СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО В СБОРЕ С ЖИДКОСТНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ Российский патент 2014 года по МПК F16D25/12 F16D65/14 F16D65/853 F16D65/78 

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к новому и улучшенному соединительному устройству в сборе, которое может быть муфтой и/или тормозом.

Соединительное устройство, используемое в качестве тормоза, описано в патенте США №4,262,789. Это соединительное устройство в сборе использует поток охлаждающей среды (вода) для охлаждения медных износостойких пластин, которые контактируют с ротором для замедления относительного вращения ротора и корпуса. Другие соединительные устройства в сборе описываются в патентах США №№3530965 и 5577581.

Во время использования этих соединительных устройств в сборе вырабатывается тепло после переключения соединительного устройства в сборе из выключенного состояния во включенное состояние. Было предложено воздействовать на элементы соединительного устройства в сборе потоком охлаждающей среды (вода) для передачи тепла от элементов соединительного устройства в сборе к охлаждающей среде. Несмотря на то что элементы этих соединительных устройств в сборе подвергаются воздействию потока охлаждающей среды, существует тенденция к накоплению тепла в элементах соединительных устройств в сборе. При очень жестких условиях эксплуатации имеется тенденция к накоплению излишнего тепла в местах перегрева на элементах соединительного устройства в сборе.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение предлагает новое и улучшенное соединительное устройство в сборе с жидкостным охлаждением, имеющее улучшенный поток охлаждающей среды для ускорения передачи тепла от элементов соединительного устройства в сборе. Конвективной передаче тепла от элементов соединительного устройства в сборе к потоку охлаждающей среды может способствовать создание вторичного турбулентного потока охлаждающей среды за счет углублений на поверхности медной износостойкой пластины для повышения коэффициента теплопередачи.

Соединительное устройство в сборе может включать в себя поворотный диск, который, по меньшей мере, частично, помещен в корпус в сборе. Корпус в сборе может иметь пластинчатый элемент с передающей усилие поверхностью, который может контактировать с зоной боковой поверхности на поворотном диске для замедления относительного вращения диска и корпуса. Корпус может также иметь канал для охлаждающей среды, который, по меньшей мере, частично образован стороной пластинчатого элемента, противоположной поверхности, передающей усилие.

Для улучшения передачи тепла и сведения к минимуму случаев образования горячих пятен множество углублений, расположенных во внутренней поверхности пластинчатого участка, создают вторичный турбулентный поток в канале для охлаждающей среды. Дополнительная турбулентность в потоке охлаждающей среды может инициироваться за счет наличия ребер, выступающих в канал для охлаждающей среды.

Впускное отверстие для впуска среды в канал для охлаждающей среды может иметь участок с относительно большой площадью сечения, сообщающийся с радиальным наружным участком канала для охлаждающей среды. Впускное отверстие может иметь участок с относительно небольшой площадью сечения, сообщающийся с радиальным внутренним участком канала для охлаждающей среды.

Соединительное устройство, спроектированное по настоящему изобретению, имеет много различных характеристик, которые преимущественно могут использоваться совместно, как указано в описании. Однако эти характеристики могут быть использованы отдельно или совместно с другими характеристиками. Например, впускное отверстие для охлаждающей среды различных размеров для радиального внутреннего и радиального наружного участков канала для охлаждающей среды может быть использовано с выступами в канал для охлаждающей среды. В качестве другого примера выступы могут включать в себя или могут не включать в себя ребра.

Несмотря на то что описанное здесь соединительное устройство в сборе используется в качестве тормоза, следует понимать, что соединительное устройство в сборе может использоваться в качестве муфты. Также предусматривается, что соединительное устройство в сборе может быть комбинацией муфты и тормоза в сборе.

Краткое описание чертежей

Вышеуказанные и другие характеристики изобретения станут более понятыми при рассмотрении следующего описания со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

Фиг.1 - вид спереди на соединительное устройство в сборе, выполненное по настоящему изобретению;

Фиг.2 - увеличенный вид в разрезе по плоскости 2-2 по Фиг.1, дополнительно показывающий конструкцию соединительного устройства в сборе;

Фиг.3 - изображение по плоскости 3-3 по Фиг.2, показывающее взаимосвязь износостойкой пластины с другим элементом корпуса соединительного устройства в сборе;

Фиг.4 - вид в разрезе по плоскости 4-4 по Фиг.3, показывающий взаимосвязь впускного отверстия для охлаждающей среды и выпускного отверстия для охлаждающей среды с элементом корпуса соединительного устройства в сборе из Фиг.1 и 2;

Фиг.5 - вид сверху, показывающий конструкцию нижней поверхности износостойкого пластинчатого элемента по варианту выполнения настоящего изобретения;

Фиг.6 - увеличенное фрагментарное изображение износостойкого пластинчатого элемента;

Фиг.7 - увеличенный фрагментарный вид в разрезе, показывающий конструкцию выступов по варианту выполнения; и

Фиг.8 - увеличенный фрагментарный вид внутренней боковой поверхности износостойкой пластины.

