ЗУБЧАТАЯ МУФТА С ОТКЛЮЧЕНИЕМ ПРИВОДА Российский патент 2004 года по МПК F16D11/00 

Настоящее изобретение относится к области машиностроения, а именно к приводам, в которых применяется зубчатая муфта для передачи крутящего момента валами, оси которых несоосны и имеют перекос до 1,5... 2-х градусов и где требуется ручное включение (выключение) привода с целью поворота или перемещения конструкций, частей агрегатов, машин или иных грузов, а также когда требуется надежность и длительная работа без ремонта и обслуживания.

Известен ГОСТ 5006-83 на зубчатые муфты, которые не оборудованы устройством для отключения привода и не могут быть использованы для решения задачи, поставленной в предлагаемом изобретении.

Известны механизмы включения и отключения в муфтах (патенты Англии кл. F 16 D 23/06 №2015089 от 21.02.1979 г., №2101240 от 1.07.1981г., №2323642 от 30.09.1998 г.), в которых применяются сложные синхронизирующие механизмы (подвергаемые износу), которые выравнивают скорости вращающихся элементов муфт для обеспечения их соединения (включения) с помощью специальных приводов. При этом используются зубья со скосами на соединяемых элементах. Эти муфты не решают поставленную в пределах изобретения задачу, не обеспечивают включение при статическом положении и когда вершины зубьев на подводимых друг к другу элементах будут совпадать, так как из-за ошибок окружных шагов (даже в пределах допуска) будет хотя бы одна пара стыкуемых зубьев, которая по отношению к другим парам будет стремиться поворачивать элементы в противоположном направлении. Наличие большого количества стыкуемых зубьев мешает при отсутствии вращения выполнить стыковку. К тому же применение таких сложных, недолговечных, требующих обслуживания и ремонта (с заменой изнашиваемых узлов) устройств к зубчатой муфте, которая должна обеспечивать компенсацию перекоса валов при передаче значительных по величине крутящих моментов, усложняет конструкцию, увеличивает габариты, удорожает стоимость, снижает надежность и долговечность.

Известна муфта сцепления (патент РФ №2091621, заявка №94041230/28 от 14.11.1994, кл F 16 D 11/00), содержащая фланцевую полумуфту с гнездами под пальцы для ориентации при включении и под другие пальцы для передачи крутящего момента и полумуфту (ступица и корпус), корпус которой связан со ступицей ходовой резьбой.

Муфта снабжена приводом для перемещения корпуса относительно ступицы (направляющие штоки, сквозные осевые каналы, пружины, бурты ступицы, кольцевые подпятники...). Это устройство неприменимо в зубчатой муфте из-за сложности конструкции, больших габаритов и невозможности передавать большие крутящие моменты цилиндрическими пальцами с обеспечением компенсации перекоса соединяемой муфтой валов, из-за увеличения усилия включения (выключения) муфты (требующего дополнительного привода), вызванного наличием ходовой резьбы и больших заходных фасок.

Известна муфта сцепления (патент РФ №1800167, заявка №4911815/27 от 15.02.1991, кл. F 16 D 23/00), содержащая подвижную по шлицам (за счет привода) полумуфту, связанную через упругий толкатель с кольцом, контактирующим конической поверхностью с неподвижной шестерней. Упругий толкатель размещен в канавке зубьев подвижной полумуфты и при перемещении полумуфты перемещает кольцо, которое за счет контакта конической поверхности поворачивает шестерню и обеспечивает соединение зубьев полумуфты с зубьями втулки, связанной шлицами с шестерней. Включение муфты производится многими деталями, в том числе работающими на трение. Необходим механизированный привод или ручной с большим передаточным отношением для преодоления усилий на вращение ряда деталей и неподвижной шестерни, соединенной с поворачиваемой (перемещаемой) массой груза. На кольце и на подвижной полумуфте выполнены зубья с заходными фасками на взаимообращенных друг к другу сторонах, которые при статическом положении не обеспечивают включение, когда вершины зубьев, подводимые друг к другу будут совпадать, так как из-за ошибок окружных шагов (даже в пределах допуска) будет хотя бы одна пара стыкуемых зубьев, которая по отношению к другим парам будет стремиться поворачивать элементы в противоположном направлении. Для зубчатой муфты в предлагаемом изобретении, рассчитанной на значительные нагрузки, такая выключаемая муфта значительно усложнит конструкцию, снизит надежность и уменьшит срок службы. К тому же потребуется две муфты - одна зубчатая для компенсации перекоса валов, вторая - включаемая (отключаемая).

