МУФТА СЦЕПЛЕНИЯ СИСТЕМЫ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ ДЛЯ ПРИВОДИМОГО В ДЕЙСТВИЕ ПРУЖИНОЙ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ РАЗМЫКАТЕЛЯ ЦЕПИ
COUPLING CLUTCH OF GEAR SYSTEM FOR SPRING-ACTUATED CIRCUIT BREAKER DEVICE

[0001] Данная заявка испрашивает приоритет согласно заявке на патент Китая №201210359126.9 под названием "Муфта сцепления системы зубчатой передачи для приводимого в действие пружиной приспособления размыкателя цепи", поданной в Китайское государственное ведомство по интеллектуальной собственности 24 сентября 2012 г., содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.
Область техники
[0002] Настоящая заявка относится к технической области размыкателей цепи и, в частности, относится к муфте сцепления системы зубчатой передачи для приводимого в действие пружиной приспособления размыкателя цепи.
Уровень техники
[0003] Обычно связанная с накоплением энергии система силовой передачи для приводимого в действие пружиной приспособления размыкателя цепи должна содержать муфту сцепления, выполненную так, что по окончании последовательности операций накопления энергии и остановки поворота вала накопления энергии система силовой передачи может быть автоматически выведена из зацепления с валом накопления энергии посредством муфты сцепления; и при высвобождении энергии закрывающей пружиной для выполнения быстрого действия закрытия с целью приведения в движение вала накопления энергии для выполнения поворота или при завершении действия закрытия и повторном выполнении последовательности операций накопления энергии, вал накопления энергии может быть автоматически присоединен к системе силовой передачи посредством муфты сцепления для успешного накопления энергии.
[0004] В обычном приводимом в действие пружиной приспособлении имеют место два типа устройств для реализации вышеупомянутой функции сцепления. Первый тип систем силовой передачи содержит однонаправленный управляемый компонент силовой передачи, например, храповое приспособление или другие компоненты прерывистого действия для силовой передачи, причем приспособление содержит ведущую собачку, выполненную с возможностью поворота на полный круг, и ведущее колесо, и одностороннюю муфту сцепления, выполненную с возможностью управления операцией сцепления, или приспособление, содержащее элемент в виде торцевой муфты и одностороннюю муфту сцепления. В дополнение к понижающей зубчатой передаче первый тип систем силовой передачи также требует использования дополнительных элементов однонаправленной силовой передачи и требует использования дополнительного компонента, размещенного вне главной цепи силовой передачи, для управления операцией сцепления. Следовательно, первый тип систем силовой передачи обладает сложной структурой силовой передачи, имеет высокую стоимость и большой размер. Кроме того, поскольку приспособление передачи прерывистого действия, например, храповое колесо, способно значительно уменьшать эффективность силовой передачи, мощность приводного электродвигателя должна быть значительно увеличена для выполнения последовательности операций накопления энергии в течение указанного допустимого рабочего времени. Второй тип систем силовой передачи использует только зубчатые передачи для силовой передачи с уменьшением скорости (звездочка или червячное колесо могут быть дополнительно использованы), а муфта сцепления выполнена внутри большой шестерни и малой шестерни, входящих в зацепление друг с другом в главной цепи силовой передачи. Второй тип систем силовой передачи не содержит внешний компонент силовой передачи или компонент управления сцеплением. Следовательно, второй тип систем силовой передачи обладает простой структурой, имеет небольшой размер и не обладает недостатками первого типа систем силовой передачи.
[0005] Примеры обычной муфты сцепления, размещенной в большой шестерне и малой шестерне, показаны на фиг. 8, 9 и 10. На фиг. 8 и 9 муфта сцепления, содержащая выдвижной зуб, размещена в области без зубьев большой шестерни, а в положении фиксации закрытия область без зубьев обращена к малой шестерне. При прекращении электропитания приводного электродвигателя малая шестерня способна продолжать поворот по инерции и прекращать его случайным образом в любом положении, так что при остановке малой шестерни в положении соприкосновения вершин зубьев этих двух шестерен друг с другом и при повторном выполнении большой шестерней поворота для зацепления с малой шестерней при быстром действии закрытия и зацеплении малой шестерни с зубом большой шестерни зубья этих двух шестерен застрянут и действие закрытия не может быть выполнено. Однако, в муфте сцепления, содержащей выдвижной зуб, вершина зуба малой шестерни сначала приходит в соприкосновение с вершиной выдвижного зуба и при повороте большой шестерни выдвижной зуб может быть втянут, обеспечивая, тем самым, возможность успешного повторного зацепления. В муфте сцепления, показанной на фиг. 8, зубья малой шестерни, зубья с двух сторон области без зубьев в большой шестерне и выдвижной зуб обладают нормальным профилем зуба. Согласно проведенному анализу, при повороте малой шестерни по инерции с последующей остановкой в определенном положении, в котором вершина зуба малой шестерни может входить в соприкосновение с вершиной зуба большой шестерни при повторном зацеплении малой шестерни с большой шестерней, несмотря на возможность втягивания выдвижного зуба большой шестерни, который сначала входит в соприкосновение с малой шестерней, сила трения между вершинами зубьев может заставить малую шестерню выполнять поворот, так что все же возможно, что вершина зуба малой шестерни может входить в соприкосновение с зубом большой шестерни позади выдвижного зуба, и шестерни могут застрять. Муфта сцепления на фиг. 9 предлагает технические решения для преодоления вышеупомянутой проблемы застревания, имеющие малую вероятность возникновения. Одно важное техническое решение, существенно отличное от муфты сцепления по фиг. 8, состоит в том, что и вершины зубьев малой шестерни и вершина выдвижного зуба и вершина первого неподвижного зуба, размещенного в направлении назад от дополнительного нейтрального положения (положения без зубьев) в направлении назад от выдвижного зуба, выполнены с наклонными поверхностями, имеющими поверхности эвольвентного профиля с обеих сторон зуба, пересекающиеся друг с другом, что, таким образом, решает проблему с застреванием. Основная цель изобретенной позже муфты сцепления по фиг. 10 также состоит в преодолении недостатка с застреванием муфты сцепления по фиг. 8. В муфте сцепления, показанной на фиг. 10, один выдвижной зуб по фиг. 8 модифицирован как отклоняемый зуб, представляющий собой комбинацию зубьев с двумя зубьями с двух сторон и с одной областью без зубов в середине, причем отклоняемый зуб обеспечивает возможность отклонения во внутреннем направлении для достижения повторного зацепления. Поскольку муфта сцепления, показанная на фиг. 10, все же использует зубья с обычным профилем зуба, она обладает некоторыми недостатками, основной из которых состоит в том, что отклоняемый зуб подвергнут воздействию большой ударной силы и, таким образом, необходимо использование специальных материалов и производственных способов при изготовлении отклоняемого зуба, что увеличивает стоимость. Впоследствии была предложена муфта сцепления для замены муфты сцепления по фиг. 10, причем эта муфта сцепления представляет собой муфту сцепления первого типа систем силовой передачи, содержащих торцевой сцепной элемента лица и одностороннюю муфту сцепления, причем эта муфта сцепления обладает высокой надежностью, но ее структурная сложность, объем и стоимость сильно возрастают. Для сцепных муфт по фиг. 8, 9 и 10 при остановке малой шестерни в некоторых положениях для выполнения действия быстрого закрытия с целью повторного зацепления необходимо, чтобы большая шестерня выполнила поворот на холостом ходу на большой угол (приблизительно на величину одного шага зацепления или даже больше одного шага зацепления), и тогда выдвижной зуб или отклоняемый зуб могут быть приведены в соприкосновение со статичной малой шестерней. В такой последовательности операций закрывающая пружина, имеющая большую мощность, высвобождает большое количество энергии, которое вырабатывает большую ударную силу при соприкосновении выдвижного зуба или отклоняемого зуба с малой шестерней. В каждой из этих муфт сцепления нет никаких переходных поверхностей с малой дугой в переходной области между поверхностями вершины зуба и, таким образом, контактное напряжение в вершине зуба велико, что требует наличия высокой ударной прочности у обоих вышеупомянутых подвижных зубьев. При использовании приводимым в действие пружиной приспособлением со значительно увеличенной рабочей мощностью или с большой рабочей мощностью описанных выше муфт сцепления, поскольку большая шестерня выполняет холостой поворот при быстром действии закрытия для повторного зацепления и энергия, высвобождаемая закрывающей пружиной, значительно возрастает, значительно возрастает ударная сила, воздействующая на подвижный зуб, и требование к ударной прочности подвижного зуба, соответственно, сильно возрастает и может быть увеличено до трудно достижимой степени. Для обеспечения большой шестерне возможности выдерживать сильно увеличенный вращающий момент без чрезмерного увеличения ее диаметра и чрезмерного уменьшения передаточного отношения между большой шестерней и малой шестерней шестерня должна иметь большой модуль и большую ширину зуба, а количество зубьев и в большой шестерне и в малой шестерне должно быть резко уменьшено, что может еще больше увеличить угол холостого хода большой шестерни и величину ударной силы при быстром действии закрытия с целью повторного зацепления. Кроме того, согласно проведенному диаграммному анализу, при уменьшенном количестве зубьев у малой шестерни обе муфты сцепления по фиг. 8 и 10 не могут избежать возможную ситуацию (с малой вероятностью) невозможности выполнения действия закрытия вследствие застревания шестерен.
