Реверсивная зубчатая обгонная муфта

Изобретение относится к машиностроению, в частности к реверсивным обгонным муфтам. Муфта содержит установленную на подшипниках в корпусе зубчатую планетарную передачу, в которой центральное колесо является ведущей полумуфтой, а водило - ведомой полумуфтой с сателлитами. Сателлиты сцеплены с установленным на ведущей полумуфте центральным колесом. На водиле смонтированы для каждого сателлита пара связанных с рукояткой реверса пружин и три упора, один из которых расположен диаметрально противоположно, а пара других - симметрично полюсу зацепления. На сателлитах выполнены с возможностью вращения между упорами и подпружиненные одной из пружин в тангенциальном направлении соосные диски. На корпусе смонтирована рукоятка реверса, связанная с пружинами с возможностью изменения направления действия пружин. Решение направлено на повышение эксплуатационных характеристик муфты. 7 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, муфта предназначена для соединения валов, передающих в одном направлении большие моменты при высокой частоте включения и незначительных потерях энергии, например в нефрикционных высокомоментных вариаторах, направление при передаче вращения можно принудительно изменять на противоположное.

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 моментов, например, в нефрикционных высокомоментных вариаторах [3].

Примем за прототип наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату зубчатую обгонную муфту [4]. Она содержит на подшипниках в корпусе зубчатую планетарную передачу, водило которой снабженно для каждого сателлита пружиной и парой упоров и является ведомой полумуфтой, сателлиты сцеплены с закрепленным на ведущей полумуфте центральным колесом, а на сателлитах выполнены с возможностью вращения между упорами подпружиненные к упорам в тангенциальном направлении соосные диски.

Признаки известной муфты (прототипа), совпадающие с заявляемой зубчатой обгонной муфтой, следующие. Она содержит на подшипниках в корпусе зубчатую планетарную передачу, водило которой снабжение пружинами и упорами и является ведомой полумуфтой, сателлиты сцеплены с закрепленным на ведущей полумуфте центральным колесом, а на сателлитах выполнены с возможностью вращения между упорами и подпружиненные к упорам в тангенциальном направлении соосные диски.

В известной муфте вращение передается только в одном направлении, что ограничивает применение муфт в механизмах с реверсом, например в реверсивных нефрикционных высокомоментных вариаторах [3].

Цель предлагаемого изобретения - повышение эксплуатационных характеристик.

Предлагаемая зубчатая обгонная муфта имеет следующие существенные признаки. Она содержит корпус, рукоятку реверса на корпусе и установленную на подшипниках в корпусе зубчатую планетарную передачу, водило которой является ведомой полумуфтой, сателлиты сцеплены с закрепленым на ведущей полумуфте центральным колесом, на водиле смонтированы для каждого сателлита пара связанных с рукояткой реверса пружин и три упора, одно из которых расположено диаметрально противоположно, а пара других симметрично полюсу зацепления, на сателлитах выполнены с возможностью вращения между упорами и подпружиненные одной из пружин в тангенциальном направлении соосные диски, при этом рукоятка реверса связана с пружинами с возможностью изменения направления действия пружин.

Отличительными от прототипа признаками изобретения являются следующие. Предлагаемая муфта снабжена рукояткой реверса на корпусе, на водиле смонтированы для каждого сателлита пара связанных с рукояткой реверса пружин и три упора, одно из которых расположено диаметрально противоположно, а пара других симметрично полюсу зацепления, при этом рукоятка реверса связана с пружинами с возможностью изменения направления действия пружин.

На фиг.1 и 2 представлена схема реверсивной зубчатой обгонной муфты при передаче вращения и обгоне соответственно, а на фиг.3-7 показан вариант конструкции.

Зубчатая обгонная муфта (фиг.1, 2) содержит установленную на подшипниках в корпусе 1 зубчатую планетарную передачу, в которой центральное колесо 2 является ведущей, а водило 3 - ведомой полумуфтами, на сателлите 4 закреплен диск 5, O - ось муфты. На водиле выполнены три упора: 6 - диаметрально противоположный, 7а и 7б - симметричные полюсу зацепления Е, а также установлены действующие на сателлит в тангенциальном направлении пружины 8а и 8б, смонтированные на подпружиненном пружиной 9 ползуне 10, который взаимодействует с электромагнитом 11. Смонтированная на корпусе рукоятка реверса 12 служит рубильником включения электромагнита. На фиг.1 и 2 электромагнит отключен, пружина 9 отжимает ползун 10 в крайнее левое положение, при этом пружина 8а через ось сателлита 13 прижимает диск 5 к упорам 6 и 7а.

Параметры муфты: R_В - радиус водила, R_Ц и R_С - радиусы центроид соответственно центрального колеса и сателлита; R_К - радиус контактной поверхности диска, β - углы положения точек контакта К_a, К_б упоров 7а и 7б.

