ФРИКЦИОННАЯ МУФТА Российский патент 2007 года по МПК F16D13/75 F16D7/02 F16D13/64 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в устройствах точной механики для передачи заданного вращающего момента, а также является средством защиты механических трансмиссий от моментов вращения, превышающих допустимую величину.

Известна фрикционная муфта (см. а.с. SU 1108268 А по классу F16D 13/75, F16D 7/02), содержащая установленные на валу корпус, нажимной и опорный диски, пакет ведущих и ведомых фрикционных дисков, размещенный между корпусом и нажимным диском, пружины, установленные между нажимным и опорным дисками, дополнительный диск, дополнительные пружины, установленные между дополнительным и нажимным дисками, и узел регулировки усилия дополнительных пружин, при этом узел регулировки усилия дополнительных пружин выполнен в виде закрепленного на валу одним концом биметаллического элемента и корректирующего кулачка, кинематически связанного со свободным концом биметаллического элемента и установленного на валу с возможностью поворота, при этом дополнительный диск установлен на валу подвижно в осевом направлении и связан с рабочим профилем корректирующего кулачка.

В известной муфте устройство автоматической температурной стабилизации величины передаваемого момента за счет корректирования нажимного усилия, действующего на фрикционные диски с помощью термобиметаллического элемента, воздействующего на кулачок, кинематически связанный с пружинами, воздействующими на диск, представляет собой сложный узел, дополнительно нагруженный потерями на трение в оси вращения корректирующего кулачка и на его торцевых поверхностях при передаче осевого усилия.

Целью настоящего изобретения является упрощение конструкции, а именно механической части узла "автоматической температурной стабилизации величины передаваемого момента" за счет подбора материалов деталей муфты, уменьшение габаритов, веса и производственных затрат на ее изготовление.

Указанная цель достигается тем, что в предложенной фрикционной муфте, содержащей корпус, приводной вал, набор подпружиненных фрикционных элементов, поочередно связанных с корпусом и приводным валом с возможностью осевого перемещения, пружины, установленные между нажимным и опорным дисками, элементы регулировки усилия пружин, материалы составляющих элементов конструкции муфты подобраны так, что в силовой замкнутой цепи деталей, замыкающим звеном которой являются пружины, часть элементов, например, фрикционный набор, имеет больший коэффициент температурного расширения по сравнению с остальными деталями силовой цепи, и суммарное изменение геометрических размеров при изменении температуры конструкции, дополнительно сжимает пружины, например, при нагреве, или частично отпускает их, например, при охлаждении, компенсируя температурные изменения коэффициента трения.

При этом должно быть достигнуто пропорциональное изменение нажимного усилия пружин, соизмеримого с изменением коэффициента трения за счет подбора суммарной толщины пакета дисков с большим коэффициентом температурного расширения.

Для усиления эффекта компенсации, когда увеличения количества дисков нежелательно, в цепь передачи усилия пружин к набору фрикционных элементов может быть помещена вставка из термочувствительного материала, размеры которой подбираются в соответствии с характеристикой пружин.

На фиг.1 изображена фрикционная муфта, разрез; на фиг.2 - фрикционная муфта с вставкой из термочувствительного материала, разрез.

Муфта состоит из корпуса 1 с внутренними шлицами и внешним зубчатым венцом для передачи момента вращения, набора фрикционных элементов: ведомые 2 - снабжены внешними зубчатыми венцами для связи с внутренними шлицами корпуса 1 и ведущие 3-е внутренним зубчатым венцом для связи со шлицами приводного вала 4. Пружины 5, расположенные между опорным 6 и нажимным 7 дисками, обеспечивают поджатие фрикционных элементов через посредство толкателей 8. Регулировка усилия пружин осуществляется гайкой 9. Вставка из термочувствительного материала 10 при необходимости может быть размещена, например, в специальном кармане, выполненном в опоре 11.

Муфта работает следующим образом: момент вращения передается от приводного вала 4 через шлицы ведущим фрикционным элементам 3 с помощью трения между ведущими 3 и ведомыми 2 фрикционными элементами, далее через шлицы - на корпус 1.

При превышении момента фрикционные элементы проворачиваются относительно друг друга, предохраняя трансмиссию и другие механизмы, связанные с муфтой.

Трение фрикционных элементов (ведущих 3 и ведомых 2) муфты, передающих момент вращения, должно быть строго регламентировано подбором материалов трущихся пар и регулировкой пружин 5, так как муфта не выключается, а работает постоянно как элемент трансмиссии, но проскальзывает только при превышении допустимого момента вращения.

В большинстве пар трения статическое трение значительно отличается от динамического, что исключает точность ограничения передаваемого момента за счет проскальзывания полумуфт относительно друг друга.

