ФРИКЦИОННАЯ МУФТА Российский патент 2000 года по МПК F16D13/26 

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и предназначено для передачи момента с одного вала на другой при большой передаваемой мощности, позволяет конструировать управляемые, предохранительные и обгонные муфты.

Известны муфты, в которых момент передают силы трения, возникающие при контакте полумуфт, а необходимое усилие в контакте обеспечивается специальными устройствами, например гидроцилиндрами, как в управляемых муфтах (см. [1], стр. 404, рис. 6.55), пружинами, как в предохранительных (см. [1], стр. 424, рис. 6.96), а также расклиниванием роликов при движении полумуфт в одном направлении, как в обгонных муфтах (см. [1], стр. 415, рис. 6.78). Известны также муфты, в которых соединение полумуфт создается винтовой парой (см. [1], стр. 397, рис. 6.41).

Примем за прототип наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату фрикционную муфту (см. [1], стр. 399, рис. 6.45), содержащую ведущий и ведомый валы, жестко смонтированный на ведомом валу барабан и соосную барабану отводку с диском, который связан с отводкой рычажным мультипликатором с возможностью контакта с барабаном при перемещении отводки, а с ведущим валом - с возможностью передачи его вращения.

Признаки известного механизма (прототипа), совпадающие с заявляемым изобретением, следующие. Известная муфта снабжена ведущим и ведомым валами, жестко смонтированным на ведомом валу барабаном и соосной барабану отводкой с диском, который кинематически связан с отводкой с возможностью контакта с барабаном при перемещении отводки, а с ведущим валом - с возможностью передачи его вращения.

В известной муфте необходимая для получения момента трения сила давления диска на барабан достигается увеличением силы перемещения отводки рычажным мультипликатором, что возможно при крайнем положении рычагов, т.е. при их расклинивании, и при эксплуатационном износе необходима перерегулировка. Следует отметить сложность и громоздкость конструкции, что повышает стоимость и уменьшает надежность муфты.

Цель предлагаемого изобретения - упрощение и повышение надежности муфты, особенно при передаче большой мощности.

Предлагаемая фрикционная муфта имеет следующие существенные признаки. Она содержит ведущий и ведомый валы, жестко смонтированный на ведомом валу барабан, установленный соосно барабану фиксированный в осевом направлении конус, соосную барабану отводку с диском, который установлен с возможностью контакта с барабаном и связан с ведущим валом с возможностью передачи его вращения, содержит также клинья, а на отводке, конусе и диске выполнены контактирующие с клиньями наклонные поверхности.

Отличительными от прототипа признаками изобретения являются следующие. Предлагаемая фрикционная муфта снабжена клиньями и соосно барабану фиксированным в осевом направлении конусом, а на отводке, конусе и диске выполнены контактирующие с клиньями наклонные к оси поверхности.

На фиг. 1 представлена предложенная конструкция управляемой муфты, на фиг. 2 и 3 - конструкции обгонной или предохранительной муфты, на фиг. 4 показаны действующие на диск усилия, на фиг. 5 - векторы перемещений элементов муфты, на фиг. 6 - графические зависимости между параметрами муфты, на фиг. 7 - вариант конструкции клина, а на фиг. 8 - вариант конструкции высокомоментной малогабаритной обгонной муфты.

Конструкция фрикционной управляемой муфты, представленная на фиг. 1, содержит корпус 1, установленные на подшипниках в корпусе ведущий 2 и ведомый 3 валы. На ведомом валу смонтированы жестко относительно вала барабан 4 с рабочей конической поверхностью 5, фиксированной в осевом направлении конус 6, свободно в осевом направлении диск 7 с рабочей конической поверхностью 8. Свободно на цилиндрической части конуса установлена отводка 9, выполненная в виде цилиндрического зубчатого прямозубого колеса, сцепленного с шестерней 10, зафиксированной на ведущем валу. В пазах 11 и 12 отводки и диска установлены клинья 13 с опорными поверхностями 14, 15 и 16. Относительно диска клинья подпружинены пружиной 17, а диск относительно барабана подпружинен пружиной 18.

