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 пакетом фрикционных дисков, сжатым нажимной пружиной [1]
Недостатком муфты является низкая точность срабатывания.

Наиболее близкой к предлагаемой является предохранительная фрикционная муфта, содержащая ведущую и ведомую полумуфты, связанные фрикционным диском, поджатым к жестко закрепленному на ведущей полумуфте упорному диску через установленный с возможностью осевого и окружного перемещения нажимной диск посредством нажимного упругого элемента, и отжимной стабилизирующий узел в виде тел качения, размещенных в гнездах переменной глубины между упорным и нажимным дисками [2]
Недостатками этой муфты являются невысокие нагрузочная способность и точность срабатывания.

Задача изобретения повышение нагрузочной способности и точности срабатывания предохранительной фрикционной муфты.

Для этого в предохранительной фрикционной муфте, содержащей ведущую и ведомую полумуфты, связанные по меньшей мере одним фрикционным диском, поджатым посредством нажимного упругого элемента к жестко закрепленному на ведущей полумуфте упорному диску через установленный с возможностью осевого и окружного перемещения нажимной диск, и отжимной стабилизирующий узел, включающий тела качения, размещенные в гнездах переменной глубины, первая часть которых выполнена в упорном диске, вторая часть гнезд переменной глубины выполнена в отжимной втулке, связанной в окружном направлении с нажимным диском, при этом фрикционный диск расположен между нажимным диском и отжимной втулкой.

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 посредством фрикционного диска 3. Диск 3 зажат между жестко закрепленным на полумуфте 1 упорным диском и установленным с возможностью осевого и окружного перемещения относительно полумуфты 1 нажимным диском 4 при помощи пружины 5. Усилие пружины 5 может быть отрегулировано регулировочным элементом 6.

Нажимной диск 4 связан в окружном направлении посредством направляющей шпонки 7 с отжимной втулкой 8, установленной на полумуфте 1 с возможностью осевого и окружного перемещения.

Отжимной стабилизирующий узел муфты выполнен в виде шариков 9, размещенных в гнездах переменной глубины (фиг.2), которые выполнены в упорном диске и отжимной втулке 8.

Фрикционный диск 3 расположен между нажимным диском 4 и отжимной втулкой 8. Для уменьшения трения между фрикционным диском 3 и отжимной втулкой 8 установлен упорный подшипник.

Муфта может быть выполнена в многодисковом варианте с числом пар поверхностей трения, расположенных как слева, так и справа от фрикционного диска 3, большим 1.

Муфта работает следующим образом.

Половина (при двух поверхностях трения) полного крутящего момента муфты передается от полумуфты 1 на полумуфту 2 посредством пары трения упорный диск фрикционный диск 3. Другая половина крутящего момента передается через шарики 9, отжимную втулку 8, шпонку 7 и нажимной диск 4 на фрикционный диск 3 и полумуфту 2.

При передаче крутящего момента на шариках 9 возникает распорная сила, стремящаяся отжать фрикционный диск 3 от упорного диска вправо. В результате этого уменьшается фактическая сила прижатия фрикционного диска 3 к упорному диску. Сила прижатия нажимного диска 4 к фрикционному диску 3 при этом не изменяется. Следовательно, распорная сила на шариках 9 формируется за счет крутящего момента, передаваемого нажимным диском 4 и изменяющегося прямо пропорционально изменению величины коэффициента трения.

Для определения аналитической зависимости величины предельного крутящего момента от коэффициента трения запишем в общем виде
Т Т₁ + Т₂, (1) где Т предельный крутящий момент муфты;
Т₁, Т₂ крутящие моменты, передаваемые соответственно парами трения (1-3) и (3-4).

Решая задачу для общего случая (многодисковый вариант муфты), получаем
Т₁ Z R_cp f(F_п F_р); (2)
Т₂ Z₁ F_п R_cp f, (3) где Z число пар поверхностей трения, расположенных слева от фрикционного диска 3;
Z₁ число пар поверхностей трения, расположенных справа от фрикционного диска 3;
R_cp cредний радиус трения фрикционных пар (для левой и правой фрикционных групп принят одинаковым);
f коэффициент трения;
F_п первоначальное усилие сжатия пружины 5;
F_p распорная сила на шариках 9.

