ФРИКЦИОННАЯ МУФТА СВОБОДНОГО ХОДА С КОНИЧЕСКИМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ Российский патент 2016 года по МПК F16D41/06 

По этой заявке испрашивается приоритет заявки №201210263358.4 на патент Китая под названием "CONICAL SURFACE FRICTION TYPE OVERRUNNING CLUTCH" («ФРИКЦИОННАЯ МУФТА СВОБОДНОГО ХОДА С КОНИЧЕСКИМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ»), поданной в Государственное патентное ведомство Китая 27 июля 2012 г., все описание которой включено сюда посредством ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Данная заявка относится к устройствам муфт свободного хода в области передачи механической энергии, а в частности - к фрикционной муфте свободного хода с коническими поверхностями, которая является базовым функциональным компонентом, используемым в механической трансмиссии.

Предпосылки создания изобретения

В обычных методах, связанных с муфтами свободного хода, наиболее широко используются муфты свободного хода двух типов, которые включают в себя роликовые муфты свободного хода и клиновые муфты свободного хода, причем в муфтах обоих типов применяется принцип, предусматривающий использование наклонных поверхностей для клинового стыка. Муфты свободного хода обоих вышеупомянутых типов имеют в основном следующие недостатки. 1. Все контакты являются дискретными контактами высших кинематических пар, а механическое напряжение в контакте является очень высоким в сваренном состоянии, что приводит к весьма малой несущей способности, так что контактная пара изнашивается быстро и имеет короткий срок службы. 2. Поскольку используется пара дискретных контактов, существует тенденция к возникновению ситуации, в которой дискретные элементы не могут работать синхронно, что - в конечном счете - проявляется в тенденции вызывать частичные повреждения, которые, в свою очередь, вызовут отказы или неправильные срабатывания неподвижного зажима или неисправность самостопорящегося зажима 3. Автоматическая компенсация износа почти отсутствует. 4. В состоянии свободного хода сопротивление велико, а кпд невысок. 5. Для устранения клинового соединения требуется огромная сила отрыва, 6. Угол увода велик. 7. Конструкция является сложной и имеет большое количество деталей, что накладывает весьма высокие требования на совместимость, как материалов, так и процесса изготовления, так что стоимость является высокой. 8. Из-за большого количества дискретных элементов, при высокой скорости вращения эксплуатационные характеристики неудовлетворительны, в частности, в состоянии свободного хода при высокой скорости вращения велики шум и абразивное истирание.

Вышеупомянутые недостатки обычной технологии оказывают серьезное влияние на масштабы применения муфты свободного хода. Сошлемся на статью "The Status и Trend of Development of Overrunning Clutch" («Состояние и общее направление разработки муфт свободного хода»), которую написали Zhang Jizheng и другие (она опубликована в собрании трудов «Третьей китайско-японской международной академической конференции по истории технологии механической обработки», проведенной 28 октября 2002 г., издателем которых является Китайское общество машиностроения). Из содержания этой статьи можно уяснить, что отечественные ученые и эксперты внесли много усовершенствований, провели много исследований, сделали много изобретений и добились впечатляющих достижений, но все еще есть широкое поле деятельности для достижения выполнения требований к муфте свободного хода, например, по части идеальных рабочих характеристик, конструкции, надежности, стоимости и срока службы.

В документе CN 2175321 Y описана односторонняя муфта на основе винтовой резьбовой пары и фрикционной пары с коническими поверхностями, однако не описано условие воплощения самостопорящегося зажима.

В документе CN 2479288 Y описана односторонняя муфта свободного хода на основе пальца вала с наклонным пазом и фрикционной пары с коническими поверхностями, а помимо недостатков, аналогичных тем, о которых шла речь в документе CN 2175321 Y, муфта имеет недостаток, которым является низкая несущая способность. В документах CN 201747821 U и CN 101936346 А описана фрикционная муфта свободного хода с пространственным клиновым стыком и, как описано в этих документах, «она разработана на основе нового технологического принципа», однако в одном аспекте следует отметить, что этот «новый технологический принцип» не уточнен в документах, а в другом аспекте следует отметить, что для муфты в соответствии с этими двумя документами выбрана конструкция с использованием фрикционной пары направляющего механизма для воплощения самостопорящегося зажима, что значительно ограничивает усовершенствования дизайна конструкции, рабочие характеристики разжатия зажима и несущую способность муфты свободного хода.

Краткое изложение существа изобретения

Чтобы решить вопрос с недостатками технологии, соответствующей известному уровню техники, технические решения согласно данной заявке обеспечивают фрикционную муфту свободного хода с коническими поверхностями, имеющую новую конструкцию для достижения следующих целей:

(1) преодоления известных недостатков, присутствующих в обычной конструкции, и значительное повышение показателей рабочих характеристик муфты свободного хода;

(2) достижение муфты свободного хода с функцией защиты от перегрузки посредством коррекции расчетных параметров; и

(3) изготовление муфты свободного хода, имеющей упрощенную конструкцию, сниженную стоимость, а также проще изготавливаемую.

Чтобы достичь этих и других целей, в соответствии с данной заявкой предложены нижеследующие технические решения.

Фрикционная муфта свободного хода с коническими поверхностями включает в себя: первое промежуточное кольцо и второе промежуточное кольцо для передачи силы (или узел промежуточных колец), упругий элемент предварительной затяжки рабочих фрикционных пар (или упругий узел предварительной затяжки), внутреннее кольцо (или узел внутреннего кольца), и наружное кольцо (или узел наружного кольца);

внутреннее кольцо, наружное кольцо, первое промежуточное кольцо и второе промежуточное кольцо имеют общую ось вращения; первое промежуточное кольцо и второе промежуточное кольцо, оба, находятся между внутренним кольцом и наружным кольцом; каждое из первого промежуточного кольца и второго промежуточного кольца взаимодействует с одним из внутреннего кольца и наружного кольца посредством конических поверхностей, соответственно образуя, по меньшей мере, одну первую рабочую фрикционную пару и, по меньшей мере, одну вторую рабочую фрикционную пару, причем обе они выполнены с возможностью осевого сцепления и расцепления; и между первым промежуточным кольцом и другим из внутреннего кольца и наружного кольца и между вторым промежуточным кольцом и другим из внутреннего кольца и наружного кольца соответственно сформированы первый увеличивающий силу передаточный механизм и второй увеличивающий силу передаточный механизм; а первое промежуточное кольцо и второе промежуточное кольцо соответственно соединены с другим из внутреннего кольца и наружного кольца посредством первого увеличивающего силу передаточного механизма и второго увеличивающего силу передаточного механизма;

упругий элемент предварительной затяжки имеет один конец, расположенный на первом промежуточном кольце или втором промежуточном кольце, позволяя всем рабочим фрикционным парам поддерживать силу упругого прижима, которая удовлетворяет рабочему требованию, когда рабочие фрикционные пары не работают;

первая рабочая фрикционная пара и вторая рабочая фрикционная пара имеют общую ось вращения, а две конические поверхности каждой рабочей фрикционной пары, которые взаимодействуют друг с другом, имеют одинаковые углы при вершине конуса; что касается угла при вершине конуса любой из рабочих фрикционных пар, то угол при вершине конуса, обозначаемый символом θ, и коэффициент трения фрикционной пары, обозначаемый символом µ₀, должны удовлетворять условию 2arctg (µ₀)<θ≤180°, при этом запись arctg () в формуле представляет функцию арктангенса, а условие гарантирует, что самостопорящийся зажим рабочей фрикционной пары не возникнет;

конфигурация, по меньшей мере, одного из увеличивающих силу передаточных механизмов обеспечивает преобразование

относительного угла вращения между соответствующим промежуточным кольцом и внутренним кольцом или наружным кольцом, которое соединено с увеличивающим силу передаточным механизмом, в осевое относительное перемещение, и в случае, когда относительный угол вращения равен Ф, а генерируемое осевое относительное перемещение равно λ и коэффициент трения увеличивающего силу передаточного механизма равен µ₁, должно удовлетворяться условие arctg (dλ/dФ)>arctg (µ₁), при этом запись arctg () в формуле представляет функцию арктангенса, a d представляет дифференциал, и условие должно гарантировать, что самостопорящийся зажим увеличивающего силу передаточного механизма не возникнет; и

в случае, когда первую рабочую фрикционную пару и вторую рабочую фрикционную пару преобразуют в теоретически эквивалентную рабочую фрикционную пару, тангенциальная составляющая внешней силы в направлении самостопорящегося зажима, возникающая между внутренним кольцом и наружным кольцом, равна F₁, а нормальное давление, генерируемое в эквивалентной рабочей фрикционной паре под действием увеличивающего силу передаточного механизма, равно F₂, эквивалентный коэффициент трения эквивалентной рабочей фрикционной пары равен µ, и расчетное условие для муфты свободного хода с целью воплощения максимальной несущей способности имеет вид dF₁/dF₂≤µ, а расчетное условие для муфты свободного хода с целью достижения защиты от проскальзывания при перегрузке имеет вид F₁/dF₂>µ; при этом d в формуле представляет дифференциал.

