Фрикционная обгонная муфта Советский патент 1992 года по МПК F16D47/02 F16D7/02 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для передачи крутящего момента в двух направлениях.

Известна конструкция фрикционной муфты с механизмом обгона, состоящим из приводной втулки, имеющей форму храповика, шариков, помещенных между храповиком и обоймой. При вращении храповика по часовой стрелке стальные шарики перемещаются вдоль закаленных пластинок и касаются двух закаленных поверхностей.

Недостаток данной конструкции - невозможность реверсирования передаваемого крутящего момента.

Известна конструкция многодисковой фрикционной муфты с обгонным механизмом, состоящим из нажимной втулки, кинематически связанной с ведущим валом, клиньев, передающих осевую нагрузку на втулку, шариков, помещенных в клинообразную щель между крайним фрикционным диском и пружиной.

Пружинки создают необходимый зазор между дисками (при свободном ходе), а также контакт между шариками и крайним диском.

Недостатком данной конструкции является невозможность реверсирования передаваемого крутящего момента. Применение пружинок для создания необходимого контакта шариков с крайним диском не обеспе- чивает нужной надежности работы обгонного механизма для включения муфты, так как характеристика пружинки в процессе эксплуатации изменяется, что приводит к

Ч 00 СА)

00 00

потере контакта шарика и диска. При значительных изменениях характеристик пружиной включения муфты может не произойти.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является фрикционная предохранительная муфта, содержащая ведущую и ведомую полумуфты, диски трения, пружинящий элемент в виде плоских пружин, опирающихся на нажимной диск, тела качения, размещенные в кольцевых пазах полумуфт, причем профиль этих пазов, выполнен по винтовой линии с углом подъема.

Недостатком данной конструкции является то, что весь крутящий момент передается одним потоком через ведущий вал, ведущие и ведомые диски трения, барабан, нажимной диск, шарики и кольцевые пазы на полумуфтах. При этом контакт шариков с поверхностями кольцевых пазов точечный. Общеизвестно, что нагрузочная способность точечного контакта ниже; чем у контакта по линии. Поэтому значение передаваемого момента фрикционной предохранительной муфты ограничивается несущей способностью точечного контакта в ее механизме включения. В результате этого в период эксплуатации ухудшаются ее рабочие характеристики и снижается на- дежиость.

Цель изобретения - улучшение эксплуатационных качеств путем повышения надежности работы муфты.

Указанная цель достигается тем, что в фрикционной обгонной муфте, содержащей ведущие и ведомые диски, установленные на соответствующих валах, неподвижную в осевом направлении ведомую ступицу, стакан, кинематически соединенный с ведущим валом, и механизм включения, состоящий из нажимной втулки и шариков, расположенных в симметричном клинообразном зазоре между поверхностями противолежащих кольцевых пазов, один из которых выполнен на нажимной втулке, согласно цели изобретения, нажимная втулка установлена на ведущем валу, первый паз выполнен в виде замкнутой канавки полукруглого профиля на ее внутренней боковой поверхности, вторые пазы выполнены на ведущем валу в виде криволинейных пазов полукруглого профиля в плане с центром кривизны со стороны фрикционных дисков, а шарики размещены в средней части вторых пазов. Причем вторые пазы выполнены с переменной глубиной, имеющей максимальную величину в их средней части.

В данной конструкции фрикционной обгонной муфты, в отличие от прототипа, передача крутящего момента происходит двумя потоками независимо от направления вращения ведущего вала муфты. Это обусловлено следующим. При вращении ведущего-вала, со стороны криволинейного симметричного паза на шарик действует окружная сила. Шарик в пазу и круговой зам0 кнутой канавке совершает сложное движение: по пазу движется вдоль криволинейной поверхности к его концу, а по круговой канавке - в окружном направлении. Таким образом шарик продолжает двигать5 ся до тех пор, пока не окажется в клиновом пространстве, образованном поверхностями паза и канавки. В клиновом пространстве на шарик нормально к его поверхности действует сила, складывающаяся из двух:

0 осевой и тангенциальной сил. Так как пазь криволинейные и симметричные с центром кривизны со стороны фрикционных дисков, то осевая сила всегда направлена в сторону пакета дисков при любом направлении вра5 щения ведущего вала. Дальнейшее взаимодействие шарика с пазом и канавкой приводит к тому, что под действием осевой силы нажимная втулка перемещается в Јто- рону фрикционных дисков до тех пор, пока

