ЗУБЧАТАЯ ОБГОННАЯ МУФТА Российский патент 2009 года по МПК F16D41/08 F16H3/44 F16H31/00 

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, муфта предназначена для соединения валов, передающих в одном направлении большие моменты при высокой частоте включения и незначительных потерях энергии, например, в нефрикционных высокомоментных вариаторах.

Известны фрикционные обгонные муфты, в которых момент передается силами трения между ведущей и ведомой полумуфтами через заклинивающиеся тела [1]. Известна также фрикционная обгонная муфта, в конструкции которой используется зубчатая связь между заклинивающимися телами и ведущей полумуфтой [2]. В таких муфтах контактные нагрузки между деталями фрикционных пар превосходят полезные касательные силы более чем в 10 раз, что является препятствием к использованию таких типов муфт при высокой частоте включения и передаче больших моментов, например, в нефрикционных высокомоментных вариаторах [3].

Примем за прототип наиболее близкую по технической сущности и достигаемому результату зубчатую обгонную муфту [4, фиг.3, 4]. Она содержит зубчатую планетарную передачу, водило которой снабженно пружинами и упорами и является ведомой полумуфтой, сателлиты сцеплены с установленным на ведущей полумуфте центральным колесом, а на каждом сателлите с возможностью вращения между упорами жестко закреплена пара дисков, на каждом из которых выполнена соосная сателлиту подпружиненная к двум упорам коническая поверхность.

Признаки известной муфты (прототипа), совпадающие с заявляемой зубчатой обгонной муфтой, следующие. Она содержит зубчатую планетарную передачу, водило которой снабжено пружинами и упорами и является ведомой полумуфтой, сателлиты сцеплены с установленным на ведущей полумуфте центральным колесом, а на каждом сателлите с возможностью вращения между упорами закреплена в тангенциальном направлении пара дисков, на каждом из которых выполнена соосная сателлиту подпружиненная к двум упорам коническая поверхность.

В известной муфте при передаче вращения сателлиты фиксируются силами трения, возникающими только на конических поверхностях, что требует увеличения радиусов действия сил трения, а это ведет к росту габаритов муфты.

Цель предлагаемого изобретения - повышение эксплуатационных характеристик и уменьшение габаритов муфты за счет увеличения числа фрикционных поверхностей.

Предлагаемая зубчатая обгонная муфта имеет следующие существенные признаки. Она содержит зубчатую планетарную передачу, водило которой снабженно пружинами и упорами и является ведомой полумуфтой, сателлиты сцеплены с установленным на ведущей полумуфте центральным колесом, а на каждом сателлите с возможностью вращения между упорами закреплена фиксированно в тангенциальном направлении и с возможностью осевого перемещения пара дисков, на каждом из которых выполнены соосными сателлиту подпружиненная к двум упорам коническая поверхность, а также контактирующий с водилом и центральным колесом кольцевой поясок.

Отличительными от прототипа признаками изобретения являются следующие. Предлагаемая зубчатая обгонная муфта снабжена выполненным на каждом диске кольцевым пояском, при этом диски установлены подвижно в осевом напрвлении с возможностью контакта кольцевого пояска с водилом и центральным колесом.

На фиг.1 и 2 представлен вариант конструкции зубчатой обгонной муфты при передаче вращения, на фиг.3 - диск, а на фиг.4 - сателлит с дисками при передаче муфтой вращения.

Зубчатая обгонная муфта (фиг.1, 2) содержит зубчатую планетарную передачу, в которой центральное колесо 1 является ведущей, а водило 2 - ведомой полумуфтами с тремя сателлитами, 3, 4 - оси сателлитов. На зубьях каждого сателлита установлены фиксированно в тангенциальном направлении и подвижно в осевом пара дисков 5 с коническими поверхностями 6 и кольцевыми поясками 7, соосными сателлиту. Ведомая полумуфта 2 смонтирована из двух фланцев 8, 9 и центровой шайбы 10, скрепленных тремя шпильками 11. Центровая шайба 10 служит опорой вращения центрального колеса 1 (ведущая полумуфта). На фланцах выполнены для каждого диска 5 два упора: 12 - в виде резьбового штифта и 13 - диаметрально противоположный полюсу зацепления Е в виде сферического выступа. К_а и К_б - точки контакта с конической поверхностью 6 диска. Кольцевой поясок 7 контактирует с центральным колесом 1 и водилом 2 в точках G_a и G_б. Оси сателлитов 4 подпружинены к упорам 12 и 13 установленными на фланцах пружинами 14.

Параметры муфты: С - число сателлитов, R_В - радиус водила, R_Ц и R_C - радиусы центроид соответственно центрального колеса и сателлита; R_К - радиус точек контакта К конической поверхности 6 диска с упорами, a R_g - радиус точек контакта G кольцевого пояска 7 с центральным колесом и водилом, β - углы положения точек контакта К_а упоров 12, θ - угол конусной поверхности, Р - сила пружины.

