RU133886U1

RU133886U1 - PULSE CAM-ROLL CLUTCH

Info

Publication number: RU133886U1
Application number: RU2013123912/11U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Борисович Шипилевский; Андрей Михайлович Строков; Александр Васильевич Гостроус
Priority date: 2013-05-27
Filing date: 2013-05-27
Publication date: 2013-10-27

Abstract

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 на маховик и нажимной диск со стороны, обращенной к ведомому диску, установлены накладки в виде дисков, снабженных отверстиями с осями, параллельными оси сцепления, в которые установлены подпружиненные со стороны маховика и нажимного диска кулачки цилиндрической формы, торцы которых, обращенные к ведомому диску, скошены с двух сторон, а с обеих сторон ведомого диска попарно в одних и тех же радиальных плоскостях укреплены ролики с радиально направленными осями.2. Сцепление по п.1, отличающееся тем, что кулачки подпружинены двумя лепестковыми пружинами, лепестки которых входят в прорези кулачков со стороны маховика и нажимного диска соответственно.1. Pulse cam-roller clutch for a ground vehicle with an internal combustion engine, comprising a driving part that is connected to the engine flywheel and includes at least a pressure plate, a central spring and a pedal-driven release bearing, as well as a driven part in the form of a driven disk located between the engine flywheel and the pressure plate of the drive part, characterized in that the lining in the form of disks is mounted on the flywheel and the pressure disk from the side facing the driven disk holes with axes parallel to the clutch axis, in which cylindrical-shaped cams spring-loaded from the flywheel and pressure plate are installed, the ends of which facing the driven disk are beveled on both sides, and on both sides of the driven disk in pairs in the same radial planes reinforced rollers with radially directed axles. 2. The clutch according to claim 1, characterized in that the cams are spring loaded with two leaf springs, the petals of which enter the cam slots on the side of the flywheel and pressure plate, respectively.

Description

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.The utility model relates to the field of mechanical engineering, more specifically to the clutches of various land vehicles, the main function of which is the smooth inclusion of power transmission from the engine to the drive wheels through a transmission with a gradually increasing torque transmitted through it.

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.Currently, friction-based clutches are known and widely used, in which the transmission of the circumferential force is ensured by the friction forces between the compressed disks. Moreover, to transmit the required torque, one has to increase either the size of the disks, or their number, or the compression force. The transition process of inclusion in them is accompanied by slipping (slipping) of the leading parts relative to the parts of the followers, which have to accelerate from a stationary state. Friction between the parts causes heating and leads to intensive wear of the rubbing surfaces. As a result, such clutches are a unit that has a significantly negative impact on the reliability of machines.

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.A variety of couplings used to connect and disconnect power transmissions and operating on the basis of gears are free from this drawback, but they do not provide a smooth increase in the transmitted moment.

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.The closest analogue (prototype) of the proposed solution is a cam-ball coupling (. Anuryev V.I. Handbook of a mechanical engineer, ed. "Mechanical Engineering" 1990, v.2 p. 378), in which the transmission of torque is ensured by that the cams and balls are compressed by springs directed along the axis of rotation of the coupling. In contact between them, the interaction force has axial and tangential components, so the magnitude of the transmitted moment is determined by their ratio through the tangent of the angle, which is the radius of the ball at the point of contact with the cam and the axis of the coupling. Due to this, such a clutch can transmit a sufficiently large moment with a relatively low axial force.

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.However, the use of couplings acting on this principle as clutches is hindered by two drawbacks. The contact between the cams and balls is point, which significantly increases contact pressure, which can cause rapid wear of parts. In addition, the design of such couplings does not contain means that can smoothly increase the axial force and also smoothly increase the transmitted moment.

