1,5 – Соединительные фланцы; 2 – прижимное кольцо; 3 – резинотканевая (капроновая) кольцевая оболочка;

4 – болт;

б – фланцевая:

1,4 – соединительные фланцы-втулки; 2 – стальной фланец; 3 – резинотканевый фигурный фланец;

в – типа «Вулкан»:

1,5 – ведущая и ведомая полумуфты;

2 – резинокордные шины; 3 – втулка-барабан;

4 – стальной диск;

г – типа «Спирофлекс»

1,3,5 – стальные кольца; 2,4 – концентрические резиновые кольца; 6 - упоры

Рис. 3.3.7. Разъединяемая зубчатая муфта:

а – муфта включена;

б – муфта выключена

Из муфт с металлическими упругими элементами наиболее распространена демпфирующая муфта типа «Гсйслингер» (рис. 3.3.5.). Упругодемпфирующим элементом этой муфты служат пакеты плоских пружин 6, соединяющие веду­щую и ведомую полумуфты. На ведущей полумуфте 1 пакеты пружин 6 уста­новлены в продольных пазах, а в наружную обечайку 5 ведомой части они вмонтированы посредством конического кольца 4 и разделительных клиновид­ных вставок 7, стянутых с торцов дисками 2, 8 и болтами 3.

Полости, в которых размещены пакеты пружин, заполнены маслом, посту­пающим из масляной системы дизеля через центральное отверстие к ведущей полумуфте 1. Во время работы масло замедляет деформацию пружин и, сле­довательно, взаимное перемещение полумуфт, в результате чего уменьшается амплитуда колебаний передаваемого вращающего момента.

Конструкции, представленные на рис. 3.3.6.,а,б, имеют хорошие компенси­рующие и демпфирующие свойства. Муфты подобного типа (эластичные неразъемные) способствуют устранению погрешностей монтажа, а также гасят колебания валопровода; их часто применяют для соединения с валопроводами ГД, устанавливаемых на амортизаторах. Резинотканевые оболочки этих муфт могут передавать вращающие моменты до и работать при изломах до 3° и поперечных смещениях до 3мм. В валопроводах установок с СОД ставят фланцевые (рис. 3.3.6.,б) и втулочно-пальцевые муфты.

Широкое распространение в судовых ДРУ получили муфты типов «Вул­кан» и «Спирофлекс» (рис. 3.3.6., в и г). Упругим звеном муфты «Вулкан» слу­жат две резинокордные шины 2, которыми соединены ведущая и ведомая по­лумуфты. Шины крепят к полумуфтам посредством болтов, прижимных флан­цев, диска и втулки-барабана.

Упругое звено муфты «Спирофлекс» (рис. 3.3.6., г) представляет собой два одинаковых резинометаллических диска, каждый из которых состоит из двух концентрических резиновых колец 2 и 4 и трех стальных колец 1, 3 и 5, соеди­ненных в единое целое путем вулканизации. Во избежание перегрузки упругих элементов в муфтах предусмотрены специальные упоры 6, ограничивающие деформацию по достижении допустимого угла скручивания . Эти же упоры могут быть использованы и для передачи момента в случае выхода из строя упругих резиновых элементов.

Зубчатая разъединяемая муфта (рис. 3.3.7.) состоит из двух ступиц с зуб­чатыми венцами 2 и 4, первая из которых присоединена к фланцу 1 валопровода, а вторая — к фланцу 5 вала редуктора. Ступицы могут быть соединены втулкой 3 со средним диском и внутренними зубьями, перемещающейся в осе­вом направлении и постоянно находящейся в зацеплении с зубчатым венцом 2. Из зацепления с зубьями венца 4 муфта (через втулку 3) выводится посред­ством ходовых винтов 6 с пневматическим приводом 7.

Такие подвижные соединительные муфты применяются для соединения роторов турбин с шестернями зубчатых передач. Они допускают некоторое радиальное смещение роторов турбин по отношению к шестерням передачи. Смещение валов может воз­никнуть в процессе эксплуатации турбоагрегатов вследствие изме­нения их температуры, деформации судовых фундаментов и из­носа подшипников.