Фрикционная управляемая муфта работает следующим образом. Нагруженный моментом ведущий вал 2 вращает отводку (зубчатое колесо) 9. При правом положении отводки вращение на ведомый вал не передается. При перемещении отводки влево под действием силы F (механизм перемещения отводки не показан) клинья, перемещаясь одновременно в радиальном к центру и осевом к барабану направлениях, переместят диск в сторону барабана до контакта их рабочих конических поверхностей 5 и 8, контактное усилие N (фиг. 4) обеспечит необходимый момент трения для передачи вращения от ведущего вала к ведомому, Q - сила действия клиньев на диск. Клинья благодаря пазам фиксируют диск относительно отводки в тангенциальном направлении, что способствует передаче вращения от ведущего вала к ведомому. Пружины 17 и 18 служат для размыкания рабочих конических поверхностей диска и барабана при перемещении отводки вправо. Мультиплицирующее действие клиньев иллюстрирует фиг. 5, где представлены векторы перемещений деталей муфты, первые цифровые индексы векторов соответствуют номеру перемещаемой детали, а вторые - номеру той детали, относительно которой рассматривается перемещение. Так как усилия обратно пропорциональны перемещениям, то
Q = F_q, а N = F_n
где
n = a/c = q/sinγ.
Для исключения заклинивания клина и диска между контактирующими поверхностями следует углы η, δ, γ выбирать не менее угла трения покоя ρ. На фиг. 6 графически представлены в зависимости от η максимальные значения q_max = q(η,ξ_опт) и n_max = n(η,ξ_опт), вычисленные при δ = γ = ρ = 7^o.
Конструкция фрикционной обгонной муфты представлена на фиг. 2, где отводка (зубчатое колесо) 9 и шестерня 10 выполнены с косыми зубьями ( β - угол наклона зубьев), пружина 19 создает усилие на отводку, необходимое для ликвидации зазора между рабочими коническими поверхностями диска и барабана при ненагруженном ведущем вале.

Обгонная муфта работает следующим образом. При вращении ведущего вала в направлении, показанном на фигуре, благодаря косым зубьям появляется осевая сила, перемещающая колесо влево, и муфта передает вращение от ведущего вала к ведомому аналогично рассмотренной выше управляемой муфте. При вращении ведущего вала в противоположную сторону колесо перемещается вправо и вращение не передается.

Конструкция фрикционной обгонной муфты, представленной на фиг. 3, аналогична предыдущей, только ведущий и ведомый валы соосны, а отводка с ведущим валом образует винтовую пару.

Для работы обгонной муфты необходимо, чтобы момент трения между диском и барабаном M_тр был больше момента на отводке M, т.е.

M_тр = fNR_м > M = FR_ш/tgβ,
откуда
tgβ > R_ш/(fR_мn),
где f - коэффициент трения.

Предельное значение углов наклона зубьев или винтовой линии β_min в зависимости от η показано на фиг. 6 при q_max, n_max и f = 0,04, а с учетом трения β > β_min+ρ.
Конструкция предохранительной муфты аналогична обгонной, но при этом следует выполнить условие β < β_min, тогда момент на ведомом валу
M₃ ≤ f(Mtgβ/R_ш+P_пр)nR_м,
где P_пр - усилие пружины 19.

Для повышения КПД муфты и увеличения параметров q и n предлагается применять на опорных поверхностях клиньев роликовые опоры, как показано на фиг. 7, где в конструкции используются ролики 20, размещенные в пазах 21.

На фиг. 8 дана конструкция высокомоментной малогабаритной обгонной муфты, в которой валы разгружены от осевых сил, а клинья разгружены от тангенциальных сил. Пары отводок, конусов и дисков взаимодействуют с опорными поверхностями клиньев своими коническими поверхностями, а вращение от ведомого вала на диски передается через выполненные на отводках прямозубые шлицы 22. Отводки образуют с ведущим валом разнозаходные винтовые пары, обеспечивающие передачу вращения от ведущего к ведомому валу в направлении, показанному на валах стрелками, так же стрелками показаны перемещения деталей муфты.

Источники информации:
1. С.Н. Кожевников, Я.И. Есипенко, Я.М. Раскин. Механизмы. Справочник. - 4-е изд. М.: Машиностроение, 1976.

Муфта относится к машиностроению и предназначена для передачи момента с одного вала на другой при большой передаваемой мощности. Предназначена для использования в управляемых, предохранительных и обгонных муфтах. Фрикционная муфта содержит ведущий и ведомый валы, жестко смонтированный на ведомом валу барабан и соосную барабану отводку с диском, который кинематически связан с отводкой с возможностью контакта с барабаном при перемещении отводки, а с ведущим валом - с возможностью передачи его вращения. Муфта снабжена клиньями и соосно барабану фиксированным в осевом направлении конусом, а на отводке, конусе и диске выполнены контактирующие с клиньями наклонные к оси поверхности. В результате повышается надежность муфты при ее простоте. 8 ил.

Фрикционная муфта, содержащая ведущий и ведомый валы, жестко смонтированный на ведомом валу барабан и соосную барабану отводку с диском, который кинематически связан с отводкой с возможностью контакта с барабаном при перемещении отводки, а с ведущим валом - с возможностью передачи его вращения, отличающаяся тем, что снабжена клиньями и соосно барабану фиксированным в осевом направлении конусом, а на отводке, конусе и диске выполнены контактирующие с клиньями наклонные к оси поверхности.