РЕВЕРСИВНАЯ ЗУБЧАТАЯ ОБГОННАЯ МУФТА
REVERSING TOOTHED OVERRUNNING COUPLING

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, муфта предназначена для соединения валов, передающих в одном направлении большие моменты при высокой частоте включения и незначительных потерях энергии, например в нефрикционных высокомоментных вариаторах, направление при передаче вращения можно принудительно изменять на противоположное.
Известны фрикционные обгонные муфты, в которых момент передается силами трения между ведущей и ведомой полумуфтами через заклинивающиеся тела [1]. Известна также фрикционная обгонная муфта, в конструкции которой используется зубчатая связь между заклинивающимися телами и ведущей полумуфтой [2]. В таких муфтах контактные нагрузки между деталями фрикционных пар превосходят полезные касательные силы более чем в 10 раз, что является препятствием к использованию таких типов муфт при высокой частоте включения и передаче больших моментов, например, в нефрикционных высокомоментных вариаторах [3].
Примем за прототип наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату зубчатую обгонную муфту [4]. Она содержит на подшипниках в корпусе зубчатую планетарную передачу, водило которой снабженно для каждого сателлита пружиной и парой упоров и является ведомой полумуфтой, сателлиты сцеплены с закрепленным на ведущей полумуфте центральным колесом, а на сателлитах выполнены с возможностью вращения между упорами подпружиненные к упорам в тангенциальном направлении соосные диски.
Признаки известной муфты (прототипа), совпадающие с заявляемой зубчатой обгонной муфтой, следующие. Она содержит на подшипниках в корпусе зубчатую планетарную передачу, водило которой снабжение пружинами и упорами и является ведомой полумуфтой, сателлиты сцеплены с закрепленным на ведущей полумуфте центральным колесом, а на сателлитах выполнены с возможностью вращения между упорами и подпружиненные к упорам в тангенциальном направлении соосные диски.
В известной муфте вращение передается только в одном направлении, что ограничивает применение муфт в механизмах с реверсом, например в реверсивных нефрикционных высокомоментных вариаторах [3].
Цель предлагаемого изобретения - повышение эксплуатационных характеристик.
Предлагаемая зубчатая обгонная муфта имеет следующие существенные признаки. Она содержит корпус, рукоятку реверса на корпусе и установленную на подшипниках в корпусе зубчатую планетарную передачу, водило которой является ведомой полумуфтой, сателлиты сцеплены с закрепленым на ведущей полумуфте центральным колесом, на водиле смонтированы для каждого сателлита пара связанных с рукояткой реверса пружин и три упора, одно из которых расположено диаметрально противоположно, а пара других симметрично полюсу зацепления, на сателлитах выполнены с возможностью вращения между упорами и подпружиненные одной из пружин в тангенциальном направлении соосные диски, при этом рукоятка реверса связана с пружинами с возможностью изменения направления действия пружин.
Отличительными от прототипа признаками изобретения являются следующие. Предлагаемая муфта снабжена рукояткой реверса на корпусе, на водиле смонтированы для каждого сателлита пара связанных с рукояткой реверса пружин и три упора, одно из которых расположено диаметрально противоположно, а пара других симметрично полюсу зацепления, при этом рукоятка реверса связана с пружинами с возможностью изменения направления действия пружин.
На фиг.1 и 2 представлена схема реверсивной зубчатой обгонной муфты при передаче вращения и обгоне соответственно, а на фиг.3-7 показан вариант конструкции.
Зубчатая обгонная муфта (фиг.1, 2) содержит установленную на подшипниках в корпусе 1 зубчатую планетарную передачу, в которой центральное колесо 2 является ведущей, а водило 3 - ведомой полумуфтами, на сателлите 4 закреплен диск 5, O - ось муфты. На водиле выполнены три упора: 6 - диаметрально противоположный, 7а и 7б - симметричные полюсу зацепления Е, а также установлены действующие на сателлит в тангенциальном направлении пружины 8а и 8б, смонтированные на подпружиненном пружиной 9 ползуне 10, который взаимодействует с электромагнитом 11. Смонтированная на корпусе рукоятка реверса 12 служит рубильником включения электромагнита. На фиг.1 и 2 электромагнит отключен, пружина 9 отжимает ползун 10 в крайнее левое положение, при этом пружина 8а через ось сателлита 13 прижимает диск 5 к упорам 6 и 7а.
В
Ц
С
К
a
б
Параметры муфты: R - радиус водила, R и R - радиусы центроид соответственно центрального колеса и сателлита; R - радиус контактной поверхности диска, β - углы положения точек контакта К, К упоров 7а и 7б.
