КУЛАЧКОВАЯ МУФТА
CAM CLUTCH

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для соединения соосных валов.
Известны кулачковые муфты, состоящие из двух полумуфт с торцевыми кулачками. Включение и выключение таких муфт осуществляется осевым перемещением одной из полумуфт, при котором выступы одной полумуфты входят во впадины другой, создавая жесткое сцепление. (О.А.Ряховский, С.С.Иванов. Справочник по муфтам. Л.: Издательство «Политехника», 1991, стр.173-176.) Указанные муфты отличаются простотой конструкции, однако они испытывают значительные динамические нагрузки при включении, что связано с быстрым износом кулачков.
2
Также известна кулачковая муфта (а.с. СССР №549615, М.Кл F16D 11/04, опубл. 05.03.77, бюл. №9), содержащая подвижную и неподвижную фланцевые полумуфты, имеющие кулачки на торцевых поверхностях, взаимодействующие с кулачками промежуточного диска, помещенного между полумуфтами. Муфта снабжена пружинами, установленными между кулачками неподвижной полумуфты и промежуточного диска.
Недостатками муфты являются ее большие габариты по диаметру из-за размещения цилиндрических пружин по периферии фланцев неподвижной полумуфты и износ профилей кулачков вследствие возможной их встречи торцевыми поверхностями и силового скольжения до полного включения.
2
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является кулачковая муфта (а.с. СССР №397696, М.Кл. F16D 11/00, опубл. 17.09.1973, бюл. №37), содержащая смонтированные на валах ведомую полумуфту и ведущую, установленную с возможностью осевого перемещения. В ведомой полумуфте установлено демпфирующее устройство в виде пружинных стержней, закрепленных одними концами на полумуфте, снабженной сквозным вырезом, в котором размещен закрепленный в ведомом валу палец.
Муфта обеспечивает автоматическое соединение валов. Но поскольку включение муфты возможно только при вращающемся ведущем вале, то неизбежно кромочное проскальзывание, сопровождаемое динамическими ударами, что приводит к износу вершин зубьев полумуфт. Кроме того, использование в качестве демпфирующих элементов пружинных стержней приводит к увеличению габаритов муфты.
Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является улучшение условий сцепления полумуфт при неподвижных ведущем и ведомом валах.
Технические результаты, полученные при реализации изобретения, заключаются в повышении надежности включения муфты и уменьшении ее габаритов.
Это достигается тем, что предлагаемая кулачковая муфта, содержащая установленные на валах подвижную и неподвижную в осевом направлении полумуфты, причем последняя снабжена демпфирующим устройством в виде двух упругих элементов, закрепленных одними концами на указанной полумуфте, отличается от прототипа следующим. Полумуфты выполнены с треугольным профилем кулачков, а упругие элементы выполнены в виде пружин S-образной формы. На валу неподвижной в осевом направлении полумуфты жестко закреплена втулка с четырьмя радиальными выступами, два из которых размещены в пазах указанной полумуфты, выполненных на ее торце, противоположном кулачковому, а два других выступа снабжены эксцентриками, установленными с возможностью воздействия на свободные концы пружин для обеспечения симметричного расположения двух первых выступов относительно пазов полумуфты. При этом ширина пазов выбрана из условия возможности обеспечения поворота полумуфты относительно выступов в обе стороны на угол, соответствующий половине углового шага ее кулачков.
В указанном исполнении муфты благодаря обеспечению в исходном состоянии симметричного расположения выступов втулки относительно пазов неподвижной в осевом направлении полумуфты путем воздействия эксцентриками на свободные концы пружин, закрепленных на полумуфте, а также определенному выбору ширины пазов реализована возможность поворота полумуфты при сцеплении с подвижной в осевом направлении полумуфтой на угол, соответствующий половине углового шага кулачков. Это при выполнении полумуфт с кулачками треугольного профиля позволяет обеспечить гарантированное попадание выступов кулачков одной полумуфты во впадины другой в случае их встречи с рабочими гранями (скосами) при неподвижных валах, что повышает надежность включения муфты.
