Фрикционная сцепная гидростатическая муфта Российский патент 2023 года по МПК F16D25/04 F16D15/00 F16D23/14 

Заявленное техническое решение относится к деталям машин широко используемым в различных областях техники.

Из предшествующего уровня техники хорошо известны различные варианты исполнения муфт: Ряховский В.И. Справочник по муфтам - Л.; Политехника, 1991 г.

Фрикционные муфты (фиг. 1.) передают вращающий момент за счет сил трения, вызванных силой F, на рабочей поверхности (РП) фрикционных элементов. По форме контактирующих поверхностей фрикционных элементов они делятся на дисковые, конические и цилиндрические, при этом направление их перемещения, по направлению силы F, может быть продольным или радиальным. В зависимости от способа перемещения фрикционных элементов различают муфты с электромагнитным, гидравлическим, пневматическим и механическим управления.

Из предшествующего уровня техники известны, многодисковые фрикционные муфты сцепления одностороннего действия, фиг. 1 слева, для передачи вращающего момента М=25…2500 Н*м, с внешними диаметрами D от 84 до 265 мм, размерами валов d от 18 до 140 мм, массой М=2…80 кг.

К недостаткам этих муфт следует отнести сложность конструкции, которая предусматривает использование нескольких фрикционных и нажимных дисков с внутренними или внешними шлицами, а также использование, как правило, многоэлементной механической системы управления. При этом изготовление многодисковой муфты возможно только на специализированном технологическом оборудовании.

Из предшествующего уровня техники известны конусные фрикционные муфты сцепления, фиг. 1 в центре, для передачи вращающего момента М=100…1400 Н*м, с характерными радиальными размерами D от 120 до 600 мм, устанавливаемые на валы с размерами d от 40 до 180 мм.

К недостаткам этих муфт следует отнести сложность конструкции, предусматривающей использование нескольких нажимных дисков, а также использование, как правило, многоэлементной механической системы управления. Изготовление конусных муфты возможно только на специализированном технологическом оборудовании.

Из предшествующего уровня техники известна шинно-пневматическая фрикционная муфта сцепления, фиг. 1 справа, для передачи вращающего момента М=100…1400 Н*м, с характерными радиальными размерами D от 120 до 600 мм, устанавливаемые на валы с размерами d от 40 до 180 мм. Конструкция шинно-пневматической муфты состоящая из резинотканевой кольцевой камеры с ниппелем, необходимым для подвода сжатого воздуха, закрепленным на стальном ободе. К внутренней цилиндрической поверхности баллона прикреплены фрикционными накладками. Резинотканевая кольцевая камера предназначен не только для прижатия фрикционных прокладок к шкиву муфты, но и для передачи крутящего момента. Эти муфты нашли широкое распространение в буровых и судовых установках, экскаваторах, конвейерах, шахтных подъемниках. К недостаткам этих муфт относятся значительная стоимость резинокордного баллона чувствительного к попаданию на него масла, щелочей и кислот. Принята за аналог.

Общим недостатком рассмотренных выше муфт является, их значительные относительные радиальные размеры, D/d=2…4, что затрудняет их использование в ограниченном пространстве привода.

Из предшествующего уровня техники известен способ получения соединения деталей типа вал-втулка RU 2450904 С2, при котором в охватывающей детали выполняются продольные каналы образующие замкнутую полость, которую заполняют рабочим телом под давлением, необходимым для передачи нагрузки силами трения на сопрягаемых поверхностях деталей. Принят за прототип.

Конструкции известных фрикционных сцепных муфт, а также использование соединения типа вал втулка в качестве муфты, предусматривает подключение управляющей системы к их вращающемся элементам, что является их существенным недостатком.

Наличие этих факторов, существенно снижает эффективность использования известного устройства в качестве муфты сцепления, снижает технологичность его изготовления и эффективность эксплуатации.

Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является обеспечение большей технологичности изготовления, снижение материалоемкости и себестоимости при изготовлении, а также обеспечение лучших эксплуатационных характеристик и лучших масса габаритных характеристик, D/d=2…4.