Подробное описание

Соединительное устройство 10 в сборе (Фиг.1 и 2) используется для передачи усилия между поворотным ведущим элементом 12 и неподвижным элементом 14 (Фиг.2). В показанном варианте выполнения изобретения соединительное устройство 10 в сборе используется в качестве тормоза, и для противодействия вращению ведущего элемента усилие через соединительное устройство 10 в сборе передается от неподвижного элемента 14 к ведущему элементу 12. Если соединительное устройство 10 в сборе используется в качестве муфты, элемент 14 может поворачиваться под действием усилия, передаваемого от ведущего элемента 12 через соединительное устройство 10 в сборе к элементу 14. Должно быть понятно, что соединительное устройство 10 может быть комбинацией тормоза и муфты в сборе.

Соединительное устройство 10 в сборе (Фиг.2) включает в себя поворотный кольцевой диск 18, к которому присоединен ведущий элемент 12. В показанном варианте выполнения изобретения ведущий элемент 12 представляет собой шестерню, соединенную с поворотным ведущим валом (не показан). Кольцевая группа зубьев на периферии зубчатого колеса 12 находится в зацеплении с соответствующими зубьями, образованными по радиусу во внутреннем участке 20 диска 18. С противоположных сторон диска 18 в осевом направлении смонтированы кольцевые фрикционные накладки 24 и 26, имеющие общую ось с диском и ведущим элементом 12.

Диск 18, по меньшей мере частично, расположен в корпус 32 в сборе. Корпус 32 в сборе неподвижно соединен с элементом 14. Как упомянуто выше, в случае, когда соединительное устройство 10 в сборе используется в качестве тормоза, элемент 14 является неподвижным. Однако если соединительное устройство 10 в сборе используется в качестве муфты, корпус 32 в сборе и элемент 14 могут быть подвижными.

Корпус 32 в сборе включает в себя крышку или цилиндр 38, подвижную нажимную плиту 40 (Фиг.2-4) и опорный фланец или неподвижную нажимную плиту 42 (Фиг.2). В кольцевой камере 48, образованной в крышке или цилиндре 38, смонтирован кольцевой поршень 46 (Фиг.2). Крышка или цилиндр 38 и опорный фланец 42 неподвижно соединены между собой, поэтому они не могут перемещаться в осевом направлении или вращаться относительно друг друга. Однако нажимная плита 40 может перемещаться вдоль продолжающихся в осевом направлении опорных стоек 52 под действием усилия, передаваемого от поршня 46 к нажимной плите 40.

В случае, когда в камере 48 создается давление с помощью соответствующей среды, например, с помощью воздуха, поршень 46 жестко прижимает нажимную плиту 40 к фрикционной накладке 24, расположенной с левой (как показано на Фиг.2) стороны диска 18. Это усилие заставляет диск 18 перемещаться в осевом направлении по зубьям ведущего элемента 12, чтобы прижать правую (как показано на Фиг.2) фрикционную накладку 26 к опорному фланцу или нажимной плите 42. Поскольку опорный фланец или нажимная плита 42 неподвижно соединен с неподвижным элементом 14, это приводит к тому, что диск 18 жестко зажимается между нажимной плитой 40 и опорным фланцем 42 с целью замедления вращения диска относительно корпуса 32 в сборе.

Кольцевая подвижная нажимная плита 40 включает в себя основание 56 (Фиг.3 и 4) и пластинчатый элемент 60. Кольцевой пластинчатый элемент 60 неподвижно соединен с кольцевым основанием 56 и имеет с ним общую ось. Пластинчатый элемент 60 объединен с основанием 56 для образования кольцевого канала 64 для охлаждающей среды.

Кольцевой канал 64 для охлаждающей среды имеет впускное отверстие 68 (Фиг.2, 3 и 4), образованное в основании 56 нажимной плиты 40. Поток среды через впускное отверстие 68 проходит по впускному каналу 70 (Фиг.4) в основание 56. Впускной канал 70 сообщается с каналом 64 для охлаждающей среды (Фиг.2 и 3). В показанном варианте выполнения изобретения охлаждающей средой, проходящей по каналу 64 для охлаждающей среды, является вода. Однако, при необходимости, может быть использована другая охлаждающая среда.

Среда проходит из кольцевого канала 64 для охлаждающей среды к выпускному отверстию 74 (Фиг.4), сообщающемуся с каналом 64 для охлаждающей среды через выпускной канал 76 (Фиг.2 и 4). Среда протекает из канала 64 для охлаждающей среды через выпускной канал 76 и выпускное отверстие 74. Выпускной канал 76 расположен диаметрально противоположно впускному каналу 70.

Если соединительное устройство 10 в сборе находится в отключенном состоянии (Фиг.2), ведущий элемент 12 и диск 18 вращаются ведущим валом (не показан), который соединен с ведущим элементом. В это время фрикционная накладка 24 расположена на расстоянии от пластинчатого элемента 60 нажимной плиты 40. Аналогично фрикционная накладка 26 расположена на расстоянии от неподвижного опорного фланца или нажимной плиты 42.

Если соединительное устройство 10 в сборе переключается из выключенного состояния во включенное состояние, поршень 64 (Фиг.2) перемещает нажимную плиту 40 в осевом направлении к поворотному диску 18. Это приводит к скользящему контакту износостойкого пластинчатого элемента 60 нажимной плиты 40 с фрикционной накладкой 24 на поворотном диске 18. Контакт износостойкого пластинчатого элемента 60 нажимной плиты 40 с фрикционной накладкой 24 приводит к образованию тепла при скольжении фрикционной накладки по поверхности износостойкого пластинчатого элемента. Это тепло передается через износостойкий пластинчатый элемент 60 к охлаждающей среде в канале 64 для охлаждающей среды.

