МЕХАНИЗМ СВОБОДНОГО ХОДА Российский патент 1996 года по МПК F16D41/00 

Изобретение относится к машиностроению и может использоваться в качестве механизма свободного хода в импульсных редукторах и вариаторах.

Известен механизм свободного хода (МСХ), содержащий ведущий рычаг, ведомый диск, двуплечий рычаг с шарнирно закрепленными на его концах колодками, в которых крутящий момент передается без заклинивания за счет сил трения, создаваемых с помощью рычагов [1]
Недостатком известного решения является то, что в период свободного хода между ведомой деталью и колодками имеет место зазор, что приводит к возникновению ударных нагрузок в момент включения. Механизм может включаться с запаздыванием и пробуксовкой колодок, что снижает его быстроходность. Ударные нагрузки и пробуксовки увеличивают износ деталей и снижает надежность.

Задачей изобретения является повышение надежности и срока службы за счет уменьшения ударных нагрузок и пробуксовки.

Данная задача решается за счет того, что в механизме свободного хода, содержащем ведущий рычаг, ведомый диск, двуплечий рычаг с шарнирно закрепленными на его концах колодками, двуплечий рычаг выполнен с выступом, расположенным в точке опоры его вращения, ведомый диск выполнен с двумя опорными цилиндрическими поверхностями, ведущий рычаг расположен с возможностью взаимодействия с двуплечим рычагом в двух точках, расположенных по обе стороны от опоры вращения.

Опорные цилиндрические поверхности могут быть расположены на выполненном на ведомом диске выступе.

Опорные цилиндрические поверхности могут быть расположены и в кольцевой проточке, выполненной в ведомом диске. Колодки подпружинены к опорным поверхностям ведомого диска. На двуплечем рычаге установлены противовес и демпфер, расположенные между двуплечим и ведущим рычагами. Соотношение между длинами плеч двуплечего рычага определяется из условия обеспечения превышения суммарной силы трения над силой, передающей крутящий момент.

Механизм снабжен компенсатором, толкателем и промежуточным рычагом, состоящим из двух взаимно подвижных частей, одна часть шарнирно соединена с выступом двуплечего рычага, а другая шарнирно соединена с наиболее удаленным от оси вращения ведомого диска концом ведущего рычага, другой конец ведущего рычага связан с двуплечим рычагом посредством толкателя, соединенного шарнирно одним концом с ведущим рычагом, а другим концом шарнирно с осью скрепления любой из колодок на двуплечем рычаге, имеющем наклон от точки крепления на ведущем рычаге в сторону опорной поверхности ведомого диска, контактирующей с колодкой, имеющей общую ось крепления с толкателем, а компенсатор расположен между промежуточным рычагом и демпфером, установленным на выступе двуплечего рычага.

На фиг. 1 изображена схема действия сил при работе механизма; на фиг. 2 -общий вид механизма; на фиг. 3 разрез А-А фиг.2; на фиг. 4 конструкция двуплечего рычага с колодками; на фиг. 5 вид Б на фиг. 4; на фиг. 6 - механизм с противовесом на двуплечем рычаге и демпфером; на фиг. 7 механизм с промежуточным рычагом, компенсатором и толкателем; на фиг. 8 конструкция толкателя; на фиг. 9 крепление толкателя к оси верхней колодки; на фиг. 10 - механизм с промежуточным рычагом, компенсатором и толкателем; на фиг. 11 - ведомый диск с установленным на нем двуплечим рычагом с колодками; на фиг. 12 разрез В-В на фиг. 11.

Изобретение основано на следующем принципе.

Цилиндрическое кольцо детали 1 (фиг.1) надето на стержень 2 и образует с ним соединение с зазором. К стержню детали 1 приложена сила F, передающая импульсное движение. Под действием этой силы деталь 1 стремится повернуться вокруг оси О входит в контакт с деталью 2 по линиям, которым принадлежат точки "а" и "б". При определенной длине плеч l сила трения становится больше силы F и проскальзывание детали 1 относительно детали 2 исключено вне зависимости от величины силы F и силы, необходимой для перемещения детали 2. Под действием силы F детали 1 и 2 совместно перемещаются с линии А на линию Б. На этой линии сила F прекращает действовать. Вместо нее начинает действовать сила F₃. Длина плеча, через которое действует эта сила, меньше критической. В данном случае она равна нулю. Поэтому деталь 1 будет перемещаться относительно неподвижной детали 2 и возвратится на линию А. На этой линии сила F₃ прекращает действовать, и снова начинает действовать сила F. Деталь 2 получает новый импульс. Пружина 3 стремится повернуть деталь 1 вокруг оси О и тем самым обеспечивает контакт на линиях "а" и "б" при ее обратном движении. Благодаря этому на этих линиях не возникают ударные нагрузки при очередном включении. Штриховой линией показано положение пружины в свободном состоянии.

