ОБГОННАЯ МУФТА, ГИДРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА С ДВУМЯ СЦЕПЛЕНИЯМИ И СОДЕРЖАЩАЯ ИХ МАШИНА Российский патент 2021 года по МПК F16D41/12 F16H41/00 B60K17/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к обгонной муфте, в частности, к храповой обгонной муфте, которая может использоваться в машине с гидропреобразователем крутящего момента с двумя сцеплениями (особенно, рабочей машине).

Предпосылки создания изобретения

Машина (например, рабочая машина, такая как погрузчик) оснащена энергосистемой (например, двигателем) приводящей в действие машину, а тяговое усилие, выработанное энергосистемой, передается на ходовую часть (например, на колеса или гусеницы) или подобную систему машины с помощью передаточного механизма, управляющего перемещением или другими действиями машины. Такая машина часто использует гидромеханический передаточный механизм, включающий в себя гидравлический преобразователь крутящего момента и коробку передач, в котором широко применяется гидравлический преобразователь крутящего момента с двумя сцеплениями, так как он улучшает переключение передач, эффективность управления и эффективность работы всей машины, уменьшает нагрузку и расход топлива всей машины, увеличивает коэффициент трансформации крутящего момента в диапазоне передаточных чисел, получаемых при включении демультипликатора, расширяет диапазон зоны высокого к.п.д. и так далее. Гидропреобразователь крутящего момента с двумя сцеплениями приводится в движение подводимой мощностью от энергосистемы машины и имеет выходной вал, передающий вращающий момент в коробку передач через обгонную муфту, которая автоматически переключается между высоким числом оборотов и низким число оборотов в зависимости от изменения внешней нагрузки.

Храповая обгонная муфта обычно имеет два вращаемых компонента, вложенных один внутрь другого, причем один из компонентов представляет собой храповое колесо с храповыми зубьями, а другой компонент представляет собой храповую собачку. Когда число оборотов внешнего компонента превышает число оборотов внутреннего компонента, то внутренние и внешние компоненты входят в зацепление друг с другом с помощью храпового колеса с собачкой и совместно отдают мощность. Когда число оборотов внешнего компонента меньше или равно числу оборотов внутреннего компонента, то внешний компонент не отдает мощность, а храповое колесо и храповая собачка продолжают двигаться относительно друг друга, но в месте соприкосновения храпового колеса и храповой собачки друг с другом, из-за относительного скольжения между ними, возникает трение и шум от соприкосновения в том месте, где поверхность контакта внезапно меняется (то есть, на поверхности храповых зубьев в которые упирается торцом храповая собачка, когда внутренние и внешние компоненты входят в зацепление друг с другом).

Настоящее изобретение предназначено для преодоления вышеупомянутой или других проблем в известном уровне техники.

Краткое изложение сущности изобретения

В одном варианте осуществления настоящего изобретения описывается обгонная муфта, содержащая вращаемый первый компонент и вращаемый второй компонент. Первый компонент включает в себя наружную кромку, снабженную храповыми зубьями, а второй компонент включает в себя храповую собачку. Храповая собачка смещается в сторону наружной кромки таким образом, что храповая собачка избирательно упирается торцом или проскальзывает по храповым зубьям в соответствии с направлением вращения и числом оборотов первого и второго компонентов, переводя обгонную муфту в режим сцепления или режим расцепления. Обгонная муфта дополнительно включает в себя механизм предотвращения соприкосновения, способного подавать усилие на храповую собачку в режиме расцепления, преодолевая действовавшее на нее усилие смещения и предотвращая соприкосновение храповой собачки с наружной кромкой первого компонента и храповыми зубьями.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения описывается гидравлический преобразователь крутящего момента с двумя сцеплениями, содержащий вышеупомянутую обгонную муфту.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения описывается машина, содержащая вышеупомянутый гидравлический преобразователь крутящего момента с двумя сцеплениями.

Краткое описание чертежей

На рис. 1 представлен вид в перспективе примерной машины, в которой применяется обгонная муфта в соответствии с настоящим изобретением.

На рис. 2 представлен вид спереди обгонной муфты в режиме сцепления, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На рис. 3 представлен вид спереди обгонной муфты, изображенной на рис. 2 в режиме расцепления, и

На рис. 4 представлен вид сбоку разреза обгонной муфты, изображенной на рис. 2.

