Зубчатый механизм свободного хода

 

Использование: в машиностроении, в частности в стартерных устройствах различных приводов, в импульсных вариаторах и инерционных трансформаторах момента. Сущность изобретения: зубчатый механизм свободного хода содержит ведущую полумуфту в виде шевронного колеса, кинематически взаимодействущего с телами заклинивания в виде шевронных колес, свободно установленных на осях в ведомой полумуфте. Профиль зуба колес несимметричный. Угол профиля зуба с одной стороны больше угла самоторможения, а профиль зуба с другой стороны выполнен по дуге окружности, радиус которой равен радиусу кривизны эвольвенты осевого сечения зуба в точке контакта. При вращении ведущей полумуфты в направлении, обеспечивающем контакт сторон зубьев, происходит заклинивание и передача вращения. При контактировании сторон зубьев - свободный ход. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в стартерных устройствах различных приводов, в импульсных вариаторах и инерционных трансформаторах момента.

Известен механизм свободного хода, содержащий две полумуфты, в одной из которых установлены оси с телами сцепления в виде конических колес с косыми зубьями, вторая полумуфта выполнена в виде конического колеса с косыми зубьями, колеса установлены вершинами конусов навстречу друг другу. Тела сцепления подпружинены со стороны больших торцов [1] Такой механизм имеет недостаточную нагрузочную способность и срок службы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является механизм свободного хода, содержащий две полумуфты, в одной из которых расположены оси с подвижно установленными на них телами заклинивания, выполненными в виде зубчатых колес, кинематически соединенных с другой полумуфтой, выполненной в виде зубчатого колеса. Зубчатые колеса выполнены шевронными, а профиль каждого зуба несимметричен, при этом угол наклона профиля зуба со стороны заклинивания равен углу самоторможения, а угол наклона профиля зуба с незаклинивающейся стороны определяется из условия tgβ_yi< (1) где β_yi углы наклона зубьев колес на окружностях произвольных радиусов для незаклинивающихся сторон профилей, i 1,2; γ угол отклонения нормами в зацеплении от оси вращения, γ 90^о- β f_max максимальное значение коэффициента трения скольжения в зацеплении [2] Эффект заклинивания в данной конструкции МСХ достигается за счет самотормозящихся профилей зубьев колес с большими углами наклона зубьев (70-85^о) без применения устройств поджима тел заклинивания. Механизм содержит только жесткие элементы, что повышает его долговечность. Использование самоустанавливающейся шевронной передачи позволяет исключить осевые нагрузки на опоры, распределить передаваемый крутящий момент между полушевронами и повысить нагрузочную способность механизма. Вступление в контакт той или иной точки профиля зуба носит случайный характер. Поэтому активные участки профилей зубьев изнашиваются равномерно. Износ приводит к увеличению люфта, но свойства МСХ сохраняются. Использование в нем цилиндрических колес повышает технологичность, поскольку отпадает необходимость в специальном оборудовании для нарезания колес (как, например, для косозубых конических). Цилиндрические шевронные колеса с большими углами наклона зубьев могут быть изготовлены на универсальных токарно-винторезных или резьбошлифовальных станках, а в массовом производстве методом накатки.

Однако, обладая целым рядом перечисленных преимуществ, этот МСХ имеет существенный недостаток. Зависимость (1), исходя из которой рассчитывается угол наклона зуба с незаклинивающейся стороны, при условии соблюдения равенства межосевых расстояний для обоих сопряженных профилей зубьев (со стороны заклинивания и с незаклинивающейся стороны), накладывает жесткие ограничения на углы наклона зубьев и, следовательно, зависящие от них углы обоих профилей зубьев. Для удовлетворения предъявляемых зависимостью (1) требований приходится выбирать параметры зубчатого зацепления из весьма узкого диапазона, что требует высокой точности изготовления механизма, снижает его надежность и нагрузочную способность. В рамках наложенных ограничений углы наклона зубьев с обеих сторон для реальных конструкций отличаются на 10-15^о, а зависящие от них углы профиля зуба с обеих сторон на 1-2^о. При разности профиля зуба порядка 1-2^о угол профиля зуба с незаклинивающейся стороны отличается от минимально допустимого, а угол профиля зуба со стороны заклинивания от максимально допустимого всего на несколько угловых минут. При этом запас по самоторможению у механизма отсутствует, поскольку угол наклона зуба равен углу самоторможения.

Таким образом, механизм оказывается очень чувствителен к неточностям изготовления, которые могут привести либо к заклиниванию механизма при свободном ходе, либо к потере самоторможения при рабочем ходе, т.е. к выходу механизма из строя.

