Przedmiotem wynalazku jest sprzeglo elektro¬ magnetyczne z mechanicznym sprzezeniem, zwla¬ szcza sprzeglo elektromagnetyczne cierne ze spre¬ zystymi tarczami magnetycznymi.Sprzeglo to moze byc zastosowane przy nape¬ dach obrabiarek i innych maszyn, np. w automa¬ tycznych skrzyniach biegów, mechanizmach nape¬ dowych, i podobnych. Znane sa sprzegla elektro¬ magnetyczne z tarczami magnetycznymi, w któ¬ rych przez tarcze dwukrotnie przechodzi strumien magnetyczny.Sprzegla te posiadaja rdzen magnetyczny w ksztalcie pierscienia z cewka, umocowany w tyl¬ nej czesci tulei zebatej, na drugim koncu której znajduje sie zwora luzno przesuwajaca sie w kie¬ runku osiowym. Pomiedzy rdzeniem magnetycz¬ nym w ksztalcie pierscienia a zwora znajduje sie pakiet tarcz ciernych magnetycznych, zestawio¬ nych na przemian z tarcz plaskich i sprezystych.Tarcze wewnetrzne przewaznie plaskie sprzezone sa z tuleja zebata, natomiast tarcze zewnetrzne przewaznie sprezyste, z zapadka.Tarcze sprezyste skladaja sie co najmniej z dwóch pierscieni koncentrycznych polaczonych poprzeczka, posiadajacych elementy sprezyste, któ¬ re rozlaczaja pakiet tarcz przy odlaczeniu sprzegla elektromagnetycznego.Moment przyciagajacy sprzegla elektromagne¬ tycznego sklada sie z momentów tarcia proporcjo¬ nalnych do sily normalnej dzialajacej na kazda 15 20 25 pare tarcz. Przy wlaczeniu sprzegla sily normalne powstaja przez przyciaganie magnetyczne Pt, które przezwycieza sily sprezystosci tarcz P2 i in¬ ne sily przeciwdzialajace P3 oraz prostuje tarcze sprezyste magnetyczne praktycznie do pozycji plaskiej, to jest calkowicie odksztalconej. Przy wlaczonym sprzegle i stalym strumieniu magne¬ tycznym, oraz braku osiowego przesuniecia tarcz, Pi — P2 max — P3 T~ P4 (1) gdzie P2 max — oznacza maksymalne sily sprezy¬ stosci, odpowiadajace pozycji plaskiej sprezystej tarczy, P4 — sile przeciwdzialajaca scisnietej tar¬ czy, to jest sile wypadkowa naprezen sciskajacych material tarczy, równowazaca nadmierna sile mag¬ netyczna.Przy wlaczeniu sprzegla przyciaganie magne¬ tyczne zmniejsza sie. Jezeli tarcze byly wczesniej calkowicie wyprostowane (P4 0), to w pierwszym etapie procesu sila normalna Pj i sila przeciw¬ dzialajaca P4 ulega zmniejszeniu przy nierucho¬ mym pakiecie tarcz plaskich.W tym etapie moment sprzegla okreslany jest przez sily Pv Po uplywie czasu t± kiedy sila Px zmniejszyla sie do wartosci Pi — P2 max — P3 (2) rozpoczyna sie w drugim etapie ruch tarcz, który odbywa sie dzieki dzialaniu sil sprezystosci prze- 112 584112 584 zwyciezajacych pozostale przyciaganie magnetycz¬ ne Pi i inme sily przeciwdzialajace Pa wtedy: P^Pi + P, (3) gdzie do wartosci P3 zaliczane sa takze sily bez¬ wladnosci poruszajacych sie tarcz i zwory.W drugim etapie (t ^ tt) moment sil danej pary tarcz wyrazony jest przez sile sprezystosci P2, jednoznacznie zalezacy od rozpatrywanej defor¬ macji tarczy sprezystej, zgodnie z jej charaktery¬ styka sztywnosci, w kierunku osiowym.Drugi etap konczy sie w czasie t2, kiedy to wstrzymuje sie przesuniecie poosiowe tarcz. Przy tym, male sily szczatkowe znajduja sie w równo¬ wadze.P2o = Pio +P8o (4) gdzie P10, P20 i Pso — sily szczatkowe sprezystosci, szczatkowego magnetyzmu i oporu przesuwu tarcz w kierunku