NO135378B - - Google Patents

Description

Oppfinnelsen omfatter en enveis rotasjonskobling av den art som

er beskrevet i innledningen til patentkrav 1, for eksempel for irreversible tannsperrer, glidesperrer, frihjul etc..

Ved slike koblinger er det kjent å anvende sko eller haker mel-

lom de to legemer. Disse kan .eventuelt virke sammen med kiler som kan innta bestemte stillinger. Men selv om dette prinsipp er kjent , så har tidligere konstruksjoner ikke gitt helt tilfredsstillende resultater både med hensyn til enkel oppbygning, driftssikkerhet og driftsegenskaper.

Ved slike koblinger er det ønskelig å oppnå hurtig kiling uten glidning mellom koblingsorganene og dessuten øyeblikkelig fri-

gjøring uten kiling i de tilfeller det dreier seg om frihjuls-koblinger.

Hensikten med oppfinnelsen er i første rekke å forbedre disse egenskaper sammenlignet med det som er oppnådd ved tilsvarende kjente koblinger, og dessuten å skape en kobling med enkel ot>n-bygning.

Ifølge oppfinnelsen kan dette oppnås ved å utforme koblingen i overensstemmelse med den karakteriserende del av patentkrav 1.

Denne løsning gjør det mulig å senke angrepsvinkelen mellom kontaktflatene, noe som særlig vil forbedre koblingens drift-egenskaper. Dette er fordelakig fordi det gir forbedret kile-virkningmellom skoen og den sylindriske overflate som skal slep-

es med. Dessuten blir de forskjellige deler, mekanisk enkle å fremstille. Stangen får krumme flater med relativt liten ut-strekning, som skal være i kontakt med den korresponderende over-

flate på hylsen, dette krever meget mindre nøyaktighet enn ved et segment som skal være i kontakt med hele sin ytre overflate med den nevnte hylse. Det gjenstår å bestemme som en funksjon av deres data en passende avstand mellom kilens akse og aksialplanet normalt på den plane sideflate.

Denne avstand velges generelt sett liten nok for å sikre en en-tydig blokkering i koblingsretningen, uten glidning eller for-sinkelse og på den annen side stor nok til å unngå enhver motstand i den annen retning på grunn av vedheng.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av underkravene.

Oppfinnelsen er nedenfor beskrevet ytterligere under henvisning til de vedlagte tegninger, hvor

figur 1 viser skjematisk i et snitt vinkelrett på aksen en kobling med sko og selvorienterende kiler, utformet i samsvar med oppfinnelsen.

Figur 2 viser ved en lignende tegning de prinsipper som må føl-ges for å bestemme geometri og plassering av de forskjellige deler i en kobling i samsvar med oppfinnelsen. Figurene 3 og 4 viser en kobling i samsvar med oppfinnelsen som har tre sko, henholdsvis sett som-i figur 1 og i partielt aksialsnitt. Figur 5 til 7 viser på samme måte som i figur 3 tre varianter. Figurene 8 og 9 viser henholdsvis i snitt vinkelrett på aksen og partielt aksialsnitt en annen utførelse, der man benytter spor for dannelse av oljefilm. Figurene 10 til 12 viser som i figur 1 forskjellige andre ut-førelser.

En kobling mellom et akselelemerrt A og en ring eller hylse B som kan rotere i forhold til hverandre rundt en akse 0 som vist i fig. 1 kan oppnås ved hjelp av to systemer av deler som settes inn mellom akselelementet og ringen, idet hvert system består av en sko PJen selvorienterende kile S formet som en avkuttet sy-linder eller sfære, en fjær R som tjener til å holde delene sammen (man vil senere se som på figur 11, at ett slikt sammensatt system er tilstrekkelig).

Den indre overflate på ringen B har ett parti G som roterer rundt aksen 0 og således danner en kontinuerlig glidebane mot hvilken skoen P kan trykke, idet denne er formet som en stang

som i sine ender har kontaktflater DD' og EE<1>med nevnte glidebane.

Akselelementet A har to plane overflater C parallelle til aksen

0 og symmetriske i forhold til denne.

På hver flate som danner en kam på akselelementet A hviler en selvorienterende kile 8 som på sin annen side er i kontakt med skoen P langs en sylindrisk flate T med radius t og akse k som er adskilt en distanse e fra aksen 0 eller mer presist fra aks4 ialplanet y'y (gjennom 0) normalt på flaten C. Idet flaten T

har en sirkulær profil, kan kilen S dreie rundt sin akse K i forhold til skoen.

