уравновешенная шарнирно-поводковая муфта

Формула изобретения

Уравновешенная шарнирно-поводковая муфта для передачи вращающего момента между перекашивающимися, радиально и продольно смещающимися в работе валами, например, между валом электродвигателя и хвостовиком ведущей шестерни осевого редуктора тягового привода железнодорожного подвижного состава, содержащая ведущий и ведомый фланцы, каждый из которых имеет три равномерно расположенные по окружности консольные вилки, которые посредством полых валиков и резинометаллических блоков соединены с одними концами шести поводков, вторые концы которых соединены посредством аналогичных валиков и резинометаллических блоков с шестью вилками трех двуплечих рычагов, подвижно соединенных между собой в центре посредством подшипников качения, отличающаяся тем, что пальцы полых валиков каждого, как ведущего, так и ведомого фланцев с их консольных сторон соединены с преднатягом попарно между собой тремя облегченными тягами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается локомотивостроения, а именно муфт, применяемых в качестве передаточных механизмов для тяговых приводов тепловозов, электровозов, электропоездов.

Известен механизм для передачи вращающего момента от полого вала тягового электродвигателя на ось колесной пары локомотива, содержащий рычаги, на концах которых шарнирно закреплены поводки, шарнирно связанные с полым валом и осью, при этом шарниры полого вала и оси, чередуясь, расположены равномерно по окружности, а рычаги выполнены двуплечими и шарнирно соединены средней частью между собой, а плечи каждого рычага соединены соответственно с полым валом и осью колесной пары. Данное изобретение (авт. св. 446441, кл. В 61 С 9/40, 1974) принимается в качестве аналога.

Данный механизм, однако, не пригоден для передачи вращающего момента между валами с большой частотой вращения из-за высоких напряжений в консольно расположенных вилках шарниров.

Известен также механизм для передачи вращающего момента от полого вала тягового электродвигателя на ось колесной пары локомотива, содержащий запрессованные в приливы двустороннего фланца полого вала и равномерно расположенные по окружности три ведущих пальца. Ведущие пальцы при помощи резинометаллических блоков и поводков соединены с тремя рычагами, связанными между собой в центре шарнирно с помощью тел качения (подшипников качения). Вторые концы рычагов при помощи резинометаллических блоков и ведомых поводков соединены с тремя ведомыми пальцами, запрессованными в центр колеса колесной пары.

Данный механизм (авт. св. 580136, кл. В 61 С 9/40, 1977), который в технической литературе (Бирюков И. В., Беляев А.И., Рыбников Е.К. Тяговые передачи электроподвижного состава железных дорог. М.: Транспорт, 1986, с. 76) получил название уравновешенной шарнирно-поводковой муфты (УШПМ), принимается в качестве прототипа.

Этот механизм, как и предыдущий, также непригоден для передачи вращения между валами с динамической и статической расцентровкой, перекосом и смещением их осей при высокой частоте их вращения.

Цель настоящего изобретения - повышение допустимой частоты вращения уравновешенной шарнирно-поводковой муфты, передающей вращающий момент между валами, имеющими в процессе работы статическую и динамическую радиальную расцентровку, статический и динамический перекос, а также статическое и динамическое продольное смещение, не вызывая при этом крутильных колебаний в системе.

Это достигается тем, что в уравновешенной шарнирно-поводковой муфте, содержащей ведущий и ведомый фланцы, каждый из которых имеет три равномерно расположенные по окружности консольные вилки, которые посредством полых валиков и резинометаллических блоков соединены с одними концами шести поводков, вторые концы которых соединены посредством аналогичных валиков и резинометаллических блоков с шестью вилками трех двуплечих рычагов, подвижно соединенных между собой в центре посредством подшипников качения, причем пальцы полых валиков каждого, как ведущего, так и ведомого фланцев с их консольных сторон соединены с преднатягом попарно между собой тремя облегченными тягами.

