центробежная муфта

Формула изобретения

1. Центробежная муфта, содержащая соосно установленные первую полумуфту с герметичной полостью, с возможностью заполнения ее рабочей жидкостью, вторую полумуфту, эксцентрики, двуплечие рычаги, шарнирно закрепленные на первой полумуфте с контактом одного из плеч с соответствующим эксцентриком, другие плечи которых являются центробежными грузами, блок гидравлического демпфирования, включающий гидросопротивления, установленные в периферийной части герметичной полости, а также содержащая обгонную муфту, обойма которой жестко связана со второй полумуфтой, отличающаяся тем, что гидросопротивления установлены на оси, параллельной оси муфты, с возможностью вращения и содержат выступы для обеспечения сопротивления потоку рабочей жидкости, на второй полумуфте закреплен маховик, а эксцентрики жестко связаны со второй полумуфтой.

2. Центробежная муфта по п.1, отличающаяся тем, что двуплечие рычаги направлены центробежными грузами в сторону вращения первой полумуфты.

3. Центробежная муфта по п.1, отличающаяся тем, что гидросопротивления выполнены в виде крыльчатки, содержащей не менее трех выступов.

4. Центробежная муфта по п.1, отличающаяся тем, что гидросопротивления выполнены в виде зубчатого колеса.

5. Центробежная муфта по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена установленной на второй полумуфте зубчатой передачей и соединенным с этой передачей реверсивным механизмом, который связан с обоймой обгонной муфты посредством пружины кручения.

6. Центробежная муфта по п.1, отличающаяся тем, что по крайней мере на одной из торцевых стенок, ограничивающих полость первой полумуфты, преимущественно на участках этих стенок, совпадающих с зоной расположения и возможного перемещения грузов, выполнены проточки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, создания транспортных средств, более конкретно к устройствам для передачи вращательного движения, и может быть использовано для передачи крутящего момента в машинах и механизмах, в частности в автомобилях и тракторах.

Известна центробежная муфта, содержащая соосно установленные первую (ведущую) и вторую (ведомую) полумуфты, шарнирно закрепленные на первой полумуфте двуплечие рычаги, грузы, размещенные на рычагах (патент США N 4328884). Муфта содержит элементы взаимодействия рычагов с ведомой полумуфтой, установленные на противоположных грузам плечах рычагов.

Эта муфта характеризуется наличием большого количества элементов трения, в связи с чем возникла задача за счет хотя бы частичного их устранения, облегчения доступа к движущимся элементам, улучшения конструкции увеличить срок службы устройства.

Для решения этой задачи была предложена центробежная муфта, содержащая соосно установленные первую (ведущую) и вторую (ведомую) полумуфты, двуплечие рычаги, грузы, размещенные на рычагах, элементы взаимодействия с ведомой полумуфтой, установленные на противоположных грузам плечах рычагов. Муфта снабжена эксцентриками, жестко закрепленными на второй полумуфте. Элементы взаимодействия рычагов со второй полумуфтой выполнены в виде установленных на осях роликов. Ролики контактируют с эксцентриками, а рычаги подпружинены к эксцентрикам (авторское свидетельство СССР N 1516645).

Высокие контактные напряжения в местах контакта эксцентриков с роликами ограничивают повышение долговечности муфты. Такая муфта может быть использована только в качестве предохранительной вследствие возникновения отрицательных импульсов, создаваемых двуплечими рычагами в определенных фазах вращения муфты.

Задача уменьшения контактных напряжений в местах соприкосновения деталей была решена в центробежной муфте, содержащей соосно установленные полумуфты, эксцентрики, установленные на одной из полумуфт, двуплечие рычаги, установленные на другой полумуфте с возможностью поворота и взаимодействия с эксцентриками одним из плеч, и центробежные грузы, закрепленные на другом плече рычага. Эта муфта снабжена планетарной передачей, водило которой жестко связано с одной полумуфтой. Внешнее центральное колесо смонтировано на другой полумуфте. Внутреннее центральное колесо установлено на эксцентриках, а эксцентрики установлены с возможностью вращения относительно полумуфты (авторское свидетельство СССР N 1682672). Данная муфта также может быть использована в качестве лишь предохранительной вследствие возникновения отрицательных импульсов, создаваемых двуплечими рычагами в определенных фазах вращения.

