RU1783188C

RU1783188C - Friction overrunning clutch

Info

Publication number: RU1783188C
Application number: SU904823211A
Authority: RU
Inventors: Игорь Сергеевич Сазонов; Николай Николаевич Гобралев; Владимир Дмитриевич Рогожин; Людмила Ивановна Бурбо
Original assignee: Могилевский Машиностроительный Институт
Priority date: 1990-04-10
Filing date: 1990-04-10
Publication date: 1992-12-23

Abstract

Использование: в механизмах дл передачи крут щего момента в двух направлени х . Фрикционна обгонна муфта содержит ведущий 1 и ведомый 2 валы, ведомую ступицу 3, св занную через шлицы со стаканом 4, неподвижно соединенным с нажимной втулкой 5. На валу 1 размещен пакет из фрикционных ведущих 13-и ведомых 14 дисков . Нажимна втулка 5 св зана с валом 1 посредством шариков. На внутренней поверхности нажимной втулки 5 выполнена замкнута кольцева канавка 6 полукруглого профил . На валу 1 имеютс симметричные криволинейные пазы 8 полукруглого профил , равномерно расположенные- на одном уровне с канавкой б с центром кривизны со стороны дисков 13 и 14. Шарики 7 наход тс в средней части пазов 8, имеющих переменную глубину, наибольшее значение которой находитс в средней части пазов 8. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.Usage: in mechanisms for transmitting torque in two directions. The friction overrunning clutch comprises a drive 1 and a driven 2 shafts, a driven hub 3 connected through splines with a sleeve 4 fixedly connected to the pressure sleeve 5. On the shaft 1 there is a package of friction leading 13 driven 14 drives. The push sleeve 5 is connected to the shaft 1 by means of balls. On the inner surface of the pressure sleeve 5 is made closed annular groove 6 of a semicircular profile. On the shaft 1 there are symmetric curved grooves 8 of a semicircular profile, uniformly located at the same level as groove b with the center of curvature on the side of the disks 13 and 14. The balls 7 are in the middle of the grooves 8 having a variable depth, the largest value of which is in the middle parts of the grooves 8. 1 zp f-ly, 5 ill.

Description

Изобретение относитс к машиностроению и может быть использовано дл передачи крут щего момента в двух направлени х.The invention relates to mechanical engineering and can be used to transmit torque in two directions.

Известна конструкци фрикционной муфты с механизмом обгона, состо щим из приводной втулки, имеющей форму храповика , шариков, помещенных между храповиком и обоймой. При вращении храповика по часовой стрелке стальные шарики перемещаютс вдоль закаленных пластинок и касаютс двух закаленных поверхностей.A friction clutch construction is known with an overtaking mechanism consisting of a drive sleeve having the form of a ratchet, balls placed between the ratchet and the cage. When the ratchet is rotated clockwise, the steel balls move along the hardened plates and touch the two hardened surfaces.

Недостаток данной конструкции - невозможность реверсировани передаваемого крут щего момента.The disadvantage of this design is the inability to reverse the transmitted torque.

Известна конструкци многодисковой фрикционной муфты с обгонным механизмом , состо щим из нажимной втулки, кинематически св занной с ведущим валом, клиньев, передающих осевую нагрузку на втулку, шариков, помещенных в клинообразную щель между крайним фрикционным диском и пружиной.A multi-plate friction clutch with a freewheeling mechanism consisting of a pressure sleeve kinematically connected to a drive shaft, wedges transmitting axial load to the sleeve, balls placed in a wedge-shaped slot between the extreme friction disk and the spring is known in the art.

Пружинки создают необходимый зазор между дисками (при свободном ходе), а также контакт между шариками и крайним диском .The springs create the necessary gap between the disks (with free play), as well as the contact between the balls and the extreme disk.

