Секторная муфта свободного хода
Владельцы патента RU 2336446:
Ярославский государственный технический университет (RU)
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в импульсных бесступенчатых передачах и трансмиссиях. Секторная муфта свободного хода содержит наружную обойму, внутреннюю 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 поверхностью наружной обоймы с возможностью скольжения по ней. Причем этот сектор шарнирно соединен с упомянутым рычагом, а внутренняя обойма выполнена в виде двух жестко соединенных дисков, между которыми расположен рычаг. Один конец рычага шарнирно соединен с сектором. Другой конец рычага шарнирно соединен с внутренней обоймой. Сектора выполнены в виде двух полуколец, и пружины механизмов заклинивания расположены между концевыми частями полуколец. Технический результат заключается в повышении допустимой частоты включений секторной муфты свободного хода, повышении ее нагрузочной способности и долговечности. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.
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, сектора, контактирующего с внутренней поверхностью наружной обоймы с возможностью скольжения по ней, и пружины, при этом указанный сектор шарнирно установлен на упомянутом рычаге, конец первого плеча этого рычага контактирует с поверхностью внутренней обоймы, имеющей участки криволинейной поверхности, а конец второго плеча рычага связан с внутренней обоймой посредством серьги.
Недостатком такой конструкции является то, что поджим сектора к внутренней поверхности наружной обоймы осуществляется пружиной через звенья механизма заклинивания, что уменьшает быстродействие муфты и допустимую частоту включений.
Ввиду многозвенности механизма заклинивания и погрешностей изготовления ось сектора непараллельна оси внутренней цилиндрической поверхности обоймы, что ведет к неравномерному распределению давления по контактирующим поверхностям сектора и обоймы и снижению нагрузочной способности муфты. Сектора муфты непосредственно не связаны друг с другом, что увеличивает виброактивность муфты, снижает допустимую частоту включений и нагрузочную способность. Многозвенность конструкции обуславливает ее сложность.
Наиболее близкой к предлагаемой является секторная муфта свободного хода [патент РФ №2279576, кл. F16D 41/06, 2006], содержащая наружную обойму, внутреннюю обойму и ряд равномерно расположенных между ними подпружиненных механизмов заклинивания, а каждый механизм заклинивания выполнен в виде рычага, сектора, пружины, за счет действия которой упомянутый сектор контактирует с внутренней поверхностью наружной обоймы с возможностью скольжения по ней, причем этот сектор шарнирно соединен с упомянутым рычагом, а внутренняя обойма выполнена в виде двух жестко соединенных дисков, между которыми расположен рычаг, и один конец рычага шарнирно соединен с сектором, а другой конец рычага шарнирно соединен с внутренней обоймой. Контактирующая поверхность сектора в осевом сечении может иметь цилиндрическую или клиновидную форму. В этой муфте поджим сектора к обойме осуществляется пружиной сжатия через промежуточное звено-рычаг, что уменьшает быстродействие заклинивания муфты, и при возвратно-вращательном (колебательном) движении одной из обойм муфты (импульсные бесступенчатые передачи) ведет к снижению допустимой частоты включений муфты и снижает ее нагрузочную способность. При колебательном движении обоймы муфты возникают переменные по величине и направлению динамические (инерционные) нагрузки, за счет действия которых возможен отход сектора от обоймы. Это нарушает постоянство их контакта, ведет к вибрациям и дополнительным динамическим нагрузкам при замыкании муфты, ограничивает допустимую частоту включений муфты, снижает ее нагрузочную способность. Сектора муфты непосредственно не связаны друг с другом, что увеличивает виброактивность муфты и снижает допустимую частоту включений муфты и ее нагрузочную способность. При цилиндрическом шарнирном соединении ввиду неизбежных погрешностей изготовления происходит неравномерное распределение усилий по поверхности контакта сектора и обоймы, а при клиновидной форме сечения сектора ведет к кромочным контактам плоских поверхностей клина и концентрации контактных напряжений, что снижает нагрузочную способность муфты.
Установка наружной обоймы на валу требует дополнительно применять соединение обоймы с валом, что усложняет конструкцию наружной обоймы и муфты в целом.
Целью изобретения является создание секторной муфты свободного хода, имеющей повышенную допустимую частоту включений, повышенную нагрузочную способность, и упрощение ее конструкции.
