УСТРОЙСТВО, ИМЕЮЩЕЕ ПЕРЕДАТОЧНЫЙ МЕХАНИЗМ С МУФТОЙ СВОБОДНОГО ХОДА СО ЗВЕНОМ СВОБОДНОГО ХОДА
DEVICE WITH A TRANSMISSION MECHANISM WITH FREE-WHEEL CLUTCH HAVING FREE-WHEEL LINK

Изобретение относится к устройству, имеющему передаточный механизм с первой муфтой свободного хода, в частности, для передачи крутящего момента, которая имеет первый элемент сцепления и второй элемент сцепления, которые в зависимости от изменения потока нагрузки между элементами сцепления включают сцепление или выключают сцепление.
Такое устройство известно, например, из акцептованной заявки DE 1134445. В ней приведено описание устройства, которое имеет передаточный механизм, для сжатия пружинного энергоаккумулятора. Раскрытый передаточный механизм снабжен также первой муфтой свободного хода, которая служит для передачи крутящего момента. При этом муфта свободного хода имеет первый элемент сцепления, а также второй элемент сцепления. В зависимости от изменения потока нагрузки между элементами сцепления происходит включение сцепления или выключение сцепления. За счет такой системы получается компактная конструкция, при этом существует возможность выполнения подзарядки пружинного энергоаккумулятора.
Показанная муфта свободного хода имеет стабильную конструкцию, за счет чего можно передавать большие крутящие моменты. Характеристики сцепления известных муфт свободного хода следует оценивать как жесткие, за счет чего при включении сцепления, соответственно, при выключении сцепления между элементами сцепления в показанный передаточный механизм могут передаваться импульсы. Такие импульсы могут приводить к неисправностям и дополнительным механическим нагрузкам внутри устройства, за счет чего может оказываться отрицательное воздействие на длительность службы устройства.
В соответствии с этим, задачей данного изобретения является выполнение устройства с передаточным механизмом указанного в начале вида так, что обеспечивается возможность длительной устойчивой работы.
Задача решена, согласно изобретению, в устройстве указанного в начале вида тем, что с первой муфтой свободного хода согласовано звено свободного хода, которое нейтрализует, в частности временно, включение в зацепление элементов сцепления.
Элементы сцепления муфты свободного хода подвижны относительно друг друга. Например, элементы сцепления выполняют линейное относительное движение или же угловое относительное движение и т.д. относительно друг друга. Однако предпочтительно элементы сцепления должны служить для передачи крутящего момента, при этом элементы сцепления расположены относительно друг друга с возможностью вращения. Предпочтительно, оси вращения элементов сцепления ориентированы коаксиально друг другу. В состоянии вхождения в зацепление элементы сцепления выполняют синхронное движение, т.е. проскальзывание между элементами сцепления предпочтительно стремится к нулю. С помощью муфты свободного хода обеспечивается возможность передачи в зависимости от направления потока нагрузки вращательного движения (возможно, альтернативной формы движения) с одного элемента сцепления на другой элемент сцепления. Элементы сцепления расположены с возможностью движения относительно друг друга. В зависимости от направления потока нагрузки/изменения потока нагрузки между элементами сцепления, элементы сцепления можно отделять друг от друга, т.е. выводить из зацепления, так что прерывается передача силы, соответственно момента, между элементами сцепления. При изменении направления потока нагрузки на противоположное, может происходить вхождение в зацепление элементов сцепления, за счет чего происходит передача силы, соответственно, момента между элементами сцепления. В муфте свободного хода, которая передает вращательное движение, один элемент сцепления может быть ведущим, за счет чего поток нагрузки может передаваться на ведомый элемент сцепления, когда он находится в зацеплении. При опережении ведущего элемента сцепления ведомым элементом сцепления происходит выключение сцепления (смена потока нагрузки). Так, например, возможно предусмотрение внутри передачи предпочтительного (допустимого) направления потока нагрузки, и при изменении потока нагрузки на противоположный, например, при не желательном более быстром движении ведомого элемента сцепления, предусмотрение выключения сцепления.
В зависимости от потребности, муфта свободного хода может быть выполнена различно. Например, муфта свободного хода может быть выполнена в виде свободного хода с зажимными телами, при этом зажимные тела в зависимости от потока нагрузки переводятся в положение зажимания, и тем самым может происходить передача силы или крутящего момента. В качестве альтернативного решения, муфты свободного хода могут быть выполнены в виде храповой собачки или в виде охватывающей пружины и т.д. Все эти муфты свободного хода имеют общим то, что при смене потока нагрузки между обоими элементами сцепления происходит выключение сцепления, соответственно, включение сцепления муфты свободного хода. Обычно предпочтительно, когда включение сцепления, соответственно, выключение сцепления происходит непосредственно с появлением изменения потока нагрузки. Это приводит к тому, что может быть реализовано быстрое срабатывание муфты свободного хода. Быстрое срабатывание может приводить внутри передаточного механизма к не желательным импульсам, которые могут распространяться на другие передаточные элементы. В частности, могут преждевременно выходить из строя вкладыши подшипников, валы, направляющие элементы и т.д., соответственно, их необходимо выполнять с большими размерами в соответствии с ожидаемыми импульсами.
