PL237066B1 - Dynamiczne sprzęgło mechaniczne osiowo - skrętne - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest dynamiczne sprzęgło mechaniczne osiowo-skrętne do tłumienia drgań skrętnych ruchu obrotowego w układach napędowych.

Dotychczas sprzęgła mechaniczne podatne skrętnie stosowane w różnego rodzaju układach napędowych maszyn roboczych posiadają przestrzeń roboczą w postaci łącznika sprężystego wykonanego z elastomeru takiego jak guma lub poliuretan itp. lub stali (gatunku sprężynowego). Elementy sprężyste wykonywane są w postaci wkładek elastomerowych umieszczanych między odpowiednio wyprofilowane części (nazywane piastami lub członami) sprzęgła mechanicznego, które posiadają niskie parametry sprężyste (ze względu na wysoką twardość zastosowanego elastomeru, podyktowaną głównie względami wytrzymałościowymi) przy stosunkowo niskim stopniu tłumienia.

W obecnych sprzęgłach mechanicznych podatnych skrętnie z wkładkami elastomerowymi w przestrzeni roboczej, wkładki przykręcane są do piast sprzęgła lub są ciasno wsuwane między odpowiednio ukształtowane występy znajdujące się na tych piastach. Spotykane są też inne rozwiązania konstrukcyjne, w których elastomer jest przywulkanizowany do czynnej i biernej piasty sprzęgła i w całości (bądź w formie dzielonej) tworzy zwartą całość konstrukcji sprzęgła mechanicznego podatnego skrętnie.

Obecne sprzęgła mechaniczne podatne skrętnie, z wkładkami wykonanymi ze stali gatunku sprężynowego, posiadają z kolei dobre parametry sprężyste, ale nadal niskie parametry tłumiące. W sprzęgłach mechanicznych podatnych skrętnie elementy sprężyste wykonywane ze stali gatunku sprężynowego posiadają postać sprężyn tulejowych, płytkowych, śrubowych, pierścieniowych lub wężykowych, umieszczonych w odpowiedni sposób między piastami (członami) sprzęgła mechanicznego podatnego skrętnie.

Również spotyka się sprzęgła mechaniczne podatne skrętnie, posiadające w przestrzeni roboczej zamontowane mieszki powietrzne, dla których brak jest jednoznacznych współczynników sprężystości i tłumienia.

Wszystkie tego rodzaju obecnie stosowane sprzęgła charakteryzuje trudność jednoczesnego wyznaczenia w sposób analityczny takich parametrów techniczno-eksploatacyjnych, jak sprężystość i tłumienie. Parametry te podawane są w sposób zbiorowy dla całych typoszeregów niezależnie od wielkości sprzęgła tylko na podstawie badań laboratoryjnych.

Z polskiego opisu patentowego PL220862 znane jest sprzęgło podatne liniowe, charakteryzujące się bardzo wysokim stopniem tłumienia drgań skrętnych ze względu na zastosowany tłumik linowy, w obszarze roboczym sprzęgła podatnego linowego.

Niedogodnością powyższego rozwiązania brak w obszarze roboczym elementu sprężystego powoduje powrót elementu tłumiącego do pozycji wyjściowej (pozycji zerowej) po ugięciu (czyli zadziałaniu) tłumika linowego pod wpływem drgań dynamicznych skrętnych w układzie napędowym.

Celem wynalazku jest nowatorski sposób rozwiązania konstrukcyjnego przestrzeni roboczej dynamicznego sprzęgła mechanicznego osiowo skrętnego.

Cel ten osiągnięto przez zastosowanie w przestrzeni roboczej dynamicznego sprzęgła mechanicznego osiowo skrętnego promieniowo umieszczonych elementów sprężysto-tłumiących pracujących dynamicznie w postaci sprężyny płytkowej współpracującej z linowym tłumikiem drgań skrętnych w formie stożkowo-śrubowej spirali. Tłumik linowy posiada bardzo dobre właściwości tłumiące, które można wyznaczyć analitycznie, podobnie jak sprężystość sprężyny płytkowej wykonanej ze stali gatunku sprężynowego. Zwinięty tłumik linowy dynamicznie współpracujący ze sprężyną płytkową, dotychczas nie jest wykorzystywany w sprzęgłach mechanicznych podatnych skrętnie do tłumienia nadwyżek dynamicznych momentu obrotowego, powstających w układach napędowych.

