Импульсное кулачково-роликовое сцепление

Полезная модель относится к области машиностроения, точнее к сцеплениям различных наземных транспортных средств, главной функцией которых является плавное включение передачи мощности от двигателя к ведущим колесам через трансмиссию с постепенно увеличивающимся передаваемым через него крутящим моментом. Предлагается сцепление для транспортных средств с двигателем внутреннего сгорания (ДВС), содержащее ведущую и ведомую части, в котором ведущая часть присоединена к маховику ДВС и включает в себя, по меньшей мере, нажимной диск, центральную пружину и выжимной подшипник с приводом от педали, а ведомая часть представляет собой ведомый диск, размещенный между маховиком двигателя и нажимным диском ведущей части. Сущность предлагаемого решения состоит в том, что на маховик двигателя и нажимной диск со стороны, обращенной к ведомому диску, установлены накладки в виде дисков, снабженных отверстиями с осями, параллельными оси сцепления, в которых установлены подпружиненные со стороны маховика и нажимного диска обоймы с радиально расположенными роликами, а периферийная часть ведомого диска выполнена из двух соединенных между собой колец, снабженных радиальными угловыми выступами, между которыми помещены вставки из алюминия. Обоймы с роликами подпружинены двумя лепестковыми пружинами, лепестки которых входят в прорези кулачков со стороны маховика и нажимного диска соответственно. В результате вместо трения, как силового фактора, формирование окружного усилия происходит за счет взаимодействия кулачков и роликов - этим обеспечивается повышение ресурса сцепление, за счет устранения влияния неизбежного износа трущихся деталей на качество его работы.

Полезная модель относится области машиностроения, точнее сцеплениям различных наземных транспортных средств, главной функцией которых является плавное включение передачи мощности от двигателя к ведущим колесам через трансмиссию с постепенно увеличивающимся передаваемым через него крутящим моментом.

В настоящее время известны и широко используются сцепления на фрикционной основе, в которых передача окружного усилия обеспечивается за счет сил трения между сжатыми дисками. Причем для передачи требуемого крутящего момента приходится увеличивать либо размеры дисков, либо их количество, либо усилие сжатия. Переходный процесс включения в них сопровождается проскальзыванием (буксованием) ведущих частей относительно частей ведомых, которым приходится разгоняться из неподвижного состояния. Трение между частями вызывает нагрев и приводит к интенсивному износу трущихся поверхностей. В результате такие сцепления являются узлом, который оказывает существенно отрицательное влияние на надежность машин.

От этого недостатка свободны разнообразные муфты, применяемые для соединения и разъединения силовых передач и действующие на базе зацеплений, но они не обеспечивают плавного увеличения передаваемого момента.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого решения является кулачково-шариковая муфта (. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя, изд. «Машиностроение» 1990 г., т.2 стр.378), в которой передача крутящего момента обеспечивается тем, что кулачки и шарики сжаты пружинами, направленными вдоль оси вращения муфты. В контакте между ними усилие взаимодействия имеет осевую и тангенциальную составляющие, так что величина передаваемого момента определяется их соотношением через тангенс угла, который составляют радиус шарика в точке контакта с кулачком и ось муфты. Благодаря этому такая муфта может передавать достаточно большой момент при относительно невысоком осевом усилии.

Однако использованию муфт, действующих по такому принципу, в качестве сцеплений, препятствуют два недостатка. Контакт между кулачками и шариками точечный, который существенно повышает контактное давление, что может стать причиной быстрого износа деталей. Кроме того, конструкция таких муфт не содержит средств, позволяющих плавно повышать осевое усилие и так же плавно увеличивать передаваемый момент.

Задача, реализуемая предлагаемой полезной моделью, и достигаемый технический результат направлены на повышение ресурса такого важного узла наземного транспортного средства, как сцепление, путем устранения влияния износа трущихся деталей на качество его работы.