Недостатком данной конструкции вл етс невозможность реверсировани передаваемого крут щего момента. Применение пружинок дл создани необходимого контакта шариков с крайним диском не обеспе- чивает нужной надежности работы обгонного механизма дл включени муфты, так как характеристика пружинки в процессе эксплуатации измен етс , что приводит кThe disadvantage of this design is the inability to reverse the transmitted torque. The use of springs to create the necessary contact of the balls with the extreme disk does not provide the necessary reliability of the overrunning mechanism for engaging the clutch, since the characteristics of the spring change during operation, which leads to

Ч 00 СА) H 00 CA)

00 0000 00

потере контакта шарика и диска. При значительных изменени х характеристик пружиной включени муфты может не произойти.loss of contact between the ball and the disc. With significant changes in characteristics, the clutch engagement spring may not occur.

Наиболее близким техническим решением , выбранным в качестве прототипа, вл етс фрикционна предохранительна муфта, содержаща ведущую и ведомую полумуфты , диски трени , пружин щий элемент в виде плоских пружин, опирающихс на нажимной диск, тела качени , размещенные в кольцевых пазах полумуфт, причем профиль этих пазов, выполнен по винтовой линии с углом подъема.The closest technical solution, selected as a prototype, is a friction safety clutch containing the leading and driven half-couplings, friction disks, a spring element in the form of flat springs resting on the pressure plate, rolling elements placed in the annular grooves of the half-couplings grooves, made on a helical line with an angle of elevation.

Недостатком данной конструкции вл етс то, что весь крут щий момент передаетс одним потоком через ведущий вал, ведущие и ведомые диски трени , барабан, нажимной диск, шарики и кольцевые пазы на полумуфтах. При этом контакт шариков с поверхност ми кольцевых пазов точечный. Общеизвестно, что нагрузочна способность точечного контакта ниже; чем у контакта по линии. Поэтому значение передаваемого момента фрикционной предохранительной муфты ограничиваетс несущей способностью точечного контакта в ее механизме включени . В результате этого в период эксплуатации ухудшаютс ее рабочие характеристики и снижаетс на- дежиость.A drawback of this design is that all of the torque is transmitted in a single stream through the drive shaft, driving and driven friction discs, drum, pressure plate, balls and ring grooves on the coupling halves. In this case, the contact of the balls with the surfaces of the annular grooves is point. It is well known that the load-bearing ability of point contact is lower; than a line contact. Therefore, the value of the transmitted moment of the friction safety clutch is limited by the bearing capacity of the point contact in its switching mechanism. As a result, during operation, its performance deteriorates and reliability decreases.

Цель изобретени - улучшение эксплуатационных качеств путем повышени надежности работы муфты.The purpose of the invention is to improve performance by increasing the reliability of the coupling.

Указанна цель достигаетс тем, что в фрикционной обгонной муфте, содержащей ведущие и ведомые диски, установленные на соответствующих валах, неподвижную в осевом направлении ведомую ступицу, стакан , кинематически соединенный с ведущим валом, и механизм включени , состо щий из нажимной втулки и шариков, расположенных в симметричном клинообразном зазоре между поверхност ми противолежащих кольцевых пазов, один из которых выполнен на нажимной втулке, согласно цели изобретени , нажимна втулка установлена на ведущем валу, первый паз выполнен в виде замкнутой канавки полукруглого профил на ее внутренней боковой поверхности, вторые пазы выполнены на ведущем валу в виде криволинейных пазов полукруглого профил в плане с центром кривизны со стороны фрикционных дисков, а шарики размещены в средней части вторых пазов. Причем вторые пазы выполнены с переменной глубиной, имеющей максимальную величину в их средней части. This goal is achieved in that in a friction overrunning clutch containing drive and driven discs mounted on respective shafts, an axially motionless driven hub, a cup kinematically connected to the drive shaft, and a switching mechanism consisting of a pressure sleeve and balls located in a symmetrical wedge-shaped gap between the surfaces of opposing annular grooves, one of which is made on the pressure sleeve, according to the purpose of the invention, the pressure sleeve is mounted on the drive shaft, the first groove is olnen in a closed semicircular groove profile on its inner side surface, the second grooves formed on the drive shaft in the form of curved grooves of semicircular profile in plan with its center of curvature on the part of the friction disks and the balls are placed in the middle of the second grooves. Moreover, the second grooves are made with a variable depth, having a maximum value in their middle part.