а
в
a
в
t
n
a
a
б
Муфта работает следующим образом. На фиг.1 показана схема муфты при передаче вращения от ведущей полумуфты 2 ведомой 3 против часовой стрелки, М - передаваемый муфтой момент. Сателлит с диском нагружен силами: N, N - нормальные силы и fN, fN - касательные силы трения от упоров (f - коэффициент трения). F и F - силы в зацеплении от центрального колеса, Р - сила от пружины 8а. Контакт центроид зубчатой пары (полюс зацепления Е) является мгновенным центром вращения сателлита относительно центрального колеса. Нормальная сила N поворачивает сателлит против часовой стрелки, т.е. в направлении передачи вращения, а силы fN, fN и Р - по часовой стрелке. Передача вращения полумуфтами с угловой скоростью ω (против часовой стрелки на фиг.1) происходит при превышении момента от сил трения моменту от нормальных сил, т.к. в этом случае сателлит неподвижен относительно центрального колеса, и центральное колесо через сателлит нагружает водило моментом
t
Ц
M=FR
и поворачивает в тангенциальном направлении центр сателлита А вместе с водилом против часовой стрелки.
Условие передачи вращения полумуфтами
условие незаклинивания диска между упорами
С
з
где f - коэффициент трения скольжения, α - угол зацепления зубчатой передачи. Условие незаклинивания обеспечивает высокий КПД муфты.
0
С
0
Муфта при обгоне (холостой ход) показана на фиг.2. Вращение ведущей полумуфты 2 по часовой стрелке со скоростью ω не передается ведомой полумуфте (водилу). Это объясняется тем, что центральное колесо приводит к свободному относительно водила вращению сателлит в том же направлении со скоростью ω, при этом противодействующие вращению нагрузки незначительны из-за относительно малого значения силы Р и сил инерции (не показаны), следовательно, момент обгона M близок к нулю даже в начальной стадии обгона при выполнении условия (2).
Реверс муфты происходит при включении электромагнита 11 рукояткой реверса 12 (на фигурах не показано). При этом ползун 10 перемещается в крайнее правое положение, диск пружиной 8б прижимается к упорам 7б и 6, вследствие чего вращение передается по часовой стрелке. Работа муфты аналогична работе, описанной выше.
На фиг.3-7 показан вариант конструкции реверсивной зубчатой обгонной муфты с двумя сателлитами, в которой диски 5 выполнены с коническими контактными поверхностями и составляют единое целое с сателлитами 4, θ - угол конуса. Из фиг.6 имеем суммарную силу в контакте
n
N=0,5N:sinθ,
Сθ
Сθ
С
откуда fN - максимальная сила трения, где f=f:sinθ - приведенный коэффициент трения скольжения. Данное конструктивное решение увеличивает эффективность муфты (см. условия (1) и (2)). Ведомая полумуфта 3 смонтирована из двух фланцев 14, 15 и центровой шайбы 16, соединенных парой шпилек 17. Центровая шайба 16 служит опорой вращения центрального колеса 2 (ведущая полумуфта). Упоры 6 выполнены как сферические выступы на фланцах 14 и 15, а упорами 7а и 7б служат резьбовые штифты, ввернутые во фланцы, что позволяет при монтаже обеспечить оптимальные зазоры в контактах. Ползун 10 квадратного сечения установлен во фланце 15 с возможностью осевого перемещения, подпружинен пружиной 9 к установленной на корпусе рукоятке реверса 12. Пластинчатые пружины 8а и 8б закреплены на цилиндрическом пальце 18, который снабжен штифтом 19, контактирующим с выполненным в ползуне косым пазом 20. При правом положении рукоятки реверса (фиг.3) передача вращения - против часовой стрелки (фиг.4-6). Реверс осуществляется переводом рукоятки реверса влево, при этом ползун 10 поворачивает цилиндрический палец 18, что изменяет направление действия пружин на сателлиты.
Ведущей полумуфтой может быть как водило, так и зубчатое колесо.
Авторы-заявители располагают зубчатыми обгонными муфтами предлагаемой конструкции.
Источники информации
1. А.Ф.Крайнев. Механика машин. Фундаментальный словарь - 2-е изд. М.: Машиностроение. - 2001 (стр.800-801).
2. Патент США № 2024486 C1, 145-45.1, 1935 г.
3. Патент РФ № 2242654 С2, F16H 29/08. Высокомоментный вариатор. / Автор: Б.В.Пылаев. - Приор.: 20.01.2003.
4. Заявка на патент РФ № 2005123326/11 (026288) от 22.07.05.