МЕХАНИЗМ СВОБОДНОГО ХОДА
MECHANISM OF FREE RUNNING

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в бесступенчатых передачах, трансмиссиях самоходных машин, в металлорежущих станках и других устройствах.
Известен клиновой механизм свободного хода (Авторское свидетельство СССР №1303764, кл. F16D 41/00, 1987 г.), содержащий обойму, звездочку с клиновидными зубьями, выполненными на ее торцевых поверхностях, и промежуточные элементы заклинивания, выполненные в виде полумуфт с торцевыми клиновидными зубьями и дисков трения, соединенных с обоймой.
Недостатком данного механизма является повышенная угловая податливость при заклинивании, обусловленная податливостью упорного подшипника, увеличивающая потери мощности в цикле заклинивание-расклинивание, и высокие контактные напряжения при взаимодействии скосов кулачков, что приводит к значительным деформациям и быстрому выходу механизма из строя.
Известен клиновой механизм свободного хода (Патент РФ №2070998, МПК F16D 41/00, 1996 г., Бюл. №36), содержащий звездочку с клиновидными зубьями на обоих торцах. По обе стороны от звездочки на валу свободно установлены полумуфты с аналогичными клиновидными зубьями, а также пакеты фрикционных дисков, поочередно связанных с обоймой и со ступицами полумуфт. Зубья выполнены по винтовым поверхностям противоположного направления на каждом торце звездочки и торцах полумуфт.
Недостатком данного механизма является малая площадь контакта рабочих поверхностей клиновидных зубьев, технологическая сложность изготовления винтовых поверхностей на торцевых клиновидных зубьях звездочки и полумуфт, а также невозможность обеспечения геометрического подобия зубьев при пооперационной обработке каждого зуба в отдельности (перебазирование, замена инструмента, позиционирование и др.) и, как следствие, неравномерность распределения нагрузок по рабочим поверхностям зубьев, высокие контактные напряжения и, соответственно, интенсивный износ и малый технический ресурс механизма.
Целью изобретения является увеличение технического ресурса механизма свободного хода путем замены торцевых зубьев на винтовые рабочие поверхности полумуфт и звездочки, позволяющей простым технологическим способом обеспечить равномерность распределения нагрузки по виткам резьбы звездочки и полумуфт, а также увеличить площадь контакта рабочих поверхностей за счет развитой резьбовой части.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в клиновом механизме свободного хода, содержащем обойму, вал, звездочку, закрепленную на валу, упорные крышки, промежуточные элементы заклинивания, установленные в обойме симметрично с обеих сторон звездочки и выполненные в виде полумуфт и дисков трения, соединенных с полумуфтой и размещенных между дисками трения, соединенными с обоймой, полумуфты имеют цилиндрические отверстия с внутренней резьбой, соответственно, одна полумуфта с правой, а другая с левой, а звездочка имеет цилиндрическую поверхность с соответствующими наружными резьбами, с одного конца правого, а с другого конца - левого направления, образуя совместно с полумуфтами винтовые пары с противоположным осевым перемещением последних относительно звездочки при их относительном вращении.
Изобретение поясняется чертежами.
На ведущем валу 1 (фиг.1, фиг.2) закреплена звездочка 2 (сдвоенная по технологическим соображениям), на наружной цилиндрической поверхности которой с обеих сторон имеются симметрично расположенные участки, соответственно, с левой и правой наружными резьбами (упорный или прямоугольный крупный профиль, многозаходная резьба). На резьбовые участки звездочки 2 с обеих сторон наворачиваются полумуфты 3 и 4, имеющие внутренние цилиндрические отверстия, соответственно, с левой и правой внутренними резьбами, вплоть до касания своими торцевыми поверхностями торцов звездочки 2. На ступицах полумуфт 3 и 4 установлены диски трения 5, соединенные внутренними зубьями с пазами ступиц. Они размещены между дисками трения 6, соединенными наружными зубьями с пазами обоймы 7. На торцах обоймы 7 закреплена резьбовая упорная гайка 8 и крышка с наружными зубьями 9. Крышки имеют центральные расточки под вал 1. Крышка 9 соединена также с ведомым валом 10.