Dynamiczne sprzęgło mechaniczne osiowo-skrętne według wynalazku charakteryzuje się tym, że segmenty sprężysto-tłumiące zbudowane są z liny stalowej zwiniętej w spiralę stożkowo-śrubową zabezpieczoną za pomocą wyprofilowanych występów piasty sprzęgła, a do powierzchni wewnętrznej segmentu, przymocowana jest sprężyna płaskownikową w kształcie zbliżonym do litery V lub O, zamocowaną od wewnętrznej strony segmentu w miejsce wsunięcia łopatek członu czynnego i biernego.

Korzystnie sprężyna płaskownikowa współpracuje z stożkowo-śrubową spiralą, stanowi pojedynczy segment sprężysto-tłumiący.

Korzystnie sprzęgło mechaniczne osiowo-skrętne według wynalazku ma na obwodzie parzystą liczbę segmentów sprężysto-tłumiących w ilości od 4 do 8 zestawów, korzystnie 6 segmentów, dla kątów od 45° do 60° spirali stożkowej.

PL 237 066 B1

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest zwarta, prosta konstrukcja o bardzo wysokim stopniu łagodzenia skutków dynamicznych drgań skrętnych współpracujących wałów, co powoduje znaczne łagodzenie nadwyżek dynamicznych szczególnie w obszarach rezonansowych występujących w układach napędowych. Sprzęgło powoduje obniżenie poziomu drgań cyklicznych, jakie powstają w pracujących układach napędowych, a kumulują się na elementach układu napędowego, które ulegają uszkodzeniu. Przewiduje się że, zastosowanie tego sprzęgła w układach napędowych przyczyni się do uniknięcia częstej wymiany elementów układu napędowego w wyniku uszkodzeń wynikających z powstających niebezpiecznego poziomu drgań.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest uwidoczniony na rysunku, który przedstawia sprzęgło mechaniczne osiowo skrętne z segmentami sprężynowo-linowymi w rzucie izometrycznym.

Dynamiczne sprzęgło według wynalazku, że posiada w przestrzeni roboczej pomiędzy dwoma piastami - członami czynnym 1 i biernym 2 zestaw promieniowo rozmieszczonych dynamicznych segmentów sprężysto-tłumiącym zbudowanych z liny stalowej 3 zwiniętej w stożkowo-śrubową spiralę tłumika linowego, zabezpieczoną przed rozwinięciem przez przymocowanie do powierzchni bocznej wyprofilowanych występów piasty sprzęgła 4, 6, 7. Segmenty pełnią rolę sprężysto-tłumiącą, złożonych ze sprężyn płaskownikowych 5 współpracujących z tłumikami linowymi 3. Wewnątrz segmentu sprężysto-tłumiącego do miejsca mocowania liny stalowej, czyli do występów łopatek członu czynnego 6 i biernego 7 dynamicznego sprzęgła mechanicznego osiowo skrętnego, zamocowana jest sprężyna płaskownikowa 5. Sprężyna płaskownikowa 5 posiada kształt zbliżony do litery V lub O i z elementem linowym stanowi pojedynczy segment sprężysto-tłumiący. Na obwodzie przedstawionego sprzęgła umieszczonych zostało sześć takich segmentów sprężysto-tłumiących. Sprzęgło może być jednak zbudowane w dowolnej konfiguracji, z dowolnej parzystej liczby dynamicznych segmentów, wynikającej z rozmiarów geometrycznych samego sprzęgła, jak również ze stawianych wymagań eksploatacyjnych. Podczas dynamicznej pracy sprzęgła, co drugi segment przenoszący obciążenie jest ściskany, pozostałe są natomiast rozciągane.

Parametry techniczno-eksploatacyjne dynamicznego sprzęgła mechanicznego osiowo skrętnego według wynalazku, takie jak sprężystość i tłumienie dla danych warunków pracy dynamicznej w układzie napędowym, można wyznaczyć w sposób analityczny. Główne zastosowanie tego dynamicznego sprzęgła mechanicznego osiowo skrętnego to układy napędowe maszyn roboczych, w których wymagane jest zastosowanie sprzęgła mechanicznego o ściśle określonych wartościach eksploatacyjnych parametrów techniczno-dynamicznych, podyktowanych poprzez współczynniki sprężystości i tłumienia. Dla rozwiązania według wynalazku określenie parametrów sprężysto-tłumiących segmentu dynamicznego oraz całego sprzęgła jest możliwe analitycznie na etapie projektowania z wykorzystaniem podstawowych narzędzi obliczeniowych.

