КЛИНОВАЯ МУФТА СВОБОДНОГО ХОДА С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ СТАБИЛИЗАТОРОМ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Настоящая полезная модель относится к области машиностроения, а именно к клиновым муфтам свободного хода.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Клиновая муфта свободного хода является элементом привода и трансмиссии машин, способная преобразовывать возвратно вращательное движение ведущего элемента механизма во вращательное движение ведомого элемента механизма. Данный тип механизма свободного хода (также называемый муфтой свободного хода) нашел широкое применение в машиностроении и автомобилестроении в силу простоты конструкции, высокой надежности и малого количества подвижных элементов.
Известен клиновой механизм свободного хода, состоящий из следующих компонентов: наружной обоймы или вала (наиболее часто является ведущим элементом), внутренней обоймы или вала (соответственно - ведомый вал), разнесенных для получения эксцентриситета, и подвижного клина или группы клиньев, поджатых пружиной для поддержания устойчивого контакта с внешней и внутренней обоймой в момент обратного хода ведущего элемента. Модификации данного механизма описаны в следующих патентных документах: SU 1038648 (A1, опубликован 30.08.1983), DE 882778 (C, опубликован 13.07.1953), RU 2077794 (C1, опубликован 25.07.1994) и RU 070998 (C1, опубликован 09.12.1993).
Наиболее близким к заявленному техническому решению является клиновая муфта, предложенная в патенте SU 935665 (A1, опубликован 07.07.1980), которая была выбрана в качестве прототипа. Описанная в данном патенте муфта имеет два подвижных клина, положение которых контролируют пружины, что позволяет клиньям находиться в контакте с поверхностями ведущего и ведомого элемента муфты. Однако при работе представленной муфты возможен резонанс подвижного клина и пружины в диапазоне частот, заданном массой данных элементов. Возникающий резонанс приводит к нарушению функционала муфты вплоть до полной потери передачи потока мощности в некоторых диапазонах частот, кратных частоте резонанса.
Для настройки рабочего диапазона работы клиновой муфты свободного хода могут быть подобраны подвижные элементы механизма определенной массы, пружины или группы пружин с определенной жесткостью. Однако все эти средства не позволяют избежать резонансных эффектов подвижных элементов муфты в силу отсутствия возможности влияния на массы элементов механизма или на жесткость пружин во время работы муфты, что приводит к неэффективной работе муфты в ряде диапазонов частот и сужает ее скоростной диапазон применения. Более того при возникновении резонансных эффектов подвижный клин муфты может находиться в неопределенных положениях, что приводит к уменьшению пятна контакта клина с ведущим и ведомым валами и возникновению ударных нагрузок, которые сильно снижают срок службы механизма.
Выбранная в качестве прототипа клиновая муфта свободного хода имеет по одной взводящей пружине на каждый клин, в силу чего, в ходе эксплуатации и накоплении усталостных напряжений пружиной резонансные частоты будут неконтролируемо перемещаться по рабочему диапазону муфты.
Настоящая полезная модель направлена на устранение отмеченных выше недостатков уровня техники. Техническая проблема, поставленная при создании полезной модели, заключается в создании клиновой муфты свободного хода с механизмом контроля резонансных эффектов, позволяющим расширить возможный рабочий диапазон механизма.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Для решения указанной проблемы предложено внедрение в клиновую муфту свободного хода системы гидравлической стабилизации подвижных клиньев. Решение обеспечивает минимизацию резонансных явлений подвижных элементов муфты, а также позволяет контролировать положение и равномерность прилегания поверхностей клина к поверхностям ведомого и ведущего валов на протяжении всего срока службы.