Подробное описание изобретения

На рис. 1 представлена примерная машина 100. Машина 100 представляет собой, например, рабочую машину, такую как показанный на рисунке погрузчик. Машина 100 может представлять собой любые другие виды машин, например, экскаватор на гусеничном ходу, грейдер колесного типа и так далее, для проведения операций, связанных с определенными отраслями промышленности (например, горнодобывающей, строительной, сельским хозяйством, транспортом и т.д.) и работами в различных условиях эксплуатации (например, на месторождениях полезных ископаемых, строительной площадке, ферме, дороге и т.д.).

Машина 100 включает в себя раму 30 ходовой части, место оператора (например, кабину водителя) 35, а также рабочее орудие 36. В одном из вариантов осуществления, рабочим орудием 36 может быть ковш для погрузчика. Машина 100 включает в себя, по меньшей мере, один цилиндр 37, функционально соединенный с рабочим орудием 36 и управляющий действием рабочего орудия 36. Ходовая часть 40 выполнена в нижней части машины 100 для удержания и перемещения машины 100. В одном варианте осуществления ходовая часть 40 включает в себя колеса 41.

В машине 100, представленной на рис. 1, выходная мощность от энергосистемы машины передается, например, на ходовую часть 40 через передаточный механизм. Передаточный механизм включает в себя гидропреобразователь крутящего момента с двумя сцеплениями и коробку передач, а гидропреобразователь крутящего момента с двумя сцеплениями, в соответствии с настоящим изобретением, может включать в себя обгонную муфту, обеспечивающую переключение между высоким числом оборотов и низким числом оборотов.

На рисунках 2-4 показан вариант осуществления обгонной муфты 1 в соответствии с настоящим изобретением. Храповая обгонная муфта включает в себя вращаемый первый компонент и вращаемый второй компонент. Первый компонент включает в себя наружную кромку, снабженную храповыми зубьями (первый компонент, таким образом, может именоваться "храповым колесом"), а второй компонент включает в себя храповую собачку или несколько храповых собачек. В соответствии с приведенной в качестве примера конфигурацией, второй компонент вкладывается в первый компонент таким образом, что храповая собачка находится на внешней части наружной кромки второго компонента, а храповые зубья находятся на внутренней части наружной кромки первого компонента. Например, в варианте осуществления, показанном на Рисунках 2-4, второй компонент может представлять собой кольцевой компонент 20, прикрепленный к внутренней шестерне 4 с помощью крепежных элементов 5, в то время как первый компонент (храповое колесо) может представлять собой внешнюю шестерню 10. Внешняя шестерня 10 имеет центральное отверстие и вращается в подшипниках на внутреннем вале зубчатой передачи 3, который, например, выполнен за одно целое с внутренней шестерней 4. Как показано на рис. 4, кольцевой компонент 20 расположен соосно с внешней шестерней 10, вращается и вставляется внутрь кольцевой канавки, выполненной во внешней шестерне 10. Следует отметить, что второй компонент выполняется в качестве внешней шестерни, снабженной храповой собачкой на ее внутренней периферии, в то время как первый компонент выполняется в виде кольцевого компонента, снабженного храповыми зубьями по его внешней периферии, и вставленного во второй компонент.

Четыре собачки 21 выполнены через равные промежутки вдоль внешней части наружной кромки кольцевого компонента 20, а четыре соответствующих храповых зуба 11 выполнены через равные промежутки вдоль внутренней части наружной кромки 12 внешней шестерни 10 (внешняя часть наружной кромки, вышеупомянутой кольцевой канавки, выполнена во внешней шестерне 10). Конечно, число и конфигурация расположения храповых собачек и храповые зубьев не ограничивается четырьмя единицами через равные промежутки, при условии, что храповые собачки и храповые зубья смогут взаимодействовать друг с другом.

