ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ МУФТА Российский патент 2004 года по МПК F16D27/07 H02K49/08 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для дистанционного и автоматического управления приводами металлорежущих станков и других машин, преимущественно в автоматических коробках скоростей, коробках подач, механизмах подач и вспомогательных перемещений, в качестве тормозов в позитивных и циклововых системах, а также в качестве сцепных (пусковых) устройств.

Известна электромагнитная муфта, выбранная в качестве прототипа (см. авторское свидетельство СССР №708085, класс F 16 D 27/07, дата подачи заявки: 10.07.1974 г., дата публикации: 05.01.1980, бюллетень №1, заявитель: Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков).

Известное техническое решение содержит корпус с катушкой, фрикционный узел, представляющий собой пакет магнитопроводящих плоских и упругих волнистых дисков, включающих два концентрично расположенных кольцевых элемента, связанных радиальными перемычками, каждый из которых выполнен с синусообразной волной в окружном направлении. При этом радиальные перемычки скручены относительно радиальной оси и изогнуты относительно нормали к их радиальной оси так, что вершины волн наружного и внутреннего колец смещены относительно друг друга на 180° .

Известно, что радиальные перемычки упругого диска играют роль дополнительного упругого элемента (наряду с концентрично расположенными кольцевыми элементами, выполненными с синусообразной волной) с конечной величиной силы упругости при полностью деформированном (плоском) состоянии диска. Это дает более пологую жесткостную характеристику, то есть увеличивает потенциальную энергию сжатого диска, позволяя применять меньшую высоту волны. При этом выполнение перемычек, скрученных относительно радиальной оси, приводит к увеличению времени включения и отключения муфт вследствие того, что для обеспечения более полного прилегания плоскостей дисков скрученная поверхность перемычек должна как бы полностью “раскрутиться”, а для обеспечения быстрого и четкого расцепления дисков скрученная поверхность перемычек должна как бы полностью “скрутиться”.

В известном техническом решении количество волн, выполненных на внутреннем и наружном кольцевых элементах, равно, так как вершины волн наружного и внутреннего колец смещены относительно друг друга на 180° .

Это приводит к уменьшению жесткости упругих дисков больших диаметров и, как следствие, к увеличению времени срабатывания муфты.

Так как чем больше диаметр диска, тем больше должно быть количество волн. При этом чем больше количество волн, тем короче волна, а чем короче волна, тем жестче диск.

Задачей изобретения является уменьшение времени срабатывания муфты посредством снижения времени сцепления и расцепления дисков.

Для решения указанной задачи в электромагнитной муфте, содержащей корпус с катушкой, фрикционный узел, представляющий собой пакет магнитопроводящих плоских и упругих волнистых дисков, включающих два концентрично расположенных кольцевых элемента, связанных радиальными перемычками, каждый из которых выполнен с синусообразной волной в окружном направлении, согласно предлагаемому изобретению количество волн, выполненных на внутреннем и наружном кольцевых элементах, равно n₁ и n₂, соответственно, причем n₁≠_{n2, при этом волны выполнены соответственно радиусами R1=(x1/2)²+a1 и R2=(х2/2)²+а2, где x1 и x2 - шаг волны по окружности средних диаметров кольцевых элементов D1 и D2;}

a₁ и а₂ - высота волны от осевой плоскости диска.

Согласно изобретению волны в радиальном направлении выполнены с одинаковой амплитудой по всей ширине кольцевых элементов.

Как видно из вышеизложенного, в предлагаемом техническом решении количество волн, выполненных на внутреннем и наружном кольцевых элементах, равно n₁ и n₂ соответственно, причем n₁≠_n2.

Установлено, что чем больше наружный диаметр диска D, тем количество волн n₁ и n₂ должно быть больше, так как чем больше n₁ и n₂, тем короче волна, то есть меньше ее шаг, а это, в свою очередь, ведет к увеличению жесткости и упругости диска.

Поэтому количество волн n₁ и n₂ (2, 3, 4, 5, 6 и т.д.) задается в зависимости от наружного диаметра упругого диска D.

При этом шаг волны определяется следующим соотношением:

где n₁ и n₂ - количество волн, выполненных на внутреннем и наружном кольцевых элементах;

x₁ и x₂ - шаг волны по окружности средних диаметров кольцевых элементов D₁ и D₂ (см. фиг. 2, 3);

где d - внутренний диаметр упругого диска;

b₁ - ширина внутреннего кольцевого элемента (см. фиг. 2);

где D - наружный диаметр упругого диска;

b₂ - ширина наружного кольцевого элемента.

