РЕВЕРСИВНАЯ МУФТА СЦЕПЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)
REVERSE CLUTCH (VERSIONS)

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
a. Область изобретения
[0001] Настоящее изобретение относится к реверсивной муфте сцепления. В частности, настоящее изобретение относится к муфте, конструкция которой характеризуется относительно небольшим количеством частей и меньшим физическим контактом между частями, чем в обычных муфтах сцепления.
b. Уровень техники
[0002] Муфты сцепления используются во многих механизмах для выборочного сцепления и расцепления ведущего устройства, например двигателя с приводом для механического устройства (такого как конвейер или барабан для шланга или кабеля) с целью передачи крутящего момента от ведущего устройства ведомому устройству. Сцепление и/или расцепление муфты может осуществляться с помощью механического, гидравлического или электромагнитного привода или даже вручную пользователем. Один обычный тип сцепления, которое основано на механическом приводе, включает храповой механизм сцепления. В сцеплении этого типа собачки храпового механизма входят в канавки, сформированные на поверхности одного из узлов механизма сцепления, часто путем подпружинивания или под действием центробежной силы. В публикации США 2013-0248313 раскрыта улучшенная храповая муфта, в которой привод или продольная тяга имеет множество зубцов, которые входят в зацепление с собачками в муфте при относительном вращении элементов муфты сцепления, чтобы переместить собачки в положении зацепления и передать крутящий момент элементам сцепления. Раскрытая в этом документе муфта сцепления представляет собой значительное улучшение по сравнению с обычными муфтами. Однако контакт между приводом и собачками может привести к генерации тепла и появлению мусора от износа в точке контакта между приводом и собачками.
[0003] Изобретатель настоящего изобретения признал необходимость создания реверсивной муфты, чтобы минимизировать и/или устранить один или несколько из указанных выше недостатков.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] Предлагается усовершенствованная реверсивная муфта сцепления. В частности, предлагается реверсивная муфта сцепления с относительно небольшим количеством частей и меньшим физическим контактом между частями по сравнению с известными муфтами сцепления.
[0005] Реверсивная муфта в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения включает внутренний элемент, расположенный вокруг первой оси вращения, и внешний элемент, расположенный вокруг первой оси вращения и направленный радиально наружу от внутреннего элемента. Муфта дополнительно включает собачку, соединенную с одним из внутреннего и внешнего элементов. Собачка имеет первый и второй концы и выполнена с возможностью вращения вокруг второй оси вращения так, что первый конец собачки перемещается между первым положением сцепления с первой поверхностью сцепления собачки в другом из внутреннего и внешнего элементов, вторым положением сцепления со второй поверхностью сцепления собачки в другом элементе и положением расцепления с другим элементом, разрешающим вращение внутреннего и внешнего элементов относительно друг друга. Муфта дополнительно включает пару магнитов, расположенных на втором конце собачки. Каждый магнит из пары магнитов определяет полюса вблизи второго конца собачки. Полюса пары магнитов имеют противоположную полярность. Муфта дополнительно включает электромагнитный привод, способный выборочно генерировать первое электромагнитное поле, имеющее первую полярность, и второе электромагнитное поле, имеющее вторую полярность, противоположную полярности первого поля. Первое электромагнитное поле выводит собачку из положения расцепления в первое положение сцепления, чтобы вызвать вращение другого элемента в первом направлении вращения, и второе электромагнитное поле выводит собачку из положения расцепления во второе положение сцепления, чтобы вызвать вращение другого элемента во втором направлении вращения, противоположном первому направлению вращения.
