Фрикционная муфта с гидравлическим управлением Советский патент 1985 года по МПК F16D25/04 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах различных станков, транспортных машин и других установок.

Известна фрикционная дисковая муфта с гидравлическим управлением, состояшая из ведомой и ведушей полумуфт, причем ведомая полумуфта содержит две жестко соединенные части, образующие ограниченную полым цилиндром и внутренними торцовыми поверхностями полость, а ведушая полумуфта имеет два выполненных совместно со ступицей диска, коаксиально установленных внутри полости ведомой полумуфты, кроме того, ступица имеет радиальные отверстия для подвода жидкости под давлением в пространство между дисками ведушей полумуфты, обеспечивающей упругое их прижат - е к торцовым поверхностям внутри ведомой полумуфты 1.

Недостатком этой муфты, как управляемого элемента привода, является независимость ее вращающего момента, который она развивает при включении, от момента сопротивления ведомого элемента и его момента инерции, так как при включении она развивает строго определенный вращающий момент и без специальных средств управления не может обеспечить постоянный динамический 1омент в приводе, где установлена. По этой причине с изменением момента сопротивления ведомые инерционные массы привода получают при включении муфты различное ускорение, так как динамический момент Мд MB - Mf, в приводе с такими муфтами не является величиной постоянной. Изменение момента инерции ведомого элемента ведет к таким же последствиям. Интенсификация современного производства требует обеспечения возможности изменения скорости ведомого элемента привода главного движения металлорежущих станков при переключении муфт в этом приводе без остановки процесса резания. При этом качество обработанной поверхности и стойкость инструмента зависят от ускорения ведомого элемента привода. При превыщении допустимого значения углового ускорения заготовки инструмент, находящийся в контакте с ней, разрушается.

В многоступенчатых приводах с фрикционными муфтами переключение скоростей ведомой части привода осуществляют одновременным управлением муфт в нескольких группах передач. В каждой группе передач возникают различные по величине, а на некоторых участках кинематической цепи - противоположные по направлению, динамические моменты. Это служит условием для раскрытия и последующего выбора зазоров между передачами и соединениями ведомых участков кинематической цепи привода, сопровождается ударами и приводит к

поломкам элементов привода и режущего инструмента. При постоянных, согласованных по величине, ускорениях участков кинематической цепи привода его детали не испытывают ударных нагрузок, поэтому обеспечение постоянства ускорений ведет к повышению качества работы и надежности привода.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является фрикционная муфта с гидравлическим управлением, содержащая ступицу с каналами подвода рабочей жидкости, регулирующее устройство, управляющее давлением в нажимной камере и потоков, выполненное в виде подпружиненного трехпозиционного золотника, установленного с возможностью углового перемещения в окружном канале с входным отверстием, и двух сливных дренажных отверстий, расположенных на равных расстояниях от первого. Ведущая полумуфта выполнена в виде двух дисков, жестко закрепленных на ступице по разные стороны от ее подводящего канала, а ведомая - в виде цилиндрического барабана, причем ведомая и ведущая полумуфты коаксиально расположены одна относительно другой. При работе золотник регулирующего устройства осуществляет автоматизацию управления величиной вращающего момента, т.е., реагируя на изменение последнего, поддерживает его постоянным в течение всего периода включения муфты 2 .

Недостатком известной муфты является то, что, осуществляя регулирование вращ.ающего момента, она не регулирует ускорение ведомых частей в течение всего процесса их разгона или торможения, так как ускорение ведомых частей зависит от момента сопротивления. Отсутствие постоянства углового ускорения означает отсутствие постоянства динамического момента, поэтому привод с такими муфтами всегда работает с перегрузками валов, что приводит к низкой их надежности и малым срокам службы.

Целью изобретения является повышение надежности путем ограничения ускорения ведомой полумуфты.

