САМОСИНХРОНИЗИРУЮЩАЯСЯ МУФТА Российский патент 2020 года по МПК F16D41/04 F16D41/06 F16D41/67 F16D41/12 

Предпосылки к созданию настоящего изобретения

a. Область техники, к которой относится настоящее изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к муфте. В частности, настоящее изобретение относится к самосинхронизирующейся муфте, которая выполнена с возможностью синхронизации входного и выходного элементов муфты без осевого смещения любого из элементов по ее оси вращения.

b. Предшествующий уровень техники настоящего изобретения

[0002] Самосинхронизирующиеся муфты используются во многих областях применения. Согласно одной приведенной в качестве примера области применения самосинхронизирующаяся муфта может использоваться для передачи энергии от пускового устройства на турбину. Турбины обычно используются для генерирования электроэнергии на промышленных и производственных предприятиях и на крупных судах. Пусковое устройство, как правило, используется для приведения во вращение вращающихся компонентов турбины и доведения этих компонентов до оборотов самоходности. Поскольку турбинам для перехода в состояние полного покоя требуется относительно большой промежуток времени, было бы желательно иметь возможность ввести муфту в зацепление для передачи энергии от двигателя на турбину или для перезапуска турбины, даже когда турбина находится в движении. В результате этого, муфта должна иметь возможность синхронизации своих входного и выходного элементов, чтобы избежать нежелательного шума и износа на элементах муфты во время зацепления и обеспечить полное зацепление для эффективной передачи крутящего момента.

[0003] Согласно другой приведенной в качестве примера области применения самосинхронизирующаяся муфта может использоваться для передачи энергии между двигателем, турбиной или другим источником энергии и генератором, используемым в качестве синхронного компенсатора. Синхронные компенсаторы используются для регулирования напряжения в сети передачи электроэнергии за счет поглощения или генерирования энергии. При синхронной компенсации муфту вначале вводят в зацепление для передачи энергии от турбины или другого источника энергии на генератор для доведения скорости генератора до значений, необходимых для синхронизации генератора с сетью электропередачи. В этот момент муфта выходит из зацепления для отсоединения генератора от источника энергии, и генератор выполняет функцию двигателя, приводимого в действие энергией от сети. Если скорость вращения генератора падает ниже скорости вращения источника энергии, муфта снова входит в зацепление.

[0004] Традиционные самосинхронизирующиеся муфты требуют движения одного из входного или выходного элементов вдоль ее оси вращения для входа в зацепление с муфтой или выхода из зацепления с ней. В результате этого муфта должна быть выполнена с возможностью контролируемого движения во множестве степеней свободы. Муфта также требует дополнительного пространства в направлении оси вращения, что усложняет установку муфты в уже существующих системах (например, когда синхронный генератор переводят в режим синхронного компенсатора).

[0005] Автору настоящего изобретения стала очевидна необходимость создания муфты, которая позволит свести к минимуму и/или устранить один или несколько из вышеперечисленных недостатков.

Краткое раскрытие настоящего изобретения

[0006] Предлагается муфта. В частности, предлагается самосинхронизирующаяся муфта, выполненная с возможностью синхронизации входного и выходного элементов муфты без осевого смещения любого из элементов по ее оси вращения.

[0007] Муфта в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения содержит внутреннее кольцо, выполненное с возможностью вращения вокруг первой оси вращения и образующее первое множество зубцов. Муфта дополнительно содержит внешнее кольцо, расположенное радиально снаружи от внутреннего кольца и образующее второе множество зубцов и первое множество криволинейных поверхностей. Муфта дополнительно содержит собачку, опирающуюся на первую осевую сторону внутреннего кольца и выполненную с возможностью вращения вокруг второй оси вращения, которая параллельна первой оси вращения. Муфта дополнительно содержит кольцо включения, расположенное радиально снаружи от собачки и выполненное с возможностью вращения относительно внешнего кольца. Кольцо включения образует множество поверхностей зацепления с собачками на радиально внутренней окружности и образует второе множество криволинейных поверхностей. Муфта дополнительно содержит множество пальцев. Каждый из множества пальцев выполнен с возможностью зацепления с соответствующими криволинейными поверхностями из первого и второго множеств. Вращение внутреннего кольца в первом направлении вокруг первой оси вращения со скоростью вращения, превышающей скорость вращения внешнего кольца, приводит к зацеплению собачки с одной из множества поверхностей зацепления с собачками в кольце включения, что, таким образом, приводит к относительному перемещению между кольцом включения и внешним кольцом и перемещению множества пальцев внутрь в радиальном направлении вдоль первого и второго множеств криволинейных поверхностей для размещения пальцев между соответствующими зубцами из первого и второго множеств зубцов и соединения внутреннего кольца и внешнего кольца для вращения. Вращение внешнего кольца в первом направлении со скоростью вращения, превышающей скорость вращения внутреннего кольца, приводит к относительному перемещению между кольцом включения и внешним кольцом с перемещением множества пальцев наружу в радиальном направлении вдоль первого и второго множеств криволинейных поверхностей и в сторону от соответствующих зубцов для разъединения внутреннего кольца и внешнего кольца и выведения кольца включения из зацепления с собачкой, и обеспечения обгона внешним кольцом внутреннего кольца.