Механизм свободного хода (фиг. 2) состоит из двуплечего рычага 1 с выступом 4 с колодками 2, пружин 3, ведомого диска 4, вала 5, ведущего рычага 6. Сила F передает крутящий момент от двигателя. Она воздействует на ведущий рычаг 6, который входит в контакт с двуплечим рычагом 1 по поверхности "в". Под действием ведущего рычага 6 двуплечий рычаг 1 стремится повернуться вокруг оси О. При этом между колодками 2 и радиусными поверхностями кольцевой проточки, выполненной в ведомом диске 4, возникают силы трения, передающие крутящий момент к ведомому диску 4. В период свободного хода контакт между ведущим 6 и двуплечим 1 и рычагами осуществляется по поверхности "г".

Стремление двуплечего рычага 1 повернуться вокруг оси О при этом отсутствует. Силы трения между колодками 2 и ведомым диском 4 не возникают. При определенном соотношении между длинами плеч двуплечего рычага 1 силы трения, возникающие между колодками 2 и ведомым диском 4, превышают по величине силу F, что исключает пробуксовку колодок 2.

Характер воздействия ведущего рычага 6 на двуплечий рычаг 1 позволяет пружинам 3 обеспечить контакт между колодками 2 и ведомым диском 4 в период свободного хода. Демпферы 7 и 8 (фиг. 6) смягчают ударные нагрузки. Противовес на двуплечем рычаге 1 позволяет уравновесить инерционные силы консольного плеча. В результате быстроходность механизма при работе в импульсном режиме повышается. Наличие промежуточного рычага 7 (фиг. 7) позволяет уменьшить массу двуплечего рычага 1, что способствует обеспечению пружинами 3 контакта между колодками 2 и ведомым диском 4 в период свободного хода. Компенсатор 8 и демпфер 10 обеспечивают компенсацию износа колодок 2 и ведомого диска 4 и люфта между двуплечим 1 и промежуточным 7 рычагами. Толкатель 11, соединенный с осью любой из колодок 2 (фиг. 7, 9) и установленный наклонно к ведущему рычагу 6, не препятствует пружинам 3 в обеспечении контакта между колодками 2 и ведомым диском 4. В результате быстроходность механизма при работе в импульсном режиме повышается. Ведомый диск 4 может иметь кольцевую цилиндрическую часть вместо кольцевой проточки (фиг. 11, 12), что расширяет технологические возможности его изготовления.

Конструкция механизма показана на фиг. 2 и 3.

На плечах двуплечего рычага 1 шарнирно закреплены колодки 2. Под действием пружин 3 двуплечий рычаг 1 стремится повернуться вокруг оси О, в результате чего колодки 2 входят в контакт с радиусными поверхностями кольцевой проточки, выполненной в ведомом диске 4. Ведомый диск 4 жестко закреплен на валу 5. Ведущий рычаг 6 может поворачиваться вокруг вала 5. На фиг. 4, 5 показан двуплечий рычаг с колодками. Ведущий рычаг 6 получает крутящий момент от двигателя (фиг. 2). При его движении по часовой стрелке контакт между ним и двуплечим рычагом 1 осуществляется по поверхности "в". Между поверхностью "г" и двуплечим рычагом 1 при этом может образоваться зазор. В результате двуплечий рычаг 1 стремится повернуться вокруг оси О. Между колодками 2 и ведомым диском 4 возникают силы трения, обеспечивающие совместное угловое перемещение ведущего 6 и двуплечего 1 рычагов и ведомого диска 4. После того, как угловая скорость ведущего рычага 6 начнет уменьшаться, соединенные с помощью пружин 3 и колодок 2 ведомый диск 4 и двуплечий рычаг 1 начинают стремиться его обогнать. Двуплечий рычаг 1 выходит из имеющегося с ним контакта по поверхности "в" и входит в контакт с ним по поверхности "г". Между поверхностью "в" и двуплечим рычагом 1 при этом может образоваться зазор. В результате стремление двуплечего рычага повернуться вокруг оси О исчезает вместе с силами трения, имевшими место между колодками 2 и ведомым диском 4. Ведомый диск 4 растормаживается. Далее ведущий 6 и двуплечий 1 рычаги двигаются и останавливаются в крайнем положении совместно, а ведомый диск 4 может вращаться, преодолевая силы трения, создаваемые пружинами 3. После остановки ведущий 6 и двуплечий 1 рычаги, сохраняя контакт по поверхности "г", перемещаются против вращения ведомого диска 4 в крайнее верхнее положение. Затем цикл повторяется. Для исключения пробуксовки колодок 2 относительно ведомого диска 4 выбирается соотношение между длинами плеч двуплечего рычага 1, при котором сила F, передающая крутящий момент от двигателя, будет меньше суммарной силы трения, имеющей место между колодками 2 и ведомым диском 4. По мере равномерного износа рабочих поверхностей колодок 2 и кольцевой проточки ведомого диска 4, т.е. при увеличении ее ширины, под действием пружин 3 двуплечий рычаг 1 поворачивается на угол α (фиг. 6). Рабочие поверхности ведомого диска 4 могут также местный износ ∂. При обратном перемещении двуплечий рычаг 1 в момент контакта колодки 2 с участком поверхности ведомого диска 4, имеющего местный износ, также отклоняется на угол α. После прохождения колодкой 2 этого участка двуплечий рычаг 1 восстанавливает первоначальное положение. Таким образом компенсируется износ колодок 2 и ведомого диска 4.

