КЛИН МЕХАНИЗМА СВОБОДНОГО ХОДА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Настоящая полезная модель относится к области машиностроения, а именно к клину механизма свободного хода.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Клин механизма свободного хода является подвижным элементом, обеспечивающим заклинивание механизма свободного хода, позволяя преобразовывать возвратно вращательное движение ведущего элемента механизма во вращательное движение ведомого элемента механизма. Данный тип механизма свободного хода (также называемый муфтой свободного хода) нашел широкое применение в машиностроении и автомобилестроении в силу простоты конструкции, высокой надежности и малого количества подвижных элементов.
Известен клиновой механизм свободного хода, состоящий из следующих компонентов: наружной обоймы или вала (наиболее часто является ведущим элементом), внутренней обоймы или вала (соответственно - ведомый элемент), разнесенных для получения эксцентриситета, и подвижного клина или группы клиньев, поджатых пружиной для поддержания устойчивого контакта с внешней и внутренней обоймой в момент обратного хода ведущего элемента. Модификации данного механизма описаны в следующих патентных документах: SU1038648 (A1, опубликован 30.08.1983), DE882778 (C, опубликован 13.07.1953), RU2077794 (C1, опубликован 25.07.1994) и RU070998 (C1, опубликован 09.12.1993).
Наиболее близким к заявленному техническому решению является клин трапецеидальной формы, предложенный в патенте SU1160152 (A1, опубликован 07.06.1985), который был выбран в качестве прототипа. Описанный в данном патенте клин имеет трапецеидальную форму, что позволяет длительное время сохранять угол заклинивания при эксплуатации изделия, несмотря на естественный износ механизма. Однако, большая площадь контакта на поверхности данного клина способствует увеличению времени выдавливания масла из пятна контакта клина с ведущим и ведомым элементами, что не позволяет выйти на максимальное быстродействие механизма свободного хода.
Для повышения быстродействия механизма свободного хода на рабочую поверхность клина могут наносить антифрикционные покрытия, выполнять ее с шероховатостью или ступенчатым профилем. Однако все эти средства подвержены истиранию как во время заклинивания, так и во время обратного хода механизма, что в свою очередь приводит к изменению коэффициента трения в паре, а значит к уменьшению коэффициента полезного действия (КПД) и снижению быстродействия внутри заданного срока службы изделия. Кроме того, быстродействие муфты свободного хода ограничивается инерционно массовыми показателями подвижного клина. Выбранный в качестве прототипа клин представляет собой деталь, выполненную из материала с однородными свойствами по всему объему. В силу этого некоторые участки детали являются не нагруженными и только увеличивают массу клина.
Настоящая полезная модель направлена на устранение отмеченных выше недостатков уровня техники. Техническая проблема, поставленная при создании полезной модели, заключается в создании клина для увеличения быстродействия механизма свободного хода при сохранении фрикционных характеристик и срока службы изделия.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Для решения указанной проблемы предложено выполнение клина механизма свободного хода с переменной плотностью. Решение обеспечивает снижение массово-инерционных показателей подвижного клина и увеличение скорости выдавливания масляной пленки из пятна контакта кинематически-сопрягаемых элементов при сохранении фрикционных характеристик взаимодействующих поверхностей компонентов механизма свободного хода на протяжении всего срока службы изделия.
Более подробно, предложен клин механизма свободного хода, отличающийся тем, что имеет переменную плотность по меньшей мере в области поверхностей трения. Переменная плотность может быть обеспечена за счет пористой или трубчатой структуры клина. Кроме того, клин может иметь снижающие массу замкнутые или сообщающиеся полости. Каждый из указанных вариантов выполнения клина с переменной плотностью в равной степени обеспечивает возможность достижения технического результата полезной модели, заключающегося в увеличении быстродействия механизма свободного хода при сохранении фрикционных характеристик и срока службы изделия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Сущность полезной модели поясняется ниже на примере вариантов ее осуществления, проиллюстрированных на прилагаемых чертежах.
Фиг.1 - схематичное изображение клинового механизма свободного хода с пористым клином.
Фиг.2 - схематичное изображение варианта осуществления пористого клина с одним поясом пор.
Фиг.3 - схематичное изображение варианта осуществления пористого клина с несколькими поясами пор.
Фиг.4 - схематичное изображение варианта осуществления пористого клина с несколькими поясами трубчатых вертикальных пор.
Фиг.5 - схематичное изображение другого варианта осуществления пористого клина с несколькими поясами трубчатых вертикальных пор.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
На фиг.1 изображен клиновой механизм свободного хода, включающий в себя следующие компоненты: пористый клин (1), ведомый элемент (2) муфты свободного хода, пружина (3) взвода и ведущий элемент (4) муфты свободного хода. Таким образом, в данном примере переменная плотность клина (1) обеспечена его пористостью.