Fjæren R eller enhver lignende innretning holder på en gang skoen P sammen med glidebanen G, kilen S med kammen C og skoen P med kilen S langs flaten T.

Som det skal vises utgjør denne innretningen under visse be-tingelser med hensyn på form og proporsjoner en kobling i en retning mellom akselelementet A og ringen B, slik at ringen kan dreie fritt i forhold til akselelementet A i retning av pilen F uten annen motstand enn den som dannes an kontaktfjærene R, mens all rotasjon i motsatt retning derimot er hindret.

Denne retning F er omvendt koblingsretningen til ringen B med akselelementet A.

For å forenkle forklaringen begynner man ut fra figur 2 å under-sake betingelsene for at en sko P skal henge ved en glide bane G når den er i kontakt ved punktene D og E mellom henholds-o o

vis D,D' og E,E' på glidebanen. Dersom man kaller friksjonsvinkelen mellom skoen P og glidebanen G, er det nødvendig for å ha vedheng i Dq eller i Eq at de krefter som trykker skoen mot glidebanen i disse punktene danner en vinkel med henholdsvis strålen OD og OE

o o

som er mindre enn eller lik .

Sagt på en annen måte, slik man også kan vise det, er det nødvendig

at disse kreftene skjærer sirkelen p med sentrum 0 og radius g'sin '(^ der g er radius til glidebanen G, en sirkel som kan kalles friksjonssirkelen assosiert til sirkelen G.

Således er den geometriske sum av vedhengskreftene kraften H som er resultanten av det trykk som utøves av kilen S på skoen P.Dette sam-svarer ellers med resultanten av trykkreftene fra legemet A på kilen S.

Por at det skal være vedheng vises at det er tilstrekkelig at kraften H skjærer segmentet OL i et punkt X som befinner seg mellom 0 og L (fig. 2) idet punktet L er skjæringspunktet mellom tangentene til sirkelen f1 fra punktene Dq og Eq og gåes også av henholdsvis strålene DQ0 og Eq0 ved å rotere en vinkel (p i retning av pilen F.

For å sikre at denne betingelsen for vedheng er oppfylt må man altså på den ene side bestemme retningen til kraften H og vise at den virke-lig går gjennom punktene 0 og L.

Når det gjelder retningen til kraften H, er dens posisjon resultater av likevektsbetingelsene til kilen S som er på grensen til glidning på planet C og i sin sirkulære innpassing T. Man kaller friksjonsvinkelen til disse to kontaktflater f or W , idet man for enkelthets skyld antar at den er den samme for begge flater - man ser at retningen til kraften H danner en vinkel iV i retning av pilen F med hensyn på normalen på planet C og at den tangerer "friksjonssirkelen" assosiert med sirkelen T, denne friksjonssirkelen har sentrum i K og radius t.sin. (|^ , der t er radius i sirkelen T. Derav følger at resultanten H går gjennom punktet I på sirkelen T og beskriver således det punkt på sirkelen T fra hvilket man kan reise perpendikulæren til planet C, dessuten danner denne perpendikulæren en vinkel med retningen til kraften H. Følgelig er avstanden d fra H til aksen 0, dvs. dens moment: d = e.cos.^ + i.sin^p (l) Her representerer e og i koordinatene til punktet I, eller henholds-vi s : e: avstanden fra K, kilens sentrum til aksialplanet

normalt på C,

i: k + t, avstanden fra punktet. I til aksialplanet parallelt med C (der k er ordinaten til kilens sentrum K)

Betraktes, nå trekanten EqOL,. er det lett å vise at

som gir

der 1 betegner lengden OL, g radius i sirkelen G og {& vinkelen mellom E0q og retningen Ox til planet C (fig. 2). Det er likeledes enkelt å vise at den rette linje OL danner en vinkel ^ med retningen Ox.

Lengden 1 gitt av formel (2) ovenfor representerer, den maksimale momentanm med hvilken kraften H kan bringe ringen B i rotasjon for det spesielle tilfelle at retningen til kraften H er perpendikulær på OL i L.

Når posisjonene til resultanten H og punktet L er slik bestemt er

det enkelt å verifisere om betingelsen for vedheng er oppfyllt, det vil si om den rette linje IH passerer gjennom punktene 0 og L. For eksempel dersom = noe som oppnås ved at alle koplingsdeler på fig. 1 er av samme materiale og har samme type overflate, er IH perpendikulær få OL og dens avstand fra punktet 0 er:

og i dette tilfelle kan man skrive betingelsen for vedheng:

(d<1>er her den arm som H virker med).

