МУФТА СВОБОДНОГО ХОДА
FREE-COUPLING CLUTCH

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве стартерной муфты свободного хода.
Известна муфта свободного хода [1], содержащая ведущую обойму с четырьмя сегментными гнездами и четырьмя секторными пазами с выступами, выполненными на ее внутренней поверхности, и ведомую зубчатую обойму с восемью зубьями, между обоймами расположен сепаратор с четырьмя выступами, размещенными в секторных пазах ведущей обоймы с возможностью ограниченного углового перемещения, в сепараторе с одной стороны выполнены четыре радиальных окна для размещения в них четырех соединительных цилиндрических роликов, с другой стороны сепаратора в его выступах выполнены гнезда под спиральные пружины.
Недостатком в данной муфте является то, что при обгоне ведомой обоймой ведущей обоймы не происходит удержания сепаратора в выключенном положении со сжатыми спиральными пружинами, центробежной и распирающей силами соединительных цилиндрических роликов из-за недостаточной угловой скорости вращения ведущей обоймы, что приводит к высокочастотному выключению и включению муфты и преждевременному износу ее рабочих поверхностей, а также муфта не обладает высокой нагрузочной способностью, ее конструкция не позволяет из-за отсутствия места разместить в муфте свыше четырех соединительных цилиндрических роликов, так как в ней сегментные гнезда и секторные пазы на внутренней поверхности ведущей обоймы расположены в одном ряду друг за другом.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является пятироликовая муфта свободного хода [2], содержащая ведущую обойму с пятью сегментными гнездами и пятью секторными пазами с выступами, выполненными симметрично на ее внутренней поверхности, отдельными параллельными рядами, внутри ведущей обоймы размещена ведомая обойма с десятью зубьями и гнездами под соединительные цилиндрические ролики, между обоймами расположен сепаратор с пятью выступами, размещенными в секторных пазах ведущей обоймы, в сепараторе с одной боковой стороны выполнены пять радиальных окон для размещения в них пяти соединительных цилиндрических роликов, с другой боковой стороны сепаратора в его выступах выполнены гнезда под спиральные пружины с перегородками, на наружной поверхности ведомой обоймы выполнены гнезда под центробежные тормозные элементы тормозного устройства для создания в муфте силой трения дополнительной силы к центробежной и распирающей силам соединительных цилиндрических роликов для удержания сепаратора в выключенном положении при обгоне ведомой обоймой ведущей обоймы и для вывода приводной шестерни ведомой обоймы из зубчатого зацепления маховика двигателя после выключения стартера, а также для их одновременного затормаживания.
Недостатком в данной конструкции муфты является то, что при передаче крутящего момента от ведущей обоймы через соединительные цилиндрические ролики на ведомую обойму, в муфте наблюдается повышенное удельное давление на радиусных заклинивающих поверхностях сегментных гнезд ведущей обоймы и на передающих боковых поверхностях окон сепаратора, в результате этого происходит преждевременный их износ и прослабление соединительных цилиндрических роликов при включении муфты, вызывающие в ней удар при пуске стартера.
К недостаткам муфты также относится трудоемкое изготовление секторных пазов ведущей обоймы и сепаратора с перегородками в гнездах спиральных пружин, предназначенных для закрытия сегментных гнезд ведущей обоймы от попадания в них витков спиральных пружин при перемещениях сепаратора в секторных пазах ведущей обоймы, использование тормозного устройства в муфте усложняет ее конструкцию и изготовление в целом муфты.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности и долговечности работы муфты и упрощение ее конструкции.