[0006] Реверсивная муфта сцепления в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения включает внутренний элемент, расположенный вокруг первой оси вращения, и внешний элемент, расположенный вокруг первой оси вращения радиально наружу относительно внутреннего элемента. Муфта дополнительно включает первую собачку, связанную с одним из внутреннего и внешнего элементов. Первая собачка имеет первый и второй концы и выполнена с возможностью вращения вокруг второй оси вращения, так что первый конец первой собачки перемещается между первым положением сцепления с первой поверхностью сцепления собачки в другом из внутреннего и внешнего элементов, вторым положением сцепления со второй поверхностью сцепления собачки в другом элементе и положением расцепления с другим элементом, обеспечивающим относительное вращение внутреннего и внешнего элементов. Муфта дополнительно включает первую пару магнитов, расположенных на втором конце первой собачки. Каждый магнит первой пары магнитов определяет полюса вблизи второго конца первой собачки. Полюса первой пары магнитов имеют противоположную полярность. Муфта дополнительно содержит вторую собачку, связанную с одним элементом. Вторая собачка имеет первый и второй концы и выполнена с возможностью вращения вокруг третьей оси вращения, так что первый конец второй собачки может перемещаться между первым положением сцепления с третьей поверхностью сцепления собачки в другом элементе, вторым положением сцепления с поверхностью четвертого собачки другого элемента и положением расцепления с другим элементом, обеспечивающим относительное вращение внутреннего и внешнего элементов. Муфта дополнительно включает вторую пару магнитов, расположенных на втором конце второй собачки. Каждый магнит второй пары магнитов определяет полюса вблизи второго конца второй собачки. Полюса второй пары магнитов имеют противоположные полярности. Муфта дополнительно включает электромагнитный привод, выполненный с возможностью выборочно генерировать первое электромагнитное поле, имеющее первую полярность, и второе электромагнитное поле, имеющее вторую полярность, противоположную полярности первого поля. Первое электромагнитное поле выводит первую и вторую собачки из положения расцепления в первое положение сцепления, чтобы вызвать вращение другого элемента в первом направлении вращения, и второе электромагнитное поле выводит первую и вторую собачки из положения расцепления во второе положения зацепления, чтобы вызвать вращение другого элемента во втором направлении вращения, противоположном первому направлению вращения.
[0007] Реверсивная муфта сцепления в соответствии с настоящим изобретением имеет преимущества по сравнению с известными муфтами, поскольку она имеет относительно небольшое количество частей и, следовательно, является менее сложной и менее дорогостоящей, чем обычные муфты сцепления. Предлагаемая муфта также предпочтительна благодаря тому, что управляемое движение собачек в муфте происходит без физического контакта собачек, снижая, таким образом, выделение тепла в муфте и количество мусора от износа контактных частей.
[0008] Вышеприведенные особенности, детали и другие аспекты и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из приведенного ниже описания и формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0009] Фигура 1 - схема системы, включающей сцепление в соответствии с настоящим изобретением.
[0010] Фигура 2 - изображение муфты в разобранном виде в соответствии с настоящим изобретением.
[0011] Фигура 3 - поперечный разрез муфты фигуры 2.
[0012] Фигура 4 - поперечный разрез муфты фигур 2-3 по линии 4-4 на фигуры 3, иллюстрирующий стадию расцепления муфты сцепления.
[0013] Фигура 5 - поперечный разрез муфты фигур 2-4, иллюстрирующий стадию сцепления муфты.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0014] Обратимся теперь к чертежам, на которых одинаковые цифровые позиции используются для идентификации одинаковых компонентов в разных видах. Фигура 1 иллюстрирует систему 10 для производства и передачи энергии. Система 10 включает ведущее устройство 12 для выработки энергии, используемой для привода ведомого устройства 14. Устройство 12 может содержать обычный двигатель, например электродвигатель, гидравлический двигатель или пневматический двигатель. Устройство 12 может дополнительно включать обычную коробку передач или редуктор (который может быть объединен с двигателем с образованием обычного редукторного электродвигателя) для управления выходной скоростью и вращающим моментом ведомого устройства 14. Устройство 12 может передавать крутящий момент через выходной элемент 16, такой как вал или другой вращающийся компонент, например шестеренчатый механизм, шкив или звездочки. Ведомое устройство 14 может содержать, например, конвейер или барабан, на который наматывается шланг, электрический кабель или стальной трос. Следует понимать, что форма устройства 14 будет зависеть от области применения этого устройства и устройство 14 может быть любым из широкого спектра устройств, предназначенных для приема входного крутящего момента. Устройство 14 может получить крутящий момент через входной элемент, например вал 18 или другой вращающийся узел типа шестеренчатого редуктора, шкива или звездочек в цепной передаче. Система 10 может дополнительно включать сцепление 20 в соответствии с настоящим изобретением. Сцепление 20 выборочно соединяет устройства 12, 14, чтобы обеспечить передачу крутящего момента от ведущего устройства 12 к устройству 14. В частности, сцепление 20 принимает крутящий момент от выходного элемента 16 устройства 12 и выборочно передает крутящий момент входному элементу 18 устройства 14. Следует понимать, что выходной элемент 16 может быть встроен в устройство 12 или в сцепление 20 и, аналогично, входной элемент 18 может быть встроен в устройство 14 или в сцепление 20.
