Двухпоточная муфта сцепления Российский патент 2021 года по МПК F16D13/50 F16D13/71 B60K17/02 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к муфтам сцепления транспортных средств.

Известна двухпоточная муфта сцепления (SERVISE TRAINING. Программа самообучения 390. 7-ступенчатая коробка передач со сдвоенным сцеплением ОАМ. Конструкция и принцип действия. [С. 14-19. - http://volkswagen.msk.ru/], содержащая корпус, установленный на коленчатом валу блока двигателя маховик в виде ведущего диска, ведомые диски, установленные на коаксиально расположенных первичных валах четных и нечетных рядов передач, нажимной диск, расположенный между ведомыми дисками, опорный диск, кожух и механизм привода переключения муфты.

Недостатком известной непостоянно замкнутой двухпоточной муфты сцепления является постоянное использование для включения и при передаче крутящего момента гидравлической системы, что в конечном счете увеличивает затраты энергии двигателя на управление при переключении потоков мощности и при передаче момента, а также усложняет конструкцию муфты в целом.

Известна также двухпоточная муфта сцепления (UA 101711, В60К 17/02, В60К 23/00, F16D 13/38, 2013), содержащая кожух, установленный на коленчатом валу блока двигателя маховик в виде ведущего диска, ведомые диски, установленные на коаксиально расположенных первичных валах четных и нечетных рядов передач, нажимной диск, расположенный между ведомыми дисками, опорный диск и механизм привода переключения муфты, причем ведущий диск, опорный диск и кожух в осевом направлении по периферии жестко связаны между собой, образуя один диск, опирающийся одновременно на первичные валы четных и нечетных рядов передач, между опорным диском и кожухом в осевом направлении установлен дополнительный диск, подпружиненный в осевом направлении относительно кожуха, с возможностью осевого перемещения относительно последнего посредством выступов, выполненных по периферии, с возможностью взаимодействия с отверстиями, выполненными на кожухе, на дополнительном диске со стороны опорного диска в радиальном направлении шарнирно закреплены поворотные упоры в количестве не меньше трех, с возможностью поворота в радиальных плоскостях, причем концы поворотных упоров со стороны периферии дисков в горизонтальной плоскости шарнирно связаны с рычагами, которые через отверстия в опорном диске вторыми концами шарнирно закреплены на нажимном диске, выполненном с возможностью принудительного осевого перемещения, вторые свободные концы поворотных упоров, выполнены с возможностью взаимодействия с подвижными опорами, выполненными в виде кареток с роликами, размещенными между упомянутыми поворотными упорами и опорным диском, с возможностью радиального перемещения и фиксации, причем пара роликов на каретках, взаимодействующая с поверхностью опорного диска, выполнена с возможностью взаимодействия с фиксаторами, выполненными в радиальном направлении на поверхности опорного диска, подвижные опоры посредством рычагов шарнирно закреплены на механизме привода переключения муфты, с возможностью перемещения упомянутых рычагов в радиальных плоскостях.

Недостатком известной двухпоточной муфты сцепления является то, что при переключении сцеплений - на четный или нечетный ряд передач, усилие, передаваемое роликами на поверхность нажимного диска, при перемещении роликов в радиальном направлении, будет разным, что приводит к разному коэффициенту запаса сцеплений, а это приводит к неравномерному износу фрикционных пар трения используемых сцеплений и разной динамике передачи крутящего момента от двигателя на трансмиссию каждым сцеплением, а следовательно, снижается ресурс сцепления в целом и увеличивается неравномерность нагружения деталей четных и нечетных передач.

Задачей предложенного решения является обеспечение одинакового коэффициента запаса сцеплений за счет выравнивания усилий, передаваемых на поверхность нажимного диска, при переключении четных и нечетных рядов передач коробки.

