МУФТА СЦЕПЛЕНИЯ
CLUTCH COUPLING

Настоящее изобретение относится к муфте сцепления, в частности, для моторизованных транспортных средств, для соединения с передачей крутящего момента, по меньшей мере, двух приводных деталей, выполненных с возможностью вращения вокруг оси вращения, содержащая, по меньшей мере, одно устройство сцепления, содержащее первый корпус с, по меньшей мере, одной первой рабочей поверхностью и второй корпус с, по меньшей мере, одной второй рабочей поверхностью, при этом первый и второй корпуса выполнены с возможностью коаксиального перемещения относительно друг друга с помощью приводного средства, причем первая и вторая рабочие поверхности выполнены с возможностью нежесткого соединения друг с другом в, по меньшей мере, одном положении включения сцепления, при этом приводное средство содержит, по меньшей мере, одну коронную шестерню, которая содержит кулачковый механизм и выполнена с возможностью поворота вокруг оси вращения приводом, при этом этот механизм в положении включения муфты сцепления прижимает первый корпус ко второму корпусу.
Из патента США №6676555 В2 известна фрикционная муфта, выполненная с возможностью управления электронным управляющим устройством. Для активации муфты конический корпус муфты смещается в осевом направлении относительно второго корпуса муфты. Это смещение выполняется посредством коронной шестерни, которая воздействует через кулачковый механизм на один из двух корпусов муфты. Поворот коронной шестерни осуществляется шестерней, приводимой в движение электродвигателем. Хотя через кулачковый механизм можно передавать относительно большие силы сцепления, крепление электродвигателя и цилиндрической шестерни требует большого пространства, поскольку электродвигатель (для минимизации вылета в осевом направлении) нужно устанавливать по радиусу снаружи относительно наибольшего диаметра муфты и необходимо использовать шестерню приводного цилиндра относительно большого диаметра. Если бы для устранения этого недостатка электродвигатель устанавливали внутри наибольшего диаметра муфты, возникла бы неприемлемая потребность в пространстве в осевом направлении. Для такой конфигурации не всегда имеется достаточно места. Еще одним недостатком является то, что сцепление сохраняется, только пока на электродвигатель подается питание.
Муфты с электромагнитным приводом, известные из патентов США №4416359 А и 4258836 А, часто имеют недостаток, заключающийся в том, что они передают лишь небольшие усилия. Более того, невозможно или трудно реализовать чувствительное управление включением и выключением. Электромагнитные муфты также известны из японских публикаций JP 61-241533 А и JP 61-241270 А.
Когда требуется передавать большие силы, часто используют гидравлический привод муфты. Гидравлические приводы технически являются относительно сложными и требуют много пространства, поскольку необходимо использовать гидравлические элементы, такие как гидравлические насосы, клапаны-регуляторы давления, управляющие клапаны, масляные фильтры, гидравлические линии и гидравлические каналы. Это приводит к увеличению количества деталей, увеличению веса и увеличению потребности в пространстве. Более того, повышенная сложность ставит под угрозу функциональную надежность, которая должна сохраняться и после установленного срока эксплуатации транспортного средства. В известных автоматических коробках передач, производимых серийно, необходимо заменять масло, являющееся загрязнителем окружающей среды, например, каждые 60000 км.
Целью настоящего изобретения является создание муфты сцепления, которая позволяет передавать большие силы, обеспечивает быстрое и точное переключение передач и требует небольшого пространства.
Согласно настоящему изобретению создана муфта сцепления, в частности для моторизованных транспортных средств, для соединения с передачей крутящего момента, по меньшей мере, двух приводных деталей, выполненных с возможностью вращения вокруг оси вращения, содержащая, по меньшей мере, одно устройство сцепления, содержащее первый корпус с, по меньшей мере, одной первой рабочей поверхностью и второй корпус с, по меньшей мере, одной второй рабочей поверхностью, при этом первый и второй корпуса выполнены с возможностью коаксиального перемещения относительно друг друга с помощью приводного средства, причем первая и вторая рабочие поверхности выполнены с возможностью нежесткого соединения друг с другом в, по меньшей мере, одном положении включения сцепления, при этом приводное средство содержит, по меньшей мере, одну коронную шестерню, которая содержит кулачковый механизм и выполнена с возможностью поворота вокруг оси вращения приводом, при этом этот механизм в положении включения муфты сцепления прижимает первый корпус ко второму корпусу. Муфта сцепления имеет форму двойной конической муфты сцепления с двумя узлами сцепления, при этом каждый узел сцепления содержит устройство сцепления, которое выполнено с возможностью приведения в действие через средство привода, и для устройств сцепления имеется коронная шестерня с кулачковым механизмом, при этом кулачковые механизмы двух устройств сцепления имеют обратную друг другу форму.