Была предложена центробежная муфта (патент России N 2006711), содержащая соосно установленные первую полумуфту с герметичной полостью и вторую полумуфту, эксцентрики, установленные с возможностью вращения, двуплечие рычаги, шарнирно закрепленные на первой полумуфте в контакте одного из плеч с соответствующим эксцентриком, грузы, размещенные на другом плече каждого рычага, и гидравлические демпферы со средством дросселирования. При этом данная муфта снабжена планетарной передачей, водило которой с установленными на нем сателлитами жестко связано со второй полумуфтой, внешнее центральное колесо связано с первой полумуфтой посредством обгонной муфты, на ступице внутреннего центрального колеса установлены эксцентрики, гидравлические демпферы выполнены в виде расположенных в первой полумуфте перегородок двух видов, разделяющих герметичную полость на части. Перегородки первого вида выполнены разноплечими и установлены посредством оси, параллельной оси муфты и оси поворота рычагов, с возможностью контакта их большего плеча с поверхностью полумуфты, ограничивающей герметичную полость, а меньшего плеча - с рычагом, перегородки второго типа расположены с дросселирующим зазором относительно рычага. Величина зазора переменна при разных положениях рычага. В зоне каждого рычага установлено по одной перегородке каждого вида.

Гидравлические демпферы со средством дросселирования имеют лишь ограниченный интервал приспосабливаемости к разным режимам работы, в частности к изменениям скорости вращения вала. При высоких оборотах жидкость не успевает поступать и извлекаться из средства дросселирования со скоростью, соответствующей работе механизма. Наличие клапанов (поворотных перегородок) в этом средстве, кроме того, усложняет устройство.

Известна центробежная муфта, содержащая соосно установленные первую полумуфту с герметичной полостью с возможностью заполнения ее рабочей жидкостью и вторую полумуфту, установленные на полумуфте с возможностью вращения эксцентрики, двуплечие рычаги, шарнирно закрепленные на первой полумуфте в контакте одного из плеч с соответствующим эксцентриком, грузы, выполненные в виде другого плеча каждого рычага, и блок гидравлического демпфирования. Данная муфта снабжена планетарной передачей, водило которой с установленными на нем сателлитами жестко связано со второй полумуфтой, а внутреннее центральное колесо жестко соединено с эксцентриками. Блок гидравлического демпфирования содержит установленные на периферии герметичной полости перегородки с зазором по отношению к другим плечам каждого рычага (заявка PCT/RU93/00090, W094/24451, 1994).

Однако, как показал эксперимент, данное решение не позволяет полностью избежать отрицательных силовых импульсов и биений при работе устройства, вызванных определенной нестабильностью удержания грузов при вращении узлов системы. Это объясняется тем, что при перемещении грузов от центра к периферии на определенном участке пути происходит или "передержание" грузов, что вызывает наличие биений между грузами и эксцентриками из-за несогласованности работы эксцентриков, или же излишнее давление на эксцентрики на другом участке перемещения груза, что приводит к появлению отрицательных импульсов. Кроме того, достаточно быстрые импульсы не вызывают эффективной ответной реакции из-за инертности системы. В частности, при трогании автомобиля с места это имеет большое значение, так как короткие импульсы хотя бы и сильные, не приведут к результату (движению).

Система может перегреваться из-за трения масляной пленки на границе с металлическими поверхностями, движущимися относительно ее. Наконец система имеет достаточно большую массу и относительно невысокую прочность для выполнения ряда задач.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемым результатам является центробежная муфта, содержащая соосно установленные первую полумуфту с герметичной полостью с возможностью заполнения ее рабочей жидкостью, вторую полумуфту, эксцентрики, двуплечие рычаги, шарнирно закрепленные на первой полумуфте с контактом одного из плеч с соответствующим эксценриком, другие плечи которых являются центробежными грузами, блок гидравлического демпфирования, включающий гидросопротивления, установленные в переферийной части герметичной полости, а также содержащая обгонную муфту, обойма которой жестко связана со второй полумуфтой. Гидросопротивления выполнены в виде установленных на периферии герметичной полости перегородок. Эксцентрики установлены в первой полумуфте с возможностью вращения (заявка PCT/RU95/00191, WO96/29523).

