RU2068509C1

RU2068509C1 - Centrifugal two-speed clutch

Info

Publication number: RU2068509C1
Application number: RU93029077A
Authority: RU
Inventors: М.П. Шишкарев
Original assignee: Ростовский-на-Дону институт автоматизации и технологии машиностроения
Priority date: 1993-05-28
Filing date: 1993-05-28
Publication date: 1996-10-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: driving clutch part 1 and driven clutch part are mounted for permitting interaction with friction linings 5 and 7 by way of blocks 4 and 6. Blocks 4 are coupled with clutch part 1 through plate springs 8. Blocks 6 are connected with clutch part 1 through spring 10. Springs 8 and 10 are inclined to the plane containing the axis of the clutch and lateral axis of symmetry of blocks 4 and 6. Springs 8 are provided with centrifugal weights 9 secured to its free ends. Depending on real speed of rotation of clutch part 1 under the action of centrifugal forces, blocks 4 or blocks 6 are set in operation. When blocks 6 are in operation blocks 4 are locked by way of weights 9. EFFECT: enhanced reliability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для передачи крутящих моментов. The invention relates to mechanical engineering, and in particular to devices for transmitting torques.

Известна центробежная двухскоростная муфта, содержащая ведущую и две ведомые полумуфты, связанные посредством фрикционных элементов, а также центробежные механизмы включения малой и большой скоростей, установленные на ведущей полумуфте. A centrifugal two-speed clutch is known, comprising a leading and two driven half-couplings connected by friction elements, as well as centrifugal low and high speed switching mechanisms mounted on the leading half-clutch.

Недостатками известной муфты являются сложность конструкции и большие осевые габариты вследствие расположения центробежных механизмов включения между ведомыми полумуфтами. The disadvantages of the known clutch are the design complexity and large axial dimensions due to the location of the centrifugal switching mechanisms between the driven coupling halves.

Задача изобретения упрощение конструкции и уменьшения габаритов центробежной двухскоростной муфты. Поставленная задача решается тем, что в центробежной двухскоростной муфте, содержащей ведущую и две ведомые полумуфты установленные с возможностью взаимодействия посредством фрикционных элементов, центробежные механизмы включения малой и большой скоростей, установленные на ведущей полумуфте и содержащие центробежные грузы и упругие элементы, центробежные механизмы малой и большой скоростей выполнены в виде колодок, связанных с закрепленными на ведущей полумуфте пластинчатыми пружинами, установленными под углом к плоскости, содержащей ось муфты и поперечную ось симметрии колодок, механизм включения малой скорости снабжен центробежным узлом, выполненным в виде центробежных грузов, связанных с ведущей полумуфтой посредством упругого элемента и установленных с возможностью взаимодействия с колодками, при этом величина упомянутого угла выбирается из условия

где γ величина угла между пластинчатой пружиной и плоскостью, содержащей ось муфты и поперечную ось симметрии колодки;
t время от начала пуска ведущей полумуфты до достижения частоты вращения n;
n₁ частота вращения, соответствующая полному включению центробежного механизма малой скорости;
На фиг. 1 изображена центробежная двухскоростная муфта, вид с торца; на фиг.2 разрез А-А на фиг. 1.The objective of the invention is to simplify the design and reduce the size of the centrifugal two-speed clutch. The problem is solved in that in a centrifugal two-speed clutch containing a leading and two driven half-couplings installed with the possibility of interaction by means of friction elements, centrifugal switching mechanisms of low and high speeds installed on the leading half-clutch and containing centrifugal loads and elastic elements, centrifugal mechanisms of small and large speeds are made in the form of pads associated with plate springs fixed to the leading coupling half, mounted at an angle to the plane, containing conductive coupling axis and a transverse axis of symmetry of the pad, the low speed switching mechanism is provided with a centrifugal unit made in the form of centrifugal weights associated with the driving coupling half by an elastic member and mounted to cooperate with the pads, the magnitude of said angle is selected from the condition

where γ is the angle between the leaf spring and the plane containing the axis of the coupling and the transverse axis of symmetry of the block;
t is the time from the start of the start of the leading coupling half until the speed n is reached;
n ₁ rotational speed corresponding to the full inclusion of the centrifugal mechanism of low speed;
In FIG. 1 shows a centrifugal two-speed clutch, end view; in Fig.2 a section aa in Fig. one.