osiowym. Suma momentów od sil P20 w kazdej parze tarcz tworzy przekazywany mo¬ ment szczatkowy Mj.Jezeli sprzeglo obciazymy malym momentem M2, rzedu kilku procene od MNom, przy czym M2 ^ MJ} to drugi etap zakonczy sie slizganiem tarcz przy wartosci sily sprezystosci CP2 odpowiadajacej mo¬ mentowi M2. Dlatego jest rzecza jasna, ze pakiet tarcz powinien prawie calkowicie rozsunac sie w kierunku osiowym tak, aby trwale sprezyste odksztalcenie wedlug charakterystyki sztywnosci odpowiadalo sile P2. Pelny czas wylaczenia sprzeg¬ la jest to okres czasu od poczatku zmiany sygnalu sterowania do rozpoczecia slizgania sie tarcz zewnetrznych i wewnetrznych. Przy zalozonym ukladzie sprzegla elektromagnetycznego, zmniej¬ szenie czasu odchylenia przy malych obciazeniach moze byc osiagniete tylko kosztem zmniejszenia czasu t2, uzaleznionego od zasobu energii poten¬ cjalnej scisnietych, to jest, calkowicie odksztalco¬ nych tarcz sprezystych. Zasób energii potencjalnej tarczy sprezystej równa sie charakterystyce sztyw¬ nosci.' Jego wielkosc graniczna i maksymalna rzedna sily sprezystosci w danym sprzegle ograniczone sa charakterystyka obciazenia systemu elektro¬ magnetycznego. Zasób energii potencjalnej tarcz sprezystych rózni sie od wartosci granicznej wiel¬ koscia niezbedna do szybkiego zadzialania przy wlaczeniu. Zasób ten Izwany jest maksymalnie dopuszczalnym.Oczywiscie, azeby czas odlaczania sprzegla byl jak najkrótszy, potrzebny jest maksymalnie do¬ puszczalny zasób energii potencjalnej ukladu spre¬ zystego. Tym wymogom nie odpowiadaja znane np. z opisu patentowego RFN nr 957357 ki. 47 C-II konstrukcje tarcz sprezystych w sprzeglach elek¬ tromagnetycznych.Pierscienie tarcz sprezystych zewnetrzne i we¬ wnetrzne, które polaczone sa lacznikiem poprzecz¬ nym, posiadaja równa ilosc wspólfazowych sinusoi¬ dalnych fal z amplituda równomiernie zmniej¬ szajaca sie w kieruniku radialnym, od srodka tarczy ku jej brzegom. Takie tarcze znane isa jako tarcze sinusowe. Dzieki podobienstwu linii 10 15 20 25 30 35 40 45 50 65 sprezystosci pierscieni zewnetrznych i wewnetrz¬ nych, a takze przekrojom pierscienia wewnetrz¬ nego i lacznika poprzecznego wzdluz radialnej osi symetrii, laczniki poprzeczne w tarczach sinuso¬ wych praktycznie nie ulegaja odksztalceniu w sto¬ sunku do plaszczyzny, dokladniej, do powierzchni cylindrycznej o bardzo malej krzywiznie, w której lezy kazdy lacznik poprzeczny i przylegajace do niego odcinki pierscienia zewnetrznego i wewne¬ trznego.Znane jest rozwiazanie, np. z opisu patentowego RFN nr 957357, w którym jako elementy sprezy¬ ste na pierscieniach tarcz wykorzystane sa wy¬ puklosci równomiernie rozlozone na obwodzie ko¬ la, wyciagniete i nachylone w kierunku radial¬ nym. Poniewaz kazda tarcza o profilu falistym znajduje sie miedzy dwiema tarczami plaskimi, to przy wlaczeniu sprzegla sily normalne przy¬ kladane sa do wierzchloków fal. Pod wplywem dzialania tych sil nastepuje zmniejszenie ampli¬ tudy fal i zwiekszenie luku kontaktu fal spre¬ zystych tarcz z sasiadujacymi tarczami plaskimi i dlatego faktyczna dlugosc fali zmniejsza sie, co powoduje gwaltowny wzrost sztywnosci tarczy.Przy zmniejszeniu amplitudy, rozpietosc asym¬ ptotycznie dazy do zera, a sztywnosc