В данной конструкции фрикционной обгонной муфты, в отличие от прототипа, передача крут щего момента происходит двум потоками независимо от направлени вращени ведущего вала муфты. Это обусловлено следующим. При вращении ведущего-вала , со стороны криволинейного симметричного паза на шарик действует окружна сила. Шарик в пазу и круговой зам0 кнутой канавке совершает сложное движение: по пазу движетс вдоль криволинейной поверхности к его концу, а по круговой канавке - в окружном направлении. Таким образом шарик продолжает двигать5 с до тех пор, пока не окажетс в клиновом пространстве, образованном поверхност ми паза и канавки. В клиновом пространстве на шарик нормально к его поверхности действует сила, складывающа с из двух:In this design of the friction overrunning clutch, unlike the prototype, the transmission of torque occurs in two streams regardless of the direction of rotation of the drive shaft of the clutch. This is due to the following. When the drive shaft rotates, a circumferential force acts on the ball from the side of the curved symmetric groove on the ball. A ball in a groove and a circular closed groove makes a complex motion: it moves along a curved surface to its end along a groove, and in a circular direction along a circular groove. Thus, the ball continues to move for 5 s until it is in the wedge space formed by the surfaces of the groove and groove. In the wedge space, the force normal to its surface acts on the ball, folding from two:

0 осевой и тангенциальной сил. Так как пазь криволинейные и симметричные с центром кривизны со стороны фрикционных дисков, то осева сила всегда направлена в сторону пакета дисков при любом направлении вра5 щени ведущего вала. Дальнейшее взаимодействие шарика с пазом и канавкой приводит к тому, что под действием осевой силы нажимна втулка перемещаетс в Јто- рону фрикционных дисков до тех пор, пока0 axial and tangential forces. Since the groove is curvilinear and symmetric with the center of curvature on the side of the friction discs, the axial force is always directed towards the pack of disks for any direction of rotation of the drive shaft. Further interaction of the ball with the groove and the groove leads to the fact that, under the action of axial force, the pressure sleeve moves to the side of the friction disks until

0 шарик в клиновом пространстве не заклинитс . Одновременно с заклиниванием шарика происходит сжатие нажимной втулкой пакета фрикционных дисков с усилием, обеспечивающим передачу крут щего мо5 мента. При этом основна (больша ) часть крут щего момента передаетс через ведущей вал. сжатый пакет фрикционных дисков , ступицу, ведомый вал, а остальной (управл ющий), крут щий момент-ведущий0 ball in wedge space does not jam. Simultaneously with the ball jamming, the compression sleeve compresses the package of friction disks with a force providing torque transmission. In this case, the main (large) part of the torque is transmitted through the drive shaft. a compressed package of friction discs, a hub, a driven shaft, and the rest (control), torque-drive

0 вал поверхность криволинейного паза на этом валу, шарики, поверхность кольцевой канавки на нажимкой втулке, ступицу и ведомый вал. Значени величины осевого усили как раз достаточно дл того, чтобы0 shaft the surface of the curved groove on this shaft, balls, the surface of the annular groove on the push-in sleeve, the hub and the driven shaft. The value of the axial force is just enough to

5 перенести большую часть передаваемой мощности на пакет фрикционных дисков, а через шарики проходит лишь мощность, необходима дл создани этого рабочего дав- лени . Таким образом, форма и5 to transfer the majority of the transmitted power to the package of friction disks, and only power passes through the balls, which is necessary to create this working pressure. Thus, the form and

0 расположение криволинейных пазов на валу и нажимной втулке обеспечивает передачу крут щего момента муфтой двум неравными потоками, а также возможность его реверсировани .The arrangement of curved grooves on the shaft and pressure sleeve ensures the transmission of torque by the clutch to two unequal flows, as well as the possibility of reversing it.

