Центробежная муфта

 

Использование: в области машиностроения, в устройствах для передачи вращательного движения в машинах и механизмах. Сущность изобретения: центробежная муфта содержит соосно установленные две полумуфты, одна из которых выполнена с герметичной полостью, а на другой полумуфте установлены эксцентрики 7. Двуплечие рычаги 4 шарнирно закреплены на полумуфте в контакте одного из плеч с эксцентриком 7. Грузы размещены на других плечах рычагов. Гидравлические демпферы выполнены в виде перегородок двух видов, разделяющих герметично полость полумуфты на части. Перегородки первого вида 19 выполнены разноплечими и контактируют концом их длинного плеча с краем герметичной полости, а коротким плечом - с рычагом. Перегородки второго вида 22 установлены с дроссельным зазором между ними и рычагами. Величина зазора переменна при возможном перемещении рычагов. У каждого рычага установлено по одной перегородке первого и второго вида. Муфта снабжена планетарной передачей, водило которой жестко связано с другой полумуфтой. Внешнее центральное колесо связано с одной полумуфтой через обгонную муфту. Внутреннее центральное колесо установлено на эксцентриках, расположенных с возможностью вращения относительно другой полумуфты. 5 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению, конкретно к устройствам для передачи вращательного движения, и может быть использовано для передачи крутящего момента в машинах и механизмах.

Известна центробежная муфта, содержащая соосно установленные две полумуфты, эксцентрики, установленные на одной полумуфте, двуплечие рычаги, шарнирно установленные на другой полумуфте в контакте одного из плеч с эксцентриком, грузы, расположенные на других плечах рычагов (авт. св. N 1408133, кл. F 16 D 43/14, 1988).

Эта муфта имеет только ограниченное применение, так как при постепенном переходе в рабочий режим передача крутящего момента на одну полумуфту (ведомый вал) носит импульсный характер. в зависимости от положения грузов относительно эксцентриков на последние воздействуют то положительные, то отрицательные импульсы. Если момент сил инерции грузов совпадает с направлением вращения другой (ведущей) полумуфты, то на эксцентрики воздействует положительный импульс, т. е. раскручивающий ведомую полумуфту, а если не совпадает - то отрицательный, препятствующий вращению ведомой полумуфты. Поэтому известная муфта может передавать крутящий момент только при рабочей скорости вращения ведущей полумуфты.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемым результатам является центробежная муфта, содержащая соосно установленные две полумуфты, эксцентрики, установленные на одной полумуфте, двуплечие рычаги, шарнирно установленные на другой полумуфте в контакте одного из плеч с эксцентриком, грузы, установленные на других плечах рычагов, гидравлические демпферы со средством дросселирования [1] .

Однако к недостаткам этой муфты следует отнести ее сложность, вызванную наличием гидроцилиндров.

Кроме того, при работе такой муфты полностью не устраняются отрицательные импульсы, воздействующие на эксцентрики, так как дроссельные отверстия в гидроцилиндрах имеют постоянную величину, в то время как при вращении эксцентриков возникает переменное воздействие (по синусоидальному закону) на жидкость, что требует изменяющихся условий ее дросселирования, а именно это и отсутствует в данном механизме.

Предлагаемая центробежная муфта, содержащая соосно установленные первую полумуфту с герметичной полостью и вторую полумуфту, эксцентрики, установленные на второй полумуфту с возможностью вращения, двуплечие pычаги, шарнирно закрепленные на первой полумуфте в контакте одного из плеч с соответствующим эксцентриком, грузы, размещенные на другом плече каждого рычага и гидравлические демпферы со средством дросселирования, согласно изобретения снабжена планетарной передачей, водило которой с установленными на нем сателлитами жестко связано со второй полумуфтой, внешнее центральное колесо - с первой полумуфтой посредством обгонной муфты, внутреннее центральное колесо установлено на ступице эксцентриков. Гидравлические демпферы выполнены в виде расположенных в первой полумуфте перегородок двух видов, разделяющих герметичную полость на части. Перегородки первого вида выполнены разноплечими и установлены посредством оси, параллельной оси муфты и оси поворота рычагов с возможностью контакта их большего плеча с поверхностью полумуфты, ограничивающей герметичную полость, а меньшего плеча - с рычагом, перегородки второго типа расположены с дросселирующим зазором относительно рычага. Величина зазора переменна при разных положениях рычага, в зоне каждого рычага установлено по одной перегородке каждого вида.

Центробежная муфта снабжена цилиндрическими сегментами, установленными на осях рычагов с возможностью контакта с меньшим плечом перегородок первого вида.

Величина дросселирующего зазора минимально при крайних положениях рычага и максимальна в его промежуточном положении.

