гибкая муфта для валов

Формула изобретения

1. Гибкая муфта для валов, включающая два фланца, попеременно скрепленные рядом упругих пластин через стяжные шайбы, болты и гайки по окружности фланцев, один из фланцев выполнен за одно целое со ступицей, отверстие в которой имеет форму конуса, отличающаяся тем, что фланец, выполненный за одно целое со ступицей, смещен относительно места перехода его в ступицу в направлении вдоль оси вращения муфты и образует со ступицей упругий кольцевой пояс, причем ширина В кольцевого пояса и его радиальная толщина (R-r) в месте перехода в ступицу связаны соотношением

В=(0,75÷1,75)(R-r),

где =3,14; R, r - наибольший и наименьший радиусы кольцевого пояса в месте перехода фланца в ступицу.

2. Гибкая муфта для валов по п.1, отличающаяся тем, что пакет деталей одного из фланцев включает прижимную шайбу, установленную на выступающей из фланца части болта, при этом болт и прижимная шайба снабжены средством фиксации между собой и относительно фланца при затяжке гайки от их взаимного проворачивания, а все гайки размещены со стороны одного из фланцев.

3. Гибкая муфта для валов по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что средство фиксации между прижимной шайбой и болтом выполнено в виде многогранника, в частности, в виде квадрата или шестигранника.

4. Гибкая муфта для валов по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что средство фиксации между прижимной шайбой и фланцем выполнено в форме радиуса на прижимной шайбе, равного или эквидистантного наибольшему радиусу упругого кольцевого пояса фланца.

Описание изобретения к патенту

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

Известна гибкая муфта для валов, содержащая фланцы, устанавливаемые 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 гибкой муфты, преимущественно при центрировании и закреплении фланца 2 непосредственно на валу турбомашины, например, при помощи конуса с натягом. В известной конструкции радиальные перемещения и деформации фланца 2 при центрировании и сборке его с конусом вала вызывают коробление фланцев, усталостные поломки дисков муфты, особенно при больших несоосностях соединяемых агрегатов, например, газотурбинной приводной установки и газоперекачивающего агрегата компрессорных станций на магистралях транспортировки газа.

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 буртом, причем фланец второй полумуфты размещен с заданными зазорами между стяжной шайбой и упорным буртом втулки [2].

Известная конструкция относится к трансмиссионным системам вертолетов и не предусматривает возможности центрирования и крепления непосредственно на валу турбомашины или потребителя при помощи конуса с натягом, от которого на фланце дополнительно образуются радиальные деформации и напряжения, вызывающие коробления фланцев и пакета упругих пластин между фланцами муфты.

Известна гибкая муфта для валов, включающая, по меньшей мере, два фланца, попеременно скрепленных рядом упругих пластин через стяжные шайбы, болты и гайки по окружности фланцев, один из фланцев выполнен за одно целое со ступицей, а в ступице выполнено отверстие, в частности, в форме конуса [3].

Недостатком известной конструкции является усложнение конструкции из-за необходимости применения промежуточных фланцев, причем число дополнительных фланцев равно числу выполняемых за одно целое со ступицей основных, размещаемых непосредственно на валах агрегатов фланцев. В известной конструкции дополнительные фланцы выполняют функции демпфирования несоосностей соединяемых агрегатов, однако такого типа конструкции более склонны к динамической неуравновешенности (разбалансировке) из-за износа и деформации ряда упругих пластин и болтов, а также к разрыву кинематической связи из-за поломки упругих пластин.

