ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ МУФТА Российский патент 2005 года по МПК F16D27/07 H02K49/08 

Изобретение относиться 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 цикловых системах, а также в качестве сцепных (пусковых) устройств.

Известна электромагнитная муфта, выбранная в качестве прототипа (смотри 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 па 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°.

Установлено, что на дисках, имеющих наружные диаметры до 110 мм, целесообразно выполнять волны только на внутреннем кольцевом элементе.

Это приводит к увеличению площади сцепления дисков и к снижению трудоемкости их изготовления.

Задачей изобретения является:

- упрощение конструкции упругих волнистых дисков;

- снижение трудоемкости за счет упрощения конструкции формообразующей оснастки, предназначенной для изготовления упругих волнистых дисков;

- 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 с синусообразной волной в окружном направлении, включающих два концентрично расположенных кольцевых элемента, связанных радиальными перемычками, согласно предлагаемому изобретению волны выполнены только на внутреннем кольцевом элементе каждого из упругих волнистых дисков.

Согласно изобретению волны в радиальном направлении выполнены с одинаковой амплитудой по всей ширине внутреннего кольцевого элемента.

Задача также решается за счет того, что согласно изобретению волны выполнены радиусом R₁=(x₁/2)²+a₁, где

x₁ - шаг волны по окружности среднего диаметра внутреннего кольцевого элемента D₁;

a₁ - высота волны от осевой плоскости диска.

Как видно из выше изложенного в предлагаемом техническом решении волны выполнены только на внутреннем кольцевом элементе каждого из упругих волнистых дисков.

Экспериментальным путем было установлено, что на дисках, имеющих наружные диаметры до 110 мм, целесообразно выполнять волны только на внутреннем кольцевом элементе, что приводит к увеличению площади сцепления дисков и к снижению трудоемкости их изготовления.

При этом выполнение волн в радиальном направлении с одинаковой амплитудой по всей ширине b₁ внутреннего кольцевого элемента увеличивает жесткость и упругость диска.

Кроме того, волны выполнены радиусом R₁, равным (смотри фиг.3):

a₁ - высота волны от осевой плоскости диска (задается конструктивно);

x₁ - шаг волны по окружности среднего диаметра внутреннего кольцевого элемента D₁ (смотри фиг.2, 3);

При этом шаг волны определяется следующим соотношением:

n₁ - количество волн, выполненных на внутреннем кольцевом элементе.

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

Известно, что чем больше наружный диаметр диска D, тем количество волн n₁ должно быть больше, так как чем больше n₁, тем короче волна, то есть меньше ее шаг x₁, а это в свою очередь ведет к увеличению жесткости и упругости диска.

Средний диаметр внутреннего кольцевого элемента D₁ можно выразить следующим образом:

где

d - внутренний диаметр упругого диска;

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

Подставляя в формулу (1) соотношение (2) получаем:

r₁=(πD₁/2n₁)²+а₁

Экспериментальным путем установлено, что выполнение упругих дисков с синусообразными волнами в окружном направлении радиусом R₁ 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, 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 позволило 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 (смотри 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;

- на фиг.3 - развертка диска.

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 (смотри 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 дисками 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), являющегося соединительной деталью механизма, в котором используется муфта.

Упругие волнистые диски 4 включают два концентрично расположенных кольцевых элемента 7 и 8, связанных радиальными перемычками 9 (смотри фиг.2). Кольцевой элемент 7 выполнен с синусообразными волнами 10 в окружном направлении радиусом R₁ и с шагом волны x₁ по окружности среднего диаметра внутреннего кольцевого элемента D₁ (смотри фиг.3).

При этом шаг волны x₁ и радиус R₁ определяются следующими соотношениями:

x₁=πD₁/n₁, где

n₁ - количество волн, выполненных на внутреннем кольцевом элементе;

причем

n₁=3;

а наружный диаметр упругого диска D = 110 мм

R₁=(πD₁/2n₁)²+a₁

где

a₁ - высота волны от осевой плоскости диска (задается конструктивно);

D₁=d+b₁,

где

d - внутренний диаметр упругого диска;

b₁ - ширина внутреннего кольцевого элемента (смотри фиг.2).

Волны 10 в радиальном направлении могут быть выполнены с одинаковой амплитудой по всей ширине b₁ внутреннего кольцевого элемента 7. 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 передача 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 сцепление, 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, кольцевой элемент 7 которых выполнен с синусообразными волнами 10 в окружном направлении радиусом R₁ и с шагом волны x₁.

Опытным путем установлено, что использование, выше описанных, упругих наружных дисков, имеющих наружный диаметр не более 110 мм и выполненных с синусообразными волнами только на внутреннем кольцевом элементе, приводит не только уменьшению времени срабатывания муфты, посредством снижения времени сцепления и расцепления дисков, но и к упрощению конструкции упругих дисков и снижению трудоемкости их изготовления, за счет упрощения конструкции формообразующей оснастки.

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 с синусообразной волной в окружном направлении, включающих два концентрично расположенных кольцевых элемента, связанных радиальными перемычками. Новым является то, что волны выполнены только на внутреннем кольцевом элементе каждого из упругих волнистых дисков. В радиальном направлении волны выполнены с одинаковой амплитудой по всей ширине внутреннего кольцевого элемента. При этом волны выполнены радиусами r₁=(x₁/2)2+a₁, где: x₁ - шаг волны по окружности среднего диаметра внутреннего кольцевого элемента d₁; а₁ - высота волны от осевой плоскости диска. Техническим результатом является упрощение конструкции упругих волнистых дисков, снижение трудоемкости при их изготовлении, а также уменьшение времени срабатывания муфты посредством снижения времени сцепления и расцепления дисков. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электромагнитная муфта, содержащая корпус с катушкой, фрикционный узел, представляющий собой пакет магнитопроводящих плоских и упругих волнистых дисков с синусообразной волной в окружном направлении, включающих два концентрично расположенных кольцевых элемента, связанных радиальными перемычками, отличающаяся тем, что волны выполнены только на внутреннем кольцевом элементе каждого из упругих волнистых дисков.2. Электромагнитная муфта по п.1, отличающаяся тем, что волны в радиальном направлении выполнены с одинаковой амплитудой по всей ширине внутреннего кольцевого элемента.3. Электромагнитная муфта по п.1, отличающаяся тем, что волны выполнены радиусами R₁=(x₁/2)²+а₁, где x₁ - шаг волны по окружности среднего диаметра внутреннего кольцевого элемента D₁; a₁ - высота волны от осевой плоскости диска.