nieogranicze- nie wzrasta. W ten sposób charakterystyka spre¬ zystosci tarcz sprezystych posiada male pochylenie na poczatku sprezania, które wzrasta w miare prostowania sie fal i asymptotycznie zbliza sie do polozenia calkowitego odksztalcenia tarczy, przy gwaltownym wzroscie sily sprezystosci P2-^c\d. W rezultacie, z poczatkiem oslabienia sciskania tarcz sila gwaltownie spada, zuzywa sie duza czesc energii potencjalnej, a pozostalej ener¬ gii jest za malo, aby precyzyjnie i szybko roz¬ szczepic pakiet cierny na sporym odcinku przesu¬ niecia tarcz sprezystych.Dlatego tez jest niemozliwe otrzymanie wystar¬ czajaco precyzyjnego i szybkiego odlaczenia roz¬ patrywanych sprzegiel elektromagnetycznych przy malych obciazeniach, to jest przy prawie pelnym rozprezeniu tarcz sprezystych. Jeden ze znanych sposobów usuniecia przedstawionych wad sprowa¬ dza sie do wykonania tarcz sprezystych ze zwiek¬ szona amplituda fali, lub zwiekszona iloscia fal.Jednakze sila maksymalna sciskajaca tarcze sprezysta do polozenia praktycznie plaskiego gwaltownie wzrasta i jest wieksza anizeli elektro¬ magnetyczna sila przyciagania wytwarzana w sprzegle elektromagnetycznym, co powoduje nie calkowite scisniecie pakietu ciernego zmniejszajac moment przekazujacy sprzegla elektromagnetycz¬ nego.Zwiekszenie ilosci fal powoduje zwiekszenie szczatkowego momentu obrotowego sprzegla elek¬ tromagnetycznego na skutek zwiekszenia liczby punktów wzajemnego styku sasiadujacego tarcz przy wlaczonym sprzegle. Przy duzej amplitudzie fal wzrasta ruch zwory i zmniejsza sie poczatko¬ wa sila przyciagania, co zmniejsza niezawodnosc sprzegla. Znane sa takze z opisu patentowego RFN nr 1575983 tarcze z odgietymi wycinkami i plyt¬ kami dystansowymi znajdujacymi sie poza strefa kontaktu ciernego. W tych tarczach waskie od-112 584 6 cinki luku pierscienia zewnetrznego lub wewnetrz¬ nego' oddzielone sa rozcieciami w ksztalcie katow¬ nika i odginaja sie w kierunku osiowym tworzac elementy sprezyste. Na koncu kazdego elementu znajduje sie plytka dystansowa z wymiarem osio¬ wym odpowiadajacym odleglosci pomiedzy tarcza¬ mi, to jest pomiedzy wspóldzialajacymi na siebie sprezystymi tarczami, przy scisnietym pakiecie.Przy wlaczonym sprzegle elektromagnetycznym odgiete w pozycji luznej elementy sprezyste lacza sie z plaszczyzna tarczy, to jest, odksztalcane sa kosztem oparcia plytek dystansowych w plaski odcinek wspóldzialajacej tarczy. Przy odlaczeniu sprzegla elementy daza do przyjecia pozycji nie- naprezonej, to jest odgietej, rozchylajac tarcze zewnetrzne badz wewnetrzne.W tym przypadku precyzyjne rozlaczenie pa¬ kietu tarcz mozliwe jest tylko przy stosunkowo duzej maksymalnej sile' sprezystosci. Poniewaz elementy sprezyste znajduja sie poza strefa styku, beda one odkszalcac przylegle tarcze w miejscach ich oparcia, co przy silach ciaglych odksztalcania doprowadzi do niepelnego scisniecia pakietu oraz zmniejszenia momentu przekazujacego sprzegla.Oprócz tego produkcja takich tarcz jest skompli¬ kowana.W celu zmniejszenia czasu odlaczania sprzegla elektromagnetycznego stosuje sie wspólnie z tar^ czarni sprezystymi dodatkowe elementy sprezy¬ nujace, odciagajace caly pakiet cierny od biegu¬ nów pierscieniowego rdzenia magnetycznego