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 работThe task carried out by the proposed utility model and the technical result achieved are aimed at increasing the resource of such an important component of a land vehicle as adhesion by eliminating the effect of wear of rubbing parts on the quality of its work

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 и нажимной диск со стороны, обращенной к ведомому диску, установлены накладки в виде дисков, снабженных отверстиями с осями, параллельными оси сцепления, в которые установлены подпружиненные со стороны маховика и нажимного диска кулачки цилиндрической формы, торцы которых, обращенные к ведомому диску, скошены с двух сторон, а с обеих сторон ведомого диска попарно в одних и тех же радиальных плоскостях укреплены ролики с радиально направленными осями.The claimed technical result is achieved in that in a pulsed cam-roller clutch for a land vehicle with an internal combustion engine containing a drive part that is connected to the engine flywheel and includes at least a pressure disk, a central spring and a release bearing with a drive from the pedal, as well as the driven part in the form of a driven disk located between the flywheel of the engine and the pressure plate of the driving part, unlike the known analogues, to the flywheel and pressure disk from the side attached to the driven disk, plates are installed in the form of disks equipped with holes with axles parallel to the clutch axis, in which cylindrical cams spring-loaded from the flywheel and pressure disk are installed, the ends of which facing the driven disk are beveled on both sides, and on both sides of the driven disk in pairs in the same radial planes reinforced rollers with radially directed axes.

При этом кулачки подпружинены двумя лепестковыми пружинами, лепестки которых входят в прорези кулачков со стороны маховика и нажимного диска соответственно.In this case, the cams are spring-loaded with two leaf springs, the petals of which enter the cam slots from the side of the flywheel and the pressure plate, respectively.

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 составляющих -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.Thanks to this solution, the inherent disadvantages of the known analogues have been eliminated, since instead of friction as a force factor, the formation of the circumferential force occurs due to the interaction of the cams and rollers. If one of these components runs onto the other, and the cam surface is beveled at a certain angle to the direction of mutual movement, the interaction force can be decomposed into two components — parallel movement and perpendicular to it. The ratio between them will be determined by the tangent of the angle of inclination, which, as is known, for sharp angles can increase from zero to infinity. By increasing the pressing of one to the other, one can thereby increase the force transmitted between them in the direction of mutual movement.

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.Since for frictional assemblies the ratio between the pressing force and the transmitted force is determined by the coefficient of friction, which for all known materials does not exceed 0.3, the proposed replacement can provide torque transmission with a significant reduction in adhesion or pressing force, or both together. To do this, either cams or rollers must be spring-loaded and equipped with means for smoothly increasing the pressing force from zero to the maximum design value. In order to avoid “driving” the clutch off, the cam and roller separation must be ensured, excluding contact between them.

На представленных чертежах: на фиг.1 дан общий вид предлагаемого устройства в разрезе; на фиг.2 - схема силового взаимодействия кулачка и ролика - показаны направление движения кулачка относительно ролика, а также действующие силы и их составляющие; на фиг.3 - примерный вид лепестковой пружины.In the drawings: in Fig. 1 shows a General view of the proposed device in section; figure 2 - diagram of the force interaction of the cam and roller - shows the direction of movement of the cam relative to the roller, as well as the acting forces and their components; figure 3 is an exemplary view of the petal spring.

К маховику двигателя 1 и к нажимному диску 2 крепятся накладки 3, в которых имеются расположенные на одной окружности отверстия, оси которых параллельны оси сцепления. В эти отверстия вставлены подвижные кулачки 4 в виде цилиндров, на торцах которых с одной стороны сделаны два плоских скоса под одинаковым углом к осям цилиндров. С другой стороны в кулачках сделаны прорези, в которые входят лепестки пружин 5. Кулачки 4 могут перемещаться в отверстиях накладок 3, сгибая эти лепестки.The flywheel of the engine 1 and the pressure plate 2 are attached to the lining 3, in which there are holes located on the same circumference, the axes of which are parallel to the clutch axis. Moving cams 4 are inserted into these holes in the form of cylinders, on the ends of which two flat bevels are made on one side at the same angle to the axes of the cylinders. On the other hand, slots are made in the cams, into which the petals of the springs 5 enter. The cams 4 can move in the holes of the plates 3, bending these petals.