Эта задача достигается тем, что двухпоточная муфта сцепления, содержащая кожух, установленный на коленчатом валу блока двигателя маховик в виде ведущего диска, ведомые диски, установленные на коаксиально расположенных первичных валах четных и нечетных рядов передач, нажимной диск, расположенный между ведомыми дисками, опорный диск и механизм привода переключения муфты, причем ведущий диск, опорный диск и кожух в осевом направлении по периферии жестко связаны между собой, образуя один диск, опирающийся одновременно на первичные валы четных и нечетных рядов передач, между опорным диском и кожухом в осевом направлении установлен дополнительный диск, подпружиненный в осевом направлении относительно кожуха, с возможностью осевого перемещения относительно последнего посредством выступов, выполненных по периферии, с возможностью взаимодействия с отверстиями, выполненными на кожухе, на дополнительном диске со стороны опорного диска в радиальном направлении шарнирно закреплены поворотные упоры в количестве не меньше трех, с возможностью поворота в радиальных плоскостях, причем концы поворотных упоров со стороны периферии дисков в горизонтальной плоскости шарнирно связаны с рычагами, которые через отверстия в опорном диске вторыми концами шарнирно закреплены на нажимном диске, выполненном с возможностью принудительного осевого перемещения, вторые свободные концы поворотных упоров, выполнены с возможностью взаимодействия с подвижными опорами, выполненными в виде кареток с роликами, размещенными между упомянутыми поворотными упорами и опорным диском, с возможностью радиального перемещения и фиксации, причем пара роликов на каретках, взаимодействующая с поверхностью опорного диска, выполнена с возможностью взаимодействия с фиксаторами, выполненными в радиальном направлении на поверхности опорного диска, подвижные опоры посредством рычагов шарнирно закреплены на механизме привода переключения муфты, с возможностью перемещения упомянутых рычагов в радиальных плоскостях, часть поверхности опорного диска, взаимодействующая с парой роликов, включающая фиксатор последних, относительно оси поворота поворотных упоров в сторону к периферии дисков и к оси валов в радиальном направлении, выполнена в виде ступенчатых усеченных конусов, высоты которых определяются по формулам:

где Q - сила, действующая на нажимной диск через тяги при включении сцеплений;

- длины плеч рычагов действия сил, передающих усилие от нажимных пружин;

С_пр - жесткость нажимных пружин, с обращением меньшего диаметра основания усеченного конуса в сторону поворотных упоров, ролики в каретках выполнены одинакового диаметра, причем пара роликов на каретке, взаимодействующая с поверхностью опорного диска и фиксатором не взаимодействуют между собой, но взаимодействуют в отдельности с роликом на каретке, взаимодействующим с поворотным упором, при этом радиальные расстояния расположения центров фиксаторов включения первого и второго сцеплений относительно центра нейтрального фиксатора определяется зависимостями:

где γ - угол наклона боковой поверхности конуса.

Кроме того, в нижней части поворотных упоров со стороны рычагов выполнены наклонные П-образные проточки для свободного перемещения рычагов привода при включении второго сцепления нечетных рядов.

По сравнению с известной предложенная двухпоточная муфта сцепления позволяет обеспечить передачу одинакового усилия от нажимных пружин на поверхность фрикционных пар каждого из сцеплений при перемещении роликов каретки в радиальном направлении в процессе переключения четных и нечетных рядов передач коробки, обеспечивая при этом одинаковый коэффициент запаса каждого сцепления и как следствие одинаковые износ и динамику передачи крутящего момента двигателя на четных и нечетных передачах трансмиссии.

На фиг. 1 изображена двухпоточная муфта сцепления сдвоенная с положением кареток при выключенных сцеплениях; на фиг. 2 - элемент I на фиг. 1 (профиль опорной поверхности (опорного диска) качения кареток); на фиг. 3 -двухпоточная муфта с включенным первым сцеплением для четных рядов, каретка в нижнем положении; на фиг. 4 - то же, с включенным вторым сцеплением для нечетных рядов, каретка в верхнем положении; на фиг. 5 - общая схема привода управления сдвоенной двухпоточной муфтой сцепления; на фиг. 6 - расчетная схема при нижнем положении опоры; на фиг. 7 - то же, при верхнем положении опоры; на фиг. 8 - схема определения положения центров фиксаторов каретки на опорном диске.

