Конусное сцепление

Изобретение относится преимущественно к области автомобилестроения. Конусное сцепление содержит ведущий и ведомый конусы, причем ведущий конус располагается на промежуточном валу, который одним своим концом скользящим шлицевым соединением связан с выходным валом двигателя и имеет возможность осевого перемещения. А ведомый конус соединен с ведущим валом коробки передач. Технический результат заключается в повышении надежности автомобильного сцепления. 6 ил.

 

Конусным сцепление называется потому, что рабочие поверхности представляемого сцепления являются конусами.

Данное изобретение может использоваться везде, где при вращении первичного вала есть необходимость мобильных включений во вращение и отключений от вращения вторичного вала. В основном же конусное сцепление предназначается для автомобилестроения.

Аналогами данного изобретения можно считать существующие в настоящее время автомобильные муфты сцепления. Мною изменена форма рабочей поверхности и введена дополнительная страховка от пробуксовки сцепления при больших нагрузках. Эта страховка выполнена в качестве дополнительного переменного карданного сочленения промежуточного вала сцепления с шлицевой втулкой первичного вала коробки передач.

Данная работа вызвана тем, что в большегрузных машинах сцепление является наименее надежным звеном механизмах трансмиссии. Это обусловлено необходимостью передачи большого крутящего момента через контакты рабочих поверхностей дисков. Для обеспечения надежной работы сцепления требуются большие усилия, сжимающие диски. Тем не менее, при больших нагрузках сцепление часто пробуксовывает и горит.

Целью данного изобретения является повышение надежности автомобильного сцепления.

Конусное сцепление это фрикционное, сухое, постоянно замкнутое сцепление с пружинным нажимным механизмом. Как и любое другое фрикционное сцепление, конусное сцепление состоит из ведущей части, ведомой части, нажимного механизма и механизма управления сцеплением, но вместо ведущего и ведомого дисков в нем используются ведущий и ведомый конусы. В конусном сцеплении сила контакта, обозначим ее символом N, в отличие от дискового, не равна продольному усилию F, прижимающему диски один к другому, но в 1/sinβ раз больше. Здесь β - угол между вектором силы пружины, действующей на подвижный конус, и направлением боковой поверхностью конуса. * Чем меньше угол конуса, тем плотнее контакт между ведущим и ведомым конусами при одинаковом усилии F. Так при β=30° усилие контакта N будет равно 2F. То есть при одинаковом усилии плотность контакта в конусном сцеплении в два раза больше, чем в обычном, дисковом. При β=15° N=F/0,26. Это почти в 4 раза больше F. Но плотность контакта это показатель эффективности сцепления. Значит, по этому показателю конусное сцепление эффективнее дискового. Представляемое сцепление с помощью дополнительного (промежуточного) вала соединяет напрямую двигатель с коробкой переключения передач, что исключает пробуксовку и горение сцепления. Для этого необходимо, чтобы выходной вал двигателя был оборудован втулкой, внутренняя поверхность которой имеет шлицы. Промежуточный вал, на котором крепится ведущий конус, имеет шлицевую поверхность размерами, одинаковыми с размерами шлицевой поверхности втулки выходного вала, и одним концом постоянно находится в этой втулке. Во втулке имеется сквозная прорезь с направлением вдоль оси. В этой прорези движется штифт, который вставляется в отверстие, просверленное в промежуточном валу, и к которому крепится кольцо, или какое-либо другое приспособление, предназначенное служить упором для выжимного подшипника при отведении ведущего конуса сцепления от ведомого. Промежуточный вал имеет возможность перемещения вдоль оси втулки на расстояние, равное длине прорези с вычетом диаметра штифта. Далее по втулке с некоторым зазором от кольца располагается выжимной подшипник. Выжимной подшипник установлен на рычаге, соединяющем его с механизмом управления, приводящим его в движение. Этим механизмом может быть педаль, силовой цилиндр или что-то другое. Выжимной подшипник должен быть выполнен в виде кольца, так как внутри него проходит втулка вала двигателя. Внутренний диаметр выжимного подшипника больше диаметра втулки и он свободно двигается вдоль ее оси. Втулка заканчивается опорным бортиком, в который упирается пружина сцепления. На промежуточном валу после пружины сцепления расположен ведущий конус. Он скользит вдоль оси вала на своей втулке. Внутри конуса на его втулке расположен опорный цилиндр. Опорный цилиндр имеет возможность осевого перемещения по втулке. На нем расположена пружина вала. Одним концом пружина упирается в торцевое кольцо ведущего конуса, другим - в бортик опорного цилиндра. Во втулке первичного конуса, как и во втулке вала, выполнена прорезь. В этой прорези вдоль втулки двигается штифт, соединяющий вал с опорным цилиндром. Пружина вала должна быть слабее пружины сцепления. Далее вал проходит в ведомый конус сцепления. Промежуточный вал вращается в подшипниках, установленных на своей втулке в ведомом конусе сцепления. Ведомый конус сидит на втулке ведущего вала коробки переключения передач (КПП). Внутренняя поверхность втулки шлицевая и имеет размеры, одинаковые с внешней шлицевой поверхностью промежуточного вала. Между ведомым конусом и кожухом сцепления устанавливается подшипник, в котором и вращается ведомый конус. При выключенном сцеплении (разъединенных дисках) между промежуточным валом и шлицевой втулкой ведущего вала КПП должен быть некоторый зазор. При включенном сцеплении промежуточный вал своим свободным концом должен входить в шлицевую втулку ведущего вала КПП.

