ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ МУФТА СЦЕПЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F16D31/02 F16D33/08 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в тех устройствах, где требуется передавать крутящий момент от двигателя к исполнительным механизмам, например в трансмиссиях самоходных машин.

Известная конструкция гидравлической муфты сцепления является наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам.

Недостатком устройства является неуравновешенность радиальных сил, действующих со стороны сжатой жидкости на ведомую и ведущую полумуфты в режиме передачи крутящего момента. Неуравновешенность радиальных сил вызывает уменьшение надежности и долговечности муфты. Недостатком муфты является также отсутствие средств, предотвращающих утечки рабочей жидкости и большая величина механических напряжений в зоне контакта кулачка и лопатки.

Гидравлическая муфта сцепления, являющаяся предметом изобретения, лишена указанных недостатков.

Целью изобретения является повышение надежности муфты путем уравновешивания и уменьшения радиальных сил, действующих на ведомую и ведущую полумуфты в режиме передачи крутящего момента.

Указанная цель достигается тем, что управляющий пространственный кулачок выполнен с профилем, представляющим собой две одинаковые диаметрально противоположные дуги, плавно сопряженные с двумя другими диаметрально противоположными дугами меньшего радиуса, причем меньший радиус дуг постоянен по длине кулачка, больший радиус двух других дуг выполнен увеличивающимся по длине кулачка, а части профиля кулачка, образованные дугами постоянного радиуса, обращены к двум выполненным на внутренней поверхности ведомой полумуфты диаметрально противоположным радиальным выступам, перекрывающим концентричную полость между полумуфтами.
Части концентричной полости, примыкающие к радиальным выступам, перекрестно соединены каналами.

Диаметрально противоположные участки ведущей полумуфты, расположенные между лопатками, соединены выполненными в ведущей полумуфте каналами.

С целью повышения надежности муфты путем предотвращения утечек, она снабжена обратными клапанами, на боковых поверхностях ведущей полумуфты выполнены кольцевые каналы, соединенные упомянутыми обратными клапанами с участками ведущей полумуфты, расположенными между лопатками.

С целью повышения долговечности путем уменьшения напряжений в контакте кулачка и тяги лопатки, последняя выполнена поворотной.

Технические решения, содержащие признаки, сходные с признаками, отличающими предлагаемое решение от прототипа, не известны, что позволяет считать предлагаемое решение обладающим существенными отличиями.

На фиг. 1 показан разрез гидравлической муфты сцепления по сечению В-В; на фиг. 2 - поперечный разрез муфты по сечению А-А; на фиг. 3 - общий вид пространственного кулачка; на фиг. 4 - поперечный профиль кулачка по сечению а-а; на фиг. 5 - поперечный профиль кулачка по сечению б-б; на фиг. 6 - поперечный профиль кулачка по сечению в-в; на фиг. 7 - разрез муфты по сечению с-с; на фиг. 8 - вариант выполнения поворотной лопатки.

Гидравлическая муфта сцепления содержит ведущую полумуфту 1, расположенную внутри ведомой полумуфты 2. Муфта обратима, т. е. ведущая полумуфта может становиться ведомой и наоборот. Полость 3 между полумуфтами заполнена жидкостью. В выполненных в ведущей полумуфте 1 на противоположных ее сторонах радиальных пазах 4 размещены четыре лопатки 5, боковыми поверхностями прилегающие к внутренней боковой поверхности ведомой полумуфты. За одно целое с лопатками выполнены тяги 6, подпружиненные пружинами 7. Вследствие этого в режиме холостого хода лопатки 5 полностью утоплены в пазах 4.

Ведомая полумуфта 2 концентрично охватывает ведущую полумуфту 1 (боковые поверхности прилегают друг к другу) и на ее внутренней поверхности расположены перекрывающие полость 3 два радиальных выступа 8.