На фиг.1 изображена уравновешенная шарнирно-поводковая муфта, вид с торца; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Уравновешенная шарнирно-поводковая муфта для передачи вращающего момента между валами двух объектов, например электродвигателя, закрепленного на раме тележки, и осевого редуктора колесной пары, вынужденных при функционировании иметь статическую и динамическую расцентровку, а также статический и динамический перекос и продольное смещение соединяемых муфтой валов вследствие прогиба пружин рессорного подвешивания при движении по неровностям железнодорожного пути, состоит из ведущего фланца 1, который может быть соединен с хвостовиком вала якоря (ротора) электродвигателя посредством шлицев, болтового крепления или прессовой посади. Ведущий фланец 1 имеет три равномерно расположенные по окружности консольные вилки. Они посредством полых валиков 2, винтов 3 и шайб 4, а также резинометаллических блоков, состоящих из втулки 5, кольцевого буртика 6 и резинового элемента 7 соединены с головками трех ведущих поводков 8. Поводки 8 изготавливаются из легких высокопрочных алюминиевых сплавов или из углепластика. Противоположные головки поводков 8 соединены аналогичным путем посредством полых валиков 2 с гайками 3 и шайбами 4, а также резинометаллических блоков с вилками трех двуплечих рычагов 9, 10 и 11. Двуплечие рычаги 9, 10 и 11 подвижно соединены между собой в центре посредством подшипников качения 12 и 13, крышки 14, кольца 15, фиксатора 16 и болтов 17 так, что они могут вращаться друг относительно друга. Внутренняя полость подшипникового узла рычагов 9, 10 и 11 защищена от попадания пыли и влаги манжетами 18. Вилки на противоположных концах двуплечих рычагов 9, 10 и 11 соединены с головками трех ведомых поводков точно так же, как это описано выше, а противоположные их головки аналогичным путем соединены с консольно расположенными вилками ведомого фланца 19, который может быть выполнен за одно целое с валом осевого редуктора или крепиться к нему посредством болтов. Валики 2 с консольных сторон вилок ведущего и ведомого фланцев снабжены пальцами, на которые с преднатягом надеваются облегченные тяги 20, связывая с преднатягом попарно их между собой. Тяги 20 крепятся на пальцах валиков 2 корончатыми гайками 21.

Работает уравновешенная шарнирно-поводковая муфта следующим образом. Вращающий момент от вала электродвигателя и связанного с ним ведущего фланца 1 передается посредством полых валиков 2 и резиновых элементов 7 на ведущие поводки 8, а от них также посредством полых валиков 2 и резиновых элементов 7 - на вилки ведущих концов двуплечих рычагов 9, 10 и 11. Центральная точка двуплечих рычагов 9, 10 и 11, соединенных между собой подвижно посредством подшипников качения 12, 13 и болтов 14, всегда уравновешена под действием сил, направленных в пространстве под углом 120^o, и поэтому она служит точкой опоры. Силы с ведомых концов двуплечих рычагов 9, 11 и 12 через полые валики 2 и резиновые элементы 7 передаются трем ведомым поводкам 8, которые точно таким же образом соединены с вилками ведомого фланца 15.

При движении колесной пары по неровностям железнодорожного пути возникает смещение вала осевого редуктора относительно вала электродвигателя. Компенсация радиального смещения валов осуществляется путем поворота поводков 8 в шарнирах за счет внутренней деформации резиновых элементов 7. При этом центр двуплечих рычагов 9, 10 и 11 перемещается в радиальном направлении в два раза меньше значения расцентровки соединяемых валов, а все элементы уравновешенной шарнирно-поводковой муфты будут вращаться вокруг неподвижного в пространстве центра тяжести. Следовательно, в работе шарнирно-поводковая муфта не создает дополнительной неуравновешенности против исходной, которая невелика и контролируется на балансировочном станке. Угловые и осевые смещения соединяемых муфтой валов компенсируются путем поперечного отклонения поводков 8 и поперечно-угловой деформации резиновых элементов 7.

До тех пор, пока в тяговых приводах железнодорожного подвижного состава применялись электродвигатели постоянного тока, частота вращения якорей которых не превышала 2400 мин^-1, проблем прочности элементов УШПМ не возникало. С применением асинхронных электродвигателей частота вращения ротора повысилась до 4000 мин^-1. При этом резко возросли центробежные силы, действующие на вилки ведущего 1 и ведомого 15 фланцев, а также на вилки двуплечих рычагов 9, 10 и 11. В самом деле на радиусе 0,2 м масса m поводка 2 развивает центробежную силу:



т. е. поводок становится тяжелее своего веса в три с половиной тысячи раз. Аналогично утяжеляются и все другие элементы УШПМ. Столь значительные силы, действующие на консольно расположенные вилки ведущего 1 и ведомого 15 фланцев, создают опасные изгибащие напряжения в местах перехода лап к дискам. Поэтому установка с преднатягом облегченных тяг 16 на пальцы полых валиков 2 со стороны консоли вилок ведущего 1 и ведомого 15 фланцев позволяет воспринимать им консольные центробежные силы и тем самым исключить опасные изгибные напряжения в местах перехода лап к дискам. Останутся лишь растягивающие напряжения, значение которых не опасно для прочности лап. Что касается прочности двуплечих рычагов 9, 10 и 11, то консольность расположения вилок на крайних из них невелика, и возникающие при этом напряжения вполне допустимы.

Таким образом, установка с преднатягом облеченных тяг 16 на пальцы полых валиков со стороны консоли вилок ведущего 1 и ведомого 15 фланцев расширяет скоростной диапазон применения УШПМ и делает ее пригодной для асинхронного привода.

В заключение следует заметить, что УШПМ - кинематически совершенный механизм. Муфта не создает кинематических возбуждений при передаче вращающего момента между валами в условиях их расцентровки, перекоса и осевого смещения. Пригодность для высокооборотных машин делает ее перспективной для применения в тяговых приводах второго класса с асинхронным электродвигателем на железнодорожном подвижном составе.