ЦЕНТРОБЕЖНАЯ ДВУХСКОРОСТНАЯ МУФТА Российский патент 1996 года по МПК F16D43/14 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для передачи крутящих моментов.

Известна центробежная двухскоростная муфта, содержащая ведущую и две ведомые полумуфты, связанные посредством фрикционных элементов, а также центробежные механизмы включения малой и большой скоростей, установленные на ведущей полумуфте.

Недостатками известной муфты являются сложность конструкции и большие осевые габариты вследствие расположения центробежных механизмов включения между ведомыми полумуфтами.

Задача изобретения упрощение конструкции и уменьшения габаритов центробежной двухскоростной муфты. Поставленная задача решается тем, что в центробежной двухскоростной муфте, содержащей ведущую и две ведомые полумуфты установленные с возможностью взаимодействия посредством фрикционных элементов, центробежные механизмы включения малой и большой скоростей, установленные на ведущей полумуфте и содержащие центробежные грузы и упругие элементы, центробежные механизмы малой и большой скоростей выполнены в виде колодок, связанных с закрепленными на ведущей полумуфте пластинчатыми пружинами, установленными под углом к плоскости, содержащей ось муфты и поперечную ось симметрии колодок, механизм включения малой скорости снабжен центробежным узлом, выполненным в виде центробежных грузов, связанных с ведущей полумуфтой посредством упругого элемента и установленных с возможностью взаимодействия с колодками, при этом величина упомянутого угла выбирается из условия

где γ величина угла между пластинчатой пружиной и плоскостью, содержащей ось муфты и поперечную ось симметрии колодки;
t время от начала пуска ведущей полумуфты до достижения частоты вращения n;
n₁ частота вращения, соответствующая полному включению центробежного механизма малой скорости;
На фиг. 1 изображена центробежная двухскоростная муфта, вид с торца; на фиг.2 разрез А-А на фиг. 1.

Центробежная двухскоростная муфта содержит ведущую полумуфту 1 и концентричные ей ведомые полумуфты 2 и 3, выполненные в виде барабанов. Связь между полумуфтами 1 и 2 осуществляется посредством центробежных колодок 4 с фрикционными накладками 5. Связь между полумуфтами 1 и 3 осуществляется посредством центробежных колодок 6 с фрикционынми накладками 7 (фиг. 2).

Колодки 4 связаны с ведущей полумуфтой 1 посредством пластинчатых пружин 8, прикрепленных к полумуфте. Участок, пружин 8, расположенный между полумуфтой 1 и колодками 4, расположен под углом к плоскости, содержащей ось муфты и поперечную ось симметрии колодок. Второй участок пружин 8 выполнен в форме двух частей. На свободном конце второго участка закреплен центробежный груз 9, а первая и вторая части участка расположены под острым углом один к другому (фиг. 1). Центробежные грузы 9 расположены со стороны набегающего конца колодок 4. Пружины, связывающие центробежные грузы 9 с полумуфтой 1, могут быть выполнены как отдельное целое от пружин, связывающих полумуфту с колодками 4, и иметь отличающуюся от вторых пружин геометрическую и силовую характеристики.

Колодки 6 связаны с ведущей полумуфтой 1 при помощи пластинчатых пружин 10, прикрепленных к полумуфте и колодкам. Пружины 10 расположены под углом к плоскости, содержащей ось муфты и поперечную ось симметрии колодок 6. В данном примере углы установки пружин 8 и 10 приняты одинаковыми. В общем случае величины углов могут быть неодинаковыми, а расположение пружин 10 относительно осевой плоскости муфты может иметь (по отношению к направлению вращения) другую направленность.

Центробежная двухскоростная муфта работает следующим образом.

В процессе пуска ведущей полумуфты 1 (при ее вращении в направлении против часовой стрелки) на колодки 4 и 6 действуют центробежные и тангенциальные силы инерции. Под воздействием результирующей силы колодки стремятся, преодолевая силы упругости пружин 8 и 10, переместиться в направлении ведомых полумуфт 2 и 3 соответственно.

При достижении определенной частоты вращения, соответствующей включению полумуфты 2, процесс разгона полумуфты 1 прекращается, что приводит к исчезновению тангенциальной силы инерции. Колодки 4 прижимаются под действием центробежных сил к внутренней поверхности полумуфты 2, что сопровождается изгибом соответствующих участков пружин 8 и включением полумуфты.

Параметры центробежных грузов 9 (масса и расстояние до оси вращения муфты) и участков пружин 8, примыкающих к грузам (изгибная жесткость, длина участков пружин, величина угла между первой и второй частями второго участка пружин), выбираются таким образом, чтобы при частоте вращения, соответствующей включению полумуфты 2, перемещение грузов в радиальном направлении под действием центробежной силы было небольшим и не приводило к блокированию тангенциального движения колодок 4 при включении.

Включение полумуфты 3 при этом не происходит, поскольку при данной частоте вращения ведущей полумуфты 1 центробежные силы, действующие на колодки 6, недостаточны для прижатия колодок и полумуфте 3. Это обеспечивается подбором соответствующих параметров колодок 6 (массы) и пружин 10 (изгибной жесткости и др.).

Таким образом, при малой частоте вращения ведущей полумуфты 1 происходит включение только ведомой полумуфты 2, ведомая полумуфта 3 при этом остается выключенной.

В случае необходимости включения в процессе пуска ведомой полумуфты 3 в момент времени, соответствующий достижению частоты вращения, при которой происходит включение ведомой полумуфты 2, на колодки 4 продолжает действовать тангенциальная сила инерции, удерживающая колодки в выключенном положении. По достижении необходимой частоты вращения происходит включение полумуфты 3. Одновременно с этим центробежные грузы 9 перемещаются в радиальном направлении и блокируют тангенциальное движение колодок 4, исключая тем самым включение ведомой полумуфты 2.