Если предусмотрено применение звена свободного хода, то звено свободного хода можно использовать для нейтрализации, в частности временно, вхождения в зацепление элементов сцепления, т.е. может допускаться непосредственное включение в зацепление элементов сцепления при смене потока нагрузки, при этом звено свободного хода по меньшей мере временно нейтрализует действие находящихся в зацеплении элементов сцепления. Звено свободного хода может действовать, например, в качестве звена мертвого времени, за счет чего обеспечивается возможность холостого движения с помощью звена свободного хода. Во время осуществления этого холостого движения, может быть уменьшен вызванный включением зацепления импульс, за счет чего уменьшается его воздействие на другие передаточные элементы. При этом звено свободного хода может быть предпочтительно выполнено так, что лишь в начале смены нагрузки в муфте свободного хода звено свободного хода действует в течение определенного интервала времени. Этот интервал времени может определяться выбором величины свободного участка пути (холостого движения) звена свободного хода. Звено свободного хода может также иметь, например, поглощающий элемент, который воспринимает энергию импульса. Например, могут быть предусмотрены поглощающие элементы, которые при включении сцепления подвергаются реверсивной деформации. Импульс включения сцепления может демпфироваться в звене свободного хода. Преимуществом такой системы является то, что сохраняется структура муфты свободного хода и лишь за счет согласованного звена свободного хода происходит включение сцепления с задержкой во времени. Выключение сцепления может происходить непосредственно, так что звено свободного хода не оказывает влияния на выключение сцепления.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения может быть предусмотрено, что звено свободного хода имеет участок пути свободного хода, который больше участка пути, необходимого для движения для приведения в зацепление обоих элементов сцепления.
Звено свободного хода может допускать участок пути свободного хода, внутри которого обеспечивается возможность холостого хода одного из элементов сцепления. При этом участок пути свободного хода должен быть больше участка пути, который необходим при смене потока нагрузки для выведения из зацепления элементов сцепления. За счет этого существует возможность осуществления включения сцепления почти одновременно с началом холостого движения/движения свободного хода в звене свободного хода, при этом после выполненного включения сцепления еще имеется достаточный резерв на участке пути свободного хода, с целью нейтрализации импульса включения сцепления. Движение свободного хода может сопровождаться, например, повышением сопротивления, так что при продолжающемся проходе участка пути свободного хода происходит торможение движения свободного хода. Для торможения можно использовать, например, в частности, реверсивно деформируемый поглощающий элемент. Предпочтительно, можно достигать преобразования, соответственно поглощения, импульса включения сцепления муфты свободного хода в звене свободного хода.
Кроме того, может быть предпочтительно предусмотрено, что первый элемент сцепления соединен с первым упором.
Использование упора обеспечивает возможность, например, осуществления ограничения свободного участка пути в звене свободного хода. При этом первый упор может предпочтительно перемещаться против действия силы. Предпочтительно, при увеличивающемся свободном участке пути элемента сцепления может увеличиваться сила, против которой он может перемещаться. С помощью первого упора может быть ограничено движение свободного хода, например, второго элемента сцепления. За счет позиционирования первого упора можно задавать свободный участок пути звена свободного хода. Первый упор может быть непосредственно или опосредованно соединен с одним элементом сцепления. В частности, во введенном в зацепление состоянии может иметься жесткое по углу соединение между первым упором, а также обоими элементами сцепления.
В предпочтительном варианте выполнения может быть предусмотрено, что с помощью звена свободного хода образовано эластичное соединение одного элемента сцепления с другим передаточным элементом.
Звено свободного хода может образовывать эластичное соединение одного элемента сцепления с другим передаточным элементом, с целью демпфирования движения элемента сцепления, например, во время прохождения участка пути свободного хода звена свободного хода. Так, например, возможно предусмотрение эластомера, который при приведении в действие звена свободного хода, т.е. при введении в зацепление элементов сцепления и нейтрализующем действии за счет звена свободного хода, деформируется. Кроме того, можно использовать также альтернативные реверсивно деформируемые элементы, которые также приводят к демпфированию движения одного из элементов сцепления, в частности, в состоянии включенного сцепления. Например, возможно позиционирование эластичного соединения, с одной стороны, на стационарной опоре и, с другой стороны, предусмотрение соединения с одним из элементов сцепления, так что в состоянии включенного сцепления осуществляется действие звена свободного хода.
При этом может быть предпочтительно предусмотрено, что первая муфта свободного хода образует опору для вала.
Первая муфта свободного хода может служить в качестве опоры для вала. Тем самым существует возможность, с одной стороны, вращательного движения вала в действующей в качестве опоры муфте свободного хода, с другой стороны, при изменении направления вращения на противоположное вала может быть блокировано вращательное движение с противоположным направлением вращения с помощью первой муфты свободного хода. Первая муфта свободного хода включает сцепление, поскольку, например, на основании изменения направления вращения вала, в муфте свободного хода происходит смена потока нагрузки. С помощью звена свободного хода происходит, несмотря на находящиеся в зацеплении элементы сцепления, нейтрализация блокирования вращательного движения. Для этого звено свободного хода может быть выполнено в виде втулки, при этом втулка, например, способна поворачиваться против действия силы пружины. Такое поворотное движение может вызываться, например, за счет приведения в зацепление элементов сцепления первой муфты свободного хода. С помощью введения в зацепление элементов сцепления может быть нейтрализовано блокирование не желательного вращательного движения звеном свободного хода (например, втулкой), так что предотвращается непосредственное блокирование вала. Вместо этого звено свободного хода обеспечивает возможность ограниченного вращательного движения вала при введенных в зацепление элементах сцепления.