[0008] Муфта в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения содержит первое внутреннее кольцо, выполненное с возможностью вращения вокруг первой оси вращения и образующее первое множество зубцов, и первое внешнее кольцо, расположенное радиально снаружи от первого внутреннего кольца и образующее второе множество зубцов и первое множество криволинейных поверхностей. Муфта дополнительно содержит второе внутреннее кольцо, соединенное с первым внутренним кольцом для вращения с ним и выполненное с возможностью вращения вокруг первой оси вращения. Второе внутреннее кольцо образует третье множество зубцов. Муфта дополнительно содержит второе внешнее кольцо, расположенное радиально снаружи от второго внутреннего кольца и образующее четвертое множество зубцов и второе множество криволинейных поверхностей. Муфта дополнительно содержит собачку, расположенную между первым и вторым внутренними кольцами и опирающуюся на первое внутреннее кольцо. Собачка выполнена с возможностью вращения вокруг второй оси вращения, параллельной первой оси вращения. Муфта дополнительно содержит кольцо включения, расположенное радиально снаружи от собачки и выполненное с возможностью вращения относительно первого и второго внешних колец. Кольцо включения образует множество поверхностей зацепления с собачками на радиально внутренней окружности и образует третье множество криволинейных поверхностей. Муфта дополнительно содержит множество пальцев. Каждый из множества пальцев выполнен с возможностью зацепления с соответствующими криволинейными поверхностями из первого, второго и третьего множеств. Вращение первого и второго внутренних колец в первом направлении вокруг первой оси вращения со скоростью вращения, превышающей скорость вращения первого и второго внешних колец, приводит к зацеплению собачки с одной из множества поверхностей зацепления с собачками в кольце включения, что, таким образом, приводит к относительному перемещению между кольцом включения и первым и вторым внешними кольцами и перемещению множества пальцев внутрь в радиальном направлении вдоль первого, второго и третьего множеств криволинейных поверхностей для размещения пальцев между соответствующими зубцами из первого и второго множеств зубцов и между соответствующими зубцами из третьего и четвертого множеств зубцов для соединения первого и второго внутренних колец и первого и второго внешних колец для вращения. Вращение первого и второго внешних колец в первом направлении со скоростью вращения, превышающей скорость вращения первого и второго внутренних колец, приводит к относительному перемещению между кольцом включения и первым и вторым внешними кольцами с перемещением множества пальцев наружу в радиальном направлении вдоль первого, второго и третьего множеств криволинейных поверхностей и в сторону от соответствующих зубцов для разъединения первого и второго внутренних колец и первого и второго внешних колец, выведения кольца включения из зацепления с первой собачкой и обеспечения обгона первым и вторым внешними кольцами первого и второго внутренних колец.

[0009] Муфта в соответствии с идеями настоящего изобретения обладает преимуществами по сравнению с традиционными муфтами за счет возможности синхронизации вращения своих входного и выходного элементов без смещения любого из элементов вдоль ее оси вращения. В результате, муфта не должна быть выполнена ни с возможностью перемещения вдоль оси вращения, ни с возможностью управления таким перемещением. Кроме того, для муфты требуется меньше пространства в направлении оси вращения и она проще в установке на существующие системы в целях их модернизации (например, когда синхронный генератор переводят в режим синхронного компенсатора).

[0010] Вышеизложенное описание и другие аспекты, признаки, детали, полезные свойства и преимущества настоящего изобретения станут понятны после прочтения представленных далее подробного описания и формулы изобретения, а также после ознакомления с прилагаемыми фигурами, на которых изображены признаки настоящего изобретения для иллюстрации.

Краткое описание фигур

[0011] На фиг. 1 показан вид в разрезе муфты в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

[0012] На фиг. 2 показан вид в перспективе и в разрезе части муфты, изображенной на фиг.1.

[0013] На фиг. 3А-3В показаны виды в разрезе муфты, изображенной на фиг. 1-2,

по линиям 3-3 на фиг. 1 с демонстрацией муфты в положении без зацепления и с зацеплением.