Соединительно-разобщительные муфты могут быть фрикцион­ными, шинно-пневматическими, электромагнитными, зубчатыми с обгонным устройством и других типов. Широкое применение в СЭУ нашли фрикционные муфты, принцип работы которых ос­нован на действии сил трения, возникающих между рабочими по­верхностями ведущего и ведомого звеньев.

Муфта (рис. 3.3.8.) состоит из ведомых дисков 3 с зубьями на наружной поверхности, входящими в зацепление со шлицами 4 на барабане 1, который смонтирован на ведомом валу, и ведущих дисков 2, закрепленных аналогично на ведущем валу 7. Число и диаметр дисков зависят от передаваемого двига­телем момента.

Рис. 3.3.8. Фрикционная муфта

Муфта на рисунке показана в разобщенном (выключенном) состоянии. Для включения муфты необходимо плотно сжать диски; в целях лучшего сцеп­ления боковые поверхности ведущих дисков облицовывают ферродо, пластмас­сой и другими материалами. Диски сжимают с помощью упора-втулки 5, пере­мещающейся вдоль оси ведущего вала под давлением масла, которое подается в цилиндр упора через сверление в валу из системы смазки редуктора или дви­гателя. Диски расцепляются пружиной 6, которая при отсутствии давления масла сжимается или растягивается в зависимости от конструкции муфты.

Основные достоинства фрикционных муфт заключаются в от­сутствии в них потерь мощности, а также в возможности распре­деления передаваемого момента между большим числом дисков, что повышает надежность работы муфты. Имеются и другие конструкции фрикционных муфт.

Шинно-пневматическая муфта (рис. 3.3.9.) также относится к группе фрик­ционных, однако в ее конструкции нет сцепляемых дисков. Внутренний барабан 2 муфты с помощью фланца 1 соединяется с ведущим валом, а корпус 4 через фланец 6 — с ведомым валом 7. Между корпусом и барабаном помещена полая резиновая шина 5 (двухстенная с многослойным кордом 10, как пока­зано на рисунке справа). Она закреплена на корпусе и имеет на стороне, обра­щенной к ободу барабана, фрикционные пластины-накладки 3, закрепленные штифтами 8. При подаче через штуцер 9 сжатого (до 0,8—1,2 МПа) воздуха во внутреннюю полость шина 5 расширяется и прижимает пластины к ободу барабана 2. В результате на ободе барабана возникает сила трения, достаточ­ная для передачи вращающего момента через корпус 4 муфты и фланец 6 ве­домому валу. Соединение получается надежным и может быть плавным или практически мгновенным (в зависимости от давления подаваемого воздуха). Для разобщения валов воздух из муфты выпускается.

Шинно-пневматические муфты не рассчитаны на скольжение, однако они допускают соединение и разобщение валов при работе двигателя на пониженной частоте вращения.

Электромагнитная соединительно-разобщительная муфта (рис. 3.3.10) со­стоит из двух частей: ведущей 2 с катушками возбуждения 1 (индукторами), к которым через контактные кольца 3 подводится постоянный ток, и ведомой 4 короткозамкнутого ротора, соединенного с ведомым валом 5.

Рис. 3.3.9. Шинно-пневматическая муфта

Рис. 3.3.10. Электромагнитная муфта

При вращении индуктора возникает вращающееся магнитное поле, в результате чего в короткозамкнутой обмотке ротора индуцируется ток, который, взаимодействуя с магнитным полем, со­здает вращающий момент, передаваемый ротором ведомому валу. Частота вращения ведомого вала при полной нагрузке двигателя примерно на 1,4—1,7% меньше, чем ведущего. Затраты энергии на возбуждение, муфты составляют 1,0—1,5 % передаваемой ею мощности, а общий КПД таких муфт равен 0,97—0,98.