Кроме того, может быть предпочтительно предусмотрено, что в сцеплении с валом находится вторая муфта свободного хода.
Вал с первой муфтой свободного хода может быть соединен, в свою очередь, со второй муфтой свободного хода. Вторая муфта свободного хода может, например, сидеть непосредственно на валу. Однако может быть также предусмотрено, что вторая муфта свободного хода соединена с помощью повышающей, соответственно, понижающей передачи с валом. Первая, а также вторая муфта свободного хода могут работать независимо друг от друга и за счет соединения одного из элементов сцепления оказывать влияние друг на друга.
При этом может быть предпочтительно предусмотрено, что первая и вторая муфта свободного хода имеют одинаково направленное действие блокирования.
За счет предусмотрения одинаково направленного действия блокирования первой, а также второй муфты свободного хода существует возможность, например, предусмотрения второй муфты свободного хода для передачи движения в передаточном механизме, в то время как первая муфта свободного хода служит для опоры вала. Соответственно, образуются на валу направление блокирования и направление свободного хода, которые в свою очередь находятся во взаимосвязи со второй муфтой свободного хода. Таким образом, например, с помощью возникающего за счет звена свободного хода первой муфты свободного хода во второй муфте свободного хода могут быть устранены за счет действия звена свободного хода заклинивания, соответственно, блокирования между элементами сцепления второй муфты свободного хода.
Кроме того, при этом может быть предпочтительно предусмотрено, что звено свободного хода обеспечивает возможность движения одного их элементов сцепления, в частности, в состоянии зацепления между первым и вторым ограничительным упором.
С помощью звена свободного хода может обеспечиваться возможность движения одного из элементов сцепления независимо от состояния зацепления, в частности, в состоянии зацепления между первым, а также вторым ограничительным элементом. Первый, а также второй ограничительный элемент ограничивают свободный участок пути звена свободного хода, вдоль которого по меньшей мере один из элементов сцепления может перемещаться туда и обратно. Так, например, возможно в состоянии зацепления, т.е. в блокированном состоянии обоих элементов сцепления при использовании первой муфтой свободного хода в качестве опоры для вала, предотвращение непосредственного блокирования вращательного движения вала при включении сцепления первой муфты свободного хода. Вступление в действие введения в зацепление элементов сцепления замедляется. Кроме того, за счет предусмотрения поглощающего элемента может достигаться демпфированное введение в действие находящихся в зацепление элементов сцепления. Включение муфты свободного хода происходит в соответствии с проверенными принципами, однако действие нейтрализуется/замедляется с помощью звена свободного хода.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения может быть предусмотрено, что звено свободного хода самостоятельно отводится назад при изменении потока нагрузки элементов сцепления.
Звено свободного хода предпочтительно имеет свободный участок пути, внутри которого возможно относительное движение одного из элементов сцепления. Если, например, используется изменение потока нагрузки на противоположное направление с целью самостоятельного отвода назад звена свободного хода, то, например, за счет выключения первой муфты свободного хода, выведенный из зацепления элемент сцепления может выполнять возврат звена свободного хода. Для этого можно использовать, например, накопленную в поглощающем элементе энергию. При разгрузке звена свободного хода можно использовать накопленную в поглощающем элементе энергию, с целью вызывания возврата звена свободного хода.
Кроме того, может быть предпочтительно предусмотрено, что удаление элемента сцепления от ограничительного упора происходит против возвратной силы.
Один элемент сцепления может быть фиксирован относительно первого ограничительного упора. Это может быть предусмотрено, в частности, когда поток нагрузки направлен в первой муфте свободного хода так, что имеется выключение сцепления. Посредством введения в зацепление элементов сцепления может осуществляться удаление элемента сцепления от первого ограничительного упора. Для этого элемент сцепления перемещается от первого ограничительного упора на свободный участок пути. Возникающая при этом энергия может промежуточно накапливаться, с целью поддержки возврата элемента сцепления к первому ограничительному элементу. Так, энергия может промежуточно накапливаться, например, с помощью пружинного элемента, который сжимается при введении в зацепление элементов сцепления первой муфты свободного хода.
Кроме того, может быть предпочтительно предусмотрено, что звено свободного хода вызывает снятие нагрузки силами сцепления во второй муфте свободного хода.
С помощью звена свободного хода в первой муфте сцепления можно вызывать снятие нагрузки силами сцепления во второй муфте свободного хода. Таким образом, например, при введении в зацепление элементов сцепления второй муфты свободного хода, на основании изменения направления потока нагрузки может происходить блокирование в ней элемента сцепления. За счет приведения в действие элемента свободного хода в первой муфте свободного хода могут сниматься силы блокирования во второй муфте свободного хода за счет движения свободного хода звена свободного хода в первой муфте свободного хода. Тем самым в устройстве предотвращаются не желательные силы блокирования. Кроме того, с помощью звена свободного хода нейтрализуются моменты включения сцепления.
