ПЛАНЕТАРНАЯ ХРАПОВАЯ ОБГОННАЯ МУФТА
PLANETARY RATTLE RUNNING CLUTCH

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и предназначено для соединения валов, передающих в одном направлении большие моменты при высокой частоте включения, например в нефрикционных высокомоментных вариаторах.
Известны фрикционные обгонные муфты, в которых момент передается силами трения между ведущей и ведомой полумуфтами через заклинивающиеся тела [1, стр. 800]. 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. Известны также храповые обгонные муфты, в конструкции которых используется зубчатая связь между ведущей и ведомой полумуфтами [1, стр. 806], что обеспечивает передачу больших моментов, но у таких муфт достаточно большой (15…20°) угол срабатывания, что неприемлемо, например, в нефрикционных высокомоментных вариаторах [2].
Примем за прототип наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату зубчатую обгонную муфту с практически нулевым углом срабатывания [3]. Она содержит зубчатую планетарную передачу, в которой центральное колесо является ведущей полумуфтой, а водило - ведомой полумуфтой с сателлитами, сцепленными с центральным колесом, на сателлитах смонтированы фиксированные в тангенциальном направлении диски, а на водиле выполнены контактирующие с дисками упоры, при этом сателлиты подпружинены к упорам.
Признаки известной муфты (прототипа), совпадающие с заявляемой зубчатой обгонной муфтой, следующие. Она содержит зубчатую планетарную передачу, в которой центральное колесо является ведущей полумуфтой, а водило - ведомой полумуфтой с сателлитами, сцепленными с центральным колесом, а на сателлитах смонтированы фиксированные в тангенциальном направлении диски.
В известной муфте фиксация полумуфт от относительного вращения при передаче вращения (рабочий ход) осуществляется силами трения между дисками и упорами, что ограничивает передаваемый момент, также имеет место сложность конструкции.
Цель предлагаемого изобретения - повышение работоспособности за счет уменьшения на порядок угла срабатывания муфты в сравнении с существующими храповыми обгонными муфтами.
Предлагаемая зубчатая обгонная муфта имеет следующие существенные признаки. Она содержит зубчатую планетарную передачу, в которой центральное колесо является ведущей полумуфтой, а водило - ведомой полумуфтой с сателлитами, сцепленными с центральным колесом, при этом на сателлитах смонтированы с торцевыми храповыми венцами фиксированные в тангенциальном и осевом направлении диски, а на водиле соосно дискам установлены с возможностью сцепления с торцевыми храповыми венцами фиксированные в тангенциальном направлении и подпружиненные к дискам храповые колеса
Отличительными от прототипа признаками изобретения являются следующие. В предлагаемой планетарной храповой обгонной муфте диски выполнены с торцевыми храповыми венцами и фиксированы в осевом направлении, а на водиле соосно дискам установлены с возможностью сцепления с торцевыми храповыми венцами фиксированные в тангенциальном направлении и подпружиненные к дискам храповые колеса
На фиг. 1…6 представлен вариант конструкции планетарной храповой обгонной муфты, на фиг. 7…8 показаны нагрузки при передаче вращения, а на фиг. 9…10 - угловые скорости звеньев муфты при обгоне.
1
2
1
2
x
Предлагаемая муфта (фиг. 1) содержит зубчатую планетарную передачу, в которой центральное колесо 1 является ведущей, а водило 2 - ведомой полумуфтами. Водило состоит из двух соединяемых тремя шпильками 3 и гайками 4 половин 2 и 2 с цапфами 5 и 6. На центральном колесе выполнен зубчатый венец 7, а на водиле 2 цилиндрическая опора 8 центрального колеса. На водиле 2 соосно шпилькам закреплены шлицевые шейки 9. На шпильки с возможностью вращения посажены сцепленные с центральным колесом три сателлита 10а, 10b и 10с (фиг. 2), на которых в тангенциальном и осевом направлениях закреплены диски 11 с торцевым храповым венцом 12. На шлицевые шейки 9 подвижно в осевом направлении посажены храповые колеса 13, подпружиненные в направлении сателлитов пружинами 14. Между сателлитами установлена сцепленная с ними паразитка 15. На фиг. 3 и 4 показана муфта при передаче вращения (рабочий ход) по часовой стрелке при взгляде со стороны цапфы 6. В муфте фиксация полумуфт при передаче вращения обеспечена соединением храпового колеса 13 с торцевым храповым венцом 12 диска 11 сателлита 10а, при этом другие храповые колеса сдвинуты по отношению к храповым венцам сателлитов 10b и 10с соответственно на S/3 и 2S/3, где S - шага зубьев храповых венцов и храповых колес на радиусе R (фиг. 5 и 6).
Предлагаемая муфта работает следующим образом. При передаче вращения (фиг. 3 и 4) обе полумуфты вращаются со скоростью ω в направлении действия внешнего момента M на ведущей полумуфте (центральное колесо 1), преодолевая момент сопротивления M на ведомой полумуфте (водило 2). При этом сателлит 10а зафиксирован от вращения относительно водила храповым колесом 13, m - момент на сателлите. На фиг. 7 и 8 показан характер нагрузок в муфте при передаче вращения с паразиткой 15 и без нее, на фиг. 9 и 10 - при обгоне, где R и r - центроиды зубчатого колес и сателлитов. Передаточное отношение планетарной передачи
К
C
где z и z - число зубьев в центральном колесе и сателлитах.
Передаваемый момент при передаче вращения с паразиткой (фиг. 7)
M=F×R+2×0,5F×R=2FR,
откуда  и момент на сателлите
Момент на сателлите без паразитки (фиг. 8)
Муфта работоспособна и без паразитки, но она позволяет в два раза уменьшить контактную нагрузку в зубчатой паре сателлит-центральное колесо.
10
При обгоне момент не передается (фиг. 9 и 10), и при остановке водила скорости сателлитов ω= ωU, где ω - скорость центрального колеса.
Угол поворота сателлита относительно храпового колеса 13 при котором происходит сцепление торцевого зубчатого венца 12 с храповым колесом равен
X
где z - число зубьев зубчатого венца и храпового колеса. Максимальный угол срабатывания муфты, то есть относительный поворот полумуфт при их фиксации, и с учетом сдвига по фазе на β/3 и 2β/3 храповых колес относительно сателлитов (фиг. 5 и 6), составит
C
К
X
При z=10, z=40 и z=28 имеем
max
Следовательно, угол срабатывания α=0°…α=0°…1,07°, что на порядок меньше, чем у существующих храповых обгонных муфт, и делает возможным применение предлагаемой муфты в нефрикционных высокомоментных вариаторах.
Ведущей полумуфтой может быть, как водило, так и зубчатое колесо, а число сателлитов ограничено конструктивными размерами.
Источники информации:
1. А.Ф. Крайнев. Механика машин. Фундаментальный словарь - 2-е изд. М. Машиностроение. - 2001 (стр. 800, 806).
2. Патент РФ №2242654 С2, F16H 29/08. Высокомоментный вариатор. / Автор: Б.В. Пылаев. - Приор.: 20.01.2003.
3. Патент РФ №2353835 С2, F16D 41/08. Зубчатая обгонная муфта. / Авторы: Б.В. Пылаев и А.А. Шамин. - Приор.: 27.03.2007.