RU123081U1 - COUPLING SAFETY - Google Patents

Abstract

Предохранительная карданная муфта, содержащая две кулачковые полумуфты, одна из которых подпружинена с возможностью перемещения по шлицам в осевом направлении, а вторая полумуфта выполнена в виде ступицы, отличающаяся тем, что по оси ведущей полумуфты выполнено отверстие, в которое установлен и жестко закреплен цилиндрический корпус жидкостного демпфера в сборе с ведущим присоединительным фланцем, корпус жидкостного демпфера снабжен поршнем с проходными отверстиями, установленным с возможностью продольного перемещения и реверсивного вращения относительно оси, со штоком поршня жестко соединена ведомая полумуфта, имеющая по оси глухое отверстие для осуществления сборки, с левой стороны в поршень ввернут по резьбе ограничитель хода, на котором свободно установлен перекрывной клапан с жиклерами, к правому концу вала приварен ведомый присоединительный фланец муфты.A safety cardan clutch containing two cam half-couplings, one of which is spring-loaded with the ability to move along the splines in the axial direction, and the second half-coupling is made in the form of a hub, characterized in that a hole is made along the axis of the driving half of the coupling, in which the cylindrical body of the liquid damper assembly with a leading connecting flange, the body of the liquid damper is equipped with a piston with through holes, installed with the possibility of longitudinal movement and reversible rotation about the axis, a driven coupling half is rigidly connected to the piston rod, having a blind hole along the axis for assembly, on the left side into the piston a travel stop is screwed in along the thread, on which a shut-off valve with nozzles is freely mounted, a driven coupling flange is welded to the right end of the shaft.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в карданном приводе машин.The utility model relates to the field of mechanical engineering and can be used in a cardan drive of machines.

Известна предохранительная муфта карданного привода, состоящая из вала, на шлицах которого с возможностью перемещения в осевом направлении посажена ведущая полумуфта, а ведомая полумуфта подпружинена. Между полумуфтами установлены две двухкулачковые шайбы (Карамышев В.Р., Нартов П.С. Повышение надежности работы предохранительных муфт лесохозяйственных машин. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 1983, с.8-9, рис.1.3).Known safety clutch cardan drive, consisting of a shaft, on the splines of which with the possibility of movement in the axial direction, the leading coupling half is mounted, and the driven coupling half is spring-loaded. Two two-jaw washers were installed between the coupling halves (Karamyshev V.R., Nartov P.S. Improving the reliability of the safety clutches of forestry machines. - Voronezh: Publishing House of Voronezh State University, 1983, p. 8-9, Fig. 1.3).

Недостатком этой конструкции является значительные динамические нагрузки при пробуксовке муфты в период ее срабатывания.The disadvantage of this design is significant dynamic loads during slipping of the clutch during its operation.

В качестве прототипа принята предохранительная карданная муфта, содержащая две полумуфты, одна из которых подпружинена с возможностью перемещения по шлицам в осевом направлении, а вторая полумуфта выполнена в виде ступицы с упругим элементом (Патент RU №62680 U1, МПК F16D 7/04, опубликован 27.04.2007, бюллетень №12).As a prototype, a safety cardan coupling has been adopted, containing two coupling halves, one of which is spring loaded to move along the slots in the axial direction, and the second coupling coupling is made in the form of a hub with an elastic element (Patent RU No. 62680 U1, IPC F16D 7/04, published April 27, 2004 .2007, Bulletin No. 12).

Предохранительная карданная муфта-прототип состоит из свободно установленной на валу карданной вилки и втулки с возможным осевым перемещением по шлицам, выполненной в виде ступицы с упругим элементом. Между вилкой и втулкой установлены двухкулачковые шайбы, одна из которых закреплена в упругом элементе втулки. Для прижатия шайб имеется цилиндрическая пружина, контактирующая с регулировочными гайками, навинчиваемыми на вал. При возникновении перегрузки втулка сжимает пружину, зубья шайб выходят из зацепления. Предохранительное устройство срабатывает с последующей пробуксовкой.Protective universal joint coupling prototype consists of a universal joint fork and sleeve freely mounted on the shaft with possible axial movement along the splines, made in the form of a hub with an elastic element. Two-jaw washers are installed between the plug and the sleeve, one of which is fixed in the elastic element of the sleeve. To press the washers, there is a coil spring in contact with the adjusting nuts screwed onto the shaft. When an overload occurs, the sleeve compresses the spring, the teeth of the washers disengage. The safety device is triggered followed by slipping.