Вышеупомянутые условия составляют один из аспектов данной заявки, в развернутой форме - односторонний самостопорящийся зажим, функционирование которого, необходимое муфте свободного хода, достигается за счет взаимодействия различных механических конструкций, каждая из которых самостопорящейся не является. Кроме того, в соответствии с данной заявкой, во всем диапазоне несущей способности муфта свободного хода не будет генерировать дополнительную разжимающую расклинивающую силу в процессе разжима, который последовательно обуславливается механизмом отдельных самостопорящихся зажимов в обычной технологии, и поэтому муфта свободного хода в данной заявке не только делает процесс разжима простым, но и исключает режим неисправности, делающий невозможным разжим в обычной технологии.

В данной заявке, увеличивающий силу передаточный механизм может состоять из обычных механизмов трансмиссии, которые способны преобразовывать относительное вращение в осевое относительное перемещение и которые включают в себя - но не в ограничительном смысле: различные винтовые резьбовые пары, имеющие стандартное или нестандартное поперечное сечение; винтовую согласующую поверхность, наклонную согласующую поверхность, наклонную клиновидную согласующую поверхность, механизм винтовая канавка - штифт, торцевой кулачковый передаточный механизм, передаточный механизм с наклонной несущей штангой и т.д.

В данной заявке увеличивающему силу передаточному механизму можно не только придать оптимальную конструкцию - как конфигурацию, которая может преобразовывать относительное вращательное движение в разных направлениях в осевое движение, например, такую, как конструкция винт - гайка, но и упростить -как конфигурацию, которая может преобразовывать относительное вращательное движение лишь в одном направлении в осевое движение, например, такую, как торцевой кулачковый передаточный механизм, и т.д.

В данной заявке увеличивающий силу передаточный механизм может иметь следующие конструкции, такие, как винтовая резьбовая пара, винтовые поверхности, наклонные клиновидные согласующие поверхности и торцевой кулачковый передаточный механизм, причем все они имеют непосредственно контактирующие поверхности, и эти контактирующие поверхности соответственно выполнены на одной из торцевой поверхности, внутренней окружной поверхности и наружной окружной поверхности узла передающих силу промежуточных колец, и одной из осевой поверхности, внутренней окружной поверхности и наружной окружной поверхности одного из внутреннего кольца и наружного кольца.

В данной заявке муфта свободного хода дополнительно включает в себя ограничивающий положение узел, соединенный с внутренним кольцом и наружным кольцом, для ограничения радиального относительного положения и осевого относительного положения между внутренним кольцом и наружным кольцом, причем ограничивающий положение узел может иметь различные роликовые подшипники, подшипники скольжения, гидравлические подшипники и т.д., при этом, по меньшей мере, один ограничивающий положение узел соединен с внутренним кольцом и наружным кольцом для сужения диапазона или ограничения радиального относительного положения и осевого относительного положения между внутренним кольцом и наружным кольцом. Ограничивающий положение узел может быть расположен непосредственно между внутренним кольцом и наружным кольцом муфты свободного хода, а также может быть расположен между деталями внешнего механизма, которые соединены с внутренним кольцом и наружным кольцом муфты свободного хода.

Кроме того, синхронизирующий механизм может состоять из прямых зубьев или шлицов, которые предусмотрены на торцевых поверхностях, внутренних окружных поверхностях или наружных окружных поверхностях обоих промежуточных колец и введены в зацепление друг с другом, или может состоять из цилиндрического штифта, соединяемого с отверстиями в торцевых поверхностях обоих промежуточных колец, или может состоять из прямых зубьев или шлицов, которые предусмотрены на внутренних окружных поверхностях или наружных окружных поверхностях обоих промежуточных колец и входят в зацепление с круглым кольцом, которое снабжено прямыми зубьями или шлицами на внутренней окружной поверхности или наружной окружной поверхности.

Каждая из рабочих фрикционных пар может представлять собой конструкцию, состоящую из двух поверхностей трения, которые образованы лишь двумя коническими поверхностями,

взаимодействующими друг с другом, а также может представлять собой конструкцию, состоящую из более чем двух поверхностей трения, которые образованы коническими поверхностями, расположенными в шахматном порядке в соответствии с конфигурацией обычной многодисковой муфты.

Упругий элемент предварительной затяжки включает в себя, по меньшей мере, один упругий элемент, выполненный из упругого материала, такого как металл или резина, а конструкция упругого элемента включает в себя пружину кручения, нажимную пружину, тарельчатую пружину, волнистую пружину и листовую рессору.

Кроме того, фрикционные поверхности рабочих фрикционных пар снабжены каналами смазочного масла, выполненными в форме пазов или сетчатого узора.

В данной заявке, в соответствии с требованиями или ограничениями таких факторов, как среда применения, требования рабочих характеристик, размеры объема и производственный процесс, различные узлы муфты свободного хода можно воплощать как единую цельную деталь, выполняющую функцию узла, или как конструкцию, образованную несколькими деталями, собранными и соединенными в соответствии с общими механическими принципами, для выполнения функции узла. Внутреннее кольцо в соответствии с данной заявкой дополнительно включает в себя еще один узел, который соединен с внутренним кольцом и вращается вместе с внутренним кольцом, тем самым образуя узел внутреннего кольца, а наружное кольцо в соответствии с данной заявкой дополнительно включает в себя еще один узел, который соединен с наружным кольцом и вращается вместе с наружным кольцом, тем самым образуя узел наружного кольца.

Еще одна разновидность фрикционной муфты свободного хода с коническими поверхностями в соответствии с данной заявкой включает в себя: внутреннее кольцо, наружное кольцо, первое промежуточное кольцо и второе промежуточное кольцо;

внутреннее кольцо, наружное кольцо, первое промежуточное кольцо и второе промежуточное кольцо имеют общую ось вращения;

первое промежуточное кольцо и второе промежуточное кольцо, оба, находятся между внутренним кольцом и наружным кольцом; каждое из первого промежуточного кольца и второго промежуточного кольца взаимодействует с одним из внутреннего кольца и наружного кольца посредством конических поверхностей, соответственно образуя, по меньшей мере, одну первую рабочую фрикционную пару и, по меньшей мере, одну вторую рабочую фрикционную пару, причем обе они выполнены с возможностью осевого сцепления и расцепления; и между первым промежуточным кольцом и другим из внутреннего кольца и наружного кольца и между вторым промежуточным кольцом и другим из внутреннего кольца и наружного кольца соответственно сформированы первый увеличивающий силу передаточный механизм и второй увеличивающий силу передаточный механизм; а первое промежуточное кольцо и второе промежуточное кольцо соответственно соединены с другим из внутреннего кольца и наружного кольца посредством первого увеличивающего силу передаточного механизма и второго увеличивающего силу передаточного механизма;

между первым промежуточным кольцом и вторым промежуточным кольцом предусмотрено пространство размещения, предназначенное для размещения магнитного элемента, позволяя всем рабочим фрикционным парам поддерживать силу упругого прижима, которая удовлетворяет рабочему требованию, когда рабочие фрикционные пары не работают;

первая рабочая фрикционная пара и вторая рабочая фрикционная пара имеют общую ось вращения, а две конические поверхности каждой рабочей фрикционной пары, которые взаимодействуют друг с другом, имеют одинаковые углы при вершине конуса; что касается угла при вершине конуса любой из рабочих фрикционных пар, то угол при вершине конуса, обозначаемый символом θ, и коэффициент трения фрикционной пары, обозначаемый символом µ₀, должны удовлетворять условию 2arctg (µ₀)<θ≤180°, при этом запись arctg () в формуле представляет функцию арктангенса, а условие гарантирует, что самостопорящийся зажим рабочей фрикционной пары не возникнет;

конфигурация, по меньшей мере, одного из увеличивающих силу передаточных механизмов обеспечивает преобразование относительного угла вращения между соответствующим промежуточным кольцом и внутренним кольцом или наружным кольцом, которое соединено с увеличивающим силу передаточным механизмом, в осевое относительное перемещение, и в случае, когда относительный угол вращения равен Ф, а генерируемое осевое относительное перемещение равно λ и коэффициент трения увеличивающего силу передаточного механизма равен µ₁, должно удовлетворяться условие arctg (dλ/dФ)>arctg (µ₁), при этом запись arctg () в формуле представляет функцию арктангенса, a d представляет дифференциал, и условие должно гарантировать, что самостопорящийся зажим увеличивающего силу передаточного механизма не возникнет; и

первую рабочую фрикционную пару и вторую рабочую фрикционную пару преобразуют в теоретически эквивалентную рабочую фрикционную пару, тангенциальная внешняя сила в направлении самостопорящегося зажима, возникающая между внутренним кольцом и наружным кольцом, равна F₁, а нормальное давление, генерируемое в эквивалентной рабочей фрикционной паре под действием увеличивающего силу передаточного механизма, равно F₂, эквивалентный коэффициент трения эквивалентной рабочей фрикционной пары равен µ, и расчетное условие для муфты свободного хода с целью воплощения максимальной несущей способности имеет вид dF₁/dF₂≤µ; а расчетное условие для муфты свободного хода с целью достижения защиты от проскальзывания при перегрузке имеет вид F₁/dF₂>µ; при этом d в формуле представляет дифференциал.

