ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ ФРИКЦИОННАЯ МУФТА Российский патент 1994 года по МПК F16D7/02 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для передачи крутящих моментов ограниченной величины.

Известна предохранительная фрикционная муфта, содержащая две концентричные одна другой полумуфты, связанные посредством гибкой фрикционной ленты, нажимные пружины, а также узел стабилизации крутящего момента (авт.св. N 1428862, кл. F 16 D 7/02, 1986).

Муфта имеет сложную конструкцию.

Наиболее близкой к предлагаемой является предохранительная фрикционная муфта, содержащая ведущую полумуфту с поводками, колодки с гибкими фрикционными элементами, установленные с возможностью перемещения в радиальном направлении на поводках и подпружиненные в указанном направлении, и ведомую полумуфту в виде барабана, охватывающую ведущую полумуфту (Известия ВУЗов. Машиностроение, 1971, N 4, с. 43, рис. 1).

Недостатками этой муфты является невысокая нагрузочная способность и ограниченная точность срабатывания.

Цель изобретения - повышение нагрузочной способности и точности срабатывания предохранительной фрикционной муфты.

Для этого в предохранительной фрикционной муфте, содержащей ведущую полумуфту с поводками, установленные на них с возможностью перемещения в радиальном направлении колодки с гибкими фрикционными элементами, поджатые посредством нажимных пружин к внутренней поверхности ведомой полумуфты, поводки расположены под углом к поперечной оси симметрии гибких фрикционных элементов, а величина угла обхвата последних выбирается из условий
cos < 0,5 при n=i,
cos > при n=2i,
где α - угол обхвата гибких фрикционных элементов;
f - максимальный коэффициент трения между гибким фрикционным элементом и ведомой полумуфтой;
n - число поводков;
i - число гибких фрикционных элементов.

На фиг. 1 изображена предохранительная фрикционная муфта, общий вид; на фиг. 2 - расчетная схема.

Предохранительная фрикционная муфта содержит ведущую полумуфту 1 и выполненную в виде барабана ведомую полумуфту 2, установленную концентрично ведущей полумуфте. Полумуфты 1 и 2 связаны посредством гибких (упругих) фрикционных элементов 3 в виде лент, смонтированных на колодках 4. Крепление гибких фрикционных элементов 3 к колодкам 4 может быть шарнирным или жестким. Шарнирное крепление является предпочтительным при больших углах обхвата гибких фрикционных элементов 3 (во избежание потери их устойчивости). Гибкие фрикционные элементы 3 могут быть снабжены фрикционными накладками, увеличивающими сцепление с ведомой полумуфтой 2.

Поводки 5 жестко закреплены на ведущей полумуфте 1 и выполнены в рассматриваемом примере в виде цилиндрических стержней. Колодки 4 установлены на поводках 5 с возможностью перемещения в радиальном направлении (вдоль оси поводков) и подпружинены в указанном направлении нажимными пружинами 6, установленными соосно поводкам.

Поводки 5 расположены под непрямым углом к поперечной оси симметрии гибких фрикционных элементов 3.

На верхней части (фиг. 1) изображен вариант исполнения муфты с числом гибких фрикционных элементов 3, равным числу поводков 5, на нижней части - вариант исполнения с числом поводков, равным удвоенному числу гибких фрикционных элементов, т.е. по два поводка на один гибкий фрикционный элемент. В последнем случае связь поводков 5 с гибкими фрикционными элементами 3 осуществляется посредством втулок 7, прикрепленных к гибким фрикционным элементам.

Муфта работает следующим образом.

Усилие прижатия гибких фрикционных элементов 3 к ведомой полумуфте 2, обеспечивающее передачу крутящего момента за счет трения между ними, создается пружинами 6. При вращении ведущей полумуфты 1 в направлении против часовой стрелки на набегающем (левом, фиг. 2) и сбегающем (правом) концах гибкого фрикционного элемента 3 возникают усилия Q₂ и Q₁. Разность между усилиями Q₁ и Q₂ определяет величину предельного крутящего момента, передаваемой муфтой. Крутящий момент от полумуфты 1 на колодки 4 передается посредством поводков 5.