sprze¬ gla, jak to przedstawiono w opisie patentowym RFN nr 819187.W przypadku odlaczania sprzegla elektromagne¬ tycznego, miedzy biegunami i pakietem tarcz mag¬ netycznych powstaje powiekszona szczelina po¬ wietrza, przyspieszajaca zanikanie sily elektromag¬ netycznej, co sprzyja odlaczeniu pakietu tarcz.Jednakze zewnetrzne elementy sprezynujace nie zmniejszaja sprezystego wspóldzialania tarcz we¬ wnatrz pakietu, okreslajac czas odlaczania sie pakietu i dlatego zastosowanie takich elementów przy malych obciazeniach daje znikome efekty.Wprowadzenie takich elementów komplikuje kon¬ strukcje sprzegla, zwieksza jego gabaryty przez zwiekszenie objetosci samych elementów, a takze z koniecznoscia zwiekszenia sily elektromagne¬ tycznej przy wlaczaniu.Jako elementy sprzyjajace odlaczaniu sie pa¬ kietu moga byc stosowane równiez sprezyny, znaj¬ dujace sie pomiedzy .zebami tulei, znane z opisu patentowego brytyjskiego nr 1154634. Czesc tarcz zwiazana jest ze zwojami tych sprezyn i przesuwa sie w kieninku osiowym razem z nimi. Nalezy przy tym zabezpieczyc identyczne rozlozenie zwo¬ jów poszczególnych sprezyn podczas pracy sprzegla, co jest praktycznie trudne do zrealizowania. Sku¬ tek uzyteczny moze byc osiagniety kosztem skom¬ plikowania technologii, zwiekszenia kosztów wlas¬ nych i zmniejszenia niezawodnosci pracy sprzegla, poniewaz naruszenie potrzebnego rozlozenia swo- jów sprezyn moze spowodowac ujemne skutki.Celem wynalazku jest wyeliminowanie wyzej opisanych wad i stworzenie konstrukcji sprzegla elektromagnetycznego zabezpieczajacego przy wy¬ laczeniu z nieznacznym obciazeniem, szybkie i prer cyzyjne odlaczenie pakietu tarcz z zachowaniem malej wielkosci szczatkowej i wysokiej wartosci momentu przekazujacego przy okreslonych gaba- 5 rytach, kosztach wlasnych i podstawowych pro¬ cesach technologicznych, kosztem wykorzystania laczników poprzecznych, laczacych zewnetrzne i wewnetrzne.pierscienie tarcz jako dodatkowe ele-4 menty sprezynujace. 10 Cel ten zostal osiagniety dzieki sprzeglu elektro¬ magnetycznemu posiadajacemu rdzen magnetyczny w ksztalcie pierscienia z cewka, znajdujaca sie na jednym koncu tulei, na drugim koncu której znajduje sie zwora, przy czym pomiedzy zwora 15 i rdzeniem magnetycznym, znajduje sie pakiet tarcz magnetycznych, z których czesc jest elastycz¬ na. Kazda tarcza magnetyczna sklada sie z kon¬ centrycznie usytuowanych pierscieni polaczonych poprzeczkami zewnetrznego i wewnetrznego pier- 20 scienia.Zgodnie z wynalazkiem, poprzeczki sprezystych tarcz magnetycznych w polozenu luznym sa skre¬ cone wzgledem ich osi promienia i wygiete wzgle¬ dem normalnej do linii ich osi promienia, co ~a- 25 bezpiecza skomplikowane odksztalcenie przez skre¬ cenie i wygiecie przy wzglednym skrecie poprzecz¬ ki podlozy wokól ich osi promienia z róznym przesunieciem tych podlozy w stosunku do plasz¬ czyzny wyjsciowej tarczy Za plaszczyzne wyjscio- 30 wa- sprezystej tarczy przyjmuje sie plaszczyzne, w której znajduje sie tarcza plaska do momentu nadania jej wlasciwosci sprezyny. Przy takim wykonaniu sprezystej tarczy, poprzeczki odgry¬ waja role dodatkowego elementu sprezystego, 35 wspólnie z falistymi pierscieniami zewnetrznymi i wewnetrznymi — z wielkoscia koncowa sily