В другом предпочтительном варианте выполнения может быть предусмотрено, что устройство имеет пружинный энергоаккумулятор.
Пружинный энергоаккумулятор является накопителем энергии, который заряжается за счет работы сжатия пружины. Устройство с передаточным механизмом может служить для зарядки пружинного энергоаккумулятора. Например, для этого передаточный механизм может приводить в действие так называемый вал сжатия пружины, который снабжен кривошипом, на котором установлен шатун, который преобразует вращательное движение кривошипа в линейное движение и тем самым выполняет зарядку накопительной пружины пружинного энергоаккумулятора. При этом на основании конструкции на кривошипе возникают мертвые точки, которые при их преодолении приводят к изменению направления потока нагрузки на валу сжатия и в сцепленных с ним элементах передаточного механизма. При преодолении мертвой точки вал сжатия может приводиться в действие с помощью сжатой накопительной пружины, за счет чего может происходить смена потока нагрузки в первой, а также во второй муфте свободного хода передаточного механизма.
Предпочтительно, незадолго до прохождения мертвой точки может происходить блокирование пружинного энергоаккумулятора, так что накопительная пружина остается в заряженном состоянии, и предотвращается спонтанная разрядка. За счет блокирования может происходить вибрация (возвратное движение) вала сжатия, при этом используемый для сжатия накопительной пружины передаточный механизм выполняет небольшое обратное движение, которое, возможно, еще усиливается за счет передаточного отношения передаточного механизма. За счет этого возвратного движения может происходить введение в зацепление элементов сцепления, в частности, второй муфты свободного хода, за счет чего смена потока нагрузки может возникать также во второй муфте свободного хода. Свободно вращающаяся до этого первая муфта свободного хода включается за счет изменения направления потока нагрузки, при этом включение сначала нейтрализуется с помощью звена свободного хода. За счет этого, несмотря на включенные первую и вторую муфты свободного хода, создается ограниченная возможность движения установленного во второй муфте свободного хода вала, который может снимать силы блокирования элементов сцепления, в частности, второй муфты свободного хода.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения может быть предусмотрено, что передаточный механизм является частью привода пружинного энергоаккумулятора.
Привод пружинного энергоаккумулятора является приводом, который может отдавать движение. Для отдачи движения сначала заряжается накопительная пружина пружинного энергоаккумулятора, которая с помощью блокировочного приспособления блокируется в заряженном состоянии. При освобождении блокировочного приспособления накопительная пружина может разжиматься, за счет чего отдается движение приводом пружинного энергоаккумулятора. Уже при разжимании пружинного энергоаккумулятора может происходить на основании муфты свободного хода последующее сжатие накопительной пружины, за счет чего осуществляется новая зарядка накопительной пружины.
В другом предпочтительном варианте выполнения может быть предусмотрено, что устройство имеет электрический переключательный прибор.
Электрический переключательный прибор служит для переключения пути прохождения тока, т.е. путь прохождения тока прерывается, соответственно, путь прохождения тока замыкается. При этом электрический переключательный прибор может иметь, например, подвижные относительно друг друга переключательные контактные элементы, между которыми образуется раствор контактов. Для создания относительного движения между переключательными контактами электрического переключательного прибора можно применять привод пружинного энергоаккумулятора, соответственно, накопленную в накопительной пружине пружинного энергоаккумулятора энергию. Это имеет то преимущество, что особенно быстрые переключательные действия могут быть реализованы с помощью привода пружинного энергоаккумулятора, в то время как подзарядку, соответственно, зарядку накопительной пружины пружинного энергоаккумулятора можно выполнять в течение длительного промежутка времени. При соответствующем выполнении накопительной пружины, накопительная пружина может приводить в действие множество циклов движения подвижных относительно друг друга переключательных контактных элементов. Так, например, переключательные контактные элементы могут выполнять выключение, включение и снова выключение с помощью одной и той же заряженной накопительной пружины, при этом нет необходимости в подзарядке накопительной пружины.
Ниже приводится более подробное описание примера выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:
фиг. 1 - устройство с первой муфтой свободного хода в состоянии покоя;
фиг. 2 - деталь из фиг. 1;
фиг. 3 - показанное на фиг. 1 устройство во время работы передаточного механизма;
фиг. 4 - деталь из фиг. 3;
фиг. 5 - показанное на фиг. 1 устройство в сжатом (блокированном) состоянии;
фиг. 6 - деталь из фиг. 5;
фиг. 7 - показанное на фиг. 1 устройство через короткое время после деблокирования; и
фиг. 8 - деталь из фиг. 7.