Создание этой муфты позволяет решить проблему увеличения стабильности взаимодействия грузов с эксцентриками, исключить перегрев системы, "сгладить" импульсы для увеличения продолжительности их действия.

Однако при работе такой муфты возникают проблемы, связанные с передачей импульсов, возникающих на стыках узлов при их работе. Эти импульсы, передаваясь другим частям системы, увеличивают шум и вибрацию при работе муфты. Кроме того, как показала практика, при использовании в муфте в качестве гидросопротивлений вышеописанных перегородок при некоторых углах вращения движение грузов не вполне подчиняется синусоидальному закону, что затрудняет полное сглаживание отрицательных импульсов, что также увеличивает шум и вибрацию при работе муфты. Наконец, было показано, что заявленное расположение грузов приводит к определенной инерционности при разгоне и торможении системы, чем создает некоторые неудобства.

Была поставлена задача создания такой муфты, которая создавала бы при работе меньший шум и вибрацию, вызванные различными импульсами. Желательно также, чтобы она с меньшей инерционностью передавала бы разгон и торможение на ходовую часть транспортного средства.

Данная задача была решена настоящим изобретением.

В центробежной муфте, содержащей соосно установленные первую полумуфту с герметичной полостью с возможностью заполнения ее рабочей жидкостью, вторую полумуфту, эксцентрики, двуплечие рычаги, шарнирно закрепленные на первой полумуфте с контактом одного из плеч с соответствующим эксцентриком, другие плечи которых являются центробежными грузами, блок гидравлического демпфирования, включающий гидросопротивления, установленные в периферийной части герметичной полости, а также содержащей обгонную муфту, обойма которой жестко связана со второй полумуфтой, согласно изобретению гидросопротивления установлены на оси, параллельной оси муфты, с возможностью вращения и содержат выступы для обеспечения сопротивления потоку рабочей жидкости, на второй полумуфте закреплен маховик, а эксцентрики жестко связаны со второй полумуфтой.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения двуплечие рычаги направлены центробежными грузами в сторону вращения первой полумуфты.

Гидросопротивления, в частности, могут быть выполнены в виде крыльчатки, содержащей не менее трех выступов, или в виде зубчатого колеса.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения центробежная муфта снабжена установленной на второй полумуфте зубчатой передачей и соединенным с этой передачей реверсивным механизмом, который связан с обоймой обгонной муфты посредством пружины кручения.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения в центробежной муфте по крайней мере на одной из торцевых стенок, ограничивающих полость первой полумуфты, преимущественно на участках этих стенок, совпадающих с зоной расположения и возможного перемещения грузов, выполнены проточки.

Блок гидравлического демпфирования, включающий гидросопротивления, установленные в периферийной части герметичной полости на оси, параллельной оси муфты с возможностью вращения, содержащие выступы, вместе с грузами, служит для устранения отрицательных моментов, возникающих при работе муфты. При работе муфты возникает движение грузов от периферии к центру. При этом их место занимает жидкость, находившаяся ближе к центру, обладающая, следовательно, меньшей линейной скоростью, чем соответствующие данному радиусу вращения точки муфты. Так как по закону инерции жидкость мгновенно не может приобрести скорость, соответствующую новому, большему радиусу ее расположения, создается поток жидкости в направлении, обратном направлению вращения центробежной муфты. Указанный поток, на движение которого оказывает влияние сила Кориолиса, встречает на своем пути гидросопротивления, частично меняет свое направление и начинает двигаться как бы от периферии герметичной полости к грузам (двуплечим рычагам), тем самым задерживая движение грузов от центра к периферии и гася отрицательный импульс на выходной вал. Поток жидкости регулируется диаметром гидросопротивления, величиной, размером, числом выступов (модулем зубьев). Вращающееся гидросопротивление, таким образом, выполняет функцию дросселирующего отверстия гидравлического демпфера.

Установка гидросопротивления на оси, параллельной оси муфты, с возможностью вращения позволяет лучше осуществлять регулирование потока жидкости при работе муфты и тем самым лучше регулировать движение двуплечих рычагов.