sprezystosci przy calkowitym odksztalceniu tarczy.Powoduje to zwiekszenie energii potencjalnej sci¬ snietej tarczy zblizajac ja do wielkosci maksy¬ malnej tolerancji, poza tym pozwala na stosowa¬ nie mniejszej amplitudy fali, to jest powoduje mniejszy ruch odlaczania pakietu, przy jednakowej maksymalnej sile sprezystosci calkowicie scisnie¬ tej sprezystej tarczy i w wyniku tego zwieksza sprawnosc i zmniejsza czas odlaczania sprzegla 45 przy malych obciazeniach.Przy tym, zachowuje sie mala wielkosc szczat¬ kowa i wysoka wartosc momentu przekazujacego sprzegla, poniewaz warunki wzajemnego styku tarcz przy odlaczonym sprzegle i maksymalna sila sciskajaca sprezystej tarczy do pozycji plaskiej nie zmniejszaja sie.Odksztalcenia poprzeczek przez skrecanie i wy¬ giecie mozna otrzymac, np. przesuwajac or 180° fazy fal pierscienia zewnetrznego i wewnetrznego; przy tym moze byc wykorzystana obecna techno¬ logia wykonania sprezystych tarcz.Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przy¬ kladzie wykonania na zalaczonych rysunkach, na 60 których fig. 1 przedstawia przekrój wzdluzny po osi sprzegla elektromagnetycznego z sprezystymi tarczami zewnetrznymi, fig. 2 sprezysta tarcze zewnetrzna posiadajaca faliste pierscienie zewne¬ trzne i wewnetrzne oraz poprzeczki z niejedno- 05 rodnym odksztalceniem, fig. 3 wygieta poprzeczke 40 55112 584 8 w pozycji luznej, fig. 4 stanowi schemat sprezystej tarczy w granicach kata na fig. 2, fig. 5 jest wy¬ kresem jakosciowej zaleznosci sztywnosci sprezy¬ stej tarczy magnetycznej proponowanej i znanej konstrukcji, a fig. 6 porównawczego przesuniecia dynamicznego wedlug momentu przekazujacego przy odlaczeniu, proponowanej i znanej konstruk¬ cji sprzegiel.Sprzeglo elektromagnetyczne wedlug wynalazku (fig. 1) sklada sie z tulei 1, na której umieszczony jest rdzen magnetyczny 2 w ksztalcie pierscienia z cewka 3 i luzno slizgajaca sie wzdluz osi sprze¬ gla zwora 4. Pomiedzy rdzeniem magnetycznym 2 i zwora 4 znajduje sie pakiet tarcz magnetycznych utworzony przez wewnetrzne tarcze plaskie 5 i znajdujace sie miedzy nimi zewnetrzne tarcze sprezyste 6. Kazda tarcza sprezysta 6 sklada sie z falistego pierscienia zewnetrznego 7 pelnego (fig. 2), falistego pierscienia wewnetrznego 8 z wy¬ krojami promieniowymi i laczacych pierscienie poprzeczek 9, które sa odksztalcone przez skre¬ cenie i ugiecie. Odksztalcenie przy laczniku (fig. 3) otrzymuje sie przez pionowe przesuniecia ht i h2 podstaw wewnetrznych 10 i podstaw zewnetrz¬ nych 11, poprzeczek 9 w stosunku do plaszczyzny wyjsciowej 12 tarczy, a odksztalcenie skrecajace przez wzgledny skret podstaw 10 i 11 poprzeczek 9 o kat (&! + S2) wokól ich osi promienia 0' — 0" (fig. 3), co mozna zrealizowac np. droga przesu¬ niecia fal pierscienia zewnetrznego 7 i pierscienia wewnetrznego 8 o kat fazowy 180.Opisane sprzeglo elektromagnetyczne (fig. 1) dziala w sposób nastepujacy; przy rozlaczonym sprzegle sily normalne dzialajace na tarcze 5 i 6 sa bliskie zeru. Tarcze wewnetrzne 5 obracaja sie razeim z tuleja 1. Tarcze zewnetrzne 6 polaczone sa z obciazeniem. Kosztem przypadkowego styka¬ nia sie i lepkosci oleju znajdujacego sie pomiedzy tarczami 5 i 6 sprzeglo osiaga maly w stosunku do obciazenia, szczatkowy