Несмотря на то что износостойкий пластинчатый элемент 60 может быть выполнен из множества различных материалов, в показанном варианте выполнения изобретения износостойкий пластинчатый элемент 60 выполнен из меди или медного сплава. Медный материал износостойкого пластинчатого элемента 60 эффективно проводит тепло к охлаждающей среде в кольцевом канале 64 для охлаждающей среды. Тепло, передаваемое охлаждающей среде в канале 64 для охлаждающей среды, отводится из соединительного устройства 10 в сборе потоком охлаждающей среды через выпускное отверстие 74. Это препятствует чрезмерному нагреву износостойкого пластинчатого элемента 60 и других элементов соединительного устройства 10 в сборе.

Износостойкий пластинчатый элемент 60 включает в себя, по существу, плоскую наружную сторону 60а с износостойкой поверхностью, как показано на Фиг.3 и 4, и кольцевую нижнюю внутреннюю поверхность 60, как показано на Фиг.5. Нижняя или внутренняя поверхность 60b включает в себя множество расположенных в ней углублений 61. Углубления 61 могут быть расположены таким образом, чтобы они занимали всю нижнюю поверхность 60b для создания вторичного турбулентного потока с целью улучшения теплопередачи по варианту выполнения, или могут быть расположены согласно конфигурации в различных местах.

Углубления 61 могут быть лунками, образованными с помощью формования, прессования, штамповки, резки или механической обработки в нижней поверхности и могут иметь любую форму. По варианту выполнения углубления 61 являются лунками полукруглой формы или вогнутой формы, образующими углубления полусферической формы. Лунки по варианту выполнения имеют соотношение глубины (d) и диаметра (D) в диапазоне примерно от 0,06 до примерно 0,25 для лунок, имеющих полусферическую форму, как наиболее наглядно показано на Фиг.7 и 8. Соотношение шага (р) лунок 61 и высоты (Н) канала 64 для охлаждающей среды составляет примерно от 2,5 до, примерно, 4,5. Высота (Н) канала 64 для охлаждающей среды до диаметра (D) лунки 61 составляет примерно от 0,2 до примерно 1. Другие варианты выполнения могут включать в себя другие формы, в том числе квадратную, прямоугольную треугольную или многоугольную форму.

Канал 64 для охлаждающей среды с учетом использования углублений 61 предназначен для ускорения передачи тепла от износостойкого пластинчатого элемента 60 потоку охлаждающей среды в канале для охлаждающей среды. Передача тепла среде в канале 64 для охлаждающей среды ускоряется с помощью углублений 61, создающих турбулентный поток и вторичный поток для повышения коэффициента теплопередачи. По другому варианту выполнения улучшенная передача тепла обеспечивается за счет большего потока охлаждающей среды в радиальном наружном участке канала 64 для охлаждающей среды, чем в радиальном внутреннем участке канала для охлаждающей среды.

Еще один вариант выполнения способствует улучшенной передаче тепла за счет уменьшения глубины канала 64 для охлаждающей среды, и передача тепла улучшается благодаря выбору зон увеличенного потока турбулентности, создаваемого углублениями 61. Турбулентность увеличенного потока способствует смешиванию охлаждающей среды, перемещающейся вдоль внутренней стороны пластинчатого элемента 60, с охлаждающей средой, перемещающейся вдоль внутренней стороны основания 56 нажимной плиты 40. Несмотря на уменьшенную площадь сечения канала 64 для охлаждающей среды, объемный расход потока охлаждающей среды через канал для окружающей среды не является уменьшенным. Разумеется, что это ведет к увеличению скорости, при которой среда протекает через канал 64 для охлаждающей среды.

Канал 64 для охлаждающей среды имеет кольцевую конфигурацию, которая соответствует кольцевой конфигурации пластинчатого элемента 60 нажимной плиты 40. Охлаждающая среда протекает в противоположных направлениях, т.е. по часовой стрелке и против часовой стрелки, от впускного отверстия 68 (Фиг.2, 3 и 4) к впускному отверстию 74 (Фиг.2 и 4). Поток охлаждающей среды делится на поток среды в одном направлении и поток среды в противоположном направлении сразу же после того, как охлаждающая среда перетекает из впускного канала 70 (Фиг.4) в канал 64 для охлаждающей среды.

Канал 64 для охлаждающей среды делится на кольцевую радиальную наружную секцию 82 канала для охлаждающей среды (Фиг.6) и кольцевую радиальную внутреннюю секцию 84 канала для охлаждающей среды с помощью выступающей в осевом направлении кольцевой секции со стенкой или ребра 86. Для получения дополнительной опоры может быть предусмотрено дополнительное ребро 86. Как вариант, ребро 86 может быть более широким, для обеспечения дополнительной опоры. Радиальные наружная и внутренняя секции 82 и 84 канала имеют одинаковый радиальный размер. Таким образом, расстояние от радиальной наружной стороны 90 (Фиг.6) кольцевой секции со стенкой или ребра 86 до кольцевой радиальной обращенной внутрь стороны 92 радиальной наружной секции 82 канала является таким же, как расстояние от кольцевой радиальной внутренней стороны 94 секции со стенкой или ребра 86 до кольцевой радиальной обращенной наружу стороны 96 канала 64 для охлаждающей среды.

