Центробежная муфта

 

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано на различных видах транспортных средств для плавного их разгона, а также в механизмах, где необходимо безударное включение ведомых валов. Центробежная муфта содержит ведущую полумуфту и ведомую полумуфту, выполненную в виде барабана, в котором находятся жесткие полукольца, имеющие возможность диаметрального перемещения по направляющим. Полукольца выполнены из магнитного материала и установлены друг к другу разноименными полюсами с возможностью отрыва друг от друга под действием центробежных сил и создания эллипсоидной дорожки скольжения лопастей. Ведущая полумуфта выполнена в виде свободнопосаженных на шлицевой полый вал дисков с тангенциальными пазами, зеркально обращенными друг к другу. В пазах установлены взаимодействующие с полукольцами лопасти, состоящие из пластин. Диски жестко скреплены с цилиндрической гильзой, имеющей прорези, сквозь которые могут свободно проходить лопасти. Цилиндрическая гильза выполнена из диэлектрического материала и снаружи, в секторах между лопастями, снабжена металлическими пластинами, которые через шлицевой полый вал подсоединены проводниками к токопроводящему кольцу с ламелью. Внутренняя полость муфты на 85 - 90% заполнена смазывающей жидкостью, способной при пропускании через нее электрического тока менять свою вязкость. Техническим результатом является повышение нагрузочной способности, надежности и долговечности центробежной муфты. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению, конкретно к центробежным муфтам, и может быть использовано в транспортных средствах для плавного разгона, а также в устройствах и механизмах для безударного включения ведомых валов.

Известна центробежная муфта, содержащая ведущую полумуфту, выполненную в виде ступицы с подвижными в радиальном направлении роликами, и установленную с возможностью взаимодействия с последними ведомую полумуфту, выполненную в виде барабана, установленной в нем упругой кольцевой обоймы и размещенных между ними эластичных камер, заполненных рабочей средой под давлением /см., например, а.с. 804934/.

Такая центробежная муфта работает следующим образом.

До определенного числа оборотов ролики вращаются в кольцевой обойме, имеющей форму окружности, и не оказывают на нее никакого воздействия, т.е. передаваемый крутящий момент от ведущей полумуфты к ведомой равен в этом случае нулю.

При изменении формы обоймы от окружности до эллипса, путем увеличения давления в одной из пары камер и понижения его в другой, крутящий момент на ведомой полумуфте плавно возрастает от нуля до максимально передаваемого от силовой установки в зависимости от нагрузки.

Недостатком известной центробежной муфты является низкая стабилизация упругой кольцевой обоймы внутри барабана, а также низкая нагрузочная способность.

Известна также центробежная муфта, содержащая ведущую полумуфту, выполненную в виде ступицы с подвижными в радиальном направлении обрезиненными роликами, и установленную с возможностью взаимодействия с последними ведомую полумуфту, выполненную в виде барабана и установленных в нем с возможностью диаметрального перемещения жестких полуколец, подпружиненных к главной оси муфты пластинчатыми пружинами /см. патент СССР N 1734580 от 15.01.92 г./.

Такая муфта работает следующим образом.

До заданного числа оборотов, обусловленных усилием сжимающих полукольца пружин, ведущая полумуфта вращается в окружности и не создает на ведомой полумуфте крутящего момента.

При возрастании частоты вращения ведущей полумуфты ролики начинают превышать усилия сжатия пружин, и полукольца плавно раздвигаются по диаметру. В результате, дорожка качения становится эллипсоидной, и ролики начинают передавать крутящий момент обойме и жестко сочлененному с ней ведомому валу.

При снижении числа оборотов ведущей полумуфты пружины сдвигают полукольца к оси муфты, и обойма приобретает исходную форму, т.е. окружности.

Основным недостатком известной центробежной муфты является низкая нагрузочная способность, и это объясняется тем, что крутящий момент на ведомой полумуфте создается только за счет массы роликов.

Крепление роликов к пластинам ненадежно, и, кроме того, при максимальном вылете пластин и ступицы они не имеют в ней устойчивого положения.

Применение пластинчатых пружин для удержания полуколец на холостых оборотах не способствует надежности и долговечности центробежной муфты в целом.

Целью изобретения является повышение нагрузочной способности, надежности и долговечности центробежной муфты.

Поставленная цель достигается тем, что ведущая полумуфта выполнена в виде свободнопосаженных на полый шлицевой вал пары дисков тангенциальными пазами, зеркально обращенными друг к другу, в которых установлены концы лопастей.