[0015] На фигурах 2-4 показан один вариант осуществления сцепления 20 в соответствии с настоящим изобретением. Сцепление 20 включает реверсивный механизм сцепления, в частности реверсивную муфту. Реверсивная муфта является муфтой свободного хода типа механической муфты сцепления, которая может вращаться в одну или противоположную сторону в направлении движения ведущего элемента муфты свободного хода, если скорость вращения ведомого устройства превышает скорость вращения ведущего устройства. Реверсивная или обгонная муфта способна создавать и передавать момент в обоих направлениях. Одним из преимуществ муфты свободного хода является то, что она позволяет большим нагрузкам двигаться по инерции после остановки и предотвращает ущерб обратного хода, который может возникнуть в ведущем устройстве 12. Сцепление 20 может включать внутренний элемент 22, внешний элемент 24, крепежные пальцы 26, собачки 28, магниты 30 и электромагнитный привод 32.
[0016] Внутренний элемент 22 принимает крутящий момента от выходного элемента 16 ведущего устройства 12, который может быть выборочно передан внешнему элементу 24 муфты 20, как описано ниже более подробно. Элемент 22 имеет круглое поперечное сечение и может быть выполнен с возможностью приема вала (не показан), проходящего от устройства 12 или к устройству 12 (такой вал может содержать входной элемент 16 или может быть соединен с входным элементом 16). Как показано на фигуре 2, элемент 22 может определить шпоночный паз 34 или паз, выполненный с возможностью зацепления с соответствующим ответным выступом или шпоночным пазом в валу, чтобы соединить элемент 22 с валом для вращения вокруг оси вращения 36 (фигура 3). Как показано на фигуре 3, диаметр радиально внешней поверхности элемента 22 может изменяться. На любом конце оси диаметр элемента 22 может иметь такие размеры, чтобы он мог быть введен в элемент 24 и поддерживать привод 32 соответственно. Будучи промежуточным звеном между концами оси элемента 22, элемент 22 может сформировать корпус собачки или корпус 38. Корпус 38 может включать пару отходящих радиально наружу и разнесенных по оси фланцев 40, 42. Фланцы 40, 42 вместе с проходящей по оси стенкой 44, сформированной в корпусе 38, образуют кольцевую канавку 46, предназначенную для приема собачки 28. Как показано на фигуре 4, корпус 38 может определять множество радиальных углублений 48 в стенке 44, предназначенных для приема магнитов 30. Снова обращаясь к фигуре 3, мы видим, что каждый фланец 40, 42 может определять множество проходящих в осевом направлении отверстий 50, 52, соответственно расположенных на равном расстоянии по окружности фланцев 40, 42. Каждое отверстие 50 может совпадать по оси с соответствующим отверстием 52. Отверстия 50, 52 предназначены для входа в них противоположных продольных концов крепежных пальцев 26, проходящих через углубление 44, и соответствующих собачек 28.
[0017] Внешний элемент 24 выполнен с возможностью передачи крутящего момента на ведомое устройство 14. Элемент 24 имеет кольцевую конструкцию и расположены вокруг оси 36 радиально наружу относительно внутреннего элемента 22. Внутренний диаметр элемента 24 изменяется вдоль по длине оси. В частности, элемент 24 может определить уменьшенный диаметр части 54 на одном осевом или продольном конце элемента 24, выполненного с возможностью его размещения вдоль оси концевой части внутреннего элемента 22. Между частью 54 элемента 24 и элемента 22 может быть размещена тонкая пленка смазки. В качестве альтернативы между элементами 22 и 24 может быть расположен подшипник (например, подшипник скольжения или роликовый подшипник). Часть 54 может определять множество проходящих по окружности в осевом направлении отверстий 56, предназначенных для приема пальцев или других крепежных деталей (не показаны), с помощью которых элемент 24 может быть соединен с входным элементом 18. Однако следует понимать, что элемент 24 может быть соединен с входным элементом 18 различными другими способами. Элемент 24 может определять часть 58 увеличенного диаметра на другом осевом или продольном конце элемента 24, в который может входить корпус 38 собачки элемента 22. Как показано на фигурах 4-5, часть 58 элемента 24 определяет множество углублений 60, образованных в радиально внутренней поверхности части 58. Углубления 60 могут быть равномерно распределены по окружности вокруг элемента 58, и число углублений 60 может соответствовать числу собачек 28 (например, количество отверстий 60 может быть равным количеству собачек 28). Каждое углубление 60 определяет пару поверхностей сцепления 62, 64 собачек. В показанном варианте воплощения углубление 60, как правило, имеет трапецеидальную форму с поверхностями 62, 64, образующими тупой угол с радиальной нижней частью углубления 60, так что углубление 60 сужается радиально наружу. При этом следует понимать, что форма и ориентация углубления 60 и поверхностей 62, 64 являются дополнением к форме и ориентации собачек 28 и, следовательно, могут изменяться в зависимости от формы и ориентации собачек 28.