Решение данной задачи достигается за счет того, что ступица полумуфты, устанавливается на вал с гарантированным зазором, состоит из несущей и, напрессованной на нее, бандажной частей, причем в несущей части выполняются круговой или продольные каналы, отделяемые от ее внутренней поверхности тонкими стенками (внутренними мембранами), при этом каналы образуют, после запрессовки частей ступицы, замкнутую полость, заполняемую рабочим телом, а в бандажной части, на ее наружной поверхности, выполнен, по крайней мере один, круговой канал с тонкой стенкой (внешней круговой мембраной), в круговом канале располагаются тела качения, выступающие над наружной поверхностью бандажной части, на которой, установлена, с возможностью продольного перемещения, подвижная втулка, внутренняя поверхность которой имеет заходный и нажимной участки, необходимые для радиального перемещения тел качения, посредством которого обеспечивается радиальная деформация внешней круговой мембраны, вследствие чего создается гидростатическое давление в рабочем теле замкнутой полости, обеспечивающее радиальные деформации внутренней круговой или продольных мембран, что обеспечивает их прижатие к сопрягаемой поверхности вала и передачу нагрузки силами трения.

Технический результат изобретения, обеспечивается приведенной совокупностью признаков, заключается в повышение эффективности изготовления и использования сцепной фрикционной муфты.

Для достижения технического результата при перемещении нажимной втулки в продольном направлении ее нажимной участок посредствам тел качения деформирует внешнюю круговую мембрану, что вызывает сжатие рабочего тела в замкнутой полости несущей части ступицы, возникающего вследствие этого гидростатическое давление деформирует стенку (внутреннюю круговую мембрану) замкнутой полости несущей части ступицы и обеспечивает ее прижатие к сопрягаемой поверхности вала, что обеспечивает передачи нагрузки силами трения, вследствие чего заявленная конструкция приобретает ряд преимуществ к которым относятся: большая технологичность, меньшая себестоимость; меньшие габариты; лучшие эксплуатационные характеристики.

Изобретение поясняется представленным на фигурах примера устройства, на которых:

фиг. 1 изображены известные конструкции: многодисковая фрикционная муфта сцепления, слева; конусная фрикционная муфта сцепления, в центре; шинно-пневматическая фрикционная муфта сцепления, справа;

фиг. 2 изображен фронтальный вид варианта 1 заявленного устройства;

фиг. 3 изображен местный вид I, фиг. 2, заявленного устройства в положении муфта выключена;

фиг. 4 изображен местный вид I, фиг. 2, заявленного устройства в положении муфта включена;

фиг. 5 изображен фронтальный вид варианта 2 заявленного устройства;

фиг. 6 изображен разрез А-А варианта 2, заявленного устройства;

фиг. 7 изображен местный вид II разрез А-А заявленного устройства.

фиг. 8 изображен фронтальный вид варианта 1 заявленного устройства с пневматическим (гидравлическим) управление.

Заявленное устройство состоит из полумуфты 1, со ступицей 2, установленной на вал с гарантированным зазором и зафиксированной относительно его оси посредствам подшипников, перемежающейся относительно ступицы подвижной втулки 3, на внутренней поверхности которой выполнены заходный 4 и нажимной 5 участки. Ступица состоит из несущей 6 и, напрессованной на нее, бандажной 7 частей, при этом в бандажной части выполнен кольцевой канал 8, с тонкой нижней стенкой 9 (внешней круговой мембраной), заполненный телами качения 10, выступающими над ее наружной поверхностью. Несущая часть ступицы может быть выполнена в двух вариантах. В первом варианте исполнения несущей части ступицы, фиг. 2, 3, 4 на ее наружной поверхности выполняется кольцевой канал 11, с тонкой стенкой 12 (внутренней круговой мембраной), образующий, после запрессовки частей ступицы, замкнутую полость, заполняемую рабочим телом 13. Во втором варианте исполнения несущей части ступицы, фиг. 5, 6, 7 на ее наружной поверхности выполняться кольцевой канал 14, объединяющий концентрично расположенные продольные каналы 15, с тонкими нижними стенками 16 (внутренними продольными мембранами). Продольные каналы, объединенные кольцевой канал 14, заполнены рабочим телом 9 и закрыты заглушками 17 с целью герметизации, образующий, после запрессовки частей ступицы, замкнутую полость, с тонкими продольными стенками 16 на внутренней поверхности несущей части ступицы.

Функционирование фрикционной сцепной гидростатической муфты обеспечивается следующим способом.