Механизм работает следующим образом. При повороте ведущего вала 1 и, соответственно, звездочки 2 в направлении навинчивания промежуточных элементов заклинивания, установленных в обойме 7 симметрично с обеих сторон звездочки и выполненных в виде полумуфт 3, 4 и дисков трения 5, соединенных с полумуфтами и размещенных между дисками трения 6, соединенных с обоймой, полумуфты, благодаря упиранию своих внутренних торцевых поверхностей в торцы звездочки 2, вращаются вместе с ней. При этом осевые силы не создаются. Диски трения 5, установленные на полумуфтах, вращаются относительно дисков 6, установленных в обойме 7, преодолевая минимальное трение, обеспеченное при сборке. При этом обойма 7 и ведомый вал 10 могут оставаться неподвижными. Осуществляется режим свободного хода.
При повороте ведущего вала 1 и, соответственно, звездочки 2 в направлении отвинчивания промежуточных элементов заклинивания полумуфты 3 и 4 под действием минимального трения в дисках 5 и 6, обеспеченного при сборке и за счет инерционных сил, стремятся отстать от звездочки 2, что, благодаря взаимодействию винтовых поверхностей полумуфт и звездочки, создает осевые силы, увеличивающие силы трения в дисках, которые, в свою очередь, увеличивают осевые силы и т.д. Происходит лавинообразный, почти мгновенный, процесс заклинивания. Ведущий 1 и ведомый 10 валы вращаются совместно. Осуществляется режим рабочего хода.
При использовании в механизме свободного хода в качестве ведущей - обоймы 7 (фиг.3, фиг.4) во внутреннем цилиндрическом отверстии звездочки 2, закрепленной в обойме 7, с обеих сторон нарезаются симметрично участки, соответственно, с левой и правой внутренними резьбами. В резьбовые участки звездочки 2 с обеих сторон вворачиваются полумуфты 3 и 4, имеющие наружные цилиндрические поверхности, соответственно, с левой и правой наружными резьбами, вплоть до касания своими торцевыми поверхностями торцов звездочки 2. На ступицах полумуфт 3 и 4 устанавливаются диски трения 5, соединенные наружными зубьями с пазами ступиц. Они размещаются между дисками трения 6, соединенными внутренними зубьями (шлицами) с валом 1. На торцах вала 1 закрепляются резьбовые упорные гайки 8. Вал 1 также соединен с ведомым валом 10.
Механизм работает следующим образом. При повороте ведущей обоймы 7 и, соответственно, звездочки 2 относительно полумуфт 3 и 4 в направлении ввинчивания последних полумуфты, благодаря упиранию своих наружных торцевых поверхностей в торцы звездочки, вращаются вместе со звездочкой. При этом осевые силы не создаются. Диски трения 5, установленные на полумуфтах, вращаются относительно дисков 6, установленных на валу 1, преодолевая минимальное трение, обеспеченное при сборке. При этом валы 1 и 10 могут оставаться неподвижными. Осуществляется режим свободного хода.
При повороте ведущей обоймы 7 и, соответственно, звездочки 2 относительно полумуфт 3 и 4 в направлении отвинчивания последних полумуфты под действием минимального трения в дисках, обеспеченного при сборке и за счет инерционных сил, стремятся отстать от звездочки, что, благодаря взаимодействию винтовых поверхностей полумуфт и звездочки, создает осевые силы, увеличивающие силы трения в дисках, которые, в свою очередь, увеличивают осевые силы и т.д. Происходит лавинообразный, почти мгновенный, процесс заклинивания. Ведущая обойма 7, вал 1 и ведомый вал 10 вращаются совместно. Осуществляется режим рабочего хода.
Для механизма, изображенного на фиг.1…фиг.4, условие заклинивания выражается
tgα≤n·f,
где α - угол подъема винтовой линии;
n - число пар трения на дисках одной полумуфты (n=6…8);
f - минимальное реализуемое на дисках трения значение коэффициента трения при скорости скольжения, близкой к нулю.
Расклинивание механизма происходит по винтовым поверхностям звездочки. Условием свободного расклинивания является неравенство:
0,
tgα>f
0
где f- значение коэффициента трения покоя.
0
Так, при f>0,05, а f<0,2, выбрав угол подъема винтовой линии α=15° (tgα=0,267), можно с запасом обеспечить выполнение условия надежного заклинивания и условия свободного расклинивания.
Положительный эффект заключается в том, что при заклинивании и нагружении механизма внутренние силы, действующие в осевом направлении, распределяются равномерно по непрерывным винтовым поверхностям полумуфт и звездочки при их относительном повороте. Это исключает появление на сопрягаемых рабочих поверхностях локальных пятен контакта с высокими напряжениями, уменьшает осевую и угловую податливости, снижает работу сил трения в цикле заклинивание-расклинивание, уменьшает износ и увеличивает технический ресурс механизма. При этом обеспечивается технологичность изготовления резьбовых поверхностей полумуфт и звездочки.