Кольцевая секция со стенкой или ребро 86 взаимодействует с пластинчатым элементом 60 (Фиг.3) нажимной плиты 40 и основанием 56 нажимной плиты для образования радиальной наружной и радиальной внутренней секций 82 и 84 (Фиг.5) канала для охлаждающей среды. По варианту выполнения внутренняя сторона 60b износостойкого пластинчатого элемента 60 контактирует с выступающей в осевом направлении секцией со стенкой или ребром 86 для блокирования потока среды через секцию со стенкой или ребро 86.

Радиальная наружная секция 82 (Фиг.6) канала имеет кольцевую нижнюю поверхность 100. Нижняя поверхность 100 продолжается от наружной стороны 90 кольцевой секции со стенкой или ребра 86 до обращенной внутрь стороны 92 основания 56. Аналогично, радиальная внутренняя секция 84 канала имеет кольцевую нижнюю поверхность 102, образованную на основании 56. Кольцевая нижняя поверхность 102 продолжается от радиальной внутренней стороны 94 кольцевой секции со стенкой или ребра 86 до радиальной обращенной наружу стороны 96 основания 56.

Нижняя поверхность 100 на радиальной наружной секции 82 канала расположена на таком же расстоянии от обращенной внутрь внутренней поверхности 60b износостойкого пластинчатого элемента 60, как и нижняя поверхность 102 на радиальной внутренней секции 84 канала. Нижняя поверхность 100 на радиальной наружной секции 82 канала расположена в одной плоскости с нижней поверхностью 102 на радиальной внутренней секции 84 канала. Следовательно, радиальная наружная и радиальная внутренняя секции 82 и 84 канала имеют одну и ту же постоянную глубину на всем протяжении. Однако одна из секций 82 или 84 канала, при необходимости, может быть глубже другой секции канала.

Углубления 39 могут быть разделены на множество групп по длине во внутренней стороне 60b износостойкого пластинчатого элемента 60 сверху радиальной наружной и радиальной внутренней секций 82 и 84 канала. Группы углублений 61, расположенные сверху радиальной наружной секции 82 канала, могут быть радиально смещены от других групп углублений 61 сверху каждой подсекции 116 радиальной наружной секции 82 канала. Аналогично, группы углублений 61 сверху радиальной внутренней секции 84 канала могут быть радиально смещены от других групп углублений 61 сверху подсекции 122 радиальной внутренней секции 84 канала.

В других вариантах выполнения сверху каждой подсекции 116 может быть расположено одинаковое количество углублений 61, или сверху подсекции 116 или другой подсекции 118 в радиальной наружной секции 82 канала может быть предусмотрено разное количество углублений 61. Например, сверху подсекции 116 может быть предусмотрено большее количество углублений, чем сверху подсекции 118. Аналогично, сверху подсекции 122 может быть предусмотрено большее количество углублений 61, чем сверху другой подсекции 124 в радиальной внутренней секции 84 канала.

За счет наличия углублений 61 в подсекциях 116, 118, 122 и 124 (Фиг.6), радиально смещенных друг от друга, поток среды через радиальную наружную и радиальную внутреннюю секции 82 и 84 канала до некоторой степени отклоняется, тем самым способствуя турбулентности потока среды и переносу тепла от пластинчатого элемента 60 (Фиг.3 и 4) к охлаждающей среде, протекающей в радиальных наружной и внутренней секциях 82 и 84 канала. Разумеется, что при необходимости углубления в подсекции 116 могут быть радиально выровнены с углублениями в подсекции 118. Аналогично, углубления в подсекции 122 могут быть радиально выровнены с углублениями в подсекции 124.

Если соединительное устройство 10 в сборе находится в выключенном состоянии, внутренняя боковая поверхность 60b износостойкого пластинчатого элемента 60 отстоит на некотором расстоянии от верхней боковой поверхности секции со стенкой или ребра 86. Если соединительное устройство 10 в сборе находится во включенном состоянии, плоский участок внутренней боковой поверхности 60b с углублениями 61 износостойкого пластинчатого элемента 60 (Фиг.3) упирается в плоскую верхнюю боковую поверхность секции со стенкой или ребро 86. Следовательно, если соединительное устройство 10 в сборе находится во включенном состоянии, износостойкий пластинчатый элемент 60 имеет опору за счет контактирования плоского участка внутренней боковой поверхности 60b износостойкого пластинчатого элемента 60 с секцией со стенкой или ребром 86. Это способствует равномерному скользящему контактированию наружной или верхней (как показано на Фиг.3 и 4) боковой поверхности износостойкого пластинчатого элемента 60 с фрикционной накладкой 24 (Фиг.2), когда соединительное устройство 10 в сборе переключается во включенное состояние.

Во время протекания охлаждающей среды по радиальной наружной секции 82 канала (Фиг.6) отличительной особенностью углублений 61 является то, что они не уменьшают зону, доступную для потока охлаждающей среды, и обеспечивают улучшенную передачу тепла с меньшим падением давления, не выступая в поток. Следовательно, шахматное расположение углублений 61 потенциально может создавать эллиптическое поле потока, в котором явления, происходящие в потоке в одном углублении 61, могут иметь связь с явлениями в потоке, происходящими в других углублениях 61. Углубления 61 служат как для улучшения передачи тепла, так и для способствования неустойчивости потока, когда поток охлаждающей среды движется ускорением по охлаждающему каналу.