Ступица полумуфты устанавливается на вал с гарантированным зазором и центрируется относительно его оси посредствам подшипников, при этом между наружной поверхностью ступицы 2 и подвижной втулкой 3 располагаются тела качения 13, что обеспечивает свободное вращение полумуфты 1 относительно вала и подвижной втулки 3 в состоянии «муфта выключена». При перемещении подвижной втулки 3 в продольном направлении ее нажимная часть 5, посредствам тел качения 13, деформирует верхнюю круговую мембрану 9, что вызывает сжатие рабочего тела 9 в замкнутых полостях с кольцевым 11 (исполнение 1) или продольными 15 (исполнение 2) каналами несущей части ступицы, возникающего вследствие этого гидростатическое давление деформирует нижние круговую 12 (исполнение 1) или продольные 16 (исполнение 1) мембраны и обеспечивает их прижатие к сопрягаемой поверхности вала, что обеспечивает передачу нагрузки силами трения, вследствие чего заявленная конструкция приобретает ряд преимуществ к которым относятся: большая технологичность, меньшая себестоимость; меньшие габариты; лучшие эксплуатационные характеристики в связи с тем, что управляющее воздействие обеспечивается не вращающейся нажимной втулкой.

Перемещение подвижной втулки может быть обеспечено посредством гидравлического или пневматического управления. При этом подвижная втулка 2 может быть выполнена в виде поршня 18, перемещающегося, под действие гидравлического или пневматического давления, в цилиндрическом пространстве, сформированном корпусом 19 и наружной поверхностью ступицы 2 полумуфты.

Перемещение подвижной втулки может быть обеспечено, также известными системами электромагнитного или механического управления.

Заявленное устройство относится к деталям машин, широко используемым в различных областях техники. Муфта содержит подвижную втулку и ступицу, состоящую из несущей и напрессованной на нее бандажной частей, причем на наружной поверхности несущей части выполнен по крайней мере один круговой канал или продольные каналы, отделяемые от ее внутренней поверхности тонкой стенкой, выполненной с возможностью радиальной деформации, при этом по крайней мере один круговой или продольные каналы выполнены с возможностью образования после запрессовки частей ступицы замкнутой полости для заполнения ее рабочим телом, на наружной поверхности бандажной части выполнен по крайней мере один круговой канал с тонкой стенкой, выполненной с возможностью радиальных деформаций, в котором располагаются тела качения, выступающие над наружной поверхностью ступицы, при этом на бандажной части установлена, с возможностью продольного перемещения, указанная подвижная втулка, внутренняя поверхность которой имеет заходный и нажимной участки, обеспечивающие радиальное перемещение тел качения, посредством которого обеспечивается радиальная деформация тонкой стенки кругового канала, вследствие чего создается гидростатическое давление в рабочем теле в замкнутой полости, обеспечивающее деформацию ее стенок, что обеспечивает их прижатие к сопрягаемой поверхности вала и передачу нагрузки силами трения. Продольные каналы могут быть расположены концентрично и объединены выполненным на наружной части кольцевым каналом. Технический результат - большая технологичность, улучшенные эксплуатационные характеристики. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Фрикционная сцепная муфта, содержащая подвижную втулку и ступицу, состоящую из несущей и напрессованной на нее бандажной частей, причем на наружной поверхности несущей части выполнен по крайней мере один круговой канал или продольные каналы, отделяемые от ее внутренней поверхности тонкой стенкой, выполненной с возможностью радиальной деформации, при этом по крайней мере один круговой или продольные каналы выполнены с возможностью образования после запрессовки частей ступицы замкнутой полости для заполнения ее рабочим телом, на наружной поверхности бандажной части выполнен по крайней мере один круговой канал с тонкой стенкой, выполненной с возможностью радиальных деформаций, в котором располагаются тела качения, выступающие над наружной поверхностью ступицы, при этом на бандажной части установлена, с возможностью продольного перемещения, указанная подвижная втулка, внутренняя поверхность которой имеет заходный и нажимной участки, обеспечивающие радиальное перемещение тел качения, посредством которого обеспечивается радиальная деформация тонкой стенки кругового канала, вследствие чего создается гидростатическое давление в рабочем теле в замкнутой полости, обеспечивающее деформацию ее стенок, что обеспечивает их прижатие к сопрягаемой поверхности вала и передачу нагрузки силами трения.

2. Фрикционная сцепная муфта, по п. 1, отличающаяся тем, что продольные каналы расположены концентрично и объединены выполненным на наружной части кольцевым каналом.