Каждая лопасть представляет собой пакет из пластин.

Диски жестко скреплены с цилиндрической гильзой, имеющей продольные прорези, сквозь которые могут свободно проходить лопасти.

Цилиндрическая гильза выполнена из диэлектрического материала и в секторах между лопастями снабжена металлическими накладками, которые через полый вал подсоединены к токопроводящему кольцу, находящемуся снаружи муфты.

Полукольца и направляющие ведомой полумуфты расположены в барабане между дисками ведущей полумуфты.

Полукольца выполнены из магнитного сплава и установочно концами обращены друг к другу разноименными полюсами.

Внутренняя полость муфты на 85-90% заполнена смазывающей жидкостью, которая при пропускании через нее электрического тока способна менять свою вязкость.

В качестве такой жидкости может быть использована, например, суспензия, состоящая из тормозной жидкости и замешенной в ней графитовой пудры, взятых в соотношении об.ед. 1:0,4 - 1:0,5.

На фиг. 1 изображен вид на центробежную муфту с торца, без одного из пары дисков, в нерабочем положении; на фиг. 2 - то же, в рабочем положении; на фиг. 3 показан вид на муфту сбоку, в продольном разрезе, без лопастей.

Центробежная муфта содержит ведущую и ведомую полумуфты.

Ведущая полумуфта выполнена в виде свободнопосаженных на полый шлицевой вал 1 пары дисков 2 с тангенциальными пазами 3, зеркально обращенными друг к другу, в которых установлены лопасти 4, состоящие из пластин 5.

Диски жестко скреплены с цилиндрической гильзой 6, имеющей продольные прорези 7 соответственно направлениям пазов в дисках, сквозь которые могут свободно проходить лопасти 4.

Цилиндрическая гильза 6 выполнена из диэлектрического материала и снаружи, в секторах между лопастями 4, снабжена металлическими пластинами 8, которые через полый вал 1 подсоединены к токопроводящему кольцу 9 с ламелью 10 проводниками 11.

Полукольца 12 и направляющие 13 ведомой полумуфты расположены в барабане 14 между дисками 2 ведущей полумуфты.

Полукольца 12 выполнены из магнитного материала и установочно обращены друг к другу разноименными полюсами.

Внутренняя полость муфты на 85-90% заполнена смазывающей жидкостью 15, способной при пропускании через нее электрического тока менять свою вязкость.

В качестве смазывающей жидкости 15 может быть использована, например, суспензия из тормозной жидкости и замешенной в ней графитовой пудры, взятых в соотношении об.ед. 1:0,4 - 1:0,5.

Для гарантированного удержания смазывающей жидкости 15 внутри барабана 14 торцевые его крышки 16 и 17 установлены посредством герметика 18. Крышка 16 со стороны ведущего вала 1 имеет уплотнительную манжету 19, а крышка 17 выполнена заодно с ведомым валом 20.

Центробежная муфта работает следующим образом.

При вращении ведущей полумуфты до порогового значения холостых оборотов центробежные силы лопастей 4 еще не могут преодолеть магнитную силу притяжения полуколец 12 друг к другу, и дорожка скольжения имеет форму окружности. В этом случае крутящий момент на ведомую полумуфту не передается, он равен нулю.

Когда частота вращения ведущей полумуфты увеличивается и становится больше расчетной для холостых оборотов, суммарная центробежная лопастей 4 на каждом из полуколец 12 начинает превалировать над магнитной силой удержания их в нейтральном положении. При этом полукольца 12 отрываются друг от друга и под действием нарастающих центробежных сил лопастей 4 плавно смещаются к боковой поверхности барабана 14, безударно прижимаясь к ней. В этом случае дорожка скольжения приобретает эллипсоидную форму, и лопасти 4 в активных зонах /ab/ и /cd/ центробежными силами создают на полукольцах 12 крутящий момент, который посредством барабана 14 и торцевой крышки 17 передается ведомому валу 20. Кроме того, в этих же активных зонах /ab/ и /cd/ лопасти 4 действуют на полукольца 12 еще и гидродинамическими импульсами, возникающими при вытеснении жидкости 15, заключенной между гильзой 6 и полукольцами 12, из широких объемов /a'/ и /c'/ в узкие, щелевые /b'/ и /d'/. Причем воздействие центробежных сил и гидродинамических импульсов на полукольце 12 складывается, создавая на ведомом валу 20 однонаправленный крутящий момент.