Двухпоточная муфта сцепления содержит кожух 1, установленный на коленчатом валу двигателя (на чертеже не показаны) через ведущий маховик 2, опорный диск 3, ведомые диски 4 и 5, установленные на шлицах на коаксиально расположенных первичных валах 6 и 7 четных и нечетных рядов передач коробки, нажимной диск 8, расположенный между ведомыми 4 и 5 дисками, и привод 9 переключения и выключения муфт. Маховик 2, используемый как ведущий диск, опорный диск 3 и кожух 1 в осевом направлении по периферии жестко связаны между собой, образуя ведущие элементы сцеплений, опирающиеся одновременно через подшипники на первичные валы 6 и 7 четных и нечетных рядов передач на картер КП (не показано) и маховик 2. Между опорным 3 диском и кожухом 1 в осевом направлении установлен дополнительный 10 диск, нагруженный посредством нажимных пружин 11 в осевом направлении относительно кожуха 1, с возможностью осевого перемещения относительно последнего посредством выступов 12, выполненных по периферии, с возможностью взаимодействия с отверстиями 13, выполненными на кожухе 1. На дополнительном 10 диске со стороны опорного диска 3 в радиальном направлении посредством шарниров 14 закреплены поворотные упоры 15 в количестве не меньше трех, с возможностью поворота в радиальных плоскостях, причем концы поворотных упоров 15 со стороны периферии дисков в горизонтальной плоскости посредством шарниров 16 связаны с рычагами 17, которые проходят через отверстия 18 в опорном диске 3 вторыми концами посредством шарниров 19 закреплены на нажимном диске 8, выполненном с возможностью принудительного осевого перемещения. Вторые свободные концы поворотных упоров 15 выполнены с возможностью взаимодействия с подвижными опорами 20, выполненными в виде кареток с роликами 21, 22, 23, размещенными между упомянутыми поворотными упорами 15 и опорным диском 3, с возможностью радиального перемещения и фиксации. Причем пара роликов 21 и 22 на каретках, взаимодействующая с поверхностью опорного диска 3, выполнена с возможностью взаимодействия с фиксаторами 24, выполненными в радиальном направлении на поверхности опорного диска 3. Подвижные опоры 20 посредством рычагов 25 шарнирно связаны с механизмом 9 привода переключения муфт, с возможностью перемещения упомянутых рычагов 25 в радиальных плоскостях. Часть поверхности опорного диска 8, взаимодействующая с парой роликов 21 и 22, включающая фиксатор 24 последних, относительно оси 14 поворота поворотных упоров 15 в сторону к периферии дисков и к оси валов 6 и 7 в радиальном направлении, выполнена в виде ступенчатых усеченных конусов 26 и 27, высоты которых определяются по формулам:

где Q - сила, действующая на нажимной диск через тяги при включении сцеплений;

- длины плеч рычагов действия сил, передающих усилие от нажимных пружин;

С_пр - жесткость нажимных пружин, с обращением меньшего диаметра основания усеченных конусов в сторону поворотных упоров 15. Ролики 21, 22, 23 в каретках выполнены одинакового диаметра. Причем пара роликов 21 и 22 на каретке, взаимодействующая с поверхностью опорного диска 3 и фиксатором 24 не взаимодействуют между собой, но взаимодействуют в отдельности с роликом 23 на каретке, взаимодействующим с поворотным упором 15. При этом радиальные расстояния расположения центров фиксаторов 24 включения первого и второго сцеплений относительно центра нейтрального фиксатора 24 определяется зависимостями:

где γ - угол наклона боковой поверхности конуса.

Для обеспечения свободного поворота поворотных упоров 15 при движении каретки 20 от нейтрального положения и от оси вращения валов 5 и 6, в каждом упоре 15 со стороны опорного диска 3 выполнены П-образные проточки 28 под углом плоскости качения ролика 23, обеспечивающие движение рычагов 25 без контакта с упорами 15 и при этом качение роликов 23 по одной плоскости.

При расчете привода управления конструктивно задаемся размерами плеч рычагов привода, представленных на фиг. 6 и 7. В конечном итоге работы привода интересует величина силы Q, действующей на нажимной диск 8 через рычаг 17 от нажимных пружин 11. Для этого представим схему сил, действующих на один рычаг 17, и определяем силу со стороны пружины 11 сжатия, которая будет действовать при включении сцепления при нижнем положении опоры (см. фиг. 6), и при включении сцепления при верхнем положении опоры (см. фиг. 7). Рассматривается один рычаг 17 и одна пружина 11 сжатия. Количество рычагов 17 может быть 3-4, а нажимных пружин 11 - в зависимости от максимального момента двигателя. Очевидно общее нажимное усилие формируется всеми пружинами 11 сжатия и распределяется равномерно на принятое количество рычагов 17.