Кроме того, магнитный элемент является постоянным магнитом, имеющим в целом кольцевую форму; или магнитный элемент включает в себя два комплекта постоянных магнитов, которые имеют заданное осевое расстояние между собой, причем каждый комплект постоянных магнитов включает в себя множество постоянных магнитов, которые расположены через интервалы в окружном направлении, и один комплект постоянных магнитов прикреплен к первому промежуточному кольцу, а другой комплект постоянных магнитов прикреплен ко второму промежуточному кольцу.

Кроме того, на стороне первого промежуточного кольца, которая взаимодействует с наружным кольцом, выполнен выступающий буртик, и на стороне второго промежуточного кольца, которая взаимодействует с наружным кольцом, выполнен выступающий буртик, а эти выступающие буртики обоих промежуточных колец и внутреннее кольцо огораживают пространство размещения.

Кроме того, постоянный магнит крепится посредством приклеивания или зажатия.

Муфта свободного хода в соответствии с данной заявкой значительно повышает различные показатели рабочих характеристик муфты свободного хода и может также достигать защиты от перегрузки просто путем коррекции расчетных параметров, что позволяет муфте свободного хода иметь упрощенную конструкцию и меньшую стоимость, делая ее проще изготавливаемой.

Краткое описание чертежей

Ниже приводится дальнейшее описание данной заявки в связи с чертежами и вариантами осуществления.

на фиг. 1 показано упрощенное осевое сечение фрикционной муфты свободного хода с коническими поверхностями в соответствии с данной заявкой;

на фиг. 2 показано упрощенное осевое сечение фрикционной муфты свободного хода с коническими поверхностями для второй разновидности конструкции в соответствии с данной заявкой;

на фиг. 3 показано упрощенное осевое сечение фрикционной муфты свободного хода с коническими поверхностями для третьей разновидности конструкции в соответствии с данной заявкой;

на фиг. 4 показано развернутое наложенное сечение согласно фиг. 3, проведенное вдоль линии А-А, с принятием оси X за ось вращения;

на фиг. 5 показана конструкция варианта осуществления синхронизирующего элемента (элемента 6) поворотного механизма синхронизации промежуточных колец в соответствии с данной заявкой;

на фиг. 6 показана конструкция второго варианта осуществления синхронизирующего элемента (элемента 6) поворотного механизма синхронизации промежуточных колец в соответствии с данной заявкой;

на фиг. 7 показана конструкция варианта осуществления поворотного механизма синхронизации промежуточных колец без синхронизирующего элемента (элемента 6) в соответствии с данной заявкой;

на фиг. 8 показана конструкция второго варианта осуществления поворотного механизма синхронизации промежуточных колец без синхронизирующего элемента (элемента 6) в соответствии с данной заявкой;

на фиг. 9 показана конструкция варианта осуществления увеличивающего силу передаточного механизма в соответствии с данной заявкой;

на фиг. 10 показана конструкция второго варианта осуществления увеличивающего силу передаточного механизма в соответствии с данной заявкой;

на фиг. 11 представлено упрощенное осевое сечение фрикционной муфты свободного хода с коническими поверхностями для четвертой разновидности конструкции в соответствии с данной заявкой;

на фиг. 12 представлен схематический вид кольцевого постоянного магнита, показанного на фиг. 11;

на фиг. 13 представлено упрощенное осевое сечение фрикционной муфты свободного хода с коническими поверхностями для пятой разновидности конструкции в соответствии с данной заявкой; и

на фиг. 14 представлен схематический вид расположенного по окружности постоянного магнита, показанного на фиг. 13;

Подробное описание

Ниже будет приведено полное описание технических решений в вариантах осуществления данной заявки в связи с чертежами вариантов осуществления данной заявки. Очевидно, что описываемые варианты осуществления являются лишь частью вариантов осуществления данной заявки, а не всеми вариантами осуществления. На основе вариантов осуществления, приводимых в данной заявке, отметим, что все остальные варианты осуществления, воплощаемые специалистом в данной области техники без каких-либо творческих усилий, находятся в рамках объема притязаний данной заявки.

Первый вариант осуществления

Фрикционная муфта свободного хода с коническими поверхностями для одной разновидности конструкции в соответствии с данной заявкой, показанная на фиг. 1, включает в себя внутреннее кольцо 1 (именуемое также узлом внутреннего кольца),

наружное кольцо 2 (именуемое также узлом наружного кольца), первое промежуточное кольцо 3 и второе промежуточное кольцо 4, элемент 5, ограничивающий осевое положение промежуточных колец, и упругий элемент 7 предварительной затяжки.

Внутреннее кольцо 1, наружное кольцо 2, первое промежуточное кольцо 3 и второе промежуточное кольцо 4 имеют общую ось вращения, т.е. ось X, показанную на рассматриваемом чертеже. Внутреннее кольцо 1 является цельным внутренним кольцом, и позиция 1-1 обозначает первую наружную винтовую резьбу, непосредственно нанесенную на наружной окружной поверхности внутреннего кольца 1, а позиция 1-2 обозначает вторую наружную винтовую резьбу, непосредственно нанесенную на наружной окружной поверхности внутреннего кольца 1. Помимо этого, на наружной окружной поверхности внутреннего кольца расположена кольцевая ограничивающая положение канавка 1-3, а непосредственно на внутренней окружной поверхности внутреннего кольца расположена соединительная конструкция, такая, как прямые шлицы или аналогичные средства, для соединения внутреннего кольца с вращающимся валом или аналогичным средством.

Наружное кольцо 2 тоже является цельным наружным кольцом. Позиции 2-1 и 2-2 обозначают конические поверхности, расположенные непосредственно на внутренней окружной поверхности наружного кольца. Соединительная конструкция, такая, как прямые шлицы или аналогичные средства, расположена непосредственно на наружной окружной поверхности наружного кольца, соединяя наружное кольцо с другими компонентами.

Первое промежуточное кольцо 3 и второе промежуточное кольцо 4, оба, находятся между внутренним кольцом 1 и наружным кольцом 2. Позиция 3-1 обозначает внутреннюю винтовую резьбу, расположенную непосредственно на внутренней окружной поверхности первого промежуточного кольца 3, а позиция 3-2 обозначает коническую поверхность, расположенную непосредственно на наружной окружной поверхности первого промежуточного кольца 3. Позиция 4-1 обозначает внутреннюю винтовую резьбу, расположенную непосредственно на внутренней окружной поверхности второго промежуточного кольца 4, а позиция 4-2 обозначает коническую поверхность, расположенную непосредственно на наружной окружной поверхности второго промежуточного кольца 4. Первое промежуточное кольцо 3 взаимодействует с наружным кольцом 2 посредством соответствующих конических поверхностей, второе промежуточное кольцо 4 взаимодействует с наружным кольцом 2 посредством соответствующих конических поверхностей, а между первым промежуточным кольцом 3 и наружным кольцом 2 и между вторым промежуточным кольцом 4 и наружным кольцом 2 соответственно образована, по меньшей мере, одна рабочая фрикционная пара, выполненная с возможностью осевого сцепления и расцепления. Между промежуточным кольцом 3 и внутренним кольцом 1 и между вторым промежуточным кольцом 4 и внутренним кольцом 1 соответственно образован увеличивающий силу передаточный механизм, а оба промежуточных кольца 3 и 4 - первое и второе -соединены с внутренним кольцом 1 посредством соответствующих увеличивающих силу передаточных механизмов.

В соединительной конструкции, показанной на рассматриваемом чертеже, внутренняя винтовая резьба 3-1 на первом промежуточном кольце 3 введена в зацепление с первой наружной винтовой резьбой 1-1 на наружной окружной поверхности внутреннего кольца 1, а внутренняя винтовая резьба 4-1 на втором промежуточном кольце 4 введена в зацепление со второй наружной винтовой резьбой 1-2 на наружной окружной поверхности внутреннего кольца 1, тем самым соответственно составляя передачу типа винтовой резьбовой пары. Винтовая резьбовая пара может преобразовывать относительное вращение между первым промежуточным кольцом 3 и внутренним кольцом 1, а также относительное вращение между вторым промежуточным кольцом 4 и внутренним кольцом 1 в осевое относительное перемещение, а также преобразовывать относительную вращающую силу в относительную осевую силу, и обеспечивать ситуацию, в которой относительная осевая сила больше, чем относительная вращающая сила. Две винтовые резьбовые пары представляют собой увеличивающий силу передаточный механизм в соответствии с вариантами осуществления данной заявки, тем самым образуя увеличивающий силу передаточный механизм типа передачи винтовыми резьбовыми парами.