[0014] На фиг. 4А-4В показаны виды в разрезе муфты, изображенной на фиг. 1-2, по линиям 4-4 на фиг. 1 с демонстрацией муфты в положении без зацепления и с зацеплением.

Подробное раскрытие настоящего изобретения

[0015] На фигурах одинаковые ссылочные позиции обозначают идентичные компоненты на различных видах, при этом на фиг. 1-2 показана муфта 10 в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Муфта 10 представляет собой механизм для избирательной передачи крутящего момента от входного или ведущего элемента на выходной или ведомый элемент и обеспечения обгона выходным элементом входного. Согласно одному варианту осуществления муфта 10 может использоваться для передачи крутящего момента от пускового двигателя на турбину. Согласно другому варианту осуществления муфта 10 может использоваться для передачи крутящего момента от турбины на генератор, используемый в качестве синхронного компенсатора. Однако следует понимать, что муфта 10 может использоваться в различных областях применения. Муфта 10 может содержать корпус 12, ступицу 14, подшипники 16, 18, внутренние кольца 20, 22, внешние кольца 24, 26, собачки 28, ограничивающее кольцо 30 для собачек, кольцо 32 включения и пальцы 34.

[0016] Корпус 12 предназначен для защиты компонентов муфты 10 от инородных предметов и элементов, а также размещения и ориентирования компонентов муфты 10. Корпус 12 также предназначен для передачи крутящего момента на ведомый или выходной элемент во время зацепления муфты 10. Корпус 12 может содержать множество элементов 36, 38, 40, 42, 44. Элементы 36, 38, 40, 42, 44 могут быть выполнены из обычных металлов и сплавов металлов. Каждый из элементов 36, 38, 40, 42, 44 характеризуется кольцевой формой и выполнен с возможностью размещения вокруг оси 46 вращения муфты 10. Элемент 36 проходит от одного осевого конца муфты 10 и опирается на внешнее кольцо подшипника 16. Элемент 36 выполнен с возможностью соединения с выходным элементом, таким как вращающийся элемент турбины или генератора, используемого в качестве синхронного компенсатора. Часть элемента 36 может быть расположена радиально снаружи от внешних колец 24, 26 и может образовывать один или несколько проходов 48, через которые к внутренним компонентам муфты 10 могут подаваться смазочные материалы. Элемент 38 проходит от противоположного осевого конца муфты 10 в направлении элемента 36 и опирается на внешнее кольцо подшипника 18. Элемент 38 может быть присоединен к элементу 36 с помощью обычных крепежных деталей 50, таких как винты или болты, причем уплотнение 52 может быть радиально расположено между частями элементов 36, 38 для предотвращения попадания внутрь инородных элементов и потери смазочных материалов. Элементы 40, 42 образуют торцевую крышку на одном осевом конце муфты 10, закрывающую пространство между ступицей 14 и элементом 36 корпуса 12, в котором расположен подшипник 16. Элемент 40 может быть соединен с элементом 36 и элементом 42 с помощью обычных крепежных деталей 54, 56 соответственно, таких как винты или болты. Уплотнения 58, 60, 62 могут быть радиально расположены между элементом 36 и элементом 40, между элементом 40 и элементом 42 и между элементом 42 и ступицей 14 для предотвращения попадания внутрь инородных элементов и потери смазочных материалов. Элемент 44 образует торцевую крышку на противоположном осевом конце муфты 10, закрывающую пространство между ступицей 14 и элементом 38 корпуса 12, в котором расположен подшипник 18. Элемент 44 может быть соединен с элементом 38 с помощью обычных крепежных деталей 64, таких как винты или болты, причем уплотнения 66, 68 могут быть радиально расположены между элементом 38 и элементом 44 и между элементом 44 и ступицей 14 для предотвращения попадания внутрь инородных элементов и потери смазочных материалов. Хотя в настоящем документы была изображена конкретная конфигурация корпуса 12, следует понимать, что конфигурация корпуса 12 может быть изменена в зависимости от конфигурации компонентов в корпусе 12 и системы, в которой используется муфта 10.