Наиболее близкой к заявляемой конструкции является гибкая муфта для валов, включающая, по меньшей мере, два фланца, попеременно скрепленных рядом упругих пластин через стяжные шайбы, болты и гайки по окружности фланцев, один из фланцев выполнен за одно целое со ступицей, а в ступице выполнено отверстие, в частности, в форме конуса [4].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является неполное использование возможности повышения надежности и ресурса вследствие коробления фланцев при сборке ступицы с конусом вала и деформации пакета упругих пластин между фланцами муфты. Это объясняется радиальными деформациями фланца от усилий конуса вала при запрессовке его ступицы.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности и ресурса гибкой муфты путем исключения коробления фланцев при сборке ступицы с конусом вала и предотвращения деформации ряда упругих пластин между фланцами муфты, а также уменьшения динамической неуравновешенности муфты.

Сущность технического решения заключается в том, что в гибкой муфте для валов, включающей два фланца, попеременно скрепленных рядом упругих пластин через стяжные шайбы, болты и гайки по окружности фланцев, один из фланцев выполнен за одно целое со ступицей, отверстие в которой имеет форму конуса, согласно изобретению фланец, выполненный за одно целое со ступицей, смещен относительно места перехода его в ступицу в направлении вдоль оси вращения муфты и образует со ступицей упругий кольцевой пояс, причем ширина В кольцевого пояса и его радиальная толщина (R-r) в месте перехода в ступицу связаны соотношением: В=(0,75...1,75)(R-r), где =3,14, R, r - наибольший и наименьший радиусы кольцевого пояса в месте перехода фланца в ступицу. Пакет деталей одного из фланцев включает прижимную шайбу, установленную на выступающей из фланца части болта, при этом болт и прижимная шайба снабжены средством фиксации крутящего момента между собой и относительно фланца при затяжке гайки, а все гайки размещены со стороны одного из фланцев. Средство фиксации крутящего момента между прижимной шайбой и болтом выполнено в виде многогранника, в частности в виде квадрата или шестигранника. Средство фиксации крутящего момента между прижимной шайбой и фланцем выполнено в форме радиуса на прижимной шайбе, равного или эквидистантного наибольшему радиусу упругого кольцевого пояса фланца.

Выполнение гибкой муфты для валов таким образом, что фланец, выполненный за одно целое со ступицей, смещен относительно места перехода его в ступицу в направлении вдоль оси вращения муфты и образует со ступицей упругий кольцевой пояс, причем ширина В кольцевого пояса и его радиальная толщина (R-r) в месте перехода в ступицу связаны соотношением: В=(0,75...1,75)(R-r), где =3,14; R, r - наибольший и наименьший радиусы кольцевого пояса в месте перехода фланца в ступицу, позволяет компенсировать упругие радиальные деформации фланца от усилий конуса вала на ступицу и обеспечить демпфирование ряда упругих пластин, стяжных шайб, болтов и гаек по окружности фланцев. Кроме того, это позволяет компенсировать погрешности изготовления: несоосность отверстий под болты, отклонения диаметров болтов ряда упругих пластин, а также несоосность соединяемых агрегатов при сохранении крутильной жесткости упругого кольцевого пояса между ступицей и фланцем муфты.

Выполнение гибкой муфты для валов таким образом, что пакет деталей одного из фланцев включает прижимную шайбу, установленную на выступающей из фланца части болта, при этом болт и прижимная шайба снабжены средством фиксации крутящего момента между собой и относительно фланца при затяжке гайки, а все гайки размещены со стороны одного из фланцев, обеспечивает затяжку ряда упругих пластин через стяжные шайбы при помощи болтов и гаек по окружности фланцев без удерживания головок болтов и пластин каким-либо инструментом или приспособлением. Это исключает коробление дисков при затяжке гаек от их взаимного проворачивания, а также обеспечивает соединение с промежуточными валами, диаметр которых превышает наружный диаметр фланца гибкой муфты.

Выполнение средства фиксации крутящего момента между прижимной шайбой и болтом в виде многогранника, в частности в виде квадрата или шестигранника, упрощает конструкцию гибкой муфты, уменьшает ее стоимость.

Выполнение средства фиксации крутящего момента между прижимной шайбой и фланцем в форме радиуса на прижимной шайбе, равного или эквидистантного наибольшему радиусу упругого кольцевого пояса фланца, также упрощает конструкцию гибкой муфты и уменьшает ее стоимость.