Технический результат достигается тем, что в муфте свободного хода, содержащей концентрично расположенные ведущую и ведомую обоймы, установленный между ними сепаратор с выступами и окнами под соединительные цилиндрические ролики, на взаимообращенных поверхностях обойм выполнены гнезда под соединительные цилиндрические ролики, на внутренней поверхности ведущей обоймы выполнены пазы с выступами, в которых размещены выступы сепаратора с ограниченной возможностью углового перемещения, в окнах сепаратора изменен профиль передающих и включающих боковых поверхностей, у которых нижние участки передающих боковых поверхностей выполнены по радиусу соединительного цилиндрического ролика, а нижние участки включающих боковых поверхностей выполнены по радиусу диаметра соединительного цилиндрического ролика, остальные участки передающих и включающих боковых поверхностей выполнены параллельными с кривизной их верхних участков в одну сторону по радиусу соединительного цилиндрического ролика для недопущения заедания соединительных цилиндрических роликов между ними при включении муфты, в связи с этим изменен и профиль оси перемещения соединительных цилиндрических роликов в окнах сепаратора из положения включения муфты в положение выключения муфты, ось перемещения выполнена из радиусного и радиального отрезков, центр ее радиусного отрезка и радиусной поверхности нижнего участка включающих боковых поверхностей окон сепаратора расположен на передающих боковых поверхностях в соединении радиусной поверхности нижнего участка с параллельной поверхностью, вследствие чего при перемещении соединительных цилиндрических роликов в окнах сепаратора в положение выключения муфты происходит их окружной сдвиг, который может быть в пределах от 1° до 3°, что увеличивает угол охвата и площадь передающих боковых поверхностей окон сепаратора и угол охвата и площадь заклинивающих радиусных поверхностей сегментных гнезд ведущей обоймы контактирующими с соединительными цилиндрическими роликами, для упрощения конструкции муфты рабочие поверхности выступов ведущей обоймы и сепаратора с одной стороны выполнены по радиусу соединительного цилиндрического ролика, с другой стороны радиальными, а в пространстве между радиальными поверхностями выступов ведущей обоймы и выступов сепаратора размещены прямоугольные спиральные пружины, причем сегментные гнезда ведущей обоймы выполнены асимметрично по отношению к ее выступам, которые закрываются боковыми поверхностями выступов сепаратора от попадания в них витков спиральных пружин при перемещениях сепаратора в пазах ведущей обоймы.
Использование предлагаемой муфты с высокооборотными стартерами исключает надобность применения тормозного устройства в муфте, без которого в муфте при обгоне ведомой обоймы ведущей обоймы создаются достаточные центробежная и распирающая силы соединительных цилиндрических роликов для удержания сепаратора в выключенном положении сжатыми спиральными пружинами до включения муфты.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами:
- на фиг.1 представлена муфта свободного хода - включена;
- на фиг.2 - муфта выключена;
- на фиг.3 - муфта в аксонометрической проекции;
- на фиг.4 - положение соединительного цилиндрического ролика в окнах сепаратора.
Муфта свободного хода, фиг.1, 3, содержит концентрично расположенные ведущую 1 и ведомую 9 обоймы, на внутренней поверхности 2 ведущей обоймы 1 выполнены пять гнезд 3 сегментной формы с заклинивающими поверхностями 4 с их закруглением в сегментные гнезда и пять пазов 5 с выступами 6. Сегментные гнезда 3 выполнены асимметрично по отношению к выступам 6 ведущей обоймы 1 отдельными параллельными рядами, рабочие поверхности 7, 8 выступов 6 ведущей обоймы 1 с одной стороны выполнены по радиусу соединительного цилиндрического ролика, а с другой стороны радиальными, что придает им прочность при передаче крутящего момента. В секторных пазах 5 с выступами 6 размещены выступы 13 сепаратора 12 с ограниченной возможностью углового перемещения. Внутри ведущей обоймы 1, фиг.2, 3, размещена ведомая обойма 9 с десятью зубьями 10, одна боковая поверхность которых выполнена по радиусу соединительного цилиндрического ролика, другая боковая поверхность выполнена по касательной к такому же радиусу другого зуба, образуя между зубьями 10 гнезда 11 под соединительные цилиндрические ролики. Между обоймами 1, 9 расположен сепаратор 12 с пятью выступами 13 на его наружной поверхности, рабочие поверхности 14, 15 которых, с одной стороны, выполнены по радиусу соединительного цилиндрического ролика, с другой стороны - радиальными, входящими в пазы 5 ведущей обоймы 1. В пространстве между радиальными рабочими поверхностями 8, 15 выступов 6 ведущей обоймы 1 и выступов 13 сепаратора 12 размещены прямоугольные спиральные пружины 16, поджимающие сепаратор 12 в окружном направлении относительно ведущей обоймы 1. Боковые поверхности 17 сепаратора 12 закрывают асимметрично выполненные сегментные гнезда 3, фиг.1, 3, ведущей обоймы 1 от попадания в них витков спиральных пружин 16 при перемещениях сепаратора 12.