[0017] Ступица 14 предназначена для передачи крутящего момента от ведущего или входного элемента, такого как пусковой двигатель или элемент турбины в синхронном компенсаторе, на внутренние кольца 20, 22 муфты 10. Ступица 14 характеризуется кольцевой формой и расположена вокруг оси 46 и может быть отцентрована относительно нее. В ступицу 14 может входить вал или аналогичный входной элемент на одном осевом конце 70 ступицы 14. Согласно изображенному варианту осуществления ступица 14 является симметричной и характеризуется внешним диаметром, который постепенно увеличивается от любого из осевых концов к осевому центру ступицы 14. На своем осевом центре ступица 14 характеризуется диаметром, предусматривающим возможность зацепления и поддержки внутренних колец 20, 22 и ограничивающего кольца 30 для собачек. Как показано на фиг. 2, эта часть ступицы 14 может содержать множество шлицев 72 на радиально внешней поверхности, выполненных с возможностью зацепления с соответствующими шлицами, образованными на радиально внутренних поверхностях колец 20, 22 и кольца 30 для соединения колец 20, 22 и кольца 30 со ступицей 14 для вращения с ней. С любой из сторон этой части ступицы 14 диаметр ступицы 14 может быть уменьшен с образованием заплечиков, поддерживающих фиксирующие кольца 74, 76, которые удерживают кольца 20, 22 и кольцо 30 на ступице 14 в требуемом месте. При прохождении наружу к каждому осевому концу внешний диаметр ступицы 14 может дополнительно уменьшаться с образованием поверхностей, выполненных с возможностью поддержки внутренних колец подшипников 16, 18, еще уменьшаться с образованием поверхностей, выполненных с возможностью поддержки фиксирующих колец 78, 80, которые сохраняют положение подшипников 16, 18 на ступице 14, и еще больше уменьшаться для поддержки элементов 42, 44 корпуса 12.

[0018] Подшипники 16, 18 предназначены для обеспечения вращения корпуса 12 относительно ступицы 14, когда муфта 10 находится в обгонном состоянии. Подшипники 16, 18 могут включать в себя подшипники со сферическими роликами. Хотя согласно изображенному варианту осуществления оба подшипника 16, 18 включают в себя подшипники со сферическими роликами, следует понимать, что один или оба из подшипников 16, 18 могут представлять собой подшипники других типов, в том числе, например, шарикоподшипники. Подшипник 16 расположен между ступицей 14 и элементом 36 корпуса 12 на одной осевой стороне колец 20, 22, 24, 26. Подшипник 18 расположен между ступицей 14 и элементом 38 корпуса 12 на противоположной осевой стороне колец 20, 22, 24, 26.

[0019] Внутренние кольца 20, 22 обеспечивают поверхность зацепления для пальцев 34 во время зацепления муфты 10. Внутренние кольца 20, 22 характеризуются кольцевой формой и расположены вокруг оси 46 и могут быть отцентрованы относительно нее. Как показано на фиг.2, внутренние кольца 20, 22 опираются на ступицу 14, причем радиально внутренняя поверхность каждого кольца 20, 22 может образовывать множество шлицев 82, выполненных с возможностью сцепления со шлицами 72 в ступице 14. Как показано на фиг. 1, кольца 20, 22 разнесены по оси друг от друга и выполнены с возможностью размещения ограничивающего кольца 30 для собачек между ними. Кольца 20, 22 могут быть соединены друг с другом посредством крепежных деталей 84, таких как винты, болты или пальцы, проходящие через кольца 20, 22 и ограничивающее кольцо 30 для собачек. Как показано на фиг. 3А-В, радиально внешняя поверхность каждого внутреннего кольца 20, 22 образует множество зубцов 86. Каждый зубец 86 выполнен с возможностью зацепления с соответствующим пальцем 34 во время зацепления муфты 10.

[0020] Как показано на фиг. 1-2, внешние кольца 24, 26 обеспечивают противоположные поверхности зацепления для пальцев 34 во время зацепления муфты 10. Внешние кольца 24, 26 характеризуются кольцевой формой и расположены вокруг оси 46 и могут быть отцентрованы относительно нее. Внешние кольца 24, 26 расположены радиально снаружи от внутренних колец 20, 22 соответственно. Согласно изображенному варианту осуществления внешнее кольцо 26 характеризуется большей осевой длиной, чем кольцо 24, причем часть кольца 26 может быть расположена радиально снаружи от кольца 32 включения. Внешние кольца 24, 26 могут быть соединены друг с другом с помощью обычных крепежных деталей (не показаны), таких как винты, болты или штифты. Как показано на фиг. 3А-В, радиально внутренняя поверхность каждого внешнего кольца 24, 26 образует множество зубцов 88. Как показано на фиг. 3В, каждый зубец 88 выполнен с возможностью зацепления с соответствующим пальцем 34 и удерживания пальца 34 между соответствующими зубцами 86, 88 на кольцах 22, 26 (и 20, 24) во время зацепления муфты 10. Как показано на фиг. 3А, каждое кольцо 24, 26 дополнительно содержит углубление 90 или карман, выполненный с возможностью приема соответствующего пальца 34 во время выведения муфты 10 из зацепления. Между каждым зубцом 88 и углублением 90 кольца 24, 26 образуют криволинейные поверхности 92, которые проходят от каждого зубца 88 к соответствующему углублению 90. Каждая криволинейная поверхность 92 проходит вдоль плоскости, которая скошена относительно оси 46, причем радиально самая внутренняя часть поверхности 92 расположена дальше в направлении вращения, чем радиально самая внешняя часть поверхности 92. По мере перехода муфты 10 между состоянием в зацеплении и состоянием без зацепления, пальцы 34 следуют по криволинейным поверхностям 92 между зубцами 88 и углублениями 90.

