ГИДРО-КУЛАЧКОВАЯ МУФТА
HYDRAULIC AND CAM COUPLING

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к муфтам для передачи вращательного движения, в частности к кулачковым муфтам с использованием рабочей жидкости, и может быть использовано в качестве межосевой и межколесной блокировки, а также в качестве предохранительной муфты механизмов сцепления с кратковременным разобщением валов, например в автотракторной технике.
Из патента RU 2360158 известна муфта, содержащая, по меньшей мере, одно устройство сцепления, которое содержит первый корпус с первой рабочей поверхностью и второй корпус со второй рабочей поверхностью. Первый и второй корпуса выполнены с возможностью коаксиального перемещения относительно друг друга с помощью приводного средства. Первая и вторая рабочие поверхности выполнены с возможностью нежесткого соединения друг с другом. Приводное средство содержит коронную шестерню, которая содержит кулачковый механизм и выполнена с возможностью поворота вокруг оси вращения приводом. Привод воздействует по существу в тангенциальном направлении на коронную шестерню через линейный электродвигатель или переключающий шток. При этом механизм в положении включения муфты сцепления прижимает первый корпус ко второму. Муфта также может быть выполнена в виде сдвоенной муфты с двумя узлами сцепления, при этом каждый узел сцепления содержит устройство сцепления. Кулачковые механизмы двух устройств сцепления имеют обратную друг к другу форму.
Однако при использовании в варианте сухого двухдискового сцепления устройство будет обладать всеми недостатками классического аналога - замасленные диски, поведенные диски, подгоревшие фрикционы. При использовании в многодисковом варианте в масляной ванне данное решение более выгодно выглядит на фоне остальных, но также имеет ряд недостатков: способность передавать только небольшие величины моментов сил, постоянная регулировка по мере износа фрикционов, особая точность изготовления элементов преднатяга в случае использования раздачи моментов сил на оба плеча, низкая ремонтопригодность, высочайшие требования к обслуживающему персоналу.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является муфта из патента RU 123081. Предохранительная карданная муфта содержит две кулачковые полумуфты, одна из которых подпружинена с возможностью перемещения по шлицам в осевом направлении, а вторая полумуфта выполнена в виде ступицы. По оси ведущей полумуфты выполнено отверстие, в которое установлен и жестко закреплен цилиндрический корпус жидкостного демпфера в сборе с ведущим присоединительным фланцем. Корпус жидкостного демпфера снабжен поршнем с проходными отверстиями, установленным с возможностью продольного перемещения и реверсивного вращения относительно оси. Со штоком поршня жестко соединена ведомая полумуфта, имеющая по оси глухое отверстие для осуществления сборки. С левой стороны в поршень ввернут по резьбе ограничитель хода, на котором свободно установлен перекрывной клапан с жиклерами. К правому концу вала приварен ведомый присоединительный фланец муфты.
Однако данное решение при всей своей простоте и надежности предназначено для того, чтобы отследить предельно допустимый момент и обеспечить мгновенный «провал» передачи крутящего момента. Об управляемом процессе передачи моментов сил говорить не приходится, так как в основе решения заложены исключительно предохранительные функции.
Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в ограничении разницы угловых скоростей двух соосно вращающихся валов с передачей крутящего момента.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение плавности нарастания момента силы, исключая ударные нагрузки на смежные механизмы, что обеспечивает возможность передачи больших моментов сил устройством с относительно малыми габаритами и строгого контроля величин момента силы.
Указанный технический результат достигается за счет того, что гидрокулачковая муфта, содержащая соосно расположенные первую и вторую полумуфты, выполненные кулачковыми с возможностью зацепления между собой, и поршень с по крайней мере одним каналом, дополнительно содержит третью и четвертую полумуфты, выполненные кулачковыми с возможностью зацепления между собой, и два стакана с профильным сечением, выполненных с возможностью осевого смещения и расположенных соосно между второй и третьей полумуфтами, внутри стаканов соосно расположен поршень с по крайней мере одним каналом, а каждый из стаканов содержит по крайней мере одну полость с рабочей жидкостью, при этом поршень выполнен подвижным с возможностью прохождения рабочей жидкости по крайней мере по одному каналу.
Два стакана с профильным сечением могут быть выполнены шлицевыми.