На оси муфты в центральной полости 9 размещен пространственный кулачок 10, взаимодействующий с тягами 6 лопаток 5. Кулачок 10 имеет цилиндрическое продолжение 11, размещающееся в соответствующем пазу 12 ведомого вала 13. В пазу 12 выполнен шпунт 14, входящий в соответствующую выемку 31 цилиндрической части 11 кулачка 10 и предохраняющий кулачок от поворота относительно ведомой полумуфты 2, но не препятствующий осевому перемещению кулачка. По оси кулачка и его цилиндрического продолжения выполнен канал 15.

Общий вид пространственного кулачка 10 показан на фиг. 3. Поперечные профили кулачка 10 показаны на фиг. 4, 5, 6 и представляют собой две одинаковые диаметрально противоположные дуги 16, плавно сопряженные на участках 17 с двумя другими диаметрально противоположными одинаковыми дугами 18 меньшего радиуса, причем меньший радиус дуг 18 остается постоянным, а радиус двух других дуг 16 увеличивается по длине кулачка. Кулачок 10 установлен таким образом, что части его профиля, образованные дугами 18 постоянного радиуса, обращены к радиальным выступам 8, перекрывающим полость 3.

В ведомом валу 13 может быть размещен гидравлический аккумулятор 19, сообщающийся с пазом 12, в котором находится цилиндрическое продолжение 11 кулачка 10.

Для управления перемещением кулачка 10 в его цилиндрической части 11 установлена шпилька 20, выходящая наружу муфты через прорезь 21, выполненную в ведомом валу 13. С помощью шпильки 20, взаимодействующей с подвижной в осевом направлении обоймой 22, которая может перемещаться с помощью тяги 23, осуществляется управление муфтой.

Диаметрально противоположные участки ведущей полумуфты 1, расположенные между лопатками 5, могут быть соединены каналами 24, выполненными в ведущей полумуфте. Вместо каналов 24 части концентрической полости 3, примыкающие к радиальным выступам 8, могут быть перекрестно соединены трубопроводами 25 или каналами, выполненными в ведомой полумуфте.
Гидравлическая муфта сцепления работает следующим образом. В режиме холостого хода (отсутствует передача крутящего момента между полумуфтами), который соответствует расположению деталей муфты, показанному на фиг. 1, 2, кулачок 10 с помощью тяги 23 отодвинут к периферии муфты. Вследствие этого при вращении ведущей полумуфты 1 кулачок не вызывает перемещения тяг 6 и связанных с ними лопаток 5. Лопатки полностью утоплены в пазах 4 под действием пружин 7 и не оказывают какого-либо сопротивления взаимному повороту двух полумуфт 1 и 2.

Для начала передачи крутящего момента с помощью тяги 23 через обойму 22 и шпильку 20 кулачок 10 перемещается в полости 9 к центру муфты. Полость 9 в муфте может быть заполнена жидкостью или воздухом. Для того, чтобы не создавать дополнительного сопротивления перемещению кулачка 10 из-за изменения объемов внутри муфты, эти объемы соединяются каналом 15. Для компенсации изменений общего объема внутри муфты при ее работе, а также для компенсации температурных расширений служит гидравлический аккумулятор 19.

Под действием переместившегося кулачка 10 две тяги 6, взаимодействующие с теми частями 17 профиля кулачка, где его радиус увеличивается, переместятся в радиальном направлении и выдвинут две лопатки 5 в полость 3 между полумуфтами. Лопатки 5 будут стремиться перемещать часть жидкости в полости 3 по окружности муфты, однако этому будут препятствовать радиальные выступы 8. Возникающее из-за этого гидравлическое сопротивление перемещению жидкости будет обеспечивать начало передачи крутящего момента между полумуфтами.

Вследствие того, что профиль кулачка 10 всегда обращен серединами дуг большого радиуса 16 в стороны, расположенные под прямым углом (отсчитываемым по окружности муфты) по отношению к радиальным выступам 8, обе лопатки 5 будут выдвигаться в полость 3 без касания выступов 8. Части 18 профиля кулачка, образованные дугами постоянного малого радиуса, расположены напротив выступов 8 и не будут вызывать перемещений двух других лопаток 5, располагающихся также напротив выступов 8.