Известно устройство - муфта для включения и выключения переднего колеса от привода автомобиля (А.С. №94036339/28, F 16 D 11/00), которая содержит корпус с внутренними шлицами, подвижную (ведомую) и неподвижную (ведущую поворотную) шлицевые втулки, пружину сжатия, переключатель..., а также механизм осевого перемещения подвижной втулки, состоящий из ведущей втулки с канавкой на ее цилиндрической поверхности в виде верхнего и нижнего горизонтальных участков и винтовой линии, и ведомой втулки, на наружной поверхности которой выполнены шлицы, а на внутренней - углубления под шарики, шарики и устройство синхронизации с пружиной растяжения. За счет поворота (приводом) ведущей втулки и перемещения шариков в канавках перемещается ведомая втулка в осевом направлении и под действием пружины растяжения втулка (с наружными и внутренними шлицами) перемещается в осевом направлении по наружным шлицам и ее внутренние шлицы (фактически зубья) выходят из зацепления со шлицами (зубьями) втулки, разъединяя корпус и, следовательно, отсоединяя колесо от привода. При повороте переключателя в противоположном направлении соединение шлицов (зубьев) производится усилием другой пружины - сжатия. Это устройство по отношению к заявленному является наиболее близким по технической сущности, а именно для выполнения функций разъединения и выключения привода, и поэтому принято за прототип к предлагаемому изобретению по п.1 (см. формулу изобретения).

К недостаткам прототипа следует отнести сложность конструкции (наличие шлицевых втулок с шариковыми механизмами, пружин сжатия и растяжения, переключателя), невысокую надежность (износ в устройстве синхронизации), необходимость поворота корпуса (с нагрузкой от груза) при расцеплении шлицев (зубьев), что требует применить привод к переключателю.

Настоящее изобретение устраняет эти недостатки за счет того, что колесо, свободно установленное на валу, снабжено двумя зубчатыми венцами, втулка с внутренними зубьями контактирует с зубчатым колесом, жестко соединенным с валом, и с одним из венцов зубчатого колеса, свободно установленного на валу, а зубчатая каретка установлена с возможностью соединения с другим венцом зубчатого колеса, свободно установленного на валу, при этом на торце двухвенцового зубчатого колеса выполнены зубья как продолжения имеющихся зубьев, а на торце передвигаемой зубчатой каретки выполнен одиночный зуб как продолжение одного из имеющихся ответных зубьев, при этом зубья на торце снабжены скосами, контактирующими со скосами одиночного зуба при включении зубчатой муфты. Указанная совокупность признаков обеспечивает ручное включение муфты без дополнительного привода, уменьшает износ при контакте и обеспечивает длительную работу без обслуживания и ремонта.

Известно устройство для смазки выдвижного шпинделя горизонтально-расточного станка (А.С. №1048234, заявка №3478597/25-08 от 16.03.1982, кл. F 16 N 1/00, В 23 Q 11/12), которое содержит сквозные винтовые каналы, по которым масло при вращении шпинделя попадает на поверхности трения и эти каналы направлены к переднему концу выдвижного шпинделя и против его вращения. Это устройство по отношению к заявляемому является наиболее близким по технической сущности и поэтому принято ближайшим аналогом по п.2 (см. формулу изобретения).