[0021] Собачки 28 предназначены для обеспечения вращения кольца 32 включения относительно внешних колец 24, 26 для зацепления муфты 10, когда скорость вращения входного элемента превышает скорость выходного элемента. Собачки 28 расположены в осевом направлении между внутренними кольцами 20, 22 и в радиальном направлении между ограничивающим кольцом 30 для собачек и кольцом 32 включения. Как показано на фиг. 4А-В, собачки 28 могут быть равномерно удалены друг от друга по окружности вокруг оси 46. Согласно изображенному варианту осуществления муфта 10 содержит пять собачек 28. Однако следует понимать, что количество собачек 28 может быть изменено. Собачки 28 опираются на одну осевую сторону каждого кольца 20, 22 и могут быть установлены на пальцах 94, проходящих между кольцами 20, 22. Собачки 28 выполнены с возможностью вращения вокруг осей вращения, проходящих через пальцы 94 и с центром в них и проходящих параллельно оси 46. Торсионные пружины могут быть расположены вокруг пальца 94 с любой стороны от собачки 28 между собачкой 28 и внутренними кольцами 20, 22. Пружины могут поджимать собачки 28 в заданное положение и предотвращать вращение собачек 28 до тех пор, пока кольца 20, 22 не достигнут заданной скорости вращения, достаточной для генерирования центробежной силы, которая сможет преодолеть силу пружин. После превышения указанной скорости собачки вращаются вокруг своей оси вращения, чтобы подготовиться к зацеплению с кольцом 32 включения. Однако если скорость вращения выходного элемента превышает скорость вращения входного элемента, собачки 28 останутся в состоянии без зацепления с кольцом 32 включения. Когда скорость вращения входного элемента превышает скорость вращения выходного элемента, собачки 28 входят в зацепление с кольцом 32 включения, как подробнее описано ниже, что вызывает перемещение кольца 32 включения относительно внешних колец 24, 26.

[0022] Ограничивающее кольцо 30 для собачек ограничивает вращение собачек 28 вокруг их осей вращения в любом направлении вращения. Кольцо 30 характеризуется кольцевой формой и может быть расположено вокруг оси 46 и может быть отцентровано относительно нее. Как показано на фиг. 1, кольцо 30 расположено в осевом направлении между внутренними кольцами 20, 22 и в радиальном направлении снаружи ступицы 14. Кольцо 30 может образовывать множество шлицев на радиально внутренней поверхности, выполненных с возможностью сцепления со шлицами 72 на ступице 14. Ограничивающее кольцо 30 для собачек может быть соединено с внутренними кольцами 20, 22 посредством крепежных деталей 84. Как показано на фиг. 4А-В, кольцо 30 образует радиально внешнюю поверхность, характеризующуюся переменным диаметром и образующую пару ограничивающих поверхностей 96, 98 для каждого конца собачки 28, которые ограничивают вращение собачки 28 в каждом направлении вращения вокруг ее оси вращения.