В варианте выполнения изобретения, показанном на Фиг.1-7, углубления 61 образованы в виде полусферических углублений в поверхности внутренней стороны 60b износостойкого пластинчатого элемента 60 нажимной плиты 40. Внутренняя сторона 60b износостойкого пластинчатого элемента 60 закрывает канал 64 для охлаждающей среды. При необходимости, углубления 61 на внутренней боковой поверхности 60b износостойкого пластинчатого элемента 60 могут быть использованы совместно с выступами 112 на основании 56 нажимной плиты 40. Выступы 112 могут иметь эллиптическую форму, как показано на Фиг.6.

Углубления 61 могут быть образованы в нижней части поверхности 100, 102 канала охлаждения в основании 56 или, по другим вариантам выполнения, как в основании, так и в износостойком пластинчатом элементе 60. Углубления 61 могут быть образованы отдельно в медном материале и позднее соединены с основанием и/или износостойким пластинчатым элементом 60.

В варианте выполнения изобретения, показанном на Фиг.1-7, все углубления 61 имеют одинаковую конфигурацию. Предполагается, что углубления 61 могут иметь конфигурации, которые отличаются друг от друга и отличаются от показанных конфигураций. Например, углубления 61 на Фиг.7 могут иметь форму многоугольника в плоскости, параллельной поверхности внутренней стороны 60b. Предполагается, что некоторые углубления 61 могут иметь одну конфигурацию, а другие углубления 61 могут иметь другую конфигурацию.

Основание 56 нажимной плиты 40 может включать в себя множество ребер 150 (Фиг.6), которые выступают в канал 64 для охлаждающей среды. Таким образом, ребра 150 являются выступами, которые продолжаются между радиальной обращенной внутрь наружной стороной 92 (Фиг.6) канала 64 для охлаждающей среды и радиальной обращенной наружу внутренней стороной 90 на секции со стенкой на ребре 86. Кроме того, ребра 150 продолжаются между радиальной обращенной внутрь стороной 94 секции со стенкой или ребром 86 и радиальной обращенной наружу стороной 96 канала 64 для охлаждающей среды. Несмотря на то что ребра 150 продолжаются вдоль радиусов кольцевого канала 64 для охлаждающей среды, при необходимости, ребра 150 могут быть наклонены относительно радиусов канала 64 для охлаждающей среды.

Высота ребер 150 меньше высоты секции стенки или ребра 86, которая разделяет канал 64 для охлаждающей среды на радиальную наружную секцию 82 канала и радиальную внутреннюю секцию 84 канала. Секция со стенкой или ребро 86 контактирует с износостойким пластинчатым элементом 60 и взаимодействует с износостойким пластинчатым элементом для блокирования потока среды между радиальной наружной и радиальной внутренней секциями 82 и 84 канала. Ребра 150 размещены на расстоянии от износостойкого пластинчатого элемента 60, т.е. верхние стороны ребер 150 размещены на расстоянии от нижней или внутренней стороны износостойкого пластинчатого элемента 60.

Несмотря на то что ребра 150 в радиальной наружной секции 82 канала радиально выровнены с ребрами 150 в радиальной внутренней секции 84 канала, ребра в одной секции канала могут быть смещены относительно ребер в другой секции канала. При необходимости ребра 150 могут быть смещены на расстояние, достаточное для того, чтобы расположить множество углублений 61 во внутренней боковой поверхности 60b износостойкого пластинчатого элемента 60 между соседними ребрами, по существу, на одинаковом радиальном расстоянии от центра кривизны канала 64 для охлаждающей среды.

Во время протекания охлаждающей среды по радиальным наружной и внутренней секциям 82 и 84 канала охлаждающая среда протекает в ограниченном пространстве между внутренней стороной износостойкого пластинчатого элемента 60 и верхними сторонами ребер 150. Ребра 150 также увеличивают скорость охлаждающей среды и инициируют турбулентность в охлаждающей среде. Турбулентность, инициируемая в потоке охлаждающей среды ребрами 150, заставляет охлаждающую среду сталкиваться с плоской частью поверхности внутренней стороны 60b износостойкого пластинчатого элемента 60 и полостями углублений 61. Эта турбулентность способствует смешиванию среды в зоне ребер и воздействует на передачу тепла.

Кроме того, ребра 150 уменьшают площадь сечения канала 64 для охлаждающей среды у ребер 150. Таким образом, площадь потока охлаждающей среды у ребер 150 уменьшается до площади между верхними (как показано на Фиг.6) боковыми поверхностями ребер и внутренней боковой поверхностью износостойкого пластинчатого элемента 60. За счет уменьшения площади, доступной для потока охлаждающей среды, скорость охлаждающей среды при ее прохождении через ребра 150 увеличивается. Увеличение скорости охлаждающей среды дополнительно способствует турбулентности потока среды рядом с ребрами 150.

