Эксцентриковая высокомоментная обгонная муфта

 

Изобретение относится к области машиностроения, предназначено для соединения валов при передаче большой мощности и высокой частоте включения и может найти применение в качестве реверсивной обгонной муфты в высокомоментных вариаторах. Муфта содержит ведущую полумуфту, обойму, выполненную в виде кольца с цилиндрическими поверхностями, размещенный внутри обоймы ролик, кинематически связанный с ведущим валом, ведомую полумуфту с ведомым валом, выполненным с эксцентриком и с охватывающим эксцентрик и обойму стаканом, имеющую подпружиненный относительно ведомого вала клин. Ролик и обойма образуют вращательные пары соответственно с эксцентриком и стаканом. Клин размещен между роликом и обоймой. Новым является то, что муфта снабжена сателлитом и диском, имеющими возможность вращения относительно ведущего вала. Сателлит контактирует с обоймой и диском с возможностью передачи вращения последним при повороте ведущего вала. Диск связан крестовой шайбой с роликом с возможностью относительного поступательного перемещения. Сателлит может быть изготовлен в виде шестерни, сцепленной с зубчатьми венцами, выполненными на обойме и диске, или на обойме и диске могут быть выполнены пальцы, а в сателлите - пазы с вставленными в них пальцами. Техническим результатом является улучшение эксплуатационных характеристик и повышение КПД. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к машиностроению, муфта предназначена для соединения валов при передаче большой мощности и высокой частоте включения и может работать как реверсивная обгонная, например, в высоко-моментных вариаторах.

Известны фрикционные обгонные муфты, в которых момент передается силами трения [1], при этом контактные нагрузки между деталями фрикционной пары 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 [2].

Примем за прототип наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату эксцентриковую обгонную муфту [3]. Она содержит ведущую полумуфту с ведущим валом, с жестко закрепленной на этом валу обоймой, выполненной в виде кольца с наружной и внутренней цилиндрическими поверхностями, с размещенным внутри обоймы роликом, связанным, например, крестовой шайбой с ведущим валом с возможностью относительного поступательного перемещения, содержит также ведомую полумуфту с ведомым валом, выполненным с эксцентриком, и с охватывающим эксцентрик и обойму стаканом, имеющую подпружиненный относительно ведомого вала 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 эксцентриковой высокомоментной обгонной муфтой, следующие. Она содержит ведущую полумуфту с ведущим валом, с выполненной в виде кольца с наружной и внутренней цилиндрическими поверхностями обоймой, с размещенным внутри обоймы роликом, кинематически связанным с ведущим валом, содержит также ведомую полумуфту с ведомым валом, выполненным с эксцентриком и с охватывающим эксцентрик и обойму стаканом, имеющую подпружиненный относительно ведомого вала клин, при этом ролик и обойма образуют вращательные пары соответственно с эксцентриком и стаканом, а клин размещен между роликом и обоймой.

В известной муфте из-за зазоров в кинематической цепи, связывающей ролик с ведущим валом, и жесткого соединения обоймы с этим валом имеется место запаздывание перемещения ролика относительно обоймы как при заклинивании муфты (начальная фаза передачи момента), так и при расклинивании муфты (начальная фаза обгона), что увеличивает углы срабатывания и расклинивания муфты, а также повышает момент расклинивания. Это ограничивает частоту включения и уменьшает КПД муфты.

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

Предлагаемая эксцентриковая высокомоментная обгонная муфта имеет следующие существенные признаки.

Она содержит ведущую полумуфту с ведущим валом, со смонтированными с возможностью вращения относительного ведущего вала сателлитом, диском и выполненной в виде кольца с наружной и внутренней цилиндрическими поверхностями обоймой, и с размещенным внутри обоймы роликом, содержит также ведомую полумуфту с ведомым валом, выполненным с эксцентриком и с охватывающим эксцентрик и обойму стаканом, имеющую подпружиненный относительно ведомого вала клин, при этом ролик и обойма образуют вращательные пары соответственно с эксцентриком и стаканом, клин размещен между роликом и обоймой, сателлит контактирует с обоймой и диском с возможностью передачи вращения последним при повороте ведущего вала, а диск связан, например крестовой шайбой, с роликом с возможностью относительного поступательного перемещения.

