ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ ФРИКЦИОННАЯ МУФТА Российский патент 1995 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 полумуфты, связанные фрикционным диском, нажимную пружину и отжимной стабилизирующий узел [1]
Такая муфта характеризуется невысокой точностью срабатывания.

Наиболее близкой к предлагаемой является предохранительная фрикционная муфта, содержащая ведущую и ведомую полумуфты, связанные основными и дополнительными фрикционными дисками, расположенными по обе стороны от нажимного диска, установленного с возможностью осевого и окружного перемещения относительно ведущей полумуфты, и поджатыми нажимным упругим элементом, а также отжимной стабилизирующий узел, выполненный в виде тел качения, размещенных в гнездах переменной глубины нажимного и жестко закрепленного на ведущей полумуфте упорного дисков [2]
Недостатками этой муфты являются ограниченная точность срабатывания и узкий интервал изменения коэффициента трения, внутри которого муфта срабатывает с повышенной точностью.

Задача изобретения повышение точности срабатывания и расширение рабочего интервала предохранительной фрикционной муфты.

Для этого предохранительная фрикционная муфта, содержащая ведущую и ведомую полумуфты, связанные основными и дополнительными фрикционными дисками, расположенными по обе стороны от основного нажимного диска, установленного с возможностью осевого и окружного перемещения относительно ведущей полумуфты, и поджатыми посредством нажимного упругого элемента, и основной отжимной стабилизирующий узел, расположенный между основным нажимным диском и жестко закрепленным на ведущей полумуфте упорным диском, снабжена дополнительным отжимным стабилизирующим узлом, расположенным между основным нажимным диском и установленным с возможностью осевого и окружного перемещения относительно ведущей полумуфты дополнительным нажимным диском, при этом основной нажимной диск расположен между основным и дополнительным отжимными стабилизирующими узлами.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предохранительной фрикционной муфты; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

Предохранительная фрикционная муфта содержит соосные ведущую 1 и ведомую 2 полумуфты, связанные основным 3 и дополнительным 4 фрикционными дисками. Количество фрикционных дисков 3 и 4 может быть большим, чем в рассматриваемом примере. Фрикционный диск 3 расположен между жестко закрепленным на полумуфте 1 упорным диском и установленным с возможностью осевого и окружного перемещения относительно полумуфты 1 основным нажимным диском 5.

Дополнительный нажимной диск 6 также установлен с возможностью осевого и окружного перемещения относительно полумуфты 1.

Фрикционные диски 3 и 4 поджаты к соответствующим фрикционным поверхностям упорного и нажимных 5 и 6 дисков посредством нажимной пружины 7, усилие сжатия которой может быть отрегулировано при помощи регулировочного элемента 8.

Основной отжимной стабилизирующий узел выполнен в виде шариков 9, размещенных в гнездах переменной глубины между упорным и нажимным 5 дисками (фиг.2).

Дополнительный отжимной стабилизирующий узел выполнен также в виде шариков 10, размещенных в гнездах переменной глубины между нажимными дисками 5 и 6 (фиг. 2). Величины углов наклона боковых поверхностей гнезд переменной глубины основного и дополнительного отжимных стабилизирующих узлов могут быть одинаковыми или не одинаковыми.

Для уменьшения трения между нажимным диском 6 и пружиной 7 установлен упорный подшипник.

Шарики 9 и 10 установлены в соответствующих гнездах с зазором.

Муфта работает следующим образом.

Передача крутящего момента от ведущей полумуфты 1 к ведомой полумуфте 2 происходит по двум направлениям: от упорного диска на фрикционный диск 3 и через шарики 9 на нажимной диск 5, а от последнего на фрикционный диск 3 первое направление; от нажимного диска 5, минуя шарики 10 на фрикционный диск 4 и через шарики 10 на нажимной диск 6, а от последнего на фрикционный диск 4. От фрикционных дисков 3 и 4 крутящий момент передается непосредственно на ведомую полумуфту 2.

При передаче крутящего момента на шариках 9 и 10 возникают соответствующие распорные силы, причем распорная сила на шариках 9 стремится отжать вправо нажимной диск 5, фрикционный диск 4, шарики 10 и нажимной диск 6, а распорная сила на шариках 10 стремится отжать вправо нажимной диск 6.

По мере увеличения передаваемого крутящего момента муфты возрастают и распорные силы на шариках 9 и 10, что приводит к уменьшению моментов сил трения на фрикционных поверхностях дисков и повышению точности срабатывания муфты.

При установлении аналитической зависимости величины крутящего момента муфты от коэффициента трения между фрикционными дисками учитываем, что
Т Т₁ + Т₂, (1) где Т крутящий момент, передаваемый муфтой;
Т₁, Т₂ крутящие моменты, передаваемые основным 3 и дополнительным 4 фрикционными дисками соответственно.

Решая задачу для общего случая (многодисковый вариант муфты), имеем
Т₁ Z R_cp f(F_п F_p), (2) где Z число пар поверхностей трения основных фрикционных дисков;
R_cp средний радиус трения основных фрикционных дисков 3;
f коэффициент трения между дисками;
F_п первоначальная сила сжатия пружины 7;
F_p распорная сила на шариках 9.