55

В отличие от прототипа, в данной конструкции муфты шарик при заклинивании находитс не в клинообразном пазу, а в клиновом пространстве, образованном поверхност ми симметричного криволинейногоUnlike the prototype, in this design of the coupling, the ball, when wedged, is not in the wedge-shaped groove, but in the wedge space formed by the surfaces of a symmetric curved

паза полукруглого профил и поверхностью замкнутой круговой канавки полукруглого профил . В процессе заклинивани шарик перемещаетс не только в осевом направлении по поверхности симметричного криволинейного п-аза, но и в радиальном, благодар тому что паз имеет переменную глубину. Ее наибольшее значение - в середине паза, этим достигаетс надежный контакт шарика в клиновом пространстве в процессе заклинивани и заклиненном состо нии независимо от степени износа шарика .the groove of the semicircular profile and the surface of the closed circular groove of the semicircular profile. During jamming, the ball moves not only in the axial direction along the surface of the symmetric curved p -ase, but also in the radial, due to the fact that the groove has a variable depth. Its greatest value is in the middle of the groove, this ensures reliable contact of the ball in the wedge space during the wedging and wedged state, regardless of the degree of wear of the ball.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что за вленна фрикционна обгонна муфта отличаетс тем, что механизм включени муфты обеспечивает разделение на два неравных по величине передаваемых крут щих момент (основной и управл ющий), а также возможность его реверсировани , что приводит к улучшению ее эксплуатационных качеств и повышает ее надежность в работе.Comparative analysis with the prototype shows that the claimed friction overrunning clutch is characterized in that the clutch engaging mechanism provides for separation of two transmitted torques of unequal magnitude (main and control), as well as the possibility of reversing it, which leads to an improvement in its performance and increases its reliability.

Таким образом, признаки, введенные в отличительную часть формул изобретени , вл ютс существенными и служат достижению поставленной цели. Они вл ютс новыми и не имеютс ни у аналога, ни у прототипа. На фиг.1 изображена фрикционна обгонна муфта в расклиненном состо нии , общий вид, осевой разрзе; на фиг.2 - положение шариков в пазах и канавке в момент начала заклинивани ; на фиг.З - положение шарика в средней части паза в период свободного хода; на фиг.4 - положение шарика в канавке в процессее заклинивани ; на фиг.5 - положение шарика в пазу и канавке в заклиненном состо нии.Thus, the features introduced in the characterizing part of the claims are essential and serve the purpose. They are new and are not available in either the analogue or the prototype. Fig. 1 shows a friction overrunning clutch in a wedged state, general view, axial section; Fig. 2 shows the position of the balls in the grooves and groove at the moment of jamming; in Fig.3 - the position of the ball in the middle of the groove during the free run; Fig. 4 shows the position of the ball in the groove during jamming; Fig. 5 shows the position of the ball in the groove and groove in the wedged state.

Фрикционна обгонна муфта содержит ведущий 1 (см.фиг.1) и ведомый 2 валы, содержащие шлицевые участки. На ведомом валу 2 одним из известных способов закреплена ступица 3, кинематически св занна посредством шлицевого соединени со стаканом 4. Нажимна втулка 5, имеюща на внутренней поверхности замкнутую круговую канавку 6 полукруглого профил , кинематически св зана с ведущим валом 1 через шарики 7, наход щиес также и в симметричных пазах 8 переменной глубины, равномерно расположенных на валу 1 на уровне канавки б. При это м поверхности канавки 6 и паза 8 образуют клиновое пространство (см. фиг.2). Дл удобства монтажа и сборки нажимна втулка 5 о одного торца закрыта крышкой 9 с винтами 10. При помощи винтов 12 нажимна втулка 5 неподвижно соединена со стаканом 3. На шлицевом участке ведущего вала 1 насажены ведущиеThe friction overrunning clutch comprises a drive 1 (see Fig. 1) and driven 2 shafts containing splined sections. One of the known methods is mounted on the driven shaft 2 by a hub 3 kinematically connected by means of a splined connection to the cup 4. A push sleeve 5 having a closed circular groove 6 of a semicircular profile on the inner surface is kinematically connected with the drive shaft 1 through balls 7 located also in symmetrical grooves 8 of variable depth, evenly spaced on the shaft 1 at the level of the groove b. When this m the surface of the groove 6 and the groove 8 form a wedge space (see figure 2). For ease of installation and assembly, the pressure sleeve 5 about one end is closed by a cover 9 with screws 10. Using screws 12, the pressure sleeve 5 is fixedly connected to the glass 3. On the spline section of the drive shaft 1, the leading