Для устранения ударных нагрузок конструкция может дополнена демпферами 7 и 8 (фиг. 6). Для уравновешивания консольного выступа двуплечего рычага 1 может быть использован противовес, являющийся продолжением данного выступа за ось поворота О.

С целью уменьшения массы двуплечего рычага 1, что облегчит пружинам 3 обеспечение контакта между колодками 2 и ведомым диском 4 в период свободного хода, и с целью компенсации люфтов, возникающих между взаимодействующими деталями по мере их износа, может быть использована конструкция, показанная на фиг. 7. Здесь также имеются двуплечий рычаг 1, колодки 2, пружины 3, ведомый диск 4, вал 5, ведущий рычаг 6. Двуплечий рычаг 1 имеет укороченное консольное плечо. Промежуточный рычаг 7 состоит и двух взаимно подвижных частей, из которых левая шарнирно соединена с двуплечим рычагом 1, а правая также шарнирно с ведущим рычагом 6. Контакт между промежуточным рычагом 7 и консольным плечом двуплечего рычага 1 осуществляется через компенсатор и демпфер 10. Компенсатор может иметь различные конструктивные исполнения. В качестве примера приведен компенсатор, состоящий из винта 8 и пружины 9, работающей на кручение и стремящейся заворачивать винт 8 в резьбовое отверстие, выполненное в промежуточном рычаге 7. Толкатель 11 может иметь различные конструктивные исполнения. В качестве примера на фиг. 8 показан толкатель, состоящий из двух взаимно подвижных частей, между которыми расположен демпфер. Один конец толкателя 11 (фиг.7) шарнирно соединен с ведущим рычагом 6, другой конец шарнирно соединен с осью крепления любой из колодок 2. Ось толкателя 11 проходит под углом g к ведущему рычагу 6 (фиг. 7,9). Благодаря наклонному положению толкатель 11 не препятствует пружинам 3 в обеспечении контакта между колодками 2 и ведомым диском 4 в период свободного хода. Ведущий рычаг 6, двигаясь по часовой стрелке, стремится повернуть промежуточный рычаг 7 вокруг оси, соединяющей его с двуплечим рычагом 1. Промежуточный рычаг 7 воздействует на двуплечий рычаг 1 через винт 8 и демпфер 10. При этом между колодками 2 и ведомым диском 4 появляются силы трения, передающие крутящий момент к ведомому диску 4. В период свободного хода ведущий рычаг 6 стремится повернуть промежуточный рычаг 7 против часовой стрелки и перемещает двуплечий рычаг 1, воздействуя на него через толкатель 11. По мере износа рабочих поверхностей колодок 2 и ведомого диска 4 под действием пружин 3 происходит поворот двуплечего рычага 1, компенсирующий данные износы. Возникающий при этом зазоре e (фиг. 10) устраняется перемещением винта 8. Данная перенастройка происходит в период свободного хода. Также в период свободного хода при наличии местных износов на рабочих поверхностях ведомого диска 4 двуплечий рычаг 1 может поворачиваться вокруг осей О₁ и О₂ (фиг. 10). Например, при наличии износа на поверхности, контактирующей с нижней колодкой 1, двуплечий рычаг 1 повернется вокруг оси О по часовой стрелке. При этом левая часть промежуточного рычага 7 вместе с винтом 8 и пружиной 9 сдвинется влево, а возникающий зазор e будет скомпенсирован перемещением винта 8. Далее нижняя колодка 2 выходит из зоны поверхности ведомого диска 4, имеющей местный износ. Двуплечий рычаг 1 возвращается в первоначальное положение, а его консольное плечо при этом деформирует демпфер 10. Высота демпфера 10 регламентирует данное перемещение консольного плеча двуплечего рычага 1.