[0023] Кольцо 32 включения предназначено для введения пальцев 34 в зацепление с зубцами 86, 88 на внутренних кольцах 20, 22 и внешних кольцах 24, 26 соответственно и выведения их из зацепления. Кольцо 32 включения характеризуется кольцевой формой и может быть расположено вокруг оси 46 и может быть отцентровано относительно нее. Кольцо 32 расположено радиально между ограничивающим кольцом 30 для собачек (и собачками 28) и внешним кольцом 26. Кольцо 32 может удерживаться в осевом направлении между внешними кольцами 24, 26. Как показано на фиг. 4А-В, кольцо 32 образует множество поверхностей 100 зацепления с собачками на радиально внутренней окружности. Каждая поверхность 100 зацепления с собачками проходит вдоль плоскости, которая скошена относительно оси 46, причем радиально самая внутренняя часть поверхности 100 расположена дальше в направлении вращения, чем радиально самая внешняя часть поверхности 100. Когда скорость вращения входного элемента превышает скорость вращения выходного элемента, собачки 28 входят в зацепление с поверхностями 100, что приводит к вращению кольца 32 включения (против часовой стрелки согласно изображенному варианту осуществления) относительно внешних колец 24, 26 для целей, описанных ниже. Кольцо 32 включения дополнительно образует множество отверстий 102, проходящих в осевом направлении через кольцо 32 включения. Каждое отверстие 102 выполнено с возможностью приема соответствующего пальца 34. Согласно изображенному варианту осуществления каждое отверстие 102 является удлиненным и характеризуется границей, которая обладает полукруглой формой на обоих продольных концах, и параллельными плоскими краями, проходящими между продольными концами. Отверстия 102 скошены относительно оси 46, причем радиально самая внутренняя часть отверстия 102 расположена дальше в направлении вращения, чем радиально самая внешняя часть отверстия 102. Граница каждого отверстия 102 образует криволинейную поверхность 104, выполненную с возможностью воздействия на палец 34 вместе с криволинейными поверхностями 92 во внешних кольцах 24, 26 во время перемещения кольца 32 включения относительно внешних колец 24, 26. Когда скорость вращения входного элемента превышает скорость вращения выходного элемента, собачки 28 входят в зацепление с кольцом 32 включения на поверхностях 100 зацепления с собачками и вынуждают кольцо 32 включения перемещаться вперед относительно внешних колец 24, 26. Криволинейные поверхности 92, 104 вынуждают пальцы 34 перемещаться внутрь в радиальном направлении вдоль поверхностей 92, 104 таким образом, чтобы пальцы 34 были расположены в радиально внутреннем конце отверстия 102 (фиг. 4В) и переместились из углублений 90 (фиг. 3В) во внешних кольцах 24, 26 в зацепление с зубцами 86, 88 во внутренних кольцах 20, 22 и внешних кольцах 24, 26. Когда скорость вращения выходного элемента превышает скорость вращения входного элемента, внешние кольца 24, 26 перемещаются вперед в направлении вращения относительно кольца 32 включения, тем самым вынуждая пальцы 34 перемещаться наружу в радиальном направлении вдоль поверхностей 92, 104 и в сторону от зубцов 86, 88 во внутренних кольцах 20, 22 и внешних кольцах 24, 26 таким образом, чтобы пальцы 34 были расположены в радиально внешнем конце отверстия 102 (фиг. 4А) и переместились в углубления 90 (фиг. 3А) во внешних кольцах 24, 26. В результате того же действия происходит выход кольца 32 включения из зацепления с собачками 28 и внешними кольцами 24, 26, причем кольцо 32 включения обгоняет внутренние кольца 20, 22 вместе с внешними кольцами 24, 26.

[0024] Пальцы 34 предназначены для передачи крутящего момента между внутренними кольцами 20, 22 и внешними кольцами 24, 26. Пальцы 34 могут быть выполнены из обычных металлов и сплавов металлов. Пальцы 34 могут характеризоваться круглым поперечным сечением и, как показано на фиг. 1, могут характеризоваться осевой длиной, равной суммарной осевой длине внутренних колец 20, 22 и ограничивающего кольца 30 для собачек. Продольные концы каждого пальца 34 расположены радиально между соответствующими внутренними и внешними кольцами 20, 24 и 22, 26. Центральная часть каждого пальца 34 расположена внутри соответствующего отверстия 102 в кольце 32 включения. Пальцы 34 перемещаются радиально внутрь и наружу вдоль криволинейных поверхностей 92, 104 во внешних кольцах 24, 26 и кольце 32 включения в зависимости от относительного вращательного движения кольца 32 включения и внешних колец 24 26 для перемещения пальцев 34 в зацепление с зубцами 86, 88 на внутренних кольцах 20, 22 и внешних кольцах 24, 26 и выведения их из зацепления.