Это конструктивное изменение упрощает изготовление выступов в ведущей обойме и сепараторе. С одной стороны в сепараторе 12 выполнены пять окон 18, фиг.2, для размещения в них пяти соединений цилиндрических роликов 19. Нижние участки 20 передающих боковых поверхностей 21, фиг.4, окон 18 сепаратора 12 выполнены по радиусу соединительного цилиндрического ролика, а нижние участки 22 включающих боковых поверхностей 23 выполнены по радиусу их диаметра. Остальные участки обеих боковых поверхностей 24, 25 выполнены параллельными с кривизной верхних участков 26, 27 поверхностей в одну сторону по радиусу соединительного цилиндрического ролика, для недопущения заедания соединительных цилиндрических роликов между ними при включении муфты.
При этом радиусная поверхность верхних участков 27, включающих боковых поверхностей 23, способствует лучшему выжиманию соединительных цилиндрических роликов 19 из сегментных гнезд 3 ведущей обоймы 1 при включении муфты.
В связи с изменением профиля боковых поверхностей 21, 23 окон сепаратора 12 перемещение соединительных цилиндрических роликов 19 из положения включения муфты в положения выключения муфты, фиг.1, 2, 4, происходит по измененной оси 28 с окружным угловым сдвигом, который может быть в пределах от 1° до 3°. Это позволяет увеличить угол охвата и площадь нижних участков 20 передающих боковых поверхностей 21 окон 18 сепаратора 12 и увеличить угол охвата и площадь заклинивающих радиусных поверхностей 4 ведущей обоймы 1, фиг.1, 4. Чрезмерное увеличение окружного сдвига соединительных цилиндрических роликов уменьшает выжимную силу включающих боковых поверхностей 23 при включении муфты, что может привести к потере работоспособности муфты. Ось перемещения 28 выполнена из радиусного и радиального отрезков. Все это связано с изменением профиля включающих боковых поверхностей 23 окон 18 сепаратора 12.
Центр 29 радиусного отрезка оси 28 и радиусной поверхности нижнего участка 22 включающих боковых поверхностей 23, фиг.4, расположен на передающих боковых поверхностях 21 в местах соединения радиусной поверхности нижнего участка 20 с поверхностью параллельного участка 24. Окружное смещение соединительных цилиндрических роликов 19 позволяет снизить удельное давление на контактирующих рабочих поверхностях 21, уменьшить их износ и не допустить прослабление соединительных цилиндрических роликов 19 при включении муфты. Приводная шестерня 30, фиг.3, выполнена заодно с ведомой обоймой 9. При использовании муфты с высокооборотными стартерами в ней при обгоне ведомой обоймой 9 ведущей обоймы 1, фиг.3, создаются достаточные центробежная и распирающая силы соединительных цилиндрических роликов 19, находящихся в сегментных гнездах 3 ведущей обоймы 1 для удержания сепаратора 12 в выключенном положении с сжатыми спиральными пружинами 16 до включения муфты. При этом выход приводной шестерни 30 из зубчатого венца моховика двигателя осуществляется возвратной пружиной тягового реле стартера, а их вращение на валу якоря стартера затормаживается силой трения между ними. Соединение хвостовика ведущей обоймы 1 с валом якоря стартера может быть винтовыми или прямобочными шлицами, все это упрощает устройство и изготовление муфты.
Предложенная муфта свободного хода работает следующим образом.
