0535 АКОГ фиг. 6Составитель М, 1(осьминовТехред М.ХоданичСлиг Редак Решетни оррек 76 ак оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 31 ТиражВНИИПИ Государспо делам изобр13035, Москва, Ж 12венноготений и5, Рауш Подписомитета СССРткрытийая наб д. 4/5