КЛИНОВОЙ МЕХАНИЗМ СВОБОДНОГО ХОДА

Полезная модель относится к машиностроению, а именно, к механизмам свободного хода, и может найти применение, в частности, в импульсных приводах и устройствах.
Известен механизм свободного хода, содержащий ведущую и ведомую полумуфты, образующие клиновую полость, размещенный в ней упор, закрепленный на ведущей полумуфте, в корпусе упора установлены пружина и дискретный клин, контактные поверхности составных частей которого выпуклы [Патент ФРГ №882778, кл. 47 C 6, 1949].
Ролики дискретного клина расположены в клиновом пространстве в один ряд, суммарная контактная поверхность их невелика, кроме того, за счет неточности изготовления заклинивание всех роликов происходит неодновременного, что снижает жесткость механизма, это приводит к снижению быстродействия и ухудшению работы на малых амплитудах колебаний и высоких частотах включений. Указанные механизмы имеют относительно низкую долговечность, так как износ контактных поверхностей приводит к некомпенсируемому нарушению геометрии и выходу механизма из строя.
Известен механизм свободного хода, содержащий ведущую и ведомую полумуфты, образующие клиновую полость, размещенный в ней упор, закрепленный на ведущей полумуфте, в корпусе упора установлены пружина и дискретный клин, составные части которого выполнены одинаковыми и расположены в несколько рядов, а их контактные поверхности имеют равные радиусы кривизны. [Авторское свидетельство СССР №697759. кл. F16D 41/06, 1978].
Указанные механизмы имеют значительно большую контактную поверхность и жесткость за счет самоустанавливаемости дискретных тел, однако, их большое количество с различными показателями точности не дает возможности гарантированно обеспечить контакт по всей поверхности, что приводит к снижению жесткости механизма, и, как следствие, к снижению быстродействия и ухудшению работы на малых амплитудах колебаний и высоких частотах включений. Долговечность таких механизмов выше за счет смены контактных поверхностей дискретных тел, однако их самоустанавливаемость не гарантирует постоянной компенсации износа и изменения геометрии клинового пространства.
Известен клиновой механизм свободного хода, содержащий обойму, эксцентрик, установленное на нем промежуточное кольцо, кинематически связанное с обоймой, подпружиненный клин, имеющий составные части, размещенный в клиновой полости между промежуточным кольцом и обоймой, отличающийся тем, что составные части клина выполнены в виде дискретных элементов, размещенных в сепараторе, опирающихся на зубчатые поверхности, выполненные на промежуточном кольце и обойме, а промежуточное кольцо установлено с возможностью дополнительного движения в направлении движения эксцентрика. [Патент №2156897 кл. F16D 41/06 БИ №27 от 27.09.2000 прототип].
Указанные механизмы передают полезную нагрузку нормальными силами, но зубчатые рабочие поверхности и погрешности их изготовления приводят к ударному включению механизма, дискретному шагу включения дискретных элементов, неравномерному их включению из-за неточностей изготовления. Это приводит к необходимости снижения жесткости дискретных элементов и всего механизма, что приводит к снижению быстродействия и ухудшению работы на малых амплитудах колебаний и высоких частотах включений. Работа с ударами приводит к относительно низкой долговечности механизма.
Задачей данной полезной модели является создание клинового механизма свободного хода, обеспечивающего широкий диапазон рабочих скоростей и амплитуд колебаний и повышение долговечности.
Техническим результатом полезной модели являются значительное расширение диапазона рабочих амплитуд и повышение быстродействия и срока службы.
Для получения технического результата в клиновом механизме свободного хода, содержащем обойму, эксцентрик, свободно установленное на нем промежуточное кольцо, кинематически связанное с обоймой, подпружиненный клин, выполненный в виде сепаратора с дискретными элементами опирающимися на зубчатую поверхность промежуточного кольца и поверхность обоймы, образующие клиновую полость, а промежуточное кольцо установлено с возможностью дополнительного движения в направлении движения эксцентрика, дискретные элементы выполнены в виде подпружиненных в направлении вершины клиновой полости со стороны обоймы пластин, установленных на сепараторе с возможностью углового перемещения относительно него, оси вращения которых параллельны оси механизма и расположены в клиновой полости на сепараторе, а контактная поверхность обоймы выполнена в виде конической канавки, на боковые поверхности которой опираются своими боковыми поверхностями пластины, контактные поверхности которых имеют профиль канавки обоймы.