При каждом определенном положении вдвинутого кулачка 10 части его профиля, представляющие две дуги большого радиуса 16, обеспечивают соответствующее выдвижение двух лопаток 5 в полость 3. Поскольку полумуфты поворачиваются относительно друг друга, сопротивление перемещению жидкости и передаваемый момент будут постоянными, пока со штоками 6 взаимодействуют дуги 16 постоянного радиуса. Когда же тяги 6 начнут взаимодействовать с частями 17 профиля кулачка 10, представляющими собой сопряжения двух дуг 16 и 18 разного радиуса, эти две тяги будут возвращаться к центру муфты (под действием пружин 7) и уводить две противоположно расположенные лопатки 5 из полости 3. Однако одновременно две другие тяги 6 под действием двух других сопряжений 17 будут выдвигать две лопатки 5 в полость 3. В результате гидравлическое сопротивление перемещению жидкости и передаваемый момент останутся постоянными. Оптимальная форма кривых, образующих сопряжения 17, определяется расчетным путем.

При дальнейшем относительном повороте полумуфт две лопатки 5 будут полностью утоплены в пазах 4, а вместо них выдвинутся на то же самое расстояние в полость 3 две другие лопатки 5. Поэтому при полном повороте полумуфт относительно друг друга противоположно расположенные лопатки 5 будут попарно выдвигаться из пазов 4 в полость 3 и вдвигаться обратно, обеспечивая постоянство передаваемого крутящего момента.

При полностью вдвинутом к центру муфты кулачке 10 две противоположно расположенные лопатки 5 полностью перекроют полость 3 между полумуфтами и обеспечат передачу всего крутящего момента без относительного проскальзывания полумуфт. В этом случае крутящий момент будет передаваться с помощью двух объемов сжатой жидкости, расположенных диаметрально противоположно. Благодаря этому будут уравновешены радиальные силы, действующие со стороны сжатой жидкости на ведомую и ведущую полумуфты, что повысит надежность и долговечность муфты. Передача крутящего момента с помощью двух лопаток (а не одной, как у прототипа) позволяет также уменьшить габариты муфты и снизить давление в сжатой жидкости, что также будет способствовать повышению надежности и долговечности.

Для выравнивания величин давлений в двух объемах сжатой жидкости, расположенных диаметрально противоположно, части концентрической полости 3, примыкающие к радиальным выступам 8, могут быть перекрестно соединены трубопроводами 25 или каналами, выполненными в ведомой полумуфте. Для этой же цели диаметрально противоположные участки ведущей полумуфты 1, расположенные между лопатками 5, могут быть соединены каналами 24, выполненными в ведущей полумуфте. Выравнивание величин давлений сжатой жидкости будет способствовать лучшему уравновешиванию радиальных сил и повышению надежности и долговечности муфты.

С целью повышения надежности муфты путем предотвращения утечек жидкости на торцевых поверхностях ведущей полумуфты 1 могут быть выполнены кольцевые каналы 26 (фиг. 1, 7), соединенные обратными клапанами 27 с участками ведущей полумуфты, расположенными между лопатками 5. В этом случае жидкость, просачивающаяся по торцевым поверхностям ведущей полумуфты из сжатых областей, по кольцевым каналам и обратным клапанам будет направляться в те области между лопатками, где давление жидкости отсутствует. Наличие кольцевых каналов и обратных клапанов предотвращает утечки жидкости в сопряжениях ведущей и ведомой полумуфт и препятствует утечкам жидкости в центральную полость 9.