Коническая поверхность 3-2 на наружной окружной поверхности первого промежуточного кольца 3 взаимодействует с конической поверхностью 2-1 на внутренней окружной поверхности наружного кольца 2, а коническая поверхность 4-2 на наружной окружной поверхности второго промежуточного кольца 4 взаимодействует с конической поверхностью 2-2 на внутренней окружной поверхности наружного кольца 2, тем самым соответственно образуя, по меньшей мере, одну первую рабочую фрикционную пару и, по меньшей мере, одну вторую рабочую фрикционную пару, которые обе выполнены с возможностью осевого сцепления и расцепления, а конические поверхности являются фрикционными поверхностями фрикционных пар.

Чтобы предотвратить вращение первого промежуточного кольца 3 и второго промежуточного кольца 4 друг относительно друга (т.е. относительное вращение), и обеспечить синхронное вращение этих двух элементов, между первым промежуточным кольцом 3 и вторым промежуточным кольцом 4 предусмотрен синхронизирующий элемент 6. Синхронизирующий элемент 6 может иметь различные конструкции. В этом варианте осуществления, синхронизирующий элемент 6 является штифтом, который имеет два конца, соответственно вставленные в отверстия под штифты первого промежуточного кольца 3 и второго промежуточного кольца 4, или синхронизирующий элемент 6 может являться вставляемым элементом, соединенным с любым из первого промежуточного кольца 3 и второго промежуточного кольца 4 (т.е. расположенным на соответствующем промежуточном кольце) и вставленным в отверстие для вставления, соответственно расположенное в другом из промежуточных колец. Синхронизирующий элемент 6 соединяет первое промежуточное кольцо 3 со вторым промежуточным кольцом 4 в окружном направлении, гарантируя, что первое промежуточное кольцо 3 и второе промежуточное кольцо 4 не вращаются друг относительно друга, а вращаются синхронно.

Внутренняя винтовая резьба 3-1 на первом промежуточном кольце 3 и внутренняя винтовая резьба 4-1 на втором промежуточном кольце 4 имеют противоположные направления нарезки (т.е. направления резьбы); следовательно, когда они подвергается воздействию сил со стороны внутреннего кольца 1 и наружного кольца 2, первое промежуточное кольцо 3 и второе промежуточное кольцо 4 одновременно вращаются в противоположных направлениях и движутся вдоль оси в противоположных направлениях, т.е. одновременно сближаются друг с другом или одновременно отдаляются друг от друга.

Элемент 5, ограничивающий осевое положение промежуточных колец, расположен на внутреннем кольце или наружном кольце 2, ограничивая величины осевого перемещения первого промежуточного кольца 3 и второго промежуточного кольца 4. В элементе 5, ограничивающем осевое положение промежуточных колец, в общем случае применяется упругая нажимная пружина или аналогичное средство. В установочной конструкции, показанной на рассматриваемом чертеже, элемент 5, ограничивающий осевое положение промежуточных колец, взаимодействует с кольцевой ограничивающей положение канавкой 1-3, расположенной во внутреннем кольце 1, и перемещается в этой кольцевой ограничивающей положение канавке.

Упругий элемент 7 предварительной затяжки (который может быть пружиной кручения) расположен между элементом 5, ограничивающим осевое положение промежуточных колец, и первым промежуточным кольцом или расположен между элементом 5, ограничивающим осевое положение промежуточных колец, и вторым промежуточным кольцом 4. Упругий элемент 7 предварительной затяжки имеет один конец, находящийся в контакте с (или, соединенный с) первым промежуточным кольцом 3 или вторым промежуточным кольцом 4, и другой конец, соединенный с элементом 5, ограничивающим осевое положение промежуточных колец, или упругий элемент 7 предварительной затяжки имеет один конец, соединенный с промежуточным кольцом, и другой конец, соединенный с внутренним кольцом или наружным кольцом, которое соединено с увеличивающим силу передаточным механизмом, позволяя всем рабочим фрикционным парам поддерживать силу упругого прижима, которая удовлетворяет рабочему требованию, когда рабочие фрикционные пары не работают.

В соответствии с этим вариантом осуществления, оба промежуточное кольца расположены между внутренним кольцом 1 и наружным кольцом 2, а конические поверхности, которые имеют одинаковые углы при вершине конуса (угол при вершине конуса -это угол, образованный между двумя краями в вершине конуса), образована рабочая фрикционная пара. Первая рабочая фрикционная пара образована конической поверхностью 3-2 и конической поверхностью 2-1, которые имеют одинаковые углы при вершине конуса, а вторая рабочая фрикционная пара образована конической поверхностью 4-2 и конической поверхностью 2-2, которые имеют одинаковые углы при вершине конуса. Угол при вершине конуса первой рабочей фрикционной пары и угол при вершине конуса второй рабочей фрикционной пары могут быть одинаковыми или разными. Углы при вершине конуса всех конических поверхностей должны удовлетворять условию, указанному в формуле изобретения, а параметры условия, указанного в формуле изобретения, выбирают так, чтобы достигать эффекта, в соответствии с которым, когда исчезает внешняя сила, соответственно исчезает и дополнительное давление между элементами фрикционной пары, т.е. самостопорящийся зажим рабочей фрикционной пары не возникнет.

В соответствии с этим вариантом осуществления, первый увеличивающий силу передаточный механизм состоит из винтовой резьбовой пары, которая образована внутренней винтовой резьбой 3-1 на первом промежуточном кольце 3 и первой наружной винтовой резьбой 1-1 на наружной окружной поверхности внутреннего кольца 1, введенных в зацепление друг с другом, а второй увеличивающий силу передаточный механизм состоит из винтовой резьбовой пары, которая образована внутренней винтовой резьбой 4-1 на втором промежуточном кольце 4 и второй наружной винтовой резьбой 1-2 на наружной окружной поверхности внутреннего кольца 1, введенных в зацепление друг с другом. Винтовые резьбовые пары тоже должны удовлетворять условию, указанному в формуле изобретения, т.е. должны гарантировать, что самостопорящийся зажим рабочей фрикционной пары не возникнет. Чтобы достичь таких целей, как высокий кпд передачи и высокая прочность конструкции, винтовые резьбовые пары предпочтительно воплощают в виде трапецеидальной винтовой резьбы или прямоугольной винтовой резьбы. Очевидно, что винтовые резьбовые пары можно также воплощать в виде конструкции с любой винтовой резьбой, которая имеет стандартное или нестандартное поперечное сечение в соответствии с требованиями или состоянием, ограничиваемыми некоторыми условиями.

Хотя упругий элемент 7 предварительной затяжки воплощен в виде пружины кручения в соответствии с этим вариантом осуществления, поскольку увеличивающий силу передаточный механизм в соответствии с данной заявкой не будет самостопорящимся, упругую затяжку рабочей фрикционной пары можно реализовать с помощью упругого элемента предварительной затяжки, который прикладывает осевую силу, например - пружины Бельвилля, резинового амортизатора и других упругих элементов.

В процессе технического проектирования можно осуществлять эквивалентное преобразование всех рабочих фрикционных пар первой и второй - в теоретически эквивалентную рабочую фрикционную пару, тангенциальную составляющую внешней силы в направлении самостопорящиегося зажима, возникающую между внутренним кольцом и наружным кольцом, обозначают символом F₁, а нормальное давление, генерируемое в эквивалентной рабочей фрикционной паре, обозначают символом F₂, эквивалентный коэффициент трения эквивалентной рабочей фрикционной пары обозначают символом µ, и когда удовлетворяется условие dF₁/dF₂≤µ, муфта свободного хода в соответствии с данной заявкой может поддерживать функцию муфты свободного хода в пределах величины способности выдерживать нагрузку, а когда удовлетворяется условие dF₁/dF₂>µ, муфта свободного хода может достигать защиты от проскальзывания. В вышеупомянутых формулах, d представляет дифференциал.

В случае если муфта свободного хода в соответствии с данной заявкой удовлетворяет вышеупомянутому условию dF₁/dF₂≤µ, процесс ее работы можно описать следующим образом. Посредством упругого элемента 7 предварительной затяжки (например, пружины кручения) и осевой ограничивающей положение упругой нажимной пружины 5, обеспечивается нахождение в состоянии контакта обеих рабочих фрикционных пар - первой и второй, которые обе состоят из конических поверхностей, и воздействие на них надлежащей начальной силы упругого прижима. Когда внутреннее кольцо 1 и наружное кольцо 2 вращаются друг относительно друга или имеют тенденцию к вращению друг относительно друга, если направление вращения или тенденция к вращению заставляет первое промежуточное кольцо 3 и второе промежуточное кольцо 4 оказывать нарастающий нажим на рабочие фрикционные пары, затягивая их за счет взаимодействия винтовой резьбовой пары, образованной винтовой резьбой 1, введенной в зацепление с винтовой резьбой 3-1, и винтовой резьбовой пары, образованной винтовой резьбой 1-2, введенной в зацепление с винтовой резьбой 4-1, рабочие фрикционные пары будут поддерживать неподвижное состояние, т.е. достигается самостопорящийся зажим. И наоборот, вышеупомянутое относительное вращение или вышеупомянутая тенденция к вращению имеет место в противоположном направлении, первое промежуточное кольцо 3 или второе промежуточное кольцо 4 могут также снижать начальное давление рабочей фрикционной пары посредством взаимодействия вышеупомянутых винтовых резьбовых пар, и будет происходить проскальзывание рабочей фрикционной пары, которое и представляет собой состояние свободного хода. Как изображено, муфта свободного хода достигает односторонней передачи в направлении вращения.