[0025] Как показано на фиг. 3А-В и 4А-В, муфта 10 выполнена с возможностью работы следующим образом. Входной (ведущий) элемент и выходной (ведомый) элемент, соединенные с муфтой 10 посредством ступицы 14 и корпуса 12 соответственно, выполнены с возможностью вращения в направлении, изображенном изогнутой стрелкой на фиг. 3А-В и 4А-В. Каждый раз, когда скорость вращения входного элемента в этом направлении превышает скорость вращения выходного элемента, собачки 28 входят в зацепление с поверхностями 100 зацепления с собачками в кольце 32 включения, как показано на фиг. 4В. Это действие приводит к вращению кольца 32 включения вперед с внутренними кольцами 20, 22 относительно внешних колец 24, 26. Как показано на фиг. 3В, относительное перемещение вынуждает пальцы 34 перемещаться радиально внутрь вдоль криволинейных поверхностей 92, 104 во внешних кольцах 24, 26 и кольце 32 включения и входить в зацепление с зубцами 86, 88 во внутренних кольцах 20, 22 и внешних кольцах 24, 26, вводя муфту 10 в зацепление. Внешние кольца 24, 26 (и выходной элемент) затем вращаются с той же скоростью, что и внутренние кольца 20, 22 (и входной элемент). Если скорость вращения выходного элемента в изображенном направлении превышает скорость вращения входного элемента, кольцо 32 включения начнет следовать за внешними кольцами 24, 26 и, как показано на фиг. 3А и 4А, пальцы 34 будут втягиваться наружу в радиальном направлении вдоль криволинейных поверхностей 92, 104 во внешних кольцах 24, 26 и кольце 32 включения до тех пор, пока углубления 90 во внешних кольцах 24, 26 и радиально внешний конец отверстий 102 в кольце 32 включения не будут совмещены и пока пальцы 34 не будут размещены внутри углублений 90 и радиально внешнем конце отверстия 102. Как показано на фиг. 4А, кольцо 32 включения будет втянуто вперед относительно внутренних колец 20, 22, причем поверхности 100 зацепления с собачками в кольце 32 включения выйдут из зацепления с собачками 28, выводя муфту 10 из зацепления и позволяя внешним кольцам 24, 26 обогнать внутренние кольца 20, 22.

[0026] Муфта 10 в соответствии с идеями настоящего изобретения обладает преимуществами по сравнению с традиционными муфтами за счет возможности синхронизации вращения внутренних и внешних колец 20, 22, 24, 26 муфты 10 без смещения любого из внутренних и внешних колец 20, 22, 24, 26 вдоль оси 46 вращения муфты 10. В результате, муфта 10 не должна быть выполнена ни с возможностью перемещения вдоль оси 46, ни с возможностью управления таким перемещением. Кроме того, для муфты 10 требуется меньше пространства в направлении оси 46 и она проще в установке на существующие системы в целях их модернизации (например, когда синхронный генератор переводят в режим синхронного компенсатора).

[0027] Хотя настоящее изобретение было показано и описано со ссылкой на один или несколько конкретных вариантов осуществления, специалистам в области техники, к которой относится настоящее изобретение, будет очевидно, что различные изменения и модификации могут быть выполнены без отхода от сущности и объема настоящего изобретения.

Изобретение относится к самосинхронизирующейся муфте. Муфта содержит первое и второе внутреннее кольцо, первое и второе внешнее кольцо, собачку, кольцо включения и множество пальцев. Кольцо включения образует множество поверхностей зацепления с собачками на радиально внутренней окружности и образует третье множество криволинейных поверхностей. Вращение первого и второго внутренних колец в первом направлении вокруг первой оси вращения со скоростью вращения, превышающей скорость вращения первого и второго внешних колец, приводит к зацеплению первой собачки с одной из множества поверхностей зацепления с собачками в кольце включения. Вращение первого и второго внешних колец в первом направлении со скоростью вращения, превышающей скорость вращения первого и второго внутренних колец, приводит к относительному перемещению между кольцом включения и первым и вторым внешними кольцами с перемещением множества пальцев наружу в радиальном направлении вдоль первого, второго и третьего множеств криволинейных поверхностей и в сторону от соответствующих зубцов. Достигается уменьшение габаритных размеров. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Муфта, содержащая:

первое внутреннее кольцо, выполненное с возможностью вращения вокруг первой оси вращения и образующее первое множество зубцов;

первое внешнее кольцо, расположенное радиально снаружи от первого внутреннего кольца и образующее второе множество зубцов и первое множество криволинейных поверхностей;

второе внутреннее кольцо, соединенное с первым внутренним кольцом для вращения с ним и выполненное с возможностью вращения вокруг первой оси вращения, причем второе внутреннее кольцо образует третье множество зубцов;

второе внешнее кольцо, расположенное радиально снаружи от второго внутреннего кольца и образующее четвертое множество зубцов и второе множество криволинейных поверхностей;

первую собачку, расположенную между первым и вторым внутренними кольцами и опирающуюся на первое внутреннее кольцо, причем первая собачка выполнена с возможностью вращения вокруг второй оси вращения, которая параллельна первой оси вращения;

кольцо включения, расположенное радиально снаружи от первой собачки и выполненное с возможностью вращения относительно первого и второго внешних колец, причем кольцо включения образует множество поверхностей зацепления с собачками на радиально внутренней окружности и образует третье множество криволинейных поверхностей; и

множество пальцев, причем каждый из множества пальцев выполнен с возможностью зацепления с соответствующими криволинейными поверхностями из первого, второго и третьего множеств;