Таким образом, при вариации количества волн n₁ и n₂ меняется и шаг волны x₁ и x₂.

Экспериментальным путем установлено, что при соблюдении условия, когда количество волн, выполненных на наружном кольцевом элементе n₂, не равно количеству волн, выполненных на внутреннем кольцевом элементе n₁, достигается оптимальная жесткость и упругость диска.

При этом установлено, что выполнение волны в радиальном направлении с одинаковой амплитудой по всей ширине кольцевых элементов также увеличивает жесткость диска.

Кроме того, волны выполнены радиусами R₁ и R₂, равными (см. фиг. 3):

где а₁ и а₂ - высота волны от осевой плоскости диска (задается конструктивно).

Подставляя в формулы (5) и (6) соотношения (1) и (2) получаем

R₁=(π D₁/2n₁)²+a₁,

R₂=(π D₂/2n₂)²+a₂.

Установлено, что выполнение упругих дисков с синусообразными волнами в окружном направлении радиусами R₁ и R₂ позволяет получить радиальные перемычки, не скрученные относительно радиальной оси, а только изогнутые относительно нормали к их радиальной оси, вследствие чего уменьшается время сцепления и расцепления дисков посредством того, что изгибающие поверхности, по сравнению со скрученными поверхностями, имеют меньший ход сцепления и расцепления.

Кроме того, выполнение упругих дисков с синусообразными волнами в окружном направлении радиусами R₁ и R₂ позволяет получить более пологую жесткостную характеристику диска, вследствие чего уменьшается ход расцепления пакета дисков, то есть увеличивается четкость срабатывания муфты посредством уменьшения времени ее отключения.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет сократить время расцепления (t_0,1) в 1,2-1,5 раз по сравнению с действующими нормативами, что, в свою очередь, обеспечивает точность остановки обрабатывающего инструмента в заданном положении.

Заявляемое техническое решение имеет отличия от прототипа (см. авторское свидетельство СССР №708085, класс F 16 D 27/07, дата подачи заявки: 10.07.1974 г., дата публикации: 05.01.1980, бюллетень №1, заявитель: Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков), следовательно, соответствует критерию "новизна", не следует явным образом из изученного уровня техники, то есть имеет изобретательский уровень.

Заявляемое техническое решение может быть получено и использовано в промышленности, следовательно, соответствует критерию "промышленная применимость".

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где

на фиг. 1 схематически изображен продольный разрез по оси муфты;

на фиг. 2 - один из вариантов упругого наружного диска с радиальными перемычками;

Пример конкретного выполнения.

Заявляемая электромагнитная муфта содержит корпус 1, катушку 2, фрикционный узел, представляющий собой пакет магнитопроводящих плоских дисков 3 и упругих волнистых дисков 4, якорь 5, втулку 6 (см. фиг. 1).

На втулке 6, имеющей шлицевое или шпоночное отверстие, посредством которого муфта устанавливается на ведущем или ведомом элементе механизма кинематической цепи, установлен неподвижно корпус 1 с катушкой 2 и свободно скользящий вдоль оси якорь 5. Между корпусом 1 и якорем 5 расположен фрикционный узел, в котором плоские диски 3 расположены между упругими волнистыми лисками 4. Плоские (внутренние) диски 3 установлены на втулке 6. Упругие волнистые (наружные) диски 4 входят своими пазами в выступы ведомого или ведущего поводка (не показано), являющего соединительной деталью механизма, в котором используется муфта.

Упругие волнистые диски 4 включают два концентрично расположенных кольцевых элемента 7 и 8, связанных радиальными перемычками 9 (см. фиг. 2). Кольцевые элементы 7 и 8 выполнены с синусообразными волнами 10 и 11 в окружном направлении радиусами r₁ и R₂ и с шагом волны x₁ и х₂ по окружности средних диаметров кольцевых элементов D₁ и D₂ (см. фиг. 3).

