секторная муфта свободного хода

Формула изобретения

1. Секторная муфта свободного хода, содержащая внутреннюю обойму, наружную обойму и ряд равномерно расположенных между ними подпружиненных механизмов заклинивания, каждый механизм заклинивания выполнен в виде рычага, сектора, имеющего цилиндрическую или клинообразную контактирующую с внутренней обоймой поверхность, пружины, за счет действия которой упомянутый сектор контактирует с обоймой с возможностью скольжения по ней, причем этот сектор шарнирно соединен с упомянутым рычагом, при этом внутренняя обойма выполнена в виде диска со ступицей, наружная обойма выполнена в виде двух частей, соединенных жестко между собой, и одна часть подвижно, с возможностью вращения установлена на ступице диска внутренней обоймы, а рычаг выполнен в виде двух одинаковых частей, установленных по разные стороны относительно диска внутренней обоймы, и каждая часть рычага расположена между частью наружной обоймы и торцом диска внутренней обоймы, причем один конец рычага шарнирно соединен с сектором, контактирующим с наружной поверхностью диска внутренней обоймы, а другой конец рычага шарнирно соединен с наружной обоймой, отличающаяся тем, что сектора выполнены в виде двух полуколец и пружины механизмов заклинивания расположены между концевыми частями полуколец.

2. Секторная муфта свободного хода по п.1, отличающаяся тем, что пружины выполнены плоскими и неподвижно закреплены на концевых частях одного полукольца и контактируют с наружной поверхностью концевых частей другого полукольца.

3. Секторная муфта свободного хода по п.1, отличающаяся тем, что при цилиндрической контактирующей поверхности сектора наружная поверхность диска внутренней обоймы в осевом сечении выполнена выпуклой.

4. Секторная муфта свободного хода по п.1, отличающаяся тем, что при клинообразной контактирующей поверхности сектора в осевом сечении сектор имеет выпуклый клинообразный профиль.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в импульсных бесступенчатых передачах и трансмиссиях.

Известна секторная муфта свободного хода [патент РФ №2113642, кл. F16D 41/06, 1998], содержащая наружную и внутреннюю обоймы и ряд равномерно расположенных между ними подпружиненных механизмов заклинивания, а каждый механизм заклинивания выполнен в виде двуплечего рычага, на котором шарнирно установлен сектор, контактирующий с внутренней поверхностью наружной обоймы с возможностью скольжения по ней, а конец первого плеча этого рычага контактирует с поверхностью внутренней обоймы, имеющей участки криволинейной поверхности, а конец второго плеча связан с внутренней обоймой посредством серьги.

В этой муфте усилие пружины механизма заклинивания для обеспечения контакта сектора с внутренней поверхностью наружной обоймы передается на сектор через промежуточные звенья, что снижает быстродействие заклинивания муфты и ограничивает допустимую частоту включений (нагружений) муфты. Между секторами отсутствует непосредственная связь, что увеличивает выброактивность муфты и также снижает допустимую частоту включений муфты. Отсутствие самоустановки звеньев снижает долговечность и нагрузочную способность муфты.

Известна также секторная муфта свободного хода [патент РФ №2278307, кл. F16D 41/06, 2006 (прототип)], содержащая внутреннюю обойму, наружную обойму и ряд равномерно расположенных между ними подпружиненных механизмов заклинивания, каждый механизм заклинивания выполнен в виде рычага, сектора, пружины, за счет действия которой упомянутый сектор контактирует с внутренней обоймой с возможностью скольжения по ней, причем этот сектор шарнирно соединен с рычагом, при этом внутренняя обойма выполнена в виде диска со ступицей, наружная обойма выполнена в виде двух частей, соединенных жестко между собой, и одна часть подвижно с возможностью вращения установлена на ступице диска внутренней обоймы, а рычаг выполнен в виде двух одинаковых частей, установленных по разные стороны относительно диска внутренней обоймы, и каждая часть рычага расположена между частью наружной обоймы и торцом диска внутренней обоймы, причем один конец рычага шарнирно соединен с сектором, контактирующим с наружной поверхностью диска внутренней обоймы, а другой конец рычага шарнирно соединен с наружной обоймой.