Раскрытие изобретения
[0006] Для устранения вышеупомянутых затруднений настоящая заявка предлагает муфту сцепления, приспособленную к системе зубчатой силовой передачи приводимого в действие пружиной приспособления размыкателя цепи с большой рабочей мощностью, сверхбольшой рабочей мощностью, средней рабочей мощностью или с малой рабочей мощностью. Эта муфта сцепления выполнена в большой шестерне и в малой шестерне. Посредством этой муфты сцепления при завершении последовательности операций накопления энергии с помощью закрывающей пружины малая шестерня может надежно продвинуть большую шестерню в положение фиксации накопления энергии, а малая шестерня может быть автоматически выведена из зацепления с большой шестерней, а при высвобождении закрывающей пружиной энергии для выполнения быстрого действия закрытия с целью выполнения поворота большой шестерней, большая шестерня и малая шестерня могут надежно и устойчиво входить в повторное зацепление друг с другом. Ситуация, при которой большая шестерня и малая шестерня застревают и действие закрытия не может быть выполнено, не будет иметь место независимо от места остановки малой шестерни после поворота по инерции при выключенном электропитании приводного электродвигателя. Лишь следящий кулачок муфты сцепления в шестерне силовой передачи подвергнут соударению, вызванному малым углом холостого хода большой шестерни, и поскольку ударная сила мала, требование к ударной прочности кулачка муфты сцепления невелико и кулачок муфты сцепления может иметь небольшой размер, что уменьшает стоимость. Кроме того, вершины зубьев в области выполнения сцепления большой шестерни и малой шестерни и вершина следящего элемента обладают переходной поверхностью с малой величиной дуги, что предотвращает повреждения, вызываемые высоким контактным напряжением острых вершин.
[0007] Для достижения вышеупомянутых целей настоящая заявка предлагает следующие технические решения.
[0008] Муфта сцепления системы зубчатой силовой передачи приводимого в действие пружиной размыкателя цепи содержит вал накопления энергии, жестко соединенный с кулачком управления закрытием, большую шестерню, жестко соединенную с валом накопления энергии, и малую шестерню, выполненную с возможностью зацепления с большой шестерней и привода от электродвигателя через понижающую передачу, причем часть большой шестерни, обращенная к малой шестерни в положении фиксации накопления энергии, выполнена с областью без зубьев и с первым и вторым зубьями; полость выполнена в большой шестерне в области без зубьев и с первым и вторым зубьями и в части большой шестерни, размещенной в обратном направлении от области без зубьев и с первым и вторым зубьями, кулачок муфты сцепления, выполненный с возможностью возврата в исходное положение посредством возвратной пружины, размещен в полости, большая шестерня содержит первый зуб, второй зуб и нейтральное положение между первым зубом и вторым зубом в области без зубьев и с первым и вторым зубьями; и по завершении последовательности операций накопления энергии малая шестерня нажимает на первый зуб большой шестерни для перемещения большой шестерни и вала накопления энергии в положение фиксации накопления энергии, расположенное на удалении от мертвой зоны трения, и затем происходит автоматическое выведение малой шестерни из зацепления с большой шестерней.
[0009] В качестве дополнительного усовершенствования настоящей заявки первый зуб большой шестерни расположен впереди области без зубьев и с первым и вторым зубьями большой шестерни в направлении поворота; первый зуб сформирован из зуба, размещенного впереди области без зубьев и с первым и вторым зубьями, причем большая часть обратной стороны удалена и небольшая часть передней стороны оставлена; и верхний конец, где происходит схождение двух сторон оставленной части, содержит дуговую переходную поверхность.
[0010] В качестве дополнительного усовершенствования настоящей заявки нейтральное положение с одним пропущенным зубом размещено в обратном направлении от первого зуба большой шестерни, а передний конец кулачка муфты сцепления, размещенного в полости большой шестерни, выдвинут в нейтральное положение; в имеющем место при возврате предельном положении кулачка муфты сцепления передний конец кулачка муфты сцепления размещен между отсутствующим зубом и первым зубом; передний конец кулачка муфты сцепления приведен в движение зубьями малой шестерни для втягивания в полость внутри большой шестерни при повороте малой шестерни; и в случае отсутствия блокировки кулачка муфты сцепления при выполнении поворота малой шестерней или ее остановке передний конец кулачка муфты сцепления вновь установлен в предельное положение возврата возвратной пружиной кулачка муфты сцепления.
[0011] В качестве дополнительного усовершенствования настоящей заявки кулачок муфты сцепления подвижно соединен со штифтом вала, прикрепленным к большой шестерне через отверстие в кулачке муфты сцепления, причем отверстие в кулачке муфты сцепления выполнено в виде продолговатого отверстия.
[0012] В качестве дополнительного усовершенствования настоящей заявки кулачок муфты сцепления дополнительно содержит расширенную часть, наклоненную к одной стороне в направлении, близком к оси большой шестерни.
[0013] В качестве дополнительного усовершенствования настоящей заявки второй зуб размещен в положении, отклоненном вперед от зуба, отсутствующего в этом положении, и ближе к нейтральному положению.
[0014] В качестве дополнительного усовершенствования настоящей заявки второй зуб большой шестерни имеет наружную окружность, коаксиальную с наружной окружностью зуба большой шестерни, причем радиус этой наружной окружности меньше радиуса наружной окружности зуба большой шестерни, глубина зуба меньше глубины зуба большой шестерни, и ширина зуба больше ширины зуба большой шестерни, и дуговая переходная поверхность выполнена в частях, где соединены поверхности зуба с двух сторон второго зуба и наружная окружность второго зуба.
[0015] В качестве дополнительного усовершенствования настоящей заявки область большой шестерни без зубьев и с первым и вторым зубьями сформирована посредством удаления трех зубьев большой шестерни.
[0016] В качестве дополнительного усовершенствования настоящей заявки вершины всех зубьев малой шестерни, входящих в зацепление с большой шестерней, имеют одинаковую форму и наклонная поверхность выполнена на передней стороне вершины каждого зуба малой шестерни в направлении поворота и образует острый угол с симметричной средней линией зуба, а дуговая переходная поверхность выполнена в частях, где соединены наклонная поверхность и поверхности зуба с эвольвентным профилем с двух сторон зуба.
[0017] В качестве дополнительного усовершенствования настоящей заявки количество зубьев малой шестерни равно 8 или больше чем 8.
[0018] В качестве дополнительного усовершенствования настоящей заявки две стороны переднего конца кулачка муфты сцепления представляют собой две дуговые поверхности; расстояние между двумя дуговыми поверхностями переднего конца меньше ширины зуба большой шестерни; внешняя сторона переднего конца кулачка муфты сцепления имеет наклонную поверхность, наклоненную к внутренней части большой шестерни от задней части к передней, а дуговая переходная поверхность выполнена в тех частях, где соединены наклонная поверхность и две дуговые поверхности на этих двух сторонах.
[0019] В качестве дополнительного усовершенствования настоящей заявки возвратная пружина кулачка муфты сцепления выполнена в виде спиральной сжатой пружины, которая может содержать или не содержать направляющий стержень.
[0020] В качестве дополнительного усовершенствования настоящей заявки возвратная пружина кулачка муфты сцепления может быть выполнена в виде пружины кручения или пластинчатой пружины.
[0021] Кулачок муфты сцепления может выполнять поворот и отклонение относительно штифта вала, размещенного на большой шестерне в области полости. Стопорный штифт дополнительно размещен на большой шестерне для определения положения возврата при внешнем отклонении кулачка муфты сцепления в направлении радиуса.
[0022] Муфта сцепления по настоящей заявке может быть приспособлена к приводимому в действие пружиной приспособлению, остальная часть которого содержит различные структуры, а отключающая и закрывающая пружина приспособления может быть выполнена в любом виде, например, как спиральная пружина, цилиндрическая пружина, дисковая пружина, стержневая пружина кручения.