Центробежная двухскоростная муфта содержит ведущую полумуфту 1 и концентричные ей ведомые полумуфты 2 и 3, выполненные в виде барабанов. Связь между полумуфтами 1 и 2 осуществляется посредством центробежных колодок 4 с фрикционными накладками 5. Связь между полумуфтами 1 и 3 осуществляется посредством центробежных колодок 6 с фрикционынми накладками 7 (фиг. 2). A centrifugal two-speed clutch contains a leading coupling half 1 and concentric driven slave coupling halves 2 and 3, made in the form of drums. The connection between the coupling halves 1 and 2 is carried out by means of centrifugal blocks 4 with friction linings 5. The connection between the coupling halves 1 and 3 is carried out by means of centrifugal blocks 6 with friction linings 7 (Fig. 2).

Колодки 4 связаны с ведущей полумуфтой 1 посредством пластинчатых пружин 8, прикрепленных к полумуфте. Участок, пружин 8, расположенный между полумуфтой 1 и колодками 4, расположен под углом к плоскости, содержащей ось муфты и поперечную ось симметрии колодок. Второй участок пружин 8 выполнен в форме двух частей. На свободном конце второго участка закреплен центробежный груз 9, а первая и вторая части участка расположены под острым углом один к другому (фиг. 1). Центробежные грузы 9 расположены со стороны набегающего конца колодок 4. Пружины, связывающие центробежные грузы 9 с полумуфтой 1, могут быть выполнены как отдельное целое от пружин, связывающих полумуфту с колодками 4, и иметь отличающуюся от вторых пружин геометрическую и силовую характеристики. The pads 4 are connected to the leading coupling half 1 by means of leaf springs 8 attached to the coupling half. The section of springs 8, located between the coupling half 1 and the blocks 4, is located at an angle to the plane containing the axis of the coupling and the transverse axis of symmetry of the blocks. The second section of the springs 8 is made in the form of two parts. A centrifugal load 9 is fixed at the free end of the second section, and the first and second parts of the section are located at an acute angle to one another (Fig. 1). Centrifugal weights 9 are located on the side of the running end of the blocks 4. The springs connecting the centrifugal weights 9 to the coupling half 1 can be made as a separate unit from the springs connecting the coupling half to the blocks 4 and have geometric and power characteristics that differ from the second springs.

Колодки 6 связаны с ведущей полумуфтой 1 при помощи пластинчатых пружин 10, прикрепленных к полумуфте и колодкам. Пружины 10 расположены под углом к плоскости, содержащей ось муфты и поперечную ось симметрии колодок 6. В данном примере углы установки пружин 8 и 10 приняты одинаковыми. В общем случае величины углов могут быть неодинаковыми, а расположение пружин 10 относительно осевой плоскости муфты может иметь (по отношению к направлению вращения) другую направленность. The pads 6 are connected to the leading coupling half 1 by means of leaf springs 10 attached to the coupling half and pads. The springs 10 are located at an angle to the plane containing the axis of the coupling and the transverse axis of symmetry of the pads 6. In this example, the installation angles of the springs 8 and 10 are assumed to be the same. In the general case, the angles can be different, and the arrangement of the springs 10 relative to the axial plane of the coupling can have (with respect to the direction of rotation) a different orientation.

Центробежная двухскоростная муфта работает следующим образом. Centrifugal two-speed clutch operates as follows.

В процессе пуска ведущей полумуфты 1 (при ее вращении в направлении против часовой стрелки) на колодки 4 и 6 действуют центробежные и тангенциальные силы инерции. Под воздействием результирующей силы колодки стремятся, преодолевая силы упругости пружин 8 и 10, переместиться в направлении ведомых полумуфт 2 и 3 соответственно. In the process of starting the leading coupling half 1 (when it is rotated in the counterclockwise direction), centrifugal and tangential inertia forces act on the blocks 4 and 6. Under the influence of the resulting force, the pads tend, overcoming the elastic forces of the springs 8 and 10, to move in the direction of the driven coupling halves 2 and 3, respectively.

