РОЛИКОВАЯ МУФТА СВОБОДНОГО ХОДА Российский патент 2004 года по МПК F16D41/07 

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в импульсных передачах, приводах стартеров и других устройствах.

Известна роликовая обгонная муфта (см. авт. свид. 324421 СССР, БИ 2, 1972), содержащая обойму, внутренняя поверхность которой выполнена по криволинейной образующей, звездочку с плоской рабочей поверхностью в зоне контакта, цилиндрические ролики, поджатые в клиновом пространстве между обоймой и звездочкой прижимным устройством.

Но в данной муфте в период рабочего хода осуществляется точечный контакт обоймы с роликом и линейный контакт звездочки с роликом на всей его длине. Такое исполнение муфты приводит к интенсивному износу обоймы с образованием питтинга и неравномерному распределению давления в зоне контакта ролика со звездочкой, обусловленного концентрацией нагрузки на концах образующих ролика согласно принципу Сен-Венана (см. Тимошенко С.П. Теория упругости. М.: Наука, 1975). Оба этих фактора снижают долговечность работы муфты.

Известна также роликовая муфта свободного хода (см., например, авт. свид. SU 1812361 А1, БИ 16, 1993), принятая нами за прототип, содержащая концентрично расположенные звездочку и обойму и размещенные между ними подпружиненные ролики, на цилиндрической поверхности которых выполнены винтовые канавки, при этом геометрические параметры канавок определены из условия отношения фактической площади касания ролика к контурной площади касания в пределах 0,5...0,8, число канавок не менее двух, а нормальная ширина каждой канавки составляет 0,05...0,1 длины ролика.

Однако в этой муфте при достижении положительного эффекта, выраженного в обеспечении режима граничного трения в зоне контакта роликов и звездочки, повышении надежности и стабильности заклинивания без пробуксовки, сохраняется кромочный эффект концентрации нагрузки на концах ролика при контактировании со звездочкой, что приводит к неравномерности распределения удельного давления по длине ролика. Неравномерность удельного давления по контактной линии вдоль образующей ролика приводит к неравномерному износу роликов, звездочки и обоймы, снижению долговечности и несущей способности муфты.

Цель предлагаемого изобретения - повышение несущей способности и долговечности роликовой муфты свободного хода.

Поставленная цель достигается тем, что предложенная роликовая муфта свободного хода содержит концентрично расположенные звездочку и обойму и размещенные между ними подпружиненные ролики с винтовыми канавками, причем на концах роликов выполнено фланкирование образующих цилиндра в виде кривой, соответствующей закону распределения нагрузки по длине контактной линии при вдавливании жесткого ролика в упругое тело, опорная длина которого больше длины ролика.

Сравнительный анализ с прототипом показал, что предложенный роликовый механизм свободного хода отличается тем, что в предложенной роликовой муфте свободного хода на концах роликов выполнено фланкирование образующих цилиндра по кривой, соответствующей закону распределения нагрузки по длине контактной линии при вдавливании жесткого ролика в упругое тело, опорная длина которого больше длины ролика.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом (а, б, в). Роликовая муфта свободного хода содержит концентрично расположенные звездочку 1 и обойму 2, между которыми в клиновом пространстве расположены ролики 3, поджатые усилием пружин F_пр. На чертеже, а показано распределение нагрузки q_(z) и упругой деформации U_(z) тела звездочки по длине контактной линии l_р с прямыми краями.

На чертеже, б обозначено: N_p - расчетное усилие на ролик, 2с - расчетная ширина полоски касания ролика и звездочки, определяемая по формуле Герца для случая начального линейного касания двух цилиндров бесконечной длины где q=N_p/l_p - средняя нагрузка по длине ролика l_p, R₁ и R₂ - радиусы кривизны ролика и звездочки в зоне контакта, Е - модуль упругости 1-го рода). По настоящее время нет точного решения задачи о законе распределения удельной нагрузки q_(z) вдоль площадки контакта l_p. Из имеющихся приближенных решений наиболее простым и относительно точным является решение, предложенное Е. Н. Пустынцевым (Пустынцев Е.Н. Распределение нагрузки и деформации в контакте упругих тел с первоначальным линейным касанием. /Проектирование механических трансмиссий. - Ярославль, 1996. - С. 23-30), основанное на результатах решения задачи Буссинеску о действии нормальной силы на упругое полупространство (Тимошенко С.П. Теория упругости. М.: Наука, 1975).

При этом, как показано на чертеже, в, зная коэффициент концентрации нагрузки K_q= q_(z)max/q_ср и длину участка 1-2, на котором q_(z)>q_ср, можно определить параметры фланкирования образующих ролика Δl и Δr, кривую AD, заменив (аппроксимировав) ее дугой окружности радиуса R_ср (центр кривизны O₁ находим пересечением оси ролика с перпендикуляром, проведенным к середине хорды AD).

Поскольку максимальные значения удельной нагрузки q_(z)max и упругие деформации U_(z)max будут по краям ролика (точка 2), то

где

В формулах (1), (2) и (3) приняты обозначения: U_ж, U_(z)2 - осадка или перемещение упругого полупространства при вдавливании абсолютно жесткого цилиндрического ролика соответственно на участке 0-1 и точке 2; k - суммарный коэффициент контактной податливости в зоне контакта, причем соответственно k₁ - для ролика и k₂ - для звездочки.

Если μ₁ = μ₂ и Е₁=Е₂, то

где μ₁ и μ₂ - коэффициенты Пуассона материала ролика и звездочки; k_λ= l_р/c; n=100...150.

Для реального проектирования геометрии фланкирования образующих роликов принимаем следующие рекомендации:
Δr≥U_(z)2, но не менее допуска на конусность ролика;
Δl=с•n=(100...150) с.

Такие значения Δr и Δl согласуются с выбором геометрии cкруглений кромок втулок для прессовых посадок и бомпирований обойм роликовых подшипников (см. Пономарев С. Д. и Бидерман В.Л. Расчеты на прочность в машиностроении. М.: Машгиз. Т.2. 1958).

Муфта работает следующим образом.

При повороте обоймы 2 против часовой стрелки ролики 3 перекатываются в клиновое пространство, смазка выдавливается в канавки, в итоге ролики заклиниваются, и происходит рабочий ход. Холостой ход муфты будет при вращении обоймы по часовой стрелке.

За счет фланкирования кромок образующих роликов происходит выравнивание упругой деформации звездочки в зоне контакта и равномерное распределение удельного давления по площадке контакта.

Совокупность действия этих факторов повышаeт несущую способность муфты и долговечность ее работы.

Изобретение относится к области машиностроения, предназначено для бесступенчатого регулирования скорости и может быть использовано в импульсных передачах, приводах стартеров двигателей внутреннего сгорания и аналогичных устройствах. Муфта содержит концентрично расположенные звездочку и обойму и размещенные между ними подпружиненные ролики с винтовыми канавками. Новым является то, что на концах роликов выполнено фланкирование образующих цилиндра в виде кривой, соответствующей закону распределения нагрузки по длине контактной линии при вдавливании жесткого ролика в упругое тело, опорная длина которого больше длины ролика. Техническим результатом является повышение несущей способности муфты и ее долговечности. 1 ил.

Роликовая муфта свободного хода, содержащая концентрично расположенные звездочку и обойму и размещенные между ними подпружиненные ролики с винтовыми канавками, отличающаяся тем, что на концах роликов выполнено фланкирование образующих цилиндра в виде кривой, соответствующей закону распределения нагрузки по длине контактной линии при вдавливании жесткого ролика в упругое тело, опорная длина которого больше длины ролика.