Поставленная цель достигается тем, что фрикционная муфта с гидравлическим управлением, содержащая ступицу с каналами для подвода рабочей жидкости, регулирующее устройство в виде подпружиненного трехпозиционного инерционного золотника с входным отверстием и двумя сливными выходными отверстиями, расположенными в корпусе золотника на равных расстояниях от входного отверстия, ведущую полумуфту в виде жестка закрепленных на ступице двух упругих дисков с торцовыми фрикционными поверхностями, расположенными по разные стороны от канала подвода рабочей жидкости, и ведомую полумуфту в виде цилиндрического барабана, причем внутри барабана с возможностью взаимодействия с его торцовыми фрикционными поверхностями коаксиально установлены диски ведущей полумуфты, снабжена регулируемыми заглушками, в цилиндрической части барабана ведомой полумуфты выполнен сквозной тангенциальный канал под золотник регулирующего устройства и радиальный канал, связывающий внутреннюю полость указанного барабана с входным отверстием регулирующего устройства, а подпружиненный золотник последнего установлен в тангенциальном канале ведомой полумуфты с возможностью прямолинейного перемещения, причем регулирующие заглущки установлены с обоих концов сквозного тангенциального канала с возможностью взаимодействия с пружинами золотника и фиксированного перемещения вдоль тангенциального канала. Такая муфта всегда стремится развить при включении максимальный вращающий момент, определенный рабочим давлением жидкости, но при превышении заданного ускорения инерционный трехпозиционный золотник открывается, давление в пространстве между дисками ведущей полумуфты падает, и вращающий момент муфты снижается. Так автоматически обеспечивается постоянство ускорения ведомого элемента привода. На фиг. 1 изображена фрикционная муфта, продольный разрез; на фиг. 2 - трехпозиционный золотник регулирующего устройства; на фиг. 3 - график динамических характеристик муфты при включении. Фрикционная дисковая муфта с гидравлическим управлением размещается в закрытых передачах, например в коробках скоростей станков, и состоит из ведомой полумуфты 1 в виде барабана, внутри цилиндрической части которого концентрично установлена ведущая полумуфта, выполненная в виде ступицы 2 с двумя плоскими параллельными один другому упругими дисками 3. В пространстве между упругими дисками 3 расположена полость 4, в которую ведут отверстия 5, выполненные в ступице 2 и предназначенные для подвода рабочей жидкости. Ведомая полумуфта 1 посажена на подщипники, которые установлены на ступице 2. С ведомой полумуфтой 1 неподвижно соединен ведомый элемент привода. В теле полого цилиндра ведомойполумуфты 1 выполнен сквозной тангенциальный канал 6, заглущенный регулируемыми по его длине резьбовыми заглушками 7, и радиальный канал. В тангенциальном канале 6 установлен с возможностью прямолинейного перемещения подпружиненный пружинами 8 относительно заглушек 7 трехпозиционный ЗОЛОТНИК 9 регулируемого устройства. Предварительное усилие пружины 8, ограничивающее прямолинейное перемещение золотника 9, регулируется при помощи фиксированного перемещения заглушек 7 вдоль тангенциального канала 6. Регулирующее устройство выполнено также с двумя выходными каналами 10, сообщающимися с дренажными каналами II и с входным отверстием 12, связывающим через радиальный канал 13 внутреннюю полость барабана ведомой полумуфты с внутренней полостью регулирующего устройства. Расстояние между дренажными каналами 11 определяется по конструктивным соображениям. По отношению к радиальному кана.чу 13 дренажные каналы 11 могут быть выполнены по предпочтительному варианту симметрично, если ускорения ведомого вала в прямом и обратном направлении одинаковы, и могут быть выполнены несимметрично, если требуется разное ускорение при прямом и обратном вращениях. Муфта работает следующим образом. Включение муфты осуществляется подачей рабочей жидкости под давлением в полость 4 через отверстия 5 в ступице 2. Повыщение давления в полости 4 вызывает раздвижение упругих дисков 3, которые приходят во взаимодействие посредством своих фрикционных поверхностей с внутренними торцовыми стенками ведомой полумуфты I. Муфта развивает вращающий момент, и ведомый элемент привода, связанный с ведомой полумуфтой 1, начинает двигаться с ускорением. При ускорении ведомой полумуфты 1 силы инерции, действующие на инерционный золотник 9, преодолевают сопротивление пружин 8. Если угловое ускорение ведомой полумуфты 1 начинает превышать допустимое значение, то инерционный золотник 9 смещается настолько, что радиальный канал 13 в ведомой полумуфте 1 оказывается соединенным с одним из дренажных каналов 11 в зависимости от направления вращения. При этом давление в полости 4 резко падает, и трение упругих дисков 3 о внутренние стенки ведомой полумуфты 1 уменьщается, вследствие чего уменьшается вращающий момент муфты. Это ведет к уменьшению углового ускорения ведомой полумуфты 1 и ведомого элемента привода, а также к уменьшению сил инерции, действующих на инерционный золотник 9, который под действием усилия пружин 8 стремится вернуться в исходное положение и перекрывает дренаж ные каналы 11. После этого вращающий момент муфты снова увеличивается и процесс повторяется многократно до полного включения муфты. В зависимости от момента сопротивления ведомого элемента привода и от его момента инерции изменяются

условия нагружения ведомой полумуфты 1, но ускорение ведомого элемента привода с ведомой полумуфтой 1 остается благодаря работе инерционного золотника 9 постоянным. С наступлением установившегося движения угловое ускорение ведомой полумуфты 1 равно нулю, и инерционный золотник 9 занимает нейтральное положение, перекрывая оба дренажных канала 11.