Муфта работает следующим образом. На фиг.1 показана схема муфты при передаче вращения от ведущей полумуфты 2 ведомой 3 против часовой стрелки, М - передаваемый муфтой момент. Сателлит с диском нагружен силами: N_а, N_в - нормальные силы и fN_a, fN_в - касательные силы трения от упоров (f - коэффициент трения). F_t и F_n - силы в зацеплении от центрального колеса, Р - сила от пружины 8а. Контакт центроид зубчатой пары (полюс зацепления Е) является мгновенным центром вращения сателлита относительно центрального колеса. Нормальная сила N_a поворачивает сателлит против часовой стрелки, т.е. в направлении передачи вращения, а силы fN_a, fN_б и Р - по часовой стрелке. Передача вращения полумуфтами с угловой скоростью ω (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 центральное колесо через сателлит нагружает водило моментом

M=F_tR_Ц

и поворачивает в тангенциальном направлении центр сателлита А вместе с водилом против часовой стрелки.

Условие передачи вращения полумуфтами

условие незаклинивания диска между упорами

где f_С - коэффициент трения скольжения, α_з - угол зацепления зубчатой передачи. Условие незаклинивания обеспечивает высокий КПД муфты.

Муфта при обгоне (холостой ход) показана на фиг.2. Вращение ведущей полумуфты 2 по часовой стрелке со скоростью ω₀ не передается ведомой полумуфте (водилу). Это объясняется тем, что центральное колесо приводит к свободному относительно водила вращению сателлит в том же направлении со скоростью ω_С, при этом противодействующие вращению нагрузки незначительны из-за относительно малого значения силы Р и сил инерции (не показаны), следовательно, момент обгона M₀ близок к нулю даже в начальной стадии обгона при выполнении условия (2).

Реверс муфты происходит при включении электромагнита 11 рукояткой реверса 12 (на фигурах не показано). При этом ползун 10 перемещается в крайнее правое положение, диск пружиной 8б прижимается к упорам 7б и 6, вследствие чего вращение передается по часовой стрелке. Работа муфты аналогична работе, описанной выше.

На фиг.3-7 показан вариант конструкции реверсивной зубчатой обгонной муфты с двумя сателлитами, в которой диски 5 выполнены с коническими контактными поверхностями и составляют единое целое с сателлитами 4, θ - угол конуса. Из фиг.6 имеем суммарную силу в контакте

N=0,5N_n:sinθ,

откуда f_СθN - максимальная сила трения, где f_Сθ=f_С:sinθ - приведенный коэффициент трения скольжения. Данное конструктивное решение увеличивает эффективность муфты (см. условия (1) и (2)). Ведомая полумуфта 3 смонтирована из двух фланцев 14, 15 и центровой шайбы 16, соединенных парой шпилек 17. Центровая шайба 16 служит опорой вращения центрального колеса 2 (ведущая полумуфта). Упоры 6 выполнены как сферические выступы на фланцах 14 и 15, а упорами 7а и 7б служат резьбовые штифты, ввернутые во фланцы, что позволяет при монтаже обеспечить оптимальные зазоры в контактах. Ползун 10 квадратного сечения установлен во фланце 15 с возможностью осевого перемещения, подпружинен пружиной 9 к установленной на корпусе рукоятке реверса 12. Пластинчатые пружины 8а и 8б закреплены на цилиндрическом пальце 18, который снабжен штифтом 19, контактирующим с выполненным в ползуне косым пазом 20. При правом положении рукоятки реверса (фиг.3) передача вращения - против часовой стрелки (фиг.4-6). Реверс осуществляется переводом рукоятки реверса влево, при этом ползун 10 поворачивает цилиндрический палец 18, что изменяет направление действия пружин на сателлиты.

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

Авторы-заявители располагают зубчатыми обгонными муфтами 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, F16H 29/08. Высокомоментный вариатор. / Автор: Б.В.Пылаев. - Приор.: 20.01.2003.

4. Заявка на патент РФ № 2005123326/11 (026288) от 22.07.05.

Реверсивная зубчатая обгонная муфта, содержащая на подшипниках в корпусе зубчатую планетарную передачу, водило которой снабжено пружинами и упорами и является ведомой полумуфтой, сателлиты сцеплены с закрепленным на ведущей полумуфте центральным колесом, а на сателлитах выполнены с возможностью вращения между упорами и подпружиненные к упорам в тангенциальном направлении соосные диски, отличающаяся тем, что снабжена рукояткой реверса на корпусе, на водиле смонтированы для каждого сателлита пара связанных с рукояткой реверса пружин и три упора, один из которых расположен диаметрально противоположно, а пара других - симметрично полюсу зацепления, при этом рукоятка реверса связана с пружинами с возможностью изменения направления действия пружин.