В Заявке представлены следующие чертежи:

Фиг.1. Действие силы и сила реакции в дисковом сцеплении.

Фиг.2. Действие силы и сила реакции в конусном сцеплении.

Фиг.3. Схема общего вида конусного сцепления.

Фиг.4. Выжимной подшипник.

Фиг.5. Соединительная втулка выходного вала двигателя.

Фиг.6. Промежуточный вал.

Конусное сцепление состоит из кожуха сцепления 1, в котором расположены ведущий 9 и ведомый 10 конусы сцепления. Ведомый конус сцепления расположен на шлицевой втулке 13 ведущего вала 12 КПП и вращается в своем подшипнике 11. Ведущий конус располагается на промежуточном валу 6, на своей шлицевой втулке 15, имеющей возможность поступательного движения вдоль промежуточного вала. Промежуточный вал 6 имеет шлицевую поверхность и вращается в своем подшипнике 14. В ведущем конусе по шлицевой втулке 15 двигается соединенный с промежуточным валом штифтом 17 опорный цилиндр 16 с пружиной промежуточного вала 8. В торцевое кольцо ведущего конуса упирается пружина сцепления 7, которая другим своим концом упирается в опорный бортик 5 шлицевой соединительной втулки выходного вала двигателя 2. На втулке располагается опорное кольцо выжимного подшипника 20, на рычаге 4 размещается выжимной подшипник 3. Опорное кольцо 20 соединяется с промежуточным валом 6 с помощью штифта 19, проходящего через отверстие 23, просверленное в промежуточном вале. В шлицевой соединительной втулке выполнена сквозная прорезь 21, в которой двигается штифт 19 с опорным кольцом 20. При включенном сцеплении, промежуточный вал 6 одним концом сидит в шлицевой втулке вала двигателя 2, другим концом сидит в шлицевой втулке 11 ведущего вала коробки передач 12. Таким образом, при включенном сцеплении само контактное сцепление выключено из работы, а крутящий момент от двигателя коробке переключения передач передается через промежуточный вал. Ведомый конус сцепления 10 расположен на втулке 11 ведущего вала коробки передач 12 и при включенном сцеплении вращается вместе с валом 6 и ведущим конусом 9. Для выключения сцепления на рычаг сцепления 4 оказывается силовое воздействие, выжимной подшипник 3 давит на опорное кольцо 20, кольцо двигает вдоль оси вала, прикрепленный к нему штифт 19. Штифт ведет за собой промежуточный вал 6. Промежуточный вал, двигаясь по направлению к двигателю, выходит из втулки 13 вала коробки передач. В то же время промежуточный вал через штифт опорного цилиндра 17 ведет за собой опорный цилиндр 16. Опорный цилиндр, сжав пружину вала 8, упирается в торцевое кольцо конуса и, преодолевая сопротивление пружины сцепления 7, отводит ведущий конус 9 от ведомого 10, разорвав, таким образом, цепочку передачи вращения от двигателя коробке передач. При прекращении силового воздействия на рычаг сцепления, пружина сцепления 7, упираясь одним своим концом в опорный бортик соединительной втулки 5, а другим - в кольцо ведущего конуса сцепления 9, толкает ведущий конус вдоль оси вала по направлению от двигателя. Так как пружина сцепления 7 сильнее пружины вала 8, она сработает первой и сцепит ведущий и ведомый конусы сцепления. Ведомый конус сцепления расположен на втулке ведущего вала коробки переключения передач 13. Начав вращаться, он вращает втулку коробки переключения передач 13 со своим ведущим валом 12. Пружина промежуточного вала сцепления 8, после того как произошло соединение конусов, толкает опорный цилиндр, а с ним и промежуточный вал через штифт 19, вставленный в ведущим валом 12. Пружина промежуточного вала сцепления 8, после того как произошло соединение конусов, толкает опорный цилиндр, а с ним и промежуточный вал через штифт 19, вставленный в отверстие в вале 22, по прорези втулки ведущего конуса, по направлению к коробке передач. Так как сцепление уже произошло, и втулка 13 первичного вала коробки переключения передач вращается со скоростью, равной скорости вращения двигателя, промежуточный вал войдет во втулку 13 первичного вала коробки переключения передач. Таким образом, придет в действие цепочка передачи вращения от двигателя коробке переключения передач через промежуточный вал. Если промежуточный вал не попадет в шлицы втулки, при большом усилии двигателя конусы сцепления несколько провернутся, шлицы промежуточного вала найдут свои гнезда во втулке и зайдут в них. Промежуточный вал может быть полым и выполнен с внутренними шлицами под шлицевой конец выходного вала двигателя и шлицевой конец ведущего вала коробки передач, может иметь глухие проточки с внутренними шлицами, может иметь с одного конца внутренние шлицы, с другого - внешние. Использование вала или втулки в соединении будет зависеть от конкретного конструктивного решения в конкретном двигателе.