W dynamicznym sprzęgle mechanicznym osiowo skrętnym segment sprężysto-tłumiący posiada właściwości tłumiące takie, jak zastosowana lina stalowa zwinięta w stożkowo-śrubową spiralę i właściwości sprężyste podyktowane parametrami sprężyny płytkowej, która jest przymocowana wewnątrz stożka linowego. Segment sprężysto-tłumiący przenosi siły dynamiczne, które zostają odpowiednio wytłumione przez element tłumiący (w postaci stożka linowego), natomiast element sprężysty (w postaci sprężyny płytkowej) powoduje powrót do pozycji wyjściowej segmentu sprężynowo-linowego po ugięciu wywołanym siłą dynamiczną.

Ruch roboczy segmentu sprężysto-tłumiącego dynamicznego sprzęgła mechanicznego osiowo skrętnego skupia się na pałąkowatej części segmentów linowych ze sprężynami płytkowymi, które osadzone są na współpracujących wałach układu napędowego. Przestrzeń robocza segmentu sprężysto-tłumiącego składa się z liny o danej średnicy uformowanej w stożkowo-śrubową spiralę i podpartej sprężyną płytkową w kształcie litery V lub O. Na obwodzie dynamicznego sprzęgła mechanicznego osiowo skrętnego z segmentami sprężysto-tłumiącymi, umieszczonych zostaje parzysta liczba takich segmentów (od czterech do ośmiu zestawów). Wynalazek pozwala na wykorzystanie ogólnie dostępnych lin stalowych i sprężyn płytkowych do budowy segmentów sprężysto-tłumiących. Przenoszony moment dynamiczny, w wyniku pracy dynamicznego sprzęgła mechanicznego osiowo skrętnego, będzie oddziaływał na każdy segment sprężynowy-linowy. Budowa taka pozwala odpowiednio tłumić siły dynamiczne, które będą rozpraszane na każdym segmencie stożkowo-śrubowej spirali liny podpartej sprężyną płytkową. Segment linowy w postaci stożkowo-śrubowej spirali pozwala tłumić drgania skrętne generowane przez układ napędowy maszyny przemysłowej, a sprężyna płytkowa pozwala na powrót segmentu do pozycji wyjściowej. Ponadto prezentowane rozwiązanie techniczne wynalezionego sprzęgła pozwala w sposób analityczny wyznaczyć wartość tłumienia i sprężystości.

PL 237 066 B1

Główne przemysłowe zastosowanie dynamicznego sprzęgła mechanicznego osiowo skrętnego z segmentami sprężysto-tłumiącymi przewiduje się w układach napędowych, w których często występują przeciążenia dynamiczne i w układach o dużej nierównomierności pracy, a także w układach wymagających precyzyjnego doboru odpowiednich właściwości sprężysto-tłumiących już na etapie projektowania. W odróżnieniu od przedstawianego wynalazku, wszystkie obecnie stosowane mechaniczne sprzęgła podatne skrętnie nie posiadają możliwości precyzyjnego analitycznego wyznaczenia parametrów tłumienia i sztywności na etapie projektowania, ze względu na skomplikowaną budowę łączników elastomerowych.

Claims (3)

Zastrzeżenia patentowe

1. Dynamiczne sprzęgło mechaniczne osiowo-skrętne, posiada umieszczone pomiędzy dwoma członami czynnym 1 i biernym 2 rozmieszczone parzyście segmenty zbudowane z liny stalowej 3 uformowanej w kształt stożkowo-śrubowej spirali tłumika liniowego znamienne tym, że segmenty sprężysto-tłumiące zbudowane są z liny stalowej 3 zwiniętej w spiralę stożkowo-śrubową zabezpieczoną za pomocą wyprofilowanych występów piasty sprzęgła 4, 6, 7, a do powierzchni wewnętrznej segmentu, przymocowana jest sprężyna płaskownikową 5 w kształcie zbliżonym do litery V lub O, zamocowaną od wewnętrznej strony segmentu w miejsce wsunięcia łopatek członu czynnego 6 i biernego 7.

2. Dynamiczne sprzęgło według zastrz. 1 znamienne tym, że sprężyna płaskownikowa 5 współpracuje z stożkowo-śrubową spiralą 3, stanowi pojedynczy segment sprężysto-tłumiący.

3. Dynamiczne sprzęgło według zastrz. 1 znamienne tym, że ma na obwodzie parzystą liczbę segmentów sprężysto-tłumiących w ilości od 4 do 8 zestawów, korzystnie 6 segmentów, dla kątów od 45° do 60° spirali stożkowej.