Неясным в описании прототипа является геометрическая форма двухкулачковых шайб, содержащих зубья, количество и характеристика этих зубьев. Способ соединения вилки с ведущей двухкулачковой шайбой в описании отсутствует, хотя без таковой связи устройство работать не сможет. Ведомая двухкулачковая шайба закреплена на резиновом упругом элементе, крепления ее к каждому из четырех секторов этого элемента осуществляется четырьмя металлическими втулками цилиндрической формы. При срабатывании устройства (сжатии пружины) ведомая полумуфта под действием осевой силы перемещается назад (вправо) вместе с шлицевой втулкой по валу, сжимая пружину. Осевая сила передается от ведомой полумуфты на пружину посредством четырех цилиндрических втулок и постоянно сжатых пружиной резиновых упругих элементов. В определенный момент срабатывания устройства (пробуксовки полумуфт) крутящий момент перестает им передаваться, и его производная осевая сила перестает существовать. При этом условии исчезает сила, дополнительно сжимающая пружину и она производит ход отдачи, то есть методом ударной нагрузки вновь восстанавливает соединение полумуфт. При пробуксовке полумуфт изменение ударной нагрузки в момент замыкания устройства будет носить пульсирующий характер, возникая именно на ходе отдачи, а не при размыкании муфты. Роль упругого резинового элемента в гашении указанных ударных нагрузок можно считать незначительной, так как он постоянно сжат пружиной, в результате величиной его дополнительного сжатия при гашении удара можно пренебречь. Таким образом, упругие элементы (4 шт.) устройства не предохраняют в значимой степени элементы трансмиссии от ударной отдачи, а лишь частично демпфируют процесс передачи крутящего момента, снижая нагрузку на шлицевое соединение ступицы, при этом, передающие крутящий момент четыре цилиндрические втулки подвержены напряжению среза и лимитируют работоспособность устройства в целом.Unclear in the description of the prototype is the geometric shape of the two-jaw washers containing teeth, the number and characteristics of these teeth. The method of connecting the plug with the leading two-jaw washer is not described in the description, although the device will not be able to work without such a connection. The driven two-jaw washer is mounted on a rubber elastic element, its fastening to each of the four sectors of this element is carried out by four cylindrical metal bushings. When the device is triggered (compression of the spring), the driven coupling half under the action of axial force moves back (to the right) together with the spline sleeve along the shaft, compressing the spring. The axial force is transmitted from the driven coupling half to the spring by means of four cylindrical bushings and rubber elastic elements constantly compressed by the spring. At a certain moment of operation of the device (slipping of the coupling halves), the torque ceases to be transmitted to them, and its derivative axial force ceases to exist. Under this condition, the force disappears, additionally compressing the spring and it produces a recoil stroke, that is, the shock coupling method restores the coupling coupling again. When the coupling halves slip, the change in the shock load at the moment the device closes will have a pulsating character, occurring precisely during the recoil, and not when the coupling is opened. The role of the elastic rubber element in damping the indicated shock loads can be considered insignificant, since it is constantly compressed by the spring, as a result, the value of its additional compression during damping can be neglected. Thus, the elastic elements (4 pcs.) Of the device do not significantly protect the transmission elements from shock recoil, but only partially dampen the torque transmission process, reducing the load on the spline connection of the hub, while the four cylindrical bushings transmitting torque are subject to shear stress and limit the overall health of the device.

Техническая задача - снижение динамической нагрузки на элементы трансмиссии на ходе отдачи, то есть скорости нарастания усилия в контактной площади полумуфт под действием сжатой пружины, и повышение за счет этого эксплуатационных свойств карданной предохранительной муфты.The technical task is to reduce the dynamic load on the transmission elements during the recoil, that is, the rate of increase of effort in the contact area of the coupling halves under the action of a compressed spring, and thereby increase the operational properties of the cardan safety clutch.

Для решения поставленной задачи карданная предохранительная муфта, содержащая две кулачковые полумуфты, одна из которых подпружинена с возможностью перемещения в осевом направлении, дополнительно оснащена жидкостным демпфером с расчетной характеристикой, уменьшающим динамическую нагрузку на элементы трансмиссии при стопорении последней в результате наезда рабочего органа машины на препятствие, к тому же демпфирующая способность названного устройства может регулироваться путем изменения его внутреннего гидравлического сопротивления.To solve the problem, a cardan safety clutch, containing two cam coupling halves, one of which is spring loaded with the ability to move in the axial direction, is additionally equipped with a liquid damper with a design characteristic that reduces the dynamic load on the transmission elements when the latter locks as a result of the machine working body hitting an obstacle, Moreover, the damping ability of the named device can be adjusted by changing its internal hydraulic resistance Eden.