Når betingelsen for vedheng er oppfyllt kreves det .videre for at koplingen skal virke helt tilfredsstillende at utkoplingen ved rotasjon i den tillatte retning skjer uten fastlåsing.

For at dette skal skje er den første betingelsen at linjen 01 danner en vinkel med linjen IK som er større enn friksjonsvinkelen, det vil si :

Den andre betingelsen er at skoen P frigjort fra trykket i I fri-gjøres uten fastlåsing fra sine angrepspunkter i Dq og Eq, for dette er det tilstrekkelig at ( h, <f

(6)

De tre betingelsene, gitt av formlene ^,5,6 ovenfor tillater uten vanskelighet en konstruktør å tegne en kopling i samsvar med oppfinnelse sen og det vil være enkelt å generalisere formlene til mer kompli-serte tilfelle (tilfellet med den dobbel-konitske overflate i fig. hy i^) ^, tf , roterende kile i legemet Aetc).

For å ha en sikkerhetsmargin kan man benytte to forskjellige verdier av /S : "EOx i stedet for S ~0x i formel (<1>+) og E * Ox i stedet f or lT<*>0x

o o

i formel (6).

Et numerisk eksempel med relasjon til fig. 1 er nok til å vise sam-•'svarigheten mellom de tre betingelsene:

radius g til G : 50 mm

friks jonskoef fisient: tg ( f = tg( j> = 0,l6

(f = 9° sin(^<>>= 0.156 cos.<^ = 0,988

Eq0X = p> =32° sin./i = 0,53

e = 8 mm

i = 30 mm (t = 20 mm, k = 10 mm)

Betingelse ( k) blir:

som gir:

(momentarmen er altså 12,7 m)

Betingelse (5) blir:

<8>•<O>f988 ^ 30 . 0,156 som gir

8 > U,7

og

32°^ 9°

Dette viser med et praktisk eksempel samsvaret mellom de tre betingelsene .

Alt det som er vist her er selvfølgelig bare et eksempel. Konstruk-tøren har i hvert tilfelle anledning til å bestemme de gunstigste kons-truksjonsparametrene som funksjon av friksjonskoeffisientene, dette gjelder særlig verdiene e og i som bestemmer punktet I.

Det går klart frem av de forutgående forklaringer at det er like lett

å oppfylle betingelsene for et frihjul ifølge oppfinnelsen ved lav friksjonskoeffisent ^ mellom kilen S, flaten C og skoen P og like-dan dersom friksjonskoeffisienten ^ er høy. Det er tilstrekkelig å velge en verdi mindre enn 15/10 for forholdet ( f / ij> .

Dermed vil man for eksempel kunne fremstille kiler av bronse eller

„ '»alegeringer med lav friksjon såvel som plastmaterialer som TEFLON eller "DELRINMan kunne også minske f riks j onskoef fisienten 1^ ved dertil egnede belegg eller overflatebehandlinger som for eksempel sulfatisering. Detter underforstått at de omtalte kiler kan være av stål likesåvel som de andre delene i frihjulet, men fortrinnsvis sul-fatisert. Skoene kan eventuelt være av støpegods.

Når det gjelder nevnte sko kan deres kontaktflater med glidebanen være belagt med et materiale med høy friksjonskoeffisient, i likhet med det som brukes for bremsebelegg. Man kan også gi disse overflatene en bi- eller multikonisk profil, som indikert på figur \ som viser et aksialsnitt av et frihjul med tre sko som har sitt annet snitt i figur 3. En slik konstruksjon kan gi en friksjonsvinkel<^<1>større enn friksjonsvinkelen som korresponderer til det tilfelle at man har sylindriske flater.

Dersom man har^to kontaktsoner mellom skoene og glidebanen G, kan man øke vinkelen Dq0Eo (fig. 5) mellom disse kontaktsonene inntil en øvre grense som representerer grensen for vedheng (betingelse 6,^i^cP

Alle de nevnte muligheter, brukt sammen eller hver for seg gir muligheter for å konstruere es svært robuste frihjul, øke den disponible plass for å la aksen passere gjennom kammen A slik som for eksempel M (fig. 3) når man benytter tre sett med kile-sko og å redusere de

interne beskrankninger ved å øke momentarmen d = OX (fig.2).

Det er ofte nyttig å merke seg at det er tilstrekkelig å holde delene i kontakt ved elestiske hjelpemidler slik som fjæren R for at skoene alltid skal være klar til inngrep. Løsningen i figur 3 der fjæren er plassert slik at den utøver en transver-sal virkning på skoen P og akselelementet A, kan i visse tilfeller være utilstrekkelig.