Более подробно, предложена клиновая муфта свободного хода с гидравлическим стабилизатором, отличающаяся тем, что имеет в конструкции гидравлическую магистраль, сформированную сверлениями в ведущем валу, и содержит посадочные цилиндры плунжеров в выходной части. Плунжеры, установленные в посадочные цилиндры, могут быть выполнены в виде цилиндрического стержня, имеющего полусферический наконечник для сохранения заданной площади пятна контакта с подвижным клином на протяжении всего срока службы муфты. Кольцевая проточка на ведущем роторе позволяет обеспечивать бесперебойную подачу гидравлической жидкости в магистраль, а ее утечки через сопряжение посадочных цилиндров и плунжеров обеспечивают смазывание, охлаждение и отвод продуктов износа из механизма. Гидравлическая жидкость, подаваемая по магистрали ведущего вала, подводится к торцевой поверхности плунжеров и выталкивает его с усилием пропорциональным давлению в магистрали и площади торцевой поверхности плунжера. Полусферический наконечник плунжера, в свою очередь, прижимает подвижный клин к поверхностям ведущего и ведомого валов муфты, формируя, тем самым, определенное в пространстве положение и максимально возможную площадь контакта с данными элементами муфты. Система гидравлической стабилизации позволяет избежать резонансных явлений в клиновой муфте свободного хода с силу несжимаемости гидравлической жидкости. Прижимающее подвижный клин муфты усилие может быть отрегулировано во время работы муфты при помощи понижения или повышения давления в магистрали, что невозможно в клиновой муфте прототипа, подвижные клинья которой взводятся пружинами. Внедрение гидравлического стабилизатора, несжимаемость гидравлической жидкости и возможность ее замены без разбора клиновой муфты обеспечивает возможность достижения технического результата полезной модели, заключающегося в сохранении заданной эффективности работы муфты без резонансных эффектов ее подвижных элементов на протяжении всего срока службы изделия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Сущность полезной модели поясняется ниже на примере вариантов ее осуществления, проиллюстрированных на прилагаемых чертежах.
Фиг. 1 - схематичное изображение поперечного сечения клиновой муфты свободного хода с системой гидравлической стабилизации согласно варианту осуществления настоящей полезной модели.
Фиг. 2 - схематичное изображение варианта ведущего вала клиновой муфты свободного хода с гидравлической магистралью согласно варианту осуществления настоящей полезной модели запор
Фиг. 3 - схематичное изображение варианта осуществления системы гидравлической стабилизации плунжерного типа для клиновой муфты свободного хода согласно варианту осуществления настоящей полезной модели.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
На фиг. 1 изображена, в поперечном сечении, клиновая муфта свободного хода, включающая в себя следующие компоненты: ведущий вал (1), ведомый вал (2) муфты свободного хода, подвижный клин (3), и плунжеры (4) с полусферическим наконечником (5). Таким образом, в данном примере исполнительным органом системы стабилизации является плунжер (4) с полусферическим наконечником (5), находящийся в постоянном контакте с подвижным клином (3).
На фиг. 2 изображен вид сбоку ведущего вала (1) с посадочными цилиндрами плунжеров (6), являющимися частью гидравлической магистрали (7), запорными элементами (8) и кольцевой проточкой (9). Как показано на фиг.3, подпитка гидравлической магистрали (7) обеспечивается через кольцевую проточку (9), независимо от углового положения ведущего вала (1). Гидравлическая магистраль (7) сформирована объединенными прямыми сверлениями, а технологические выходы магистрали перекрыты запрессованными запорными элементами (8) в виде металлических или изготовленных из любых других материалов сфер. В других вариантах осуществления запорные элементы (8) могут быть выполнены в виде пробок, штифтов, резьбовых заглушек и другими подходящими способами, без ухудшения эффективности системы. Гидравлическая жидкость по гидравлической магистрали (7) поступает в посадочные цилиндры плунжеров (6) и выталкивает каждый плунжер (4), пропорционально площади его торцевой поверхности и давлению в магистрали (7).
Во время работы механизма, крутящий момент и задающую частоту возвратно вращательного движения воспринимает ведущий вал (1) клиновой муфты свободного хода. Как описано выше, ведущий вал (1) имеет комбинацию сверлений, замкнутую в гидравлическую магистраль (7), имеющую на выходе посадочные цилиндры плунжеров с утопленными в них плунжерами (4). Плунжер (4) посредством полусферического наконечника (5) кинематическими связан с подвижным клином (3), который в свою очередь находится в контакте с ведущим (1) и ведомым (2) валами муфты.