Поворачивающаяся собачка 21 устанавливается на кольцевом компоненте 20 посредством шкворня 22 и смещается к периферии наружных зубьев 10, на котором выполнены храповые зубья (то есть внутренней части наружной кромки 12) с помощью, например, усилия пружины, силы притяжения магнита или тому подобное, так что храповая собачка 21 избирательно упирается торцом или проскальзывает по храповым зубьям 11 в соответствии с направлением вращения и числом оборотов кольцевого компонента 20 (более точно внутренней шестерни 4), переводя обгонную муфту 1 в режим сцепления или режим расцепления. Например, когда внутренняя шестерня и внешняя шестерня вращаются против часовой стрелки, как показано на рис. 2 и 3, а если число оборотов внешней шестерни 10 больше числа оборотов внутренней шестерни 4, то торцевая часть храповой собачки 21 и ее соответствующий храповой зуб будут приближаться друг к другу и упрутся друг в друга торцами, как показано на рис. 2. Таким образом, обгонная муфта 1 переходит в режим сцепления, а внутренняя шестерня и внешняя шестерня войдут в зацепление друг с другом и будут вращаться вместе соответственно отдаваемой мощности. Если число оборотов внешней шестерни 10 меньше числа оборотов внутренней шестерни 4, то торцовая часть храповой собачки 21 и ее соответствующий храповой зуб 11 будут отдаляться друг от друга, а радиальная наружная боковая поверхность храповой собачки 21 будет проскальзывать по храповым зубьям 11, переводя обгонную муфту 1 в режим расцепления, в котором внутренняя шестерня и внешняя шестерня вращаются независимо друг от друга. Основная конструкция и принцип работы храповой обгонной муфты хорошо известны в отрасли техники, к которой относится данное изобретение, и не будут дополнительно рассматриваться в настоящем документе.

Обгонная муфта, в соответствии с настоящим изобретением, далее включает в себя механизм предотвращения соприкосновения, способный подавать усилие на храповую собачку 21 обгонной муфты 1 в режиме расцепления, преодолевая действовавшее на храповую собачку усилие смещения таким образом, что храповая собачка 21 не соприкасается с наружной кромкой (внутренней частью наружной кромки 12 внешней шестерни 10 в показанном варианте осуществления) первого компонента и храповыми зубьями 11. Механизм предотвращения соприкосновения работает в режиме расцепления обгонной муфты 1, а режим расцепления определяется, направлением вращения и числом оборотов первого и второго компонентов (или внутренней шестерни 4 и внешней шестерни 10). Если обгонная муфта 1 переходит в режим расцепления, то механический, электрический или электронный сигнал посылается на механизм предотвращения соприкосновения, активируя его работу.

В иллюстративном варианте осуществления механизм предотвращения соприкосновения включает в себя электромагнит 24, выполненный на кольцевом компоненте 20, причем электромагнит, при подаче на него напряжения, притягивает храповую собачку 21 или оттягивает храповую собачку 21 от внутренней части наружной кромки 12 внешней шестерни 10 и храповых зубьев 11. Например, выступающая часть 23 может быть неподвижно закреплена на радиальной внутренней боковой поверхности храповой собачки 21, а при подаче напряжения на электромагнит 24, выступающая часть 23 притягивается к электромагниту 24 и входит в него. Соответственно, преодолевается усилие смещения, действовавшее на храповую собачку 21, так что храповая собачка 21 оттягивается от внешней шестерни 10 и не соприкасается с внутренней частью наружной кромки 12 внешней шестерни 10 и храповых зубьев 11 при вращении кольцевого элемента 20.

Индукционная катушка 25, как правило, неподвижно соединяется с электромагнитом 24, а полюс магнитопровода для генерации магнитного поля выполняется на внешней шестерне 10. Индукционная катушка 25 и полюс магнитопровода выполнены таким образом, что индукционная катушка 25 пересекает линии магнитной индукции магнитного поля и возбуждает электромагнит 24, когда внутренняя шестерня и внешняя шестерня вращаются относительно друг друга в режиме расцепления обгонной муфты 1. В частности, полюс магнитопровода содержит два круговых/кольцевых магнита 13 и 14, выполненных по окружности внешней шестерни 10, а часть индукционной катушки 25 размещается между двумя круговыми магнитами в радиальном направлении и пересекает линии магнитной индукции магнитного поля, образованные между магнитами. Специалисту в данной области техники очевидно, что форма, структура и расположение индукционной катушки и постоянных магнитов, упомянутых выше, не ограничивается вариантом осуществления, показанным на Рисунках 2-4, если линии магнитной индукции магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами, пересекаются индукционной катушкой 25 с тем, чтобы генерировать ток индукции для возбуждения электромагнита 24, когда внутренние и внешние шестерни вращаются относительно друг друга в режиме расцепления.