Контактирующая поверхность сектора с диском внутренней обоймы может быть цилиндрической поверхностью или иметь в осевом сечении муфты клинообразную форму с плоскими гранями.

В этой муфте усилие пружины механизма заклинивания для обеспечения контакта сектора с диском внутренней обоймы передается через промежуточное звено (рычаг), что снижает быстродействие заклинивания муфты и ограничивает допустимую частоту включений муфты. Между секторами отсутствует непосредственная связь, что увеличивает виброактивность муфты и также снижает допустимую частоту включений муфты.

Для обеспечения контакта сектора и диска внутренней обоймы в процессе заклинивания усилие, развиваемое пружиной в зоне контакта, должно быть больше динамической (инерционной) нагрузки, стремящейся разомкнуть контактирующие поверхности, т.е. усилие пружины должно быть достаточно большим, но это ведет при скольжении сектора относительно диска в разомкнутом состоянии муфты к потерям мощности на трение, износу и нагреву муфты, что снижает ее долговечность и нагрузочную способность.

При цилиндрическом шарнирном соединении сектора с рычагом и при цилиндрической наружной поверхности диска внутренней ступицы ввиду неизбежных погрешностей изготовления происходит неравномерное распределение усилий по цилиндрической контактирующей поверхности сектора и диска, а при клиновой форме сектора ведет к кромочным контактам плоских поверхностей клина. Это снижает нагрузочную способность и долговечность муфты, а в процессе заклинивания муфты затруднено выжимание смазочного слоя из зоны контакта, что ухудшает сцепляемость контактирующих поверхностей и увеличивает время заклинивания, что ведет к снижению допустимой частоты включений муфты и снижению ее нагрузочной способности и долговечности.

Целью изобретения является повышение допустимой частоты включений секторной муфты свободного хода, повышение ее нагрузочной способности и долговечности.

Поставленная цель достигается тем, что секторная муфта свободного хода, содержащая внутреннюю обойму, наружную обойму и ряд равномерно расположенных между ними подпружиненных механизмов заклинивания, каждый механизм заклинивания выполнен в виде рычага, сектора, имеющего цилиндрическую или клинообразную контактирующую с внутренней обоймой поверхность, пружины, за счет действия которой упомянутый сектор контактирует с обоймой с возможностью скольжения по ней, причем этот сектор шарнирно соединен с упомянутым рычагом, при этом внутренняя обойма выполнена в виде диска со ступицей, наружная обойма выполнена в виде двух частей, соединенных жестко между собой, и одна часть подвижно с возможностью вращения установлена на ступице диска внутренней обоймы, а рычаг выполнен в виде двух одинаковых частей, установленных по разные стороны относительно диска внутренней обоймы и каждая часть рычага расположена между частью наружной обоймы и торцом диска внутренней обоймы, причем один конец рычага шарнирно соединен с сектором, контактирующим с наружной поверхностью диска внутренней обоймы, а другой конец рычага шарнирно соединен с наружной обоймой. Сектора выполнены в виде двух полуколец и пружины механизмов заклинивания расположены между концевыми частями полуколец, а пружины выполнены плоскими и неподвижно закреплены на концевых частях одного полукольца и контактируют с наружной поверхностью концевых частей другого полукольца. Наружная поверхность диска в осевом сечении при цилиндрической контактирующей поверхности сектора выполнена выпуклой. При клинообразной контактирующей поверхности сектора в осевом сечении сектор имеет выпуклый клинообразный профиль.

На чертежах показана предлагаемая секторная муфта свободного хода: фиг.1 - поперечный разрез муфты; фиг.2 - продольный (осевой) разрез А-А фиг.1; фиг.3 - вариант соединения секторов посредством плоской пружины; фиг.4 - схема силового нагружения сектора со стороны плоской пружины; фиг.5 - вариант выполнения профиля диска внутренней обоймы в осевом сечении; фиг.6 - вариант выполнения клинообразной контактирующей поверхности сектора в осевом сечении.