На фиг. 1 показано устройство с передаточным механизмом, которое имеет вал 1 сжатия. Вал 1 сжатия установлен с возможностью вращения в передаточном корпусе 2. Передаточный корпус 2 изображен срезанным по соображениям наглядности. Сам вал 1 сжатия установлен с возможностью вращения в передаточном корпусе 2 так, что возможно свободное вращательное движение как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки. Кроме того, вал 1 сжатия снабжен кривошипным плечом 3. С кривошипным плечом 3 соединен шатун 4. Шатун 4 имеет упор 5 шатуна. К упору 5 шатуна прилегает накопительная пружина 6. В данном случае накопительная пружина 6 является винтовой пружиной, которая пронизана шатуном 4. Упор 5 шатуна прилегает к расположенному на стороне торца концу накопительной пружины 6. Другим противоположно лежащим торцевым концом накопительной пружины 6, накопительная пружина 6 прилегает к поддону 7. Поддон 7 в данном случае выполнен в виде части передаточного корпуса 2. При вращении вала 1 сжатия приводится в движение шатун 4. Накопительная пружина 6 зажата между упором 5 шатуна и поддоном 7 передаточного корпуса 2. При вращении вала 1 сжатия кривошипное плеча 3 выполняет ход, за счет чего на основе соединения упора 5 шатуна с шатуном 4 уменьшается расстояние между поддоном 7 и упором 5 шатуна. Тем самым обеспечивается возможность сжатия накопительной пружины 6 за счет вращения вала 1 сжатия. Кроме того, возможно движение вала 1 сжатия за счет разжимания сжатой накопительной пружины 6. Описание процесса сжатия и разжимания накопительной пружины 6 приводится ниже со ссылками на фиг. 1-8.
На вале 1 сжатия расположено зубчатое колесо 8 вала сжатия. Зубчатое колесо 8 вала сжатия имеет зубчатый венец, так что вращение может передаваться на вал 1 сжатия, соответственно, вращение может передаваться с вала 1 сжатия. Зубчатое колесо 8 вала сжатия находится в зацеплении с шестерней 9 первого передаточного вала 10. Первый передаточный вал 10 ориентирован по существу параллельно валу 1 сжатия, при этом на основании соединения шестерни 9 и зубчатого колеса 8 вала сжатия происходит вращение вала 1 сжатия и первого передаточного вала 10 с противоположным направлением вращения. Сам первый передаточный вал 10 установлен в передаточном корпусе 2 с возможностью свободного вращения. На первый передаточный вал 10 насажено первое зубчатое колесо 11. Первое зубчатое колесо 11 находится в свою очередь в зацеплении со второй шестерней 12 второго передаточного вала 13. Передаточный вал 13 установлен с возможностью вращения и ориентирован по существу параллельно первому передаточному валу 10, а также валу 1 сжатия. На втором передаточном валу 13 расположено коническое зубчатое колесо 14, которое через редуктор 15 соединено с электродвигателем 16. Электродвигатель 16 управляется с помощью электрической схемы и может преобразовывать электрическую энергию в механическую энергию. Отдаваемое электродвигателем 16 вращательное движение передается с замедлением в редукторе 15 на коническое зубчатое колесо 14. Тем самым коническое зубчатое колесо 14 может приводиться во вращение, за счет чего вращается второй передаточный вал 13. Через вторую шестерню 12 второго передаточного вала 13 вращение может передаваться на первое зубчатое колесо 14, за счет чего обеспечивается возможность передачи вращательного движения на первый передаточный вал 10. Он в свою очередь может передавать вращательное движение на первую шестерню 9, и это вращательное движение первой шестерни 9 может передаваться на зубчатое колесо 8 вала сжатия, а также на вал 1 сжатия вместе с кривошипным плечом 3.
Соединение первого зубчатого колеса 13 с первым передаточным валом 10 происходит через вторую муфту 18 свободного хода. Опора второго передаточного вала 13 в передаточном корпусе 2 осуществляется через первую муфту 17 свободного хода. На основе показанной на фиг. 2 части, ниже приводится более подробное описание конструкции и принципа действия первой муфты 17 свободного хода, а также второй муфты 18 свободного хода. Вторая муфта 18 свободного хода имеет первый элемент 18а сцепления, который жестко по углу соединен с первым передаточным валом 10. В качестве примера принципа действия муфты свободного хода, первый элемент 18а сцепления выполнен в виде опрокинутого зубчатого венца, который проходит в окружном направлении первого передаточного вала 10. Первый элемент 18а сцепления соединен жестко по углу с первым передаточным валом 10. Сам передаточный вал 10 можно рассматривать в качестве первого элемента 18а сцепления. В качестве второго элемента 18b сцепления с первым зубчатым колесом 11 соединена нагруженная пружиной храповая собачка. Само зубчатое колесо 14 можно рассматривать как второй элемент 18b сцепления. Таким образом, первое зубчатое колесо 13 и первый передаточный вал 10 находятся в зацеплении или выведены из зацепления в зависимости от направления потока нагрузки/изменения потока нагрузки между первым зубчатым колесом 11 и первым передаточным валом 10. При изменении потока нагрузки между элементами 18а, 18b сцепления происходит включение, соответственно, выключение зацепления первого элемента 18а сцепления и второго элемента 18b сцепления. За счет этого обеспечивается возможность передачи силового потока в желаемом направлении передачи, например, от первого зубчатого колеса 11 через вторую муфту 18 свободного хода на первый передаточный вал 10. Это может представлять интерес, например, для передачи с помощью приводного электродвигателя вращательного движения, исходя из редуктора 15, через второй передаточный вал 13, вторую шестерню 12, первое зубчатое колесо 11, вторую муфту 18 свободного хода на первый передаточный вал 10 и с него через первую шестерню 9 и зубчатое колесо 8 вала сжатия на вал 1 сжатия.