Использование ребер 150 совместно с углублениями 61 было описано для варианта выполнения изобретения. Следует понимать, что ребра 150 являются дополнительными элементами для использования совместно с углублениями 61. Углубления 61 могут использоваться с ребрами 150 или без них. Несмотря на то, что секцию со стенкой или ребро 86 предпочтительно использовать для разделения канала 64 для охлаждающей среды на радиальную внутреннюю и радиальную наружную секции 82 и 84 канала охлаждающей среды, секция со стенкой или ребро 86 также может не предусматриваться, и могут использоваться только углубления 61 во внутренней боковой поверхности 60b износостойкого пластинчатого элемента 60.

При переключении соединительного устройства 10 в сборе из выключенного состояния из Фиг.1 во включенное состояние износостойкий пластинчатый элемент 60 нажимной плиты 40 прижимается к поворотной фрикционной накладке 24 на диске 18. Радиальный наружный участок диска 18 вращается при более высокой скорости, чем радиальный внутренний участок диска. Следовательно, при переключении соединительного устройства 10 в сборе из выключенного состояния во включенное состояние рядом с радиальным наружным участком износостойкого пластинчатого элемента 60 вырабатывается больше тепла, чем рядом с радиальным внутренним участком износостойкого пластинчатого элемента.

Для ускорения охлаждения радиального наружного участка износостойкого пластинчатого элемента 60, где во время переключения устройства во включенное состояние вырабатывается наибольшее количество тепла, впускное отверстие 68 (Фиг.4) эффективно направляет больший поток охлаждающей среды в радиальную наружную секцию 82 канала (Фиг.5-6), чем в радиальную внутреннюю секцию 84 канала. Для обеспечения прохождения большего потока среды через радиальную наружную секцию 82 канала цилиндрический радиальный наружный начальный участок 160 (Фиг.4) впускного канала 70 имеет больший диаметр, чем цилиндрический внутренний второй участок 162 впускного канала 70.

Начальный участок 160 с относительно большим диаметром впускного канала 70 связан с радиальной наружной секцией 82 канала множеством соединительных каналов 166 (Фиг.4). Аналогично, второй участок 162 с относительно небольшим диаметром впускного канала связан с радиальной внутренней секцией 84 канала множеством соединительных каналов 168. Поток охлаждающей среды входит во впускной канал 70 (Фиг.4) у впускного отверстия 68. От начального участка 160 впускного канала 70 среды к радиальной наружной секции 82 канала проходит относительно большой объем охлаждающей среды. Меньший объем охлаждающей среды проходит от относительно небольшого второго участка 162 впускного канала 70 среды к радиальной внутренней секции 84 канала.

Цилиндрический начальный участок 160 впускного канала 70 расположен приблизительно соосно с цилиндрическим вторым участком 162 впускного канала. Однако центральная ось второго участка 162 впускного канала 70 может быть смещена от центральной оси начального участка 160 впускного канала. При необходимости начальный участок 160 впускного канала 70 может быть расположен сбоку от второго участка 162 впускного канала, так чтобы иметь одну траекторию потока среды к радиальной наружной секции 82 канала и вторую отдельную траекторию потока среды к радиальной внутренней секции 84 канала.

Радиальная наружная секция 82 канала продолжается в противоположных направлениях от соединительных каналов 166 (Фиг.4 и 6) к выпускному каналу 76. Таким образом, радиальная наружная секция 82 канала продолжается как в направлении по часовой стрелке, так и в направлении против часовой стрелки от впускного канала 70 к выпускному каналу 74. Аналогично, радиальная внутренняя секция 84 продолжается в противоположных направлениях от впускного канала 70 к выпускному каналу 76. Таким образом, радиальная внутренняя секция 84 канала продолжается как в направлении по часовой стрелке, так и в направлении против часовой стрелки (как показано на Фиг.3) от впускного отверстия 68 до выпускного отверстия 74 (Фиг.4). Поток среды в радиальной наружной секции 82 канала равным образом разделяется на секции протекания потока по часовой стрелке и против часовой стрелки в радиальной наружной секции канала. Аналогично, поток среды в радиальной внутренней секции 84 канала равным образом разделяется на секции протекания потока по часовой стрелке и против часовой стрелки в радиальной внутренней секции канала.

Выпускной канал 76 (Фиг.4) имеет такую же конструкцию, как и впускной канал 70. Таким образом, цилиндрический выпускной канал 76 имеет радиальный наружный или выходной участок 174 с большим диаметром, чем диаметр радиального внутреннего или входного участка 176. Среда, протекающая в радиальной внутренней секции 84 канала, направляется к входному участку 176 через соединительные каналы 180. Аналогично, среда направляется из радиальной наружной секции 82 канала к входному участку 174 выпускного канала 76 через соединительные каналы 182.

Цилиндрический выходной участок 174 выпускного канала 76 расположен, по существу, на одной оси с цилиндрическим входным участком 176 выпускного канала. Однако центральная ось входного участка 176 выпускного канала 76 может быть смещена от центральной оси выходного участка 174 выпускного канала. При необходимости впускной участок 176 выпускного канала 76 может быть расположен сбоку от выходного участка 174 выпускного канала, так чтобы иметь одну траекторию потока среды от радиальной внутренней секции 84 канала и вторую отдельную траекторию потока среды от радиальной наружной секции 82 канала.

Впускной и выпускной каналы 70 и 76, которые обеспечивают больший расход среды для радиальной наружной секции 82 канала, чем для радиальной внутренней секции 84 канала, могут быть использованы совместно с каналами для охлаждающей среды, имеющими конструкцию, отличающуюся от конструкции канала 64 для охлаждающей среды.