Для обеспечения надежного заклинивания МСХ при рабочем ходе уголь наклона зуба (и, следовательно, угол профиля) необходимо увеличивать, а для гарантированного обеспечения свободного хода- уменьшать, т.е. для повышения надежности работы механизма разность углов наклона зуба с обеих сторон (и, следовательно, углов профиля зуба) должна быть как можно больше. В этом случае появляется возможность сделать угол наклона зуба больше угла самоторможения, т. е. увеличить запас по самоторможению и нагрузочную способность механизма. Однако в рамках ограничений, предусмотренных для известного [2] механизма формулой (1), эти условия выполнить невозможно.

Целью изобретения является повышение надежности и нагрузочной способности механизма свободного хода.

Цель достигается тем, что в известном механизме свободного хода, содержащем две полумуфты, в одной из которых расположены оси с подвижно установленными на них телами заклинивания, выполненными в виде шевронных зубчатых колес с несимметричным профилем каждого зуба, кинематически соединенных с другой полумуфтой, выполненной в виде зубчатого колеса, профиль зуба с незаклинивающейся стороны выполнен по дуге окружности, радиус которой равен радиусу кривизны эвольвенты осевого сечения зуба в точке контакта, а угол профиля со стороны заклинивания больше угла самоторможения.

Выполнение профиля зуба по дуге окружности указанного радиуса приводит к заострению зуба, т.е. снижает склонность механизма к заклиниванию при свободном ходе. Срезать часть головки зуба можно было бы и по другой кривой (циклоиде, параболе и т.д.), однако круговой профиль при прочих равных условиях самый технологичный из них. Если радиус дуги окружности взять больше или меньше радиуса кривизны эвольвенты осевого сечения зуба в точке контакта, то профили зубьев ведущей полумуфты и тел заклинивания не будут сопряженными, что равносильно в первом случае заклиниванию механизма при свободном ходе, а во втором случае появлению люфта в зацеплении и обусловленных им ударов зубьев при свободном ходе.

Заострение зуба позволяет расширить диапазон изменения углов наклона и профиля зубьев с незаклинивающейся стороны и, как следствие, со стороны заклинивания. Последнее, в свою очередь дает возможность выполнить угол профиля со стороны заклинивания больше, чем угол самоторможения, т.е. создать механизм с необходимым запасом по самоторможению и в конечном итоге повысить надежность и нагрузочную способность механизма свободного хода.

На фиг.1 изображен зубчатый механизм свободного хода; на фиг.2 схема осевого сечения зубчатого зацепления (пунктирными линиями показаны профили зубьев известного технического решения).

Зубчатый механизм свободного хода содержит три тела 1 заклинивания, находящихся в зацеплении с ведущей полумуфтой 2. Оси 3 тел заклинивания установлены на подшипниках скольжения в ведомой полумуфте 4. Тела 1 заклинивания и ведущая полумуфта 2 выполнены в виде цилиндрических шевронных колес с несимметричным профилем 5 зубьев. Угол α профиля зуба со стороны заклинивания 6 больше угла самоторможения α _т. Профиль зуба с незаклинивающейся стороны 7 выполнен по дуге окружности, радиус которой равен радиусу кривизны эвольвенты осевого сечения зуба в точке контакта ( ρ₁ для зуба тела заклинивания, ρ₂ для зуба ведущей полумуфты)_. Тела заклинивания должны быть установлены с возможностью осевого перемещения для обеспечения самоустанавливаемости.

Зубчатый механизм свободного хода работает следующим образом.

При приложении крутящего момента по часовой стрелке к ведущей полумуфте 2 самотормозящиеся профили зубьев вступают в контакт и заклиниваются. В этом случае вращение передается от ведущей полумуфты 2 к ведомой полумуфте 4. При противоположном направлении момента контактируют несамотормозящиеся профили и полумуфты 2 и 4 могут вращаться независимо друг от друга.

Данная конструкция зубчатого МСХ позволяет при ее проектировании выбирать параметры зубчатого зацепления из более широкого диапазона, чем для известного решения, за счет последующего срезания части головки зуба с незаклинивающейся стороны по заданной кривой. В свою очередь, это дает возможность спроектировать механизм с необходимым запасом по самоторможению и гарантированной возможностью осуществления свободного хода, т.е. повысить надежность и нагрузочную способность механизма. Точность изготовления такого зубчатого МСХ ниже, так как при более широком допустимом диапазоне изменения параметров зубчатого зацепления параметры могут выбираться достаточно далеко от границ допустимого диапазона.

Формула изобретения

ЗУБЧАТЫЙ МЕХАНИЗМ СВОБОДНОГО ХОДА, содержащий две полумуфты, в одной из полумуфт расположены оси с подвижно установленными на них телами заклинивания, выполненными в виде шевронных зубчатых колец с несимметричным профилем каждого зуба, кинематически соединенных с другой полумуфтой, выполненной в виде зубчатого колеса, отличающийся тем, что профиль зуба с незаклинивающейся стороны выполнен по дуге окружности, радиус которой равен радиусу кривизны эвольвенты осевого сечения зуба в точке контакта, а угол профиля зуба со стороны заклинивания больше угла самоторможения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2