При передаче больших крутящих моментов перемещение лопаток 5 в пазах 4 может быть затруднено, так как большие давления жидкости будут прижимать лопатки к боковой поверхности паза 4. Для облегчения перемещения лопаток последние могут быть выполнены поворотными (фиг. 8). Лопатка 28 может поворачиваться вокруг оси 29 и перекрывать полость 3 под действием шарнирно связанной с лопаткой подпружиненной тяги 30. Уменьшение усилий, требующихся на перемещение лопатки, уменьшает напряжения в контакте тяги 30 и кулачка 10, что уменьшает износ тяги и кулачка и способствует повышению долговечности муфты.

Переход муфты от режима передачи полного крутящего момента к режиму холостого хода осуществляется путем перемещения с помощью тяги 23 через обойму 22 и шпильку 20 кулачка 10 в полости 9 к периферии муфты. (56) Авторское свидетельство СССР N 1594319, кл. F 16 D 33/08, 1988.

Использование: в гидравлических муфтах сцепления, например трансмиссиях самоходных машин. Сущность изобретения: гидравлическая муфта сцепления содержит ведущую полумуфту с установленными на ней подпружиненными лопатками, подвижными в радиальном направлении, и ведомую полумуфту с управляющим пространственным кулачком, установленным на ней подвижно в осевом направлении и с возможностью взаимодействия с лопатками. Кулачок выполнен с профилем поперечного сечения, имеющим две диаметрально расположенные дуги большего радиуса, увеличивающегося по длине кулачка, и плавно сопряженные с ними две дуги меньшего радиуса, постоянного по длине кулачка. На внутренней поверхности ведомой полумуфты выполнены два диаметрально расположенных радиальных выступа, контактирующих с поверхностями ведущей полумуфты и расположенных со стороны поверхностей кулачка, выполненных по дугам постоянного радиуса. Полости между полумуфтами, образованные выступами, сообщены перекрестно каналами в ведомой полумуфте. Диаметрально противоположные участки ведущей полумуфты, расположенные между лопатками, также соединены каналами. Лопатки могут быть выполнены поворотными. 4 з. п. ф-лы, 8 ил.

1. ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ МУФТА СЦЕПЛЕНИЯ, содержащая ведущую полумуфту и охватывающую ее ведомую полумуфту, концентричная полость между которыми заполнена жидкостью, подвижные в радиальном направлении подпружиненные лопатки, установленные на ведущей полумуфте, и смонтированный на ведомой полумуфте с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с лопатками управляющий пространственный кулачок с профилем поперечного сечения, имеющим дугу большего радиуса, увеличивающегося по длине кулачка, и плавно сопряженную с ней дугу меньшего радиуса, постоянного по длине кулачка, а также выполненный на внутренней поверхности ведомой полумуфты радиальный выступ, расположенный со стороны поверхности кулачка, выполненной по дуге постоянного радиуса, и контактирующий с поверхностью ведущей полумуфты, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности путем уравновешивания и уменьшения радиальных сил, профиль поперечного сечения кулачка выполнен с двумя плавно сопряженными между собой и с первыми двумя дополнительными дугами, имеющими каждая одинаковый радиус с одной из первых двух дуг и расположенными соответственно диаметрально противоположно им, при этом на внутренней поверхности ведомой полумуфты выполнен дополнительный радиальный выступ, расположенный диаметрально противоположно первому выступу и контактирующий с поверхностью ведущей полумуфты. 2. Муфта по п. 1, отличающаяся тем, что части концентричной полости, примыкающие к радиальным выступам, перекрестно соединены выполненными в ведомой полумуфте каналами. 3. Муфта по п. 1, отличающаяся тем, что диаметрально противоположные участки ведущей полумуфты, расположенные между лопатками, соединены выполненными в ведущей полумуфте каналами. 4. Муфта по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью предотвращения утечек, она снабжена обратными клапанами, на торцевых поверхностях ведущей полумуфты выполнены кольцевые каналы, соединенные через обратные клапаны с участками ведущей полумфуты, расположенными между лопатками. 5. Муфта по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью повышения долговечности путем уменьшения контактных напряжений на кулачке, лопатки выполнены поворотными.