Способ управления фрикционными узлами с самоусилением Советский патент 1993 года по МПК F16D69/02 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при проектировании фрикционных узлов с самоусилением.

Цель изобретения - снижение затрат мощности на управление фрикционными системами с самоусилением.

Указанная цель достигается тем, что :при способе повышения эффективности фрикционных узлов с самоусилением, заключающемся в увеличении, коэффициента трения между ведущими и ведомыми элементами в момент включения, и осуществляют самозаклинивание ведомого элемента относительно ведущего элемента, а в момент отключения осуществляют самораск- линивание.

На фиг. 1 представлена схема сил в узлах трения с повышенным эффектом самоусиления и условия существования максимального коэффициента усиления, равного.

к - N

К-УС -р-- , ГВКЛ

при fa 0, где N - возникающая сила нормального давления, при приложении движущего усиления к ведущему элементу, усилие включения, прикладываемое к ведомому элементу.

Уравнение сил схемы фиг. 1.

Рвкл FTp - FCK - Nn - Nsina cos a. При Рвкл 0, f 1 - sin a cosct,

Принимаем, что h 0.v Примерами таких узлов трения с самоусилением могут быть фрикционный тормоз 1, муфта 2, гаситель колебаний 3. Схема этих узлов представлена на фиг. 1. Данные узлы содержат ведущий 1 и ведомый 2 элементы, второй ведомый элемент 3 и антифрикционную связь 4 между ведомыми элементами.

Способ оптимизации узлов трения с самоусилением осуществляется следующим образом.

При проектировании узлов трения с самоусилением производят определение точного значения коэффициента трения между

(Л

С

00

о

со о

CJ

о

ведущим 1 и ведомым 2 элементами и обеспечивают равенство коэффициента трения между ведущим 1 и ведомым элементами произведению

slnor coso,

где а - угол подъема ведомого элемента 2 относительно второго ведомого элемента 3. В дальнейшем производится управление процессами, протекающими на фрикционном контакте, один из существующих способов с целью увеличения „или уменьшения значений коэффициента трения ведущего элемента относительно ведомого при включении или отключении узла трения с само1 усилением.

Равенство коэффициента трения ведущего и ведомого элементов механизма включения произведению синуса на косинус угла наклона механизма самоусиления обеспечивается за счет подбора пар трения, т.е. варьированием коэффициентом трения пар или путем варьирования углов наклона механизма самоусиления.

Как известно, процессы трения зависят от большого числа фактбров . И изменяя каждый их этих факторов, можно управлять коэффициентом трения. Этими методами могут быть; варьирование параметрами механической системы, внешнее вибрационное воздействие на фрикционный контакт, изменением интенсивности подачи смазки в узлах трения со смазкой, изменение температуры смазки, демпфированием переменных составляющих сил трения и т.д.

Пример. В качестве примера реализации способа может служить конструкция электромагнитной муфты-тормоза и способа управления ею.

Конструкция муфты-тормоза предназначена для повышения точности процессов отключения и включения (муфты путем управления силой, трения электромагнитного фрикционного контакта). В электромагнитной муфте-тормозе одержащей соосно рас- положенные ведомую и ведущую полумуфты и диск включения, подпружиненный в тангенциальном направлении,пусковой электромагнит, установленный с возможностью взаимодействия с диском включения и шарики/расположенные между нагружающими дорожками, выполненными на обращенных друг к другу поверхностях ведущей полумуфты и диска включения согласно изобретения она снабжена пружиной сжатия, установленной между ведомой полумуфтой и диском включения, а пусковой электромагнит установлен на ведомой полумуфте с возможностью осевого перемещения и подпружинен к ней

по оси. Устройство регулирования частоты напряжения электрически соединено с пусковым электромагнитом. Частота напряжения питания муфты формируется по схеме,

выполненной в виде пьезодатчика, закрепленного на ведомой полумуфте и последовательно соединенных с ним полосового фильтра, усилителя мощности, инвертора и диода, при этом инвертор снабжен ключом

его отключения и ключом его включения. . При включении муфты-тормоза выход уси- .лителя соединен с диодом через ключ включения и инвертор, а при отключении муфты выход усилителя через ключ отключения со5 единен непосредственно с диодом.:

На фиг. 2 изображен общий вид предлагаемой электромагнитной муфты-тормоза, разрез; на фиг. За - схема формирования частоты питающего напряжения пускового

0 электромагнита; 36 - колебания с несущей . частотой фрикционного контакта; фиг. Зв - инвертированное полувыпрямленное напряжение питания пускового электромагни- та; фиг. Зг - результирующие сглаженные

5 колебания на фрикционном контакте;

На фиг. 4а - блок-схема; 46 - колебания на собственной частоте колебаний установки пускового электромагнита; фиг. 4в - пол- . увыпрямленное напряжение питания

0 пускового электромагнита.

Электромагнитная фрикционная муфта- тормоз имеет ведомую полумуфту 1, веду- щую полумуфту 2 и диск включения 3, подпружиненный в тангенциальном на5 правлении пружиной 5, а относительно ведомой полумуфты пружиной сжатия 6. Пусковой электромагнит 7 расположен на шлицах в крышке 8 ведомой полумуфты 1 и подпружинен к ней по оси пружинами 9.

0 Ведомая полумуфта имеете валом 10только осевую связь и расположена относительно . его на подшипнике скольжения 11 и подшипнике 12 через крышку 8. Ведущая полумуфта 2 расположена на валу 10, связана с

5 ним шпонкой и имеет возможность осевого

перемещения с прижатием к фрикционному

диску 13, который закреплен на ведомой

полумуфте 1.

. Муфта-тормоз работает следующим об0 разом.