Вращение ведущего вала (1) против часовой стрелки сопровождается поджатием подвижного клина (3) в объем между ведущим валом (1) и ведомым валом (2), что создает заклинивание муфты, в то время как плунжер (4) обеспечивает стабилизацию подвижного клина (3) в прижатом положении. При вращении ведущего вала (1) против часовой стрелки все элементы муфты вращаются как единое целое, и, тем самым, муфта передает крутящий момент.
В момент обратного хода подвижный клин (3) выходит из заклиненного состояния с ведомым валом (2), тем самым взводя механизм для следующего рабочего хода. Момент обратного хода сопровождается выталкиванием подвижного клина (3) в объем между ведущим (1) и ведомым (2) валами благодаря давлению в гидравлической магистрали (7) и усилию, созданному на плунжере (4). Благодаря давлению гидравлической жидкости в гидравлической магистрали (7) на плунжере (4) создается достаточное усилие для стабилизации подвижного клина (3) в прижатом положении во всем диапазоне частот работы муфты. Благодаря несжимаемости гидравлической жидкости резонанс подвижного клина (3) становится невозможен во всем диапазоне частот работы муфты. В механизме, оснащенном гидравлической системой стабилизации плунжерного типа, исключается неконтролируемое свободное движение клина (3) во время взвода механизма в отличии от клиновой муфты, оснащенной пружинами взвода. Возможность регулировки давления в гидравлической магистрали (7) позволяет регулировать усилие прижатия подвижного клина (3) к поверхностям ведущего (1) и ведомого (2) валов во время работы муфты, что способствует эффективной работе муфты свободного хода как в низком, так и в высоком диапазоне частот. Полусферический наконечник (5) плунжера (4) позволяет сохранять тип контакта с подвижным клином (3) как при рабочем ходе, так и при обратном ходе взвода муфты.
Протечки гидравлической жидкости через сопряжения плунжеров (4) и посадочных цилиндров плунжеров (6) обеспечивают смазывание, охлаждение, и отвод продуктов износа из механизма.
Помимо описанных выше вариантов исполнения возможны иные комбинации сверлений гидравлической магистрали (7), иное количество и геометрические размеры плунжеров (4). Варианты расположения и форма кольцевой проточки, предложенная на фиг. 2 и 3, также являются не ограничивающими примерами.
Ведущий вал (2) и плунжеры (4) могут быть изготовлены из стали, чугуна, алюминия и других подходящих материалов. Полезная модель не ограничена в этом отношении и для изготовления ее элементов с успехом могут использоваться любые другие существующие или будущие технологии производства изделий и материалов.
Во всех вариантах осуществления полезной модели достигаются следующие преимущества и полезные эффекты:
создание гидравлической магистрали позволяет эффективно работать гидравлической системе стабилизации подвижного клина;
создание плунжеров и посадочных цилиндров позволяет иметь контролируемые утечки через их зазор, тем самым охлаждая и смазывая пары трения муфты, а также позволяет выводить из механизма продукты износа;
за счет выталкивания плунжера из посадочного цилиндра обеспечивается стабилизация и поддержание подвижного клина в контакте с поверхностями ведущего и ведомого валов в момент обратного хода муфты;
регулировка давления в гидравлической магистрали позволяет контролируемо изменять усилие на плунжере, что обеспечивает стабилизацию и поддержание подвижного клина в контакте с поверхностями ведущего и ведомого валов на любых частотах работы муфты;
избегаются резонансные эффекты и достигается контроль положения плунжера и подвижного клина на любых частотах работы муфты благодаря несжимаемости гидравлической жидкость;
заложенная конструкцией эффективность работы муфты сохраняется на протяжении всего срока эксплуатации, поскольку гидравлическая жидкость не накапливает усталостных напряжений;
обеспечена возможность замены рабочего тела системы стабилизации подвижного клина, а именно гидравлической жидкости, во время обслуживания узла, включающего данную муфту свободного хода, без ее разбора.