Чтобы обеспечить нормальную работу муфты свободного хода в соответствии с данной заявкой, требуется надлежащая смазка, поэтому предпочтительно предусмотреть каналы смазки, например, в виде сетчатого узора или смазочной канавки в форме восьмерки на фрикционных поверхностях рабочих фрикционных пар.

Поскольку муфта свободного хода в соответствии с данной заявкой имеет простую конструкцию, для работы требуется предусмотреть роликовый подшипник или подшипник скольжения для опоры или позиционирования между внутренним кольцом 1 и наружным кольцом 2 или между деталями, которые соответственно соединены с внутренним кольцом 1 и наружным кольцом 2, т.е. роликовый подшипник и подшипник скольжения функционируют как ограничивающий положение узел, а также могут создавать уплотнение для смазки.

Если позволяют условия использования согласно этому варианту осуществления, ограничивающую осевое положение упругую нажимную пружину 5 можно также исключить, а упругий элемент 7 предварительной затяжки (например, пружину кручения) можно закрепить непосредственно в отверстие, ограничивающее положение, во внутреннем кольце 1.

Если позволяют условия использования согласно этому варианту осуществления, прямые шлицы на внутреннем кольце и наружном кольце 2 можно заменить шпоночными пазами или можно исключить, а внутреннее кольцо 1 можно также выполнить в виде сплошного внутреннего кольца, которое можно именовать внутренним валом.

Увеличивающий силу передаточный механизм может состоять из конструкционного профиля, сформированного непосредственно на промежуточных кольцах, вводимого в зацепление непосредственно с конструкционным профилем, сформированным непосредственно на внутреннем кольце или наружном кольце, которое соединено с увеличивающим силу передаточным механизмом. Конструкционные профили могут быть любыми из следующих конструкционных профилей, включая винтовые резьбы, имеющие стандартное поперечное сечение или нестандартное поперечное сечение, осевую винтовую поверхность и осевую наклонную клиновидную поверхность. Увеличивающий силу передаточный механизм также может быть образован конструкционным профилем, образованным непосредственно на промежуточных кольцах, конструкционным профилем, образованным непосредственно на внутреннем кольце или наружном кольце, которое соединено с увеличивающим силу передаточным механизмом, и может быть образован другими деталями, находящимися между упомянутыми двумя конструкционными профилями, и может представлять собой одну из конструкции винтовая канавка - штифт, осевой конструкции с наклонной несущей штангой, конструкции с осевым расклиниванием и двумя стальными шариками, конструкции с осевым расклиниванием и двумя роликами, а также резьбовой конструкции, обеспечивающей качение. Преобразовывая движение, увеличивающий силу передаточный механизм распределяет тангенциальную силу между промежуточным кольцом и внутренним кольцом для генерирования осевой составляющей силы между промежуточным кольцом и внутренним кольцом.

В этом варианте осуществления применяется увеличивающий силу передаточный механизм типа винтовой резьбовой пары, а угол подъема резьбы обозначен символом ψ и угол самостопорящегося зажима винтовой резьбовой пары обозначен символом ρ, и в соответствии с условиями согласно данной заявке, по меньшей мере, одна винтовая резьбовая пара должна удовлетворять условию ψ>ρ, гарантируя, что эта винтовая резьбовая пара работает в диапазоне отсутствия самостопорящегося зажима.

Каждая из рабочих фрикционных пар может представлять собой конструкцию, состоящую из поверхностей трения, которые образованы лишь двумя коническими поверхностями, взаимодействующими друг с другом, а также может представлять собой конструкцию, состоящую из более чем двух поверхностей трения, образованных коническими поверхностями, расположенными в шахматном порядке в соответствии с конфигурацией обычной многодисковой муфты.

Упругий элемент 7 предварительной затяжки включает в себя, по меньшей мере, один упругий элемент, выполненный из упругого материала, такого как металл или резина, а конструкция упругого элемента включает в себя пружину кручения, нажимную пружину, тарельчатую пружину, волнистую пружину и листовую рессору.

По меньшей мере, один ограничивающий положение узел соединен с внутренним кольцом и наружным кольцом, ограничивая радиальное относительное положение и осевое относительное положение между внутренним кольцом и наружным кольцом. Ограничивающий положение узел можно воплотить в виде обычных конструкций, таких, как роликовый подшипник, подшипник скольжения и гидравлический подшипник. Ограничивающий положение узел может быть расположен непосредственно между внутренним кольцом и наружным кольцом муфты свободного хода, а также может быть расположен между наружными деталями механизма, которые соединены с внутренним кольцом и наружным кольцом муфты свободного хода.

Следует отметить, что обгонный подшипник имеет меньше деталей, простую конструкцию и - очевидно - высокую производственную технологичность, малый угол проскальзывания, большую несущую способность, а его точность обработки можно гарантировать без затруднений. Хотя точность обработки является низкой, она оказывает незначительное влияние на угол проскальзывания и несущую способность, и почти не оказывает влияние на функцию одностороннего свободного хода.

Вышеописанный свободный ход - это состояние, в котором направление вышеупомянутой тангенциальной составляющей внешней силы противоположно ее направлению в состоянии самостопорящегося зажима. В этом варианте осуществления применяется увеличивающий силу передаточный механизм с конструкцией винтовой резьбовой пары, что обеспечивает активное снижение давления между фрикционными поверхностями рабочей фрикционной пары. Когда тангенциальная составляющая внешней силы в том направлении больше, чем сила трения в пределах фрикционной пары, внутреннее кольцо 1 и наружное кольцо 2 могут вращаться друг относительно друга вокруг общей оси X вращения, и муфта свободного хода находится в состоянии свободного хода.

Когда муфта свободного хода находится в состоянии свободного хода, тангенциальная составляющая внешней силы в том направлении может обеспечивать только передачу силы, которая меньше, чем максимальная сила трения в пределах фрикционной пары между внутренним кольцом 1 и наружным кольцом 2, или равна этой силе. Максимальную силу трения в пределах фрикционной пары в состоянии свободного хода можно преобразовать в крутящий момент, и как раз этот крутящий момент именуют крутящим моментом свободного хода муфты свободного хода.

В общем случае, процесс перехода муфты свободного хода из состояния самостопорящегося зажима в состояние свободного хода называют разжимом, а фрикционная муфта свободного хода с коническими поверхностями в соответствии с данной заявкой не имеет отдельного механизма самостопорящегося зажима, и поэтому активного разжима в одном из аспектов данной заявки можно достичь путем использования двухстороннего механизма самостопорящегося зажима типа винтовой резьбовой пары.

Кроме того, во фрикционной муфте свободного хода с коническими поверхностями в соответствии с данной заявкой, все рабочие фрикционные пары являются элементами конструкции с поверхностными контактами, и поэтому в рабочем состоянии свободного хода между фрикционными поверхностями рабочей фрикционной пары легко может образовываться пленка смазочного масла, которая гарантирует близкий к нулю износ между фрикционными поверхностями рабочей фрикционной пары. Таким образом, фрикционная муфта свободного хода с коническими поверхностями в соответствии с данной заявкой может работать в состоянии свободного хода с высокой скоростью в течение длительного времени, что также является одним из признаков данной заявки.

На основании вышеизложенного описания увеличивающего силу передаточного механизма можно сказать, что если используется увеличивающий силу передаточный механизм типа винтовой резьбовой пары, то фрикционная муфта свободного хода с коническими поверхностями в соответствии с данной заявкой может автоматически компенсировать износ рабочей фрикционной пары в значительной степени, вследствие чего функциональные особенности этой конструкции менее чувствительны к изменению параметров деталей, что также является одним из признаков данной заявки.

Фрикционная муфта свободного хода с коническими поверхностями в соответствии с данной заявкой может достигать характеристик почти полностью осесимметричной и полностью жесткой конструкции, адаптируясь к работе на высоких скоростях и сверхвысоких скоростях, а наивысшая скорость вращения зависит лишь от материала, величины передаваемого крутящего момента и уровня динамического равновесия.

В соответствии с описанием относящихся к делу документов известного уровня техники данной заявки, максимальный угол проскальзывания можно понимать следующим образом. Если угол относительного положения между направлениями вращения внутреннего кольца 1 и наружного кольца 2 в момент, когда внутреннее кольцо 1 и наружное кольцо 2 переходят в относительно неподвижное состояние из состояния свободного хода, равен θ, а когда внутреннее кольцо 1 и наружное кольцо 2 переходят в состояние несущей способности, относительный угол, на который внутреннее кольцо 1 и наружное кольцо 2 поворачиваются друг относительно друга, - это максимальный угол проскальзывания.