0 шарик в клиновом пространстве не заклинится. Одновременно с заклиниванием шарика происходит сжатие нажимной втулкой пакета фрикционных дисков с усилием, обеспечивающим передачу крутящего мо5 мента. При этом основная (большая) часть крутящего момента передается через ведущей вал. сжатый пакет фрикционных дисков, ступицу, ведомый вал, а остальной (управляющий), крутящий момент-ведущий

0 вал поверхность криволинейного паза на этом валу, шарики, поверхность кольцевой канавки на нажимкой втулке, ступицу и ведомый вал. Значения величины осевого усилия как раз достаточно для того, чтобы

5 перенести большую часть передаваемой мощности на пакет фрикционных дисков, а через шарики проходит лишь мощность, необходимая для создания этого рабочего дав- ления. Таким образом, форма и

0 расположение криволинейных пазов на валу и нажимной втулке обеспечивает передачу крутящего момента муфтой двумя неравными потоками, а также возможность его реверсирования.

5

В отличие от прототипа, в данной конструкции муфты шарик при заклинивании находится не в клинообразном пазу, а в клиновом пространстве, образованном поверхностями симметричного криволинейного

паза полукруглого профиля и поверхностью замкнутой круговой канавки полукруглого профиля. В процессе заклинивания шарик перемещается не только в осевом направлении по поверхности симметричного криволинейного п-аза, но и в радиальном, благодаря тому что паз имеет переменную глубину. Ее наибольшее значение - в середине паза, этим достигается надежный контакт шарика в клиновом пространстве в процессе заклинивания и заклиненном состоянии независимо от степени износа шарика.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленная фрикционная обгонная муфта отличается тем, что механизм включения муфты обеспечивает разделение на два неравных по величине передаваемых крутящих момент (основной и управляющий), а также возможность его реверсирования, что приводит к улучшению ее эксплуатационных качеств и повышает ее надежность в работе.

Таким образом, признаки, введенные в отличительную часть формул изобретения, являются существенными и служат достижению поставленной цели. Они являются новыми и не имеются ни у аналога, ни у прототипа. На фиг.1 изображена фрикционная обгонная муфта в расклиненном состоянии, общий вид, осевой разрзе; на фиг.2 - положение шариков в пазах и канавке в момент начала заклинивания; на фиг.З - положение шарика в средней части паза в период свободного хода; на фиг.4 - положение шарика в канавке в процессее заклинивания; на фиг.5 - положение шарика в пазу и канавке в заклиненном состоянии.

Фрикционная обгонная муфта содержит ведущий 1 (см.фиг.1) и ведомый 2 валы, содержащие шлицевые участки. На ведомом валу 2 одним из известных способов закреплена ступица 3, кинематически связанная посредством шлицевого соединения со стаканом 4. Нажимная втулка 5, имеющая на внутренней поверхности замкнутую круговую канавку 6 полукруглого профиля, кинематически связана с ведущим валом 1 через шарики 7, находящиеся также и в симметричных пазах 8 переменной глубины, равномерно расположенных на валу 1 на уровне канавки б. При это м поверхности канавки 6 и паза 8 образуют клиновое пространство (см. фиг.2). Для удобства монтажа и сборки нажимная втулка 5 о одного торца закрыта крышкой 9 с винтами 10. При помощи винтов 12 нажимная втулка 5 неподвижно соединена со стаканом 3. На шлицевом участке ведущего вала 1 насажены ведущие

фрикционные диски 13, чередующиеся с ведомыми фрикционными дисками 14 помещенными на шлицы стакана 3 и вместе образуют пакет фрикционных дисков. 5Фрикционная обгонная муфта работает

следующим образок При вращении ведущего вяла 1 (см.фиг.2)например, почасовой стрелке, со стороны криволинейного паза 8 на шарик 7 действует окружная сила, на10 правленная по касательной к его поверхности. При этом шарик касается поверхности паза 8 на валу 1 и поверхности канавки б нажимной втулки 5. Вследствие большей инертности системы нажимная втулка 5 5 пакет фрикционных дисков 13, 14-стакан 4 - ступица 3 - вал 2, чем у системы вал 1 - шарик 7, шарик 7 перемещается в пазу 8 и канавке 6. Шарик совершает сложное движение: по пазу 8 движется вдоль криволи0 нейной поверхности к его концу, а по канавке 6 - в окружном направлении. Шарик взаимодействует с двумя поверхностями п и Л2 (см. фиг.4), образующими клиновое пространство. Со стороны криво5 линейной поверхности паза 8 на шарик нормально к его поверхности действует сила Fg, которая раскладывается на осевую составляющую Fa и тангенциальную Ft. Осевая составляющая Fa воспринимается по0 верхностью я, канавки 6. Так как ограничений на действие силы Fa со стороны нажимной втулки 5 нет, то она будет двигаться в сторону фрикционных дисков. Нажимная втулка 5 перемещается до тех

