обгонная муфта
Классы МПК: | F16D41/07 между двумя цилиндрическими поверхностями |
Патентообладатель(и): | Нобуо Таката[JP] |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-07-20 публикация патента:
10.09.1995 |
Использование: в машиностроении для передачи вращения в одном направлении. Сущность изобретения: муфта содержит внутреннее кольцо, имеющее внутреннюю беговую поверхность в виде однополостного гиперболоида вращения, наружное кольцо, имеющее наружную беговую поверхность в виде однополостного гиперболоида вращения. Между внутренним и наружным кольцами расположены ролики, центральные оси роликов являются наклонными, и поверхность каждого ролика находится в линейном контакте с внутренней и наружной беговыми поверхностями колец. Имеется включающее приспособление, перемещающее внутреннее кольцо или наружное кольцо в осевом направлении для изменения зазора между беговыми поверхностями. На внутреннем и наружном кольцах предусмотрены кольцевые выступы в виде фланцев для ограничения возможного осевого перемещения роликов. 5 з.п.ф-лы, 7 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7
Формула изобретения
1. ОБГОННАЯ МУФТА, содержащая наружное и внутреннее кольца с выполненными на взаимообращенных поверхностях беговыми дорожками криволинейной формы, несколько промежуточных поворотных элементов в виде роликов, расположенных между кольцами равномерно по окружности под определенным углом, одно из колец выполнено с кольцевым выступом на торце для ограничения осевого перемещения роликов, отличающаяся тем, что она снабжена включающим устройством, поверхности беговых дорожек колец представляют собой однополостной гиперболоид вращения вокруг одной осевой линии, центральные оси роликов наклонены под определенным углом к сечению, в котором расположена ось внутреннего и наружного гиперболоидов, поверхности всех роликов находятся в линейном контакте с поверхностями беговых дорожек, включающее средство установлено с возможностью перемещения одного из колец в осевом направлении для уменьшения зазора между поверхностями беговых дорожек, второе кольцо также выполнено с кольцевым выступом на торце, противоположном торцу первого кольца, и оба кольцевых выступа обращены друг к другу. 2. Муфта по п.1, отличающаяся тем, что ролики выполнены цилиндрической формы. 3. Муфта по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что ролики выполнены с боковой поверхностью в виде однополостного гиперболоида вращения вокруг центральной оси. 4. Муфта по пп. 1 3, отличающаяся тем, что ролики установлены в два или более рядов в направлении центральной оси. 5. Муфта по пп. 1 4, отличающаяся тем, что она снабжена поворотной обоймой с элементами для передачи крутящего момента, установленной на одном торце наружного кольца в фиксированном осевом положении по отношению к внутреннему кольцу с охватом конца последнего посредством подшипника для обеспечения возможности свободного вращения обоймы относительно внутреннего кольца и взаимодействия с наружным кольцом посредством средства для передачи крутящего момента, включающее устройство установлено между обоймой и наружным кольцом для осевого перемещения наружного кольца в сторону уменьшения зазора между поверхностями беговых дорожек. 6. Муфта по пп.1 4, отличающаяся тем, что она снабжена поворотной обоймой с элементами для передачи крутящего момента, установленной на одном торце внутреннего кольца в фиксированном осевом положении по отношению к наружному кольцу с охватом конца последнего посредством подшипника для обеспечения возможности свободного вращения обоймы относительно наружного кольца и взаимодействия с внутренним кольцом посредством средства для передачи крутящего момента, включающее устройство установлено между обоймой и внутренним кольцом для осевого перемещения внутреннего кольца в сторону уменьшения зазора между поверхностями беговых дорожек.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к машиностроению, в частности к обгонным муфтам для передачи вращения только в одном направлении. Известна муфта свободного хода, которая содержит цилиндрические ролики, расположенные между беговыми дорожками внутреннего и наружного колец. Беговая дорожка наружного кольца выполнена в виде пилообразных кулачков. Другая конструкция муфты свободного хода имеет цилиндрические поверхности беговых дорожек внутреннего и наружного колец, но вместо цилиндрических роликов между внутренним и наружным кольцами расположены кулачкообразные сухари, которые при изменении направления вращения под действием усилия пружины приводятся во взаимодействие с поверхностями беговых дорожек. В описанных выше известных конструкциях муфт при изменении направления вращения связь внутреннего и наружного колец осуществляется путем взаимодействия роликов с кулачкообразными участками внутренней поверхности наружного кольца, которые являются некруглыми или неравномерными в радиальном направлении, а при обычном вращении (свободном вращении) ролики имеют возможность свободного скольжения между внутренним и наружным кольцами. Однако, так как угол действия нормальной силы должен быть меньше угла трения, выполнение кулачка в пределах шага расположения заклинивающихся роликов может ограничивать высоту кулачка, отчего возникает опасность прохождения роликами кулачковых участков с повреждением муфты. Для получения равномерного и достаточного усилия в муфте согласно известным конструкциям необходимо обеспечить состояние, когда имеющиеся ролики или сухари равномерно взаимодействуют с каждой из соответствующих кулачковым поверхностей. Ограниченная размерная точность элементов и ограниченная равномерность усилий пружин, поджимающих ролики в рабочее положение могут препятствовать получению в муфтах равномерных сил сцепления. С другой стороны, для передачи муфтой усилия во время ее работы необходимо, чтобы поверхностные давления между всеми поверхностями и соответствующими роликами (или сухарями) были пропорциональными передаваемому крутящему моменту и стабильными в заданных пределах. Однако для этого все ролики должны участвовать в работе муфты одновременно, а силы заклинивания между всеми поверхностями и соответствующими роликами, должны равномерно увеличиваться или уменьшаться по мере увеличения или уменьшения передаваемого крутящего момента. Для поддержания допустимого поверхностного давления могут иметься многочисленные ограничения, например: по первоначальной (после изготовления) размерной точности каждого элемента, в особенности форме кулачка, получаемой путем механообработки; по первоначальной (после сборки) равномерности относительных размеров между роликами и поверхностями муфты, подлежащей поддержанию с помощью подшипников; и из-за деформацией внутреннего и наружного колец в результате действия контактного давления между контактной поверхностью кольца и роликом, а также из-за их износа. При свободном вращении вал муфты свободно поддерживается двумя отдельными подшипниками, а ролики свободно скользят по кулачковым поверхностям. Такие ограничения в известных конструкциях муфт могут создавать критические ситуации с точки зрения износа поверхности беговой дорожки и ролика (сухаря). Частично указанные выше проблемы решены в обгонной муфте, содержащей наружное и внутреннее кольца с выполненными на взаимообращенных поверхностях беговыми дорожками криволинейной формы, несколько промежуточных поворотных элементов в виде роликов, расположенных между кольцами равномерно по окружности под определенным углом, одно из колец выполнено с кольцевым выступом на торце для ограничения осевого перемещения роликов. В такой конструкции ролики могут быть приведены в линейный контакт с внутренней беговой дорожкой или с наружной беговой дорожкой, но не с обеими этими беговыми дорожками одновременно, что приводит к неустойчивости вращения ролика, в результате чего получается чрезвычайно высокое поверхностное давление на той части ролика, которая не находится в линейном контакте. В основу изобретения положена задача создать муфту, способную обеспечить свободное вращение в режиме свободного хода при использовании свойств подшипника с контактом качения, способную работать с высокой номинальной нагрузкой, имеющей увеличенный срок службы, способную обеспечить устойчивую работу в режиме муфты даже в условиях частых включений-выключений и позволяющую устранить необходимость использования дополнительных подшипников. Задачей изобретения также является создание муфты, которая имеет дополнительно улучшенные характеристики в режиме свободного вращения. Кроме того, задачей изобретения является создание муфт подшипникового типа с контактом качения, которые могут использоваться в системе входа-выхода и которые обеспечивают предотвращение осевого перемещения валов этой системы. Достижение этих задач осуществляется следующим образом. Обгонная муфта, содержащая наружное и внутреннее кольца с выполненными на взаимообращенных поверхностях беговыми дорожками криволинейной формы, несколько промежуточных поворотных элементов в виде роликов, расположенных между кольцами равномерно по окружности под определенным углом, одно из колец выполнено с кольцевым выступом на торце для ограничения осевого перемещения роликов, снабжена включающим устройством, поверхности беговых дорожек колец представляют собой однополостный гиперболоид вращения вокруг одной осевой линии, центральные оси роликов наклонены на определенный угол по отношению к сечению, в котором расположена ось внутреннего и наружного гиперболоидов, поверхности всех роликов находятся в линейном контакте с поверхностями беговых дорожек, включающее средство установлено с возможностью перемещения одного из колец в осевом направлении для уменьшения зазора между поверхностями беговых дорожек, второе кольцо также выполнено с кольцевым выступом на торце, противоположном торцу первого кольца, и оба кольцевых выступа обращены друг к другу. Ролики могут быть выполнены цилиндрической формы. Ролики также могут быть выполнены с боковой поверхностью в виде однополостного гиперболоида вращения вокруг центральной оси. Ролики установлены в два или более рядов в направлении центральной оси. Муфта снабжена поворотной обоймой с элементами для передачи крутящего момента, установленной на одном торце наружного кольца в фиксированном осевом положении по отношению к внутреннему кольцу с охватом конца последнего посредством подшипника для обеспечения возможности свободного вращения обоймы относительно внутреннего кольца и взаимодействия с наружным кольцом посредством средства для передачи крутящего момента, включающее устройство установлено между обоймой и наружным кольцом для осевого перемещения наружного кольца в сторону уменьшения зазора между поверхностями беговых дорожек. Поворотная обойма с элементами для передачи крутящего момента может быть установлена на торце внутреннего кольца в фиксированном осевом положении по отношению к наружному кольцу с охватом конца последнего посредством подшипника для обеспечения возможности свободного вращения обоймы относительно наружного кольца и взаимодействия с внутренним кольцом посредством средства для передачи крутящего момента, включающее устройство установлено между обоймой и внутренним кольцом для осевого перемещения внутреннего кольца в сторону уменьшения зазора между поверхностями беговых дорожек. На фиг. 1 приведено изображение общего вида муфты с частичным разрезом; на фиг.2 расположение роликов и взаимодействующих с ними деталей; на фиг.3-5 этапы построения формы беговых поверхностей; на фиг.6 и 7 виды в разрезе других вариантов изобретения. Обгонная муфта содержит внутреннее 1, наружное 2 кольца и установленные между ними ролики 3. Внутреннее кольцо 1 установлено на валу 4 с возможностью скольжения по шпонке 5. Наружное кольцо 2 расположено так, что его часть, обращенная к внутреннему кольцу 1, образует беговой зазор 6 (комбинацию беговых дорожек). Как показано на фиг.2, между беговыми дорожками в зазоре 6 расположено несколько роликов 3, служащих промежуточными поворотными элементами, причем эти ролики наклонены к плоскости в которой расположена центральная ось (осевая линия) 7 внутреннего кольца 1, на угол![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043006/946.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043006/946.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043006/946.gif)