причем вращение первого и второго внутренних колец в первом направлении вокруг первой оси вращения со скоростью вращения, превышающей скорость вращения первого и второго внешних колец, приводит к зацеплению первой собачки с одной из множества поверхностей зацепления с собачками в кольце включения, что, таким образом, приводит к относительному перемещению между кольцом включения и первым и вторым внешними кольцами и перемещению множества пальцев внутрь в радиальном направлении вдоль первого, второго и третьего множеств криволинейных поверхностей для размещения пальцев между соответствующими зубцами из первого и второго множеств зубцов и между соответствующими зубцами из третьего и четвертого множеств зубцов для соединения первого и второго внутренних колец и первого и второго внешних колец для вращения, и вращение первого и второго внешних колец в первом направлении со скоростью вращения, превышающей скорость вращения первого и второго внутренних колец, приводит к относительному перемещению между кольцом включения и первым и вторым внешними кольцами с перемещением множества пальцев наружу в радиальном направлении вдоль первого, второго и третьего множеств криволинейных поверхностей и в сторону от соответствующих зубцов для разъединения первого и второго внутренних колец и первого и второго внешних колец, а также выведения кольца включения из зацепления с первой собачкой и обеспечения обгона первым и вторым внешними кольцами первого и второго внутренних колец.

2. Муфта по п. 1, дополнительно содержащая ограничивающее кольцо для собачек, расположенное между первым и вторым внутренними кольцами и соединенное с первым и вторым внутренними кольцами для вращения с ними, причем ограничивающее кольцо для собачек выполнено с возможностью ограничения степени вращения первой собачки в первом направлении вращения вокруг второй оси вращения.

3. Муфта по п. 2, в которой ограничивающее кольцо для собачек выполнено с возможностью ограничения степени вращения первой собачки во втором направлении вращения вокруг второй оси вращения, противоположном первому направлению вращения вокруг второй оси вращения.

4. Муфта по п. 1, в которой каждое из первого и второго внешних колец образует множество углублений, причем каждое из множества углублений в первом внешнем кольце расположено на противоположном конце одной из первого множества криволинейных поверхностей относительно одного из второго множества зубцов и выполнено с возможностью приема одного из множества пальцев, когда первое и второе внешние кольца обгоняют первое и второе внутренние кольца, и каждое из множества углублений во втором внешнем кольце расположено на противоположном конце одной из второго множества криволинейных поверхностей относительно одного из четвертого множества зубцов и выполнено с возможностью приема одного из множества пальцев, когда первое и второе внешние кольца обгоняют первое и второе внутренние кольца.

5. Муфта по п. 1, дополнительно содержащая вторую собачку, расположенную между первым и вторым внутренними кольцами и опирающуюся на первое внутреннее кольцо, причем вторая собачка выполнена с возможностью вращения вокруг третьей оси вращения, параллельной первой оси вращения, при этом вращение первого и второго внутренних колец в первом направлении вокруг первой оси вращения со скоростью вращения, превышающей скорость вращения первого и второго внешних колец, приводит к зацеплению второй собачки с другой из множества поверхностей зацепления с собачками в кольце включения, и вращение первого и второго внешних колец в первом направлении со скоростью вращения, превышающей скорость вращения первого и второго внутренних колец, приводит к выходу кольца включения из зацепления с второй собачкой.

6. Муфта по п. 1, в которой первая собачка опирается на второе внутреннее кольцо.

7. Муфта по п. 1, в которой кольцо включения образует множество отверстий, причем каждое отверстие из множества отверстий выполнено с возможностью приема соответствующего пальца из множества пальцев, граница каждого отверстия образована соответствующей криволинейной поверхностью из третьего множества.

8. Муфта по п. 7, в которой каждое из первого и второго внешних колец образует множество углублений, причем каждое из множества углублений в первом внешнем кольце расположено на противоположном конце одной из первого множества криволинейных поверхностей относительно одного из второго множества зубцов и выполнено с возможностью приема одного из множества пальцев, когда первое и второе внешние кольца обгоняют первое и второе внутренние кольца, каждое из множества углублений во втором внешнем кольце расположено на противоположном конце одной из второго множества криволинейных поверхностей относительно одного из четвертого множества зубцов и выполнено с возможностью приема одного из множества пальцев, когда первое и второе внешние кольца обгоняют первое и второе внутренние кольца, и каждое из множества углублений в первом и втором внешних кольцах совмещено с радиально внешней частью соответствующего отверстия из множества отверстий, когда первое и второе внешние кольца обгоняют первое и второе внутренние кольца.