Обращенная к рычагам поверхность перегородки второго вида в сечении, перпендикулярном оси муфты, очерчена кривой, расстояние от которой до оси поворота установленного у этой перегородки рычага мимимально для крайних точек этой кривой и максимально для одной из ее точек между крайними.

Кривая описывается уравнением r = R+Δ(ϕ '), где r - расстояние от точек данной кривой до оси вращения рычага; R - константа; ϕ' - угол поворота эксцентрика относительно его положения, обеспечивающего максимальное удаление контактирующего с эксцентриком плеча рычага от оси вращения эксцентрика; Δ - функции, равная 0 при ϕ'= π R, где R = 0, ±1, ±2, . . . и с максимумом при φʹ= + π R.

Эксцентрики выполнены в виде цилиндров, асимметрично установленных на оси, а Δ(ϕ ') = К(sin ϕ'), где К - экспериментально определяемая постоянная величина.

Перегородки, разделяющие герметичную полость на части, выполняют в предложенном устройстве функцию гидравлических демпферов и позволяют при работе муфты уменьшить или полностью исключить отрицательные импульсы, действующие на эксцентрики.

Перегородки первого вида установлены на оси, параллельной оси возможного вращения полумуфт и выполнены разноплечими. При этом конец их длинного плеча может контактировать с поверхностью полумуфты, ограничивающей герметичную полость, а короткое плечо - с рычагом. При таком выполнении и расположении перегородки первого вида могут выполнять функцию гидравлического клапана. При этом исключается необходимость установки каких-либо дополнительных дросселей и клапанов. Для облегчений контакта рычагов с коротким плечом перегородок при работе устройства рычаги могут содержать установленные на их осях с возможностью вращения цилиндрические ролики.

Перегородки второго вида имеют произвольную форму и должны удовлетворять следующим требованиям: они должны быть установлены с дроссельным зазором между ними и рычагами; величина этого зазора переменна при возможном перемещении рычагов.

За величину зазора принимается кратчайшее расстояние между точками рычага и точками перегородок.

Эти перегородки также необходимы для создания эффекта гидравлического демпфирования. Наличие зазора необходимо для выпуска масла при работе устройства, его наличие исключает необходимость выполнения и установки каких-либо клапанов и дросселей.

Величина зазора должна быть переменной при возможном перемещении рычагов. При перемещении эксцентриков рычагами угловое перемещение рычага и следовательно объем жидкости (масла), которое должно быть вытеснено, изменяются неравномерно (по закону синуса для эксцентриков, выполненных в виде цилиндров). Это изменение минимально при ϕ'= π R(R = 0, ±1, ±2. . . ), где ϕ' - угол поворота эксцентрика относительно его положения, обеспечивающего максимальное удаление контактирующего с эксцентриком плеча рычага от оси возможного вращения эксцентрика и максимально при φʹ= + π R. Углам ϕ' = π R будут соответствовать крайние возможные положения рычага при их повороте, а углам + π R - одно из промежуточных положений.

Поэтому величина зазора должна быть минимальной при крайних возможных положениях рычага и максимальной - при одном из его промежуточных положений.

Указанный признак, описывающий взаимное расположение деталей устройства, может быть обеспечен, в частности, при следующем конструктивном выполнении перегородок второго вида: установленные перегородки должны иметь поверхность, сечение которой плоскостью, перпендикулярной оси возможного вращения полумуфт, является кривой, расстояние от которой до оси возможного вращения установленного у этой перегородки рычага минимально для крайних точек этой кривой и максимально для одной из ее внутренних точек. Указанные перегородки и устанавливают с дроссельным зазором между этой поверхностью и рычагами.

Такая кривая описывается уравнением r = R + Δϕ', где r - расстояние от точек данной кривой до оси возможного вращения рычага; Δ - функция с максимумом при φʹ= + π R и минимальная, в частности, равная 0, при ϕ'= π R.

Если эксцентрики выполнены в виде цилиндров, асимметрично установленных на оси, то: Δ(ϕ') = К (sin ϕ') Константа К зависит от вязкости масла, конкретных гидродинамических особенностей устройства и определяется экспериментально. Наличие планетарной передачи необходимо для уменьшения габаритов муфты.

Внутреннее центральное (солнечное) колесо, установленное на эксцентриках, необходимо для передачи вращения на эксцентрики и от эксцентриков к ведомой муфте. Для этой же цели необходимо внешнее центральное (эпициклическое) колесо. Внутреннее и внешнее центральные колеса связаны между собой через сателлитов. Связь внешнего колеса с одной полумуфтой через обгонную муфту обеспечивает полное устранение остаточных отрицательных импульсов (вызванных неточностью расчетов и сборки устройства, изменений вязкости масла при работе и др. ).

На фиг. 1 изображена центробежная муфта, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1.