Соответственно этому
T₂ Z₁ R_cp f(F_п F_p1), (3) где Z₁ число пар поверхностей трения дополнительных фрикционных дисков;
F_p1 распорная сила на шариках 10.

Средние радиусы трения основных и дополнительных фрикционных пар приняты одинаковыми. Также приняты одинаковыми материалы основных и дополнительных фрикционных пар, следовательно, одинаковые и коэффициенты трения.

Шарики 9 передают крутящий момент
T₃ (Z 1)R_cp f(F_п F_p) +
+ Z₁ R_cp f(F_п F_p1), (4) а шарики 10 крутящий момент
T₄ (Z₁ 1) R_cp f(F_п F_p1), (5) следовательно,
F_р1 tgα, или с учетом выражения (5)
F_р1 tgα, где α угол наклона боковой поверхности гнезд переменной глубины под шарики 10;
r радиус окружности, на которой расположены шарики 10.

Решая последнее уравнение, получаем
F_р1. (6)
Соответственно этому получаем
F_р tgα.

Решая данное уравнение с учетом выражений (4) и (6), имеем
F_р (7)
Подставив в равенство (1) правые части равенств (2) и (3) и принимая во внимание выражения (6) и (7), получаем
T F_пR_срfZ1 +
+ .

Аналогичная зависимость для муфты-прототипа имеет вид
T′ . (9)
В формуле (9) использованы те же, что и для рассматриваемой муфты, обозначения входящих параметров.

Решая численно уравнения (8) и (9) при следующих исходных данных: F_п 100 кг, R_cp 0,1 м, f_мин 0,2, f_макс 0,4, Z 4, Z₁2, α 45^o, r 0,05 м, получаем Т_мин 4,4 кгм, Т_макс 5,12 кгм, К_т 1,16,Т_мин^I= 4,73 кгм, Т_макс^I= 5,67 кгм, К_т^I= 1,2.

Расчеты показывают, что К_т < К_т^', следовательно, предлагаемая муфта обладает более высокой точностью срабатывания.

Сравнительный анализ работы предлагаемой муфты и муфты-прототипа показывает, что при повышении коэффициента трения до некоторого значения распорная сила на шариках 9 предлагаемой муфты и на шариках муфты-прототипа становится равной силе сжатия пружины. В этом случае весь крутящий момент муфт передается дополнительными фрикционными дисками и муфты начинают работать с низкой точностью срабатывания, при этом перемещаются вправо нажимной диск (муфта-прототип) и основной нажимной диск 5 (предлагаемая муфта) и сжимается пружина.

Для установления границы между режимами работы муфт с повышенной и низкой точностью срабатывания необходимо определить соответствующие значения коэффициента трения при условии выполнения равенства F_п F_p. Получаем для муфты-прототипа
f₁, (10) для предлагаемой муфты
f. (11)
Сопоставляя выражения (10) и (11), находим, что f₁^' > f₁ в Z₁ раз. Это означает, что предлагаемая муфта может работать в режиме с повышенной точностью в более широком интервале изменения коэффициента трения, чем муфта-прототип, что расширяет ее эксплуатационные возможности.

Величины углов α основного и дополнительного отжимных стабилизирующих узлов могут быть одинаковыми, как в рассматриваемом примере, и не одинаковыми. Соответственно этому может быть достигнут более высокий эффект от использования предлагаемой муфты.

Предлагаемое изобретение повышает точность срабатывания муфты и расширяет ее эксплуатационные возможности.

Сущность изобретения: ведущая 1 и ведомая 2 полумуфты связаны основным 3 и дополнительным 4 фрикционными дисками. Основной нажимной диск 5 расположен между фрикционными дисками 3 и 4, дополнительный нажимной диск 6 - между фрикционным диском 4 и нажимной пружиной 7. Основной нажимной диск 5 и дополнительный нажимной диск 6 установлены с возможностью осевого и окружного перемещения относительно полумуфты 1. Шарики 9 основного отжимного стабилизирующего узла и шарики 10 дополнительного отжимного стабилизирующего узла расположены в соответствующих гнездах переменной глубины. При передаче нагрузки на шарики 9 и 10 возникают распорные силы, уменьшающие силу прижатия фрикционных поверхностей дисков. Это позволяет повысить точность срабатывания муфты. 2 ил.

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ ФРИКЦИОННАЯ МУФТА, содержащая ведущую и ведомую полумуфты, связанные основными и дополнительными фрикционными дисками, расположенными по обе стороны от основного нажимного диска, установленного с возможностью осевого и окружного перемещения относительно ведущей полумуфты, и поджатыми посредством нажимного упругого элемента, и основной отжимной стабилизирующий узел, расположенный между основным нажимным диском и жестко закрепленным на ведущей полумуфте упорным диском, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным отжимным стабилизирующим узлом, расположенным между основным нажимным диском и установленным с возможностью осевого и окружного перемещения относительно ведущей полумуфты дополнительным нажимным диском, при этом основной нажимной диск расположен между основным и дополнительным отжимными стабилизирующими узлами.