Муфта (фиг.1, 2) имеет внутреннюю обойму 1, выполненную в виде диска со ступицей, наружную обойму 2, выполненную в виде двух частей «а» и «б», расположенных снаружи муфты по разные стороны относительно внутренней обоймы 1. Часть «а» жестко соединяется с валом 3, на который устанавливается муфта, часть «б» подвижно установлена на ступице диска внутренней обоймы с возможностью вращения относительно нее. Части «а» и «б» наружной обоймы 2 жестко соединены болтами 4. Внутренняя обойма 1 подвижно установлена на валу 3. Между частями «а» и «б» наружной обоймы 2 и торцами диска внутренней обоймы 1 (фиг.2) установлены одинаковые части «в» и «г» каждого рычага 5, один конец которого шарнирно установлен на болте 4, служащем осью шарнирного соединения рычага 5 и наружной обоймы 2. Болт 4 выполнен ступенчатым, что исключает необходимость применения распорных втулок. Другой конец каждого рычага 5 шарнирно соединен посредством оси 6 с сектором 7 (фиг.1, 2), который контактирует с наружной поверхностью внутренней обоймы 1 с возможностью скольжения по ней. Сектора 7 выполнены в виде двух полуколец. Для обеспечения контакта секторов с наружной поверхностью внутренней обоймы 1 между концевыми частями полуколец расположены пружины 8 (фиг.1), которые выполнены плоскими и неподвижно закреплены на концевых частях одного полукольца и контактируют с наружной поверхностью концевых частей другого полукольца. Шарнирное соединение секторов 7 с рычагами 5 и применение указанных плоских пружин 8, расположенных между концевыми частями секторов 7, выполненных в виде полуколец, обеспечивает соединение всех звеньев механизмов заклинивания в единую систему. Это повышает виброустойчивость муфты, быстродействие замыкания муфты, исключает отрыв сектора от обоймы за счет действия динамических (инерционных) нагрузок и, следовательно, исключает ударное замыкание муфты и дополнительные динамические нагрузки при замыкании муфты, что повышает допустимую частоту включений муфты, ее нагрузочную способность. Отметим, что соединение всех звеньев механизма в единую систему исключает свободное движение замыкающих элементов (секторов), которое приводит к возникновению больших динамических нагрузок и вибрациям, к интенсивному износу и снижению допустимой частоты включений муфты ([Мальцев В.Ф. Механические импульсные передачи. М., «Машиностроение», 1978. - 367 с.] с.162, 203, 258). На фиг.1 показан вариант расположения пружин 8, при котором обеспечивается регулировка направления усилия пружины 8 (угол ) за счет перемещения пружины в пазах под винты крепления (на фиг.1 не показаны). Этот вариант следует применять при необходимости регулировки направления усилия прижатия секторов к обойме. Если на наружной поверхности концевых частей секторов (полуколец) выполнить скосы под углом , то обеспечивается постоянное направление усилия со стороны пружины под углом , при этом погрешности установки пружин не влияют на угол . Этот вариант следует применять в случае отсутствия необходимости в регулировке угла . Для обеспечения соединения всех звеньев механизмов замыкания муфты в единую систему, пружина должна развивать необходимое для этого усилие. Из схемы силового нагружения сектора со стороны плоской пружины (фиг.4) имеем

где Q_o - усилие поджатия сектора к обойме, необходимое для обеспечения заклинивания муфты;

Р - усилие пружины;

- угол, определяющий направление усилия Р;

_тр - угол трения.

При небольших углах трения можем принять Cos _тр=1,

Sin( - _тр)=tg( - _тр).

Тогда Q _o=2P tg( - _тр).