На ведомом диске 6 с обеих сторон укреплены ролики 7, способные проворачиваться вокруг своих осей, которые направлены по радиусам диска. Ролики 7 установлены попарно так, что их оси находятся в одних и тех же радиальных плоскостях. Количество пар роликов 7 с каждой стороны четное, но не равное количеству кулачков 4, которое также четное. Кулачки 4 установлены так, что каждому кулачку с одной стороны соответствует соосный с ним кулачок с другой стороны. Центральная пружина 8 тарельчатого типа прижимает нажимной диск 2 к ведомому диску 6, и во включенном состоянии сцепления расстояние между кромками кулачков 4 с разных сторон меньше, чем расстояние между крайними образующими роликов 7 с обеих сторон ведомого диска 6.On the driven disk 6, rollers 7 are mounted on both sides, able to rotate around their axes, which are directed along the radii of the disk. The rollers 7 are mounted in pairs so that their axes are in the same radial planes. The number of pairs of rollers 7 on each side is even, but not equal to the number of cams 4, which is also even. Cams 4 are set so that each cam on one side corresponds to a cam coaxial with it on the other hand. The central spring 8 of the disk type presses the pressure disk 2 against the driven disk 6, and in the engaged state, the distance between the edges of the cams 4 from different sides is less than the distance between the extreme generators of the rollers 7 on both sides of the driven disk 6.

Ступица ведомого диска 6 посажена на первичный вал трансмиссии 9. Выжимной подшипник 10 связан приводом с педалью (на представленных чертежах условно не показана) и взаимодействует с центральной пружиной 8. Устройство содержит раздвигающие пружины 11.The hub of the driven disk 6 is seated on the input shaft of the transmission 9. The release bearing 10 is connected by a drive to the pedal (not shown conventionally in the drawings) and interacts with the central spring 8. The device contains sliding springs 11.

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СЦЕПЛЕНИЯDESCRIPTION OF THE CLUTCH OPERATION

При нажатой педали выжимной подшипник 10 через центральную пружину 8 и с помощью раздвигающих пружин 11 отводит нажимной диск 2 от ведомого диска 6 так, что и он отходит от маховика 1. При этом расстояние между кромками кулачков 4 и роликами 7 увеличивается и они при вращении маховика 1 и нажимного диска 2 не задевают друг друга. Сцепление полностью выключено.When the pedal is depressed, the release bearing 10, through the central spring 8 and with the help of the expanding springs 11, diverts the pressure disk 2 from the driven disk 6 so that it also moves away from the flywheel 1. At the same time, the distance between the edges of the cams 4 and the rollers 7 increases and they rotate when the flywheel rotates 1 and the pressure plate 2 do not touch each other. The clutch is fully disengaged.

При отпускании педали нажимной диск 2 плавно приближается к ведомому диску 6, а он соответственно к маховику 1. Кулачки 4 начинают задевать ролики 7 и прокручивают их, перемещаясь в отверстиях накладок 3 и сгибая лепестки пружин 5. При этом усилие взаимодействия каждого кулачка 4 с роликом 7 имеет две составляющих - параллельно оси сцепления (осевое) и окружное. Окружное усилие равно осевому, умноженному на тангенс угла наклона скоса кулачка к его оси, и они оба нарастают по мере приближения оси кулачка к оси ролика, достигая максимума при пересечении этих осей. Таким образом на каждый ролик действуют повторяющиеся импульсы осевого и окружного усилий.When releasing the pedal, the pressure disk 2 smoothly approaches the driven disk 6, and it, respectively, to the flywheel 1. The cams 4 begin to touch the rollers 7 and scroll them, moving in the holes of the plates 3 and bending the petals of the springs 5. At the same time, the interaction force of each cam 4 with the roller 7 has two components - parallel to the clutch axis (axial) and circumferential. The circumferential force is equal to the axial one, multiplied by the tangent of the angle of inclination of the cam bevel to its axis, and they both increase as the cam axis approaches the roller axis, reaching a maximum when these axes intersect. Thus, repeated pulses of axial and circumferential forces act on each roller.