[0023] Большая шестерня имеет нейтральное положение при отсутствии одного зуба в середине области без зубьев и с первым и вторым зубьями, а первый и второй зубья размещены, соответственно, в направлении вперед и назад от отсутствующего зуба. Зуб, размещенный вперед от отсутствующего зуба в направлении поворота, представляет собой первый зуб. Первый зуб выполнен из зуба, размещенного в этом положении, посредством удаления большей части задней стороны и сохранения небольшой части передней стороны, причем верхний конец, где происходит схождение двух сторон оставленной части, имеет дуговую переходную поверхность, а форма и размер оставленной части должны гарантировать согласование с размером максимального внешнего круга малой шестерни. Электродвигатель получает электропитание для выполнения поворота и заставляет закрывающую пружину запасать энергию через систему зубчатой силовой передачи, и когда последовательность операций накопления энергии закрывающей пружиной достигает положения фиксации накопления энергии, малая шестерня сильно нажимает на большую шестерню и вал накопления энергии для прохождения через мертвую точку и дальнейшего перемещения за пределы мертвой зоны трения на подходящий небольшой угол и, таким образом, большая шестерня может далее выполнить поворот на малый угол для достижения положении фиксации накопления энергии при воздействии вращающего момента, вырабатываемого закрывающей пружиной. При работе системы зубчатой силовой передачи штифт подвески пружины, размещенный на большой шестерне или на других компонентах, жестко соединенных с валом накопления энергии, может деформировать закрывающую пружину посредством рычага или цепи, соединенных со штифтом подвески пружины, реализуя, тем самым, накопление энергии закрывающей пружиной. При достижении последовательностью операций накопления энергии положения фиксации накопления энергии ролик фиксации накопления энергии, размещенный на большой шестерне или на других компонентах, жестко соединенных с валом накопления энергии, блокирован стопором фиксации накопления энергии, размещенным на кронштейне приспособления, посредством чего происходит удержание закрывающей пружины в положении накопления энергии. При подаче электропитания на выполняющий рассоединение электромагнит для начала его работы, стопор фиксации накопления энергии может выполнять свободный поворот и положение ролика фиксации накопления энергии не может быть ограничено. В этом случае закрывающая пружина высвобождает энергию и принуждает вал накопления энергии и большую шестерню выполнять поворот, тем самым выполняя быстрое действие закрытия и заставляя размыкатель цепи завершить операцию закрытия. В области без зубьев и с первым и вторым зубьями большой шестерни второй зуб размещен в обратном направлении от отсутствующего зуба в направлении поворота. Второй зуб размещен в положении, которое отклонено вперед от зуба (отсутствующего), размещенное в обратном направлении от нейтрального положения. Поверхности зуба с двух сторон второго зуба представляют собой дуговые поверхности, которые очень похожи на поверхность эвольвентного зуба большой шестерни. Ширина второго зуба меньше ширины зуба большой шестерни, наружная окружность шестерни коаксиальна с наружной окружностью зуба большой шестерни и имеет диаметр, меньший диаметра наружной окружности зуба большой шестерни, а глубина зуба намного меньше глубины зуба большой шестерни. Дуговая переходная поверхность с меньшим радиусом выполнена в частях, где соединены эти две боковых поверхности и дуговая поверхность на наружной окружности второго зуба.
[0024] Кулачок муфты сцепления выполнен в полости большой шестерни в области без зубьев и с первым и вторым зубьями и в части, близкой к области без зубьев и с первым и вторым зубьями, причем кулачок муфты сцепления соединен с возможностью выполнения поворота со штифтом вала, размещенным с задней стороны полости большой шестерни, в направлении поворота. При приближении к окончательному положению накопления энергии и к положению фиксации накопления энергии кулачок муфты сцепления нажат зубьями выполняющей поворот малой шестерни для выполнения наклона к внутренней части полости, чтобы, таким образом, не мешать повороту малой шестерни. При выполнении поворота зубом малой шестерни для выхода из зацепления с кулачком муфты сцепления кулачок муфты сцепления может выполнять отклонение по направлению к внешней части полости для возврата в исходное положение посредством возвратной пружины, размещенной внутри передней части полости большой шестерни. Положение возврата в исходное положение кулачка муфты сцепления при выполнении последовательности операций отклонения для возврата в исходное положение ограничено стопорным штифтом, размещенным внутри передней и внешней частей полости большой шестерни. В положении возврата передний конец кулачка муфты сцепления размещен в положении, которое отклонено вперед в направлении поворота от отсутствующего зуба большой шестерни на подходящий угол. Две стороны переднего конца кулачка муфты сцепления представляют собой две дуговые поверхности с большим радиусом, а расстояние (то есть, ширина) между этими двумя дуговыми поверхностями переднего конца намного меньше ширины зуба большой шестерни. Внешняя сторона переднего конца кулачка муфты сцепления представляет собой наклонную поверхность, наклоненную к внутренней части большой шестерни от задней части к передней, и дуговая переходная поверхность с малым радиусом выполнена в частях, где соединены наклонная поверхность и две дуговые поверхности с этих двух сторон. При нахождении кулачка муфты сцепления в положении возврата его передний конец размещен внутри наружной окружности большой шестерни и отстоит от наружной окружности на большое расстояние. Отверстие в кулачке муфты сцепления, который подвижно соединен со штифтом вала большой шестерни, выполнено не в виде обычного круглого отверстия, а продолговатого отверстия, состоящего из двух смежных полукругов. Линия, соединяющая два центра этих двух полукругов, наклонена к внешней части большой шестерни, соответственно, в направлении от задней части к передней. Кроме того, кулачок муфты сцепления дополнительно снабжен большей частью, имеющей больший объем и выступающей к внутренней части большой шестерни.
[0025] Вершины всех зубьев малой шестерни, зацепленной с большой шестерней, имеют одинаковую форму и наклонная поверхность выполнена на передней стороне вершины каждого зуба малой шестерни в направлении поворота и образует острый угол с симметричной средней линией зуба, и дуговая переходная поверхность с малым радиусом выполнена в частях, где соединены наклонная поверхность и поверхности эвольвентного зуба с двух сторон зуба. Самое большое расстояние от вершины зуба до оси малой шестерни немного меньше радиуса наружной окружности зуба.
[0026] Кроме того, при использовании настоящей заявки в приводимом в действие пружиной приспособлении с большой рабочей мощностью или со сверхбольшой рабочей мощностью большая шестерня и малая шестерня в муфте сцепления должны иметь больший модуль, большое передаточное отношение и меньшее количество зубьев (в частности, малая шестерня имеет особенно мало зубьев). Обе шестерни могут использовать шестерню с положительным смещением исходного контура зацепления и имеющей большой коэффициент этого смещения, так что шестерни могут передавать высокий вращающий момент или сверхвысокий вращающий момент, не имея большого диаметра.
[0027] По сравнению с обычной технологией настоящая заявка обладает следующими преимуществами.
[0028] 1) При приближении закрывающей пружины к положению фиксации накопления энергии малая шестерня автоматически выходит из зацепления с большой шестерней, чтобы гарантировать, что при отключении приводного электродвигателя от электропитания (даже если он не может быть отключен от электропитания вследствие неожиданного отказа) и его повороте по инерции компоненты фиксации закрытия и все другие компоненты не будут подвергнуты воздействию дополнительной ударной силы, вырабатываемой инерцией поворота электродвигателя.
[0029] 2) При приближении последовательности операций накопления энергии закрывающей пружиной к положению фиксации накопления энергии малая шестерня определенно способна нажать на большую шестерню и вал накопления энергии для достижения подходящего положения, а большая шестерня и вал накопления энергии могут определенно быть приводимы в движение вращающим моментом, вырабатываемым закрывающей пружиной, для выполнения поворота на подходящий малый угол для достижения положения фиксации накопления энергии. Таким образом, обеспечены надежность и стабильность выполнения последовательности операций накопления энергии, что делает невозможной ситуацию, в которой для гарантии надежности выполнения последовательности операций накопления энергии закрывающая пружина должна приводить в движение устройство с целью выполнения поворота на большой угол вследствие ограничений, вызываемых структурными характеристиками обычной муфты сцепления, что может вызвать большую ударную силу.
[0030] 3) При достижении последовательностью операций накопления энергии положения фиксации накопления энергии, независимо от случайного места остановки малой шестерни после поворота по инерции, большая шестерня и малая шестерня способны надежно и стабильно входить в повторное зацепление друг с другом при повороте большой шестерни вследствие быстрого действия по закрытию, причем в любом случае не будет иметь место ситуация с застреванием большой шестерни и малой шестерни и невозможностью выполнения действия закрытия.
[0031] 4) При достижении последовательностью операций накопления энергии положения фиксации накопления энергии малая шестерня может случайным образом остановиться в любых возможных положениях после поворота по инерции. Но только в малом угловом диапазоне вышеупомянутого положения остановки малой шестерни кулачок муфты сцепления (то есть, подвижный компонент, имеющий низкую прочность) может быть подвергнут соударению, вырабатываемому при высвобождении энергии закрывающей пружиной, при выполнении большой шестерней холостого поворота при выполнении последовательности операций повторного зацепления между большой шестерней и малой шестерней. Максимальный угол холостого хода большой шестерни, который может вызвать соударение, очень мал и холостой ход большой шестерни происходит только в начальной стадии последовательности операций по высвобождению энергии и, таким образом, соударение, прилагаемое к кулачку муфты сцепления, очень мало. Следовательно, к кулачку муфты сцепления предъявляют низкие требования относительно прочности и он не обязательно должен быть выполнен из материалов, получаемых в ходе способа обработки с высокой интенсивностью или способа со специальной обработкой. Кулачок муфты сцепления имеет небольшой размер (то есть, он тоньше) и низкую стоимость.