Кроме того, упругие элементы, выполненные S-образной формы, в отличие от пружинных стержней в прототипе, обладают меньшими размерами при одинаковой величине демпфирования, что позволяет уменьшить габариты муфты.
На фиг.1 показан частичный продольный разрез варианта исполнения предлагаемой муфты; на фиг.2 - вид по стрелке А; на фиг.3 - разрез по вертикальной плоскости Б-Б.
Муфта содержит полумуфты 1 и 2 в виде стаканов с торцевыми кулачками треугольного профиля («мышиный зуб»), насаженные на валы соответственно 3 и 4 (см. фиг.1). Полумуфта 1 установлена с возможностью перемещения вдоль оси вала 3, а полумуфта 2, неподвижная в осевом направлении, но имеющая возможность углового поворота относительно вала 4, снабжена демпфирующим устройством, состоящим из двух пластинчатых пружин 5 S-образной формы, одни концы которых жестко закреплены на указанной полумуфте 2 винтами 6 (см. фиг.3).
Осевое перемещение полумуфты 2 ограничено пружинным кольцом 7 и втулкой 8, жестко закрепленной с помощью штифта 9 на валу 4 (см. фиг.1). Втулка 8 выполнена с четырьмя радиальными выступами (см. фиг.2), два из которых 10 и 11 размещены в пазах соответственно 12 и 13, выполненных на торце полумуфты 2, противоположном кулачковому. На двух других выступах 14 и 15 установлены эксцентрики 16, поворотом которых, путем воздействия на свободные концы пружин 5, обеспечивается симметричное расположение выступов 10 и 11 относительно пазов соответственно 12 и 13.
При этом ширина пазов 12 и 13 выполнена таким образом, что обеспечивается поворот полумуфты 2 относительно выступов 10 и 11 в одну и другую сторону на угол, соответствующий половине одного углового шага ее кулачков (φ/2).
Работает муфта в следующем порядке.
В расцепленном состоянии полумуфты 1 и 2 раздвинуты и кинематическая связь между валами 3 и 4 отсутствует. При этом зазоры между соответствующими боковыми поверхностями пазов 12 и 13 и выступов 10 и 11 равны и соответствуют половине углового шага кулачков (φ/2).
Для соединения валов 3 и 4 между собой полумуфта 1 перемещается к полумуфте 2. В случае благоприятного совпадения вершин кулачков одной из полумуфт с впадинами кулачков другой произойдет обычное включение муфты. Полная кинематическая связь между валами 3 и 4 и передача крутящего момента осуществляется после соприкосновения соответствующих боковых поверхностей пазов 12, 13 и выступов 10, 11. При этом в зависимости от направления вращения валов свободный угловой ход, равный φ/2, выбирается в одну или другую сторону с преодолением усилия соответствующей пружины 5.
В случае встречи кулачков рабочими гранями (скосами) полумуфта 2 поворачивается под действием тангенциальной составляющей осевой силы в одну или другую сторону, преодолевая усилие соответствующей пружины 5. Величина угла и направление поворота зависит от положений точек соприкосновений граней. При этом угол поворота может быть от нуля до одного углового шага кулачков в зависимости от направления вращения валов, а величина демпфирования пропорциональна деформации соответствующей пружины 5.
При разъединении валов 3 и 4 полумуфта 1 возвращается в исходное положение, а полумуфта 2 под действием одной из пружин 5 повернется и займет положение, при котором зазоры между соответствующими боковыми поверхностями ее пазов и выступов втулки 8 будут равны и соответствовать половине углового шага кулачков.
Таким образом, учитывая то, что вероятность встречи кулачков треугольного профиля вершинами ничтожно мала, предлагаемое техническое решение существенно упрощает процесс сцепления полумуфт без обычного для этого относительного поворота соединяемых валов, что повышает надежность включения муфты при неподвижных ведущем и ведомом валах. При этом с использованием в качестве демпфирующих элементов пружин S-образной формы, вследствие малости их размеров в отличие от пружинных стержней, уменьшаются габариты муфты.