Муфта содержит ведущий вал 1, ведущую муфту 2 (одна полумуфта), на которой на осях 3 закреплены двуплечие рычаги 4 с грузами 5. Рычаги 4 контактируют с обоймами 6, которые на подшипниках насажены на эксцентрики 7, на которых установлено внутреннее центральное ("солнечное") колесо 8, входящее в зацепление с первыми сателлитами 9, которые зацеплены со вторыми сателлитами 10, имеющими связь с внешним центральным колесом (эпициклическим зубчатым колесом) 11, на которое насажена обгонная муфта с роликами 12, вмонтированная в ведущую полумуфту 2.

Первые и вторые сателлиты 9 и 10 насажены с возможностью вращения на оси 13, установленные на водиле 14, которое жестко связано с ведомой полумуфтой 15 (другая полумуфта). Эксцентрики 7 насажены с возможностью вращения на ведомую полумуфту 15, которая установлена в ведущей полумуфте 2 на подшипниках 16. Ведущая полумуфта 2 имеет полость 17 в форме единой цилиндрической герметичной камеры, заполненной жидкостью - смазывающим материалом.

На осях 18, установленных в полумуфте 2, у каждого из рычагов установлены разноплечие перегородки (первого вида) 19, длинные плечи которых могут контактировать с поверхностью полумуфты 20, ограничивающей герметичную полость 17, а короткие - с цилиндрическими сегментами 21, установленными на осях 3.

В полумуфте 2 установлены перегородки 22 (второго вида), расстояние r от кривой 23 сечения которых до осей 3 изменяется по закону r = R + К (sin ϕ '). На конце рычагов 4 закреплены регулировочными винтами 24 пластины 25. Зазоры 26 между концами пластин 25 и перегородками 22 таким образом составляют R + К(sin ϕ ')-R, где R - расстояние от осей 3 до концов пластин 25 (за концы пластин 25 принимаются их концы, которые наиболее близки к поверхностям 23 перегородок 22). Зазоры 26 принимаются за зазоры между держателями второго вида и рычагами. Обгонная муфта содержит ролики 12, вмонтированные между полумуфтой 2 и эпициклическим колесом 11.

Центробежная муфта работает следующим образом.

При вращении ведущего вала 1 вращается ведущая муфта 2 с рычагами 4, на которых расположены грузы 5, при этом вращается и эпициклическое зубчатое колесо 11. Если на ведомую полумуфту 15 приложен некоторый момент сопротивления, то водило 14 будет оставаться в покое. Но от эпициклического колеса 11 вращение передается на сателлит 10, от него - на сателлит 9, а последний, в свою очередь, вращает эксцентрики 7 через солнечное колесо 8. Поскольку диаметр эпициклического колеса 1 больше, чем диаметр солнечного колеса 8, эксцентрики 7 будут вращаться быстрее, чем ведущая полумуфта 2. Так как солнечное колесо 8 соединено с эпициклическим колесом 11 через два сателлита 9 и 10, то эксцентрики 7 будут вращаться в ту же сторону, что и ведущая полумуфта 2.

Таким образом, при вращении ведущей полумуфты 2 эксцентрики 7 будут вращаться быстрее, чем рычаги 4 с грузами 5. Поэтому эксцентрики 7 будут догонять рычаги 4 с грузами и приводить их в качательное движение. Сами же эксцентрики 7 будут испытывать со стороны рычагов 4 импульсное воздействие. Импульсы будут иметь противоположные знаки, при этом эксцентрики 7 будут испытывать со стороны рычагов 4 то торможение, то подталкивание.

Когда скорость вращения ведущей полумуфты 2 увеличивается, рычаги 4 с грузами 5 смогут из-за своего воздействия приостановить вращение эксцентриков 7 относительно ведомой полумуфты 15, тогда скорость вращения солнечного колеса 8 будет одинаковой со скоростью вращения эпициклического колеса, вследствие чего водило 14 и ведомая полумуфта 15 будут вовлекаться во вращение.

Когда эксцентрики 7 получают со стороны рычагов 4 силу подталкивания, солнечное колесо 8 стремиться вращаться еще быстрее. При этом водило 14 должен получить отрицательный импульс.

Но получаемые ведомой полумуфтой 15 положительные и отрицательные импульсы контактируют с движением рычагов 4 следующим образом.

При сообщении полумуфте 15 положительного импульса грузы 5 стремятся приблизиться к оси вращения ведущей полумуфты 2. Объем части герметичной полости 17, расположенной между перегородками 19 и 22 и рычагом 5, увеличивается, перегородка 19 поворачивается на оси 18, открывая свободный доступ потоку жидкости. Таким образом, при воздействии положительного импульса жидкость на рычаги 5 не сказывает сколько-нибудь значительного воздействия.