[0018] Крепежные пальцы 26 обеспечивают средство крепления собачек 28 на элементе 22, в частности на корпусе 38 собачек элемента 22. Как показано на фигуре 3, продольные концы пальцев 26 сконфигурированы так, что они могут быть вставлены в углубления 50, 52 во фланцах 40, 42 корпуса 38, и пальцы 26 дополнительно сконфигурированы для прохождения через соответствующие отверстия, образованные в собачке 28. Каждый палец 26 определяет ось 66 и точку поворота соответствующей собачки 28 вокруг оси 66, как описано ниже более подробно.
[0019] Собачки 28 входят в зацепление с поверхностями сцепления 62, 64 во внешнем элементе 24 для передачи крутящего момента от внутреннего элемента 22 внешнему элементу 24. Каждая собачка 28 поддерживается крепежным пальцем 26 и вращается вокруг оси вращения 66, проходящей через палец 26. Как показано на фигурах 4-5, каждая собачка 28 имеет Т-образное поперечное сечение и содержит радиально проходящий стержень 68 и проходящее по окружности плечо 70, соединенное с одним концом стержня 68. В показанном варианте воплощения плечо 70 соединено с радиально внешним концом стержня 68 и образует радиально внешний конец собачки 28. Следует отметить, что сцепление 20 альтернативно может быть выполнено с возможностью передачи крутящего момента от выходного элемента 24 входному элементу 22 с образованием поверхности сцепления собачки, образованной на радиально внешней поверхности элемента 22, причем собачки 28 и магниты 30 поддерживаются элементом 24, а плечо 70 собачки 28, соединенное с радиально внутренней частью стержня 68, образует радиально внутренний конец собачки 28. Стержень 68 входит в углубление 44 в корпусе 38. Стержень 68 определяет продольное осевое отверстие, проходящее между радиально внутренним и внешним концами стержня 68 и предназначенное для входа в него крепежного пальца 26. Плечо 70 соединено со стержнем 68 у окружных концов плеча 70. Плечо 70 определяет поверхности сцепления 72, 74 у противоположных окружных концов плеча 70. Поверхности сцепления 72, 74 муфты сцепления выполнены с возможностью их сцепления с собачками поверхностей зацепления 62, 64, соответственно, в углублениях 60, чтобы обеспечить реверсивное сцепление муфты. Следует понимать, что форма и ориентация поверхностей 72, 74 зависят от формы и ориентации поверхностей 72, 74 и, следовательно, могут быть изменены.
[0020] Предусмотрены магниты 30, которые вызывают перемещение собачек 28 в положение расцепления, обеспечивая относительное вращение элементов 22, 24. Магниты 30 расположены в углублениях 48 внутреннего элемента 22. Магниты 30 могут быть расположены парами у радиально внутреннего конца собачки 28, в частности у стержня 68 собачки 28. Как показано на фигуре 4, два магнита 30а, 30b в каждой паре могут быть расположены в целом или частично по обе стороны от плоскости 76, проходящей через ось 36 и ось 66, вокруг которой собачки 28 вращаются и могут быть удалены от плоскости на равное расстояние. Каждый магнит 30a, 30b в паре магнитов определяет полюс радиально внутреннего конца собачки 28. Полюса двух магнитов в каждой паре имеют противоположную полярность и устанавливают магнитную цепь со стержнем 68, которая в отсутствие внешней силы поддерживает стержень 68 в положении, в основном, параллельном плоскости 76 и, следовательно, удерживает плечо 70 собачки 28 в положении расцепления с элементом 24.