Указанные признаки дополняются следующими.

На цилиндрической обойме и диске выполнены зубчатые венцы, а сателлит изготовлен в виде шестерни, сцепленной с зубчатыми венцами.

На цилиндрической обойме и диске выполнены пальцы, а в сателлите пазы с вставленными в них пальцами.

Отличительными от прототипа признаками изобретения являются следующие. Предлагаемая высокомоментная обгонная муфта снабжена с возможностью вращения относительного ведущего вала сателлитом и диском, при этом сателлит контактирует с обоймой и диском с возможностью передачи вращения последним при повороте ведущего вала, а диск связан, например крестовой шайбой, с роликом с возможностью относительного поступательного перемещения.

На фиг.1 и 2 представлен общий вид эксцентриковой высокомоментной обгонной муфты, на фиг.3-5 - варианты исполнения.

Эксцентриковая высокомоментная обгонная муфта (фиг.1 и 2) содержит ведущий 1 и ведомый 2 валы, относящиеся соответственно к ведущей и ведомой полумуфтам. На ведущем валу с возможностью вращения установлен диск 3, а на фланце 4 этого вала с возможностью вращения посажен сателлит 5, выполненный в виде шестерни. На лысках 6 диска смонтирована с возможностью перемещения перпендикулярно оси ведущего вала крестовая шайба 7, имеющая перпендикулярные лыскам два паза 8. Совместно с ведомым валом 2 выполнен эксцентрик 9 (е - эксцентриситет) и стакан 10 с внутренней цилиндрической поверхностью 11. Внутри стакана с возможностью вращения установлена обойма 12 с наружной 13 и внутренней 14 цилиндрическими поверхностями. На эксцентрик с возможностью вращения посажен ролик 15, несущий контактирующие с пазами 8 диска две шпонки 16. На ролик 15 посажен выполненный в виде шайбы с двумя выступами 17 клин 18, связанный пружинами растяжения 19 с упором 20, смонтированным на ведомом валу. На диске 3 и обойме 12 выполнены зубчатые венцы 21 и 22, сцепленные с сателлитом. Ведущий и ведомый валы центрируются относительно друг друга и фиксируются в осевом направлении с помощью соединенной со стаканом крышки 23. Для реверса муфты предусмотрена возможность поворота упора 20 от рукоятки реверса 24, перемещающей отводку 25 вдоль ведомого вала, в котором выполнен винтовой паз 26, взаимодействующий с штифтом 27 отводки. Отводка снабжена пальцем 28, вставленным в отверстие на несущем упор рычаге 29, посаженном с возможностью поворота на ведомом валу.

Муфта работает следующим образом (фиг.1 и 2, [4]). Клин 18 прижат одним выступом 17 к цилиндрической поверхности 14 обоймы 12 пружиной 19. При приложении внешнего момента М к ведущему валу 1 вал будет поворачиваться вместе с сателлитом 5 в направлении этого момента, при этом сателлит повернет диск 3 и обойму 12 в том же направлении, а диск посредством крестовой шайбы - ролик 15, который совместно с обоймой силами трения затянет клин между обоймой и роликом, что создаст условия для поворота нагруженного моментом сопротивления ведомого вала (рабочий ход). При обратном направлении вращения ведущего вала передача вращения ведомому валу не будет (обгон), т.к. силы трения, действующие на клин, будут выталкивать его из зазора между роликом и обоймой. Для изменения направления передачи момента (реверс) следует перемещением рукоятки реверса 24 повернуть относительно ведомого вала рычаг 29, при этом на клин будет действовать другая пружина 19 и он повернется относительно ролика, прижимаясь к обойме другим выступом.

