ХРАПОВОЙ МЕХАНИЗМ СВОБОДНОГО ХОДА Российский патент 2004 года по МПК F16D41/12 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в импульсных вариаторах для преобразования движения.

Известен храповой механизм свободного хода (А.И. Леонов "Микрохраповые механизмы свободного хода", стр. 27, рис. 11, М., "Машиностроение", 1982). На осях обоймы шарнирно закреплены массивные собачки. Храповик, взаимодействующий с собачками, имеет развитые зубья. Поджим собачек к храповику осуществляется тягами, закрепленными на подпружиненном кольце. Данный механизм имеет низкий ресурс долговечности.

Известен храповой механизм свободного хода (А.Ф.Крайнев "Идеология конструирования", журнал "Справочник. Инженерный журнал", 3, 1999, стр. 6, рис. 6.8), в котором собачки выполнены в виде ползунов, установленных в теле звена и поджатых пружинами. Собачки взаимодействуют со впадинами на храповом колесе. Впадин на две больше, чем ползунов. Профиль впадин специальный. Угол расположения ползуна такой, что при вращении в одном направлении происходит самоторможение, а при вращении в противоположном - свободный ход, при котором обеспечивается утапливание ползунов.

Данный механизм сложен в изготовлении и не надежен в работе.

В качестве прототипа выбран микрохраповый механизм свободного хода со ступенчатыми пластинами (собачками) по а.с. 482585, МПК F 16 Н 29/00, опубл. 30.08.1975 г., БИ 32, 1975 г., в корпусе которого расположены основные упругие элементы, на которые воздействует поршень. На оси, закрепленной в поршне, вращается ступенчатая пластина, состоящая из двух частей. Одна часть пластины короче другой на половину шага храпового колеса. На оси они вращаются независимо друг от друга. Пластины поджимаются к храповому колесу упругими элементами.

Вышеописанный механизм за счет ударных нагрузок обладает высоким уровнем шума и значительным износом пластин, т.е. низкой долговечностью.

Основной задачей предлагаемого изобретения является устранение динамических нагрузок при заклинивании, что неизменно повышает ресурс долговечности, и устранение шума при свободном ходе.

Для решения поставленной задачи предлагается на валу храповика жестко закрепить фланец, к которому прикрепить диски храповика с установленными на них подпружиненными зубьями. Зубья могут утапливаться посредством собачек и возвращаться в исходное положение за счет пружин сжатия, прикрепленных одной стороной к дискам, а другой - к упорным штифтам, облицованным высокомолекулярным материалом. Упорные штифты имеют возможность перемещения по пазам ограничения в дисках. В каждом зубе со стороны рабочей части выполнена полость с буртиками для ограничения движения пластины, установленной в указанной полости с возможностью взаимодействия одной стороной с собачками. С другой стороны пластины предусмотрена выемка для взаимодействия с противоударной пружиной, установленной в цилиндрическом пазу, выполненном в указанной полости, и имеющей возможность ограничивать перемещение пластины. В каждом зубе с криволинейной стороны предусмотрен прямоугольный паз, по ширине больший, чем пластина, для ее установки и замены. В пластинах также предусмотрены отверстия для установки и замены.

Частично, вопрос об устранении динамических нагрузок решен в микрохраповых МСХ, где вместо собачек применяют упругие элементы - тонкие пластины, которые и смягчают удар. Но, несмотря на большое количество пластин и зубьев на храповике поломка пластин составляет 30-50%. Применение же последних в храповых муфтах свободного хода не нашло распространения. Несмотря на большой износ пластин в микрохраповых муфтах свободного хода, в целом, долговечность их, за счет применения упругих элементов, существенно повышается, что позволяет предполагать, что применение последних в храповых муфтах свободного хода может также положительно повлиять на долговечность.

В сравниваемом микрохраповом механизме свободного хода в обойме расположены упругие элементы, на которые воздействует поршень.

В предлагаемом изобретении, наряду с такими же элементами применяются упругие элементы, устанавливаемые в полостях зубьев. Это позволяет за счет двухстороннего демпфирования плавно входить в контакт с зубьями всем собачкам, что положительно сказывается на нагружение рабочих элементов механизма, а также на равномерное распределение нагрузок по всей конструкции. Фактически, увеличение времени соударения позволяет рассеять и снизить ударные нагрузки. Кроме того, упругие элементы в обойме и зубьях храповика позволяют также снизить шум при заклинивании.