Краткое описание чертежей
[0032] На фиг. 1 схематически показан вид муфты сцепления в положении фиксации накопления энергии согласно настоящей заявке.
[0033] На фиг. 2 схематически показано положение остановки большой шестерни при нахождении муфты сцепления по настоящей заявке в состоянии, в котором завершено быстрое действие закрытия, выполненная посредством высвобождения энергии закрывающей пружиной, а электродвигатель еще не получает электропитания для накопления энергии.
[0034] На фиг. 3а схематически показан увеличенный вид, демонстрирующий структурные особенности основных компонентов муфты сцепления согласно настоящей заявке (в положении фиксации накопления энергии).
[0035] На фиг. 3b показан увеличенный частичный вид малой шестерни.
[0036] На фиг. 4а схематически показан вид, демонстрирующий положения остановки (с высокой вероятностью возникновения) малой шестерни после поворота по инерции, диапазон, в котором кулачок муфты сцепления может быть подвергнут соударению, и операция в начальной стадии быстрого действии закрытия для повторного зацепления.
[0037] На фиг. 4b и 4с схематически показаны виды, демонстрирующие последовательность операций повторного зацепления большой шестерни и малой шестерни при быстром действии закрытия, выполняемых после фиг. 4а.
[0038] На фиг. 5а схематически показан вид, демонстрирующий, что малая шестерня остановилась в переднем положении по фиг. 4а после поворота по инерции и вступила в соприкосновение с кулачком муфты сцепления в положении фиксации накопления энергии, и зубья большой шестерни и малой шестерни вступают в соприкосновение друг с другом в начальной стадии последовательности операций повторного зацепления, причем большая шестерня выполняет поворот в результате быстрого действия закрытия для повторного зацепления с малой шестерней.
[0039] На фиг. 5b и 5с схематически показаны виды, демонстрирующие несколько положений остановки малой шестерни после поворота по инерции, где малая шестерня нажимает на кулачок муфты сцепления и приведена в соприкосновение с задней стороной переднего конца кулачка муфты сцепления.
[0040] На фиг. 5d схематически показан вид, демонстрирующий максимальный диапазон положения остановки малой шестерни после поворота по инерции, причем в этом диапазоне дуговая поверхность с малым радиусом в вершине зуба малой шестерни вступает в соприкосновение с дуговой поверхностью с малым радиусом на наиболее удаленной стороне переднего конца кулачка муфты сцепления, малая шестерня и кулачок муфты сцепления могут быть удержаны в этом положении, и кулачок муфты сцепления может приводить в движение малую шестерню, чтобы выполнять поворот посредством силы трения при быстром действии закрытия для повторного зацепления.
[0041] На фиг. 6а и 6b схематически показаны виды, демонстрирующие непрерывное изменение положения малой шестерни, при котором кулачок муфты сцепления втянут возвратной пружиной и выполняет отклонение во внешнем направлении для нажатия на малую шестерню, чтобы заставить ее выполнять поворот до тех пор, пока малая шестерня не выполнит остановку в положениях 5Е, 5Е2, 6Е и 6bE, причем малая шестерня выполняет остановку в положении, расположенном на передней границе диапазона (или дальше ее) на фиг. 5d после поворота по инерции.
[0042] На фиг. 7а схематически показан вид, демонстрирующий последовательность операций, в ходе которой в начальной стадии быстрого действия закрытия для зацепления кулачок муфты сцепления под действием штифта 8 (8E-8F-8E1) вала сначала выполняет отклонение вовнутрь, затем отклонение вперед и затем отклонение во внешнем направлении, чтобы войти в соприкосновение с малой шестерней при остановке малой шестерни после поворота по инерции, в диапазоне по фиг. 5d.
[0043] На фиг. 7b схематически показан вид, демонстрирующий последовательность операций, в ходе которой последовательность операций повторного зацепления все же успешно выполнена, даже если кулачок муфты сцепления все же приводит в движение малую шестерню для выполнения поворота в быстром действии закрытия вследствие неожиданной причины, причем малая шестерня выполняет остановку после поворота по инерции в диапазоне по фиг. 5d.
[0044] На фиг. 8 схематически показан вид, демонстрирующий структуру обычной муфты сцепления.
[0045] На фиг. 9 схематически показан вид, демонстрирующий структуру другой обычной муфты сцепления.
[0046] На фиг. 10 схематически показан вид, демонстрирующий структуру еще одной обычной муфты сцепления.
[0047] Замечания: схематические виды, показывающие относительные положения штифта 8 вала на большой шестерне и продолговатого отверстия ба кулачка муфты сцепления, соответствующие различным положениям большой шестерни и кулачка муфты сцепления во всех фигурах, показаны в нижних частях фигур от 4а до 7b.
[0048] Позиционные обозначения:
1 - вал накопления энергии,
2 - кулачок управления закрытием;
3 - возвратная пружина кулачка муфты сцепления;
4 - большая шестерня;
4а - первый зуб;
4b - нейтральное положение;
4с - второй зуб;
4d - первый зуб расположенный в обратном направлении от области без зубьев и с первым и вторым зубьями;
5 - малая шестерня;
6 - кулачок муфты сцепления; ба - продолговатое отверстие;
6b - передний конец кулачка муфты сцепления;
7 - стопорный штифт;
8 - штифт вала;
9 - штифт подвески пружины; и
10 - ролик фиксации положения накопления энергии.
[0049] На фиг. 1 и 2 символы D и S добавлены позади позиционного обозначения 9 для указания на два специальных положения штифта подвески пружины. Позиционное обозначение 9D указывает на положение штифта подвески пружины при минимальной деформации и минимальной запасенной энергии закрывающей пружины. Позиционное обозначение 9D указывает на положение штифта подвески пружины при максимальной деформации и максимальной запасенной энергии закрывающей пружины, что представляет собой положение мертвой точки.
[0050] На фигурах от 4а до 7b символы Е и F добавлены позади основных позиционных обозначений для указания на два различных положения одного и того же компонента. При наличии у компонента трех положений на одной и той же фигуре могут быть добавлены цифра или символ Z. Символ Z указывает, что часть компонента размещена в положении между положением Е и положением F. Цифра добавлена позади позиционных обозначений 5Е и 5F, указывающих на положения малой шестерни 5 (например 5Е2, 5F1), для указания на последовательный номер конкретного зуба на фигурах.
Подробное описание изобретения
[0051] Варианты реализации настоящей заявки подробно описаны ниже со ссылками на чертежи и конкретные примеры.
[0052] Как показано на фиг. 1, муфта сцепления системы зубчатой силовой передачи приводимого в действие пружиной приспособления размыкателя цепи согласно настоящей заявке содержит вал 1 накопления энергии, жестко соединенный с кулачком 2 управления закрытием, большую шестерню 4, жестко соединенную с валом 1 накопления энергии, малую шестерню 5, выполненную с возможностью зацепления с большой шестерней 4 и приводимую в движение электродвигателем через понижающую передачу (электродвигатель и понижающая передача не показаны), и кулачок 6 муфты сцепления, выполненный с возможностью повторной установки посредством возвратной пружины 3.
[0053] Как показано на фиг. 1 и 3а, часть большой шестерни 4, которая обращена к малой шестерне 5 в положении фиксации накопления энергии, содержит область без зубьев и с первым и вторым зубьями, причем эта область занимает место трех зубьев большой шестерни 4. Большая шестерня 4 снабжена внутренней полостью, показанной штриховой линией на фигуре в области без зубьев и с первым и вторым зубьями и в части большой шестерни 4, которая соседствует с областью без зубьев и с первым и вторым зубьями и размещена в обратном направлении относительно направления поворота, показанного стрелкой на фигуре. Большая шестерня 4 снабжена стопорным штифтом 7 и штифтом 8 вала во внутренней полости. Три зуба, пропущенных в области без зубьев и с первым и вторым зубьями большой шестерни 4, показаны штриховой линией на фиг. 3. Первый зуб 4а большой шестерни 4 образован из зуба прямо перед областью без зубьев и с первым и вторым зубьями, причем большая часть с задней стороны удалена, а небольшая часть на передней стороне оставлена, и верхний конец, где происходит схождение двух сторон оставшейся части, превращен в дуговую переходную поверхность. Нейтральное положение 4b, образованное посредством удаления зуба, размещено в обратном направлении от первого зуба 4а большой шестерни. Второй зуб 4с большой шестерни размещен в обратном направлении от нейтрального положения 4b. Первый зуб 4d, размещенный в обратном направлении от области без зубьев и с первым и вторым зубьями, размещен непосредственно в обратном направлении от второго зуба 4с. Второй зуб 4с размещен в положении, которое смещено вперед от зуба (отсутствующего), размещенного в обратном направлении от нейтрального положения 4b. Поверхности зуба с двух сторон второго зуба 4с представляют собой дуговую поверхность, очень похожую на поверхность профиля эвольвентного зуба большой шестерни. Второй зуб 4с имеет ширину зуба, меньшую ширины зуба большой шестерни, наружную окружность шестерни, коаксиальную с наружной поверхностью зуба большой шестерни и имеющую диаметр, меньший диаметра наружной окружности зуба большой шестерни, и глубину зуба, намного меньшую глубины зуба большой шестерни (в этом примере реализации глубина второго зуба 4с составляет 49% от глубины зуба большой шестерни). Переходная дуговая поверхность с меньшим радиусом выполнена в тех частях, где соединены эти две боковые поверхности и дуговая поверхность на наружной окружности второго зуба.
