МЕХАНИЗМ СВОБОДНОГО ХОДА Российский патент 2007 года по МПК F16D41/06 F16D41/00 B64C27/12 

Предложение относится к машиностроению, в частности к высокоскоростным роликовым механизмам свободного хода, и может быть использовано в редукторах несущего винта вертолета.

Механизм свободного хода предназначен для передачи крутящего момента в направлении от ведущей детали к ведомой. Особенностью данного механизма является то, что крутящий момент передается только в заданном направлении и до тех пор, пока угловые скорости вращения ведущего и ведомого звеньев остаются одинаковыми. Как только угловая скорость ведомого звена по тем или иным причинам превысит скорость ведущего, механизм свободного хода автоматически разобщает сцепленные части.

Известна роликовая муфта свободного хода, содержащая концентрично расположенные звездочку и обойму, размещенные между ними ролики [1].

Недостатком известного устройства является то, что он не пригоден для использования в высокоскоростных механизмах.

Известен также механизм свободного хода редуктора несущего винта вертолета, содержащий ведущий вал с площадками, ведомый вал в виде обоймы, цилиндрические ролики, расположенные между площадками ведущего вала и внутренней поверхностью обоймы, и прижимное устройство, выполненное в виде подпружиненного сепаратора [2].

Недостатком данного устройства является то, что имеет место увеличенный износ поверхностей контактирующих элементов за счет воздействия неуравновешенных центробежных сил пружин при повышении частоты вращения валов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому решению является механизм свободного хода редуктора несущего винта вертолета [3].

Механизм содержит ведущий вал с площадками, ведомый вал, выполненный в виде обоймы, цилиндрические ролики, расположенные между площадками ведущего вала и внутренней поверхностью обоймы ведомого вала. Механизм также включает прижимное устройство в виде сепаратора, взаимодействующего с пружинами кручения, один конец которых прикреплен к ведущему валу. Прижимное устройство снабжено поводком в виде втулки с наружным круговым ребром и радиальными выступами, размещенными в выполненных на сепараторе радиальных пазах. Поводок установлен через подшипник на ведущем валу. Второй конец пружин кручения закреплен на поводке.

Данное устройство за счет наличия поводка позволяет равномерно распределить усилия по всем роликам и стабилизировать систему сил пружин.

Недостатком известного устройства является то, что за счет воздействия неуравновешенных масс в поле центробежных сил в зоне контакта сепаратора с ведущим валом возможно фреттинг-коррозионное повреждение сопрягаемых поверхностей. Указанный недостаток снижает надежность устройства.

Технический результат заявляемого решения заключается в повышении надежности и долговечности работы механизма путем снижения напряжений на контактирующих поверхностях и деталях механизма за счет создания системы равновесного на них воздействия.

Для достижения указанного технического результата в механизме свободного хода, содержащем концентрично расположенные ведущий вал с площадками, и ведомый вал в виде обоймы, и расположенные между ними цилиндрические ролики, заключенные в сепаратор прижимного устройства, подпружиненный через поводок относительно ведущего вала, согласно предложению сепаратор установлен с зазором относительно опорной поверхности ведущего вала для подачи жидкости через систему равнорасположенных между площадками каналов и выполнен с выемками для его гидравлического уравновешивания истекающей жидкостью в режиме свободного хода.

Согласно предложению сепаратор имеет четыре выемки серповидной формы, а система каналов включает четыре канала, при этом каждый канал выполнен из двух сообщающихся участков, радиального участка и наклонного к нему.

Наличие отличительных признаков, а именно установка сепаратора с зазором относительно опорной поверхности ведущего вала, подача в указанный зазор жидкости через систему равнорасположенных между площадками каналов, выполнение сепаратора с выемками для его гидравлического уравновешивания истекающей жидкостью, выполнение каждого канала из двух сообщающихся участков, радиального участка и наклонного к нему, свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «новизна».

Известен механизм свободного хода, содержащий ведомый вал в виде обоймы, ведущий вал с площадками, цилиндрические ролики, расположенные между площадками ведущего вала и внутренней поверхностью обоймы, и прижимное устройство в виде системы радиальных каналов для подвода масла к площадкам ведущего вала [4].

В данном механизме подача масла к площадкам ведущего вала, в зону контакта их с роликами, позволяет ликвидировать металлический контакт между поверхностями указанных элементов.

Однако конструктивное выполнение механизма не позволяет осуществить одинаковый прижим роликов ко всем площадкам.

Введение в конструкцию такого элемента, как сепаратор с поводком, выполнение сепаратора плавающим, то есть находящимся во взвешенном состоянии относительно других элементов, позволяет уравновесить всю систему воздействия на ролики и исключить фреттинг-коррозионное повреждение контактирующих поверхностей.

Из вышесказанного следует, что технический результат изобретения достигается новой совокупностью существенных признаков, как вновь введенных, так и известных, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности «изобретательский уровень».

Сущность предложения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез Б-Б механизма свободного хода; на фиг.2 показано сечение А-А, выполненное на фиг.1; на фиг.3 изображен вид по стрелке Г.

Следует учесть, что на чертежах для большей ясности представлены только те детали, которые необходимы для понимания существа технического решения, а сопутствующие элементы, хорошо известные специалистам в данной области, на чертежах не представлены.

Механизм свободного хода выполнен в виде роликовой обгонной муфты. Устройство включает ведущий вал 1, опирающийся через подшипник качения 2 на ведомый вал 3, выполненный в виде обоймы.

Ведущий вал 1 снабжен плоскими площадками 4 (шестнадцать штук), причем в каждой из них выполнен радиальный канал 5, предназначенный для подвода жидкости, например масла. Между ведомым валом 3 и площадками 4 ведущего вала 1 установлены цилиндрические ролики 6, размещенные в прижимном устройстве. При этом отверстия радиальных каналов 5 на площадках 4 смещены от линии контакта роликов 6 с площадками 4.