Для опоры второго передаточного вала 13 в передаточном корпусе 2 предусмотрена первая муфта 17 свободного хода. Первая муфта 17 свободного хода служит для позиционирования с возможностью вращения второго передаточного вала 13, при этом в зависимости от направления вращения второго передаточного вала 13 происходит блокирование вращательного движения второго передаточного вала 13, соответственно, допускается вращательное движение второго передаточного вала с обратным направлением вращения.
Первая муфта 17 свободного хода выполнена аналогично второй муфте 18 свободного хода. Первый элемент 17а сцепления выполнен в виде проходящего в окружном направлении вокруг оси вращения второго передаточного вала 13 имеющего форму зубьев пилы профиля, при этом первый элемент 17а сцепления первой муфты свободного хода соединен жестко по углу со вторым передаточным валом 13. Второй передаточный вал 13 можно рассматривать в качестве первого элемента 17а сцепления. Второй элемент 17b сцепления первой муфты 17 свободного хода выполнен в виде храповой собачки, которая прижата с помощью пружины к первому элементу 17а сцепления. Второй элемент 17b первой муфты 17 свободного хода в свою очередь стационарно установлен во втулке 19. Втулку 19 можно рассматривать в качестве второго элемента 17b сцепления первой муфты 17 свободного хода. Втулка 19 в свою очередь установлена с возможностью ограниченного вращения в передаточном корпусе 2. При вращательном движении второго передаточного вала 13 с первым направлением вращения происходит выведение из зацепления элементов 17а, 17b сцепления, и возможно свободное вращение второго передаточного вала 13. При смене направления вращения на противоположное, т.е. при изменении направления потока нагрузки на втором передаточном валу 13, происходит включение зацепления элементов 17а, 17b первой муфты 17 свободного хода, за счет чего принудительно создается жесткое по углу соединение между обоими элементами 17а, 17b первой муфты 17 свободного хода, за счет чего на основе установки с возможностью вращения втулки 19, она может совершать ограниченное вращательное движение относительно передаточного корпуса.
Такое ограниченное вращательное движение происходит против силы возвратной пружины 20, которая, с одной стороны, опирается на передаточный корпус 2 и, с другой стороны, соединена с втулкой 19. С приводом от вращательного движения второго передаточного вала 13 через введенные в зацепление элементы 17а, 17b происходит ограниченное поворотное движение втулки 19 в передаточном корпусе 2, так что концевые точки возвратной пружины 20 удалены друг от друга. Возвратная пружина 20 сжимается. В данном случае предусмотрено, что в качестве концевых точек используются ориентированные по существу параллельно оси вращения второго передаточного вала 13 пальцы, которые закреплены, с одной стороны, на передаточном корпусе 2 и, с другой стороны, на втулке 19.
С увеличением поворота втулки 19 под действием вращательного движения второго передаточного вала 13 при введенных в зацепление элементах сцепления 17а, 17b первой муфты 17 свободного хода происходит сжатие возвратной пружины 20, за счет чего при увеличении напряжения возвратной пружины 20 создается также повышенное сопротивление, так что такое движение тормозится возвратной пружиной 20. Через возвратную пружину 20 получается эластичное соединение второго элемента 17b первой муфты 17 свободного хода с передаточным корпусом 2. Установленная с возможностью поворотного движения втулка 19 образует звено свободного хода для первой муфты 17 свободного хода, при этом это звено свободного хода временно нейтрализует при включении в зацепление элементов 17а, 17b сцепления первой муфты 17 свободного хода ее блокирующее действие.
Втулка 19 имеет первый упор 21, а также второй упор 22. Оба упора 21, 22 на втулке 19 соединены с помощью жесткого по углу соединения второго элемента 18b с втулкой 19 с одним из элементов сцепления, в частности, со вторым элементом 17b сцепления. Выступы 21, 22 взаимодействуют с выступом 23 на передаточном корпусе 2. Таким образом, втулка 19 обеспечивает возможность ограниченного поворотного движения, которое соответствует одной четверти полного оборота. При необходимости можно за счет изменения положения упоров 21, 22 втулки 19, соответственно, выступа 23, увеличивать или уменьшать подлежащую прохождению угловую зону поворотного движения втулки 19. За счет задания свободной угловой зоны задается свободный участок пути звена свободного хода.
В качестве примера на фиг. 1-8 муфты 17, 18 свободного хода выполнены в виде храпового свободного хода. Наряду с использованием храповой собачки для реализации муфты свободного хода, можно использовать другие сцепления свободного хода, например, на основе зажимных роликов, зажимных тел, храповых собачек, зубчатых дисков, охватывающих пружин и т.д. Однако, независимо от выполнения соответствующих муфт 17, 18 свободного хода, функция их запирания, соответственно, свободного хода при смене нагрузки является одинаковой.
Ниже приводится описание процесса работы устройства, согласно изобретению, с передаточным механизмом на основании ряда фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8.