Если соединительное устройство 10 в сборе находится в выключенном состоянии из Фиг.2, фрикционные накладки 24 и 26 на диске 18 находятся на незначительном расстоянии от перемещающейся в осевом направлении нажимной плиты 40 и неподвижного опорного фланца или нажимной плиты 42. Это позволяет диску 18 свободно вращаться относительно неподвижного элемента 14 корпуса 32 в сборе.

Если соединительное устройство 10 в сборе переключается из выключенного состояния во включенное состояние, поршень 46 перемещает нажимную плиту 40 в осевом направлении к опорному фланцу или нажимной плите 42, чтобы жестко зажать диск 18 между нажимной плитой 40 и опорным фланцем или нажимной плитой 42.

Опорный фланец или нажимная плита 42 могут иметь конструкцию, сходную с конструкцией нажимной плиты 40. В этом случае элементы опорного фланца или нажимной плиты 42 являются такими же элементами, как и элементы нажимной плиты 40.

С учетом вышеприведенного описания понятно, что настоящее изобретение предлагает новое и улучшенное соединительное устройство 10 в сборе, обеспечивающее улучшенное протекание охлаждающей среды с целью содействия передаче тепла от элементов соединительного устройства в сборе. Конвективной передаче тепла от элементов соединительного устройства 10 в сборе потоку охлаждающей среды способствует наличие углублений 61 во внутренней поверхности 60b износостойкого пластинчатого элемента 60 и, дополнительно, увеличение скорости охлаждающей среды в расположенных на некотором расстоянии участках вдоль канала 64, по которым протекает охлаждающая среда. Во включенном состоянии соединительного устройства 10 в сборе существует тенденция к образованию большего количества тепла в радиальном наружном участке поворотного диска 18, чем в радиальном внутреннем участке диска. Для отвода этого тепла поток охлаждающей среды рядом с радиальным наружным участком поворотного диска 18 может быть больше потока охлаждающей среды рядом с радиальным внутренним участком поворотного диска.

Соединительное устройство 10 в сборе может включать в себя поворотный диск 18, который, по меньшей мере, частично, помещен в корпус 32 в сборе. Корпус 32 в сборе может иметь пластинчатый элемент 60 с передающей усилие поверхностью, который может контактировать с зоной боковой поверхности на поворотном диске 18 для замедления относительного вращения диска и корпуса. Корпус 32 может также иметь канал 64 для охлаждающей среды, который, по меньшей мере, частично образован внутренней стороной 60b пластинчатого элемента 60, противоположной поверхности, передающей усилие.

Для улучшения передачи тепла и сведения к минимуму случаев образования горячих пятен во внутренней боковой поверхности 60b предусмотрено множество углублений 61 для способствования турбулентности с меньшим падением давления в траектории потока охлаждающей среды по каналу 64 для охлаждающей среды.

Впускное отверстие 68 для впуска среды в канал 64 для охлаждающей среды может иметь участок 160 с относительно большой площадью сечения, сообщающийся с радиальным наружным участком 82 канала для охлаждающей среды. Впускное отверстие 68 может иметь участок 162 с относительно небольшой площадью сечения, сообщающийся с радиальным внутренним участком 84 канала 64 для охлаждающей среды.

Соединительное устройство 10. спроектированное по настоящему изобретению, имеет много различных характеристик, которые преимущественно могут использоваться совместно, как указано в описании. Однако эти характеристики могут быть использованы отдельно или совместно с различными характеристиками из существующего уровня техники. Например, впускное отверстие 68 для охлаждающей среды различных размеров для радиального внутреннего и радиального наружного участков 82 и 84 канала 64 для охлаждающей среды может быть использовано с выступами в канал для охлаждающей среды. В качестве другого примера канал для охлаждающей среды может включать в себя или может не включать в себя ребра 150.

Несмотря на то что описанное здесь соединительное устройство 10 в сборе используется в качестве тормоза, следует понимать, что соединительное устройство в сборе может использоваться в качестве муфты. Также предусматривается, что соединительное устройство в сборе может быть комбинацией муфты и тормоза в сборе.

Несмотря на то что конкретные варианты выполнения изобретения были представлены и подробно описаны с целью показать применения настоящего изобретения, следует понимать, что изобретение может быть осуществлено иным образом без отклонения от принципов изобретения.