Так как количества роликов 7 и кулачков 4 неодинаковы, в каждый момент времени их контакты находятся в разных фазах от полного отсутствия до максимальных усилий взаимодействия при прохождении оси кулачка 4 через пересечение с осью ролика 7. Тем не менее импульсы окружных усилий складываются и их сумма дает момент, приложенный к ведомому диску 6. При этом четное количество кулачков 4 и роликов 7 и их взаимное расположение обеспечивают симметричное приложение усилий к ведомому диску 6, предупреждающее его перекос.Since the number of rollers 7 and cams 4 is not the same, at each moment of time their contacts are in different phases from complete absence to maximum interaction forces when the axis of the cam 4 passes through the intersection with the axis of the roller 7. Nevertheless, the pulses of the circumferential forces add up and their sum gives the moment applied to the driven disk 6. In this case, an even number of cams 4 and rollers 7 and their relative position provide a symmetrical application of forces to the driven disk 6, preventing its distortion.

По мере отпускания педали и уменьшения расстояния между накладками 3 и ведомым диском 6 перемещения кулачков 4 растут и точно также растут амплитуды импульсов осевых и окружных усилий. Как только суммарный момент окружных усилий, приложенный к ведомому диску 6, 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 кулачков 4 с роликами 7 и увеличивать суммарный момент. Так как ведомый диск 6 будет разгоняться, частота импульсов, зависящая от разности частот вращения маховика 1 с нажимным диском 2 и ведомого диска 6, будет снижаться. Как только эти частоты сравняются, можно считать сцепление полностью включенным, и взаимодействие кулачков и роликов станет постоянным. Сцепление будет передавать момент, определяемый сопротивлением движению машины, приведенным к первичному валу 9 трансмиссии.As the pedal is released and the distance between the pads 3 and the driven disk 6 decreases, the movements of the cams 4 increase and the amplitudes of the axial and circumferential force pulses also increase. As soon as the total moment of circumferential efforts applied to the driven disk 6 is equal to the resistance moment acting on it and exceeds it, the rotation of the driven disk and the movement of the machine will begin. Further release of the pedal will increase the amplitudes of the pulses of the interaction of the cams 4 with the rollers 7 and increase the total moment. Since the slave disk 6 will accelerate, the pulse frequency, depending on the difference in rotational speeds of the flywheel 1 with the pressure disk 2 and the slave disk 6, will decrease. Once these frequencies are equal, the clutch can be considered fully engaged, and the interaction of the cams and rollers will become constant. The clutch will transmit a moment determined by the resistance to movement of the machine, reduced to the input shaft 9 of the transmission.

То, что кулачки 4 имеют по два скоса, обеспечивает возможность передачи через сцепление крутящего момента обратного направления для торможения двигателем, но не превосходящего заданного максимального значения во избежание повреждения двигателя. Кроме того, такое исполнение обеспечивает возможность быстрого ремонта при возможном повреждении поверхности рабочего скоса, для чего достаточно просто повернуть поврежденный кулачок 4 в своем отверстии на половину оборота.The fact that the cams 4 have two bevels makes it possible to transmit, through the clutch, reverse torque for engine braking, but not exceeding a predetermined maximum value in order to avoid engine damage. In addition, this design provides the possibility of quick repair in case of possible damage to the surface of the working bevel, for which it is enough to simply turn the damaged cam 4 in its hole by half a turn.

Claims

1. Pulse cam-roller clutch for a ground vehicle with an internal combustion engine, comprising a driving part that is connected to the engine flywheel and includes at least a pressure plate, a central spring and a pedal-driven release bearing, as well as a driven part in the form of a driven disk located between the engine flywheel and the pressure plate of the drive part, characterized in that the lining in the form of disks is mounted on the flywheel and the pressure disk from the side facing the driven disk holes with axes parallel to the clutch axis, in which cylindrical-shaped cams spring-loaded from the flywheel and pressure plate are installed, the ends of which facing the driven disk are beveled on both sides, and on both sides of the driven disk in pairs in the same radial planes reinforced rollers with radially directed axles.

2. The clutch according to claim 1, characterized in that the cams are spring loaded with two leaf springs, the petals of which enter the cam slots on the flywheel and pressure plate sides, respectively.