[0054] Как показано на фиг. 1 и 3а, кулачок 6 муфты сцепления размещен во внутренней полости, обозначенной штриховой линией, большой шестерни 4. Кулачок 6 муфты сцепления содержит продолговатое отверстие 6а, состоящее из двух смежных полукругов. В положении возврата кулачка 6 муфты сцепления, линия, соединяющая два центра этих двух полукругов, наклонена к внешней стороне большой шестерни 4 в направлении от задней части к передней. Кулачок 6 муфты сцепления подвижно соединен со штифтом 8 вала на большой шестерне 4 через продолговатое отверстие 6а, а кулачок 6 муфты сцепления способен выполнять отклонение относительно штифта 8 вала и способен выполнять поступательное перемещение и отклонение в направлении линии, соединяющей центры этих двух полукругов. При выполнении малой шестерней 5 поворота в направлении, обозначенном стрелкой на фигуре, зубья малой шестерни нажимают на передний конец 6b кулачка муфты сцепления для выполнения отклонения по направлению к внутренней части внутренней полости, и при продолжении выполнения поворота зубьями малой шестерни 5 и выведения их из зацепления с передним концом 6b кулачка муфты сцепления кулачок 6 муфты сцепления выполняет отклонение во внешнем направлении для возврата в исходное положение под действием возвратной пружины 3, а стопорный штифт 7 на большой шестерне 4 ограничивает положение возврата кулачка 6 муфты сцепления. При нахождении кулачка 6 муфты сцепления в положении возврата передний конец 6b кулачка муфты сцепления размещен между вторым отсутствующим зубом, показанным штриховой линией в нейтральном положении 4b, и первым зубом 4а большой шестерни, показанным на фиг. 3а. Две стороны переднего конца 6b кулачка муфты сцепления представляют собой две дуговые поверхности с большим радиусом, а расстояние (то есть, ширина) между двумя дуговыми поверхностями переднего конца намного меньше ширины зуба большой шестерни. Внешняя сторона переднего конца 6b кулачка муфты сцепления содержит наклонную поверхность, наклоненную к внутренней части большой шестерни от задней части к передней, а дуговая переходная поверхность с малым радиусом выполнена в тех частях, где соединены наклонная поверхность и две дуговые поверхности с этих двух сторон. При нахождении кулачка 6 муфты сцепления в положении возврата передний его конец 6b размещен на наружной окружности большой шестерни и отделен от наружной окружности большим расстоянием. Кроме того, кулачок 6 муфты сцепления дополнительно содержит большую часть, имеющую большой размер в направлении ко внутренней части внутренней полости большой шестерни, и вследствие инерции этой большой части муфта сцепления обладает улучшенными рабочими характеристиками сцепления.
[0055] Как показано на фиг. 1 и 3а, в муфте сцепления малая шестерня 5, зацепленная с большой шестерней 4, размещена в положении, обращенном к области без зубьев и с первым и вторым зубьями большой шестерни, в положении фиксации накопления энергии. Вершины зубьев для всех зубьев малой шестерни 5 имеют одинаковую форму (ссылка может быть сделана на увеличенное изображение на фиг. 3d). На передней стороне каждого зуба малой шестерни 5 в направлении поворота, показанного стрелкой на фигуре, наклонная поверхность выполнена на вершине этих зубьев и образует острый угол с симметричной средней линией зуба. Переходная дуговая поверхность с малым радиусом выполнена в частях, где соединены наклонная поверхность и поверхности эвольвентного зуба с двух сторон зуба. Самое большое расстояние от самой внешней стороны вершины зуба до оси малой шестерни 5 немного меньше радиуса наружной окружности зуба большой шестерни.
[0056] В системе зубчатой силовой передачи, содержащей муфту сцепления по настоящей заявке, должна быть выполнена односторонняя муфта сцепления, обычно размещенная в приводимом в действие пружиной приспособлении, гарантирующая, что большая шестерня и малая шестерня муфты сцепления могут выполнять поворот только в одном направлении, обозначенном стрелкой на фигуре.
[0057] Ниже будут описаны принцип работы и рабочие характеристики сцепления для муфты сцепления по настоящей заявке.
[0058] Муфта сцепления по настоящей заявке предназначена для системы зубчатой силовой передачи для запасания энергии в закрывающей пружине приводимого в действие пружиной приспособлении размыкателя цепи. Ссылка сделана на фиг. 1 и 2. При подаче электропитания электродвигатель выполняет поворот для приведения в движение малой шестерни 5 через понижающую передачу (не показана), чтобы выполнить поворот против часовой стрелки, как показано стрелкой на фигуре, и большая шестерня 4 приведена в движение для выполнения поворота по часовой стрелке, как показано стрелкой на фигуре, из положения остановки, как показано на фиг. 2, после окончания быстрого действия закрытия посредством энергии, высвобождаемой закрывающей пружиной, пока большая шестерня 4 не достигнет положении фиксации накопления энергии, как показано на фиг. 1. Во время поворота штифт 9 подвески пружины, прикрепленный к большой шестерне 4, приводит в движение закрывающую пружину приспособления через цепь или рычаг (не показаны), чтобы запасти энергию. При выполнении штифтом 9 подвески пружины поворота к положению мертвой точки 9S (на штрихпунктирной линии S) на фиг. 1 закрывающая пружина обладает максимальной деформацией и максимальной запасенной энергией. После прохождения штифтом 9 подвески пружины мертвой точки зубья малой шестерни 5 могут сильно нажать на первый зуб 4а большой шестерни 4 для выхода за пределы мертвой зоны трения на подходящий малый угол (этот малый угол, то есть, угол β, должен быть выбран соответствующим образом для надежного выполнения последующих операций). При достижении штифтом 9 подвески пружины положения на штрихпунктирной линии В, вращающего момента, вырабатываемого закрывающей пружиной в этом положении, достаточно для приведения в движение большой шестерни 4 с целью выполнения поворота, и под воздействием закрывающей пружины большая шестерня 4 выполняет дальнейший поворот на угол β для достижения положения фиксации накопления энергии на штрихпунктирной линии А. В это время ролик 10 фиксации положения накопления энергии, размещенный на большой шестерне 4, остановлен стопорным элементом фиксации накопления энергии (не показан), размещенным на кронштейне приспособления, и, таким образом не может продолжить выполнять поворот, достигая, посредством этого, фиксации состояния накопления энергии закрывающей пружиной. Фактически, пока штифт 9 подвески пружины выполняет поворот к положению, размещенному как раз за границей мертвой зоны трения (перед достижением линии В на фиг. 1), закрывающая пружина в состоянии приводить в движение большую шестерню для выполнения поворота, и причина, по которой малая шестерня 5 выполнена с возможностью сильного нажатия на первый зуб 4а для выхода за пределы мертвой зоны на подходящий малый угол, состоит в том, чтобы гарантировать надежность работы и обеспечение необходимого допуска. При условии обеспечения надежности операции устройство может гарантировать, что угол α, на который положение фиксации накопления энергии выходит за пределы положения мертвой точки, мал и в этом примере реализации угол α равен 5 градусам. Вследствие малости угла α сила воздействия на стопорный элемент фиксации накопления энергии со стороны ролика 10 фиксации положения накопления энергии, вызванная высвобождением энергии закрывающей пружиной, мала, а доступная энергия пружины, остающаяся в положении фиксации накопления энергии, велика, что, таким образом, устраняет недостатки некоторых устройств с первым и вторым типом муфт сцепления, в которых вследствие недостатков их структурных характеристик должен быть использован больший угол α для гарантии надежности операции по накоплению энергии, что может приводить к возникновению большей интенсивности удара при высвобождении энергии пружиной и к недостаточной величине доступной энергии пружины.
[0059] Прежде чем операция по накоплению энергии достигнет положения фиксации накопления энергии, показанного на фиг. 1, нажимной переключатель отключит электропитание электродвигателя, однако, вследствие инерции малая шестерня 5 будет продолжать выполнение поворота. При достижении положении фиксации накопления энергии, показанном на фиг. 1, малая шестерня 5 будет выведена из зацепления с большой шестерней 4 и при вызванном инерцией повороте малая шестерня может нажать на передний конец 6b кулачка муфты сцепления для отвода назад и при этом малая шестерня 5 не может быть в соприкосновении с большой шестерней и, таким образом, ролик 10 фиксации положения накопления энергии, устройство останова при фиксации накопления энергии и другие связанные части не будет подвергнуты дополнительному соударению, вызванному инерцией выполняющего поворот электродвигателя, понижающей передачи и малой шестерни.