При сообщении полумуфте 15 отрицательного силового импульса грузы 5 начинают удаляться от центра. При этом объем упомянутой части герметичной полости уменьшается. Перегородка 19 за счет разницы в величинах плеч и центробежной силы поворачивается таким образом, что перекрывает поток жидкости. Жидкость вынуждена выходить только через зазор 26 между перегородкой 22 и рычагом 4. При этом в самом начале воздействия отрицательного импульса скорость перемещения рычага относительно угловой скорости вращения эксцентрика 7 будет относительно невелика и жидкость будет перетекать через относительно узкий зазор 26.

При дальнейшем вращении эксцентрика 7 скорость перемещения рычага 4 будет возрастать. Если бы величина зазора 26 была постоянной, короткий конец рычага не успевал бы "следить" за траекторией вращения эксцентрика, и система получала бы избыточный гидравлический удар, отрицательный импульс в значительной степени не был бы снят, Однако, так как в предлагаемом устройстве величина зазора 26 увеличивается (по синусоидальному закону), гидродинамические свойства системы позволяют за счет облегчения вытекания жидкости через зазор избежать гидравлического удара и максимально снять отрицательный импульс.

При дальнейшем вращении эксцентрика скорость перемещения рычага 4 снова убывает при неизменной угловой скорости эксцентрика 7, чему соответствует заложенное в конструкции уменьшение зазора 26.

Из-за различных неточностей расчетов устройства и при его изготовлении, а также при изменении вязкости жидкости при работе вследствие нагрева ведомая полумуфта 15, а следовательно, и водило 14 не могут быть полностью избавлены от отрицательного импульса. В этом случае уравнивание скоростей вращения, а следовательно, полное избавление от отрицательного импульса производится с помощью роликов 12 обгонной муфты.

При увеличении скорости вращения система становится жесткой и ведет себя как единое целое.

Таким образом, предложенная муфта имеет упрощенную конструкцию, повышенную надежность работы. В нем практически полностью устранены отрицательные импульсы, воздействующие на эксцентрики.

Следует добавить, что из-за импульсной передачи вращения с одного вала на другой такая центробежная муфта может трансформировать крутящий момент. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1682673, кл. F 16 D 43/14, 1989.

Формула изобретения

1. ЦЕНТРОБЕЖНАЯ МУФТА, содержащая соосно установленные первую полумуфту с герметичной полостью и вторую полумуфту, эксцентрики, установленные на второй полумуфте с возможностью вращения, двуплечие рычаги, шарнирно закрепленные на первой полумуфте в контакте одного из плеч с соответствующим эксцентриком, грузы, размещенные на другом плече каждого рычага, и гидравлические демпферы со средством дросселирования, отличающаяся тем, что она снабжена планетарной передачей, водило которой с установленными на нем сателлитами жестко связано с второй полумуфтой, внешнее центральное колесо связано с первой полумуфтой посредством обгонной муфты, внутреннее центральное колесо установлено на ступице эксцентриков, гидравлические демпферы выполнены в виде расположенных в первой полумуфте перегородок двух видов, разделяющих герметичную полость на части, перегородки первого вида выполнены разноплечими и установлены посредством оси, параллельной оси муфты и оси поворота рычагов, с возможностью контакта их большего плеча с поверхностью полумуфты, ограничивающей герметичную полость, а меньшего плеча - с рычагом, перегородки второго типа расположены с дросселирующим зазором относительно рычага, величина зазора переменна при разных положениях рычага, в зоне каждого рычага установлено по одной перегородке каждого вида.

2. Муфта по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена цилиндрическими сегментами, установленными на осях рычагов с возможностью контакта с меньшим плечом перегородок первого вида.

3. Муфта по п. 1, отличающаяся тем, что величина дросселирующего зазора минимальна при крайних положениях рычага и максимальна в его промежуточном положении.

4. Муфта по пп. 1 - 3, отличающаяся тем, что обращенная к рычагам поверхность перегородки второго вида в сечении, перпендикулярном оси муфты, очерчена кривой, расстояние от которой до оси поворота установленного у этой перегородки рычага минимально для крайних точек этой кривой и максимально для одной из ее точек между крайними.

5. Муфта по п. 4, отличающаяся тем, что кривая описывается уравнением r = R+Δ(ϕʹ ) , где r - расстояние от точек данной кривой до оси вращения рычага; R - константа; ϕʹ - угол поворота эксцентрика относительно его положения, обеспечивающего максимальное удаление контактирующего с эксцентриком плеча рычага от оси вращения эксцентрика; Δ - функция, равная 0 при ϕʹ = πR ,
где R = 0, ± 1, ± 2, . . . и с максимумом при φʹ= +ΠR
6. Муфта по п. 5, отличающаяся тем, что эксцентрики выполнены в виде цилиндров, асимметрично установленных на оси, а Δ(ϕʹ ) = K( sin ϕʹ ) , где K - экспериментально определяемая постоянная величина.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3