МЕХАНИЗМ СВОБОДНОГО ХОДА Российский патент 1995 года по МПК F16D41/02 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в станкостроении, приборостроении, подъемно-транспортных машинах и других видах техники.

Известны фрикционные механизмы свободного хода (МСХ), крутящий момент в которых передается силами трения, что определяет их низкую нагрузочную способность, так как силы трения обеспечиваются силами нормального давления, на порядок превышающими силы трения. Этот механизм имеет большой холостой ход, так как процесс заклинивания сопровождается проскальзыванием рабочих поверхностей стопорения.

Известны так же храповые МСХ, крутящий момент в которых передается с помощью нормальных сил, что определяет его более высокую по сравнению с фрикционными МСХ нагрузочную способность [1]
Однако холостой ход у них определяется величиной шага зубьев храпового колеса, поэтому уменьшить его (холостой ход) можно только в ущерб нагрузочной способности механизма.

Известны комбинированные МСХ, крутящий момент в которых передается как силами трения, так и нормальными силами [1]
Им присущи недостатки фрикционных МСХ, так как нормальные силы, обеспечивающие передающие момент силы трения, на порядок больше этих сил трения.

Прототипом является тормоз обратного хода [2] выполняющий функции МСХ, содержащий корпус, установленный с возможностью вращения относительно корпуса вал, связанный посредством водила сопряженные шестерни, одна из которых жестко связана с валом. Между цилиндрическими концентричными шейками шестерен расположен запирающий элемент, имеющий форму двустороннего клина и связанный с водилом через упругий элемент, обеспечивающий возможность непрерывного фрикционного взаимодействия клина с фрикционными поверхностями шеек.

При вращении центрального вала в сторону свободного хода клин выталкивается силами трения из зазора между боковыми фрикционными поверхностями шеек и не препятствует свободному ходу. При вращении центрального вала в противоположном направлении клин силами непрерывного фрикционного взаимодействия с поверхностями шеек затягивается в зазор между ними и по мере затягивания повышает распорные усилия между шейками, а через распорные усилия и силы фрикционного взаимодействия шеек с упорными фрикционными поверхностями клина настолько, что стопорит вращение шестерен.

Этому механизму присущи определяющие его эксплуатационные качества недостатки фрикционных МСХ, а именно низкая нагрузочная способность и большой холостой ход.

Цель изобретения улучшение эксплуатационных качеств МСХ путем повышения нагрузочной способности и уменьшения холостого хода.

Для достижения этой цели в механизме свободного хода, который содержит корпус, установленный с возможностью вращения относительно корпуса вал, связанные посредством водила сопряженные шестерни, из которых центральная жестко связана с валом, расположенный соосно сателлиту жестко с ним связанный диск с боковой фрикционной поверхностью, упорную фрикционную поверхность, расположенную с возможностью непрерывного фрикционного взаимодействия с фрикционной поверхностью диска, упорная поверхность выполнена на корпусе, а отношение диаметра начальной окружности сателлита к диаметру боковой фрикционной поверхности диска меньше коэффициента трения между материалами упомянутых боковой и упорной поверхностей.

Благодаря такой конструкции при работе МСХ под действием сил, передающих в зацеплении шестерен крутящий момент, создается прижим диска к упорной поверхности, обеспечивающий стопорение без какого-либо проскальзывания относительного движения их фрикционных поверхностей силами трения между ними. Это практически исключает холостой ход и на порядок увеличивает нагрузочную способность, так как силы, передающие крутящий момент, на порядок больше сил трения, обеспечивающих стопорение.

На фиг. 1 изображен общий вид МСХ в изометрии; на фиг. 2 то же, вид спереди; на фиг. 3 то же, план; на фиг. 4 кинематическая схема.

На всех фигурах стрелками показаны: сплошными направление вращения свободного хода; прерывистыми направление стопорения.

