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 ведущую и ведомую полумуфты, связанные фрикционным диском, нажимную пружину и узел стабилизации крутящего момента [1]
Такая муфта имеет невысокую точность срабатывания.

Наиболее близкой к предлагаемой является предохранительная фрикционная муфта, содержащая ведущую и ведомую полумуфты, связанные фрикционным диском, зажатым между жестко закрепленным на ведущей полумуфте упорным и установленным с возможностью осевого и окружного перемещения относительно ведущей полумуфты нажимным дисками посредством установленных соосно закрепленным на нажимном диске штокам основных нажимных пружин, узел стабилизации крутящего момента, расположенный между упорным диском и установленным с возможностью осевого и окружного перемещения относительно ведущей полумуфты промежуточным диском, установленным своими отверстиями на штоках и поджатым к упорному диску дополнительной нажимной пружиной, при этом штоки снабжены концевыми упорами [2]
Недостатками этой муфты являются большие габариты и вес вследствие наличия дополнительной нажимной пружины с большим усилием сжатия и группы основных нажимных пружин.

Задача изобретения уменьшение габаритов и веса предохранительной фрикционной муфты.

Для этого в предохранительной фрикционной муфте, содержащей ведущую и ведомую полумуфты, связанные по меньшей мере одним фрикционным диском, поджатым к упорному через установленный с возможностью осевого и окружного перемещения относительно ведущей полумуфты нажимной диск посредством основной нажимной пружины, жестко закрепленные на нем штоки, размещенные в отверстиях установленного с возможностью осевого и окружного перемещения относительно ведущей полумуфты промежуточного диска с возможностью осевого относительно него перемещения и снабженные осевыми упорами, закрепленными с возможностью регулировочного перемещения на свободных концах штоков, дополнительную нажимную пружину и отжимной стабилизирующий узел, выполненный в виде тел качения, размещенных в гнездах переменной глубины, первая часть которых выполнена в промежуточном диске, вторая часть гнезд переменной глубины выполнена в закрепленном на ведущей полумуфте опорном диске, а основная нажимная пружина расположена между нажимным и опорным дисками.

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

Предохранительная фрикционная муфта содержит соосно установленные ведущую 1 и ведомую 2 полумуфты. Упорный диск 3 установлен с возможностью осевого и окружного перемещения относительно полумуфты 1 и опирается на ее буртик через упорный подшипник 4. Нажимной диск 5 установлен с возможностью осевого перемещения относительно упорного диска 3 и связан с ним в окружном направлении, например, посредством шлицевого соединения.

Штоки 6 установлены аксиально, закреплены на нажимном диске 5 и снабжены концевыми упорами 7, установленными с возможностью регулировочного перемещения.

Связь между полумуфтами 1 и 2 осуществляется посредством фрикционного диска 8, зажатого между упорным 3 и нажимным 5 дисками при помощи основной нажимной пружины 9, размещенной между нажимным и опорным 10 дисками. Опорный диск 10 закреплен на полумуфте 1 с возможностью осевого регулировочного перемещения.

Промежуточный диск 11 установлен на полумуфте 1 с возможностью осевого и окружного перемещения. Штоки 6 размещены в отверстиях промежуточного диска 11 с возможностью осевого перемещения относительно последнего.

Отжимной стабилизирующий узел муфты выполнен в виде шариков 12, расположенных в гнездах переменной глубины (фиг.2), которые выполнены в опорном 10 и промежуточном 11 дисках.

Промежуточный диск 11 поджат в направлении опорного диска 10 дополнительной нажимной пружиной 13. Усилие сжатия пружины 13 может быть отрегулировано регулировочным элементом 14, а усилие сжатия пружины 9 осевым перемещением опорного диска 10.

Профиль гнезд переменной глубины может быть криволинейным, при этом боковые поверхности гнезд должны быть очерчены кривыми линиями, выпуклыми в направлении шариков 12.

Для уменьшения трения между пружиной 9 и нажимным диском 5 может быть установлен упорный подшипник.

Муфта может быть выполнена в многодисковом варианте.

Муфта работает следующим образом.

Крутящий момент от полумуфты 1 и опорного диска 10 передается посредством шариков 12 на промежуточный диск 11, далее на штоки 6, нажимной 5 и упорный 3 диски и на фрикционный диск 8.

Под воздействием передаваемого крутящего момента на шариках 12 возникает осевая составляющая силы нормального давления, действующая навстречу силе сжатия пружины 13 и стремящаяся отжать вправо промежуточный диск 11. Параметры отжимного стабилизирующего узла, первоначальная сила сжатия пружины 13, радиус окружности, на которой расположены штоки 6, и величина коэффициента трения между штоками и промежуточным диском 11 выбираются такими, чтобы при передаче крутящего момента, не превышающего по величине номинальное значение, осевая реакция на шариках 12 уравновешивалась суммой сил трения на штоках и силой сжатия пружины 13, установленной при ее регулировании. В этом случае осевая сила на шариках 12 не передается на нажимной диск 5 и муфта передает номинальный крутящий момент, соответствующий силе сжатия пружины 9.