На фиг.1 - изображена гибкая муфта для валов в разрезе. На фиг.2 - элемент I на фиг.1 упругого кольцевого пояса муфты в увеличенном виде. На фиг.3 - вид А на фиг.1 (фиксация прижимной шайбы на фланце). На фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.1 (фиксация прижимной шайбы и болта).

Гибкая муфта для валов включает два фланца 1, 2, попеременно скрепленных рядом упругих пластин 3 через стяжные шайбы 4, болты 5 и гайки 6 по окружности фланцев 1, 2. Фланец 1 выполнен за одно целое со ступицей 7, а в ступице 7 выполнено отверстие 8 в форме конуса. Фланец 1, выполненный за одно целое со ступицей 7, смещен относительно места 9 перехода его в ступицу 7 в направлении вдоль оси вращения 10 муфты и образует со ступицей упругий кольцевой пояс 11. Ширина 12 (В) кольцевого пояса 11 и его радиальная толщина 13 в месте перехода 9 в ступицу 7 связаны соотношением: В=(0,75...1,75)(R-r), где =3,14; R, r - наибольший 14 и наименьший 15 радиусы кольцевого пояса 11 в месте перехода 9 фланца 1 в ступицу 7. Пакет деталей фланца 1 включает прижимную шайбу 16, установленную на выступающей из фланца 1 части 17 болта 18. При этом болт 18 и прижимная шайба 16 снабжены средством фиксации крутящего момента между собой и относительно фланца 1 при затяжке гайки 6, а все гайки 6 размещены со стороны 19 фланца 1. Средство фиксации крутящего момента между прижимной шайбой 16 и болтом 18 выполнено в виде многогранника, в частности в виде квадрата 20. Средство фиксации крутящего момента между прижимной шайбой 16 и фланцем 1 выполнено в форме радиуса 21 на прижимной шайбе 16, равного или эквидистантного наибольшему радиусу 14 (R) упругого кольцевого пояса 11 фланца 1. Кроме того, на фиг.1: поз.22 - круглое прижимное кольцо для передачи крутящего момента между фланцами 1, 2 гибкой муфты, поз.23 - промежуточный вал агрегата полезной нагрузки, поз.24 - прижимной круглый буртик болта 18.

Упругая муфта для валов работает следующим образом. Крутящий момент передается на ступицу 7 и фланец 1, выполненные за одно целое, посредством упругого кольцевого пояса 11, смещенного относительно места перехода 9 фланца 1 относительно ступицы 7. При этом упругий кольцевой пояс 11 обладает определенной крутильной жесткостью, необходимой для передачи крутящего момента от вала турбомашины, и характерно большей радиальной податливостью, необходимой для компенсации несоосностей соединяемых агрегатов и погрешностей изготовления деталей муфты. От фланца 1 крутящий момент передается рядом упругих пластин 3 через стяжные шайбы 4, болты 5 и гайки 6 по окружности фланцев 1, 2. При этом для исключения контакта прижимных колец 22 с фланцем 1 и исключения контакта прижимных круглых буртиков 24 болтов 18 с фланцем 2 между ними выполнен определенный радиальный зазор. В случае поломки упругих пластин 3 происходит смещение прижимных колец 22 и круглых прижимных буртиков 24 болтов 18 на величину радиального зазора между фланцем 1 и прижимными кольцами 22, а также прижимным буртиком 24 и фланцем 2.

Таким образом, такое выполнение гибкой муфты для валов повышает ее надежность, улучшает динамическую уравновешенность, а также обеспечивает ресурс, соизмеримый с ресурсом газотурбинной установки или газоперекачивающего агрегата.

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, проспект фирмы «Flexibox», London, стр.6.

4. GB, проспект фирмы «Flexibox», London, стр.4 - прототип.