ИМПУЛЬСНОЕ КУЛАЧКОВО-РОЛИКОВОЕ СЦЕПЛЕНИЕ

Полезная модель относится к области машиностроения, точнее к сцеплениям различных наземных транспортных средств, главной функцией которых является плавное включение передачи мощности от двигателя к ведущим колесам через трансмиссию с постепенно увеличивающимся передаваемым через него крутящим моментом.
В настоящее время известны и широко используются сцепления на фрикционной основе, в которых передача окружного усилия обеспечивается за счет сил трения между сжатыми дисками. Причем для передачи требуемого крутящего момента приходится увеличивать либо размеры дисков, либо их количество, либо усилие сжатия. Переходный процесс включения в них сопровождается проскальзыванием (буксованием) ведущих частей относительно частей ведомых, которым приходится разгоняться из неподвижного состояния. Трение между частями вызывает нагрев и приводит к интенсивному износу трущихся поверхностей. В результате такие сцепления являются узлом, который оказывает существенно отрицательное влияние на надежность машин.
От этого недостатка свободны разнообразные муфты, применяемые для соединения и разъединения силовых передач и действующие на базе зацеплений, но они не обеспечивают плавного увеличения передаваемого момента.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого решения является кулачково-шариковая муфта (. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя, изд. «Машиностроение» 1990 г., т.2 стр.378), в которой передача крутящего момента обеспечивается тем, что кулачки и шарики сжаты пружинами, направленными вдоль оси вращения муфты. В контакте между ними усилие взаимодействия имеет осевую и тангенциальную составляющие, так что величина передаваемого момента определяется их соотношением через тангенс угла, который составляют радиус шарика в точке контакта с кулачком и ось муфты. Благодаря этому такая муфта может передавать достаточно большой момент при относительно невысоком осевом усилии.
Однако использованию муфт, действующих по такому принципу, в качестве сцеплений, препятствуют два недостатка. Контакт между кулачками и шариками точечный, который существенно повышает контактное давление, что может стать причиной быстрого износа деталей. Кроме того, конструкция таких муфт не содержит средств, позволяющих плавно повышать осевое усилие и так же плавно увеличивать передаваемый момент.
Задача, реализуемая предлагаемой полезной моделью, и достигаемый технический результат направлены на повышение ресурса такого важного узла наземного транспортного средства, как сцепление, путем устранения влияния износа трущихся деталей на качество его работ
Заявленный технический результат достигается тем, что в импульсном кулачково-роликовом сцеплении для наземного транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания, содержащем ведущую часть, которая присоединена к маховику двигателя и включает в себя, по меньшей мере, нажимной диск, центральную пружину и выжимной подшипник с приводом от педали, а также ведомую часть в виде ведомого диска размещенного между маховиком двигателя и нажимным диском ведущей части, в отличие от известных аналогов, на маховик и нажимной диск со стороны, обращенной к ведомому диску, установлены накладки в виде дисков, снабженных отверстиями с осями, параллельными оси сцепления, в которые установлены подпружиненные со стороны маховика и нажимного диска кулачки цилиндрической формы, торцы которых, обращенные к ведомому диску, скошены с двух сторон, а с обеих сторон ведомого диска попарно в одних и тех же радиальных плоскостях укреплены ролики с радиально направленными осями.
При этом кулачки подпружинены двумя лепестковыми пружинами, лепестки которых входят в прорези кулачков со стороны маховика и нажимного диска соответственно.
Благодаря такому решению устранены недостатки, присущие известным аналогам, поскольку вместо трения как силового фактора формирование окружного усилия происходит за счет взаимодействия кулачков и роликов. Если один из этих компонентов набегает на другой, и поверхность кулачка скошена под определенным углом к направлению взаимного перемещения, усилие взаимодействия может быть разложено на две составляющих -параллельную перемещению и перпендикулярную к нему. Отношение между ними будет определяться тангенсом угла наклона, который, как известно, для острых углов может возрастать от нуля до бесконечности. Увеличивая прижатие одного к другому, можно тем самым увеличивать усилие, передаваемое между ними в направлении взаимного перемещения.
Так как для фрикционных узлов отношение между усилием прижатия и передаваемым усилием определяется коэффициентом трения, который для всех известных материалов не превосходит 0,3, то предлагаемая замена может обеспечить передачу крутящего момента при существенном снижении размеров сцепления или усилия прижатия, или и того, и другого вместе. Для этого либо кулачки, либо ролики должны быть подпружинены и снабжены средствами плавного увеличения усилия прижатия от нуля до максимального расчетного значения. Для исключения «ведения» выключенного сцепления должно быть обеспечено также разведение кулачков и роликов, исключающее контакт между ними.