Таким образом, данная центробежная муфта работает как гибрид центробежной и гидродинамической муфт в одной конструкции.

При снижении частоты вращения ведущей полумуфты полукольца 12 занимают промежуточное положение, а при прохождении порогового значения холостых оборотов или при полной ее остановке под действием магнитных сил взаимного притяжения возвращаются в исходное положение, принимая форму окружности.

Из описания конструкции и работы центробежной муфты видно, что она проста в изготовлении, надежна и удобна в эксплуатации. В ней отсутствует важная деталь - пластинчатая пружина. Вместо нее работает "вечная" пружина - постоянные магниты, выполненные в виде полуколец. Такие полукольца позволяют четко разграничивать холостой ход от рабочего, т.к. отрываются друг от друга строго при расчетной частоте вращения ведущей полумуфты.

Лопасть выполнена в виде набора пластин. Этим достигается, во-первых: увеличение площади контакта /по нескольким линиям/ лопасти с внутренней поверхностью полуколец и направляющих, что повышает надежность работы муфты в гидродинамическом режиме; во-вторых: действие центробежных сил лопастей на полукольца разгружается, т. е. дробится на мелкие составляющие, что способствует повышению износостойкости и пластин, и внутренней поверхности полуколец с направляющими.

В конструкции центробежной муфты заложена возможность управления вязкостью смазывающей жидкости на любых оборотах ведущей полумуфты, причем это можно делать вручную или с помощью электронной автоматики дистанционно.

Пример.

Осуществляется передача крутящего момента от двигателя внутреннего сгорания мощностью 50 кВт /автомобиль семейства ВАЗ/. Согласно теории о работе центробежной муфты крутящий момент на ведомом неподвижном валу оказывается в 3,5 - 3,7 раза выше крутящего момента, приложенного к ведущему валу, т.е. в момент трогания автомобиля с места. Наиболее эффективное действие центробежных сил довольно массивных лопастей на ведомую полумуфту наступает при частоте вращения ведущей полумуфты 3000 - 3500 об/мин, что является оптимальным для данного двигателя.

Как отмечалось при описании работы центробежной муфты, на полукольца, когда они смещены из нейтрального положения, действуют еще и гидродинамические импульсы, что способствует дополнительному увеличению крутящего момента на ведомом валу 1:1. Таким образом, он становится равным 3,5 = 150 кВт + 50 кВт, в сумме - 200 кВт.

При установившемся поступательном движении транспортного средства суммарная передача крутящего момента снижается и передается на ведомый вал в зависимости от нагрузки.

Описанное устройство может быть в первую очередь применено в автомобилестроении.

Формула изобретения

1. Центробежная муфта, содержащая ведущую полумуфту и ведомую полумуфту, выполненную в виде барабана, в котором находятся жесткие полукольца, имеющие возможность диаметрального перемещения по направляющим, отличающаяся тем, что ведущая полумуфта выполнена в виде свободнопосаженных на шлицевой полый вал дисков с тангенциальными пазами, зеркально обращенными друг к другу, в которых установлены с возможностью взаимодействия с полукольцами лопасти, состоящие из пластин, диски жестко скреплены с цилиндрической гильзой, имеющей прорези, сквозь которые могут свободно проходить лопасти, а полукольца выполнены из магнитного материала и установлены друг к другу разноименными полюсами с возможностью отрыва друг от друга под действием центробежных сил и создания эллипсоидной дорожки скольжения лопастей.

2. Центробежная муфта по п.1, отличающаяся тем, что цилиндрическая гильза выполнена из диэлектрического материала и снаружи, в секторах между лопастями, снабжена металлическими пластинами, которые через шлицевой полый вал подсоединены проводниками к токопроводящему кольцу с ламелью.

3. Центробежная муфта по п.1, отличающаяся тем, что направляющие и полукольца ведомой полумуфты расположены в барабане между дисками ведущей полумуфты.

4. Центробежная муфта по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя полость ее на 85 - 90% заполнена смазывающей жидкостью, способной при пропускании через нее электрического тока менять свою вязкость.

5. Центробежная муфта по п.1, отличающаяся тем, что в качестве смазывающей жидкости может быть применена, например, суспензия из тормозной жидкости и замешанной в ней графитовой пудры, взятых в соотношении объемных единиц 1:0,4 - 1:0,5.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3