Выполнение гидросопротивления в виде крыльчатки, содержащей не менее трех выступов или в виде зубчатого колеса, как было показано, является оптимальным для функционирования данного устройства.

Обгонная муфта, обойма которой жестко связана со второй полумуфтой, позволяет предотвратить возможные качения при передаче вращения, препятствуя обратному ходу вала.

Маховик, установленный на второй полумуфте, обеспечивает подачу на ходовую часть машины постоянного крутящего момента. Он сглаживает импульсы, возникающие при воздействии двуплечих рычагов на эксцентрики, тем самым предотвращая их распространение через стыки передач, что в конечном счете приводит к уменьшению шума и вибрации, создаваемыми муфтой.

Двуплечие рычаги в муфте направлены центробежными грузами в сторону вращения первой полумуфты. Это способствует многорежимности эксплуатации транспортного средства, в частности передаче разгона и торможения на ходовую часть транспортного средства с меньшей инерционностью.

Герметичная полость может содержать проточки, выполненные по крайней мере на одной из торцевых стенок, ограничивающих полость первой полумуфты, преимущественно на участках этих стенок, совпадающих с зоной расположения и возможного перемещения грузов. Такие проточки являются как бы дополнительным перепускным каналом для жидкости, способствующим ее переходу при наличии значительного перепада давлений по разные стороны от рычагов. Наличие проточек способствует исключению возможного отставания по фазе движения рычагов от движения эксцентриков.

Кроме того, данные проточки позволяют уменьшить массу при увеличении прочности конструкции (за счет создания ребер жесткости). Увеличивается также скорость теплоотдачи за счет увеличения площади соприкосновения рабочей жидкости (масла, например) с металлом, что уменьшает возможность перегрева. Уменьшается также сила трения между рычагами и внутренними поверхностями герметичной полости.

Проточки могут быть выполнены любой формы, например кольцеобразной, при этом центр кольца совпадает с осью второй полумуфты. Все проточки в этом случае выполняют концентрическими. Проточки могут быть, например, прямоугольными или трапецевидными в сечении. Так как необходимость в дополнительном перепуске жидкости возникает именно в той области, где жидкость встречает в качестве сопротивления рычаги, проточки выполняют в основном на участках торцевых стенок, совпадающих с зоной расположения и возможного перемещения грузов.

Центробежная муфта может быть снабжена установленной на второй полумуфте зубчатой передачей и соединенным с этой передачей реверсивным механизмом, который связан с обоймой обгонной муфты посредством пружины кручения.

Для лучшего понимания изобретения ниже приведены примеры его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг. 1 иллюстрирует общий вид муфты в разрезе (I-I на фиг. 2); фиг. 2 изображает разрез муфты II-II на фиг. 1; фиг. 3 иллюстрирует разрез муфты III-III на фиг. 1; фиг. 4 изображает разрез муфты IV-IV на фиг. 1; фиг. 5 изображает электрическую схему (электрической аналог), моделирующую работу предложенного механизма и приведенную для наилучшего понимания его работы, принципа действия.

Центробежная муфта содержит соосно установленные на валу 1 первую (ведущую) полумуфту 2 с герметичной полостью 3 и вторую (ведомую) полумуфту 4. Вторая полумуфта 4 установлена на валу 1 и полумуфте 2 посредством подшипников 5 и 6. На второй полумуфте 4 жестко установлены эксцентрики 7. На первой полумуфте 2 также шарнирно закреплены при помощи пальцев 8 двуплечие рычаги 9. Одно из плеч 10 каждого рычага 9 установлено в контакте с соответствующим эксцентриком 7 (каждому рычагу 9 соответствует свой эксцентрик 7). Контакт эксцентриков 7 с плечами 10 рычагов 9 осуществляется посредством кольцевых обойм 11, насаженных на эксцентрики 7 посредством роликов 12.

Другие плечи каждого рычага являются центробежными грузами 13.

В периферийной части герметичной полости 3 на оси 14, параллельной оси муфты, с возможностью вращения установлены гидросопротивления 15 в виде зубчатого колеса с зубьями-выступами 16. На второй полумуфте 4 посредством шлицевого соединения 17 через обойму 18 обгонной муфты на подшипнике скольжения 19 установлен маховик 20.