Для определения величины предельного крутящего момента, передаваемого муфтой, рассмотрим равновесие одной колодки 4. Сумма моментов относительно оси вращения (фиг. 2) дает
Q₁R-Q₂R= , (1) где R - радиус внутренней поверхности ведомой полумуфты 2;
Т - предельный крутящий момент муфты;
i - число гибких фрикционных элементов 3.

Сумма проекций всех сил на ось поводка 5 запишется в следующем виде
F=Q₁sinα, (2)
где F - сила сжатия пружины 6;
α - угол обхвата гибкого фрикционного элемента 3.

Используя зависимость между усилиями на набегающем и сбегающем концах гибкого фрикционного элемента 3, выражаемую формулой Эйлера
Q₁=Q₂e^fα, (3) и решая совместно (1-3), получим
T = , (4) где f - коэффициент трения между гибким фрикционным элементом 3 и ведомой полумуфтой 2.

Сопоставительный анализ зависимости (4) и аналогичной зависимости для муфты-прототипа показывает, что предлагаемая муфта обладает более высокой точностью срабатывания, определяемой изменением приведенного коэффициента трения
f_пр= .

Соответственно для муфты-прототипа
f= .

Принимая f_min= 0,2, f_max=0,4, α =160^о=2,8 рад, получим f_пр.min=0,428, f_пр.max=0,677, f¹_пр.min=0,273, f¹_пр.max=0,512.

Тогда коэффициенты точности срабатывания муфты равны
K_т= = 1.58,
K= = 1.87.

Для обеспечения более высокой точности срабатывания поводок 5 должен располагаться со стороны набегающего конца гибкого фрикционного элемента 3.

Для установления условия, при котором данная муфта обладает более высокой нагрузочной способностью по сравнению с муфтой-прототипом, запишем неравенство, отбросив одинаковые сомножители в выражениях для определения крутящего момента сравниваемых муфт
> . (5) Представив
sinα = 2sin · cos , получим
cos < 1+ . (6)
Анализируя слагаемое в скобках правой части (6), видим, что при f=0
1+ = 2, а при f= ∞
1+ = 1, т.е. при любом реальном значении f
1+ > 1, поэтому неравенство (5) удовлетворяется при
cos < . (7)
Неравенство (7) определяет условие, при котором заявляемая муфта обладает более высокой нагрузочной способностью при n=i (n - число поводков 5).

Рассматривая равновесие гибкого фрикционного элемента 3 при n=2i, получаем
F=Q₁sinα+Fcos(π-α)=Q₁sinα-Fcosα,
Q₁= F = Fctg. (8)
Выражение (8) получено при проекции всех сил на ось поводка 5, примыкающего к набегающему концу гибкого фрикционного элемента 3.

Тогда величина предельного крутящего момента муфты составит
T = . (9)
Муфта обладает более высокой нагрузочной способностью при
> или
cos > . (10)
Использование изобретения позволяет повысить нагрузочную способность и точность срабатывания предохранительной фрикционной муфты.

Сущность изобретения: ведущая 1 и концентрично установленная ведомая 2 полумуфты связаны посредством гибких фрикционных элементов 3, смонтированных на колодках 4. Прижатие элементов 3 к внутренней поверхности полумуфты 2 осуществляется нажимными пружинами 6, соосными с закрепленными на полумуфте 1 поводками 5, на которые надеты колодки 4. Муфта может иметь число колодок 5, равное числу колодок 4, либо число поводков может быть равно удвоенному числу колодок 4. Крутящий момент между полумуфтами 1 и 2 передается за счет трения между полумуфтами 2 и элементами 3. Сила трения возбуждается пружиной 6, расположенной со стороны набегающего конца элемента 3. 2 ил.

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ ФРИКЦИОННАЯ МУФТА, содержащая ведущую полумуфту с подводками, установленные на них с возможностью перемещения в радиальном направлении колодки с гибкими фрикционными элементами, поджатые посредством нажимных пружин к внутренней поверхности ведомой полумуфты, отличающаяся тем, что поводки расположены под углом к поперечной оси симметрии гибких фрикционных элементов, а величина угла обхвата α последних выбирается из условий
cos < 0,5 при n=i;
cos > при n=2i,
где f - максимальный коэффициент трения между гибким фрикционным элементом и ведомой полумуфтой;
n - число поводков;
i - число гибких фрикционных элементов.