На фиг. 4 введены обозначения:
O₁ и r₁ соответственно центр и радиус делительной окружности центральной шестерни;
O₂ и r₂ центр и радиус делительной окружности шестерни-сателлита;
К радиус боковой фрикционной поверхности диска;
М крутящий момент на валу центральной шестерни;
Р сила, передающая на сателлит крутящий момент;
N сила нормального давления диска на поверхность упора;
F_тр сила трения боковой фрикционной поверхности диска о фрикционную поверхность упора;
Р_пр сила, обеспечивающая первоначальный прижим диска к упору.

Механизм состоит из основания 1, установленного на валу 2 центральной шестерни 3, смонтированного на выполненном в виде серьги водиле 4 сателлита 5, на одном валу 6 с которым жестко установлен диск 7 с помощью, например, штифта 8. Диск 7 прижимается к упорной поверхности основания 1 под действием, например, сил тяжести водила 4, сателлита 5 и диска 7. Отношение радиуса r₂ делительной окружности сателлита 5 к радиусу R боковой фрикционной поверхности диска 7 выбрано меньше коэффициента трения между материалами фрикционных поверхностей основания 1 и диска 7.

Механизм работает следующим образом. В направлении свободного хода центральная шестерня 3 (фиг. 4) вращается беспрепятственно, так как сила, передающая момент вращения на сателлит 5, уменьшает силу Р_пр первоначального прижима. Диск 7 свободно скользит своей фрикционной поверхностью по упорной поверхности. При приложении момента М в направлении стопорения (прерывистая стрелка) сила Р, передающая момент на сателлит 5, создает прижим диска 7 к упорной поверхности с силой N. Этому прижиму содействует и сила трения Fтр, которая развивается в точке контакта диска 7 с упорной поверхностью.

Так как R ≥ где f коэффициент трения между материалами фрикционных поверхностей диска 7 и основания 1, то возникает такая сила трения F_тр диска 7 об упорную поверхность основания 1, что момента М недостаточно для того, чтобы провернуть диск. Увеличение М вызовет пропорциональное увеличение сил P, N и Fтр и стопорение сохранится до разрушения какого-либо слабого звена (например, зубьев в зацеплении).

Теоретически отсутствует холостой ход, так как стопорение наступает уже при нулевой скорости вращения звеньев МСХ в сторону стопорения.

Механизм обладает универсальностью, так как момент можно передавать и со стороны центральной шестерни и со стороны упорной поверхности.

Использование: предотвращение вращения в одном из направлений. Сущность изобретения: механизм содержит корпус, установленный с возможностью вращения относительно корпуса вал, связанные посредством водила сопряженные шестерни, одна из которых жестко связана с валом, расположенный соосно второй шестерне и жестко с ней связанный диск с боковой фрикционной поверхностью и упорную фрикционную поверхность, расположенную с возможностью непрерывного фрикционного взаимодействия с фрикционной поверхностью диска на корпусе. Отношение диаметра начальной окружности второй шестерни к диаметру боковой фрикционной поверхности диска меньше коэффициента трения между материалами боковой и упорной фрикционных поверхностей. 4 ил.

МЕХАНИЗМ СВОБОДНОГО ХОДА, содержащий корпус, установленный с возможностью вращения относительно корпуса вал, связанные посредством водила сопряженные шестерни, одна из которых жестко связана с валом, расположенный соосно с второй шестерней и жестко с ней связанный диск с боковой фрикционной поверхностью, упорную фрикционную поверхность, расположенную с возможностью непрерывного фрикционного взаимодействия с фрикционной поверхностью диска, отличающийся тем, что, с целью улучщения эксплуатационных качеств путем повышения нагрузочной способности и уменьшения холостого хода, упорная поверхность выполнена на корпусе, а отношение диаметра начальной окружности второй шестерни к диаметру боковой фрикционной поверхности диска меньше коэффициента трения между материалами упомянутых боковой и упорной фрикционных поверхностей.