Включение сцепления при нижнем положении опоры (см. фиг. 6).

Рассмотрим балку A₁O₁ и составим уравнения ее равновесия относительно точки O₁ при условии ее наклона на угол ϕ₁:

Значение длины плеч приложения сил

После подстановки, уравнение (1) примет следующий вид:

Сила, действующая со стороны нажимных пружин:

где Δ₁ - деформация пружин;

С_пр - жесткость нажимных пружин. Учитывая уравнение (2) и (3), деформация нажимных пружин при включении первого сцепления в нижнем положении каретки определяется по формуле:

где Q - сила, действующая на нажимной диск через тяги при включении первого сцепления;

- длина плеча от места упора пружины до точки A₁;

- расстояние от места упор пружины до точки О₁

ϕ₁ - угол, поворота рычага A₁O₁.

После упрощений получим

Включение сцепления при верхнем положении опоры (см. фиг. 7).

Рассмотрим балку А₂О₂ и составим уравнения ее равновесия относительно точки Р при условии ее поворота на угол ϕ₂:

Значение длины плеч рычага

После подстановки последних значений уравнение (5) примет следующий вид:

Сила со стороны нажимных пружин:

где Δ₂ - деформация нажимных пружин при включении второго сцепления. Деформация пружин при включении второго сцепления в верхнем положении каретки, учитывая уравнение (6) и (7), определяется по формуле:

где - длина плеча от места упора пружины до точки А₂;

- расстояние между точками Р и A₂;

ϕ₂ - угол поворота рычага А₂О₂.

После упрощения получим:

Из уравнений (4) и (8) определяется зависимость деформаций нажимных пружин при включении второго сцепления и первого:

Схема поверхности опорного 8 диска, по которой перемещается каретка, представлена на фиг. 8.

Суммарная деформация нажимных пружин 11 при включении первого (I) и второго (II) сцеплений будет равна:

Для того чтобы упростить работу системы управления, необходимо обеспечить одинаковый ход перемещения каретки как при включении первого, так и при включении второго сцеплений.

Для выполнения условия S₁=S₂ задаемся значениями углов γ₁ и γ₂ и определим величины радиальных расстояний q₁ и q₂.

При включенном первом сцеплении:

Так как то

При включенном втором сцеплении:

Так как то

Принимаем угол наклона γ₁=γ₂=γ. Тогда

Двухпоточная муфта сцепления работает следующим образом.

В выключенном (нейтральном) положении (см. фиг. 1), когда передача четного или нечетного ряда не включена механизм 9 привода переключения муфты к примеру электродвигателем через рычажную систему (фиг. 5) устанавливается таким образом, что подвижные опоры 20 посредством роликов 21 и 22 зафиксированы в фиксаторах 24 в среднем положении, при котором ролики 23 взаимодействуют с поверхностями поворотных упоров 15 на одной горизонтальной оси с шарнирами 14 и нажимными пружинами 11, исключая поворот упоров 15 в радиальных плоскостях. Ведомые диски 4 и 5 не взаимодействуют с поверхностями, соответственно, ведущего маховика 2, нажимного диска 8 и опорного диска 3. Первичные валы 5 и 6 четных и нечетных рядов передач посредством ведомых 3 и 4 дисков свободно вращаются, не передавая крутящего момента коленвала двигателя.

При включении первого сцепления, например, четного ряда передач (см. фиг. 3) механизм 9 привода переключения муфты устанавливается таким образом, что подвижные опоры 20 посредством рычагов 25 перемещаются от периферии дисков к центру оси вращения валов. При этом ролики 21 и 22, преодолевая сопротивление фиксаторов 24, перемещаются по наклонной конусной поверхности 27, устанавливаются в фиксированном положении, при котором создается момент силы между осями шарниров 14 и точкой взаимодействия роликов 23 с поверхностями поворотных упоров 15. Дополнительный 10 диск, под действием нажимных пружин 11, выдвигаясь выступами 12 из отверстий 13 кожуха 1, перемещается в осевом направлении в сторону опорного 8 диска. При этом поворотные упоры 15, поворачиваясь на шарнирах 14 посредством шарниров 16, передают толкающее усилие на рычаги 17, которые, в свою очередь, через шарниры 19 передают усилие на нажимной диск 8. Нажимной диск 8, воздействует на ведомый диск 4 и маховик 2. Цепь фрикционных пар первого сцепления замыкается, и крутящий момент от коленчатого вала двигателя (на чертеже не показано) через ведущие маховик 2, нажимной диск 8 и ведомый диск 4 передается на первичный вал 6 четного ряда передач коробки.