Муфта работает следующим образом. На фиг.2 показана схема муфты при передаче вращения момента М от ведущей полумуфты 1 ведомой 2 по часовой стрелке (ω - угловая скорость), при этом сателлит с дисками (фиг.4) нагружен в полюсе зацепления Е силами

F_t=М:(CR_Ц), F_n=F_ttgα_З,

где F_t и F_n - тангенциальная и нормальная силы в зацеплении (α_З - угол зацепления). Силы в зацеплении вызывают следующие нагрузки: N_а, N_б - нормальные силы от упоров и N_ga=N_acosθ, N_gб=N_бcosθ - нормальные силы на контактном пояске, возникающие вследствие перемещения дисков в осевом направлении от осевых проекций сил N_a и N_б, fN_a, fN_б - касательные силы трения от упоров (f - коэффициент трения), M_g - момент от сил трения на кольцевом пояске.

Полюс зацепления Е (контакт центроид зубчатой пары 1 и 2) является мгновенным центром вращения сателлита относительно центрального колеса. Нормальные силы N_а поворачивают сателлит по часовой стрелке, т.е. в направлении передачи вращения, а силы трения fN_a, fN_б и момент M_g противодействуют этому повороту. Передача вращения полумуфтами с угловой скоростью ω (по часовой стрелки на фиг.2) происходит при превышении момента от сил трения моменту, поворачивающему сателлит относительно центрального колеса, в этом случае сателлит неподвижен относительно центрального колеса, оно через сателлит нагружает водило моментом М и поворачивает в тангенциальном направлении центры сателлитов А вместе с водилом по часовой стрелке. Условие передачи вращения

,

условие незаклинивания диска между упорами

где f_C - коэффициент трения скольжения. Условие незаклинивания обеспечивает высокое КПД муфты.

Вращение ведущей полумуфты 1 против часовой стрелки не передается ведомой полумуфте (водилу). Это объясняется тем, что центральное колесо приводит к свободному относительно водила вращению сателлита в том же направлении, при этом противодействующие вращению нагрузки незначительны из-за относительно малого значения силы Р и сил инерции, следовательно, момент обгона близок к нулю даже в начальной стадии обгона при выполнении условия незаклинивания.

Использование в конструкции муфты дополнительных фрикционных поверхностей, т.е. контактных поясков, повышает эффективность муфты, при этом не усложняется конструкция, а габариты уменьшаются.

Упоры в виде резьбовых штифтов позволяют обеспечить оптимальные зазоры контактирующих деталей при монтаже муфты.

Ведущей полумуфтой может быть как водило, так и зубчатое колесо.

Авторы-заявители располагают зубчатыми обгонными муфтами предлагаемой конструкции.

Источники информации:

1. А.Ф.Крайнев. Механика машин. Фундаментальный словарь - 2-е изд. М. Машиностроение. - 2001 (стр.800-801).

2. Патент США, № 2024486, C1. 145-45.1, 1935 г.

3. Патент РФ № 2242654 С2, F16H 29/08. Высокомоментный вариатор. / Автор: Б.В.Пылаев. - Приор.: 20.01.2003.

4. Заявка на патент РФ № 2005123326/11(026288) от 22.07.05

Изобретение относится к машиностроению, в частности к обгонным муфтам. Муфта содержит зубчатую планетарную передачу, в которой центральное колесо является ведущей полумуфтой, а водило - ведомой полумуфтой с тремя сателлитами. Сателлиты сцеплены с установленным на ведущей полумуфте центральным колесом. На зубьях каждого сателлита установлены фиксированно в тангенциальном направлении и подвижно в осевом пара дисков с коническими поверхностями и кольцевыми поясками, соосными сателлиту. Причем кольцевой поясок контактирует с центральным колесом и водилом. Ведомая полумуфта смонтирована из двух фланцев и центровой шайбы, скрепленных тремя шпильками. На фланцах выполнены для каждого диска два упора. Оси сателлитов подпружинены к упорам установленными на фланцах пружинами. Решение направлено на повышение эффективности муфты, а также уменьшение ее габаритов. 4 ил.

Зубчатая обгонная муфта, содержащая зубчатую планетарную передачу, водило которой снабжено пружинами и упорами и является ведомой полумуфтой, сателлиты сцеплены с установленным на ведущей полумуфте центральным колесом, а на каждом сателлите с возможностью вращения между упорами закреплена в тангенциальном направлении пара дисков, на каждом из которых выполнена соосная сателлиту подпружиненная к двум упорам коническая поверхность, отличающаяся тем, что снабжена выполненным на каждом диске кольцевым пояском, при этом диски установлены подвижно в осевом направлении с возможностью контакта кольцевого пояска с водилом и центральным колесом.