UcUc" xtg
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043006/946.gif)
Yc2 F2 + (xtg)2 соответственно,
Yc2/F2 x2F/tg
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043006/946.gif)
Так как уравнение (1) является уравнением гиперболы, осевая линия ролика 3, т. е. центральная линия бегового зазора, образованного кольцами 1 и 2, является гиперболической относительно оси 7 вращения колец. Фиг.4 поясняет, как кольца 1 и 2 соответственно приходят в контакт с роликом 3, расположенным согласно приведенному выше описанию. Обозначим Q точку пересечения оси Х с плоскостью, проходящей через центр Рс ролика 3 под прямым углом к оси 15 ролика 3. Рассмотрим сферы Si и So (So на фиг. 4), имеющие один центр Q и являющиеся соответственно вписанной и описанной по отношению к ролику 3. При этом точки Pi и Роконтакта ролика 3 со сферами Si и So соответственно лежат на перпендикуляре QPc на расстоянии, равном радиусу r ролика 3, от точки Pc. Отсюда, если обозначить QPc как R, радиусы сфер Si и So равны соответственно (R-r) и (R+r). Обозначим Ui и Uo точки пересечения плоскостей, проходящих через точки Pi и Ро и параллельных плоскостей Y-Z с осью Х (см. фиг.5); при этом PiUi и PoUo расстояния соответственно от точек Pi и Ро до оси Х, а расстояния OUi и OUo от начала координат O координаты соответственно точек Pi и Ро по оси Х. Отсюда, если обозначить OUi, OUo, PiUi и PoUoкак Xi,Xo, Yi и Yo, функции F(Xi, Yi) и F(Xo, Yo) представляют форму криволинейных поверхностей беговых дорожек внутреннего и наружного колец. На фиг. 5 в увеличенном виде показаны соответствующие участки, необходимые для определения функции зависимости. Так как QPc (равное R) образует прямой угол с центральной осью 15 ролика 3, а точки Uc1 есть пересечение перпендикуляра, проведенного из точки Рс к плоскости Х-Z, с плоскостью, то Uc1Q образует прямой угол с осью 17. Следовательно
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/2043549t.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043006/946.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043006/946.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043006/946.gif)
R2=F2+{(x/cos2
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043006/946.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043006/946.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043006/946.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043006/946.gif)
Отсюда, если обозначить <QPUc как
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/934.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043001/916.gif)
cos
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/934.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/2043549-2t.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/2043549-3t.gif)
sin
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/934.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/2043549-4t.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/2043549-5t.gif)
С другой стороны, так как PcPi и PcPo равны r, а
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043001/916.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043001/916.gif)
xi=x+rsin
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/934.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/2043549-6t.gif)
(2)
xo=x-rsin
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/934.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/2043549-7t.gif)
(3)
yi=yc-rcos
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/934.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/2043549-8t.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/2043549-9t.gif)
(4)
yo=yc+rcos
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/934.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/2043549-10t.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/2043549-11t.gif)
(5)
Из приведенных выше уравнений вводят следующие выражения для F(Xi, Yi) и F(Xo, Yo):
yi
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/2043549-12t.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/2043549-13t.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/2043549-14t.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/2043549-15t.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/2043549-16t.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/2043549-17t.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/2043549-18t.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/2043549-19t.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/2043549-20t.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/2043549-21t.gif)
Эти уравнения говорят лишь о том, что беговые дорожки внутреннего и наружного колец имеют вид поверхности второго порядка. Получим отношения (Xi-X)/(Yi-Yc) и (Xo-X)/(Yo-Yc) из уравнений (2)-(5)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/2043549-22t.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/2043549-23t.gif)
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043549/2043549-24t.gif)
Т. к. зависимость Yc от Х является гиперболической согласно уравнению (1), а tg2/
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043006/946.gif)
Yi2/ai2 Xi2/bi2 1
Yo2/ao2 Xo2/bo2 1
и F 9, r 1,5,
![обгонная муфта, патент № 2043549](/images/patents/429/2043006/946.gif)
Класс F16D41/07 между двумя цилиндрическими поверхностями