Недостатком аналога является необеспечение смазкой трущихся поверхностей вращающего вала при изменении направления вращения на противоположное. Предлагаемое изобретение устраняет этот недостаток за счет того, что на поверхности контакта двухвенцового зубчатого колеса с валом выполнены винтовые каналы противоположного направления, вступающие во взаимодействие для прохода смазки с радиальными каналами на упорных шайбах, контактирующих с торцами двухвенцового зубчатого колеса при разных направлениях вращения вала.

Изложенная сущность изобретения приведена на чертежах. На фиг.1 изображена зубчатая муфта в продольном разрезе во включенном состоянии, на фиг.2 - то же, в выключенном состоянии. На фиг.3 показаны винтовые каналы 8 и 9 на поверхности контакта двухвенцового зубчатого колеса с валом (штрихпунктирной линией показаны условно каналы, не попавшие в разрез). На фиг.4 показаны радиальные каналы на шайбах 15 и 16. На фиг.5 показано несовпадение зубьев у прототипа и аналогов. На фиг.6 - включение муфты в предлагаемом изобретении.

На ведущем валу 1 установлено на шпонке 2 зубчатое колесо 3 (с наружными зубьями), которое зафиксировано установочным винтом 4, застопоренным пружинным кольцом 5. Второе зубчатое колесо (с наружными зубьями) - двухвенцовое 6 - установлено на ведомом валу 7 с возможностью свободно вращаться. На внутренней поверхности двухвенцового зубчатого колеса 6 изготовлены винтовые каналы 8 и 9 взаимно противоположного направления для прохода масла на поверхность контакта 10. В осевом направлении двухвенцовое колесо зафиксировано болтом 11, шайбой 12, предохраняющей от ее вращения штифтом 13. Болт 11 законтрен отгибной шайбой с усиком. Между шайбой 12 и торцом ведомого вала 7 установлено регулировочное кольцо 14. Упорные шайбы 15 и 16 слева и справа от двухвенцового зубчатого колеса имеют радиальные каналы 17 и 18 для прохода масла. Кольцевые полости 19 и 20 являются накопителями масла. Зубья колеса 3 и зубья одного венца зубчатого колеса 6 соединяются зубчатой втулкой 21 (с внутренними зубьями), которая зафиксирована винтом 22 (законтренного отгибной шайбой с усиком) с возможностью наклона и покачивания в пределах, установленных для зубчатых муфт, с целью компенсации перекоса валов 1 и 7. На шлицах 23 вала 7 установлена зубчатая каретка 24 (с внутренними зубьями), которая может перемещаться в осевом направлении при повороте оси 25 с рычагом 26. Левое, фиг.1, крайнее положение каретки 24 соответствует включенному положению муфты, правое, фиг.2, - выключенному положению. Зубья 27 на торце двухвенцового колеса 6 как продолжение имеющихся наружных зубьев имеют скосы 28. На торце каретки имеется одиночный зуб 29 как продолжение одного из внутренних зубьев, так же со скосами 30, которые контактируют со скосами двух любых зубьев 27 и тем самым обеспечивают включение муфты при повороте оси 25 с рычагом 26. На чертеже не показано, но одиночный зуб со скосами как продолжение одного из имеющихся зубьев может быть расположен на торце не каретки, а на торце двухвенцового колеса и контактировать своими скосами со скосами любых двух зубьев, размещенных на торце каретки. Именно наличие только одного зуба не создает препятствий для включения. На фиг.5 показано включение муфты при наличии не одного, а всех зубьев со скосами. Из-за ошибок (в пределах допуска) на окружные шаги t может получиться при соприкосновении вершин зубьев, когда, например, один зуб будет попадать в падину за счет противоположного смещения по окружности по отношению к другим зубьям. Это потребует проворота вала для создания благоприятного условия для включения муфты. В других аналогах этот дефект ликвидируется за счет различных устройств и синхронизаторов. В предлагаемом изобретении - только применением одного зуба. Муфта изолирована от наружной среды корпусом, состоящим из основания 31 и крышки 32. С торцов закреплены крышки 33 с уплотнениями. Основание устанавливается на опору фланцами 34 и крепится болтами. Технологические (разъемные) приспособления 35 служат для монтажа корпуса и после его закрепления снимаются. Крышка 37 закрывает люк, через который контролируют зацепление и заливают масло, сапун 37 предназначен для сообщения внутреннего объема с атмосферой и для выравнивания давления.