фрикционные диски 13, чередующиес с ведомыми фрикционными дисками 14 помещенными на шлицы стакана 3 и вместе образуют пакет фрикционных дисков. 5Фрикционна обгонна муфта работаетfriction discs 13, alternating with driven friction discs 14 placed on the slots of the cup 3 and together form a package of friction discs. 5 Friction overrunning clutch working

следующим образок При вращении ведущего в ла 1 (см.фиг.2)например, почасовой стрелке, со стороны криволинейного паза 8 на шарик 7 действует окружна сила, на10 правленна по касательной к его поверхности . При этом шарик касаетс поверхности паза 8 на валу 1 и поверхности канавки б нажимной втулки 5. Вследствие большей инертности системы нажимна втулка 5 5 пакет фрикционных дисков 13, 14-стакан 4 - ступица 3 - вал 2, чем у системы вал 1 - шарик 7, шарик 7 перемещаетс в пазу 8 и канавке 6. Шарик совершает сложное движение: по пазу 8 движетс вдоль криволи0 нейной поверхности к его концу, а по канавке 6 - в окружном направлении. Шарик взаимодействует с двум поверхност ми п и Л2 (см. фиг.4), образующими клиновое пространство. Со стороны криво5 линейной поверхности паза 8 на шарик нормально к его поверхности действует сила Fg, котора раскладываетс на осевую составл ющую Fa и тангенциальную Ft. Осева составл юща Fa воспринимаетс по0 верхностью , канавки 6. Так как ограничений на действие силы Fa со стороны нажимной втулки 5 нет, то она будет двигатьс в сторону фрикционных дисков. Нажимна втулка 5 перемещаетс до техthe following pattern When the lead is rotated in la 1 (see Fig. 2), for example, an hourly hand, a circumferential force acts on the ball 7 from the side of the curved groove 8, 10 directed tangentially to its surface. In this case, the ball touches the surface of the groove 8 on the shaft 1 and the surface of the groove b of the pressure sleeve 5. Due to the greater inertia of the system, the pressure sleeve 5 5 is a pack of friction disks 13, the 14-cup 4 - the hub 3 - the shaft 2, than the system shaft 1 - ball 7 , the ball 7 moves into the groove 8 and the groove 6. The ball makes a complex movement: along the groove 8 it moves along the curved surface to its end, and along the groove 6 in the circumferential direction. The ball interacts with two surfaces n and L2 (see Fig. 4) forming a wedge space. From the side of the curved-linear surface of the groove 8, the force Fg acts normally on the ball to its surface, which decomposes into the axial component Fa and the tangential component Ft. The axial component Fa is perceived by the surface, grooves 6. Since there are no restrictions on the action of the force Fa from the side of the pressure sleeve 5, it will move towards the friction discs. The push sleeve 5 moves until

5 пор, пока ее поверхность, обращенна к фрикционном дискам, не начнет контактировать с крайним из них. Дальнейшее движение шарика приводит к сжатию пакета фрикционных дисков. Суммарный зазор5 pores, until its surface facing the friction discs begins to come into contact with the extreme of them. Further movement of the ball leads to compression of the package of friction discs. Total clearance

0 между дисками станет равным нулю0 between disks will become equal to zero

( 0) и перемещение нажимной втулки(0) and the movement of the pressure sleeve

прекратитсп. Одновременно произойдетза- 5 клинивание шарика 7 в клиновом пространстве . Таким образом, величина перемещени нажимной втулки 5 определ етс суммой значений зазоров между фрикционными дисками (см. фиг.4,5).will stop At the same time, 5 wedging of the ball 7 in the wedge space occurs. Thus, the amount of movement of the pressure sleeve 5 is determined by the sum of the clearances between the friction discs (see Fig. 4.5).

