RU133887U1

RU133887U1 - PULSE CAM-ROLL CLUTCH

Info

Publication number: RU133887U1
Application number: RU2013123915/11U
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 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.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 a part in the form of a driven disk located between the engine flywheel and the pressure plate of the drive part, characterized in that lining is installed on the engine flywheel and the pressure disk from the side facing the driven disk the idea of disks equipped with holes with axles parallel to the clutch axis, in which cages with radially arranged rollers are mounted spring-loaded from the flywheel and pressure disk, and the peripheral part of the driven disk is made of two interconnected rings provided with radial angular protrusions between which the inserts are placed from aluminum. 2. The clutch according to claim 1, characterized in that the clips with rollers are spring loaded with two leaf springs, the petals of which enter the cam slots on the flywheel and pressure plate sides, respectively.

Description

Полезная модель относится κ области машиностроения, точнее κ 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 κ the field of mechanical engineering, more precisely κ to 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 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 работы.The task carried out by the proposed utility model and the technical result achieved are aimed at increasing the resource of such an important unit of a land vehicle as adhesion by eliminating the influence 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 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.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 engine flywheel and the pressure plate of the drive part, in contrast to the known analogues, to the engine flywheel and pressure disk with Orons facing the driven disk are fitted with plates in the form of disks equipped with holes with axles parallel to the clutch axis, in which cages are mounted spring-loaded from the flywheel and pressure disk with radially located rollers, and the peripheral part of the driven disk is made of two interconnected rings equipped with radial angular protrusions between which aluminum inserts are placed.

При этом обоймы с роликами подпружинены, например, двумя лепестковыми пружинами, лепестки которых входят в прорези кулачков со стороны маховика и нажимного диска соответственно.In this case, the clips with the rollers are spring-loaded, for example, with two leaf springs, the petals of which enter the cam slots on the flywheel and pressure side, 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 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.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 is 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 to the 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 - разрез Α-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.In the drawings: in Fig. 1 shows a General view of the proposed device in section; figure 2 is a section Α-A in figure 1 in the horizontal plane passing through the axis of the cage and showing the profile of the protrusions; figure 3 - diagram of the force interaction of the cam and the roller - shows the direction of movement of the cam relative to the roller, as well as the acting forces and their components; figure 4 is an exemplary view of the petal spring.

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.To the flywheel of the engine 1 and to the pressure disk 2 (Fig. 1), pads 3 are mounted in which there are holes located on the same circumference, the axes of which are parallel to the clutch axis. The axles of the cage 4 in the form of brackets are inserted into these holes, in which rollers 6 with radially arranged axes are installed on the side facing the driven disk 5. On the other hand, slots are made in the axes of the clips 4, into which the petals of the springs enter 7. The axis of the clips 4 can move along the axis of the coupling in the holes of the plates 3, bending these petals.

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.The peripheral part of the driven disk 5 consists of two interconnected rings 8 made of sheet material. They are stamped with angular protrusions located radially and facing the flywheel and the pressure plate, which play the role of cams. Between these protrusions are inserts 9 of aluminum. The rings are reinforced so that the protrusions of one are at the same radii as the protrusions of the other.

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.The number of rollers on each side is even, but not equal to the number of protrusions, which is also even. The clips 4 with the rollers 6 are mounted so that each of them on the flywheel 1 corresponds to a clip on the pressure disk 2 located with it on the same radius. The central disk-type spring 10 presses the pressure disk 2 against the follower disk 5 and the flywheel 1, and in the on state the distance between the extreme forming rollers on both sides of the driven disk is less than the distance between the edges of the protrusions of the driven disk.

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.The hub of the driven disk 5 is seated on the input shaft of the transmission 11. The release bearing 12 is connected by a drive to the pedal (not shown conventionally in the drawings) and interacts with the central spring 10, forcing it to open the pressure and driven disks when the pedal is depressed.

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.When the pedal is depressed, the release bearing 12 through the central spring 10 and with the help of the expanding springs 13 retracts the pressure disk 2 from the driven disk 5 so that it also moves away from the flywheel 1. At the same time, the distance between the edges of the protrusions of the rings 8 and the rollers 6 increases and they rotate flywheel 1 and pressure plate 2 do not hit each other. The clutch is fully disengaged.

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.When releasing the pedal, the pressure disk 2 smoothly approaches the driven disk 5, and it, respectively, to the flywheel 1. The rollers 6 begin to touch the protrusions of the rings 8 and scroll them, moving in the holes of the plates 3 and bending the petals of the springs 7. At the same time, the interaction force of each protrusion with the roller 6 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 protrusion of the protrusion to the radial plane passing through its edge, and they both increase as the axis of the roller approaches the protrusion, reaching a maximum when these axes intersect. Thus, on each protrusion, repeated impulses of axial and circumferential forces act.

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.Since the number of rollers and protrusions is not the same, at each point in time their contacts are in different phases from complete absence to maximum interaction forces when the roller passes through the edge of the protrusion. Nevertheless, the impulses of the circumferential forces add up and their sum gives the moment applied to the driven disk 5. Moreover, the even number of protrusions and rollers and their relative position provide a symmetrical application of forces to the driven disk, preventing its distortion.

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.As the pedal is released and the distance between the plates 3 and the driven disk 5 decreases, the axial movements of the clips 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 5 is equal to the resistance moment acting on it and exceeds it, rotation of the driven disk and the movement of the machine will begin. Further releasing the pedal will increase the amplitudes of the pulses of the interaction of the protrusions of the rings 8 with the rollers 6 and increase the total moment. Since the driven disk 5 will accelerate, the pulse frequency, which depends on the difference in the rotational speeds of the flywheel 1 with the pressure plate and the driven disk 5, will decrease. As soon as these frequencies become equal, the clutch can be considered fully engaged, and the interaction of the protrusions 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 11 of the transmission.

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.The fact that the protrusions of the rings 8 have two bevels each allows the reverse torque to be transmitted through the clutch to brake the engine, but not exceeding a predetermined maximum value in order to avoid engine damage.

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.Using the proposed utility model provides an increase in the resource of such an important component of a ground vehicle as adhesion, eliminating the influence of the inevitable wear of rubbing parts on the quality of its work. In addition, it helps to reduce the release of wear products into the environment.

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 a part in the form of a driven disk located between the engine flywheel and the pressure plate of the drive part, characterized in that lining is installed on the engine flywheel and the pressure disk from the side facing the driven disk the idea of disks equipped with holes with axles parallel to the clutch axis, in which cages with radially arranged rollers are mounted spring-loaded from the flywheel and pressure disk, and the peripheral part of the driven disk is made of two interconnected rings provided with radial angular protrusions between which the inserts are placed from aluminum.

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