Такое выполнение позволило подпружиненным в направлении вершины клиновой полости со стороны обоймы пластинам автоматически компенсировать погрешности их изготовления и погрешности изготовления контактных поверхностей в любом относительном положении обоймы, промежуточного кольца и дискретного клина. Компенсация погрешностей с помощью пластин, стала возможна за счет подпружиненного клина и углового перемещения пластин относительно осей, расположенных в клиновой полости на сепараторе и параллельных оси механизма. За счет этого все пластины и сепаратор, образуя дискретный клин, своими контактными поверхностями постоянно находятся в контакте с поверхностями обоймы и промежуточного кольца. Таким образом, обеспечивается практически, мгновенное, безударное включение механизма. Это дает возможность работы на минимальных амплитудах и повысить рабочие частоты. Одновременный контакт всех пластин и увеличение контактной поверхности позволяет повысить жесткость механизма, что также повышает его быстродействие. Характеристики дискретных элементов и их количество могут подбираться в зависимости от необходимых режимов работы, а также для рационального распределения нагрузок, обеспечивающих равномерный износ. Это позволит сохранить геометрию рабочих поверхностей и, как следствие, работоспособность всего механизма, так как компенсация износа при сохранении геометрии будет постоянно осуществляться пружиной клина и пружинами каждой из пластин. Таким образом, будет значительно повышена долговечность механизма.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 показан механизм свободного хода; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1, на фиг.3 разрез по Б-Б на фиг.1, на фиг.4 - вид В на фиг.1.
Клиновой механизм свободного хода состоит из обоймы 1, эксцентрика 2, свободно установленного на нем промежуточного кольца 3, кинематически, например, с помощью зубчатых венцов 4, 5 и паразитного колеса 6, связанного с обоймой 1, подпружиненного клина, выполненного в виде дискретных элементов, состоящих из пластин 7, и сепаратора 8. Пластины 7 опираются на зубчатую поверхность 9 промежуточного кольца 3 и поверхность 10 обоймы 1, которые образуют клиновую полость. Промежуточное кольцо 3 установлено с возможностью дополнительного движения в направлении движения эксцентрика 2. Пластины 7, установлены на сепараторе 8 с возможностью углового перемещения относительно него, а их оси вращения 11, параллельны оси механизма 12 и расположены в клиновой полости на сепараторе 8. Пластины 7 подпружинены с помощью пружинных элементов, например, пружин 13, расположенных на сепараторе 8, в направлении вершины клиновой полости со стороны обоймы 1. Контактная поверхность обоймы 1 выполнена в виде конической канавки 10 на боковые поверхности которой опираются своими боковыми поверхностями пластины 7, контактные поверхности которых имеют профиль канавки 10 обоймы 1.
Клиновой механизм свободного хода работает следующим образом. При вращении эксцентрика 2 в сторону заклинивания (Фиг.1 против часовой стрелки) дискретные элементы в виде пластин 7 клина поджимаются к контактным зубчатым поверхностям 9 промежуточного кольца 3 и контактным поверхностям 10 обоймы 1 за счет пружины, действующей на весь клин и пружин 13, действующих на каждую пластину 7 в направлении клиновой полости со стороны обоймы 1. В результате происходит угловое перемещение каждой из пластин 7 вокруг оси 11, расположенной на сепараторе 8 и параллельной оси механизма 12, что постоянно поддерживает контакт боковых контактных поверхностей пластин 7 с боковыми контактными поверхностями 10 конической канавки обоймы 1. Все пластины 7 клина одновременно распираются между боковыми контактными поверхностями 10 обоймы 1 и зубьями зубчатых поверхностей 9 промежуточного кольца 3. Кинематическая связь - два зубчатых венца 4, 5 и паразитное колесо 6, создает дополнительное движение промежуточному кольцу 3 в сторону движения эксцентрика 2 и дополнительно нагружает полезной силой пластины 7 клина. Наблюдается фаза передачи полезного момента.
При движении эксцентрика 2 в противоположном направлении пластины 7 клина освобождаются за счет смещения клиновой полости и дополнительного движения промежуточного кольца 3 в направлении движения эксцентрика 2. Боковые контактные поверхности пластин 7 клина постоянно опираются на боковые контактные поверхности 10 обоймы 1 и поддерживаются в контакте с зубчатыми поверхностями 9 за счет установки на сепараторе 8, действия пружины на клин и пружин 13, действующих на каждую из пластин 7 в направлении вершины клиновой полости со стороны обоймы 1. Пластины 7 клина скользят относительно боковых контактных поверхностей 10 обоймы 1 и зубчатых поверхностей 9 промежуточного кольца 3. Наблюдается фаза выбега или свободного хода.
Конструкция механизма позволяет значительно расширить рабочие амплитуды и повысить быстродействие за счет повышения жесткости механизма и гарантированного контакта одновременно всех рабочих поверхностей пластин клина. Это позволяет устойчиво работать на минимальных рабочих амплитудах в связи с практически мгновенным включением механизма, которое обусловлено постоянным контактом рабочих пластин, их высокой жесткостью. Повышение быстродействия обусловлено, также отсутствием «подклинивания или защемления клина» в связи с его дискретной структурой. Высокие скорости включения и выключения позволяют повысить рабочие частоты механизма. За счет выполнения контактной поверхности обоймы в виде конической канавки увеличена контактная площадь, что позволяет снизить контактные нагрузки и повысить долговечность механизма, которая также повышается за счет компенсации износа с помощью углового перемещения пластин относительно сепаратора, позволяющих сохранять требуемую геометрию клинового пространства. Каждая пластина может иметь свои характеристики и быть подобрана для рационально выполнения эксплуатационных требований, что расширяет диапазон возможного использования механизма.
Конструкция механизма технологична для различных типов машиностроительных производств. За счет компенсации погрешностей изготовления может быть существенно повышено качество сборки механизма и снижена себестоимость изготовления.