При этом шаг волны x₁ и x₂ и радиусы R₁ и R₂ определяются следующими соотношениями:

x₁=π D₁/n₁,

x₂=π D₂/n₂,

где n₁ и n₂ - количество волн, выполненных на внутреннем и наружном кольцевых элементах;

причем

n₁=3;

n₂=4;

R₁=(π D₁/2n₁)²+а₁,

R₂=(π D₂/2n₂)²+a₂,

где

а₁ и а₂ - высота волны от осевой плоскости диска (задается конструктивно):

D₁=d+b₁,

где d - внутренний диаметр упругого диска;

b₁ - ширина внутреннего кольцевого элемента (см. фиг. 2);

D₂=D-b₂,

где

D - наружный диаметр упругого диска;

причем

D=135 мм

b₂ - ширина наружного кольцевого элемента.

Волны 10 и 11 в радиальном направлении могут быть выполнены с одинаковой амплитудой по всей ширине b₁ и b₂ кольцевых элементов 7 и 8.

Муфта работает следующим образом.

В отключенном положении наружные диски 4 и внутренние диски 3, соединенные ведущим и ведомым элементами механизма кинематической цепи, вращаются относительно друг друга, при этом передачи вращения от одного элемента на другой не происходит.

При включении муфты ток проходит по катушке 2 в корпусе 1, создавая магнитный поток, который замыкается на якоре 5 и притягивает его к корпусу 1.

Пакет фрикционных дисков, находящихся между корпусом 1 и якорем 5, сжимается, причем между сжатыми дисками возникает фрикционное, посредством чего передается вращение с ведущего элемента кинематической цепи на ведомый.

При отключении муфты с падением магнитного потока падает усилие притяжения якоря 5. В момент, когда усилие притяжения якоря 5 становится меньше постоянно действующего усилия отталкивания, создаваемого упругими дисками 4, пакет дисков расцепляется, и передача вращения с ведущего элемента кинематической цепи на ведомый прекращается.

Сцепление и расцепление фрикционного пакета при срабатывании муфты обеспечивается упругими наружными дисками 4, кольцевые элементы 7, 8 которых выполнены с синусообразными волнами 10 и 11 в окружном направлении, радиусами R₁ и R₂ и с шагом волны х₁ и х₂.

Опытным путем установлено, что при использовании вышеописанных упругих наружных дисков 4 уменьшается время их сцепления и расцепления.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет уменьшить время срабатывания муфты посредством снижения времени сцепления и расцепления дисков.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для дистанционного и автоматического управления приводами металлорежущих станков и других машин, преимущественно в автоматических коробках скоростей, коробках передач, механизмах подач и вспомогательных перемещений, в качестве тормозов в позитивных и цикловых системах, а также в качестве сцепных или пусковых устройств. Электромагнитная муфта содержит корпус с катушкой, фрикционный узел, представляющий собой пакет магнитопроводящих плоских и упругих волнистых дисков, включающих два концентрично расположенных кольцевых элемента, связанных радиальными перемычками, каждый из которых выполнен с синусообразной волной в окружном направлении. Новым является то, что количество волн, выполненных на внутреннем и наружном кольцевых элементах, равно n₁ и n₂ соответственно, причем n₁ ≠ n₂. Волны выполнены соответственно радиусами R₁=(x₁/2)²+а₁ и R₂=(х₂/2)²+а₂, где x₁ и x₂ - шаг волны по окружности средних диаметров кольцевых элементов D₁ и D₂; а₁ и а₂ - высота волны от осевой плоскости диска. Волны в радиальном направлении выполнены с одинаковой амплитудой по всей ширине кольцевых элементов. Техническим результатом является уменьшение времени срабатывания муфты посредством снижения времени сцепления и расцепления дисков. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электромагнитная муфта, содержащая корпус с катушкой, фрикционный узел, представляющий собой пакет магнитопроводящих плоских и упругих волнистых дисков, включающих два концентрично расположенных кольцевых элемента, связанных радиальными перемычками, каждый из которых выполнен с синусообразной волной в окружном направлении, отличающаяся тем, что количество волн, выполненных на внутреннем и наружном кольцевых элементах, равно n₁ и n₂ соответственно, причем n₁≠_{n2, при этом волны выполнены соответственно с радиусами}

R₁=(x₁/2)²+а₁,

R₂=(х₂/2)²+а₂,

где x₁ и x₂ - шаг волны по окружности средних диаметров кольцевых элементов D₁ и D₂;

а₁ и а₂ - высота волны от осевой плоскости диска.