[0060] После отключения электропитания электродвигателя положение остановки малой шестерни 5 после поворота по инерции случайно. Поскольку малая шестерня 5 может выполнить останов в различных положениях, последовательность операций повторного зацепления большой шестерни 4 и малой шестерни 5 отлична при быстром действии закрытия, выполняемом высвобождаемой энергией закрывающей пружины. При любом месте случайной остановки малой шестерни 5 муфта сцепления по настоящей заявке может успешно выполнить надежную и стабильную последовательность операций повторного зацепления. Возможные положения остановки малой шестерни 5 показаны на фигурах от 4а до 7b, причем некоторые фигуры иллюстрируют последовательность операций повторного зацепления малой шестерни и большой шестерни при быстром действии закрытия после останова малой шестерни 5 в определенном положении.
[0061] Как показано на фиг. 4а, положения 5Е и 5Е1 представляют собой самые вероятные положения остановки малой шестерни 5 после прекращения электропитания электродвигателя. В этом случае зуб 1 при остановке малой шестерни в положении 5Е1 приведен в соприкосновение с передним концом 6b кулачка муфты сцепления, который находится в положении фиксации накопления энергии и повторно установлен (в положении 6bE). На этой фигуре положения 5Е, 5Е1 и 5F, 5F1 представляют собой границы с двух сторон диапазона положений, в котором может иметь место остановка малой шестерни при нажатии на малую шестерню передним концом 6b кулачка 6 муфты сцепления для выполнения поворота при повторном зацеплении. При останове малой шестерни в этом диапазоне при выполнении последовательности операций повторного зацепления большой шестерни и малой шестерни, выполненной в ходе быстрого действия закрытия, передний конец 6b кулачка муфты сцепления может сначала выполнить поворот на холостом ходу на малый угол (максимальная величина этого малого угла показана как угол θ на фигуре, а минимальная величина этого малого угла составляет 0 градусов), и затем нажать на зуб 1 малой шестерни для выполнения поворота до тех пор, пока зуб 1 малой шестерни не выполнит поворот до положения 5F1, а передний конец кулачка муфты сцепления не достигнет положения 6bF, и в это время второй зуб большой шестерни достигает положения 4CF и вступает в соприкосновение с зубом 2 малой шестерни, который размещен в положении 5F2. При выполнении последующей последовательности операций поворота передний конец 6b кулачка муфты сцепления выведен из зацепления с зубом 1 малой шестерни и, вместо этого, второй зуб большой шестерни нажимает на зуб 2 малой шестерни для выполнения поворота. Затем, как показано на фиг. 4b, из положения 4CF большой шестерни и положения 5F2 малой шестерни, которые совпадают с положениями, показанными на фиг. 4а, второй зуб 4С большой шестерни нажимает на зуб 2 малой шестерни 5 для выполнения поворота с целью прохождения через средние положения 4CEZ и 5E2Z и затем достижения положений 4СЕ и 5Е2. В это время первый зуб 4d, размещенный в обратном направлении от области без зубьев и с первым и вторым зубьями большой шестерни 4, выполняет поворот к положению 4dE и вступает в соприкосновение с зубом 3 малой шестерни, который в то же самое время выполняет поворот к положению 5ЕЗ. В последующей последовательности операций поворота второй зуб 4С большой шестерни выведен из зацепления с зубом 2 малой шестерни, и вместо этого зуб 4d большой шестерни 4 толкает зуб 3 малой шестерни для выполнения поворота. После этого последовательность операций состоит в силовой передаче между зубьями большой шестерни и зубьями малой шестерни, как показано на фиг. 4С.
[0062] На фиг. 5а показано, как после поворота по инерции малая шестерня 5 остановилась в положениях 5Е1 и 5Е2, размещенных за передней границей диапазона, показанного на фиг. 4а, и где малая шестерня 5 не приведена в соприкосновение с двумя сторонами переднего конца 6b кулачка муфты сцепления в положении 6bE. При выполнении быстрого действия закрытия с целью повторного зацепления большая шестерня 4 выполняет холостой поворот на некоторый угол, второй зуб 4С большой шестерни 4 выполняет поворот от положения 4СЕ к положению 4CF и приходит в соприкосновение с зубом 2 малой шестерни, который размещен в положении 5Е2, а передний конец 6b кулачка муфты сцепления достигает положения 6bF, однако передний конец 6b все еще не в состоянии войти в соприкосновение с зубом 1 малой шестерни 5 в положении 5Е1, которая не выполняет поворот. Затем второй зуб 4С большой шестерни нажимает на зуб 2 малой шестерни для выполнения поворота, и после выполнения последовательности операций, подобной той, что показана на фиг. 4b и 4С, последующая последовательность операций представляет собой силовую передачу между зубьями большой шестерни и зубьями малой шестерни.
[0063] На фиг. 5b и 5С показано, как после поворота по инерции малая шестерня выполняет остановку в положениях, которые приведены в соприкосновение с задней стороной переднего конца 6b кулачка муфты сцепления. Три положения показаны на фигурах в качестве примеров. В положении 5Е2 на фиг. 5b зуб 2 малой шестерни приведен в соприкосновение с задней стороной переднего конца 6b в положении возврата (6bE). В положениях 5F2 и 6bF на фиг. 5b и в положениях 5Е2 и 6bE на фиг. 5С передний конец 6b кулачка муфты сцепления уже нажат малой шестерней для выведения из зацепления со стопорным штифтом 7 и выполняет отклонение во внутреннем направлении на определенный угол. В таких положениях при выполнении большой шестернью 4 поворота вследствие быстрого действия закрытия большая шестерня 4 может выполнять холостой поворот на различные углы, соответствующие положениям остановки малой шестерни 5, а второй зуб 4С большой шестерни 4 повторно зацеплен с зубом 2 малой шестерни для приведения в движение малой шестерни с целью выполнения поворота. Затем, после выполнения последовательности операций, подобных операциям на фиг. 4b и 4С, последующая последовательность операций представляет собой силовую передачу между зубьями.
[0064] На фиг. 5d показан максимальный диапазон положений остановки малой шестерни после поворота по инерции, причем в этом диапазоне дуговая поверхность с малым радиусом на вершине зуба малой шестерни 5 приведена в соприкосновение с дуговой поверхностью с малым радиусом на самой внешней стороне переднего конца 6b кулачка муфты сцепления и малой шестерни, кулачок муфты сцепления может быть удержан в этом положении и кулачок муфты сцепления может приводить в движение малую шестерню для выполнения поворота посредством силы трения при быстром действии закрытия с целью повторного зацепления. В том случае, когда малая шестерня не достигла положения 5Е2 (где малая шестерня приведена в соприкосновение с передним концом 6b кулачка муфты сцепления в положении 6bE) при своей остановке, кулачок муфты сцепления не может приводить в движение малую шестерню для выполнения поворота, даже при достижении коэффициентом трения максимального значения сухого трения без смазки, и, таким образом, в этом случае последовательность операций повторного зацепления совпадает с последовательностью операций на фиг. 5b и 5С, но угол холостого хода большой шестерни больше. В случае выхода малой шестерни за пределы положения 5F2 (где малая шестерня приведена в соприкосновение с передним концом 6b в положении 6bF) при своей остановке малая шестерня не может стабильно оставаться в этом положении и может претерпевать последующие изменения. Поскольку соединительное отверстие в кулачке муфты сцепления представляет собой специальное продолговатое отверстие, диапазон, показанный на фиг. 5d, может быть уменьшен и, таким образом, угол γ из этого диапазона, который представляет собой угол между двумя границами с двух сторон диапазона, очень мал.