На фиг.3 и 4 дан вариант предлагаемой нереверсивной муфты (упор 20 жестко закреплен на ведомом валу), в которой сателлит 5 выполнен в виде цилиндрической шайбы с двумя пазами 30 и 31, а на обойме 12 и диске 3 выполнены вставленные в эти пазы пальцы 32 и 33, сателлит подпружинен относительно фланца 4 пластинчатой пружиной 34, которая возвращает сателлит в исходное положение при отсутствии нагрузки, что имеет место при обгоне. На фиг.5 сателлит снабжен цилиндрическим 35 и эвольвентным 36 выступами, контактирующими с пазами обоймы и диска.

Предлагаемая конструкция обеспечивает дифференциальную связь обоймы и ролика с ведущим валом посредством сателлита. Моменты, передаваемые от сателлита на ролик и обойму, действуют одновременно, что обеспечивает выполнение поставленной цели. Соотношение между этими моментами зависит от параметров муфты (см. фиг.4).

Условие равновесия сателлита: РН₀=P₁H₁+Р₄Н₄, Р=P₁+P₄; условия равновесия ролика и обоймы в начальной фазе обгона:

nP₁H₁=FR₁k; nР₄Н₄=FR₄;

где F - сила трения от эксцентрика и стакана, k - коэффициент несоответствия моментов расклинивания для ролика и обоймы, а также учитывающий трение в крестовой шайбе, n - число сателлитов.

Условия равновесия дают следующие соотношение геометрических параметров R₁k/R₄=(H₁/H₄)(H₄-H₀)/(H₀-H₁),

для сателлита, выполненного в виде шестерни (Н₄-Н₀)/(H₀-H₁)=1. Коэффициент k выбирается из условия минимизации момента расклинивания.

Автор располагает муфтой, изготовленной по данной на фиг.3 и 4 схеме, в [4, 5] дан расчет параметров муфт предложенной конструкции.

Источники информации

1. А.Ф.Крайнев. Словарь-справочник по механизмам. - 2-е изд. - М.: Машиностроение. - 1987 (стр.408-411).

2. Патент РФ №2169870 С2, F 16 Н 29/08. Высокомоментный вариатор / Автор: Б.В.Пылаев. - Приор.: 14.05.1999.

3. А.А.Благонравов. Механические бесступенчатые передачи нефрикционного типа. - М.: Машиностроение, 1977.

4. Б.В.Пылаев. Эксцентриковая высокомоментная обгонная муфта / Диагностика, надежность и ремонт машин: Сб. научных трудов. - МГАУ им. В.П.Горячкина, 2001. С.81-89.

5. Б.В.Пылаев. Эксцентриковая высокомоментная обгонная муфта. // Вестник машиностроения. 2003. №9. С.9-12.

Формула изобретения

1. Эксцентриковая высокомоментная обгонная муфта, содержащая ведущую полумуфту с ведущим валом, с выполненной в виде кольца с наружной и внутренней цилиндрическими поверхностями обоймой, с размещенным внутри обоймы роликом, кинематически связанным с ведущим валом, содержащая также ведомую полумуфту с ведомым валом, выполненным с эксцентриком и с охватывающим эксцентрик и обойму стаканом, имеющую подпружиненный относительно ведомого вала клин, при этом ролик и обойма образуют вращательные пары соответственно с эксцентриком и стаканом, а клин размещен между роликом и обоймой, отличающаяся тем, что снабжена с возможностью вращения относительно ведущего вала сателлитом и диском, при этом сателлит контактирует с обоймой и диском с возможностью передачи вращения последним при повороте ведущего вала, а диск связан, например крестовой шайбой, с роликом с возможностью относительного поступательного перемещения.

2. Муфта по п.1, отличающаяся тем, что на цилиндрической обойме и диске выполнены зубчатые венцы, а сателлит изготовлен в виде шестерни, сцепленной с зубчатыми венцами.

3. Муфта по п.1, отличающаяся тем, что на цилиндрической обойме и диске выполнены пальцы, а в сателлите - пазы с вставленными в них пальцами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5