На фиг. 1 показано частично сжатое состояние накопительной пружины 6. Накопительная пружина 6 используется для накопления энергии и ее отдачи по потребности, например, мгновенно. Таким образом, обеспечивается возможность с помощью простых механических конструкций, например, в случае аварии, иметь в распоряжении достаточный запас энергии для инициирования движения. Для этого может быть предпочтительно предусмотрено, что устройство с передаточным механизмом имеет электрический переключательный прибор, который имеет подвижные относительно друг друга переключательные контактные элементы. При этом переключательные контактные элементы подвижны относительно друг друга, с целью создания пути прохождения тока, соответственно, прерывания пути прохождения тока. Сила для создания относительного движения может промежуточно накапливаться в накопительной пружине 6 и при потребности извлекаться из этой накопительной пружины 6. Это имеет то преимущество, что, например, также при неисправностях внутри системы электроснабжения (например, не работает электродвигатель 16), накопительная пружина 6 может в сжатом состоянии предоставлять в распоряжение достаточную энергию, с целью создания относительного движения переключательных контактных элементов. Кроме того, накопительная пружина 6 имеет то преимущество, что зарядка накопительной пружины 6 может происходить в течение сравнительно длительных промежутков времени, при этом разрядка накопительной пружины 6 может происходить, например, мгновенно, так что с помощью устройства, согласно изобретению, может достигаться также очень быстрое размыкание, соответственно, замыкание подвижных относительно друг друга переключательных контактных элементов.
Исходя из разгруженного состояния накопительной пружины 6, управление электродвигателем 6 осуществляется так, что он преобразует электрическую энергию во вращательное движение. Через редуктор 15 происходит вращательное движение конического зубчатого колеса 14, а также второго передаточного вала 13, так что они вращаются по часовой стрелке (по часовой стрелке при рассматривании с торца, как показано на фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8). В этом состоянии в первой муфте 17 свободного хода возникает поток нагрузки так, что оба элемента 17а, 17b сцепления первой муфты 17 свободного хода находятся в состоянии свободного хода. Втулка 19 находится в своем состоянии покоя и удерживается в своем состоянии покоя с помощью возвратной пружины 20 с прижиманием второго упора 22 к выступу 23. Вращательное движение второго передаточного вала 13 по часовой стрелке передается через вторую шестерню 12 на первое зубчатое колесо 11. На основе зацепления второй шестерни 12 и первого зубчатого колеса 11 происходит смена направления движения на противоположное на первом зубчатом колесе 11. Вследствие направления вращения, соответственно, потока нагрузки от первого передаточного вала 13 на первый передаточный вал 10 происходит введение в зацепление элементов 18а, 18b второй муфты 18 свободного хода, за счет чего вращательное движение зубчатого колеса 11, создаваемое электродвигателем 16, передается на первый передаточный вал 10. Первый передаточный вал 10 вращается, соответственно, как и зубчатое колесо 11, против часовой стрелки. При вращательном движении первого передаточного вала 10 происходит также вращательное движение первой шестерни 9, при этом она передает вращательное движение на зубчатое колесо 8 вала сжатия, при этом здесь также происходит смена направления вращения, так что зубчатое колесо 8 вала сжатия, а также вал 1 сжатия вращаются по часовой стрелке. То есть, исходя из показанного на фиг. 1 положения кривошипного плеча 3, оно поворачивается по часовой стрелке. Шатун 4 перемещает упор 5 шатуна в направлении поддона 7, за счет чего происходит сжатие накопительной пружины 6. Это движение происходит под действием электродвигателя 16 до достижения верхней мертвой точки кривошипного плеча на валу 1 сжатия. На фиг. 3 накопительная пружина 6 достигла своего сжатого состояния, и непосредственно предстоит поворотное прохождение кривошипного плеча 3 через верхнюю мертвую точку. При достижении, соответственно незадолго до достижения верхней мертвой точки, происходит управление электродвигателем 10, т.е. дальнейший привод вала 1 сжатия с помощью электродвигателя 16 не требуется. После прохождения верхней мертвой точки сжатая накопительная пружина 6 пытается вызвать смену направления потока нагрузки на валу 1 сжатия. Для предотвращения не желательной дальнейшей разгрузки накопительной пружины 6, вращательное движение вала 1 сжатия, соответственно кривошипного плеча 3, проходит против механизма блокирования (не изображен на фигурах). Блокировочный механизм блокирует дальнейшее вращательное движение вала 1 сжатия незадолго перед прохождением верхней мертвой точки кривошипного плеча 3. При этом здесь движение составляет несколько градусов. После прохождения верхней мертвой точки и упора вала 1 сжатия, соответственно кривошипного плеча 3, в блокировочный механизм происходит смена направления потока нагрузки в передаточном механизме. Вал 1 сжатия приводит во вращение (электродвигатель 16 выключен) зубчатое колесо 8 вала сжатия по часовой стрелке. Через шестерню 9 это вращательное движение передается также на первый передаточный вал 10. Первый передаточный вал 10 вращается против часовой стрелки, при этом на основе не имеющегося больше приводного движения электродвигателя (угловая) скорость первого передаточного вала 10 больше (угловой) скорости установленного на нем первого зубчатого колеса 1. Следовательно, происходит обгон и выключение второй муфты 18 свободного хода, за счет чего движение, вызываемое разгрузкой накопительной пружины 6, не может распространяться дальше до первого зубчатого колеса 11, соответственно, второго передаточного вала 13.