Кроме того, в индукционной катушке 25 установлен диод 26. Диод допускает генерацию тока в индукционной катушке 25, когда внутренняя и внешняя шестерни вращаются относительно друг друга в режиме расцепления обгонной муфты 1, но предотвращает образование тока в индукционной катушке 25, когда внутренняя и внешняя шестерни вращаются относительно друг друга в режиме сцепления обгонной муфты 1. Другими словами, в режиме сцепления обгонной муфты 1, когда внутренняя и внешняя шестерни временно вращаются относительно друг друга, перед тем как храповая собачка 21 и храповый зуб 11 упрутся друг в друга торцами, диод 26 прерывает генерацию тока индукции в индукционной катушке 25, так что на электромагнит 24 перестает подаваться напряжение и он перестает прилагать усилие притяжения к храповой собачке 21.

Промышленная применимость

Когда обгонная муфта 1 находится в рабочем состоянии, то обгонная муфта 1 избирательно переводится в режим сцепления или режим расцепления в соответствии с направлением вращения и числом оборотов внутренней и внешней шестерен. В режиме сцепления каждая храповая собачка 21 заканчивает упираться торцом в соответствующий храповый зуб 11, так что внутренние и внешние шестерни входят в зацепление друг с другом и вращаются вместе соответственно отдаваемой мощности, а в режиме расцепления храповые собачки 21 проскальзывает по храповым зубьям 11, так что внутренние и внешние шестерни вращаются независимо относительно друг друга.

В режиме расцепления срабатывает механизм предотвращения соприкосновения обгонной муфты 1. В частности, в показанном варианте осуществления, когда внутренние и внешние шестерни вращаются относительно друг друга в режиме расцепления, индукционная катушка 25, неподвижно соединенная с электромагнитом 24, выполненном на кольцевом компоненте 20, пересекает линии магнитной индукции магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами 13 и 14 на внешней шестерне 10 (храповом колесе), генерируя ток индукции в индукционной катушке 25. Соответственно, на электромагнит 24 подается напряжение и, следовательно, к храповой собачке 21 прикладывается усилие, преодолевающее действовавшее на храповую собачку усилие смещения таким образом, что храповая собачка 21 не соприкасается с внутренней частью наружной кромки 12 внешней шестерни 10 и храповыми зубьями 11. С другой стороны, когда внутренний шестерня и внешняя шестерня вращаются относительно друг друга в режиме сцепления в направлении противоположном режиму расцепления, то на электромагнит 24 перестает подаваться напряжение из-за диода 26, установленного в индукционной катушке 25, и он перестает оттягивать храповую собачку 21 так, что храповая собачка 21 вновь упрется торцом в храповые зубья 11.

В храповой обгонной муфте, в соответствии с известным уровнем техники, смещенная храповая собачка всегда соприкасается с наружной кромкой храпового колеса, снабженного храповыми зубьями, а в режиме расцепления в месте соприкосновения храпового колеса и храповой собачки друг с другом и из-за относительного скольжения между ними возникает трение и шум от соприкосновения в том месте, где поверхность контакта внезапно меняется (то есть, на поверхности храповых зубьев в которые упирается торцом храповая собачка, когда внутренние и внешние компоненты входят в зацепление друг с другом). В соответствии с настоящим изобретением и как описано выше, применение в храповой обгонной муфте механизма предотвращения соприкосновения исключает соприкосновение храповой собачка с наружной кромкой храпового колеса и храповыми зубьями в режиме расцепления, что позволяет избежать трения и шума от соприкосновения и, следовательно, увеличить срок службы и комфортность использования храповой обгонной муфты.

Обгонная муфта, в соответствии с настоящим изобретением, наиболее пригодна для гидропреобразователя крутящего момента рабочей машины с двумя сцеплениями (например, погрузчика). Тем не менее, настоящее изобретение не ограничивается этим и очевидно его применение в любом другом оборудовании, оснащенном обгонной муфтой.

Специалистам в данной области техники очевидно, что согласно изобретению, могут быть сделаны различные модификации и варианты без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения. Другие варианты осуществления изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники после рассмотрения описания и практики использования настоящего изобретения. Предполагается, что описание и примеры следует рассматривать только в качестве иллюстративных, а истинный объем изобретения указывается в следующей формуле изобретения и ее эквивалентах.