Изобретение относится к области машиностроения. Соединительное устройство в сборе для использования при передаче усилия включает в себя корпус, в который частично помещен поворотный диск. Корпус снабжен пластинчатым элементом, каналом для охлаждающей среды и впускным и выпускным отверстиями. Пластинчатый элемент с передающей усилие поверхностью контактирует с помощью кольцевой зоны боковой поверхности с поворотным диском для замедления относительного вращения корпуса и диска. Канал для охлаждающей среды частично образован стороной пластинчатого элемента, противоположной передающей усилие поверхности. Через впускное отверстие вода поступает в канал для охлаждающей среды, а через выпускное отверстие вода выходит из канала для охлаждающей среды. Внутренняя боковая поверхность пластинчатого элемента, противоположная поверхности передающей усилие, включает в себя множество покрывающих ее углублений полусферической формы, предназначенных для создания турбулентности и вторичного турбулентного потока воды в канале для охлаждающей среды для улучшения теплообмена между пластинчатым элементом корпуса и водой, протекающей через канал для охлаждающей среды. Достигается улучшение охлаждения устройства за счет повышения коэффициента теплопередачи. 10 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Охлаждаемое водой соединительное устройство в сборе для использования при передаче усилия, содержащее корпус и, по меньшей мере, частично расположенный в нем кольцевой поворотный диск, при этом корпус снабжен
- пластинчатым элементом с передающей усилие поверхностью, контактирующим с помощью кольцевой зоны боковой поверхности с вышеуказанным поворотным диском для замедления относительного вращения вышеуказанного корпуса и диска,
- каналом для охлаждающей среды, который, по меньшей мере, частично образован стороной пластинчатого элемента, противоположной передающей усилие поверхности,
- впускным отверстием, через которое вода поступает в вышеуказанный канал для охлаждающей среды,
- выпускным отверстием, через которое вода выходит из вышеуказанного канала для охлаждающей среды,
характеризующееся тем, что
- внутренняя боковая поверхность пластинчатого элемента, противоположная поверхности, передающей усилие, включает в себя множество покрывающих ее углублений полусферической формы, предназначенных для создания турбулентности и вторичного турбулентного потока воды в канале для охлаждающей среды для улучшения теплообмена между пластинчатым элементом корпуса и водой, протекающей через канал для охлаждающей среды.

2. Охлаждаемое водой соединительное устройство в сборе по п.1, характеризующееся тем, что содержит множество выступов, которое включает в себя множество ребер, расположенных на расстоянии друг от друга вдоль канала для охлаждающей среды, при этом каждое из ребер расположено между радиальным внутренним участком канала для охлаждающей среды и радиальным наружным участком канала для охлаждающей среды.

3. Охлаждаемое водой соединительное устройство в сборе по п.1, характеризующееся тем, что канал для охлаждающей среды имеет кольцевую конфигурацию, при этом некоторые из множества углублений расположены в радиальном наружном участке канала для охлаждающей среды, и некоторые из вышеуказанного множества углублений расположены в радиальном внутреннем участке вышеуказанного канала для охлаждающей среды.

4. Охлаждаемое водой соединительное устройство в сборе по п.1, характеризующееся тем, что канал для охлаждающей среды имеет кольцевую конфигурацию, вышеуказанное впускное отверстие, через которое вода поступает в канал для охлаждающей среды, включает в себя впускной канал, имеющий первый участок, который сообщается с радиальным наружным участком канала для охлаждающей среды, и второй участок, который сообщается с радиальным внутренним участком канала для охлаждающей среды, при этом первый участок впускного канала имеет первую площадь сечения в первой плоскости, расположенной перпендикулярно продольной центральной оси первого участка впускного канала, а второй участок впускного канала имеет вторую площадь сечения во второй плоскости, расположенной перпендикулярно продольной центральной оси второго участка впускного канала, и первая площадь сечения больше второй площади сечения для обеспечения эффективного пропускания впускным каналом потока среды из первого участка впускного канала во второй участок впускного канала.

5. Охлаждаемое водой соединительное устройство в сборе по п.1, характеризующееся тем, что вышеуказанные углубления имеют эллиптическую форму.

6. Охлаждаемое водой соединительное устройство в сборе по п.1, характеризующееся тем, что канал для охлаждающей среды имеет кольцевую конфигурацию и имеет первый участок, продолжающийся в первом направлении от впускного отверстия к выпускному отверстию, и второй участок, продолжающийся во втором направлении от впускного отверстия к выпускному отверстию.

7. Охлаждаемое водой соединительное устройство в сборе по п.1, характеризующееся тем, что канал для охлаждающей среды имеет кольцевую конфигурацию и дополнительно содержит множество выступов, находящихся на расстоянии друг от друга, которые расположены между радиальными внутренними и радиальными наружными краевыми участками канала для охлаждающей среды и которые расположены на расстоянии от радиальных внутренних и наружных краевых участков канала для охлаждающей среды.

8. Охлаждаемое водой соединительное устройство в сборе по п. 2, характеризующееся тем, что вышеуказанное множество выступов включает в себя множество ребер, которые продолжаются между радиальными внутренними и наружными краевыми участками канала для охлаждающей среды.

9. Охлаждаемое водой соединительное устройство в сборе по п.1, характеризующееся тем, что каждое из вышеуказанных углублений имеет глубину (d) и диаметр (D), при этом отношение глубины (d) к диаметру (D) составляет от 0,06 до 0,25.

10. Охлаждаемое водой соединительное устройство в сборе по п.1, характеризующееся тем, что канал для охлаждающей среды имеет высоту (Н), и каждое из вышеуказанных углублений имеет диаметр (D), при этом отношение высоты (Н) канала для охлаждающей среды (d) к диаметру (D) углубления составляет от 0,2 до 1.

11. Охлаждаемое водой соединительное устройство в сборе по п.1, характеризующееся тем, что каждое из вышеуказанных углублений расположено на расстоянии, определяемом как шаг (р) между приблизительным центром каждого углубления, а канал для охлаждающей среды имеет высоту (Н), при этом отношение вышеуказанного шага (р) к вышеуказанной высоте (Н) составляет от 2,5 до 4,5.