Предпочтительно, привод выполнен в виде линейного электродвигателя и воздействует по существу в тангенциальном направлении на коронную шестерню.
Предпочтительно, привод воздействует по существу в тангенциальном направлении на коронную шестерню через червячное колесо.
Предпочтительно, привод воздействует по существу в тангенциальном направлении на коронную шестерню через переключающий шток.
Предпочтительно, коронная шестерня, поворачиваемая приводом, содержит на, по меньшей мере, одной лицевой стороне, по меньшей мере, один сдвигающий кулачок, который воздействует в осевом направлении на первый корпус через торсионно жесткое, но установленное подвижным в осевом направлении зацепляющее кольцо.
Предпочтительно, коронная шестерня воздействует через, по меньшей мере, один сдвигающий кулачок на, по меньшей мере, один наклонный участок зацепляющего кольца.
Предпочтительно, сдвигающий кулачок коронной шестерни и наклонный участок зацепляющего кольца снабжены противоположно ориентированной конфигурацией и, предпочтительно, имеют одинаковый восходящий наклон.
Предпочтительно, каждый из сдвигающего кулачка коронной шестерни и/или наклонного участка зацепляющего кольца выполнен в виде, по меньшей мере, одного витка, предпочтительно, трапецеидальной резьбы.
Предпочтительно, коронная шестерня воздействует на зацепляющее кольцо посредством тел качения, предпочтительно, посредством шариков.
Предпочтительно, коронная шестерня зафиксирована в, по меньшей мере, одном положении включения сцепления запирающим механизмом.
Предпочтительно, запирающий механизм выполнен с возможностью активации индуктивным, гидравлическим или пневматическим способом.
Предпочтительно, привод выполнен с возможностью приведения электрическим, пневматическим или гидравлическим способом.
Предпочтительно, шток переключения выполнен с возможностью приведения электродвигателем, предпочтительно, посредством шестерни.
Предпочтительно, каждый узел сцепления содержит устройство сцепления, приводящееся через приводное средство, а каждое устройство сцепления содержит одну коронную шестерню с кулачковым механизмом.
Предпочтительно, сдвигающие кулачки коронных шестерен узлов сцепления имеют обратную друг другу форму.
Предпочтительно, коронные шестерни жестко соединены друг с другом и, предпочтительно, выполнены за одно целое.
Предпочтительно, два устройства сцепления двух узлов сцепления выполнены с возможностью приведения единым приводом.
Предпочтительно, муфта выполнена в виде дисковой муфты, работающей в масляной ванне, в частности преимущественно в виде многодисковой муфты сцепления.
Предпочтительно, каждое устройство сцепления двух узлов сцепления выполнено с возможностью приведения в действие отдельным приводом.
Таким образом, согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения указанная цель достигается за счет того, что привод выполнен в виде линейного электродвигателя и воздействует на коронную шестерню по существу в тангенциальном направлении. Линейный электродвигатель воздействует непосредственно на коронную шестерню и поворачивает ее между положениями включения и выключения муфты сцепления на заданный угол, при этом возможны и промежуточные положения. Линейный электродвигатель может быть встроен непосредственно в корпус муфты сцепления и, таким образом, позволяет добиться особо компактной конфигурации. Согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения предлагается воздействовать приводом на коронную шестерню через червячное колесо. Червячное колесо, приводимое в движение электродвигателем, установлено поперек оси вращения муфты и приблизительно тангенциально к коронной шестерне. Червячное колесо имеет то преимущество, что в результате эффекта самоторможения муфту сцепления можно зафиксировать в любом желаемом положении без необходимости в отдельном запирающем механизме. Более того, можно реализовать очень высокие усилия переключения. Согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения предлагается воздействие привода на коронную шестерню тангенциально через переключающий шток. В принципе можно приводить в действие переключающий шток пневматическим или гидравлическим способом. Электродвижущий привод обеспечивает наибольшие преимущества в отношении компактности и малого количества компонентов. Электродвигатель может воздействовать на переключающий шток через шестерню, которая преобразует вращение электродвигателя в линейное перемещение переключающего штока.