Прижимное устройство включает сепаратор 7, поводок 8 и пружины 9. Сепаратор 7 выполнен с хвостовиком, установлен между концентрично расположенными валами 1 и 3 и имеет гнезда под ролики 6. При этом поводок 8 выполнен в виде конусной втулки, имеющей наружное круговое ребро 10 с радиальными выступами 11, входящими в пазы 12 сепаратора 7. Концы пружин 9 закреплены на ведущем валу 1 и поводке 8. Поводок 8 установлен на шейку ведущего вала 1. На внутренней поверхности хвостовика сепаратора 7 выполнены четыре не сообщающиеся между собой серповидные выемки 13.

Также механизм свободного хода дополнительно снабжен системой каналов 14 для подвода жидкости (масла) в зону контакта хвостовика сепаратора 7 и опорной поверхности ведущего вала 1. Система каналов 14 состоит из четырех каналов, равнорасположенных между площадками 4 ведущего вала 1. Причем каждый из каналов 14 выполнен их двух сообщающихся участков: радиального участка и второго участка, наклонного к радиальному под углом для обеспечения подачи потока жидкости непосредственно в зону серповидных выемок 13.

Устройство работает следующим образом.

При вращении ведущего вала 1 относительно ведомого вала 3 в направлении заклинивания (по стрелке В на фиг.1) происходит соединение валов 1 и 3 из-за заклинивания роликов 6 при повороте сепаратора 7 под действием крутящего момента пружин 9. При этом заклинивание роликов 6, а именно их втягивание в клиновидное пространство между площадками 4 ведущего вала 1 и обоймой ведомого вала 3, происходит за счет возникающих сил трения.

Одновременно с увеличением шага оборотов ведущего вала 1 усилие вытекающей жидкости из отверстий радиальных каналов 5 на площадках 4 под действием насоса и центробежных сил стабилизирует ролики 6. Центробежная сила, возникающая при вращении ведущего вала 1 и воздействующая на пружину 9, воспринимается поводком 8, равномерно распределяющим усилия по роликам 6 через сепаратор 7. При этом между поверхностями образуется масляный клин, одновременно происходит гидродинамическое поджатие роликов 6 и таким образом достигается равномерность подготовки всех роликов 6 к заклиниванию.

Одновременно жидкость по дополнительной системе каналов 14 подается в зону контакта сепаратора 7 и опорной поверхности ведущего вала 1. Жидкость попадает в серповидные выемки 13 и удерживается там центробежными силами, за счет чего сепаратор 7 находится во взвешенном «плавающем» состоянии и обеспечивает стабильность всей системы в режиме свободного хода, способствуя тем самым равномерному заклиниванию роликов 6 при соединении валов 1 и 3.

При обгоне ведомым валом 3 ведущего вала 1 происходит расклинивание роликов 6 и разъединение валов 1 и 3.

Таким образом, заявляемое предложение позволяет при подготовке механизма к заклиниванию использовать не только поджатие пружин, как в известных устройствах, но и сбалансировать всю систему: и в прижимном узле и в телах заклинивания за счет обеспечения возможности равномерного давления жидкости.

Устройство было разработано и изготовлено на заводе имени В.Я.Климова и успешно использовано на предприятии заказчика.

Из вышесказанного следует, что изготовление данного устройства промышленным способом не вызывает затруднений, предполагает использование освоенных материалов и стандартного оборудования, что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «промышленная применимость».

Предлагаемая конструкция обеспечивает высокую работоспособность и надежность механизма.

Источники информации

1. Авторское свидетельство SU №1812361, F16D 41/06, 1993.

2. Вертолетный редуктор РВ-3М, техническое описание, М., Воениздат, 1975, стр.17, фиг.14.

3. Авторское свидетельство SU №870795, F16D 41/06, В64С 27/12, 1981.

4. Авторское свидетельство SU №283740, F16D 41/07, 1969.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к высокоскоростным роликовым механизмам свободного хода, и может быть использовано в редукторах несущего винта вертолета. Механизм свободного хода содержит концентрично расположенные ведущий вал с площадками, и ведомый вал в виде обоймы, и расположенные между ними цилиндрические ролики, заключенные в сепаратор прижимного устройства, подпружиненный через поводок относительно ведущего вала. Сепаратор установлен с зазором относительно опорной поверхности ведущего вала для подачи жидкости через систему равнорасположенных между площадками каналов и выполнен с выемками для гидравлического уравновешивания сепаратора истекающей жидкостью в режиме свободного хода. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение надежности и долговечности работы механизма. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Механизм свободного хода, содержащий концентрично расположенные ведущий вал с площадками и ведомый вал в виде обоймы, и расположенные между ними цилиндрические ролики, заключенные в сепаратор прижимного устройства, подпружиненный через поводок относительно ведущего вала, отличающийся тем, что сепаратор установлен с зазором относительно опорной поверхности ведущего вала для подачи жидкости через систему равнорасположенных между площадками каналов и выполнен с выемками для гидравлического уравновешивания сепаратора истекающей жидкостью в режиме свободного хода.2. Механизм свободного хода по п.1, отличающийся тем, что сепаратор имеет, по меньшей мере, четыре выемки.3. Механизм свободного хода по п.1, отличающийся тем, что выемки имеют серповидную форму.4. Механизм свободного хода по п.1, отличающийся тем, что система каналов включает, по меньшей мере, четыре канала.5. Механизм свободного хода по п.1 или 4, отличающийся тем, что каждый канал выполнен их двух сообщающихся участков, радиального участка и наклонного к нему.