К достоинствам электромагнитных муфт, конструкции которых могут отличаться от рассмотренной, относятся мгновенность дей­ствия, удобство дистанционного управле­ния, легкость и простота обслуживания.

Конструктивно соединение двигателя и редуктора, редуктора и вала может быть обеспечено установкой между ними следующих муфт: соединительной упругой муфты; упругой соединительной и соединительно - разобщительной муфт, установленных последовательно; одной муфты (комбинированной), выполняю­щей одновременно обе функции; эластич­ной муфты с расположением разобщи­тельной муфты в редукторе.

Пример комбинированной муфты типа «Ву­лкан» показан на рис. 3.3.11. В конструкции со­четаются фрикционный разобщительный элемент 4 и упругое звено. Соединительно-разобщительным элементом являются двухконусные фрикционные барабаны 3 и 2. Наружный (ведущий) барабан соеди­нен с фланцем двигателя, а внутренние (ведомые) 2 — с ведомым валом по­средством упругих резинокордных шин 1. Внутренние конусы перемещаются в осевом направлении, обеспечивая соединение или разобщение муфт. Сцепление муфт происходит при подаче сжатого воздуха в полость 5 пневмоцилиндра по штуцеру 6 и шлангу 7. Полость образована вертикальными и цилиндрическими соосными поверхностями, выполненными на дисках ведомых конусов. При снижении давления воздуха муфты разъединяются. Конструкция таких муфт по­зволяет установить на них автоматические устройства, предохраняющие муфты от перегрузок.

Рис. 3.3.11. Комбинированная муфта типа «Вулкан»

В случае применения многомашинных установок, когда к ре­дуктору могут подключаться отдельные двигатели и отключаться от него при работающих остальных, широко используются со­единительно-разобщительные муфты с обгонным устройством типа SSS (рис. 3.3.12.).

Муфта состоит из трех частей: полумуфты 2, насаженной на шлицы веду­щего вала 1 и имеющей зубья внутреннего зацепления; скользящей полу­муфты 4 с внутренней геликоидальной нарезкой, внешними зубьями 7 зацепле­ния и храповиками 3; ведомой части — проставки 6 с наружной геликоидальной нарезкой, соединенной с фланцем ведомого вала 5. Храповики 3 прижи­маются к зубьям ведущей полумуфты 2 пружинами 8.

Рис. 3.3.12. Муфта с обгонным устройством типа SSS

При подключении ведущего вала 1 к уже вращающемуся (от других дви­гателей) ведомому валу 5 частота вращения второго первоначально будет превышать частоту вращения первого. В этом случае храповики обгонного уст­ройства проскакивают по зубьям полумуфты 2. С возрастанием частоты вращения двигателя и, следовательно, ведущего вала 1 наступает совпадение частот вращения валов 1 и 5. Храповики входят в зацепление с зубьями полумуфты 2 и возникает момент, приводящий к «навинчиванию» скользящей полумуфты 4 на проставок 6 ведомого вала 5 до упора (фланца). При этом с перемещением полумуфты 4 наружу, вправо, храповики выходят из зацепле­ния и вместо них вводятся основные зубья 7 подвижной полумуфты 4, после чего полумуфта 2 через полумуфту 4 и проставок 6 передает полный вращаю­щий момент от ведущего вала 1 к ведомому 5. Храповики в муфте установ­лены так, что при их зацеплении зубья полумуфты 4 оказываются точно про­тив впадин зацепления полумуфты 2.

В процессе синхронизации и включения муфты храповой механизм пере­дает момент, необходимый для перемещения полумуфты 4 вдоль геликоидаль­ной нарезки. После отключения двигателя и замедления вращения ведущего вала 1 полумуфта 4 выходит из зацепления с полумуфтой 2.

Источники:

1. Артемов Г.А., Волошин В.П. и др., «Судовые энергетические установки», 1987

2. Болдырев О.Н., «Судовые энергетические установки», Часть III, Комбинированные и ядерные энергетические установки, 2007.