Зубчатая обгонная муфта

Зубчатая обгонная муфта относится к машиностроению, служит для соединения валов при передаче большой мощности и высокой частоте включения и может работать как реверсивная обгонная, например, в высокомоментных вариаторах. Муфта содержит зубчатую планетарную передачу, водило которой является ведущей полумуфтой, и сателлиты, сцепленные с центральным колесом, закрепленым на ведомой полумуфте. На водиле выполнены силовые упоры, по паре для каждого сателлита. На каждом сателлите закреплены подпружиненные к силовым упорам соосные сателлиту диски. При этом силовые упоры размещены на водиле с возможностью перемещения центров сателлитов в тангенциальном направлении при передаче вращения. Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных характеристик и повышении КПД. 5 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, муфта предназначена для соединения валов при передаче большой мощности и высокой частоте включения, например, в высокомоментных вариаторах.

Известны фрикционные обгонные муфты, в которых момент передается силами трения между ведущей и ведомой полумуфтами через заклинивающиеся тела [1]. Известна также фрикционная обгонная муфта, в конструкции которой используется зубчатая связь между заклинивающимися телами и ведущей полумуфтой [2]. В таких муфтах контактные нагрузки между деталями фрикционных пар превосходят полезные касательные силы более чем в 10 раз, что является препятствием к использованию таких типов муфт при высокой частоте включения и передаче больших мощностей, например, в вариаторах [3].

Существуют обгонные муфты, содержащие между ведущей и ведомой полумуфтами элемент, который при передаче момента удерживается силами трения, а момент передается нормальными силами [4]. В этих муфтах имеют место значительные потери энергии из-за достаточно большого момента при обгоне.

Примем за прототип, наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату, эксцентриковую обгонную муфту [5]. Она содержит зубчатую планетарную передачу, водило которой является ведущей полумуфтой, а сателлиты сцеплены с центральным колесом и с зубчатым венцом обоймы, выполненной в виде кольца с наружной и внутренней цилиндрическими поверхностями, с размещенным внутри обоймы роликом, связанным, например крестовой шайбой, с водилом, содержит также ведомую полумуфту с эксцентриком и с охватывающим эксцентрик и обойму стаканом, имеющую подпружиненный относительно ведомой полумуфты клин, при этом ролик и обойма образуют вращательные пары соответственно с эксцентриком и стаканом, а клин размещен между роликом и обоймой.

Признаки известной муфты (прототипа), совпадающие с заявляемой зубчатой обгонной муфтой, следующие. Она содержит зубчатую планетарную передачу, водило которой является ведущей полумуфтой, а сателлиты сцеплены с центральным колесом, кинематически связанным с ведомой полумуфтой.

В известной муфте из-за зазоров в кинематической цепи имеет место запаздывание перемещения клина, как при заклинивании муфты (начальная фаза передачи момента), так и при расклинивании муфты (начальная фаза обгона), что увеличивает углы срабатывания и расклинивания муфты. Из-за необходимости выталкивания клина, зажатого в зазоре между обоймой и роликом, требуется значительный момент при расклинивании муфты. Указанные недостатки ограничивает частоту включения и уменьшает КПД муфты.

Цель предлагаемого изобретения - улучшение эксплуатационных характеристик, а также повышение КПД.

Предлагаемая зубчатая обгонная муфта имеет следующие существенные признаки. Она содержит зубчатую планетарную передачу, водило которой является ведущей полумуфтой, сателлиты сцеплены с закрепленным на ведомой полумуфте центральным колесом, на водиле выполнена пара для каждого сателлита силовых упоров, а на каждом сателлите закреплены подпружиненные к силовым упорам соосные сателлиту диски, при этом силовые упоры размещены на водиле с возможностью перемещения центров сателлитов в тангенциальном направлении при передаче вращения.

Отличительными от прототипа признаками изобретения являются следующие. В предлагаемой муфте центральное колесо закреплено на ведомой полумуфте, на водиле выполнена пара для каждого сателлита силовых упоров, а на каждом сателлите закреплены подпружиненные к силовым упорам соосные сателлиту диски, при этом силовые упоры размещены на водиле с возможностью перемещения центров сателлитов в тангенциальном направлении при передаче вращения.

На фиг.1 представлена схема зубчатой обгонной муфты, на фиг.2-5 показан вариант конструкции.

Зубчатая обгонная муфта (фиг.1) содержит зубчатую планетарную передачу, в которой водило 1 является ведущей, а центральное колесо 2 - ведомой полумуфтами, О - ось муфты. На водиле выполнена пара силовых упоров 3 и 4, а также дополнительный упор 5. Между упорами свободно установлен, т.е. не имеющей оси на водиле, сцепленный с центральным колесом сателлит 6 с двумя дисками 7 и 8, а также осью 9, δ - малый радиальный зазор между осью и дополнительным упором. Сателлит подпружинен к силовым упорам пружиной 10.