Изобретение относится к обгонной муфте, гидропреобразователю крутящего момента с двумя сцеплениями и содержащей их машине. Обгонная муфта (1) включает в себя первый вращаемый компонент (10) и второй вращаемый компонент (20). Первый компонент (10) включает в себя наружную кромку (12), снабженную храповыми зубьями (11), а второй компонент включает в себя храповую собачку (21). Обгонная муфта включает в себя механизм предотвращения соприкосновения, подающий усилие на храповую собачку (21) в режиме расцепления, преодолевая действовавшее на нее усилие смещения и предотвращая соприкосновение храповой собачки с наружной кромкой (12) и храповыми зубьями (11). Механизм предотвращения соприкосновения включает в себя электромагнит (24), выполненный на втором компоненте (20). Электромагнит, при подаче на него напряжения, притягивает храповую собачку (21) и оттягивает храповую собачку от наружной кромки (12) первого компонента (10) и храповых зубьев (11). Индукционная катушка (25) соединена с электромагнитом (24). Полюс магнитопровода для генерирования магнитного поля выполнен на первом компоненте (10). Индукционная катушка (25) пересекает линии магнитной индукции и возбуждает электромагнит (24), когда первый и второй компоненты вращаются относительно друг друга в режиме расцепления. Достигается уменьшение потерь на трение. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Обгонная муфта (1), содержащая вращаемый первый компонент (10) и вращаемый второй компонент (20), причем первый компонент (10) содержит наружную кромку (12), снабженную храповыми зубьями (11), второй компонент (20) содержит храповую собачку (21), смещаемую в сторону наружной кромки так, что храповая собачка избирательно упирается торцом или проскальзывает по храповым зубьям в соответствии с направлением вращения и числом оборотов первого и второго компонентов, переводя обгонную муфту (1) в режим сцепления или режим расцепления,

отличающаяся тем, что

дополнительно включает в себя механизм предотвращения соприкосновения, способный подавать усилие на храповую собачку (21) в режиме расцепления, преодолевая действовавшее на нее усилие смещения, и предотвращать соприкосновение храповой собачки с наружной кромкой (12) первого компонента (10) и храповыми зубьями (11); причем

механизм предотвращения соприкосновения включает в себя электромагнит (24), выполненный на втором компоненте (20), причем электромагнит, при подаче на него напряжения, притягивает храповую собачку (21) и оттягивает храповую собачку от наружной кромки (12) первого компонента (10) и храповых зубьев (11);

индукционная катушка (25) неподвижно соединена с электромагнитом (24), а полюс магнитопровода для генерирования магнитного поля выполнен на первом компоненте (10), при этом индукционная катушка и полюс магнитопровода выполнены так, что индукционная катушка (25) пересекает линии магнитной индукции магнитного поля и возбуждает электромагнит (24), когда первый и второй компоненты вращаются относительно друг друга в режиме расцепления.

2. Обгонная муфта (1) по п.1, отличающаяся тем, что полюс магнитопровода содержит два круговых магнита (13,14), выполненных по окружности первого компонента (10), а часть индукционной катушки (25) размещена между двумя круговыми магнитами в радиальном направлении, чтобы пересекать линии магнитной индукции магнитного поля, образованные между ними.

3. Обгонная муфта (1) по п. 2, отличающаяся тем, что в индукционной катушке (25) установлен диод (26), допускающий генерацию тока в индукционной катушке, когда первый и второй компоненты вращаются относительно друг друга в режиме расцепления, и предотвращающий образование обратного тока в индукционной катушке, когда первый и второй компонент вращаются относительно друг друга в режиме расцепления.

4. Обгонная муфта (1) по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что второй компонент (20) вложен в первый компонент (10), храповая собачка (21) выполнена на внешней части наружной кромки второго компонента, а храповые зубья (11) выполнены на внутренней части наружной кромки первого компонента.

5. Обгонная муфта (1) по п. 4, отличающаяся тем, что несколько храповых собачек (21) выполнены через равные промежутки вдоль внешней части наружной кромки второго компонента (20), а несколько храповых зубьев (11), в том же количестве, что и храповые собачки, выполнены через равные промежутки вдоль внутренней части наружной кромки первого компонента (10).

6. Гидропреобразователь крутящего момента с двумя сцеплениями, отличающийся тем, что содержит обгонную муфту (1) по любому из пп. 1-5.

7. Машина (100) на колесах или гусеницах, отличающаяся тем, что содержит гидропреобразователь крутящего момента с двумя сцеплениями по п. 6.