Максимальный угол проскальзывания фрикционной муфты свободного хода с коническими поверхностями в соответствии с данной заявкой зависит главным образом от посадочного зазора и точности посадки увеличивающего силу передаточного механизма и толщины пленки масла между фрикционными поверхностями всех рабочих фрикционных пар при угле, равном θ, величины упругой деформации конструкции после самостопорящегося зажима и периода перехода в состояние самостопорящегося зажима, и т.д. с помощью соответствующих технических средств, причем первыми тремя факторами, оказывающими влияние на максимальный угол скольжения можно легко управлять в пределах требуемого диапазона.

На основании вышеупомянутых схематических видов, а также всех иллюстраций и описаний, технический персонал, обладающий обычной квалификацией в данной области техники, легко сможет понять технический принцип фрикционной муфты свободного хода с коническими поверхностями в соответствии с данной заявкой, позволяющий достигать самостопорящегося зажима и свободного хода, и сможет найти характеристики конструкции и степень повышения технических показателей согласно данной заявке, воспользоваться эффектами и громадными общественными выгодами, а также сможет легко и просто воспроизвести этот технический принцип.

Конечно, из вышеупомянутой базисной формы конструкции можно вывести многие другие формы конструкции, обладающей функцией муфты свободного хода, и в нижеследующих вариантах осуществления будет описана часть модифицированных конструкций.

Вторая разновидность конструкции фрикционной муфты свободного хода с коническими поверхностями в соответствии с данной заявкой показана на фиг. 2, при этом часть, являющаяся одинаковой для второй разновидности конструкции и конструкции, показанной на фиг. 1, здесь описана не будет, а разница между ними заключается в том, что во второй разновидности конструкции увеличивающий силу передаточный механизм соответственно образован между наружным кольцом 2 и первым промежуточным кольцом 3, а также между наружным кольцом 2 и вторым промежуточным кольцом 4, и увеличивающие силу передаточные механизмы типа винтовых резьбовых пар образованы введенными в зацепление винтовыми резьбами наружного кольца 2 и первого промежуточного кольца 3, а также введенными в зацепление винтовыми резьбами наружного кольца 2 и второго промежуточного кольца 4. Внутреннее кольцо 1 и первое промежуточное кольцо 3, а также внутреннее кольцо 1 и второе промежуточное кольцо 4, взаимодействуют друг с другом посредством конических поверхностей, тем самым образуя первую рабочую фрикционную пару и вторую рабочую фрикционную пару, соответственно. Между первым промежуточным кольцом 3 и наружным кольцом 2, а также между вторым промежуточным кольцом 4 и наружным кольцом 2, предусмотрены элемент 5, ограничивающий осевое положение промежуточных колец, и упругий элемент 7 предварительной затяжки, тем самым позволяя обеим рабочим фрикционным парам - первой и второй, образованным коническими поверхностями, поддерживать состояние контакта одновременно и иметь надлежащую начальную силу упругого прижима. На фиг. 2, синхронизирующий элемент 6 между первым промежуточным кольцом 3 и вторым промежуточным кольцом 4 не предусмотрен.

Третья разновидность конструкции фрикционной муфты свободного хода с коническими поверхностями в соответствии с данной заявкой показана на фиг. 3 и 4, при этом часть, являющаяся одинаковой для третьей разновидности конструкции и первых двух конструкций, здесь описана не будет, а разница между ними заключается в том, что в третьей разновидности конструкции на среднем участке внутреннего кольца 1 предусмотрена ступица 11, а первое промежуточное кольцо 3 и второе промежуточное кольцо 4 соответственно расположены по обе стороны ступицы 11 и расположены в целом осесимметрично по обе стороны ступицы 11. Внутреннее кольцо 1 и торец поверхности первого промежуточного кольца 3, а также внутреннее кольцо 1 и торец поверхности второго промежуточного кольца 4 соответственно соединены посредством увеличивающей силу передаточной конструкции, имеющей осевую наклонную клиновидную поверхность. Когда внутреннее кольцо 1 вращается, первое промежуточное кольцо 3 и второе промежуточное кольцо 4 подталкиваются наклонными клиновидными поверхностями на торцевых поверхностях, совершая осевое движение и перемещаясь симметрично с правой стороны и левой стороны ступицы 11. Чтобы облегчить установку, наружное кольцо 2 представляет собой узел наружного кольца, состоящий из трех деталей, и левая деталь на рассматриваемом чертеже обозначена позицией 2а, правая деталь обозначена позицией 2b, а позиция 2с обозначает соединитель (или крышку), который соединяет левую деталь 2а с правой деталью 2b, образуя целостную конструкцию, вследствие чего и получается узел наружного кольца.

Показанный на фиг. 5-8 синхронизирующий элемент 6 в соответствии с данной заявкой расположен между первым промежуточным кольцом 3 и вторым промежуточным кольцом 4, гарантируя, что первое промежуточное кольцо 3 и второе промежуточное кольцо 4 вращаются синхронно и не вращаются друг относительно друга. Синхронизирующий элемент 6 имеет различные конструкции - в дополнение к конфигурации, показанной на фиг. 1 и 3, предусматривающей использование взаимодействия между цилиндрическим штифтом и отверстием. На фиг. 5 показана конфигурация, в которой круглое кольцо с внутренним отверстием, снабженное прямой шпонкой, введено в зацепление с прямым пазом, выполненным в наружной окружной поверхности промежуточного кольца. На фиг. 6 показана конфигурация, в которой круглое кольцо с наружной окружной поверхностью, снабженное прямой шпонкой, введено в зацепление с прямым пазом, выполненным во внутренней окружной поверхности промежуточного кольца. Синхронизирующий элемент 6 показанный на фиг. 7 и 8, состоит из геометрических конфигураций, сформированных непосредственно на промежуточных кольцах. На фиг. 7 показана конфигурация, в которой прямая шпонка и прямой паз сформированы непосредственно на обоих промежуточных кольцах, соответственно, а прямая шпонка или прямой паз, образованные в одном из двух промежуточных колец, сопрягаются с прямым пазом или прямой шпонкой, соответственно образованным в другом из промежуточных колец. На фиг. 8 показана конструкция, в которой прямые зубья и прямые пазы, согласованные друг с другом, образованы соответственно на торцевых поверхностях обоих промежуточных колец.

На фиг. 9 и 10 показаны конструкции увеличивающего силу передаточного механизма. На фиг. 9 показан увеличивающий силу передаточный механизм осевой конструкции с наклонной несущей штангой, который расположен между первым промежуточным кольцом 3 и внутренним кольцом 1 или между первым промежуточным кольцом 3 и наружным кольцом 2, либо между вторым промежуточным кольцом 4 и внутренним кольцом 1 или между вторым промежуточным кольцом 4 и наружным кольцом 2, для замены вышеупомянутого увеличивающего силу передаточного механизма типа винтовой резьбовой пары, и эта конструкция тоже может достигать цели данной заявки. На фиг. 10 показан увеличивающий силу передаточный механизм конструкции с осевым расклиниванием, представляющей собой конструкцию с двумя стальными шариками или двумя роликами, которая расположена между первым промежуточным кольцом 3 и внутренним кольцом 1 или между первым промежуточным кольцом 3 и наружным кольцом 2, либо между вторым промежуточным кольцом 4 и внутренним кольцом 1 или между вторым промежуточным кольцом 4 и наружным кольцом 2, для замены вышеупомянутого увеличивающего силу передаточного механизма типа винтовой резьбовой пары, и эта конструкция тоже может достигать цели данной заявки.

Помимо этого, в дополнение к упругому элементу предварительной затяжки, можно также позаимствовать магнитный элемент для удовлетворения требованию предварительной затяжки.

Обратимся к фиг. 11 и 12. На фиг. 11 представлено упрощенное осевое сечение, иллюстрирующее четвертую

разновидность конструкции фрикционной муфты свободного хода с коническими поверхностями в соответствии с данной заявкой, а на фиг. 12 представлен схематический вид кольцевого постоянного магнита, показанного на фиг. 11.

Часть, являющаяся одинаковой для четвертой разновидности конструкции фрикционной муфты свободного хода с коническими поверхностями в соответствии с данной заявкой, показанной на фиг. 11, и конструкции, показанной на фиг. 1, здесь описана не будет, а разница между ними заключается в том, что в четвертой разновидности конструкции между первым промежуточным кольцом 3 и вторым промежуточным кольцом 4 расположено пространство размещения, предназначенное для размещения постоянного магнита 20. Постоянный магнит 20 имеет в целом кольцевую форму и может крепиться к наружному кольцу 2 посредством приклеивания или зажатия. На стороне первого промежуточного кольца 3, которая взаимодействует с внутренним кольцом 1, выполнен выступающий буртик 3-3, и на стороне второго промежуточного кольца 4, которая взаимодействует с внутренним кольцом 1, выполнен выступающий буртик 4-3, а эти выступающие буртики обоих промежуточных колец и наружное кольцо 2 огораживают упомянутое пространство размещения, обеспечивая адаптацию к вращению с высокой скоростью.

Обратимся к фиг. 13 и 14. На фиг. 13 представлено упрощенное осевое сечение, иллюстрирующее пятую разновидность конструкции фрикционной муфты свободного хода с коническими поверхностями в соответствии с данной заявкой, а на фиг. 14 представлен схематический вид расположенного по окружности постоянного магнита, показанного на фиг. 13.