Вывод.

Замена в сцеплении дисков конусами и введение промежуточного вала повысит надежность сцепления.

*Учебник ″ФИЗИКА″ для 9-го класса М.М.Балашова, 1994 г. стр.225.

Обозначения на чертежах.

1 - кожух сцепления

2 - шлицевая соединительная втулка выходного вала двигателя

3 - выжимной подшипник сцепления

4 - рычаг сцепления

5 - опорный бортик соединительной втулки

6 - промежуточный вал

7 - пружина сцепления

8 - пружина вала

9 - ведущий конус сцепления

10 - ведомый конус сцепления

11 - подшипник ведомого конуса

12 - ведущий вал коробки переключения передач

13 - шлицевая втулка ведущего вала коробки передач

14 - подшипник промежуточного вала

15 - шлицевая втулка ведущего конуса

16 - опорный цилиндр промежуточного вала

17 - штифт опорного цилиндра

18 - силовой цилиндр сцепления

19 - штифт промежуточного вала

20 - опорное кольцо выжимного подшипника

21 - прорезь соединительной втулки

22 - отверстие под штифт промежуточного вала

23 - отверстие под штифт выжимного подшипника

Конусное сцепление, содержащее ведущий конус, расположенный на промежуточном валу, который одним из своих концов скользящим шлицевым соединением связан с выходным валом двигателя, и ведомый конус, соединенный с ведущим валом коробки передач, в котором промежуточный вал, благодаря возможности осевого перемещения, при включении сцепления смыкает конусы, угловая скорость ведущего и ведомого конусов выравнивается, промежуточный вал, продолжая движение, другим своим концом входит в шлицевое соединение с ведущим валом коробки передач, жестко соединяя собой цепочку передачи крутящего момента от двигателя коробке передач, а при выключении сцепления, двигаясь в обратную сторону, промежуточный вал выходит из шлицевого соединения с ведущим валом коробки передач, разрывая при этом жесткую цепочку передачи крутящего момента от двигателя коробке передач, далее разъединяются конусы, полностью разъединяя цепочку передачи крутящего момента от двигателя коробке передач.