При подаче напряжения на пусковой электромагнит диск включения 3 притягивается и связывается с ним силами электромагнитного сцепления. При этом ведущая

5 полумуфта 2 по нагружающим дорожкам с шариками 4 проворачивается относительно диска включения 3 и прижимается к фрикционному диску 3, создавая этим крутящий момент. Во включенном состоянии диск включения 3 прижат к крышке 8 ведомой

полумуфты 1 и удерживается относительно ее силой электромагнитного сцепления электромагнита 7 и силами трения. Пружина 9 сжата на на величину своей рабочей деформации. В режиме тормоза полумуфта 1 фиксируется относительно ведущей.

В данном техническом решении конструкции электромагнитной фрикционной муфты-тормоза пружина 9 вместе с пусковым электромагнитом выполняют роль колебательного контура, позволяющего управлять фрикционным контактом диск включения - крыша ведомой полумуфты, Возможность управления силой трения фрикционного контакта изложена в работе. При подаче в зону трения колебаний с частотой, равной одной из резонансных частот фрикционного контакта, наблюдается резонансное снижение силы трения практически до нуля (эффект Толстого).

При включении муфты-тормоза формирование питающего напряжения осуществляется по схеме выполненной в виде пьезодатчика, закрепленной на ведомой полумуфте и последовательно соединенных с ним полосового фильтра, усилителя мощности, через ключ включения К1. выход усилителя соединен с инвертором и через диод с обмоткой пускового электромагнита.

Спектр колебаний сил трения в механизме включения регистрируется с помощью пьезодатчика. Сигнал поступает на полосовой фильтр,.настроенный на одну из резонансных частот фрикционной пары трения. Обычно это одна из собственных частот колебательного контура при этом ограничиваются частотами первой или второй гармоники.

На фиг. 3 показаны колебания с несущей частотой, фрикционного контакта при выходе с полосового фильтра. Усиленный по мощности сигнал инвертируется и, проходя через диод,на выходе получаем инвертированное полувыпрямленное напряжение с частотой равной резонансной частоте фрик- ционного контакта (см.фиг.3). На контакте пускового электромагнита с диском включения при включении муфты возбуждаются колебания инвертные колебаниям фрикционного контакта и значительно повышает стабильность силы трения (см.фиг.З).

Для чистого открытия муфты-тормоза необходима практически мгновенная потеря сил трения между диском включения и крышкой ведомой полумуфты, а также пусковым электромагнитом и диском включения. Во включенной муфте-тормозе диск включения опирается на крышку ведомой полумуфты с усилием рапным по величине

усилию включения муфты. Развиваемая на данной поверхности сила трения вместе с силой электромагнитного сцепления удерживают диск включения относительно ведомовой полумуфты. Во включенном состоянии диск включения сжимает пружину б относительно вала на величину ее рабочей деформации и составляет вместе с ней колебательный контур механизма включения. Для отключения муфты необходимо на диск включения подать колебания с частотой равной частоте собственных колебаний колебательного- контура диска включения с пружиной 6. Для этого при отключении муфты-тормоза формирование частоты питающего напряжения происходит по схеме (см.фиг.2), однако из регистрируемого пьезодатчиком сигнала через полосовой фильтр пропускается только сигнал с

частотой, равной частоте собственных колебаний механизма включения муфты-тормоза (собственная частота колебательной системы диск включения - тарельчатая пружина 6)..

На фиг. 4 показаны колебания на собственной частоте колебаний механизма включения муфты-тормоза при выходе с полосового фильтра. Усиленный по мощности сигнал через ключ отключения К2 соединен непосредственно с диодом и в результате имеем полувыпрямленное напряжение питания пускового электромагнита (см.фиг. 4). На поверхности пускового электромагнита и диска включения возбуждаются колебания, частота которых входит в резонанс с частотой собственных колебаний механизма включения. В результате эффекта резонансного снижения силы трения происходит потеря фрикционного контакта .

на данной поверхности трения.

Формула изобретения

1. Способ управления фрикционными узлами с самоусилением, включающий увеличение в момент включения узла коэффициента трения между ведущим элементом самозаклинивающего механизма и ведомым фрикционным элементом и соответствующее его уменьшение в момент отключения узла, от ли ч а ю щ и и с я тем,

что, с целью снижения затрат мощности на управление, в момент включения узла увеличивают коэффициент трения между его ведущим и ведомым фрикционным элементами до величины, равной произведению

синуса на косинус угла наклона элементов самозаклинивающего механизма.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что упомянутое изменение коэффициента трения осуществляют путем энергетического воздействия на фрикционный кон- щим элементом самозаклинивающего меха- такт между механизмом управления и веду- низма.

; пС „

Использование: во фрикционных узлах с самоусилением. Сущность, способ управления фрикционными узлами указанного типа включает увеличение в момент включения узла коэффициента трения между ведущим элементом самозаклинивающего механизма и ведомым фрикционным элементом и соответствующее его уменьшение в момент отключения узла, Увеличение коэффициента трения ведут до величины, равной произведению синуса на косинус угла наклона элементов самозаклинивающего механизма. Указанное изменение коэффициента трения осуществляют путем энергетического воздействия на фрикционный контакт между механизмом управления и ведущим элементом самозаклинивающего механизма. 1з.п.ф-лы, 4.ил.

f/T,pt tf-cpsd-/j 0 лрУ/2-О

Ffa-o

а) блок - сх.ема /I

В) колебания с-несущей частотой

фракционного контакта

А

8) ин8ертцро6анное по/ уЯылрямлемоенапряжение /I

е) (//7ь т ир /ющирсе/ пМб янь/е холедяния HOI

Шз

-;

5)ко/ е5ания на содстденной частота ко/ ё$анийус/7)ано6шпусходоёо электромагнит а

8)полу8ыпряпленное напряжение литания пускового @ие.4.