МЕХАНИЗМ СВОБОДНОГО ХОДА
FREE WHEEL MECHANISM

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в различных отраслях, в том числе при производстве колесных транспортных машин.
Известен механизм свободного хода, состоящий из ведущей полумуфты с рядом прямоугольных зубьев (кулачков) на торце, центрального кольца с зубьями трапецеидального профиля, разрезной втулки, ведомой полумуфты с двумя концентрическими рядами зубьев на торце, шпонки и пружины, прижимающей ведомую муфту к ведущей (Трактор «Кировец» К-700. Руководство по эксплуатации и уходу. М., 1964.) Эта муфта имеет сравнительно небольшие габариты, является двухсторонней - может работать при вращении ведущей полумуфты как в одном, так и в другом направлении. Недостатком указанной муфты является низкая надежность и возникновение динамических нагрузок в трансмиссии при ее включении и выключении.
Известен механизм свободного хода, который содержит две полумуфты, в одной из которых расположены оси с подвижно установленными на них телами заклинивания, выполненными в виде шевронных зубчатых колес, кинематически соединенных с другой полумуфтой, выполненной в виде шевронного зубчатого колеса, зацепление тел заклинивания с зубчатой полумуфтой выполнено внутренним, профиль зубьев со стороны заклинивания и стороны свободного хода различен и очерчивается по приведенным в патенте формулам (RU №2237302 С1, 7 F16D 41/06. Опубл. 2003.02.03 - прототип).
Недостатком этого механизма свободного хода является то, что он - одностороннего действия. Это ограничивает сферу его применения. Изготовление зубьев с несимметричным профилем в шестернях муфты требует специального зуборезного инструмента.
Задачей изобретения является повышение надежности работы механизма, расширение его функциональных возможностей и создание технологичного в производстве механизма.
Поставленная задача решается тем, что в механизме свободного хода, содержащем две полумуфты, в одной из полумуфт подвижно установлено, по крайней мере, одно тело заклинивания, кинематически связанное с другой полумуфтой, согласно изобретению тело заклинивания выполнено в виде червяка, другая полумуфта выполнена в виде червячного колеса, образующего с червяком самотормозящую червячную передачу, при этом червяк соединен с валом червячного колеса посредством шестеренного привода, имеющего передаточное отношение, равное передаточному отношению червячной пары, и снабженного устройством для размыкания и замыкания кинематической связи между его элементами.
Применение червяка в качестве тела заклинивания и червячного колеса в качестве полумуфты позволяет передавать через механизм свободного хода большие моменты, обеспечить высокую долговечность и надежность механизма, что обуславливается свойствами червячного зацепления. В отличие от зубчатого зацепления с неравнобоким профилем зуба механизм с червячной парой может работать при любом направлении вращения механизма и передаваемого в нем момента.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1 дан общий вид механизма свободного хода; на фиг.2 - то же, вид А фиг.1.
Механизм содержит полумуфту 1 с закрепленным в подшипниковых опорах червяком 2. Червяк находится в зацеплении с червячным колесом 3, являющимся в данном механизме второй полумуфтой. Шестеренный привод, соединяющий червяк с валом червячного колеса, состоит из малой конической шестерни 4, находящейся на валу червяка, большой конической шестерни 5, пары цилиндрических шестерен 6 и 7, шестерни 8, находящейся в зацеплении шестерней 9, которая находится на валу 10 червячного колеса. Шестерни 4, 5, 6, 7, 9 жестко связаны со своими валами. Шестерня 8 крепится на выходном валу 11 шестеренного привода через подшипниковую опору. Устройство для размыкания и замыкания кинематической связи 12, выполненное, например, в виде электромагнитной муфты, устанавливается на выходном валу 11 и функционально связано с шестерней 8.
Элементы механизма свободного хода могут конструктивно отличаться от приведенных на чертежах: шестеренный привод червяка от вала червячной шестерни может быть выполнен на другой схеме, но передаточное отношение его должно быть равно передаточному отношению червячной пары. Замыкающее и размыкающее устройство может быть электромагнитным или механическим, выполненным в виде зубчатой или фрикционной муфты и т.д.
Механизм работает следующим образом.
При вращении одной из полумуфт, например полумуфты 3, в любую сторону для передачи вращения на полумуфту 1 на короткий срок размыкается кинематическая связь между шестерней 8 и выходным валом 11. Зубья червячного колеса 3 упираются в винтовую поверхность червяка 2. Так как шестеренный привод разомкнут, а червячная пара самотормозящая, червяк не вращается и обеспечивает передачу усилия от червячной шестерни на полумуфту 1. Обе полумуфты начинают вращается совместно. Кинематическая связь шестеренного привода замыкается. В дальнейшем, если угловая скорость полумуфты 3 уменьшатся по сравнению с угловой скоростью полумуфты 1, то в результате работы шестеренного привода начинает вращаться червяк, обкатываясь по зубьям червячного колеса. Благодаря равенству передаточных отношений червячной пары и шестеренного привода полумуфты начинают вращаться независимо друг от друга. Уменьшение угловой скорости ведущей муфты относительно ведомой возможно благодаря зазору в зацеплении червяка с червячным колесом и осевому смещению червяка в опорах.
При установке в качестве размыкающего и замыкающего устройства электромагнитной муфты управление работой предлагаемого механизма свободного хода может производиться автоматически с помощью датчиков частоты вращения полумуфт и блока управления (датчики частоты вращения и блок управления на чертежах не показаны). Работа механизма в таком случае может осуществляться следующим образом. При равных скоростях вращения полумуфт это регистрируется датчиками частоты вращения и соответствующий сигнал подается на блок управления Блок управления выключает электромагнитную муфту 12 и кинематическая связь между шестерней 8 и валом 11 размыкается. Полумуфты вращаются совместно. При уменьшении скорости вращения ведущей муфты относительно ведомой датчики подают соответствующий сигнал на блок управления, блок управления подает на электромагнитную муфту напряжение и она замыкает кинематическую связь в шестеренном приводе. Червяк начинает вращаться, полумуфты разъединяются.
Управляющий сигнал на блок управления может формироваться любым другим известным способом, например замыканием и размыканием контактов при осевом смещении червяка в ту или иную сторону.
При установке в качестве размыкающего и замыкающего устройства в шестеренном приводе фрикционной муфты управление работой механизма свободного хода может производиться вручную либо также автоматически.
Предлагаемый механизм свободного хода является двухсторонним - работает в независимости от направления вращения и направления передаваемого крутящего момента. Он способен передавать большие моменты и надежен в работе, так как силовой поток передается только через червячную пару. Все остальные детали служат для управления механизмом и возникающие в них усилия незначительны. По этой же причине мала потребляемая электромагнитной муфтой мощность. При необходимости передавать большие моменты в механизме может быть установлено два (и более) червяка. Благодаря тому, что муфта управляемая, она может быть включена в автоматическую систему управления каких-либо механизмов, например дифференциалов многоосной колесной машины. Автоматическое управление позволяет включение и выключение механизма при минимальном рассогласовании скоростей полумуфт, что обуславливает минимальные динамические нагрузки. Все детали предлагаемого механизма свободного хода могут быть изготовлены стандартным инструментом на серийном производстве.