Заявленный технический результат достигается тем, что в импульсном кулачково-роликовом сцеплении для наземного транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания, содержащем ведущую часть, которая присоединена к маховику двигателя и включает в себя, по меньшей мере, нажимной диск, центральную пружину и выжимной подшипник с приводом от педали, а также ведомую часть в виде ведомого диска размещенного между маховиком двигателя и нажимным диском ведущей части, в отличие от известных аналогов, на маховик двигателя и нажимной диск со стороны, обращенной к ведомому диску, установлены накладки в виде дисков, снабженных отверстиями с осями, параллельными оси сцепления, в которых установлены подпружиненные со стороны маховика и нажимного диска обоймы с радиально расположенными роликами, а периферийная часть ведомого диска выполнена из двух соединенных между собой колец, снабженных радиальными угловыми выступами, между которыми помещены вставки из алюминия.

При этом обоймы с роликами подпружинены, например, двумя лепестковыми пружинами, лепестки которых входят в прорези кулачков со стороны маховика и нажимного диска соответственно.

Благодаря такому решению устранены недостатки, присущие известным аналогам, поскольку вместо трения, как силового фактора, формирование окружного усилия происходит за счет взаимодействия кулачков и роликов. Если один из этих компонентов набегает на другой, и поверхность кулачка скошена под определенным углом к направлению взаимного перемещения, усилие взаимодействия может быть разложено на две составляющие - параллельную перемещению и перпендикулярную к нему. Отношение между ними будет определяться тангенсом угла наклона, который, как известно, для острых углов может возрастать от нуля до бесконечности. Увеличивая прижатие одного к другому, можно тем самым увеличивать усилие, передаваемое между ними в направлении взаимного перемещения.

Так как для фрикционных узлов отношение между усилием прижатия и передаваемым усилием определяется коэффициентом трения, который для всех известных материалов не превосходит 0,3, то предлагаемая замена может обеспечить передачу крутящего момента при существенном снижении размеров сцепления или усилия прижатия, или и того, и другого вместе. Для этого либо кулачки, либо ролики должны быть подпружинены и снабжены средствами плавного увеличения усилия прижатия от нуля до максимального расчетного значения. Для исключения «ведения» выключенного сцепления должно быть обеспечено также разведение кулачков и роликов, исключающее контакт между ними.

На представленных чертежах: на фиг.1 дан общий вид предлагаемого устройства в разрезе; на фиг.2 - разрез -A на фиг.1 в горизонтальной плоскости, проходящий через оси обойм и показывающий профиль выступов; на фиг.3 - схема силового взаимодействия кулачка и ролика - показаны направление движения кулачка относительно ролика, а также действующие силы и их составляющие; на фиг.4 - примерный вид лепестковой пружины.

К маховику двигателя 1 и к нажимному диску 2 (фиг.1) крепятся накладки 3, в которых имеются расположенные на одной окружности отверстия, оси которых параллельны оси сцепления. В эти отверстия вставлены оси обоймы 4 в виде скоб, в которых со стороны, обращенной к ведомому диску 5, установлены ролики 6 с радиально расположенными осями. С другой стороны в осях обойм 4 сделаны прорези, в которые входят лепестки пружин 7. Оси обойм 4 могут перемещаться вдоль оси муфты в отверстиях накладок 3, сгибая эти лепестки.

Периферийная часть ведомого диска 5 состоит из двух соединенных между собой колец 8, выполненных из листового материала. На них выштампованы угловые выступы, расположенные радиально и обращенные к маховику и нажимному диску, которые играют роль кулачков. Между этими выступами помещены вставки 9 из алюминия. Кольца укреплены так, что выступы одного находятся на тех же радиусах, что и выступы другого.

Количество роликов с каждой стороны четное, но не равное количеству выступов, которое также четное. Обоймы 4 с роликами 6 установлены так, что каждой из них на маховике 1 соответствует находящаяся с ней на одном радиусе обойма на нажимном диске 2. Центральная пружина 10 тарельчатого типа прижимает нажимной диск 2 к ведомому диску 5 и к маховику 1, и во включенном состоянии сцепления расстояние между крайними образующими роликов с обеих сторон ведомого диска меньше, чем расстояние между кромками выступов ведомого диска.

Ступица ведомого диска 5 посажена на первичный вал трансмиссии 11. Выжимной подшипник 12 связан приводом с педалью (на представленных чертежах условно не показана) и взаимодействует с центральной пружиной 10, заставляя ее разводить нажимной и ведомый диски при нажатии на педаль.

