Кулачковая муфта сцепления Советский патент 1993 года по МПК F16D11/02 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах технологических машин, в частности кормоуборочных комбайнов, для принудительного отключения и останова рабочих органов.

Цель изобретения - повышение надежности и долговечности путем снижения уровня динамической нагруженное™ муфты и рабочей машины в процессе останова.

На фиг. 1 изображена кулачковая муфта, общий вид, совмещенный с разрезом по оси; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1 (по опорному кольцу); на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.2 (схема функционально значимых осевых размеров конструктивных элементов муфты); на фиг.4 - положение частей на разрезе Б-Б при передаче муфтой крутящего момента в направлении рабочего движения; на фиг,5- положение частей на разрезе Б-Б в начальный момент действия тормозного импульса; на фиг.б - положение частей на разрезе Б-Б в момент действия максимальной величины тормозного импульса; на фиг.7 - график силовой характеристики демпфирующей пружины; на фиг.З - разрез В-В на фиг. 1 (по остановочному устройству после затормаживания приводного механизма).

Кулачковая муфта (фиг.1) содержит ведомый вал 1, установленные на нем соосно с возможностью вращения ведущую полумуфту 2 и обойму 3, расположенную между ними с возможностью осевого перемещения ведомую полумуфту 4, подпружиненную к ведущей полумуфте 2 и снабженную с обеих сторон торцовыми кулачками 5 для взаимодействия с аналогичными ответными кулачками б ведущей полумуфты и дополнительными кулачками 7 для взаимодействия с кулачками 8 обоймы, устройство блокировки от циклического включения в виде опорного кольца 9, расположенного в расточке ведущей полумуфты 2 с возможностью вращения таким образом, что торцы его выступов 10 находятся в одной плоскости с торцами кулачков 6 ведущей полумуфты. Опорное кольцо 9 взаимодействует своей наружной поверхностью с поверхностью расточки силами трения. Для взаимодействия с торцовыми выступами 10 на одном из кулачков 5 ведомой полумуфты выполнен упор 11. Кулачки 5 и 6 выполнены с односторонними скосами, т.е. одна сторона кулачка имеет угол подъема профиля больше угла трения, а другая сторона - меньше угла трения. Кулачки 7 и 8 имеют двусторонние скосы, т.е. оба угла подьема профиля больше угла трения. На кулачках 8 обоймы для взаимодействия с торцами кулачков 7 выполне0

ны опорные площадки 12, расстояние his (фиг.З) от которых до впадин кулачков 8 обоймы, как и высота he кулачка б ведущей полумуфты, не менее разности осевого раз- мера гм ведомой полумуфты 4 и расстояния h д от торца кулачков ведущей полумуфты 2 до упорных площадок 12, при этом высота he кулачка 8 обоймы не больше высоты h кулачков 7 ведомой полумуфты и больше высоты he кулачков 6 ведущей полумуфты,

Кулачковая муфта снабжена регулируемой возвратной цилиндрической пружиной 13 комбинированного нагружения, закрепленной зацепом 14 в ведомой полумуфте, и

зацепом 15 в обойме, и дополнительно пакетом тарельчатых пружин 16, набранных на подвижной 17 и неподвижной 18 втулках,

# размещенных со стороны внешнего торца 19 обоймы между упором 20 вала 1 и сред® ством регулировки натяга пружин соответственно. При этом между втулками 17 и 18 имеется зазор, больший hs, но меньший меньшей высоты кулачков hs или h.

Средство регулировки натяга выгтолне но в виде гайки 21 на валу со стопорной шайбой 22, для предотвращения срезания уса которой между валом 1 и неподвижной втулкой 18 установлена шпонка 23. Осевой размер набора из полумуфт 2, 4 и обоймы 3

® ограничен упором обоймы 3 торцем 19 и в торец подвижной втулки 17 и упором ведущей полумуфты 2 своим внешним торцем в бурт вала 24..

На наружной поверхности обоймы вй5 полнен храповый венец 25, являющийся элементом остановочного устройства. Последнее включает (фиг.З) корпус 26, в котором на Оси 27 установлена приводная через

толкатель 28 электромагнитом 29 собачка

30, поджимаемая к корпусу при отсутствии тяги на электромагните возвратной „пружиной 31.

Привод рабочих машин и механизмов

может осуществляться не только от вала 1, 5 но и непосредственно от ведомой полумуфты 4, на наружной поверхности которой вы- полняется в этом случае элемент для передачи крутящего момента, например

зубчатый венец 32 (фиг.1).

0 Муфта работает следующим образом.