При упоре вала 1 сжатия в собачку может происходить эластичные деформации блокировочного механизма. После упора и сжатия блокировочного механизма происходит отскок блокировочного механизма. Таким образом, вращательное движение вала 1 сжатия меняет направление. Другими словами, непосредственно после прохождения верхней мертвой точки вал сжатия движется против блокирования. Привод передаточного механизма накопительной пружиной 6 на несколько градусов до упора в блокировочный механизм является неизбежным. Такое приводное движение с помощью накопительной пружины 6 отсоединяется с помощью второй муфты 18 свободного хода от электродвигателя, соответственно, от второго передаточного вала 13. При упоре в блокировочный механизм может происходить в нем эластичная деформация, за счет чего после отклонения назад кривошипного плеча 3 (изменение на противоположную эластичной деформации) происходит изменение на противоположное вращательного движения вала 1 сжатия.
При смене направления вращательного движения на валу 1 сжатия (ход движения от фиг. 3, 4 к фиг. 5, 6), кривошипное плечо 3 сначала отклоняется назад на несколько градусов или десятых градуса в направлении верхней мертвой точки. То есть, вал 1 сжатия движется теперь против установленного направления вращения. Вал 1 сжатия, а также закрепленное на нем зубчатое колесо 8 вала сжатия передают вращательное движение против часовой стрелки дальше на шестерню 9 первого передаточного вала 10. На основе произошедшей смены направления потока нагрузки происходит включение второй муфты 18 свободного хода. Включенная вторая муфта 18 свободного хода передает движение первого передаточного вала 10 также на первое зубчатое колесо 11, которое в свою очередь передает движение на вторую шестерню 12, так что второй передаточный вал 13 вращается против часовой стрелки. Теперь происходит также включение первой муфты 17 свободного хода. То есть, первая муфта 17 свободного хода блокирует. На основе жесткого по углу соединения второго элемента 17b сцепления с установленной с возможностью вращения в передаточном корпусе 2 втулкой 19 может ограниченно происходить это вращательное движение, несмотря на включенную и блокирующую первую муфту 17 свободного хода. Действие введенных в зацепление элементов 17а, 17b сцепления первой муфты 17 свободного хода нейтрализуется звеном свободного хода. При этом вращательном движении происходит сжатие возвратной пружины 20. Возвратная пружина 20 сжимается, а именно до вступления в контакт первого упора 21 с выступом 23 (см. фиг. 6). До соприкосновения первого упора 21 с выступом 23 обеспечивается нейтрализация введенных в зацепление элементов 17а, 17b сцепления первой муфты 17 свободного хода. При соприкосновении первого упора 21 втулки 19 с выступом 23 мгновенно проявляется блокирующее действие первой муфты 17 свободного хода, так что блокируется дальнейшее вращательное движение второго передаточного вала 13 против часовой стрелки.
В данном случае допустимо такое возвратное движение, с целью снятия блокирования второй муфты 18 свободного хода, вызванного сменой направления потока нагрузки. Действие сцепления первой муфты 17 свободного хода нейтрализуется к началу вращательного движения второго передаточного вала 13, и допускается ограниченное вращательное движение втулки 19 в передаточном корпусе 2. Тем самым возможно снятие блокирования второй муфты 18 свободного хода. Предотвращается заклинивание, соответственно, зажимание второй муфты 18 свободного хода за счет не желательного обратного колебания вала 1 сжатия.
При упоре вала 1 сжатия в блокировочный механизм, пружина 6 сжатия остается в сжатом состоянии. Теперь имеется возможность освобождения блокировочного механизма и выполнения разжимания сжатой накопительной пружины 6. Сжатая накопительная пружина 6 вызывает вращение кривошипного плеча 3 по часовой стрелке, так что также вал 1 сжатия, а также находящееся на нем зубчатое колесо 8 вала сжатия вращаются по часовой стрелке (от фиг. 5, 6 к фиг. 7, 8). Это движение по часовой стрелке передается также через первую шестерню 9 на первый передаточный вал 10. Первый передаточный вал 10 в свою очередь перемещает первый элемент 18а сцепления против часовой стрелки, после чего выходит из зацепления второй элемент 18b сцепления (функция свободного хода). Первое зубчатое колесо 11 остается в положении покоя. Вследствие этого под действием возвратной силы возвратной пружины 20 может происходить введение в зацепление элементов 17а, 17b сцепления первой муфты 17 свободного хода. Возвратная пружина 20 приводит во вращение через включенную первую муфту 17 свободного хода второй передаточный вал 13 по часовой стрелке. Через вторую шестерню 12 движение передается также на первое зубчатое колесо 11. Первое зубчатое колесо 11 вращается против часовой стрелки. При этом угловая скорость первого зубчатого колеса 11 меньше угловой скорости первого передаточного вала 10, так что выключается вторая муфта 18 свободного хода. Отклоняющиеся друг от друга угловые скорости первого передаточного вала 10 и второго зубчатого колеса 11 определяются за счет различных размеров возвратной пружины 20 и накопительной пружины 6. Втулка 19 перемещается в свое положение покоя (см. движение от фиг. 5, 6 к фиг. 7, 8), так что звено свободного хода находится в распоряжении для дальнейшего цикла движения, т.е. для поджатия накопительной пружины 6, соответственно, нового полного сжатия накопительной пружины 6.