Во время работы механизма, крутящий момент и задающую частоту возвратно вращательного движения воспринимает ведущий элемент (4) клинового механизма свободного хода. Ведущий элемент (4) может быть выполнен в виде обоймы или цилиндрической полости в валу с приливом под установку пружины взвода (3) подвижного пористого клина (1). Клин (1) кинематически связан с ведущим элементом (4) и ведомым элементом (2) механизма.
Оси вращения ведущего элемента (4) и ведомого элемента (2) смещены для создания эксцентриситета. Вращение ведущего элемента (4) по часовой стрелке (прямой ход механизма) сопровождается поджатием пористого клина (1) в объем между ведущим элементом (4) и ведомым элементом (2) муфты, что создает заклинивание механизма, после чего он продолжает вращение как единое целое.
В начальный момент замыкания механизма поджатие пористого клина (1) сопровождается выталкиванием смазывающего материала, такого как масло (например, машинного или трансмиссионного масла), из пятна контакта клина (1) с элементами механизма. Пористость клина (1) и несжимаемость смазочного материала, приводит к тому, что смазочный материал выводится в объем сообщающихся между собой сферических (6) или трубчатых пор (9) в клине (1). Благодаря этому, по сравнению с однородным клином, уменьшается путь масла по поверхности пористого клина (1) до вывода из пятна контакта, что снижает время блокировки механизма и повышает его быстродействие.
На фиг.2 изображен клин, состоящий из однородной сердцевины (5), окруженной внешним слоем или поясом с неоднородной плотностью, в котором выполнены сообщающиеся сферические или трубчатые поры. Сердцевина (5) клина с равным успехом может быть однородной или же включать в себя одну или несколько замкнутых или сообщающихся полостей для снижения массы детали. Размер и количество полостей в сердцевине клина могут быть самыми разными и подбираются в зависимости от требуемых характеристик изделия. Сердцевина (5) клина может быть окружена как одним, так и несколькими поясами пор, например, как показано на фиг.3. При этом диаметр пор во внешнем поясе (7) может отличаться от диаметра пор во внутреннем поясе (8). В частности, в силу того, что внешний пояс (7) должен создавать рабочую пару трения, поры в нем могут быть выполнены с меньшим диаметром, чем во внутреннем поясе (8), предназначенном для снижения массово инерционных показателей детали.
Переменная плотность и пористость клина (1) могут быть обеспечены как за счет сферических (6, 7, 8), так и с помощью трубчатых пор. Количество, размер и взаимное расположение пор в теле клина выбираются исходя из рабочих характеристик механизма свободного хода. В случае сферических пор, предпочтительным является их равномерное расположение в требуемом объеме или поясе. В случае трубчатых пор они, кроме того, могут быть по-разному ориентированы в объеме детали. Например, на фиг.4 показан клин с трубчатыми порами (9, 10), проходящими в вертикальном направлении в плоскости чертежа, а на фиг.5 показан клин с трубчатыми порами (11, 12), ориентированными перпендикулярно плоскости чертежа. Полезная модель не ограничена данными примерами, поскольку любая ориентация трубчатых пор в объеме клина может обеспечить переменную плотность и достижение заявленного результата. Помимо описанных выше вариантов исполнения возможны комбинации типов пор по областям или поясам в объеме детали. Например, внешний пояс клина может быть выполнен с трубчатыми порами, а внутренний пояс может быть выполнен в виде пористой структуры со сферическими укрупненными порами для снижения массы элемента. Варианты расположения и комбинаций пор и поясов предложенного клина, изображенные на фиг.1-5, также являются примерами и не ограничивают объем настоящей полезной модели.
Предложенный клин с переменной плотностью может изготавливаться из стали, титана, алюминия, бронзы и других подходящих материалов с помощью аддитивных технологий производства, в частности селективного лазерного плавления. Однако полезная модель не ограничена в этом отношении и любые другие существующие или будущие технологии производства изделий с переменной плотностью могут с успехом применяться для изготовления предложенного клина.
Во всех вариантах осуществления полезной модели достигаются следующие преимущества и полезные эффекты.
Создание внутренних полостей в объеме клина при сохранении структурной прочности снижает массу и инерционные характеристики клина.
Пористый клин может быть выполнен с различными массово-инерционными характеристиками при сохранении внешней формы за счет вариации плотности участков детали.
Пористая или трубчатая структура в области сопрягаемых поверхностей клина исключает возможность образования так называемого «масляного клина» в момент обратного хода ведущего элемента механизма.
Пористая или трубчатая структура в области сопрягаемых поверхностей клина снижает время выталкивания капель масла и масляной плёнки из пятна контакта за счет перехода масла внутрь пористой структуры.
Пористая или трубчатая структура в области сопрягаемых поверхностей клина поддерживает КПД и фрикционные свойства пары трения на протяжении всего срока службы изделия, за счет вскрытия новых пор при истирании поверхности клина в отличии от стирающегося антифрикционного покрытия.