Предлагаемая предохранительная карданная муфта изображена на фигуре. Ведущая полумуфта 1 представляет собой диск, в котором диаметрально противоположно выполнены отверстия, служащие для установки кулачков 2.The proposed safety cardan coupling is shown in the figure. The leading coupling half 1 is a disk in which holes are diametrically opposed, which serve to install the cams 2.

Каждый из кулачков (например, четырех) имеет рабочую (выпуклую) полусферическую поверхность и хвостовик, установленный в названные отверстия диска. Фиксация кулачков в отверстиях диска производится резьбовым соединением винт-гайка. По оси названного диска выполнено отверстие, в которое установлен цилиндрический корпус жидкостного демпфера 3 с приваренным к нему ведущим фланцем 4, снабженным крепежными отверстиями. Корпус жидкостного демпфера 3 в сборе с ведущем фланцем 4 жестко закреплен сваркой с вышеназванным отверстием ведущего диска 1 и при работе устройства вращается вместе с ним. В корпус 3, с возможностью продольного перемещения и реверсивного вращения вокруг продольной оси, установлен поршень 5 с проходными отверстиями 6, концентрично расположенными на принятом радиусе (количество отверстий определяется расчетом), имеющий уплотнение сопряжения с зеркалом цилиндра в виде самоподжимной манжеты 7. С поршнем 5 жестко соединен шток 8, имеющий в месте выхода из корпуса 3 резиновое уплотнение 9, прижатое крышкой 10. Для осуществления сборки жидкостного демпфера его правая торцевая крышка 11 дискообразной формы с отверстием под шток снабжена полкой 12, имеющей наружный резьбовой участок 13 и выступы 14 под зев рожкового ключа для заворачивания этой крышки, а сопрягаемая с ней поверхность цилиндрического корпуса 3 имеет соответствующий внутренний резьбовой участок. С левой стороны в поршень 5 ввернут по резьбе ограничитель 15 хода перекрывного клапана 16 с жиклерами 17, свободно установленного на его цилиндрической поверхности. Для заправки полостей А и Б жидкостного демпфера служит отверстие 18 в его корпусе 3, закрываемое резьбовой пробкой 19. Правый конец штока 8 имеет внутренний резьбовой участок 20. Ведомая полумуфта 21 также представляет собой диск, содержащий четыре вогнутые полусферы 22, соответствующие выпуклым полусферам (кулачкам) ведущего диска. При этом ведущие полусферы при сборке устройства плотно входят в сопряжение с ведомыми вогнутыми полусферами до соприкосновения полумуфт, после чего ведомая полумуфта 21 жестко соединяется со штоком 8 жидкостного демпфера посредством болта 23, вворачиваемого во внутренний резьбовой участок 20 штока 8; для осуществления сборки ведомая полумуфта 21 имеет по оси глухое отверстие 24. Таким образом, при отходе ведомой полумуфты 21 назад (вправо), вместе с ней будет перемещаться и шток 8 с присоединенным к нему поршнем 5. Ведомая полумуфта 21 имеет расчетное количество сквозных резьбовых отверстий, служащих для жесткого соединения этой полумуфты со шлицевой ступицей 25, установленной с возможностью продольного относительного перемещения по валу 26, оснащенному шлицевым участком 27. На вал 26 с размещенной на нем шлицевой ступицей 25 устанавливают цилиндрическую пружину сжатия 28. Степень сжатия пружины 28 изменяют регулировочной гайкой 29, после чего фиксируют контргайкой 30, навинчиваемых на резьбовой участок 31 вала. Между торцом пружины и регулировочной гайкой установлен упорный диск 32. К правому концу вала приварен ведомый фланец 33 с присоединительными размерами для карданной передачи. В качестве брызгозащитного устройства шлицевого и резьбовых соединений ведомой полумуфты на правом торце ее диска резьбовым крепежом установлен защитный колпак 34 цилиндрической формы, опирающийся свободным правым концом на поверхность диска 32.Each of the cams (for example, four) has a working (convex) hemispherical surface and a shank installed in the said holes of the disk. The cams are fixed in the holes of the disk by a threaded screw-nut connection. A hole is made along the axis of the aforementioned disk, into which a cylindrical housing of the liquid damper 3 is mounted with a leading flange 4 welded to it and provided with fixing holes. The housing of the liquid damper 3 assembly with the drive flange 4 is rigidly fixed by welding with the aforementioned hole of the drive disk 1 and rotates with it during operation. In the housing 3, with the possibility of longitudinal movement and reverse rotation around the longitudinal axis, a piston 5 is installed with passage openings 6 concentrically located at the adopted radius (the number of holes is determined by calculation) having a seal for interfacing with the cylinder mirror in the form of a self-clamping sleeve 7. With the piston 5 the rod 8 is rigidly connected, having at the exit from the housing 3 a rubber seal 9 pressed against the cap 10. To assemble the liquid damper, its right end-cap 11 is disk-shaped with an opening a rod provided with a flange 12 having an externally threaded portion 13 and the projections 14 under the shed spanner for screwing of the cover, and with it the mating surface of the cylindrical body 3 has a corresponding internal threaded portion. On the left side, the stopper 15 of the stroke of the shutoff valve 16 with nozzles 17 freely mounted on its cylindrical surface is screwed into the piston 5. For filling the cavities A and B of the liquid damper, a hole 18 in its housing 3 is used, which is closed by a threaded plug 19. The right end of the rod 8 has an internal threaded portion 20. The driven half-coupling 21 also represents a disk containing four concave hemispheres 22 corresponding to convex hemispheres (cams ) master drive. In this case, the leading hemispheres during assembly of the device are tightly coupled with the driven concave hemispheres until the coupling halves touch, after which the driven coupling half 21 is rigidly connected to the rod 8 of the liquid damper by means of a bolt 23 screwed into the internal threaded section 20 of the rod 8; for assembly, the driven coupling half 21 has a blind hole 24 along the axis 24. Thus, when the driven coupling half 21 moves backward (to the right), the rod 8 with the piston 5 connected to it will also move. The driven coupling half 21 has the estimated number of threaded through holes serving for the rigid connection of this coupling half with a spline hub 25, mounted with the possibility of relative longitudinal movement along a shaft 26 equipped with a spline section 27. Cycles are mounted on a shaft 26 with a spline hub 25 mounted on it a single compression spring 28. The compression ratio of the spring 28 is changed with the adjusting nut 29, and then fixed with a lock nut 30 screwed onto the threaded portion 31 of the shaft. A stop disk 32 is installed between the end of the spring and the adjusting nut. A driven flange 33 with connecting dimensions for the driveline is welded to the right end of the shaft. As a spray protection device for the splined and threaded connections of the driven half coupling, a protective cap 34 of a cylindrical shape, resting on the surface of the disk 32 with its free right end, is mounted by a threaded fastener on the right end of its disk.