Для установки и замены пластин на криволинейной части зубьев предусмотрен прямоугольный паз. Для ограничения движения пластин при расклинивании предусмотрены буртики. Пластины, изготовленные из твердосплава, взаимодействуют с упругими элементами, которые расположены в цилиндрических пазах на всех зубьях. Пластины имеют сквозное отверстие по центру для удобства замены. Кроме того, в каждой пластине имеется цилиндрическая выемка для вхождения пружины, а также для ограничения перемещения пластины при работе муфты свободного хода. В данном механизме возможно применение до 4 собачек, которые поджимаются к храповому колесу пружинами, устанавливаемыми с любой стороны обоймы, работающие как на сжатие, так и на разжатие. Ведущим звеном может быть как обойма, так и храповик.

Зубья храповика предлагается выполнить отдельно и крепиться к храповику они будут, например, с помощью 2 зашплинтованных штифтов. Каждый механизм, в целом, будет работать по принципу веера, т.е. собачки при вращении обоймы (или храповика) в одном направлении будут перемещаться по дискам храповика, как по салазкам, утапливая зубья во внутрь храповика. Когда собачки проходят область одного зуба, они плавно нажимают и утапливают следующий зуб. Предыдущий же зуб, под действием пружин, принимает первоначальное (обычное для зубьев храповика во всех муфтах свободного хода данного типа) положение. Причем это происходит без шума, т.к. упорные штифты покрыты высокомолекулярными синтетическими материалами, например, полиуретаном, который поглощает шум. При относительном вращении обоймы и храповика в противоположном направлении происходит заклинивание механизма.

Известно, что ударные нагрузки, а также шум в храповых муфтах свободного хода обусловлены высотой зуба, шагом, а также отсутствием упругости звеньев. Т. о. , при применении в данной конструкции утапливания зубьев решается проблема, связанная с высотой зуба, а применяя двойное демпфирование - проблема, связанная с упругостью звеньев. Уменьшение же шага в данных конструкциях невозможно и нашло применение лишь в микрохраповых МСХ, так же как и уменьшение высоты зубьев.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен храповой механизм свободного хода при заклинивании по поз. 2 и в период свободного хода по поз. 3; на фиг.2 - развертка механизма свободного хода по А в период заклинивания по поз. 3; на фиг.3 - сечение по Б-Б; на фиг.4 - сечение по В-В; на фиг.5 - вид Г.

На представленных графических материалах приняты следующие обозначения:
1, 2, 3 - зуб; 4 - диск храповика; 5 - обойма; 6 - собачка; 7 - пластина; 8 - противоударная пружина; 9 - цилиндрический паз; 10 - ограничительные буртики; 11 - прямоугольный паз; 12 - цилиндрические выемки; 13 - ось; 14 - поршень; 15 - противоударная пружина обоймы; 16 - направляющие поршня; 17 - прижимной упругий элемент; 18 - щеки; 19 - отверстие; 20 - штифт; 21 - шплинт; 22 - пружина сжатия; 23 - упорный штифт; 24 - высокомолекулярный материал; 25 - пазы ограничения; 26 - вал храповика; 27 - винт с отверстием; 28 - отверстие; 29 - фланец; 30 - болтовое соединение.

Храповой механизм свободного хода веерного типа состоит из двух дисков храповика 4, закрепленных на фланце 29, например, при помощи четырех болтовых соединений 30, обоймы 5, собачек 6. Для удобства объяснения работы механизма свободного хода выделен его фрагмент (фиг. 1) с тремя зубьями, обозначающимися, соответственно: 1, 2, 3. Зубья изготавливаются отдельно и крепятся к дискам 4 при помощи штифтов 20, которые закреплены шплинтами 21. Со стороны обоймы 5, как и в прототипе, к поршню 14 с помощью оси 13 крепится собачка 6, которая при заклинивании толкает по направляющим 16 поршень 14, который сжимает противоудар-ную пружину обоймы 15. В каждом зубе находится полость со стороны заклинивания, в которой расположен цилиндрический паз 9 для установки в нем противоударной пружины 8, которая сжимается под действием твердосплавной пластины 7 при заклинивании; движение пластины 7 при расклинивании ограничивается буртиками 10. Каждая пластина 7 имеет отверстие 19 для удобства замены при ремонте, а также цилиндрические выемки 12 для вхождения пружины 8, которая ограничивает перемещение пластины 7, в каждом зубе с криволинейной стороны предусмотрен прямоугольный паз 11, который по ширине больше пластины 7. Постоянное поджатие собачек 6 к дискам храповика 4 осуществляется прижимными упругими элементами 17. При свободном ходе собачки 6, перемещаясь, утапливают зубья, при этом разжимаются пружины сжатия 22, которые крепятся с одной стороны к диску 4 с помощью винтов с отверстием 27, а с другой стороны к упорному штифту 23 с отверстием 28. Траектория перемещения (утапливания) и возвращения в исходное положение зубьев ограничена пазами 25, по которым и перемещаются упорные штифты 23, которые облицованы высокомолекулярным материалом 24 для снижения шума. Для защиты рабочих частей механизма свободного хода от внешнего воздействия предусмотрены щеки 18, крепящиеся к обойме 5. Собранный механизм свободного хода крепится жестко на валу храповика 26.