Муфта свободного хода в исходном положении всегда находится включенной, фиг.1, соединительные цилиндрические ролики 19 заклинены в гнездах 11 ведомой обоймы 9 заклинивающими радиусными поверхностями 4 сегментных гнезд 3 ведущей обоймы 1. Этому способствует сила упругости спиральных пружин 16, размещенных между радиальными рабочими поверхностями 8, 15 выступов 6 ведущей обоймы 1 и выступов 13 сепаратора 12. Поджимающий сепаратор 12 в окружном направлении относительно ведущей обоймы 1 выбирает свободный ход в ее пазах 5 между радиусными поверхностями 7, 14 выступов 6, 13 ведущей обоймы 1 и сепаратора 12.
Выключение муфты, фиг.2, происходит при обгоне ведомой обоймой 9, фиг.2, ведущей обоймы 1, при этом наклонные поверхности зубьев 10 ведомой обоймы 9 выжимают соединительные цилиндрические ролики 19 из ее гнезд 11, которые поворачивают сепаратор 12 в окружном направлении, опираясь на выступы радиусных поверхностей сегментных гнезд 3, закатываются в сегментные гнезда 3 ведущей обоймы 1.
Включение муфты, фиг.1, 2, происходит при снижении и выравнивании угловых скоростей вращения ведомой и ведущей обойм 9, 1, когда сила упругости спиральных пружин 16 сепаратора 12 превышает центробежную и распирающую силы соединительных цилиндрических роликов 19, при этом сепаратор 12, под действием сил упругости спиральных пружин 16, поворачивается в обратном направлении и своими включающими поверхностями 23 окон 18 сепаратора 12 выжимает соединительные цилиндрические ролики 19 из сегментных гнезд 3 ведущей обоймы 1, закатывая их в гнезда 11 ведомой обоймы 9, фиг.1, 4, в которых заклиниваются заклинивающими радиусными поверхностями 4 ведущей обоймы 1. При передаче крутящего момента от ведущей обоймы 1, фиг.1, на ведомую обойму 9 большая часть нагрузки приходится на радиусные охватывающие участки 20 передающих боковых поверхностей 21 окон 18 сепаратора 12 контактирующими с соединительными цилиндрическими роликами 19, а меньшая часть нагрузки приходится на заклинивающие радиусные поверхности 4 ведущей обоймы 1, от которых передача крутящего момента на ведомую обойму муфты 9 происходит через соединительные цилиндрические ролики 19, минуя сепаратор 12. Передача крутящего момента от ведущей обоймы 1 через соединительные цилиндрические ролики 19 происходит в безударном их заклинивании между заклинивающими радиусными поверхностями сегментных гнезд 3 ведущей обоймы 1 и радиусными поверхностями гнезд 11 ведомой обоймы муфты, фиг.1.
При использовании предлагаемой муфты с высокооборотными стартерами в ней при обгоне ведомой обоймой 9 ведущей обоймы 1 создаются достаточные центробежная и распирающая силы соединительных цилиндрических роликов 19 для удержания сепаратора 12 в выключенном положении со сжатыми спиральными пружинами 16 до включения муфты, при этом выход приводной шестерни 30 ведомой обоймы 9, фиг.3, из зубчатого венца маховика двигателя осуществляется возвратной пружиной тягового реле стартера, а их вращение на валу якоря стартера затормаживается силой трения между ними.
Использование предлагаемой муфты с высокооборотными стартерами, применяемых, например, в автомобилях «Жигули» позволит исключить тормозное устройство в муфте, без которого в муфте при обгоне ведомой обоймы ведущей обоймой создаются достаточные центробежная и распирающая силы соединительных цилиндрических роликов для удержания сепаратора в выключенном положении сжатыми спиральными пружинами до включения муфты. Предлагаемая конструкция проста в изготовлении, надежна и долговечна в эксплуатации, исключает все присущие недостатки известных муфт свободного хода, использованных в автомобилестроении.
Источники информации
1. Патент RU №2032115, заявка №5009787.
2. Патент RU №2274781, заявка №2004125007 (прототип).