Подбором параметров центробежных грузов 9 и соответствующих участков пружин обеспечивается, чтобы указанное блокирование происходило при частоте вращения ведущей полумуфты 1, равной 1,1 1,2 частоты вращения, соответствующей полному включению ведомой полумуфты 2.

Следовательно, при большой частоте вращения ведущей полумуфты 1 обеспечивается включение только ведомой полумуфты 3, а ведомая полумуфта 2 при этом остается выключенной.

При необходимости переключения ведомых полумуфт 2 и 3 на ходу (без остановки вращения), в частности при переходе с меньшей частоты вращения на большую, центробежные грузы 9 под воздействием увеличивающейся центробежной силы и тангенциальной силы инерции перемещаются в направлении соответствующих колодок 4, воздействуя на их набегающий торец, отжимают колодки в окружном направлении. Этому же способствует тангенциальная сила инерции, действующая на колодки 4 в переходный период. Указанный процесс обеспечивается назначением соответствующих параметров пружин 8, центробежных грузов 9 и угла давления между последними и торцами колодок 4.

Для удержания колодок 4 в выключенном положении при пуске муфты на большую частоту вращения (для включения полумуфты 3) необходимо, чтобы вектор результирующей силы F либо совпадал с плоскостью пружины 8, т. е. угол b был равен углу g (фиг. 1) либо не совпадал с указанной плоскостью, а угол b был больше угла g (при частоте вращения, соответствующей моменту блокирования колодок 4 грузами 9).

Из силового треугольника находим

где F_t тангенциальная сила инерции, действующая на колодку 4;
F_ц центробежная сила, действующая на колодку.

Учитывая, что

F_t= m•a = m•αr (3)

находим, с учетом поставленного условия

В формулах (2) (4):
m масса колодки 4 с накладкой 5;
r расстояние от центра масс колодки 4 с накладкой 5 до оси вращения.

n частота вращения ведущей полумуфты, соответствующая моменту блокирования колодок 4 центробежными грузами 9
n (1,11,2) n₁,
n₁ частота вращения, соответствующая полному включению полумуфты 2;
a угловое ускорение при пуске полумуфты 2;
α линейное ускорение при пуске полумуфты 2;
w угловая скорость вращения, соответствующая частоте вращения n;
t время от начала пуска ведущей полумуфты 1 до достижения частоты вращения n.

В соответствии с формулой (4) принято равномерно ускоренное движение ведущей полумуфты 1 в процессе пуска, поскольку асинхронные электродвигатели, применяемые в приводах, имеют именно такую пусковую характеристику (см. например, О.А. Ряховский О. А. Иванов С. С. Справочник по муфтам. Л. Политехника, 1991, с. 325, рис. 7.4, 7.5).

При выборе параметров элементов муфты в расчете режима перехода с меньшей частоты вращения на большую, сопровождающегося включением полумуфты 3 и выключением полумуфты 2, должна быть учтена соответствующая величина линейного ускорения a₁ (в том числе, если α ≠ α₁).

Таким образом, муфта обеспечивает включение той или иной ведомой полумуфты в зависимости от частоты вращения и автоматическое переключение полумуфты 2 и 3 при изменении частоты вращения.

По сравнению с прототипом муфта имеет более простую конструкцию вследствие меньшего числа элементов, а также меньшие осевые габариты за счет того, что центробежные механизмы включения установлены концентрично соответствующим ведомым полумуфтам.

Использование изобретения позволит упростить конструкцию и уменьшить осевые габариты центробежной двухскоростной муфты.

Использование: в машиностроении для передачи крутящего момента. Сущность изобретения: ведущая 1 и ведомая полумуфты установлены с возможностью взаимодействия посредством колодок 4 и 6 с фрикционными накладками 5 и 7. Колодки 4 связаны с полумуфтой 1 пластинчатыми пружинами 8, а колодки 6 связаны с полумуфтой 1 посредством пружин 10. Пружины 8 и 10 установлены под углом к плоскости, содержащей ось муфты и поперечную ось симметрии колодок 4 и 6. Пружины 8 снабжены центробежными грузами 9, закрепленными на их свободных концах. В зависимости от фактической частоты вращения полумуфты 1 под действием центробежных сил происходит включение колодок 4 либо колодок 6, причем при включении колодок 6 происходит блокирование колодок 4 посредством грузов 9. 2 ил.

Центробежная двухскоростная муфта, содержащая ведущую и две ведомые полумуфты, установленные с возможностью взаимодействия посредством фрикционных элементов, и установленные на ведущей полумуфте центробежные механизмы включения малой и большой скоростей, отличающаяся тем, что центробежные механизмы включения малой и большой скоростей выполнены в виде колодок, связанных с закрепленными на ведущей полумуфте пластинчатыми пружинами, установленными под углом к плоскости, содержащей ось муфты и поперечную ось симметрии колодок, механизм включения малой скорости снабжен центробежным узлом, выполненным в виде центробежных грузов, связанных с ведущей полумуфтой посредством упругого элемента и установленных с возможностью взаимодействия с колодками, при этом величина упомянутого угла выбирается из условия

n (1,1 1,2)n₁,
где γ величина угла между пластинчатой пружиной и плоскостью, содержащей ось муфты и поперечную ось симметрии колодки;
t промежуток времени от начала пуска ведущей полумуфты до достижения частоты вращения n;
n₁ частота вращения, соответствующая полному включению центробежного механизма малой скорости.