moment obracajacy, tarcze 5 i 6 slizgaja sie ze wzgledna szybkoscia, okreslana przez kinematyke mechanizmu, w który wbudowane jest sprzeglo. Przy wlaczeniu sprzegla strumien magnetyczny przechodzac przez tarcze 5, 6 i zwore 4 wytwarza sily przyciagania magne¬ tycznego. Pakiet tarcz 5, 6 i zwora 4 przyciagane sa przez rdzen magnetyczny. Sily normalne dzia¬ lajace pomiedzy sasiednimi tarczami 5 i 6 staraja sie zmniejszyc strzalke ugiecia odcinków falistych tarczy sprezystej 6 (fig.- 4) z poczatku na pierscie¬ niu wewnetrznym, a pózniej takze na pierscieniu zewnetrznym 7. Po wyprostowaniu fal nastepuje obrót podstaw 10, 11 (fig. 3) poprzeczek 9 i rózne przesuniecia ich w kierunku osiowym, przy czym podstawy 10, 11 kazdej z poprzeczek 9 obracaja sie dzieki polaczeniu pierscieni 7 i 8 z plaszczyzna wyjsciowa 12 w przeciwlegle strony w stosunku do osi promienia poprzeczki 9 o kat + @x i — (92. 5 W tarczach 6 zbiera sie dodatkowa w stosunku do tarczy sinusoidalnej z amplituda fali at ener¬ gia potencjalna, odpowiadajaca plaszczyznie pod krzywa b na fig. 5, w tym czasie, kiedy sprezy¬ stosc fali pierscieni 7 i 8 przy amplitudach aj io i nieodksztalconych poprzeczkach 9 pozwala na zgromadzenie energii odpowiadajacej plaszczyznie pod krzywa C na fig. 5.Sumaryczna krzywa sztywnosci a tarczy 6 przy wielkosci amplitudy fali a^ zabezpiecza zapas ener- 15 gii, która przy nieodksztalcajacych sie poprzecz¬ kach 9 potrzebowalaby duzej wartosci fali a2, przy mniej wykodnym ksztalcie krzywej sztywnosci e, pokazanej na fig. 5 linia przerywana. Przy wlacze¬ niu sprzegla sily sprezystosci tarcz 6, wczesniej 20 scisnietych do praktycznie plaskiego ksztaltu, to jest maksymalnie odksztalconego przezwyciezaja zmniejszajace sie przyciaganie magnetyczne i za¬ bezpieczaja niezawodne i szybkie rozsuniecie sie tarcz ze spadkiem momentu wedlug krzywej f na 25 fig. 6, tak jak w znanych tarczach z poprzeczkami nieodksztalcajacymi sie, przy czym spadek mo- mnetu przedstawiony jest na krzywej q (fig. 6).Czas, przy którym nastepuje wylaczenie przy óbciazneiu M2 bedzie odpowiednio t3 i t4, przy 30 czym t3 tosci malego momentu znamionowego M2, propo¬ nowana konstrukcja zabezpiecza mniejszy czas od¬ laczania sie. 85 Zastrzezenie patentowe Sprzeglo elektromagnetyczne posiadajace rdzen magnetyczny w ksztalcie pierscienia z cewka, znaj¬ dujacy sie na jednym koncu tulei, na drugim 40 koncu której znajduje sie zwora, przy czym po¬ miedzy zwora a rdzeniem magnetycznym znajduje sie pakiet tarcz magnetycznych, z których czesc jest elastyczna, skladajacych sie z koncentrycznie rozmieszczonych i polaczonych poprzeczkami, zew- 45 netrznych i wewnetrznych pierscieni, znamienne tym, ze poprzeczki (9) tarcz sprezystych (6) w po¬ lozeniu luznym skrecone sa w stosunku do ich osi promienia i wygiete wzgledem normalnej do linii ich osi promienia, co zabezpiecza skompli- 50 kowane odksztalcenie przez skrecenie i wygiecie przy wzglednym skrecie poprzeczki (9) podstaw (10) i (11) wokól ich osi promienia z róznym prze¬ sunieciem tych podstaw w stosunku do plaszczyz¬ ny wyjsciowej (12) tarczy magnetycznej.112 584 H 5 ,9/7./ fl£2 fliff.J112 584 FIGA FIG.G RSW Zakl. Graf. W-wa, Srebrna 16, z. 390-81/O — 125 + 20 egz.Cena 45 zl PL