Поставленная цель достигается тем, что муфта свободного хода содержит наружную обойму, внутреннюю обойму и ряд равномерно расположенных между ними подпружиненных механизмов заклинивания, а каждый механизм заклинивания выполнен в виде рычага, сектора, пружины, за счет действия которой упомянутый сектор контактирует с внутренней поверхностью наружной обоймы с возможностью скольжения по ней, причем этот сектор шарнирно соединен с упомянутым рычагом, а внутренняя обойма выполнена в виде двух жестко соединенных дисков, между которыми расположен рычаг, и один конец рычага шарнирно соединен с сектором, а другой конец рычага шарнирно соединен с внутренней обоймой, при этом сектора выполнены в виде двух полуколец и пружины механизмов заклинивания расположены между концевыми частями полуколец. Пружины выполнены плоскими и неподвижно закреплены на концевых частях одного полукольца и контактируют с внутренней поверхностью концевых частей другого полукольца. Контактирующие с внутренней поверхностью наружной обоймы поверхности секторов в осевом сечении муфты выполнены выпуклыми. Наружная обойма подвижно с возможностью вращения установлена на дисках внутренней обоймы.
На чертежах показана предлагаемая секторная муфта свободного хода: фиг.1 - поперечный разрез муфты; фиг.2 - продольный разрез А-А фиг.1; фиг.3 - вариант расположения пружины сжатия; фиг.4 - вариант расположения пружины-демпфера; фиг.5 - вариант расположения плоской пружины; фиг.6 - схема силового нагружения сектора (полукольца) плоской пружиной; фиг.7 - вариант выполнения профиля сектора в осевом сечении; фиг.8 - вариант выполнения клиновидной формы профиля сектора.
Муфта (фиг.1, 2) имеет наружную обойму 1, внутреннюю обойму, выполненную из дисков 2 и 3, неподвижно соединенных между собой осями 4. Между дисками 2 и 3 внутренней обоймы расположены рычаги 5. Один конец каждого рычага 5 шарнирно установлен на оси 4 внутренней обоймы, а другой конец щарнирно соединен с сектором 6, контактирующим с внутренней поверхностью наружной обоймы 1. Секторы 6 выполнены в виде двух полуколец, в концевых частях которых расположены плоские пружины 7. Они неподвижно закреплены на концевых частях одного полукольца (сектора) и контактируют с внутренней поверхностью концевых частей другого полукольца. Такое расположение пружин 7 обеспечивает контакт каждого сектора с внутренней поверхностью наружной обоймы 1 и объединяет сектора в единую систему (кольцо), что увеличивает выброустойчивость муфты в целом, обеспечивает прямой (без промежуточных звеньев) поджим секторов к внутренней поверхности наружной обоймы 1, упрощает конструкцию муфты. Вместо плоской пружины возможно использование пружин других видов. На фиг.3 показан вариант расположения пружины сжатия 8, которая устанавливается в отверстиях, расположенных в торцах концевых частей полуколец. С целью гашения вибраций целесообразно использовать пружину-демпфер 9, выполненную из резины (фиг.4) или комбинацию пружины сжатия 8 и пружины-демпфера 9. На фиг.1 показан вариант расположения плоских пружин, позволяющий регулировать направление усилия пружины, устанавливая ее под требуемым углом ϕ, перемещая пружину 7 в пазах, под крепежные винты (не показаны). Если на концевой поверхности полукольца 6 выполнить скос под углом ϕ (фиг.5), то обеспечивается постоянное направление усилия пружины 7. В процессе замыкания-размыкания муфты возникают динамические (инерционные) нагрузки, стремящиеся сместить сектора к оси муфты. Это может привести к нарушению контакта сектора с обоймой, а при замыкании муфты к появлению дополнительных ударных нагрузок и снижению нагрузочной способности муфты.
Определим усилие пружины, при котором сектор поджимается с требуемым (из условия обеспечения начала процесса заклинивания муфты) усилием Qo и исключается отрыв сектора от обоймы под действием динамического усилия Q1. Из силовой схемы (фиг.6) имеем:
где Р - усилие, развиваемое пружиной,
ϕтр - угол трения,
ϕ - угол установки пружины.
При ϕ=6°...10° можем принять: Cos ϕтр=1,
Sin (ϕ-ϕтр)=tg(ϕ-ϕтр).
Тогда Qo=2Ptg(ϕ-ϕтр).