При вращении рабочих органов в прямом (рабочем) направлении крутящий моменте ведущей полумуфтой 2 передается на ведомую полумуфту 4 кулачковыми рядами 5 и 6, взаимодействующими сторонами с углом подьема больше угла трения, вследствие этого действие крутящего момента вызывает в кулачковом зацеплении осевую . силу, действующую на ведомую полумуфту

4 и стремящуюся переместить последнюю по валу совместно с обоймой, так как торцы дополнительных кулачков 7 полумуфты 4 опираются на опорные площадки 12 обоймы 3, как показано на фиг.1 и фиг.4. Однако, если величина осевой силы, приложенной к обойме, и, следовательно, соответствующего передаваемого крутящего момента не превышает усилия пакета тарельчатых пружин 16, совместное перемещение полумуфты 4 и обоймы невозможно.

При передаче крутящего момента через муфту выступы 10 опорного кольца 9 находятся в пределах объема, который занимали бы удаленные расточкой части кулачков 6

: ведущей полумуфты 2, и, таким образом; :йе: взаимодействуют с кулачками 5 полумуфты А. . . ..,./-.v..O.; : . : .;;-:S- ;.v При подаче сигнала на электромагнит 29 последний через толкатель 28 перемещает собачку 30 до контакта с зубьями храпового венца 25. Обойма замыкает на корпус 26. Дополнительные кулачки 7 продолжающей поворачиваться ведомой полумуфты 4 сходят с опорных площадок 12 обоймы 3; ведомая полумуфта под действием осевой силы (крутящего момента) перемещается по валу 1, сжимая и закручивая (раскручивая) возвратную пружину 13, и одновременно

.поворачивается относительно кулачков 6 ведущей полумуфты 2 до тех пор, пока кулачки 5 и. 6 не выйдут из зацепления, а кулачки 7, заходящие во впадины кулачков 8, не начнут взаимодействовать с последними боковыми сторонами, с углом «профиля, как показано на фиг.5. При этом происходит силовое замыкание вала 1 через кулачки 7 и 8 и остановочное устройство 25 с корпусом

26. Г -. -. :;,: :, ::; - S:;,:: ;-V.,...-: После выхода кулачков 5 и 6 из зацепления (в начальный период относительного вращения полумуфт 2 и 4 до начала контакта кулачков 7 и 8 боковыми сторонами) упор 11 зацепляется за один из выступов 10, огра-. ничивая движение опорного кольца 9. При этом торцы выступов 10 устанавливаются напротив частей торцевых поверхностей кулачков 5 (враспор), чем геометрически препятствуют перемещению (включению) ведомой полумуфты 4 под действием пружин 16 либо 13, как показано на фиг.5.

В том случае, когда при торможении инерционных масс рабочей машины в зацеплении кулачков 7 ведомой полумуфты и кулачков 8 обоймы возникает окружные усилия Р, превышающие величину, определяемую соотношением:

P Pnp(h0)/tg(a-p).(1)

где Pnp(ho) - усилие тарельчатых пружин 16, предварительно деформированных на величину h0, H;

а- угол подъема кулачков 7 и 8 (фиг.З и 5);.

/3 - угол трения в зацеплении кулачков

7 и 8, . - , :,- , . . - . .-.-. .- : обойма начинает перемещаться по валу 1.

При этом часть кинетической энергии вращающихся масс переходит в потенци- альную энергию деформирующегося пакета тарельчатых пружин 16. ; ; Максимальная, величина поглощаемой йружинамип нцйальной энергии Пмакс:

-- да:.,: л v... ,:/,:.; ::.;: -.:-.: ;

,:,:;y,;,;.;v:-,-.;;.- ,.- --., ;:.;:,.,. ,.;.., ,,.. . . -. : .

JvnM«c /pnp(h)dh,Дж,(фиг.7),(2)

,.-.;-,-; -.. . . .

где максймайьная деформация hi определяется величиной врзмбжнрго перемещения обоймы S ht-ho, вплоть до выбора зазора между подвижнойГ It и неподвижной 18 втулками, которое должно быть меньше высоты кулачков 7 и 8, чтобы избежать выхода последних из зацепления.

Подбором выше определенных параметров Pnp(h), ho. hi, а в остандвочных уст- ройствах ударного типа (например,

храповых) величину максимального тормозного усилия можно снизить до расчетной величины Р, определяемой соотношением

.о)- -.-.-.... .:-/;--: --:,Г: -: ;:::-..;.- Характер диссипации л6тенциаг,ьной энергии пружин Пмацс будет определяться параметрами остановочного устройства, системы привода и рабочей машины, По окончании этого процесса рабочая машина полностью останавливается, а муфта зани- мает устойчивое положение, аналогичное изображенному на фиг.4. Дальнейшее, после срабатывания муфты, вращение ведущей полумуфты в преж- нем направлении рабочего движения вплоть до выключения привода относительно сблокированного с валом 1 через ведомую полумуфту 4 опорного кольца 9 сопровождает преодолением сил трения в паре расточка полумуфты - наружная повер- хнОсть опорного кольца, При этом момент . силы трения на опорном кольце уравновешивается силой реакции, дополнительно прижимающей боковую поверхность выступа 10 к упору 11, что увеличивает надеж- ность фиксации полумуфт в выключенном положении.