Муфта может содержать два канала.
Первая полумуфта может быть выполнена с возможностью соединения с ведомым валом.
Четвертая полумуфта может быть выполнена с возможностью соединения с ведущим валом.
Повышение плавности передачи момента достигается за счет использования гидравлического сопротивления рабочей жидкости в момент перетекания из полости в полость по каналам, возникающего от перемещения стаканов с профильным сечением, приводимых в движение двумя парами кулачковых полумуфт.
Наилучший вариант исполнения заявляемого изобретения показан на фигурах 1-3, на которых показаны:
на фиг. 1 - вид сбоку заявляемой муфты;
на фиг. 2 - внутренний вид заявляемой муфты;
на фиг. 3 - продольное сечение заявляемой муфты.
На фиг. 1-3 позициями 1-11 обозначены:
1 - корпус, являющийся ведомым валом;
2 - ведущий вал;
3 - первая полумуфта;
4 - вторая полумуфта;
5 - первый стакан;
6 - второй стакан;
7 - третья полумуфта;
8 - четвертая полумуфта;
9 - полость;
10 - поршень;
11 - канал.
Муфта содержит корпус 1, являющийся ведомым валом и соединенный с ведущим валом 2. В корпусе 1 последовательно и соосно расположены первая 3 и вторая 4 кулачковые полумуфты, первый 5 и второй 6 стаканы с профильным сечением, в данном случае шлицевым, третья 7 и четвертая 8 кулачковые полумуфты. Вместо шлицев можно использовать профильное сечение: квадрат, шестигранник, звезда, волна, которое даст возможность не проворачиваться от давления кулачков, а просто отодвигаться в сторону, тем самым создавая давление на поршень. В первом 5 и втором 6 стаканах расположены полости 9, заполненные рабочей жидкостью, и соосно расположен поршень 10 с двумя каналами 11. Минимально достаточно одного канала.
Муфта работает следующим образом.
Следствием полезной нагрузки на ведущем валу 2 является разность угловых скоростей (их радиальное смещение относительно друг друга). Вращение ведущего вала 2, благодаря кулачковому механизму, образованному первой 3, второй 4, третьей 7 и четвертой 8 полумуфтами, преобразуется в возвратно-поступательное движение первого 5 и второго 6 стаканов, создающее попеременное избыточное давление в полостях 9 стаканов 5, 6 относительно поршня 10.
Возникающее надпоршневое давление оказывает сопротивление перемещению стаканов 5, 6, благодаря чему часть крутящего момента тратится на преодоление гидравлического сопротивления, а другая его часть на приведение в движение ведомого вала 1 через шлицевое, в данном случае, сопротивление. Каналы 11 в теле поршня 10 обеспечивают сообщение между собой двух полостей 9 стаканов 5, 6.
Таким образом, пока разница угловых скоростей невелика, рабочая жидкость успевает покинуть объем, не создавая большого препятствия перемещению стаканов 5, 6 и, соответственно, позволяет с минимальным сопротивлением проворачиваться ведущему валу 2 относительно ведомого вала 1.
При увеличении разницы угловых скоростей валов 1, 2 увеличивается скорость перетекания рабочей жидкости, которая ограниченна диаметрами каналов 11 в теле поршня 10, из-за чего дальнейшее увеличение разницы скоростей становится невозможным и большая часть крутящего момента передается ведомому валу 1. Таким образом, происходит контроль разницы угловых скоростей в заданном диапазоне за счет пропускной способности каналов 11 в теле поршня 10.
Муфта также может быть оснащена вместо жиклеров клапанами с любым типом привода (электромагнитным, пневматическим, центробежным), что делает передачу крутящего момента управляемой.
Заявляемая муфта обладает высокой скоростью срабатывания благодаря полной автономности и отсутствия систем относительного контроля, а также уменьшенными габаритами, высокой надежностью, отказоустойчивостью во всех режимах работы, возможностью передавать сравнительно большие крутящие моменты, обеспечивает увеличение вариантов исполнения механизмов сцепления,
Приведенный пример является частным случаем и не исчерпывает всех возможных реализаций заявляемого изобретения.
Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что различные вариации реализаций заявляемой муфты не изменяют сущность изобретения, а лишь определяет его конкретные воплощения.