Такой парой трения, в которой отсутствует "провал" передаваемого момента вращения при "страгивании", т.е. в начале проскальзывания полумуфт, обусловленный разницей статического и динамического трения, является, например, фторопласт-4 - сталь. Величина трения фторопласта-4 мала и его увеличение достигается увеличением количества пар трения, а коэффициент линейного расширения фторопласта-4 на порядок больше коэффициента линейного расширения стали.

Такое сочетание коэффициентов линейного расширения, уменьшающего геометрические размеры, и коэффициента трения, увеличивающего трение для фторопласта-4, при снижении температуры конструкции, позволяют обеспечить сравнительно точное ограничение момента вращения с помощью автоматического уменьшения поджатия пружин 5 при изменении температуры конструкции.

При понижении температуры коэффициент трения между ведущими 3 и ведомыми 2 фрикционными элементами, в нашем примере, увеличивается, но весь набор фрикционных элементов уменьшается больше, чем уменьшается приводной вал 4, на котором располагается опорный диск 6, являющийся упором для пружин 5, и толкатели 8 с нажимным диском 7, с одной стороны, и опорный диск 12 и стягивающая гайка 13, с другой стороны. Установочная высота пружин увеличивается, уменьшая давление на фрикционные элементы, в результате момент вращения остается постоянным.

Таким образом, уменьшение размеров металлической части конструкции при охлаждении меньше уменьшения фторопластов ого набора фрикционных элементов муфты, где большое количество фторопластовых фрикционных элементов составляет значительную суммарную длину в силовой цепи пружин, существенно влияющую на геометрические размеры поджатых пружин. В результате линейный размер места установки пружин, как разница длин металлической и фторопластовой частей, при охлаждении увеличивается, а их усилие уменьшается, компенсируя увеличение коэффициента трения фторопласта при охлаждении.

При повышении температуры изменения идут в противоположном направлении.

На фиг.2 показан вариант конструкции фрикционной муфты со вставкой 10 из материала с большим коэффициентом линейного расширения, которая работает аналогично, однако эта вставка позволяет более точно и более полно обеспечить эффект компенсации величины отклонений предельного момента вращения с изменением температуры.

Таким образом, в предложенной конструкции стало возможным без введения дополнительных устройств использовать для автоматической температурной стабилизации величины передаваемого момента вращения взаимное влияние элементов конструкции с различными коэффициентами температурного расширения, где толщина фрикционного (полимерного) набора составляет достаточную величину, температурные изменения которой непосредственно влияют на усилие пружин.

Это свойство усилено введением нового элемент, а именно - компенсационной вставкой, позволяющей точнее использовать изменения геометрии составных элементов конструкции для пропорционального и соизмеримого влияния изменения усилия пружин на изменение трения при изменении температуры.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в устройствах точной механики для передачи заданного вращающего момента, а также является средством защиты механической трансмиссии от моментов вращения, превышающих допустимую величину. Указанное устройство состоит из корпуса, приводного вала, набора подпружиненных фрикционных элементов, поочередно связанных с корпусом и приводным валом с возможностью осевого перемещения, пружин и элементов регулировки их усилия. Материалы составляющих элементов конструкции муфты подобраны так, что в силовой замкнутой цепи деталей, замыкающим звеном которой являются пружины, часть элементов, например фрикционный набор, имеет больший коэффициент температурного расширения по сравнению с остальными деталями силовой цепи, и суммарное изменение геометрических размеров при изменении температуры конструкции дополнительно сжимает пружины, например, при нагреве, или частично отпускает их, например, при охлаждении, компенсируя температурные изменения коэффициента трения. Технический результат заключается в упрощении конструкции, а именно механической части узла "автоматической температурной стабилизации величины передаваемого момента" за счет подбора материалов деталей муфты, уменьшении габаритов, веса и производственных затрат на ее изготовление. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Фрикционная муфта, содержащая корпус, приводной вал, набор подпружиненных фрикционных элементов, поочередно связанных с корпусом и приводным валом с возможностью осевого перемещения, пружины, установленные между нажимным и опорным дисками, элементы регулировки усилия пружин, отличающаяся тем, что материалы составляющих элементов конструкции муфты подобраны так, что в силовой замкнутой цепи деталей, замыкающим звеном которой являются пружины, часть элементов, например фрикционный набор, имеет больший коэффициент температурного расширения по сравнению с остальными деталями силовой цепи и суммарное изменение геометрических размеров при изменении температуры конструкции дополнительно сжимает пружины, например, при нагреве или частично отпускает их, например, при охлаждении, компенсируя температурные изменения коэффициента трения.2. Фрикционная муфта по п.1, отличающаяся тем, что в цепь передачи усилия пружин к набору фрикционных элементов помещена вставка из термочувствительного материала.