При выключении четного ряда передач механизм 9 привода переключения муфты устанавливается в положение (см. фиг. 1), при котором подвижные упоры 20 посредством рычагов 25 перемещаются к периферии дисков от центра оси вращения валов. При этом ролики 21 и 22, преодолевая сопротивление фиксаторов 24, перемещаются по наклонной конусной поверхности 27, устанавливаются в фиксированном положении, а ролики 23 устанавливаются на одной горизонтальной оси шарниров 14 поворотных упоров 15 и нажимных пружин 11. Дополнительный 10 диск, преодолевая сопротивление пружин 11, вдвигается выступами 12 в отверстия 13 кожуха 1 и перемещается в осевом направлении в сторону от опорного диска 3. При этом поворотные упоры 15, поворачиваясь на шарнирах 14 посредством шарниров 16, передают тянущее усилие на рычаги 17, которые, в свою очередь, через шарниры 19 передают усилие на нажимной диск 8. Нажимной диск 8, прекращая взаимодействие с ведомым 3 диском, размыкает силовую цепь и передача крутящего момента от коленчатого вала двигателя (на чертеже не показано) на первичный вал 6 четного ряда передач прекращается.

При включении второго сцепления, например, нечетного ряда передач (см. фиг. 4) механизм 9 привода переключения муфты располагается таким образом, что подвижные упоры 20 посредством рычагов 25 перемещаются к периферии дисков от центра оси. Для обеспечения свободного движения рычагов 25 в поворотных упорах 15 выполнены наклонные П-образные проточки 28, таким образом что обеспечивается контакт роликов 23 по одной исходной плоскости упоров 15. При этом ролики 21 и 22, преодолевая сопротивление фиксаторов 24, перемещаясь по наклонной конусной поверхности 26, устанавливаются в фиксированном положении, при котором создается момент силы между осями шарниров 14 и точкой взаимодействия роликов 23 с поверхностями поворотных упоров 15. Дополнительный 10 диск, под действием пружин 11 сжатия, выдвигаясь выступами 12 из отверстий 13 кожуха 1, перемещается в осевом направлении в сторону опорного диска 3. При этом поворотные упоры 15, поворачиваясь на шарнирах 14 посредством шарниров 16, передают тянущее усилие на рычаги 17, которые, в свою очередь, через шарниры 19 передают усилие на нажимной диск 8. Нажимной диск 8, воздействуя на ведомый диск 5 и опорный диск 3, замыкает силовую цепь, при которой крутящий момент от коленчатого вала двигателя (на чертеже не показано) через нажимной диск 8, ведомый диск 5 и опорный диск 3 передается на первичный вал 7 нечетного ряда передач коробки.