Ведомый диск может иметь кольцевую цилиндрическую часть вместо кольцевой проточки (фиг.11,12), что расширяет технологические возможности его изготовления.

Предлагаемый механизм имеет такие качества, как постоянная готовность к включению, отсутствие ударных нагрузок и пробуксовок, способность компенсировать износы взаимодействующих деталей. В то же время в нем отсутствует заклинивание каких-либо деталей, чем определяются менее жесткие требования к изготовлению и соответственно увеличенные нормы допустимых износов взаимодействующих деталей. Вследствие этого повышаются надежность и долговечность механизма, снижается его стоимость. По этим причинам данный механизм может эффективно использоваться в областях обычного применения роликовых МСХ и, кроме того, может широко использоваться в автомобилях, тракторах, сельскохозяйственных машинах.

Использование: в обгонных муфтах, импульсных редукторах и вариаторах. Сущность изобретения: с целью повышения надежности и долговечности за счет исключения ударных нагрузок и пробуксовок между колодками, механизм свободного хода состоит из ведомого диска, ведущего рычага и двуплечего рычага. На плечах двуплечего рычага шарнирно закреплены колодки 2. Они размещены в кольцевой пpоточке, выполненной в ведомом диске. Под действием силы, передающей крутящий момент от двигателя к ведущему рычагу, последний входит в контакт с консольным плечом двуплечего рычага и стремится повернуть его вокруг оси. Между колодками и радиусными поверхностями кольцевой проточки возникают силы трения, передающие крутящий момент к ведомому диску. В период свободного хода контакт между ведущим рычагом и двуплечим рычагом осуществляется по поверхности, расположенной ближе к оси, чем поверхность первоначального контакта. При этом стремление двуплечего рычага повернуться вокруг оси отсутствует. Силы трения между колодками и ведомым диском не возникают. 6 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Механизм свободного хода, содержащий ведущий рычаг, ведомый диск, двуплечий рычаг с шарнирно закрепленными на его концах колодками, отличающийся тем, что двуплечий рычаг выполнен с выступом, расположенным в точке опоры его вращения, ведомый диск выполнен с двумя опорными цилиндрическими поверхностями, ведущий рычаг расположен с возможностью взаимодействия с двуплечим рычагом в двух точках, расположенных по обе стороны от опоры вращения. 2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что опорные цилиндрические поверхности расположены на выполненном на ведомом диске выступе. 3. Механизм по п.1, отличающийся тем, что опорные цилиндрические поверхности расположены в кольцевой проточке, выполненной в ведомом диске. 4. Механизм по пп.1 3, отличающийся тем, что колодки подпружинены к опорным поверхностям ведомого диска. 5. Механизм по пп.1 4, отличающийся тем, что он снабжен установленным на двуплечем рычаге противовесом и демпферами, расположенными между двуплечим и ведущим рычагами. 6. Механизм по пп.1 5, отличающийся тем, что соотношение между длинами плеч двуплечего рычага выбрано из условия обеспечения превышения суммарной силы трения над силой, передающей крутящий момент. 7. Механизм по пп.1 6, отличающийся тем, что он снабжен компенсатором, толкателем и промежуточным рычагом, состоящим из двух взаимно подвижных частей, одна часть шарнирно соединена с выступом двуплечего рычага, а другая шарнирно соединена с наиболее удаленным от оси вращения ведомого диска концом ведущего рычага, другой конец ведущего рычага связан с двуплечим рычагом посредством толкателя, соединенного шарнирно одним концом с ведущим рычагом, а другим концом шарнирно с осью крепления любой из колодок на двуплечем рычаге и имеющего наклон от точки крепления на ведущем рычаге в сторону опорной поверхности поверхности ведомого диска, контактирующей с колодкой, имеющей общую ось крепления с толкателем, а компенсатор расположен между промежуточным рычагом и демпфером, установленным на выступе двуплечего рычага.