При этом коронная шестерня, которая может поворачиваться приводом, содержит на одной своей стороне, по меньшей мере, один сдвигающий кулачок кулачкового механизма, который воздействует в осевом направлении на первый корпус муфты сцепления через торсионно жесткое, но установленное с возможностью осевого перемещения зацепляющее кольцо. Между коронной шестерней и зацепляющим кольцом можно поместить тела качения, которыми предпочтительно являются шарики, через которые коронная шестерня воздействует на зацепляющее кольцо. Альтернативно или дополнительно коронная шестерня может воздействовать через, по меньшей мере, один сдвигающий кулачок на, по меньшей мере, один наклонный участок зацепляющего кольца. Предпочтительно, сдвигающий кулачок коронной шестерни и наклонный участок зацепляющего кольца имеют противоположно ориентированную конфигурацию и могут иметь одинаковый восходящий наклон.
Еще в одном варианте осуществления настоящего изобретения сдвигающий кулачок коронной шестерни и/или наклонный участок зацепляющего кольца могут быть размещены в виде, по меньшей мере, одного витка, предпочтительно в виде трапецеидальной резьбы. Для фиксации муфты в ее конечном или промежуточном положении коронная шестерня может фиксироваться в, по меньшей мере, одном положении сцепления запирающим механизмом. Запирающий механизм может иметь электрический, гидравлический или пневматический привод. Запирающий механизм особенно полезен, когда привод действует на коронную шестерню через линейный электродвигатель или переключающий шток.
В особо предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения муфта имеет конфигурацию двойной муфты с двумя устройствами сцепления, при этом каждое устройство сцепления содержит устройство муфты, которое может приводиться средством привода, при этом каждое устройство сцепления имеет одну коронную шестерню с кулачковым механизмом. В результате процессом переключения индивидуального устройства сцепления можно управлять индивидуально по отношению к другому устройству. Одно устройство сцепления, например, может начинать включаться, тогда как второе устройство сцепления еще остается включенным. Процесс выключения второго устройства включения начинается в точно определенный момент времени. Можно получить процесс переключения передач без заметного прерывания передачи тягового усилия. Особые преимущества дают кулачковые механизмы муфт обоих устройств сцепления, которые имеют обратную друг другу форму. В частности, сдвигающим кулачкам коронных шестерен на муфтах можно придать взаимно ответную форму, то есть так чтобы они были точно противоположны друг другу. Это позволяет включать одну муфту и выключать другую муфту поворотом коронной шестерни в одном и том же направлении.
Для того чтобы обеспечить поочередное включение и выключение двух муфт устройства сцепления, предпочтительно фиксированным образом соединять коронные шестерни друг с другом, предпочтительно выполняя их за одно целое. Обе коронные шестерни могут приводиться единым приводом.
Для того чтобы обеспечить очень плавное взаимодействие муфт, коронные шестерни могут быть выполнены без фиксированного соединения, в котором каждая коронная шестерня может приводиться отдельным приводом.
Чтобы уменьшить необходимую прижимную силу, можно придать муфте сцепления конфигурацию конической муфты сцепления, предпочтительно многоконусной муфты сцепления. В результате можно существенно уменьшить требуемую осевую прижимную силу.
Для передачи высоких крутящих моментов особенно преимущественно, если муфта имеет конструкцию дисковой муфты, работающей в масляной ванне, в частности предпочтительно многодисковой муфты, работающей в масляной ванне.
Конструкция согласно настоящему изобретению обеспечивает особо точное включение муфты скользящими переходами между включенным и выключенным положениями. Такая точность в обычных муфтах с гидравлическим или пневматическим приводом может достигаться только при применении очень сложных управляющих технологий, если это вообще возможно.
Далее следует более подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 - вид в перспективе в сечении первого варианта осуществления муфты сцепления согласно настоящему изобретению;
фиг.1a - вид сбоку муфты сцепления с фиг.1;
фиг.2 - вид в перспективе в сечении второго варианта осуществления муфты сцепления согласно настоящему изобретению;
фиг.3 - вид в перспективе в сечении третьего варианта осуществления муфты сцепления согласно настоящему изобретению;
фиг.4 - вид в перспективе коронной шестерни муфты сцепления;
фиг.5 - вид сбоку коронной шестерни; и
фиг.6 - вид в перспективе в сечении четвертого варианта осуществления муфты сцепления согласно настоящему изобретению.