При выключении нечетного ряда передач механизм 9 привода переключения муфты устанавливается в положение (см. фиг. 1), при котором подвижные упоры 20 посредством рычагов 25 перемещаются от периферии дисков к центру оси. При этом ролики 21 и 22, преодолевая сопротивление фиксаторов 27, перемещаясь по наклонной конусной поверхности 26, устанавливаются в фиксированном положении, а ролики 23 устанавливаются на одной горизонтальной оси шарниров 14 поворотных упоров 15 и пружин 11 сжатия. Дополнительный 10 диск, преодолевая сопротивление пружин 11 сжатия, вдвигается выступами 12 в отверстия 13 кожуха 1 и перемещается в осевом направлении в сторону от опорного диска 3. При этом поворотные упоры 15, поворачиваясь на шарнирах 14 посредством шарниров 16, передают толкающее усилие на рычаги 17, которые, в свою очередь, через шарниры 19 передают усилие на нажимной диск 8. Нажимной диск 8, прекращая взаимодействие с ведомым диском 5, размыкает цепь и прекращает передачу крутящего момента от коленчатого вала двигателя (на чертеже не показано) на первичный вал 7 нечетного ряда передач коробки.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к муфтам сцепления транспортных средств. Двухпоточная муфта сцепления содержит корпус, ведущий диск, ведомые диски на коаксиально расположенных первичных валах, нажимной диск, опорный диск и механизм привода переключения муфты. Между опорным диском и кожухом в осевом направлении установлен дополнительный диск, подпружиненный в осевом направлении относительно кожуха. Имеются поворотные упоры, рычаги, подвижные опоры, выполненные в виде кареток с роликами, и фиксаторы. Часть поверхности опорного диска, взаимодействующая с парой роликов, выполнена в виде ступенчатых усеченных конусов. Высоты конусов определяются установленными соотношениями и зависят от силы, действующей на нажимной диск через тягу при включении сцеплений, длин плеч рычагов и жесткости пружин. Достигается равномерный износ фрикционных пар трения. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Двухпоточная муфта сцепления, содержащая кожух, установленный на коленчатом валу блока двигателя маховик в виде ведущего диска, ведомые диски, установленные на коаксиально расположенных первичных валах четных и нечетных рядов передач, нажимной диск, расположенный между ведомыми дисками, опорный диск и механизм привода переключения муфты, причем ведущий диск, опорный диск и кожух в осевом направлении по периферии жестко связаны между собой, образуя один диск, опирающийся одновременно на первичные валы четных и нечетных рядов передач, между опорным диском и кожухом в осевом направлении установлен дополнительный диск, подпружиненный в осевом направлении относительно кожуха, с возможностью осевого перемещения относительно последнего посредством выступов, выполненных по периферии, с возможностью взаимодействия с отверстиями, выполненными на кожухе, на дополнительном диске со стороны опорного диска в радиальном направлении шарнирно закреплены поворотные упоры в количестве не меньше трех, с возможностью поворота в радиальных плоскостях, причем концы поворотных упоров со стороны периферии дисков в горизонтальной плоскости шарнирно связаны с рычагами, которые через отверстия в опорном диске вторыми концами шарнирно закреплены на нажимном диске, выполненном с возможностью принудительного осевого перемещения, вторые свободные концы поворотных упоров, выполнены с возможностью взаимодействия с подвижными опорами, выполненными в виде кареток с роликами, размещенными между упомянутыми поворотными упорами и опорным диском, с возможностью радиального перемещения и фиксации, причем пара роликов на каретках, взаимодействующая с поверхностью опорного диска, выполнена с возможностью взаимодействия с фиксаторами, выполненными в радиальном направлении на поверхности опорного диска, подвижные опоры посредством рычагов шарнирно закреплены на механизме привода переключения муфты, с возможностью перемещения упомянутых рычагов в радиальных плоскостях, отличающаяся тем, что часть поверхности опорного диска, взаимодействующая с парой роликов, включающая фиксатор последних, относительно оси поворота поворотных упоров в сторону к периферии дисков и к оси валов в радиальном направлении, выполнена в виде ступенчатых усеченных конусов, высоты которых определяются по формулам:

где Q - сила, действующая на нажимной диск через тягу при включении сцеплений;

- длины плеч рычагов действия сил, передающих усилие от нажимных пружин;

С_пр - жесткость нажимных пружин, с обращением меньшего диаметра основания усеченного конуса в сторону поворотных упоров, ролики в каретках выполнены одинакового диаметра, причем пара роликов на каретке, взаимодействующая с поверхностью опорного диска и фиксатором, не взаимодействуют между собой, но взаимодействуют в отдельности с роликом на каретке, взаимодействующим с поворотным упором, при этом радиальные расстояния расположения центров фиксаторов включения первого второго сцеплений относительно центра нейтрального фиксатора определяется зависимостями:

где γ - угол наклона боковой поверхности конусов.

2. Двухпоточная муфта сцепления по п. 1, отличающаяся тем, что в нижней части поворотных упоров со стороны рычагов выполнены наклонные П-образные проточки для свободного перемещения рычагов привода при включении второго сцепления нечетных рядов.