Двуплечие рычаги 9 направлены центробежными грузами 13 в сторону вращения первой полумуфты 2 (показано стрелкой).

Обойма 18 обгонной муфты посредством шлицевого соединения 17 жестко соединена со второй полумуфтой 4 и установлена на подшипниках 21.

На ступицу 22 обгонной муфты насажен фланец 23, к которому присоединена пружина поршня 24. Другим концом пружина 24 связана посредством фланца 25, идентичного фланцу 23, с ведущей шестерней 26. Ведущая шестерня 26, в свою очередь, связана с маховиком 20 посредством стакана 27. Выходной вал 28 связан одним концом со второй полумуфтой 4 посредством ступицы 22 обгонной муфты, а другим концом закреплен на корпусе 29 реверсивного механизма посредством подшипника 30. Ведущая шестерня 26 посредством подшипника 31 насажена на выходной вал 28.

Реверсивное устройство (механизм) содержит блок 32 шестерен, шестерню заднего хода 33, паразитную шестерню 34, рычаг переключения 35 заднего и переднего хода.

Отбор мощности происходит через шлицы 36 выходного вала 28.

Герметичная полость 3 содержит проточки 37, выполненные на торцевых стенках, ограничивающих полость 3 первой полумуфты 2.

На иллюстративной фиг. 5 позициями 38 и 39 обозначены соответственно первичная и вторичная обмотки гипотетического (модельного) трансформатора, 40 - преобразователь постоянного тока в переменный, 41 - выпрямитель, 42 - источник тока, 43 - точка потребления тока (отбора мощности).

Центробежная муфта работает следующим образом.

При вращении вала 1 вращается первая полумуфта 2 с двуплечими рычагами 9. При этом на грузы 13 двуплечих рычагов 9 воздействует центробежная сила, направленная в сторону периферии. При этом другие плечи 10 рычагов 9 будут оказывать давление на эксцентрики 7, стремясь вовлечь полумуфту 4 во вращение. Действие рычагов изменяется по синусоидальному закону (с изменением его величины от положительного до равновеликого отрицательного значения), что приводит к появлению импульсов силы с противоположными знаками. В результате этого полумуфта 4 может быть вовлечена только в качательное движение без вращения.

Полученные второй полумуфтой 4 положительные и отрицательные импульсы координируют с движением двуплечих рычагов 9 следующим образом. Сообщение второй полумуфте 4 положительного импульса происходит тогда, когда грузы 13 двуплечих рычагов стремятся приблизиться к оси вращения первой полумуфты 2. При таком передвижении грузов 13 двуплечих рычагов 9 их место занимает жидкость, обладающая меньшей скоростью, чем вращающиеся точки герметичной полости 3, расположенные на этом же месте. Так как по законам инерции жидкость не сможет мгновенно приобрести скорость, соответствующую большему радиусу ее вращения, возникает поток в направлении, обратном направлению вращения в соответствии с действием силы Кориолиса. Это поток не оказывает на рычаги 9 сколько-нибудь значительного воздействия.

Вторая полумуфта 4 получает отрицательный силовой импульс тогда, когда грузы 13 двуплечих рычагов 9 начинают удаляться от центра. При этом, поскольку двуплечие рычаги 9 установлены на первой полумуфте 2 так, что направление от плеча 10 к плечу 13 соответствует направлению вращения центробежной муфты, и под двуплечие рычаги 9 со стороны груза 13 направляется поток жидкости, этот поток встречает на своем пути гидросопротивление 15. При этом часть жидкости меняет свое направление и начинает двигаться от периферии герметичной полости 3 к ее центру, т.е. к грузам 13 двуплечих рычагов 9. Часть жидкости выходит через проточки 37.

Часть жидкости направляется к зубьям 16 гидросопротивления 15, расположенным у периферии герметичной полости 3, приводя гидросопротивления 15 во вращательное движение и проходя таким образом между зубьями.

Вращение гидросопротивления вызвано тем, что скорость движения жидкости выше у периферии герметичной полости.