Следовательно, при близком по значению к _тр можем получить как угодно малое усилие поджима, но достаточное для обеспечения начала заклинивания муфты, при как угодно большом усилии пружины. Аналогично получим

Q₁=2Р tg( + _тр),

где Q₁ - динамическая (инерционная) нагрузка, стремящаяся переместить сектор от оси муфты без нарушения контакта сектора и обоймы.

Определив величину динамической нагрузки Q ₁ по известному режиму работы муфты, найдем (с некоторым запасом) требуемое усилие, развиваемое пружиной

Величина угла , обеспечивающая необходимое усилие Q_o поджатия сектора к обойме, равна

Таким образом, при определенном значении Р можем получить требуемое усилие поджима Q_o и исключить перемещение сектора от оси муфты за счет действия динамической (инерционной) нагрузки Q₁, которая уравновешивается силами трения, возникающих в зонах контакта пружин и секторов. Применяя фрикционные покрытия в зонах контакта пружин, можно увеличить угол трения и снизить потребную величину усилия пружины. Обеспечивая требуемое небольшое усилие Q_o при достаточно большой динамической нагрузке Q₁, уменьшаются потери мощности на трение при скольжении сектора по обойме в период движения муфты в разомкнутом состоянии, что уменьшает износ муфты, повышает ее долговечность и КПД.

Наличие масляного клина в момент заклинивания муфты ведет к снижению нагрузочной способности муфты (заклинивание с пробуксовкой), допустимой частоты включений муфты, к дополнительным потерям мощности на трение ([Кропп А.Е. Приводы машин с импульсными вариаторами - М.: Машиностроение, 1988 - 144 с.] с.59-63).

Для обеспечения лучших условий выжимания смазки из зоны контакта при цилиндрической контактирующей поверхности сектора целесообразно наружную поверхность диска внутренней обоймы выполнить выпуклой (фиг.5), а при применении сектора клиновой формы контактирующая с диском внутренней ступицы клинообразная поверхность сектора в осевом сечении вместо плоских граней имеет выпуклый клинообразный профиль (фиг.6). Применение указанных выпуклых профилей улучшает условия выжимания (выдавливания) смазки из зоны контакта в момент заклинивания муфты, обеспечивает самоустановку звеньев и более равномерное распределение усилий по контактирующим поверхностям сектора и обоймы, улучшает их сцепляемость, исключает пробуксовку муфты и уменьшает время на ее заклинивание, что повышает допустимую частоту включений, нагрузочную способность и долговечность муфты.

Муфта работает следующим образом. Так как каждый сектор 7 (фиг.1) контактирует с наружной поверхностью внутренней обоймы 1 за счет действия пружины 8, то при вращении против часовой стрелки внутренней обоймы 1 относительно наружной обоймы 2 возникающие силы трения затягивают сектор 7 на наружную поверхность внутренней обоймы 1, что обеспечивается тем, что сектор 7 шарнирно соединен с рычагом 5, установленным шарнирно на наружной ступице 2. Возникающие силы трения исключают скольжение сектора 7 относительно внутренней обоймы 1, т.к. происходит самоторможение (заклинивание муфты) и внутренняя и наружная обоймы соединяются в единое целое. При вращении внутренней обоймы 1 относительно наружной обоймы 2 по часовой стрелке сектор 7 скользит по наружной поверхности внутренней обоймы 1. При возвратно-вращательном (колебательном) движении внутренней обоймы 1, что имеет место в импульсных передачах, наружная обойма 2 совершает вращательное движение против часовой стрелки (с некоторой неравномерностью).

Предлагаемая конструкция муфты свободного хода имеет по сравнению с прототипом более высокую допустимую частоту включений (нагружений), нагрузочную способность и долговечность и может быть применена в различных бесступенчатых передачах, имеющих муфты свободного хода ([Леонов А.И. Инерционные автоматические трансформаторы вращающего момента. - М.: Машиностроение, 1978 - 224 с.], [Леонов А.И. А.Ф.Дубровский. Механические бесступенчатые нефрикционные передачи непрерывного действия. - М.: Машиностроение, 1984 - 192 с.]).