Предохранительная карданная муфта работает следующим образом.Safety cardan coupling operates as follows.

В собранном состоянии полумуфты плотно прилегают своими полусферическими поверхностями («выпуклость-впадина»), постоянно находясь под воздействием усилия пружины, отрегулированного на передачу расчетного крутящего момента трансмиссией при работе машины.In the assembled state, the coupling halves fit tightly with their hemispherical surfaces (“bulge-cavity”), constantly being under the influence of the spring force, adjusted to transmit the calculated torque by the transmission when the machine is running.

При передаче крутящего момента на сферической контактирующей поверхности ведомой полумуфты возникает осевая сила. Эта сила стремится вывести ведомую полумуфту из зацепления с ведущей, преодолевая усилия их сжатия пружиной, силу трения в шлицевом соединении, силу гидравлического сопротивления жидкостного демпфера на ходе «сжатие» и силу трения на контактирующей поверхности полусферических тел кулачков и ведомой полумуфты. В результате заданного соотношения названных сил полумуфты должны постоянно находиться в зацеплении на ширине рабочего профиля полусферических кулачков, например, равного их радиусу.When torque is transmitted, axial force occurs on the spherical contact surface of the driven coupling half. This force tends to bring the driven coupling half out of engagement with the driving force, overcoming the efforts of their compression by the spring, the friction force in the spline connection, the hydraulic resistance of the liquid damper during the compression process and the friction force on the contact surface of the hemispherical cam bodies and the driven coupling half. As a result of a given ratio of the mentioned forces, the coupling halves must be constantly engaged on the width of the working profile of hemispherical cams, for example, equal to their radius.