На представленных чертежах: на фиг.1 дан общий вид предлагаемого устройства в разрезе; на фиг.2 - схема силового взаимодействия кулачка и ролика - показаны направление движения кулачка относительно ролика, а также действующие силы и их составляющие; на фиг.3 - примерный вид лепестковой пружины.
К маховику двигателя 1 и к нажимному диску 2 крепятся накладки 3, в которых имеются расположенные на одной окружности отверстия, оси которых параллельны оси сцепления. В эти отверстия вставлены подвижные кулачки 4 в виде цилиндров, на торцах которых с одной стороны сделаны два плоских скоса под одинаковым углом к осям цилиндров. С другой стороны в кулачках сделаны прорези, в которые входят лепестки пружин 5. Кулачки 4 могут перемещаться в отверстиях накладок 3, сгибая эти лепестки.
На ведомом диске 6 с обеих сторон укреплены ролики 7, способные проворачиваться вокруг своих осей, которые направлены по радиусам диска. Ролики 7 установлены попарно так, что их оси находятся в одних и тех же радиальных плоскостях. Количество пар роликов 7 с каждой стороны четное, но не равное количеству кулачков 4, которое также четное. Кулачки 4 установлены так, что каждому кулачку с одной стороны соответствует соосный с ним кулачок с другой стороны. Центральная пружина 8 тарельчатого типа прижимает нажимной диск 2 к ведомому диску 6, и во включенном состоянии сцепления расстояние между кромками кулачков 4 с разных сторон меньше, чем расстояние между крайними образующими роликов 7 с обеих сторон ведомого диска 6.
Ступица ведомого диска 6 посажена на первичный вал трансмиссии 9. Выжимной подшипник 10 связан приводом с педалью (на представленных чертежах условно не показана) и взаимодействует с центральной пружиной 8. Устройство содержит раздвигающие пружины 11.
ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СЦЕПЛЕНИЯ
При нажатой педали выжимной подшипник 10 через центральную пружину 8 и с помощью раздвигающих пружин 11 отводит нажимной диск 2 от ведомого диска 6 так, что и он отходит от маховика 1. При этом расстояние между кромками кулачков 4 и роликами 7 увеличивается и они при вращении маховика 1 и нажимного диска 2 не задевают друг друга. Сцепление полностью выключено.
При отпускании педали нажимной диск 2 плавно приближается к ведомому диску 6, а он соответственно к маховику 1. Кулачки 4 начинают задевать ролики 7 и прокручивают их, перемещаясь в отверстиях накладок 3 и сгибая лепестки пружин 5. При этом усилие взаимодействия каждого кулачка 4 с роликом 7 имеет две составляющих - параллельно оси сцепления (осевое) и окружное. Окружное усилие равно осевому, умноженному на тангенс угла наклона скоса кулачка к его оси, и они оба нарастают по мере приближения оси кулачка к оси ролика, достигая максимума при пересечении этих осей. Таким образом на каждый ролик действуют повторяющиеся импульсы осевого и окружного усилий.
Так как количества роликов 7 и кулачков 4 неодинаковы, в каждый момент времени их контакты находятся в разных фазах от полного отсутствия до максимальных усилий взаимодействия при прохождении оси кулачка 4 через пересечение с осью ролика 7. Тем не менее импульсы окружных усилий складываются и их сумма дает момент, приложенный к ведомому диску 6. При этом четное количество кулачков 4 и роликов 7 и их взаимное расположение обеспечивают симметричное приложение усилий к ведомому диску 6, предупреждающее его перекос.
По мере отпускания педали и уменьшения расстояния между накладками 3 и ведомым диском 6 перемещения кулачков 4 растут и точно также растут амплитуды импульсов осевых и окружных усилий. Как только суммарный момент окружных усилий, приложенный к ведомому диску 6, сравняется с действующим на него моментом сопротивления и превзойдет его, начнется вращение ведомого диска и движение машины. Дальнейшее отпускание педали будет усиливать амплитуды импульсов взаимодействия кулачков 4 с роликами 7 и увеличивать суммарный момент. Так как ведомый диск 6 будет разгоняться, частота импульсов, зависящая от разности частот вращения маховика 1 с нажимным диском 2 и ведомого диска 6, будет снижаться. Как только эти частоты сравняются, можно считать сцепление полностью включенным, и взаимодействие кулачков и роликов станет постоянным. Сцепление будет передавать момент, определяемый сопротивлением движению машины, приведенным к первичному валу 9 трансмиссии.
То, что кулачки 4 имеют по два скоса, обеспечивает возможность передачи через сцепление крутящего момента обратного направления для торможения двигателем, но не превосходящего заданного максимального значения во избежание повреждения двигателя. Кроме того, такое исполнение обеспечивает возможность быстрого ремонта при возможном повреждении поверхности рабочего скоса, для чего достаточно просто повернуть поврежденный кулачок 4 в своем отверстии на половину оборота.