Аналогично имеем Q1=2 Р tg (ϕ+ϕтр)
Считая, что Q1 известно из конкретного режима работы муфты, определим (с некоторым запасом) потребное усилие, развиваемое пружиной: 
и 
Для уменьшения потребной величины Р можем применить фрикционные покрытия (увеличить ϕтр). Таким образом, применяя пружину, развивающую потребное усилие Р, исключаем появление вибраций и ударных нагрузок при работе муфты, что увеличивает ее нагрузочную способность, обеспечивает муфте виброустойчивость, повышает допустимую частоту включений муфты. Отметим, что муфты свободного хода, применяемые в импульсных вариаторах, имеют высокую виброактивность и низкую допустимую частоту включений ([Мальцев В.Ф. Механические импульсные передачи. М.: «Машиностроение», 1978. - 367 с.] с.259, 261); ([Кропп А.Е. Приводы машин с импульсными вариаторами. - М.: Машиностроение, 1988. - 144 с.] с.59).
При цилиндрическом шарнирном соединении сектора 6 с рычагом 5 (фиг.1, 2) для повышения нагрузочной способности муфты необходимо обеспечить равномерное распределение давления по рабочей (контактирующей) поверхности сектора 6 и наружной обоймы 1. Для этого следует профиль сектора в осевом сечении (фиг.7) выполнить выпуклым (бочкообразным). С этой же целью при применении клиновидной формы профиля сектора 6 (фиг.8) плоские грани клина выполнять выпуклыми. Такие формы профилей (фиг.7, 8) также обеспечивают лучшие условия выдавливания масляного слоя из зоны контакта сектора 6 и обоймы 1 при заклинивании муфты, что увеличивает их сцепляемость и повышает нагрузочную способность муфты.
Муфта работает следующим образом. При вращении наружной обоймы 1 (фиг.1) относительно внутренней обоймы, содержащей диски 2 и 3 (фиг.2) по часовой стрелке сектор 6 поджат пружинами 7 к внутренней поверхности наружной обоймы 1. Возникающие за счет самоторможения силы соединяют обе обоймы в единое целое, так как при самоторможении скольжение сектора 6 по внутренней поверхности наружной обоймы 1 исключается (заклинивание муфты) и муфта вращается по часовой стрелке. При вращении наружной обоймы 1 относительно внутренней обоймы против часовой стрелки сектор 6 скользит по внутренней поверхности наружной обоймы 1. При возвратно-вращательном (колебательном) движении наружной обоймы, что имеет место в импульсных передачах, внутренняя обойма совершает непрерывное вращательное движение по часовой стрелке. Если давать возвратно-вращательное движение внутренней обойме, то наружная обойма будет совершать непрерывное вращательное движение против часовой стрелки, но в этом случае на звенья механизмов заклинивания будут действовать большие динамические нагрузки.
Предлагаемая секторная муфта свободного хода имеет по сравнению с прототипом [патент РФ №217957 6, кл. F16D 41/06, 2006] более высокую виброустойчивость, т.к. секторы выполнены в виде двух полуколец, пружины которых расположены так, что сектора представляют единую систему (кольцо), и предлагаемое расположение пружин исключает нарушение контакта секторов и наружной обоймы от действия динамических нагрузок и появление дополнительных ударных нагрузок при заклинивании муфты. Поэтому предлагаемая муфта имеет более высокую допустимую частоту включений и обладает более высокой нагрузочной способностью. Выпуклые профили контактирующих с наружной обоймой поверхностей секторов обеспечивают равномерное распределение давления по поверхностям контакта, что также повышает нагрузочную способность муфты. Применение секторов, выполненных в виде двух полуколец, и установка наружной обоймы на дисках внутренней обоймы сокращает количество звеньев муфты и упрощает ее конструкцию.
1. Секторная муфта свободного хода, содержащая наружную обойму, внутреннюю обойму и ряд равномерно расположенных между ними подпружиненных механизмов заклинивания, а каждый механизм заклинивания выполнен в виде рычага, сектора, пружины, за счет действия которой упомянутый сектор контактирует с внутренней поверхностью наружной обоймы с возможностью скольжения по ней, причем этот сектор шарнирно соединен с упомянутым рычагом, а внутренняя обойма выполнена в виде двух жестко соединенных дисков, между которыми расположен рычаг, и один конец рычага шарнирно соединен с сектором, а другой конец рычага шарнирно соединен с внутренней 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 внутренней поверхностью концевых частей другого полукольца.
3. Секторная муфта свободного хода по п.1, отличающаяся тем, что контактирующие с внутренней поверхностью наружной обоймы поверхности полуколец в осевом сечении муфты выполнены выпуклыми.
4. Секторная муфта свободного хода по п.1, отличающаяся тем, что наружная обойма подвижно с возможностью вращения установлена на дисках внутренней обоймы.