[0021] Может быть предусмотрен привод 32, устанавливающий электромагнитные поля, чтобы изменить магнитную цепь между собачкой 28 и магнитами 30A, 30B и обеспечить сцепление собачки 28 с элементом 24. В варианте, показанном на фигуре 3, привод 32 включает корпус 78 и катушку 80. Однако следует понимать, что привод 32 может быть сформирован в различных формах при условии, что привод 32 способен генерировать электромагнитные поля, необходимые для изменения магнитной цепи между собачкой 28 и магнитами 30A, 30B.
[0022] Корпус 78 может иметь круглую форму и может быть расположен вокруг оси 36. Корпус 78 может определять отходящий радиально наружу фланец 82 на одном осевом конце или продольный конец корпуса 78, имеющий множество проходящих в осевом направлении и разнесенных по окружности отверстий 84, выполненных с возможностью приема крепежных деталей (не показаны) для стационарного крепления привода 32. Корпус 78 также может определять кольцевую канавку 86 на противоположном осевом или продольном конце корпуса 78, выполненного с возможностью приема катушки 80.
[0023] Катушка 80 может содержать обмотку и может быть расположена в углублении 86 корпуса 78. Катушка 80 может быть подключена к внешнему источнику тока (не показан) через стандартный разъем (не показан). Катушка 80 может быть подключена к источнику переменного тока или постоянного тока, который выборочно используется в качестве источника положительного или отрицательного напряжения для создания желательного магнитного поля. Напряжение может регулироваться с помощью обычного переключателя. Ток может быть направлен через катушку 80 в противоположных направлениях, чтобы создать электромагнитное поле, имеющее различную полярность. Эти электромагнитные поля используются для изменения магнитной цепи между собачкой 28 и магнитами 30A, 30B и перемещения собачки 28 в одно или несколько положений сцепления с элементом 24 для привода элемента 24 в любом направлении вращения. Пропускание тока через катушку 80 в одном направлении устанавливает положительное напряжение и электромагнитное поле, имеющее положительную полярность. Как показано на фигуре 5, поле положительной полярности нейтрализует поле от одного магнита 30B в каждой паре магнитов, в то же время усиливая поле от другого магнит 30A в каждой паре магнитов. Полученная магнитная цепь переместит радиально внутренний конец стержня 68 собачки 28 к магниту 30A с усиленным полем, вызывая поворот собачки 28 вокруг оси 66 и приводя поверхность сцепления 72 в состояние сцепления с поверхностью сцепления 62 элемента 24, поворачивая элемент 24 в одном направлении вращения. Пропускание тока через катушку 80 в противоположном направлении устанавливает отрицательное напряжение и создает электромагнитное поле, имеющее отрицательную полярность. Поле отрицательной полярности нейтрализует поле одного магнита 30A в каждой паре магнитов, в то же время усиливая поле другого магнита 30B в каждой паре магнитов. Полученная магнитная цепь переместит радиально внутренний конец стержня 68 собачки 28 к магниту 30B с усиленным полем, инициируя вращение собачки 28 вокруг оси 66 и сцепление поверхности 74 с поверхностью сцепления 64 собачки в элементе 24, приводя к вращению элемента привода 24 в противоположном направлении.
[0024] Реверсивная муфта сцепления 20 в соответствии с настоящим изобретением имеет ряд преимуществ по сравнению с известными муфтами сцепления, поскольку она содержит относительно небольшое число частей и, следовательно, является менее сложной и менее дорогостоящей, чем обычные муфты. Муфта сцепления 20 также предпочтительна в том, что регулируемое движение собачки 28 в муфте 20 происходит без физического контакта собачек 28, снижая, таким образом, выделение тепла в сцепления 20 и мусора от износа контактирующих частей.
[0025] Хотя изобретение было показано и описано со ссылкой на один или несколько конкретных вариантов его осуществления, специалистам в данной области техники понятно, что могут быть сделаны различные изменения и модификации без выхода из сущности и объема настоящего изобретения.