Аналогичным образом, для обеспечения силы предварительной затяжки, в пятой разновидности конструкции фрикционной муфты свободного хода с коническими поверхностями, показанной на фиг. 13, применяется магнитный элемент. Основная конфигурация пятой разновидности конструкции является такой же, как у конструкции, показанной на фиг. 2. В отличие от конструкции, показанной на фиг. 2, в пятой разновидности конструкции, между первым промежуточным кольцом 3 и вторым промежуточным кольцом 4 расположено пространство размещения, предназначенное для размещения двух комплектов постоянных магнитов 30, которые имеют заданное осевое расстояние друг от друга. Каждый комплект постоянных магнитов 30 включает в себя несколько постоянных магнитов, расположенных через интервалы в окружном направлении, и один комплект постоянных магнитов 30 прикреплен к первому промежуточному кольцу 3, а другой комплект постоянных магнитов прикреплен ко второму промежуточному кольцу 4, причем каждый постоянный магнит может быть прикреплен к соответствующему промежуточному кольцу посредством приклеивания или зажатия. На стороне первого промежуточного кольца 3, которая взаимодействует с наружным кольцом 2, выполнен выступающий буртик 3-4, и на стороне второго промежуточного кольца 4, которая взаимодействует с наружным кольцом 2, выполнен выступающий буртик 4-4, а эти выступающие буртики обоих промежуточных колец и внутреннее кольцо 1 огораживают упомянутое пространство размещения, обеспечивая адаптацию к вращению с высокой скоростью.

Очевидно, что - помимо постоянного магнита - теоретически удовлетворять вышеупомянутому требованию к использованию может также электромагнит, обеспечивая силу предварительной затяжки посредством магнитной силы.

В частности, следует отметить, что в вышеупомянутых четвертом и пятом решениях, касающихся фрикционной муфты свободного хода с коническими поверхностями, конструкцию постоянного магнита можно изменять в соответствии с конкретными требованиями; например, конструкцию постоянного магнита раздельного типа и его соединительную конструкцию, показанные на фиг. 14, можно применять в четвертой разновидности фрикционной муфты свободного хода с коническими поверхностями, показанной на фиг. 11, а постоянный магнит цельного типа и его соединительную конструкцию, показанные на фиг. 12, можно также применять в пятой разновидности фрикционной муфты свободного хода с коническими поверхностями, показанной на фиг. 13.

В заключение, следует отметить, что вышеупомянутые варианты осуществления предназначены лишь для иллюстрации технических решений данной заявки, а не для ограничения данной заявки. Хотя данная заявка подробно описана со ссылками на предпочтительные варианты осуществления, специалисту в данной области техники должно быть ясно, что в технические решения данной заявки можно внести некоторые модификации или эквивалентные замены в рамках существа и объема притязаний данной заявки, и эти модификации или эквивалентные замены считаются тоже находящимися в рамках объема притязаний данной заявки, определяемого формулой изобретения.

Фрикционная муфта свободного хода с коническими поверхностями, содержащая внутренне кольцо, наружное кольцо, два промежуточных кольца и упругий элемент предварительной затяжки. Все увеличивающие силу передаточные механизмы и фрикционные пары, имеющие конические поверхности, работают в пределах диапазона параметров, в котором они не являются самостопорящимися. Увеличивающие силу передаточные механизмы находятся в состоянии постоянного зацепления, а на фрикционные пары, имеющие конические поверхности, воздействует начальный прижим посредством упругой предварительно нагружаемой детали или магнитного элемента. Когда имеются тангенциальные составляющие внешней силы, действующие в разных направлениях между внутренним кольцом и наружным кольцом, фрикционные пары, имеющие конические поверхности, вращаются, проскальзывая, или находятся в неподвижном состоянии под действием увеличивающего силу передаточного механизма. Достигается упрощение конструкции. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Фрикционная муфта свободного хода с коническими поверхностями, содержащая:
внутреннее кольцо, наружное кольцо, первое промежуточное кольцо, второе промежуточное кольцо и упругий элемент предварительной затяжки; при этом
внутреннее кольцо, наружное кольцо, первое промежуточное кольцо и второе промежуточное кольцо имеют общую ось вращения;
первое промежуточное кольцо и второе промежуточное кольцо, оба, находятся между внутренним кольцом и наружным кольцом; каждое из первого промежуточного кольца и второго промежуточного кольца взаимодействует с одним из внутреннего кольца и наружного кольца посредством конических поверхностей, соответственно образуя, по меньшей мере, одну первую рабочую фрикционную пару и, по меньшей мере, одну вторую рабочую фрикционную пару, причем обе они выполнены с возможностью осевого сцепления и расцепления; и между первым промежуточным кольцом и другим из внутреннего кольца и наружного кольца и между вторым промежуточным кольцом и другим из внутреннего кольца и наружного кольца соответственно сформированы первый увеличивающий силу передаточный механизм и второй увеличивающий силу передаточный механизм, а первое промежуточное кольцо и второе промежуточное кольцо соответственно соединены с другим из внутреннего кольца и наружного кольца посредством первого увеличивающего силу передаточного механизма и второго увеличивающего силу передаточного механизма;
упругий элемент предварительной затяжки имеет один конец, расположенный на первом промежуточном кольце или втором промежуточном кольце, позволяя всем рабочим фрикционным парам поддерживать силу упругого прижима, которая удовлетворяет рабочему требованию, когда рабочие фрикционные пары не работают;
первая рабочая фрикционная пара и вторая рабочая фрикционная пара имеют общую ось вращения, а две конические поверхности каждой рабочей фрикционной пары, которые взаимодействуют друг с другом, имеют одинаковые углы при вершине конуса; что касается угла при вершине конуса любой из рабочих
фрикционных пар, то угол при вершине конуса, обозначаемый символом θ, и коэффициент трения фрикционной пары, обозначаемый символом µ₀, должны удовлетворять условию 2arctg (µ₀)<θ≤180°, при этом запись arctg () в формуле представляет функцию арктангенса, а условие гарантирует, что самостопорящийся зажим рабочей фрикционной пары не возникнет;
конфигурация, по меньшей мере, одного из увеличивающих силу передаточных механизмов обеспечивает преобразование
относительного угла вращения между соответствующим промежуточным кольцом и внутренним кольцом или наружным кольцом, которое соединено с увеличивающим силу передаточным механизмом, в осевое относительное перемещение, и в случае, когда относительный угол вращения равен Ф, а генерируемое осевое относительное перемещение равно λ и коэффициент трения увеличивающего силу передаточного механизма равен µ₁, должно удовлетворяться условие arctg (dλ/dФ)>arctg (µ₁), при этом запись arctg () в формуле представляет функцию арктангенса, a d представляет дифференциал, и условие должно гарантировать, что самостопорящийся зажим увеличивающего силу передаточного механизма не возникнет; и
в случае, когда первую рабочую фрикционную пару и вторую рабочую фрикционную пару преобразуют в теоретически эквивалентную рабочую фрикционную пару, тангенциальная составляющая внешней силы в направлении самостопорящегося зажима, возникающая между внутренним кольцом и наружным кольцом, равна F₁, а нормальное давление, генерируемое в эквивалентной рабочей фрикционной паре под действием увеличивающего силу передаточного механизма, равно F₂, эквивалентный коэффициент трения эквивалентной рабочей фрикционной пары равен µ, и расчетное условие для муфты свободного хода с целью воплощения максимальной несущей способности имеет вид dF₁/dF₂≤µ, а расчетное условие для муфты свободного хода с целью достижения защиты от проскальзывания при перегрузке имеет вид F₁/dF₂>µ; при этом d в формуле представляет дифференциал.

2. Фрикционная муфта по п. 1, в которой каждый из
увеличивающих силу передаточных механизмов состоит из конструкционного профиля, сформированного непосредственно на соответствующем промежуточном кольце, вводимом в зацепление непосредственно с конструкционным профилем, сформированным непосредственно на внутреннем кольце или наружном кольце, которое соединено с увеличивающим силу передаточным механизмом; каждый из конструкционных профилей может быть любым из следующих конструкционных профилей, включая винтовые резьбы, имеющие стандартное поперечное сечение или нестандартное поперечное сечение, осевую винтовую поверхность и осевую наклонную клиновидную поверхность; каждый из увеличивающих силу передаточных механизмов может быть образован конструкционным профилем, образованным непосредственно на соответствующем промежуточном кольце, конструкционным профилем, образованным непосредственно на внутреннем кольце или наружном кольце, которое соединено с увеличивающим силу передаточным механизмом, и другими подходящими механическими деталями, находящимися между упомянутыми двумя конструкционными профилями, и представляет собой одну из осевой конструкции винтовая канавка - штифт, осевой конструкции с наклонной несущей штангой, конструкции с осевым расклиниванием и двумя стальными шариками, конструкции с осевым расклиниванием и двумя роликами, а также резьбовой конструкции, обеспечивающей качение, а преобразовывая движение, увеличивающий силу передаточный механизм распределяет тангенциальную силу между промежуточным кольцом и внутренним кольцом для генерирования осевой составляющей силы между промежуточным кольцом и внутренним кольцом или наружным кольцом.