При нажатой педали выжимной подшипник 12 через центральную пружину 10 и с помощью раздвигающих пружин 13 отводит нажимной диск 2 от ведомого диска 5 так, что и он отходит от маховика 1. При этом расстояние между кромками выступов колец 8 и роликами 6 увеличивается и они при вращении маховика 1 и нажимного диска 2 не задевают друг друга. Сцепление полностью выключено.

При отпускании педали нажимной диск 2 плавно приближается к ведомому диску 5, а он соответственно к маховику 1. Ролики 6 начинают задевать выступы колец 8 и прокручивают их, перемещаясь в отверстиях накладок 3 и сгибая лепестки пружин 7. При этом усилие взаимодействия каждого выступа с роликом 6 имеет две составляющих - параллельно оси сцепления (осевое) и окружное. Окружное усилие равно осевому, умноженному на тангенс угла наклона скоса выступа к радиальной плоскости, проходящей через его кромку, и они оба нарастают по мере приближения оси ролика к выступу, достигая максимума при пересечении этих осей. Таким образом на каждый выступ действуют повторяющиеся импульсы осевого и окружного усилий.

Так как количества роликов и выступов неодинаковы, в каждый момент времени их контакты находятся в разных фазах от полного отсутствия до максимальных усилий взаимодействия при прохождении ролика через кромку выступа. Тем не менее, импульсы окружных усилий складываются и их сумма дает момент, приложенный к ведомому диску 5. При этом четное количество выступов и роликов и их взаимное расположение обеспечивают симметричное приложение усилий к ведомому диску, предупреждающее его перекос.

По мере отпускания педали и уменьшения расстояния между накладками 3 и ведомым диском 5 осевые перемещения обойм 4 растут и точно также растут амплитуды импульсов осевых и окружных усилий. Как только суммарный момент окружных усилий, приложенный к ведомому диску 5, сравняется с действующим на него моментом сопротивления и превзойдет его, начнется вращение ведомого диска и движение машины. Дальнейшее отпускание педали будет усиливать амплитуды импульсов взаимодействия выступов колец 8 с роликами 6 и увеличивать суммарный момент.Так как ведомый диск 5 будет разгоняться, частота импульсов, зависящая от разности частот вращения маховика 1 с нажимным диском и ведомого диска 5, будет снижаться. Как только эти частоты сравняются, можно считать сцепление полностью включенным, и взаимодействие выступов и роликов станет постоянным. Сцепление будет передавать момент, определяемый сопротивлением движению машины, приведенным к первичному валу 11 трансмиссии.

То, что выступы колец 8 имеют по два скоса, обеспечивает возможность передачи через сцепление крутящего момента обратного направлению для торможения двигателем, но не превосходящего заданного максимального значения во избежание повреждения двигателя.

Использование предлагаемой полезной модели обеспечивает повышение ресурса такого важного узла наземного транспортного средства, как сцепление, устранив влияние неизбежного износа трущихся деталей на качество его работы. Кроме того, способствует снижению выброса в окружающую среду продуктов износа.

1. Импульсное кулачково-роликовое сцепление для наземного транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания, содержащее ведущую часть, которая присоединена к маховику двигателя и включает в себя, по меньшей мере, нажимной диск, центральную пружину и выжимной подшипник с приводом от педали, а также ведомую часть в виде ведомого диска размещенного между маховиком двигателя и нажимным диском ведущей части, отличающееся тем, что в нем на маховик двигателя и нажимной диск со стороны, обращенной к ведомому диску, установлены накладки в виде дисков, снабженных отверстиями с осями, параллельными оси сцепления, в которых установлены подпружненные со стороны маховика и нажимного диска обоймы с радиально расположенными роликами, а периферийная часть ведомого диска выполнена из двух соединенных между собой колец, снабженных радиальными угловыми выступами, между которыми помещены вставки из алюминия.

2. Сцепление по п.1, отличающееся тем, что обоймы с роликами подпружинены двумя лепестковыми пружинами, лепестки которых входят в прорези кулачков со стороны маховика и нажимного диска соответственно.