Величина распорной силы определяется из выражения
F_р tgα
(4) где r радиус окружности, на которой расположены шарики 9;
α угол наклона боковой поверхности гнезда переменной глубины к оси муфты.

Суммируя выражения (2) и (3) в соответствии с равенством (1) и учитывая при этом выражение (4), получаем
T=F_пR_срfZ1 tg+Z
(5)
Аналогичная аналитическая зависимость для муфты-прототипа
T′
(6)
Численное решение уравнений (5) и (6) при исходных данных F_п 100 кГ, R_cp 0,1 м, r 0,05 м, tg α 1, f_мин 0,2, f_макс 0,4, Z1, Z₁ 1, дает Т_мин 3,1 кгм, Т_макс 4,8 кгм, К_т 1,5, Т^'_мин 2,86 кгм, Т^'_макс 4,44 кгм, К_т^'1,55 соответственно.

Принято Z^' Z + Z₁ 2. Cопоставляя полученные результаты, видим, что нагрузочная способность и точность срабатывания предлагаемой муфты выше, чем муфты-прототипа.

Эффект увеличивается с увеличением Z. Так, при приведенных выше данных и Z 2 получаем Т_мин 4,4 кгм, Т_макс 5,6 кгм, К_т1,27, Т^'_мин 3,33 кгм, Т^'_макс 4,62 кгм, К_т^'1,39.

При возрастании Z и Z₁ повышается точность срабатывания муфты. Так, при Z 3, Z₁ 1 получаем К_т 1,14 и К_т^' 1,29.

Получаемый эффект повышения точности срабатывания муфты объясняется тем, что, несмотря на наличие пары трения (3-4), на которую не действует распорная сила, величина последней зависит прямо пропорционально (выражение 4) от фактического коэффициента трения f, тогда как в муфте-прототипе от величины приведенного коэффициента трения
F_пр
Следовательно, в рассматриваемой муфте распорная сила имеет большую, чем в муфте-прототипе, величину, а ее рост по мере увеличения крутящего момента более интенсивен, что и предопределяет более высокую степень отжатия фрикционного диска 3 от упорного диска.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить нагрузочную способность и точность срабатывания муфты.

Сущность изобретения: ведущая 1 и ведомая 2 полумуфты связаны фрикционным диском 3, зажатым между упорным диском полумуфты 1 и нажимным диском 4, установленным с возможностью осевого и окружного перемещения относительно полумуфты 1. Усилие прижатия создается нажимной пружиной 5. Отжимной стабилизирующий узел муфты выполнен в виде шариков, размещенных в гнездах переменной глубины между упорным диском и отжимной втулкой 8, имеющей возможность перемещения вдоль ступицы полумуфты 1 и связанной с нажимным диском 4 посредством направляющей шпонки 7. При передаче нагрузки на шарики возникает распорная сила, уменьшающая действие нажимной пружины 5 на упорный диск полумуфты 1, что обеспечивает увеличение передаваемой нагрузки и повышение точности срабатывания мутфы. 2 ил.

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ ФРИКЦИОННАЯ МУФТА, содержащая ведущую и ведомую полумуфты, связанные по меньшей мере одним фрикционным диском, поджатым посредством нажимного упругого элемента к жестко закрепленному на ведущей полумуфте упорному диску через установленный с возможностью осевого и окружного перемещения нажимной диск, и отжимной стабилизирующий узел, включающий тела качения, размещенные в гнездах переменной глубины, первая часть которых выполнена в упорном диске, отличающаяся тем, что вторая часть гнезд переменной глубины выполнена в отжимной втулке, связанной в окружном направлении с нажимным диском, при этом фрикционный диск расположен между нажимным диском и отжимной втулкой.