При этом под условиями нагружения муфты подразумевается инерционная и моментная нагрузки,, которые приложены к ведомой полумуфте 1 со стороны связанного с ней ведомого вала. Моментная нагрузка представляет собой рабочее сопротивление механизма, приведенное к ведомой полумуфте 1 . Инерционная нагрузка - это момент инерции исполнительного механизма, приведенный к ведомой полумуфте. Эти виды нагрузки на ведомом валу могут изменяться, например в шпиндель станка для определенных операций может быть установлен более массивный патрон. Значит, увеличится инерционная нагрузка, но муфта все равно будет развивать такой момент, что ускорение ведомого вала останется постоянным.

Инерционный трехпозиционный золотник позволяет автоматически регулировать ускорение ведомого элемента привода или ведомой полумуфты 1, как при разгоне, так и при замедлении.

Выключение муфты осуществляется прекращением подачи рабочей жидкости в полость 4. При этом упругие диски 3 под действием сил собственной упругости возвращаются в исходное положение, ведущие и ведомые части муфты разъединяются.

При включении муфты на участке времени О-1 (фиг. 3) момент включаемой муфты увеличивается, преодолевая момент сил сопротивления ведомой полумуфты 1.

На участке времени 1-2 (фиг. 3) момент муфты Mj становится больше Мс - момента сопротивления ведомого элемента привода или ведомой полумуфты 1. Муфта начинает разгон ведомого элемента, ускорение которого постепенно увеличивается до заданной постоянной величины, определяемой настройкой инерционного золотника 9, который открывает один из дренажных каналов 11.

В точке времени 2.1 (фиг. 3) момент сил сопротивления ведомого элемента увеличился, момент инерции ведомого элемента не изменился. Ввиду увеличения М,- при установившемся М&, равновесие в системе М е,1 ,2 нарушается в сторону

уменьшения /Мд. С уменьшением М уменьшается ускорение ведомой части, инерционный золотник 9 закрывает дренажный канал 11, давление в полости 4 увеличивается, увеличивая вращающий момент муфты -

/Мвг- Ускорение ведомого элемента увеличивается до постоянной величины.

Работа муфты на участке 2.2-2.3 (фиг. 3) соответствует уменьшению момента сил сопротивления и относительному увеличению вращающего момента М&. Под действием вращающего момента М ведомый элемент получает ускорение. При этом открывается дренажный канал 11, давление в полости 4 падает, и ускорение ведомой полумуфты 1 уменьщается до заданной постоянной вели;,: чины, определяемой настройкой инерционного золотника 9.

Использование изобретения повышает качество и надежность приводов машин и особенно выгодно там, где постоянство ускорения ведомого элемента привода обеспечивали путем управления через внешние схемы с помощью датчиков обратной связи.

Преимущества предлагаемой конструкции муфты заключаются в том, что она независимо от изменения моментов сил сопротивления и сил инерции обеспечивает постоянство ускорения ведомого элемента привода.

В конструкции предлагаемой муфты заложена схема управления с обратной связью, значительно упрощающая по сравнению с внешними схемами, построенными на датчиках обратной связи, управление муфтой и приводом.

Размещение инерционного трехпозиционного золотника в са.мой .муфте упрощает конструктивное исполнение схемы управления, увеличивает ее быстродействие и надежность.

В многоступенчатых приводах с разветвленной кинематической цепью и большим количеством муфт упрощается задача улучщения динамики переключения ступеней скорости, что приводит к уменьшению ударов, увеличению надежности и долговечности привода.

k

ФРИКЦИОННАЯ МУФТА С ГИДРАВЛИЧЕСКИ/П УПРАВЛЕНИЕМ, содержащая ступицу с каналами для подвода рабочей жидкости, регулирующее устройство в виде подпружиненного трехпозиционного инерционного золотника с входным отверстием и двумя сливными выходными отверстиями, расположенными в корпусе золотника на равных расстояниях от входного отверстия, ведущую полумуфту в виде жестко закрепленных на ступице двух упругих дисков с торцовыми фрикционными поверхностями, расположенными по разные стороны от канала подвода рабочей жидкости, и ведомую полумуфту в виде цилиндрического барабана, причем внутри барабана с возможностью взаимодействия с его торцовыми фрикционными поверхностями коаксиально установлены диски ведущей полумуфты, отличающаяся тем, что, с целью повыщения надежности путем ограничения ускорения ведомой полумуфты, она снабжена регулируемыми заглушками, в цилиндрической части барабана ведомой полумуфты выполнен сквозной тангенциальный канал под золотник регулирующего устройства и радиальный канал, связывающий внутреннюю полость вышеназванного барабана с входным отверстием регулирующего устройства, а подпружиненный золотник последнего установлен в тангенциальном канале ведомой полумуфты с возможностью прямолинейного перемещения, причем регулируемые заглушки установлены с обоих концов сквозного тангенциального канала с возможностью взаимодействия с пружинами золотника и фиксированного перемещения вдоль тангенциального канала. О5 NU СО ю

6 7

8 11

7

Фиг.2

М

О 7 2

Фиг.-5