00

Принима во внимание то, что фрикционные диски имеют больший радиус приложени Рокр и большее количество пар трени , чем у шарика в клиновом простран5 стве, то создаваемого усили достаточно дл включени муфты и передачи окружной нагрузки, При этом муфта вращаетс как одно целое. Нужно отметить, что передача окружной нагрузки осуществл етс двум потоками: основным и дополнительным. Основной поток: вал 1 - сжатый пакет дисков 13, 14 - ступица 3 - вал 2. Дополнительный поток (или управл ющий): вал 1 -поверхность паза 8 - шарик 7 - поверхность канавки б - нажимна втулка 5 - ступица 3 - вал 2 (см. фиг.1). Аналогично происходит включение муфты и передача крут щего момента при изменении направлени вращени ведущего вала.Considering that the friction discs have a larger Rocker application radius and more friction pairs than the ball in the wedge space, the force generated is sufficient to engage the clutch and transfer the circumferential load. The clutch rotates as a whole. It should be noted that the transmission of the circumferential load is carried out by two streams: main and additional. The main stream: shaft 1 - compressed pack of disks 13, 14 - hub 3 - shaft 2. Additional flow (or control): shaft 1 - groove surface 8 - ball 7 - groove surface b - pressure sleeve 5 - hub 3 - shaft 2 (see figure 1). Similarly, the clutch engages and transfers torque when the direction of rotation of the drive shaft changes.

Если частота вращени вала 2 будет больше, чем у вала 1 (см. фиг.1), то крут щий момент передаватьс не будет. Свободный ход муфты обусловлен тем, что замкнута кругова канавка 6, воздейству своей поверхностью на заклиненный шарик 7, размыкает силовую цепь, образованную в клиновом пространстве поверхност ми ЯП и ла (фиг.4,5). Шарик перемещаетс из этого пространства по поверхност м канавки б и паза 8 в его среднюю часть (фиг.З). При этом значение силы Fa уменьшаетс настолько, что между поверхност ми нажимной втулки и фрикционными дисками образуютс зазоры. Передача крут щего момента муфтой прекращаетс . Муфта находитс в расклиненном состо нии (см.If the rotational speed of the shaft 2 is greater than that of the shaft 1 (see Fig. 1), then the torque will not be transmitted. The free movement of the clutch is due to the fact that the circular groove 6 is closed, exposing its surface to the jammed ball 7, it breaks the power circuit formed in the wedge space by the surfaces of the PL and la (Fig. 4,5). The ball moves from this space along the surfaces of the groove b and the groove 8 to its middle part (Fig. 3). In this case, the value of the force Fa decreases so that gaps are formed between the surfaces of the pressure sleeve and the friction discs. The transmission of torque by the clutch is stopped. The clutch is in a wedged state (see

фиг.1).figure 1).

га №.ha No.

22

Фиг.1Figure 1

00

55

00

55

Claims

1. A friction overrunning clutch comprising driving and driven discs mounted on respective shafts, an axially motionless driven hub, a cup kinematically connected to the driving shaft, and a switching mechanism consisting of a pressure sleeve and balls located in a symmetrical wedge-shaped gap between surfaces of opposite, annular grooves, one of which is made on the pressure sleeve, characterized in that, in order to improve performance by increasing the reliability of operation, the pressure sleeve sleeve updated on the drive shaft, the first groove is made in the form of a closed groove of a semicircular profile on its inner side surface, the second grooves are made in the form of a curved grooves of a semicircular profile in plan with the center of curvature on the side of the friction discs, and the balls are placed in the middle of the second grooves .

2. The coupling according to claim 1, characterized in that the second grooves are made with a variable depth having a maximum value in their middle part.

7

12

Aa

Figure 2

b

6 8 g

.3

b

Fi.6