3. Фрикционная муфта по любому из пп. 1 и 2, в которой в увеличивающих силу передаточных механизмах, в случае, когда промежуточные кольца вращаются относительно внутреннего кольца или наружного кольца, которое соединено с увеличивающими силу передаточными механизмами, оба промежуточных кольца движутся вдоль оси в противоположных направлениях, т.е. одновременно сближаются друг с другом или одновременно отдаляются друг от друга.

4. Фрикционная муфта по любому из пп. 1 или 2, в которой
увеличивающие силу передаточные механизмы являются увеличивающими силу передаточными механизмами типа винтовых резьбовых пар, которые соответственно образованы внутренней винтовой резьбой на первом промежуточном кольце, введенной в зацепление с первой наружной винтовой резьбой на наружной окружной поверхности внутреннего кольца, и внутренней винтовой резьбой на втором промежуточном кольце, введенной в зацепление со второй наружной винтовой резьбой на наружной окружной поверхности внутреннего кольца, а внутренняя резьба на первом промежуточном кольце и внутренняя резьба на втором промежуточном кольце имеют противоположные направления нарезки.

5. Фрикционная муфта по п. 1, в которой на внутреннем кольце или наружном кольце предусмотрен элемент, ограничивающий осевое положение промежуточных колец, который соединен с промежуточными кольцами посредством увеличивающих силу передаточных механизмов, и этот элемент, ограничивающий осевое положение промежуточных колец, соединен с внутренним кольцом или наружным кольцом посредством кольцевой канавки, ограничивая диапазон осевого перемещения промежуточного кольца.

6. Фрикционная муфта по любому из пп. 1, 2 и 5, в которой упругий элемент предварительной затяжки расположен между элементом, ограничивающим осевое положение промежуточных колец, и первым промежуточным кольцом, или расположен между элементом, ограничивающим осевое положение промежуточных колец, и вторым промежуточным кольцом, или соединен с соответствующим промежуточным кольцом и внутренним кольцом или наружным кольцом, которое соединено с увеличивающими силу передаточными механизмами, позволяя всем рабочим фрикционным парам поддерживать силу упругого прижима, которая удовлетворяет рабочему требованию, когда рабочие фрикционные пары не работают.

7. Фрикционная муфта по любому из пп. 1, 2 и 5, в которой упругий элемент предварительной затяжки содержит, по меньшей мере, один упругий элемент, выполненный из упругого материала, такого как металл или резина, а конструкция упругого элемента содержит пружину кручения, нажимную пружину, тарельчатую пружину, волнистую пружину и листовую рессору.

8. Фрикционная муфта по п. 1, в которой между первым промежуточным кольцом и вторым промежуточным кольцом предусмотрен синхронизирующий механизм, чтобы обеспечить синхронное вращение этих двух элементов, причем синхронизирующий механизм состоит из прямых зубьев или шлицов, которые предусмотрены на торцевых поверхностях, внутренних окружных поверхностях или наружных окружных поверхностях обоих промежуточных колец и введены в зацепление друг с другом, или состоит из цилиндрического штифта, соединяемого с отверстиями в торцевых поверхностях обоих промежуточных колец, или состоит из прямых зубьев или шлицов, которые предусмотрены на внутренних окружных поверхностях или наружных окружных поверхностях обоих промежуточных колец и входят в зацепление с круглым кольцом, которое снабжено прямыми зубьями или шлицами на внутренней окружной поверхности или наружной окружной поверхности.

9. Фрикционная муфта по любому из пп. 1, 2, 5 и 8, в которой с внутренним кольцом и наружным кольцом соединен, по меньшей мере, один ограничивающий положение узел для ограничения или установления предела радиального относительного положения и осевого относительного положения между внутренним кольцом и наружным кольцом.

10. Фрикционная муфта по п. 9, в которой ограничивающий положение узел имеет обычную конструкцию, содержащую роликовый подшипник, подшипник скольжения и гидравлический подшипник, и обеспечивается возможность расположения ограничивающего положение узла непосредственно между внутренним кольцом и наружным кольцом муфты свободного хода, а также возможность расположения между деталями наружного механизма, которые соединены с внутренним кольцом и наружным кольцом муфты свободного хода.

11. Фрикционная муфта свободного хода с коническими поверхностями, содержащая: внутреннее кольцо, наружное кольцо, первое промежуточное кольцо и второе промежуточное кольцо; при этом
внутреннее кольцо, наружное кольцо, первое промежуточное кольцо и второе промежуточное кольцо имеют общую ось вращения;
первое промежуточное кольцо и второе промежуточное кольцо, оба, находятся между внутренним кольцом и наружным кольцом; каждое из первого промежуточного кольца и второго промежуточного кольца взаимодействует с одним из внутреннего кольца и наружного кольца посредством конических поверхностей, соответственно образуя, по меньшей мере, одну первую рабочую фрикционную пару и, по меньшей мере, одну вторую рабочую фрикционную пару, причем обе они выполнены с возможностью осевого сцепления и расцепления; и между первым промежуточным кольцом и другим из внутреннего кольца и наружного кольца и между вторым промежуточным кольцом и другим из внутреннего кольца и наружного кольца соответственно сформированы первый увеличивающий силу передаточный механизм и второй увеличивающий силу передаточный механизм; а первое промежуточное кольцо и второе промежуточное кольцо соответственно соединены с другим из внутреннего кольца и наружного кольца посредством первого увеличивающего силу передаточного механизма и второго увеличивающего силу передаточного механизма;
между первым промежуточным кольцом и вторым промежуточным кольцом предусмотрено пространство размещения, предназначенное для размещения магнитного элемента, позволяя всем рабочим фрикционным парам поддерживать силу упругого прижима, которая удовлетворяет рабочему требованию, когда рабочие фрикционные пары не работают;
первая рабочая фрикционная пара и вторая рабочая фрикционная пара имеют общую ось вращения, а две конические поверхности каждой рабочей фрикционной пары, которые взаимодействуют друг с другом, имеют одинаковые углы при вершине конуса; при этом угол при вершине конуса любой из рабочих фрикционных пар, обозначаемый символом θ, и коэффициент трения фрикционной пары, обозначаемый символом µ₀, удовлетворяют условию 2arctg (µ₀)<θ≤180°, где arctg () представляет функцию арктангенса, а условие гарантирует, что самостопорящийся зажим рабочей фрикционной пары не возникнет;
конфигурация, по меньшей мере, одного из увеличивающих силу
передаточных механизмов обеспечивает преобразование относительного угла вращения между соответствующим промежуточным кольцом и внутренним кольцом или наружным кольцом, которое соединено с увеличивающим силу передаточным механизмом, в осевое относительное перемещение, и в случае, когда относительный угол вращения равен Ф, а генерируемое осевое относительное перемещение равно λ и коэффициент трения увеличивающего силу передаточного механизма равен µ₁, должно удовлетворяться условие arctg (dλ/dФ)>arctg (µ₁), где arctg () представляет функцию арктангенса, a d представляет дифференциал, и условие гарантирует, что самостопорящийся зажим увеличивающего силу передаточного механизма не возникнет; и
первая рабочая фрикционная пара и вторая рабочая фрикционная пара преобразованы в теоретически эквивалентную рабочую фрикционную пару, тангенциальная внешняя сила в направлении самостопорящегося зажима, возникающая между внутренним кольцом и наружным кольцом, равна F₁, а нормальное давление, генерируемое в эквивалентной рабочей фрикционной паре под действием увеличивающего силу передаточного механизма, равно F₂, эквивалентный коэффициент трения эквивалентной рабочей фрикционной пары равен µ, и расчетное условие для муфты свободного хода с целью воплощения максимальной несущей способности имеет вид dF₁/dF₂≤µ; а расчетное условие для муфты свободного хода с целью достижения защиты от проскальзывания при перегрузке имеет вид F₁/dF₂>µ; при этом d в формуле представляет дифференциал.

12. Фрикционная муфта по п. 11, в которой магнитный элемент является постоянным магнитом, имеющим в целом кольцевую форму, или магнитный элемент содержит два комплекта постоянных магнитов, которые имеют заданное осевое расстояние между собой, причем каждый комплект постоянных магнитов содержит множество постоянных магнитов, которые расположены через интервалы в окружном направлении, и один комплект постоянных магнитов прикреплен к первому промежуточному кольцу, а другой комплект постоянных магнитов прикреплен ко второму промежуточному кольцу.

13. Фрикционная муфта по п. 12, в которой на стороне первого промежуточного кольца, которая взаимодействует с наружным кольцом, выполнен выступающий буртик, и на стороне второго промежуточного кольца, которая взаимодействует с наружным кольцом, выполнен выступающий буртик, а эти выступающие буртики обоих промежуточных колец и внутреннее кольцо огораживают пространство размещения.

14. Фрикционная муфта по п. 13, в которой постоянный магнит крепится посредством приклеивания или зажатия.