[0065] На фиг. 6а и 6b показаны последовательные изменения положения малой шестерни в случае остановки малой шестерни 5 после поворота по инерции в положении на передней границе или за ее пределами в направлении поворота, как показано на фиг. 5d. При остановке малой шестерни в таком положении после полного истощения инерционной энергии частей, выполняющих поворот вместе с малой шестерней, кулачок муфты сцепления может выполнить перемещение назад в направлении, показанном стрелкой в кулачке на фиг. 6а, под действием силы пружины для возвратной пружины 3 кулачка муфты сцепления и поддерживающей силы вершины зуба малой шестерни 5, и отклонение во внешнем направлении под действием возвратной пружины 3. При перемещении кулачка муфты сцепления в обратном направлении продолговатое отверстие 6а кулачка муфты сцепления может выполнять перемещение из положения 6аЕ в положение 6aF, как показано на малых чертежах в нижней части фиг. 6а, пока левый промежуток между продолговатым отверстием 6а и штифтом 8 вала не будет полностью устранен, как показано в положениях 6аЕ и 8Е, и в то же самое время передний конец 6b кулачка муфты сцепления выполняет перемещение из положения 6bF в положение 6bE. Затем, как показано на фиг. 6b, кулачок 6 муфты сцепления и передний его конец 6b выполняют отклонение по направлению к внешней стороне, а при отклонении переднего конца 6b кулачка муфты сцепления малая шестерня 5 приведена в движение для выполнения поворота против часовой стрелки, как показано стрелкой, проходит через средние положения 5F2 и 6bF, показанные в качестве примеров, и наконец выполняет остановку в положениях 5Е2 и 6bE при остановке кулачка 6 муфты сцепления стопорным штифтом 7. По существу, положения 5Е2 и 6bE малой шестерни и кулачка муфты сцепления на фиг. 6b совпадают с положениями 5Е, 5Е1 и положениями 6е и 6bE, показанными на фиг. 4а. Вследствие инерции малой шестерни и по другим причинам малый промежуток может возникать между зубом малой шестерни и передним концом 6b кулачка муфты сцепления. Если до нажатия возвратной пружины 3 с целью перемещения малая шестерня, после поворота по инерции, остановилась в положении, показанном на фиг. 6а, в котором вершина зуба малой шестерни приведена в соприкосновение с наклонной поверхностью на внешней стороне переднего конца 6b кулачка муфты сцепления, или в положении, показанном на фиг. 6b, в котором задняя сторона зуба малой шестерни приведена в соприкосновение с малой дуговой поверхностью на передней стороне переднего конца 6b кулачка муфты сцепления, то кулачок муфты сцепления может все еще выполнять отклонение к внешней стороне под действием возвратной пружины 3, как описано выше, и приводить в движение малую шестерню 5 для выполнения поворота до остановки в положениях, показанных на фиг. 6b, которые представляют собой положения, показанные на фиг. 4а. Вследствие последующих изменений конечные положения остановки (положения 5Е1 и 6bE на фиг. 4а, то есть, положения 5Е2 и 6bE на фиг. 6а) имеют высокую вероятность возникновения. При быстром действии закрытия повторное зацепление большой шестерни и малой шестерни достигнуто при выполнении последовательности операций, показанных на фиг. 4а, фиг. 4b и фиг. 4с, по порядку.
[0066] Фиг. 7а иллюстрирует работу в начальной стадии быстрого действия закрытия для повторного зацепления при устойчивой остановке малой шестерни в диапазоне, показанном на фиг. 5d, после поворота по инерции. При быстром действии закрытия для повторного зацепления большая шестерня 4 выполняет поворот, штифт 8 вала на большой шестерне может выполнять перемещение из положения 8Е в положение 8F в продолговатом отверстии 6а кулачка муфты сцепления, как показано на малой фигуре в нижней части фиг. 7а. Продолговатое отверстие 6а кулачка муфты сцепления наклонено во внешнем направлении и, таким образом, при перемещении штифта 8 вала кулачок 6 муфты сцепления может быть приведен в движение штифтом 8 вала для отклонения во внутреннем направлении против часовой стрелки вокруг точки соприкосновения между передним концом 6b кулачка муфты сцепления и вершиной зуба малой шестерни. При выполнении штифтом 8 вала поворота к положению, где он приходит в соприкосновение с передней стороной продолговатого отверстия 6а кулачка муфты сцепления, который не выполняет поворот вперед, малая ударная сила может заставить кулачок муфты сцепления, имеющий малую полную массу, выполнить перемещение вперед, и в то же самое время, поскольку выдвинутая вовнутрь часть кулачка муфты сцепления обладает большими объемом, массой и инерцией, ускорение кулачка муфты сцепления невелико. Во время перемещения вперед кулачок муфты сцепления выполняет отклонение во внутреннем направлении по часовой стрелке вокруг штифта 8 вала и выведен из зацепления с вершиной зуба малой шестерни. Отклонение кулачка муфты сцепления во внутреннем направлении на начальной стадии последовательности операций поворота штифта 8 вала может усилить отклонение по часовой стрелке кулачка муфты сцепления во время перемещения кулачка муфты сцепления. Затем передний конец кулачка муфты сцепления выполняет отклонение во внешнем направлении под действием возвратной пружины 3 и снова приходит в соприкосновение с вершиной зуба малой шестерни, и в это время штифт 8 вала и кулачок муфты сцепления выполняют перемещение вперед на малое расстояние, а передний конец 6b кулачка муфты сцепления перемещен из положения 6bE в положение 6bE1 через положение 6bF. Вследствие отдачи, вызванной ударом, действующим на вершину зуба малой шестерни со стороны переднего конца 6b, последовательность операций расцепления и вхождения в соприкосновение может иметь место между передним концом 6b и вершиной зуба малой шестерни один раз или несколько раз, и при стабильном размещении в конце концов малой шестерни и кулачка муфты сцепления друг против друга, кулачок муфты сцепления не может приводить в движение малую шестерню для выполнения поворота посредством силы трения между кулачком муфты сцепления и вершиной зуба малой шестерни. При такой последовательности операций выполняющий поворот с ускорением штифт 8 вала способен захватить кулачок муфты сцепления, который замедлен после перемещения, и штифт 8 вала может ударять переднюю сторону продолговатого отверстия 6а один раз или несколько раз и, таким образом, кулачок муфты сцепления может быть размещен в более продвинутом вперед положении при плотно соединенных встык друг с другом переднем конце кулачка муфты сцепления и вершиной зуба малой шестерни, и при этом уменьшена вероятность приведения в движение малой шестерни для выполнения поворота посредством силы трения. После завершения начальной стадии последовательности операций повторного зацепления большая шестерня 4 выполняет холостой поворот на некоторый угол, второй зуб 4с большой шестерни 4 приведен в соприкосновение с задней стороной зуба 2 малой шестерни 5, а малая шестерня нажата большой шестерней 4 для выполнения поворота до тех пор, пока малая шестерня не будет зацеплена с зубьями большой шестерни, как показано на фиг. 4с.
[0067] В случае устойчивой остановки малой шестерни в диапазоне, показанном на фиг. 5b, после поворота по инерции, в этом диапазоне малая шестерня может быть приведена в движение для выполнения поворота посредством силы трения, а состояние, в котором малая шестерня не может быть приведена в движение для поворота посредством силы трения, может быть реализовано после выполнения операции в начальной стадии быстрого действия закрытия для повторного зацепления, как описано выше. На фиг. 7b показана ситуация, в которой вершина зуба малой шестерни жестко упирается торцом в поверхность с малой дугой переднего конца 6b кулачка муфты сцепления и выполняет поворот вместе с ней, причем эта ситуация может возникать вследствие некоторых неожиданных причин, таких как крайне высокая сила трения, или небольшое повреждение и деформация, неожиданно возникшие в точке соприкосновения двух поверхностей с малой дугой, и последовательность операций повторного зацепления при этой неожиданной аномальной ситуации показана на фигуре. При повороте большой шестерни 4 при быстром действии закрытия из положения устойчивой остановки передний конец 6b кулачка муфты сцепления может приводить в движение малую шестерню для выполнения поворота через вершину зуба 2 малой шестерни 5, который приведена в соприкосновение с передним концом 6b кулачка муфты сцепления. При повороте соответствующих частей из положений 6bE, 5Е2, 5Е3, 4СЕ остановки к положениям 6bF, 5F2, 5F3, 4CF вершина зуба 3 малой шестерни 5 введена в соприкосновение со вторым зубом 4С большой шестерни в положении 4CF, а малая шестерня остановлена и не может больше выполнять поворот. После этого большая шестерня 4 выполняет холостой поворот, пока второй зуб 4С не достигнет положения 4СЕ1 и не будет приведен в соприкосновение с зубом 2 малой шестерни, которая временно остановилась в положении 5F2. В то же самое время передний конец 6b кулачка муфты сцепления выполняет поворот по часовой стрелке с большой шестерней и отклонение во внешнем направлении под действием возвратной пружины 3 и затем достигает положения 6bE1 после выведения из зацепления с зубом 2 малой шестерни. Затем малая шестерня 5 приведена в движение для выполнения поворота вторым зубом 4С большой шестерни. После этого, аналогично вышеописанному перемещению и последовательности операций переключения после введения второго зуба 4С большой шестерни с зубом малой шестерни, малая шестерня непосредственно приведена в движение большой шестерней и, наконец, выполнена последовательность операций, в ходе которой выполнена силовая передача посредством зацепления между зубьями большой шестерни и малой шестерни. Согласно вышеупомянутой последовательности операций последовательность операций по повторному зацеплению может быть выполнена плавно и надежно даже при невыполнении критерия, используемого на начальной стадии последовательности операций повторного зацепления для перемещения и отклонения кулачка муфты сцепления, чтобы препятствовать приведению малой шестерни в движение силой трения.