Детали, выполняющие одинаковые функции на разных чертежах, обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
Муфта 2 сцепления используется для вращательного соединения, по меньшей мере, двух приводных деталей, которые вращаются вокруг оси 4 вращения. Муфта 2 сцепления содержит, по меньшей мере, одно устройство 6 сцепления, имеющее первый корпус 8 и второй корпус 10, при этом первый корпус 8 образует, по меньшей мере, одну первую рабочую поверхность 12, а второй корпус 10 образует, по меньшей мере, одну вторую рабочую поверхность 14. В каждом варианте осуществления изобретения устройство 6 сцепления выполнено в виде многоконусного дискового сцепления с обращенными друг к другу первой и второй рабочими поверхностями 12, 14, имеющими коническую форму. Тела 16, 18 дисков расположены между первой и второй рабочими поверхностями 12, 14, причем первое тело 16 диска соединено с возможностью вращения с первым корпусом 8 сцепления, а второе тело 18 диска в чередующемся порядке соединено с возможностью вращения со вторым корпусом 10 сцепления, хотя и удерживается с возможностью осевого перемещения. Многодисковое конусное сцепление имеет преимущество, заключающееся в том, что оно может передавать относительно высокий крутящий момент, требуя сравнительно небольшое прижимное усилие.
Первый корпус 8 сцепления выполнен с возможностью осевого перемещения и торсионно жестко соединен с первой приводной деталью (не показана), которая образована, например, валом. Для вращательного соединения с первой приводной деталью может использоваться, например, внутреннее зацепление 20. Второй корпус 10 сцепления жестко соединен со второй приводной деталью 22, которая в каждом из вариантов осуществления изобретения образована зубчатым колесом с внешним зубчатым зацеплением. Альтернативно вторая приводная деталь 22 может быть образована валом. Таким способом можно реализовать одинарную или сдвоенную муфты, например, для замены главной муфты сцепления трансмиссии транспортного средства.
Включение и выключение осуществляется через приводное средство 24. Для включения первый корпус 8 прижимается ко второму корпусу 10. Приводное средство 24 содержит коронную шестерню 26, выполненную с возможностью вращения вокруг оси 4 вращения и содержащую кулачковый механизм 28, который прижимает торсионно жесткое, но выполненное с возможностью осевого перемещения зацепляющее кольцо 30 к первому корпусу 8 сцепления и тем самым инициирует процесс включения сцепления. В разных вариантах осуществления изобретения кулачковый механизм 28 содержит, по меньшей мере, один сдвигающий кулачок 34 на лицевой стороне 32 кольцевой шестерни 26, обращенной к зацепляющему кольцу, при этом сдвигающий кулачок воздействует на прижимные детали 36 зацепляющего кольца 30 или через прижимные тела, например тела качения 38, выполненные в форме шариков. Для равномерного срабатывания предпочтительно использовать, по меньшей мере, три сдвигающих кулачка 34 и прижимные детали 36 или прижимающие тела. Прижимные детали 36 также могут быть выполнены в виде наклонных участков 37, как показано на фиг.5. Сдвигающие кулачки 34 коронной шестерни 26 и наклонные участки 37 зацепляющего кольца 30 имеют противоположно ориентированную конфигурацию и могут иметь одинаковый восходящий наклон.
Для приведения в действие устройства 6 сцепления коронную шестерню 26 поворачивают на точно определенный угол посредством привода 40, воздействующего на периферийную поверхность. Зацепляющее кольцо 30 удерживается от вращения внешней зубчатой передачей 31, которая закреплена на корпусе и взаимодействует с соответствующими внутренними зубьями зацепляющего кольца 30. Фиксированная консоль обозначена ссылочной позицией 60.