Man kan overkomme denne hindring ved å plassere fjærene R tangentielt som vist i figur 6 eller 7. Eller man kan også som på figur 6 benytte trekkfjæren TR, alene eller sammen med trykkfjæren R.

Man kan dessuten benytte en stoppanordning som på figurene 7 og

8 i 3 for å begrense skoens tilbakegang på grunn av sin treghet i det tilfelle at akselelementet A kan ha betydelig vinkel-akselerasjoner i den frie retning, motsatt pilen F.

Det kan likeledes være interessant som vist i figur 8 og 9 som viser et partielt aksialsnitt av ringen B( å benytte aksiale riller 1 på skoens frisjonsflate og tangentielle riller 2 på glidebanen til ringen B, slik at kryssningen av disse rillene deler kontaktflaten i et rutemønster av kontaktflater, dette vil hindre dannelsen av en eventuell oljefilm mellom sko og ring. Figur 10 viser at frihjul ifølge oppfinnelsen også kan utføres med kilen 8 som dreier seg i akselelementet A mens skoen glir på dem.

Figur 11 viser mulighetene å benytte prinsippet fra figur 10

med en kile som dreier seg i akselelementet A, men med en enkelt sko-kile enhet.

Ved denne utførelsen er for eksempel akselelementet A frest og utboret for å gi plass til skoen P og kilen S, idet det er gitt tilstrekkelig spillerom for forflytninger av skoen P. De stiplede linjene viser konstruksjonsprinsippene fra figur 2 og med de samme betegnelser. Her er imidlertid kraften H utlignet ved en kraft H' som er like stor og motsatt rettet og tangent til fri-sjons sirkelen V. Snittet J<1>mellom retningen til kraften H' og sirkelen G bestemmer angrepspunktet mellom akselelementet A og ringen B når medslepning skjer. Ved utkobling blir dette punktet J<1>det øyeblikkelige rotasjonssenter for A med hensyn på B og det er enkelt å konstatere at vinkelen som dannes av IJ' og Kl er betydelig større enn friksjonsvinkelen, dette tillater en utkobling uten vedheng fra punktet I. Linjen D'E' skjærer ikke friks jonssirkelen f , men den store åpning på vinkelen"D^"oiT<p>gjør at det er tilrådelig å dublere trykkfjæren R med en trekkfjær TRfor å sikre medslepning av skoen P når akselsnittet A starter å rotere eller roterer i den frie retning med hensyn til ringen B som omgir den.

Figur 12 illustrerer til slutt svært skjematisk prinsippet for et reversibelt frihjul ifølge oppfinnelsen, dette vil si at en etteT ønske kan reversere retningen for låsing.

Skoene P og deres tilhørende kiler S vil som oftest innta den ene eller den andre av to symmetriske posisjoner med hensyn til aksen y'y som går gjennom o og u normalt på navets glideflate og kan holdes i den ene eller andre av disse stillingene ved hjelp av elastisk trykk fra en vippearm som ikke er vist på figuren. Man kan på denne måten etter behag reversere retningen for medsleping F (F eller -F).

Samme hvilken utførelse som velges, kari man fremstille en an-ordning for kobling i én rotasjonsretning som i forhold til eksisterende innretninger av samme slag gir mange fordeler, særlig: - at den består av svært enkle komponenter, enkle å fabrikere, særlig når det gjelder skoen P utført som en stang, og som er

enkle å montere

- at den har veldefinerte egenskaper når det gjelder å ikke ha glidning i koblingsretningen og ikke vedheng ved utkobling.

Claims (18)