[0068] Последовательность операций повторного зацепления, в ходе которой малая шестерня приведена в движение большой шестерней, выполняющей поворот при быстром действии закрытия, при остановке малой шестерни во всех возможных положениях после поворота по инерции, описана выше. В заключение отметим, что муфта сцепления по настоящей заявке обладает следующими характеристиками сцепления и отличительными признаками.
[0069] 1) В операции по накоплению энергии при приближении к положению фиксации накопления энергии зубья малой шестерни сильно нажимают на большую шестерню для достижения подходящего положения, которое очень близко к положению фиксации накопления энергии, и, таким образом, операция по накоплению энергии может быть надежно реализована на соответствующем уровне. При использовании подходящей конструкции и гарантии надежности операции, угол α, на который положение фиксации накопления энергии идет дальше положения мертвой точки, и угол β, на который большая шестерня должна быть продвинута энергией, высвобождаемой закрывающей пружиной для достижения положения фиксации накопления энергии, могут обладать подходящими минимальными значениями (обратитесь к фиг. 1). Энергия соударения, вырабатываемая энергией, высвобождаемой закрывающей пружиной, может иметь подходящее минимальное значение.
[0070] 2) При прекращении подачи электропитания к электродвигателю и завершении накопления энергии малая шестерня может случайным образом выполнить остановку в любом положении после поворота по инерции, и повторное зацепление между большой шестерней и малой шестерней может быть реализовано гладко при выполнении поворота большой шестернью посредством быстрого действия закрытия, выполняемого энергией, высвобождаемой закрывающей пружиной. В любом месте остановки малой шестерни невозможно возникновение ситуаций типа застревания или других аномальных ситуаций или ситуации невозможности выполнения действия закрытия и, таким образом, муфта сцепления обладает высокой надежностью.
[0071] 3) После поворота по инерции малая шестерня может достигнуть передней границы в направлении поворота или перейти через нее, как показано на фиг. 5d, и вследствие воздействия возвратной пружины 3 могут быть реализованы последующие изменения положения малой шестерни и кулачка муфты сцепления, малая шестерня и кулачок муфты сцепления могут выполнить поворот к положениям 5Е1 и 6bE, как показано на фиг. 4а, и положения остановки 5Е1 и 6bE имеют высокую вероятность возникновения. В этом примере реализации диапазон угла остановки малой шестерни, выполняющей остановку после поворота по инерции, в котором малая шестерня может достигнуть положения остановки 5Е1 после воздействия последовательных изменений, составляет 18% от полного угла поворота малой шестерни. В ходе всей последовательности операций быстрого действия закрытия для повторного зацепления в положениях остановки 5Е1 и 6bE, для всех частей нет никаких соударений, образуемых в результате высвобождения энергии закрывающей пружины, вызываемого холостым ходом большой шестерни.
[0072] 4) Только при остановке малой шестерни в диапазоне, показанном на фиг. 4а, после поворота по инерции кулачок 6 муфты сцепления может быть подвергнут соударению, вызываемому высвобождением энергии закрывающей пружины, что вызвано холостым ходом большой шестерни при выполнении последовательности операций быстрого действия закрытия с целью повторного зацепления. При остановке малой шестерни в большинстве других положений передний конец 6b кулачка муфты сцепления не будет приведен в соприкосновение с малой шестерней при выполнении последовательности операций повторного зацепления и, таким образом, не будет подвергнут соударению. Только при стабильном размещении малой шестерни в диапазоне, показанном на фиг. 5d, передний конец 6b может быть приведен в соприкосновение с малой шестерней при выполнении последовательности операций повторного зацепления, однако последующая последовательность операций повторного зацепления представляет собой последовательность операций, показанную на фиг. 7а или 7b, и в ходе этой последовательности операций соударение с передним концом кулачка муфты сцепления настолько мало, что его можно полагать незначительным. Как показано на фиг. 4а, угол δ из диапазона угла остановки малой шестерни, выполняющей остановку после поворота, при котором передний конец 6b кулачка муфты сцепления может быть подвергнут соударению, очень мал (и составляет в этом примере реализации только 5,5% от угла между двумя смежными зубьями малой шестерни), и соответственно, максимальный угол θ холостого хода большой шестерни, способный вызвать соударение, также мал (составляет в этом примере реализации 8,9% от угла между двумя смежными зубьями большой шестерни). Поскольку в ходе действия закрытия большая шестерня размещена в точно определенном положении поворота, количество энергии на единичный угол поворота, высвобождаемое закрывающей пружиной, намного ниже количества высвобождаемой энергии при размещении большой шестерни в заднем положении при действии закрытия. Следовательно, кулачок 6 муфты сцепления и передний его конец 6b подвергнуты воздействию малой энергии удара и малой силы удара и кулачок муфты сцепления может быть сконструирован более тонким и меньшего размера без использования материалов, получаемых в ходе способа обработки с высокой интенсивностью или способа со специальной обработкой, и, таким образом, кулачок муфты сцепления обладает низкой стоимостью.
[0073] 5) Независимо от используемых типа или структуры муфты сцепления нельзя избежать соударения, вызванного высвобождением энергии закрывающей пружины, при холостом повороте большой шестерни или храпового колеса на определенный угол при быстром действии закрытия. Однако, по сравнению с некоторыми муфтами сцепления, в которых большая сила соударения приложена к подвижным частям, имеющим низкую прочность и играющим критическую роль в последовательности операций сцепления, в муфте сцепления по настоящей заявке сила соударения приложена к, обладающим большей шириной и более высокой прочностью, зубьям большой шестерни и малой шестерни, например, сила соударения приложена ко второму зубу большой шестерни, обладающему малой высотой зуба, большой шириной зуба и высокой прочностью. Ширина зуба малой шестерни намного больше ширины второго зуба большой шестерни и, таким образом, этот зуб обладает более высокой ударной прочностью. Муфта сцепления по настоящей заявке может сводить значения углов холостого хода большой шестерни, которые способны вызывать такое соударение, в меньший диапазон, и в этом примере реализации максимальный угол холостого хода большой шестерни, способный вызвать такое соударение, составляет 90% от угла, занятого одним зубом, и намного меньше угла холостого хода большой шестерни некоторых муфт сцепления, в которых сила соударения приложена к подвижным частям, имеющим низкую прочность и играющим критическую роль в последовательности операций сцепления.
[0074] 6) Устройство согласно настоящей заявке может быть приспособлено к системе зубчатой силовой передачи, в которой велико передаточное число между большой шестерней и малой шестерней, большая шестерня и малая шестерня имеют большой модуль и ширину зубьев, меньшее количество зубьев (в этом примере реализации количество зубьев малой шестерни составляет 8), малый внешний радиус и способны передавать большой вращающий момент, предоставляя, тем самым, лучшие предварительные условия для разработки приводимого в действие пружиной приспособления с большой рабочей мощностью или сверхбольшой рабочей мощностью. При использовании в такой системе зубчатой силовой передачи второго типа муфты сцепления в обычной технологии, как показано на фиг. 8, 9 и 10, может возникать труднопреодолимое затруднение. Поскольку второй тип муфты сцепления не может быть использован в обычной технологии, приводимое в действие пружиной приспособление с большой рабочей мощностью или сверхбольшой рабочей мощностью возвращается к использованию первого типа муфты сцепления, что увеличивает сложность и стоимость приспособления.
[0075] 7) Устройство согласно настоящей заявке обладает простой структурой, содержит меньше узлов, имеет низкую цену и не занимает дополнительное пространство и, таким образом, приводимое в действие пружиной приспособление может иметь упрощенную структуру, уменьшенные размер и стоимость.
Другие варианты реализации
[0076] Варианты реализации муфты сцепления по настоящей заявке описаны посредством вышеупомянутых конкретных примеров, однако, настоящая заявка не ограничена этими вариантами реализации и может включать другие варианты реализации, включая характеристики муфты сцепления.
[0077] 1) В вышеупомянутых вариантах реализации штифт 9 подвески пружины и ролик 10 фиксации положения накопления энергии жестко или с возможностью поворота соединены с большой шестернью 4 (смотри фиг. 1), однако, эти два компонента могут также жестко или с возможностью поворота быть соединены с другими компонентами, жестко соединенными с валом накопления энергии, например, с плечом кривошипа или с кулачком, жестко соединенным с валом накопления энергии.
[0078] 2) В вышеупомянутых вариантах реализации количество зубьев малой шестерни составляет 8; однако, в рамках настоящей заявки малая шестерня может содержать большее количество зубьев.
[0079] 3) В вышеупомянутых вариантах реализации возвратная пружина 3 муфты сцепления представляет собой спиральную сжатую пружину, которая может содержать или не содержать направляющий стержень. Могут также быть использованы другие типы пружины, например, крутильная пружина или пластинчатая пружина.
[0080] 4) В вышеупомянутых вариантах реализации форма кулачка 6 муфты сцепления показана на фиг. 1 и 3, но кулачок 6 муфты сцепления может иметь различные другие формы, и особенно, его большая часть, выступающая вовнутрь, может иметь различные другие формы.