5 пор, пока ее поверхность, обращенная к фрикционном дискам, не начнет контактировать с крайним из них. Дальнейшее движение шарика приводит к сжатию пакета фрикционных дисков. Суммарный зазор

0 между дисками станет равным нулю

( 0) и перемещение нажимной втулки

прекратитсп. Одновременно произойдетза- 5 клинивание шарика 7 в клиновом пространстве. Таким образом, величина перемещения нажимной втулки 5 определяется суммой значений зазоров между фрикционными дисками (см. фиг.4,5).

0

Принимая во внимание то, что фрикционные диски имеют больший радиус приложения Рокр и большее количество пар трения, чем у шарика в клиновом простран5 стве, то создаваемого усилия достаточно для включения муфты и передачи окружной нагрузки, При этом муфта вращается как одно целое. Нужно отметить, что передача окружной нагрузки осуществляется двумя потоками: основным и дополнительным. Основной поток: вал 1 - сжатый пакет дисков 13, 14 - ступица 3 - вал 2. Дополнительный поток (или управляющий): вал 1 -поверхность паза 8 - шарик 7 - поверхность канавки б - нажимная втулка 5 - ступица 3 - вал 2 (см. фиг.1). Аналогично происходит включение муфты и передача крутящего момента при изменении направления вращения ведущего вала.

Если частота вращения вала 2 будет больше, чем у вала 1 (см. фиг.1), то крутящий момент передаваться не будет. Свободный ход муфты обусловлен тем, что замкнутая круговая канавка 6, воздействуя своей поверхностью на заклиненный шарик 7, размыкает силовую цепь, образованную в клиновом пространстве поверхностями ЯП и ла (фиг.4,5). Шарик перемещается из этого пространства по поверхностям канавки б и паза 8 в его среднюю часть (фиг.З). При этом значение силы Fa уменьшается настолько, что между поверхностями нажимной втулки и фрикционными дисками образуются зазоры. Передача крутящего момента муфтой прекращается. Муфта находится в расклиненном состоянии (см.

фиг.1).

га №.

2

Фиг.1

0

5

0

5

Формула изобретения

1.Фрикционная обгонная муфта, содержащая ведущие и ведомые диски, установленные на соответствующих валах, неподвижную в осевом направлении ведомую ступицу, стакан, кинематически соединенный с ведущим валом, и механизм включения, состоящий из нажимной втулки и шариков, расположенных в симметричном клинообразном зазоре между поверхностями противолежащих, кольцевых пазов, один из которых выполнен на нажимной втулке, отличающаяся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных качеств путем повышения надежности работы, нажимная втулка установлена на ведущем валу, первый паз выполнен в виде замкнутой канавки полукруглого профиля на ее внутренней боковой поверхности, вторые пазы выполнены на ведущем валу в виде криволинейных пазов полукруглого профиля в плане с центром кривизны со стороны фрикционных дисков, а шарики размещены в средней части вторых пазов.

2.Муфта по п.1.отличающаяся тем, что вторые пазы выполнены с переменной глубиной, имеющей максимальную величину в их средней части.

7

12

А-А

Использование: в механизмах для передачи крутящего момента в двух направлениях. Фрикционная обгонная муфта содержит ведущий 1 и ведомый 2 валы, ведомую ступицу 3, связанную через шлицы со стаканом 4, неподвижно соединенным с нажимной втулкой 5. На валу 1 размещен пакет из фрикционных ведущих 13-и ведомых 14 дисков. Нажимная втулка 5 связана с валом 1 посредством шариков. На внутренней поверхности нажимной втулки 5 выполнена замкнутая кольцевая канавка 6 полукруглого профиля. На валу 1 имеются симметричные криволинейные пазы 8 полукруглого профиля, равномерно расположенные- на одном уровне с канавкой б с центром кривизны со стороны дисков 13 и 14. Шарики 7 находятся в средней части пазов 8, имеющих переменную глубину, наибольшее значение которой находится в средней части пазов 8. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Фиг.2

ъ

6 8 Г

.З

ъ

Фиъ.6