Так как ведомая полумуфта посажена на шлицы вала, то она имеет возможность перемещаться по ним на величину хода сферического кулачка, дополнительно сжимая пружину. Регулировка устройства на срабатывание под действием момента, превышающего расчетное значение, осуществляется регулировочной гайкой путем изменения усилия сжатия пружины.Since the driven coupling half is mounted on the splines of the shaft, it has the ability to move along them by the size of the spherical cam stroke, additionally compressing the spring. The adjustment of the device for actuation under the action of a moment exceeding the calculated value is carried out by the adjusting nut by changing the compression force of the spring.

При срабатывании устройства в момент отвода ведомой полумуфты 21 шток 8 перемещает поршень 5 вправо, сжатая в полости А рабочая жидкость перетекает в полость Б через проходные отверстия 6 поршня 5, перекрывной клапан 16 отведен давлением жидкости в крайнее левое положение на ограничителе хода 15. Гидравлическое сопротивление жидкостного демпфера 3 на ходе сжатия минимально.When the device operates at the time of withdrawal of the driven coupling half 21, the rod 8 moves the piston 5 to the right, the working fluid compressed in the cavity A flows into the cavity B through the bore holes 6 of the piston 5, the shutoff valve 16 is diverted by the fluid pressure to the leftmost position on the travel stop 15. Hydraulic resistance liquid damper 3 during compression is minimal.

При размыкании силового контура трансмиссии исчезает осевая сила, действующая на ведомую полумуфту 21, и она под действием усилия дополнительного сжатия пружины 28 опять входит в зацепление с кулачками 2 ведущей полумуфты 1. Для гашения нагрузки, возникающей в месте контакта кулачков на ходе «отдачи», служит жидкостной демпфер 3, перекрывной клапан 16 которого перемещается под действием давления жидкости к поршню 5, в результате чего жидкость из полости Б вытесняется в полость А через проходные отверстия 6, содержащие жиклеры 17 - отверстия с калиброванным диаметром и длиной, обладающих высоким гидравлическим сопротивлением. В результате дросселирования рабочей жидкости через жиклеры 17 ход «отдачи» поршня 5, штока 8 и жестко соединенной с ним ведомой полумуфты 21 замедляется, кинетическая энергия удара за счет жидкостного трения преобразуется в тепловую энергию и рассеивается в пространстве.When the power circuit of the transmission opens, the axial force acting on the driven coupling half 21 disappears, and under the action of the additional compression of the spring 28, it again engages with the cams 2 of the driving coupling half 1. To absorb the load that occurs at the contact point of the cams during the “kickback”, serves as a liquid damper 3, the shutoff valve 16 of which moves under the action of fluid pressure to the piston 5, as a result of which the fluid from the cavity B is forced into the cavity A through the passage openings 6 containing the nozzles 17 - openings with liberated diameter and length, with high hydraulic resistance. As a result of the throttling of the working fluid through the nozzles 17, the stroke of the “return” of the piston 5, the rod 8 and the driven half-coupling 21 rigidly connected to it is slowed down, the kinetic energy of the impact due to liquid friction is converted into thermal energy and dissipated in space.

Claims (1)

Предохранительная карданная муфта, содержащая две кулачковые полумуфты, одна из которых подпружинена с возможностью перемещения по шлицам в осевом направлении, а вторая полумуфта выполнена в виде ступицы, отличающаяся тем, что по оси ведущей полумуфты выполнено отверстие, в которое установлен и жестко закреплен цилиндрический корпус жидкостного демпфера в сборе с ведущим присоединительным фланцем, корпус жидкостного демпфера снабжен поршнем с проходными отверстиями, установленным с возможностью продольного перемещения и реверсивного вращения относительно оси, со штоком поршня жестко соединена ведомая полумуфта, имеющая по оси глухое отверстие для осуществления сборки, с левой стороны в поршень ввернут по резьбе ограничитель хода, на котором свободно установлен перекрывной клапан с жиклерами, к правому концу вала приварен ведомый присоединительный фланец муфты.

A safety cardan coupling containing two cam coupling halves, one of which is spring loaded to move along the slots in the axial direction, and the second coupling coupling is made in the form of a hub, characterized in that an opening is made along the axis of the driving coupling half into which the cylindrical housing of the fluid damper assembly with leading mounting flange, the liquid damper housing is equipped with a piston with through holes, mounted with the possibility of longitudinal movement and reversing rotation relative to the axis, a driven coupling half is rigidly connected to the piston rod, having a blind hole for the assembly along the axis, a travel stop is screwed on the left side of the piston to the thread, on which a shut-off valve with nozzles is freely mounted, a driven connecting flange is welded to the right end of the shaft couplings.