Параметры муфты: R_Ц и R_C - радиусы центроид, соответственно центрального колеса и сателлита; R₁ и R₂ - радиусы дисков;

β₁ и β₂ - углы положения точек контакта K₁ и К₂ силовых упоров.

Муфта работает следующим образом. На фиг.1 показана схема муфты при передаче вращения от ведущей полумуфты 1 ведомой 2 против часовой стрелки, М - передаваемый муфтой момент. Сателлит нагружен силами: N - нормальная сила и Р=ƒN - сила трения от силового упора (ƒ - коэффициент трения скольжения), F_t и F_n - силы в зацеплении от центрального колеса. Сила со стороны пружины не показана ввиду ее малости. Контакт центроид зубчатой пары - точка В, является мгновенным центром вращения сателлита относительно центрального колеса. Нормальные силы N поворачивают сателлит против часовой стрелки, т.е. в направлении передачи вращения, а силы трения Р - по часовой стрелке. Передача вращения полумуфтами (против часовой стрелки на фиг.1) происходит при превышении момента от сил трения моменту от нормальных сил, т.к. в этом случае сателлит неподвижен относительно центрального колеса, и водило через сателлит нагружает центральное колесо моментом

M=F_tR_Ц

и поворачивает в тангенциальном направлении центр сателлита A вместе с центральным колесом.

Необходимые условия передачи вращения полумуфтами:

где g - характеристический параметр, n=N₂:N₁; a₁=R₁:R_C; a₂=R₂:R_C; f₁ и f₂ - минимальные значения коэффициентов трения скольжения соответственно для дисков 7 и 8.

При повороте водила по часовой стрелке (не показано) через пружину, а также дополнительный упор, центр сателлита перемещается с водилом. При этом, свободно вращаясь, сателлит не воздействует на центральное колесо, что обеспечивает обгонное действие муфты. Наличие дополнительного упора не принципиально, он обеспечивает эффективность муфты при обгоне.

В предлагаемой муфте сателлит не заклинен между водилом и центральным колесом как ролик в фрикционной обгонной муфте, следовательно, момент при обгоне практически отсутствует, что делает высоким КПД такой муфты и приемлемым нагрузки на детали муфты при передаче больших моментов.

На фиг.2-5 показана конструкция зубчатой обгонной муфты с пятью сателлитами, в которой диски с коническими контактными поверхностями составляют единое целое с сателлитами, α - угол конуса. Из фиг.5 имеем силу контакта N_К=0,5N:sinα,

откуда сила трения Р=2ƒN_К=ƒ_ПРN,

где ƒ_ПР=ƒ:sinα - приведенный коэффициент трения скольжения.

Ось 9 вставлена в отверстие водила с зазором δ.

В рассматриваемой конструкции R_С=R₁=R₂=R, β₁=50°; β₂=200°; α=30°, и при ƒ=0,07 имеем ƒ_ПР=0,07:sin30°=0,14.

При использовании дисков больших диаметров (a>1) имеем увеличение характеристического параметра g, т.к. при возрастании радиусов R₁ и R₂ увеличивается момент от сил трения Р, а момент от нормальных сил N не изменяется.

Зубчатое зацепление сателлита с центральным колесом может быть внешним или внутренним.

Ведущей полумуфтой может быть как водило, так и зубчатое колесо.

Авторы-заявители располагают муфтой предлагаемой конструкции.

Источники информации

1. А.Ф.Крайнев. Механика машин. Фундаментальный словарь - 2-е изд. М.: Машиностроение. - 2001 (стр.800-801).

2. Патент США №2024486 C1, 145-45.1, 1935 г.

3. Патент РФ №2242654 С2, F16Н 29/08. Высокомоментный вариатор. /Автор: Б.В.Пылаев. - Приор.: 20.01.2003.

4. Авт. свид. СССР №131597, F16D 41/00, 1949.

5. Патент РФ №2229630 С2, F16D 41/08. Эксцентриковая высокомоментная обгонная муфта. /Автор: Б.В.Пылаев. - Приор.: 03.04.2002.

Зубчатая обгонная муфта, содержащая зубчатую планетарную передачу, водило которой является ведущей полумуфтой, а сателлиты сцеплены с центральным колесом, кинематически связанным с ведомой полумуфтой, отличающаяся тем, что центральное колесо закреплено на ведомой полумуфте, на водиле выполнена пара для каждого сателлита силовых упоров, а на каждом сателлите закреплены подпружиненные к силовым упорам соосные с сателлитом диски, при этом силовые упоры размещены на водиле с возможностью перемещения центров сателлитов в тангенциальном направлении при передаче вращения.