Возврат муфты в исходное положение должен заканчиваться тем явлением, что торцы кулачков 7 ведомой полумуфты устанавливаются на торцы выступов 12 кулачков

8 обоймы 3. Для этого полумуфта 4 под действием раскручивающейся (закручивающейся) возвратной пружины должна повернуться относительно обоймы 3 переместиться в осевом направлении вплоть до замыкания кулачков 5 с кулачками б ведущей полумуфты 2,

Однако в том случае, когда после затор- маживания рабочей машины или механизма со стороны последнего на вал 1 действует остаточный момент Мост, создающий, благодаря наличию сил трения в контакте язычка собачки 30 с зубом храпового венца 25, усилие Ftp, как показано на фиг.8, приведенная величина которого существенно больше усилия возвратной пружины 31 собачки, Поэтому известный храповый механизм оказывается заклиненным.

Возврат кулачковой муфты в исходное положение осуществляется реверсировани- ем ведущей полумуфты 2.

При изменении направления вращения ведущей полумуфты 2 сила трения в паре кольцо - расточка изменяет направление, упор 11 перестает взаимодействовать с вы- ступами 10, опорное кольцо 9 увлекается полумуфтой 2 во вращение относительно ве- домой полумуфты 4 и сходит с торцев кулачков 5, создавая возможность осевого перемещения последней под действием возвратной пружины 13 до взаимодействия кулачков 5 и 6 нескошенными сторонами с углом подъема меньше угла трения, В кулачковом зацеплении возникает только окружная сила, реверсирующая ведомую полумуфту 4 и связанные с ней рабочие органы. Полумуфта 4 и вал 1 поворачиваются относительно замкнутой на корпус через храповый венец 25 обоймы 3 в пределах сектора до взаимодействия кулачков 7 и 8

боковыми сторонами с углом / профиля, большим угла трения, так как дополнительные кулачки 7 и кулачки 8 имеют гарантированное перекрытие благодаря выбору функционально значимых геометрических размеров конструктивных элементов, иллюстрируемому фиг.З. Дополнительные кулачки 7 устанавливаются на опорные площадки 12; под действием окружной силы в кулачковом зацеплении происходит реверсирование обоймы 3 и разблокировка остановочного устройства 25.

Муфта возвращается в исходное состояние, как показано на фиг.1 и 4, и может быть включена на прямое направление вращения рабочих органов,

Работа устройства аналогична в случае, когда опорные площадки 12 выполнены на кулачках 7 ведомой полумуфты.

Формула изобретения

Кулачковая муфта сцепления, содержащая соосно установленные ведущую и ведомую полмуфты, взаимодействующие посредством торцовых кулачков с одно- стронними скосами, размещенное в одной из полумуфт опорное кольцо с выступами, контактирующими с упором, закрепленным в другой полумуфте, обойму, нерегулируемую пружину, установленную между обоймой и ведомой полумуфтой, регулируемую пружину, поджимающую обойму к ведомой полумуфте, остановочное устройство, размещенное с возможностью взаимодействия с обоймой, при этом на обращенных друг другу торцах обоймы и ведомой полумуфты выполнены дополнительные кулачки со скосами, отличающаяся тем, что, с целью снижения уровня динамических нагрузок, скосы на дополнительных кулачках выполнены двусторонними.

Использование: в приводах технологических машин, в частности кормоуборочных комбайнов для принудительного отключения и останова рабочих органов. Сущность изобретения: ведущая 2 и ведомая 4 полумуфты связаны между собой торцовыми кулачками 5 и 6 с односторонними скосами. Полумуфта 4 подпружинена относительно обоймы 3 и связана с ее кулачками 8 посредством кулачков 7. Кулачки 7 и 8 выполнены с двусторонними скосами. При передаче момента на обойму 3 действует осевое усилие, воспринимаемое пружинами 16. Средство фиксации обоймы 3 в окружном направлении выполнено в виде храпового стопора. При включении храпового стопора ведомая полумуфта 4 перемещается по валу 1, сжимая пружину 13, и поворачивается до выхода кулачков 5 и 6 из зацепления. Происходит силовое замыкание вала 1 через кулачки 7 и 8 с обоймой 3 и его стопорение. 8 ил. П 8 J U/ / ,.а 27 Ш С

Л Фиг.I

Ifr66l8l

Ж: А

Фиг. 6

фиг.7

Фиг. 8