При возрастании на ведомых частях привода и муфты момента сопротивления в условиях увеличившегося коэффициента трения между фрикционными парами 3, 5 и 8 соответственно возрастает и крутящий момент, передаваемый шариками 12. В результате этого увеличивается осевая сила на шариках, что приводит к нарушению равновесия промежуточного диска 11 и он начинает перемещаться вправо, сжимая пружину 13.

Осевая сила, действующая на штоки 6 со стороны промежуточного диска 11 в процессе его движения вправо, равна силе трения скольжения между штоками 6 и промежуточным диском 11: ее действие на штоки приводит к уменьшению силы прижатия фрикционных поверхностей дисков 3, 5 и 8 пропорционально крутящему моменту. Величина силы трения скольжения может варьироваться путем подбора материалов пар трения. Таким образом устанавливается необходимое значение силы отжатия вправо нажимного диска 5 в период движения промежуточного диска 11.

В заключительной фазе движения вправо промежуточного диска 11 он упирается в упоры 7 и осевая сила на шариках 12 передается непосредственно на штоки 6.

Нарастание силы трения скольжения на штоках 6 происходит пропорционально величине перемещения промежуточного диска 11, что позволяет эффективно ограничивать передаваемый крутящий момент до крайнего перемещения промежуточного диска. Тем самым обеспечивается сохранение точности срабатывания муфты на том же уровне, что и муфты-прототипа (при соответствующем значении коэффициента трения между штоками 6 и промежуточным диском 11 с тем, чтобы прирост силы трения был не менее величины уменьшения силы сжатия нажимных пружин муфты-прототипа).

Сравнительный анализ показывает, что при прочих одинаковых параметрах и показателях сила сжатия пружины 13 значительно меньше силы сжатия пружины промежуточного диска в муфте-прототипе.

Действительно
T 2R_cp f F_п9,
Т₁ 2 R_cp f Σ F_п, где Т и Т₁ крутящие моменты, передаваемые предлагаемой муфтой и муфтой-прототипом соответственно;
R_cp средний радиус трения фрикционных дисков;
f коэффициент трения между фрикционными дисками;
F_п9 первоначальная сила сжатия пружины 9;
ΣF_п cуммарная сила сжатия основных нажимных пружин муфты-прототипа.

Первоначальная сила сжатия пружины 13 равна
F_п13=F_o-F_тр tgα-F_тр F_тр где F_o осевая сила на шариках 12;
r радиус окружности, на которой расположены шарики;
α угол наклона боковой поверхности гнезда переменной глубины к осевой плоскости муфты;
F_тр сила трения на штоках 6.

Первоначальная сила сжатия пружины промежуточного диска муфты-прототипа равна
F₁=F_р+Σ F_п-F_тр=Σ F + 1-F_тр=F + 1-F_тр
При выводе последней зависимости принято в соответствии с приведенными выше условиями Т Т₁ и Σ F_п F_п9. Сопоставляя полученные зависимости, находим, что F_п13 < F₁. Следовательно, пружина 13 имеет меньшие размеры и вес, поскольку данные параметры пропорциональны силе, развиваемой пружиной, поэтому и муфта в целом имеет меньшие габариты и вес.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет уменьшить габариты и вес муфты.

Сущность изобретения: ведущая 1 и ведомая 2 полумуфты связаны фрикционным диском 8, зажатым между упорным 3 и нажимным 5 дисками посредством нажимной пружины 9. Нажимной диск 5 несет штоки 6, снабженные концевыми упорами 7 и входящие в отверстия промежуточного диска 11. Диск 11 поджат пружиной 13 к закрепленному на полумуфте 1 опорному диску 10. Между опорным диском 10 и промежуточным диском 11 в гнездах переменной глубины размещены шарики 12. При перегрузке возникающая на шариках 12 распорная сила, действуя навстречу силе сжатия пружины 13, отжимает вправо промежуточный диск 11, который перемещается по штокам 6 и упирается в концевые упоры 7. Это приводит к повышению точности срабатывания муфты. Расположение пружин 9 между нажимным диском 5 и опорным диском 10 позволяет уменьшить ее усилие и снизить тем самым габариты и вес. 2 ил.

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ ФРИКЦИОННАЯ МУФТА, содержащая ведущую и ведомую полумуфты, связанные по меньшей мере одним фрикционным диском, поджатым к упорному через установленный с возможностью осевого и окружного перемещения относительно ведущей полумуфты нажимной диск посредством основной нажимной пружины, жестко закрепленные на нем штоки, размещенные в отверстиях установленного с возможностью осевого и окружного перемещения относительно ведущей полумуфты промежуточного диска с возможностью осевого относительно него перемещения и снабженные осевыми упорами, закрепленными с возможностью регулировочного перемещения на свободных концах штоков, дополнительную нажимную пружину и отжимной стабилизирующий узел, выполненный в виде тел качения, размещенных в гнездах переменной глубины, первая часть которых выполнена в промежуточном диске, отличающаяся тем, что вторая часть гнезд переменной глубины выполнена в закрепленном на ведущей полумуфте опорном диске, а основная нажимная пружина расположена между нажимным и опорным дисками.