На чертежах показаны варианты осуществления изобретения, в которых муфта 2 сцепления выполнена в виде сдвоенной муфты с двумя узлами 42, 44 сцепления, при этом каждый узел 42, 44 содержит устройство 6 сцепления. Каждое устройство 6 сцепления содержит первый и второй корпус 8, 10, при этом каждый первый корпус 8 прижат средством 24 привода ко второму корпусу 10. В каждом устройстве 6 сцепления имеется выполненное с возможностью осевого перемещения зацепляющее кольцо 30, которое перемещается кулачковым механизмом 28 коронной шестерни 26. Как особенно хорошо видно на фиг.4, кулачковые механизмы 28 или сдвигающие кулачки 34 коронных шестерен 26 расположены со смещением относительно друг друга так, что при одновременном вращении коронных шестерен 26 двух устройств 6 сцепления одно устройство 6 сцепления узла 42 сцепления включается, а устройство 6 сцепления другого узла 44 сцепления выключается. Коронные шестерни 26 этих двух устройств 6 сцепления преимущественно жестко соединены друг с другом и могут быть выполнены за одно целое. Это позволяет приводить в действие оба устройства 6 сцепления одним приводом 40, воздействующим на коронную шестерню 26. Поскольку сдвигающие кулачки 34 двух коронных шестерен 26 выставлены напротив друг друга, устройство 6 сцепления одного узла 42 сцепления деактивируется, когда устройство 6 сцепления другого узла 44 сцепления активируется, и наоборот. Особенно полезно, когда зацепляющие кольца 30 двух узлов 42, 44 сцепления расположены относительно коронной шестерни 26, а сдвигающие кулачки 34 имеют такой размер, чтобы нейтральное положение достигалось на середине поворота коронной шестерни 26, при котором узлы 42, 44 сцепления деактивированы.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1 и 1а, привод 40 воздействует на коронную шестерню 26 через линейный электродвигатель 46, который может приводиться в действие электричеством. Для того чтобы обеспечить отсечку линейного электродвигателя 46 от источника питания в соответствующем конечном положении, коронная шестерня 26 может фиксироваться запирающим механизмом 48 в, по меньшей мере, одном положении муфты сцепления. Запирающий штифт 50 запирающего механизма 48 входит в имеющую соответствующую форму запорную часть 52 коронной шестерни 26. Запирающий механизм 48 может приводиться в действие индуктивным, гидравлическим или пневматическим приводом.
На фиг.2 показан вариант осуществления изобретения, в котором привод 40 воздействует через червячное колесо 54 на коронную шестерню 26, причем червячное колесо 54 приводится электродвигателем 56. В результате самозапирающего действия червячного колеса 54 можно не использовать запирающий механизм в данной конфигурации.
На фиг.3 показан другой вариант, в котором привод 40 соединен тангенциально с периферийной поверхностью коронной шестерни 26 через соединительный шток 58. Соединительный шток 58 может приводиться в действие индуктивным, гидравлическим или пневматическим приводом.
На фиг.1-3 показаны варианты осуществления изобретения, в которых два узла 42, 44 сцепления приводятся в действие единственным приводом 40. Как вариант, можно не соединять жестко две коронные шестерни 26 узлов 42, 44 сцепления, а поворачивать их отдельным приводом 40 для каждой из коронных шестерен. Этот вариант осуществления изобретения показан на фиг.6. Используя отдельный привод 40 для каждой коронной шестерни 26, можно реализовать очень плавное включение узлов 42, 44 сцепления.
Осевое перемещение коронных шестерен 26 позволяет создавать прижимающее давление для муфты 2 сцепления исключительно электромеханическим способом. Конфигурация дискового сцепления и его конструкция в форме конического сцепления требуют существенно меньших прижимных давлений, чем в дисковых сцеплениях или сцеплениях с плоскими дисками. Электрически включаемый привод 40 может иметь очень компактную конструкцию.
Поскольку необходимость в гидравлическом приводе муфты 2 сцепления устранена, то нет необходимости в использовании гидравлических компонентов, таких как гидравлические насосы, клапаны-регуляторы давления, гидрораспределители, масляные фильтры, гидравлические линии и каналы. Электрические приводы могут просто получать питание от бортовой электросистемы. Это позволяет легко встроить функцию переключения передач в систему управления двигателем и трансмиссией без стыковки с гидравлической системой и без всех элементов, необходимых для такой стыковки.
Помимо такого уменьшения количества необходимых деталей муфта 2 сцепления согласно настоящему изобретению также обеспечивает увеличение срока службы устройства 6 сцепления, повышение рабочей стабильности, снижение веса, снижение стоимости компонентов и повышение эффективности транспортного средства. Более того, достигается оптимизация времени переключения передач.
Описанная муфта 2 сцепления может быть преимущественно использована в кинематической цепочке между двигателем внутреннего сгорания и трансмиссией транспортного средства.