Такая работа гидросопротивления также способствует исключению возможного отставания по фазе движения рычагов от движения эксцентриков, и амплитуда движения рычагов строго подчиняется синусоидальному закону. В этом случае движение рычагов полностью соответствует движению эксцентриков, и исключены полностью как отрицательные импульсы, так и биения.

Тем самым обеспечивается и стабильность работы гидравлического демпфера.

Таким образом, при помощи потока жидкости достаточно стабильно задерживается движение грузов 13 двуплечих рычагов 9 от центра к периферии, они при таком движении не получают ускорения, и отрицательный импульс на вторую полумуфту 4 гасится. Таким образом, на вторую полумуфту подаются практически только положительные импульсы, и устройство может работать в различных условиях эксплуатации без биений.

Посредством шлицевого соединения 17 вращательные импульсы передаются от второй полумуфты 4 на обойму 18 обгонной муфты, а через ее ступицу 22 и через пружину 24 на шестерню 26. Далее шестерня 26 передает вращение на детали реверсивного механизма и через них на шлицы 36 выходного вала 28.

Для сглаживания импульсного воздействия шестерня 26 соединена через стакан 27 с маховиком 20, который обеспечивает наличие более постоянного вращательного момента.

В частности, вторая полумуфта 4 поворачивает обойму 18 обгонной муфты. Через пружину 24 обгонной муфты крутящий момент передается на шестерню 26. Так как реверсивный механизм испытывает сопротивление, шестерня 26 в первый момент остается в покое. При этом пружина 24 закручивается на некоторый угол и сохраняет его по причине фиксации обгонной муфтой.

По мере подачи следующих импульсов угол закручивания пружины увеличивается и, следовательно, увеличивается крутящий момент, действующий на шестерню 26. Наконец, наступает момент, когда крутящий момент на шестерне 26 превышает момент сопротивления, испытываемый реверсивным механизмом. Транспортное средство начинает движение и получает ускорение по мере увеличения (форсирования) оборотов двигателя. При этом ходовая часть транспортного средства получает достаточно сглаженные, длительные импульсы в виде крутящего момента.

При увеличении скорости движения система становится квазижесткой и ведет себя как единое целое.

При ускоренном движении при увеличении оборотов двигателя грузы 13 двуплечих рычагов 9 не могут мгновенно воспринять изменение скорости вследствие инерции, и вторые плечи 10 двуплечих рычагов 9 будут сильнее воздействовать на эксцентрики 7, что лучше обеспечивает разгон транспортного средства. Таким образом, появляется возможность подобрать каждый раз оптимальный режим работы при эксплуатации транспортного средства - система обеспечивает многорежимность работы.

При сбрасывании оборотов двигателя при торможении грузы 13 двуплечих рычагов 9 также не могут мгновенно воспринять изменение скорости и будут стремиться вследствие инерции освободить эксцентрики, автоматически отключая двигатель от трансмиссии, что лучше способствует торможению.

Наиболее ясному и четкому пониманию изложенного будет способствовать описание электрического "аналога" предложенного устройства в виде трансформатора переменного тока с переобразованием постоянного тока в переменный вначале и выпрямлением тока в конце, после повышения напряжения (см. фиг. 5).

Например, напряжение от источника постоянного тока (12 В - аккумулятор) требуется повысить до 36 В.

Аналогом этой задачи является передача крутящего момента (постоянного), подаваемого на вал 1, при снятии его с выходного вала 28.

Как известно, для повышения напряжения постоянного тока с помощью трансформатора его необходимо сначала преобразовать в переменный ток, а перед подачей потребителю - выпрямить.

То же самое, фактически, происходит в предложенном устройстве. На вал 1 от двигателя подается условно постоянный крутящий момент. Эксцентрики 7 вместе с двуплечими рычагами 9 преобразуют этот момент в переменный. Поскольку амплитуда колебаний импульсов выше момента, развиваемого двигателем, происходит трансформация крутящего момента. Обгонная муфта, пружина и маховик, в свою очередь, выполняют роль выпрямителя крутящего момента. Таким образом, стыки передач и ходовая часть машины в дальнейшем воспринимают уже постоянный момент, и образование стуков и вибраций предотвращается.

Вследствие трансформации крутящего момента такая центробежная муфта может использоваться как автоматическая бусступенчатая передача без каких-либо дополнительных устройств.