Храповой механизм свободного хода веерного типа работает следующим образом. При повороте обоймы 5 относительно дисков храповика 4 по часовой стрелке, либо дисков храповика 4 относительно обоймы 5 против часовой стрелки происходит свободный ход. При этом собачки 6, перемещаясь по поверхности дисков 4, поочередно утапливают зубья, которые принимают первоначальное положение с помощью пружин сжатия 22 после прохождения над ними собачек 6, т. е. зубья как веер, то складываются, то разжимаются. При относительном движении обоймы 5 и дисков храповика 4 в противоположном направлении происходит заклинивание муфты свободного хода. При этом собачки 6, перемещаясь, входят в зацепление с зубьями через пластины 7 и противоударные пружины 8. Происходит смягчение удара и замыкание элементов конструкции - 6, 7, 8 с одной стороны. С другой же стороны собачки 6 перемещают поршни 14 по направляющим 16. При этом поршни 14 сжимают противоударные пружины 15 обоймы 5. В результате происходит смягчение удара и с другой стороны и полное замыкание механизма. Причем за счет двухстороннего демпфирования достигается не только устранение динамических нагрузок, но и плавное замыкание всех элементов, а также участие в работе всех собачек механизма.

Предлагаемый механизм свободного хода по сравнению с известными обладает устранением динамических нагрузок при заклинивании и шума при свободном ходе, равномерным распределением нагрузок, меньшими контактными напряжениями; конструкция менее чувствительна к неточностям изготовления, а также легко доступна в обслуживании и ремонте. Кроме того, в данном механизме устранена проблема всех храповых механизмов свободного хода, связанная с высотой зуба.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в импульсных вариаторах для преобразования движения, а также в других механизмах для соединения валов в тех случаях, когда ведомый вал должен воспринимать крутящий момент определенного знака. Храповой механизм содержит храповик, обойму с установленными в направляющих поршнями, имеющими возможность взаимодействия с упругими противоударными элементами обоймы, а также крепящиеся к обойме щеки. На каждом поршне установлена ось, на которой крепится собачка, имеющая возможность взаимодействия с храповиком и поджимаемая к нему прижимным упругим элементом. Новым является то, что на валу храповика жестко закреплен фланец, к которому крепятся диски храповика с установленными на них подпружиненными зубьями, имеющими возможность утапливания посредством собачек и возврата в исходное положение за счет пружин сжатия, прикрепленных одной стороной к дискам, а другой - к упорным штифтам, облицованным высокомолекулярным материалом. Упорные штифты имеют возможность перемещения по пазам ограничения в дисках. В каждом зубе со стороны рабочей части выполнена полость с буртиками для ограничения движения пластины, установленной в указанной полости с возможностью взаимодействия одной стороной с собачками, при этом с другой стороны пластины предусмотрена выемка для взаимодействия с противоударной пружиной, установленной в цилиндрическом пазу, выполненном в указанной полости, и имеющей возможность ограничивать перемещение пластины. В каждом зубе с криволинейной стороны предусмотрен прямоугольный паз, по ширине больший, чем пластина, для ее установки и замены. Для установки и замены пластин в последних предусмотрены отверстия. Техническим результатом является повышение ресурса долговечности и снижение шума при свободном ходе. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Храповой механизм свободного хода веерного типа, содержащий храповик, обойму с установленными в направляющих поршнями, имеющими возможность взаимодействия с упругими противоударными элементами обоймы, на каждом поршне установлена ось, на которой крепится собачка, имеющая возможность взаимодействия с храповиком и поджимаемая к нему прижимным упругим элементом, а также крепящиеся к обойме щеки, отличающийся тем, что на валу храповика жестко закреплен фланец, к которому крепятся диски храповика с установленными на них подпружиненными зубьями, имеющими возможность утапливания посредством собачек и возврата в исходное положение за счет пружин сжатия, прикрепленных одной стороной к дискам, а другой - к упорным штифтам, облицованным высокомолекулярным материалом, причем упорные штифты имеют возможность перемещения по пазам ограничения в дисках, кроме того, в каждом зубе со стороны рабочей части выполнена полость с буртиками для ограничения движения пластины, установленной в указанной полости с возможностью взаимодействия одной стороной с собачками, при этом с другой стороны пластины предусмотрена выемка для взаимодействия с противоударной пружиной, установленной в цилиндрическом пазу, выполненном в указанной полости, и имеющей возможность ограничивать перемещение пластины, кроме того, в каждом зубе с криволинейной стороны предусмотрен прямоугольный паз, по ширине больший, чем пластина, для ее установки и замены.2. Храповой механизм по п.1, отличающийся тем, что для установки и замены пластин в последних предусмотрены отверстия.