1. Man har vist ovenfor at man alltid kan bestemme den beste utførelse ved beregning av visse dimensjoner, spesielt av-standene e og i som funksjon av friksjonskoeffisientene. Patentkrav: 1. Enveis rotasjonskopling, av den type som omfatter to legemer hvorav det ene kan dreie i det andre, spesielt et sentralt legeme A og en hylse eller ring B, idet det mellom disse to legemer finnes mellomliggende innretninger som omfatter minst en sko kombinert med en kile S som er orienterbar i forhold til skoen P eller det sentrale legeme A idet den glir på en plan flate tilhørende en av de sistnevnte,karakterisert vedat skoen (P) er steg- eller stangformet og trykker mot ringen (B) i to kontaktflater (DD' og EE'), slik at angrepsvinkelen (3 mellom kontaktflatene i forhold til aksialplanet parallelt til skoenes plane glideflater minskes, idet denne vinkelen g forblir større enn grensefriksjonsvinkelen mellom skoen og den sylindriske flate av ringen (B).
2. 2. Kopling ifølge patentkrav 1,karakterisert vedat vinkelen (tt-23) under hvilken man fra koplingens sentrale akse ser de to kontaktflatene (DD' og EE') er i størrelsesorden 90° til 160°, fortrinnsvis 110° til 140° (figur 1 og 5).
3. 3. Kopling ifølge krav 1 eller 2 med minst en sko (P) med to kontaktflater (DD' og EE') sett under vinkelen tt-23, som virker sammen med en sylindrisk kile av radius t, hvis sentrum k har koordinatene e og k i forhold til planene aksialt normalt og parallelt til den plane glideflate og med stort sett like friksjonsvinkler cf og ty hhv. mellom skoen og den sylindriske flate og mellom kilen og den plane flate,karakterisert vedat deres verdier forholder seg til hverandre ved relasjonen for vedheng

   der i er den algebraiske sum k+t og g er radius i hylsen B.
4. 4. Kopling ifølge et av kravene 1-3,karakterisert vedat kilen er'dreibar i det sentrale legeme eller i et stykke festet til dette og glir på en plan flate tilhørende skoen (figur 10 og 11)
5. 5. Kopling ifølge krav 4,karakterisertved at en eneste sko er montert i en utsparing i akslingen (A) (figur 11), utboringen må være stor nok til å huse den nevnte sko, denne tjener som plan glideflate for kilen som roterer i et spor i en av utsparingens sider.
6. 6. Kopling ifølge et av kravene 1-5,karakterisert vedat det benyttes to sko med kiler adskilt fra det sentrale legeme (figur 1).
7. 7. Kobling, sjérlig ifølge krav 1,karakterisert vedat det benyttes innretninger for å påvirke minst en av de to friksjonsvinkler <p og ty henholdsvis mellom den stangformete eller motsvarende utformete skoen (P) og hylsen (B) og mellom kilen (S) og de respektive flater til skoen og legemet (A), slik at <f> økes og ty minskes.
8. 8. Kopling ifølge krav 7, omfattende innretninger for å øke vinkelen <p,karakterisert vedat skoen (P) er utstyrt med flater med høy friksjonskoeffisient.
9. 9. Kopling ifølge krav 7, omfattende innretninger for å øke vinkelen ( p ,karakterisert vedat skoen (?) er i kontakt med den korresponderende flate til hylsen (B) via overflater som er koniske eller multikoniske (figur 3 og 4).
10. 10. Kopling ifølge krav 7, med innretninger for å redusere vinkelen ty,karakterisert vedat disse innretninger består i å utføre kilen (S) i et materiale som bronse eller "Teflon" eller "Delrin".
11. 11. Kopling ifølge krav 7, med innretninger for å senke vinkel ty,karakterisert vedat disse innretninger består av overflatebelegging.
12. 12. Kopling ifølge krav 7, med innretninger for å senke vinkelen ty;karakterisert vedat denne vin-kelens tangens holdes større enn forholdet<t>'t^t, der e og k er koordinatene til kilens akse med hensyn på de ortogonale plan i koplingens akse og t er kilens radius.
13. 13. Kopling ifølge et av kravene 1 til 12, med en kile hvis akse har koordinater e og k samt radius t,karakterisert vedat radius t er 20-60%, helst 30-50% av radius og ringen (B).
14. 14. Kopling ifølge et av kravene 1 til 13,karakterisert vedat det benyttes tre sko og tre kiler i kombinasjon med et triangulært legeme (A) (figur 3 og 7).
15. 15. Kopling ifølge et av kravene 1-14,karakterisert vedat det benyttes innretninger som danner fremspring (3) vis a vis skoene og således begrenser deres even-tuelle amplitude på grunn av treghet, særlig i det tilfelle at det sentrale legeme får en høy vinkelaksellerasjon motsatt kop-lingsretningen (figur 7 og 8).
16. 16. Kopling ifølge krav 15,karakterisert veden fjær (R) som utøver en kraft som skiller skoen fra det sentrale legeme ved en av skoenes ytterpunkter (figur 1,3,5,10).
17. 17. Kopling ifølge krav 15,karakterisert vedat fjæren (R) utøver en kraft som er rettet parallelt med glideflaten til kilen (figur 6,7,8).
18. 18. Kopling ifølge et av kravene 1-17,karakterisert vedat fjæren er en trekkfjær (RT) som virker alene eller sammen med en trykkfjær (R) (figur 6 og 11).