Работа муфты. При перемещении каретки 24 в левое положение одиночный зуб 29 входит в одну из впадин между двумя любыми зубьями 27, обеспечивая беспрепятственное соединение зубьев каретки с зубьями двухвенцового колеса. После включения привода масло, за счет разбрызгивания погруженными в него вращающимися частями муфты, попадая на упорные шайбы 15 и 16, проникает в радиальные каналы 17 и 18, а по ним через кольцевые полости 19 и 20 в винтовые каналы 8 и 9. При этом в зависимости от направления вращения вала 7 масло будет перемещаться по каналам 8 или 9. После выключения муфты (каретка перемещается вправо), при вращающемся ведущем вале 1 или если ведомый вал 7 вращается, независимо от вала 1 за счет резервного (дублирующего) привода, на поверхность контакта 10 будет поступать масло.

Изобретение используется в машиностроении для соединения валов привода с компенсацией перекоса осей валов до двух градусов, для отключения привода и повторного его включения ручным способом в статическом положении. Муфта состоит из корпуса, внутри которого расположены ведущее и ведомое зубчатые колеса, соединенные зубчатой втулкой. Ведущее колесо соединено с валом шпонкой, ведомое колесо имеет два зубчатых венца и свободно прокручивается на ведомом валу при отключенной муфте. С первым венцом ведомого колеса соединяется зубчатая втулка, а со вторым - зубчатая каретка при включенной муфте. При выключении муфты каретка поворотом рычага отводится по шлицам ведомого вала от второго зубчатого венца и рычаг фиксируется. Соединение зубьев при включении муфты производится за счет того, что на торце двухвенцового зубчатого колеса и на торце передвигаемой зубчатой каретки выполнены зубья как продолжение имеющихся зубьев и одиночный зуб. Одиночный зуб является также продолжением одного из имеющихся зубьев. Зубья на торце снабжены скосами, контактирующими со скосами одиночного зуба. Для смазки при разных направлениях вращения на поверхности контакта двухвенцового зубчатого колеса с валом выполнены винтовые каналы противоположного направления. Технический результат - ручное включение и выключение привода, обеспечение надежности и длительной работы без ремонта и обслуживания. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Зубчатая муфта с отключением привода, содержащая зубчатые колеса, первое из которых жестко соединено с валом, а второе свободно установлено на другом валу, втулку с внутренними зубьями, контактирующую с зубчатыми колесами, а также зубчатую каретку, размещенную на валу с возможностью перемещения по нему для соединения с венцом зубчатого колеса, свободно установленного на валу, отличающаяся тем, что колесо, свободно установленное на валу, снабжено двумя зубчатыми венцами, втулка с внутренними зубьями контактирует с зубчатым колесом, жестко соединенным с валом, и с одним из венцов зубчатого колеса, свободно установленного на валу, а зубчатая каретка установлена с возможностью соединения с другим венцом зубчатого колеса, свободно установленного на валу, при этом на торце двухвенцового колеса выполнены зубья как продолжение имеющихся зубьев, а на торце передвигаемой зубчатой каретки выполнен зуб как продолжение одного из имеющихся ответных зубьев, при этом зубья на торце снабжены скосами, контактирующими со скосами одиночного зуба при включении зубчатой муфты.2. Зубчатая муфта по п.1, отличающаяся тем, что на поверхности контакта двухвенцового колеса с валом выполнены винтовые каналы противоположного направления, вступающие во взаимодействие для прохода смазки через кольцевые полости с радиальными каналами на упорных шайбах, контактирующих с торцами двухвенцового колеса при разных направлениях вращения вала.