При достижении определенной частоты вращения, соответствующей включению полумуфты 2, процесс разгона полумуфты 1 прекращается, что приводит к исчезновению тангенциальной силы инерции. Колодки 4 прижимаются под действием центробежных сил к внутренней поверхности полумуфты 2, что сопровождается изгибом соответствующих участков пружин 8 и включением полумуфты. Upon reaching a certain speed corresponding to the inclusion of the coupling half 2, the acceleration process of the coupling half 1 stops, which leads to the disappearance of the tangential inertia. The pads 4 are pressed under the action of centrifugal forces to the inner surface of the coupling half 2, which is accompanied by the bending of the corresponding sections of the springs 8 and the inclusion of the coupling half.

Параметры центробежных грузов 9 (масса и расстояние до оси вращения муфты) и участков пружин 8, примыкающих к грузам (изгибная жесткость, длина участков пружин, величина угла между первой и второй частями второго участка пружин), выбираются таким образом, чтобы при частоте вращения, соответствующей включению полумуфты 2, перемещение грузов в радиальном направлении под действием центробежной силы было небольшим и не приводило к блокированию тангенциального движения колодок 4 при включении. The parameters of centrifugal weights 9 (mass and distance to the axis of rotation of the clutch) and sections of springs 8 adjacent to the weights (bending stiffness, length of sections of springs, angle between the first and second parts of the second section of springs) are selected so that at a speed of corresponding to the inclusion of the coupling half 2, the movement of goods in the radial direction under the action of centrifugal force was small and did not lead to blocking the tangential movement of the blocks 4 when turned on.

Включение полумуфты 3 при этом не происходит, поскольку при данной частоте вращения ведущей полумуфты 1 центробежные силы, действующие на колодки 6, недостаточны для прижатия колодок и полумуфте 3. Это обеспечивается подбором соответствующих параметров колодок 6 (массы) и пружин 10 (изгибной жесткости и др.). The inclusion of the coupling half 3 does not occur, since at a given rotation frequency of the driving coupling half 1, the centrifugal forces acting on the pads 6 are insufficient for pressing the pads and the coupling half 3. This is ensured by the selection of the corresponding parameters of the pads 6 (mass) and springs 10 (bending stiffness, etc. .).

Таким образом, при малой частоте вращения ведущей полумуфты 1 происходит включение только ведомой полумуфты 2, ведомая полумуфта 3 при этом остается выключенной. Thus, at a low speed of the driving coupling half 1, only the driven coupling half 2 is turned on, while the driven coupling half 3 remains off.

В случае необходимости включения в процессе пуска ведомой полумуфты 3 в момент времени, соответствующий достижению частоты вращения, при которой происходит включение ведомой полумуфты 2, на колодки 4 продолжает действовать тангенциальная сила инерции, удерживающая колодки в выключенном положении. По достижении необходимой частоты вращения происходит включение полумуфты 3. Одновременно с этим центробежные грузы 9 перемещаются в радиальном направлении и блокируют тангенциальное движение колодок 4, исключая тем самым включение ведомой полумуфты 2. If it is necessary to turn on the driven half-coupling 3 during the start-up process at a time corresponding to the achievement of the rotational speed at which the driven half-coupling 2 is turned on, tangential inertia continues to act on the blocks 4, keeping the blocks in the off position. Upon reaching the required speed, the coupling half 3 is switched on. At the same time, centrifugal weights 9 move in the radial direction and block the tangential movement of the blocks 4, thereby excluding the inclusion of the driven coupling half 2.

Подбором параметров центробежных грузов 9 и соответствующих участков пружин обеспечивается, чтобы указанное блокирование происходило при частоте вращения ведущей полумуфты 1, равной 1,1 1,2 частоты вращения, соответствующей полному включению ведомой полумуфты 2. The selection of the parameters of centrifugal loads 9 and the corresponding sections of the springs ensures that this blocking occurs at a speed of the leading coupling half 1, equal to 1.1 1.2 speeds, corresponding to the full inclusion of the driven coupling half 2.

Следовательно, при большой частоте вращения ведущей полумуфты 1 обеспечивается включение только ведомой полумуфты 3, а ведомая полумуфта 2 при этом остается выключенной. Therefore, at a high speed of rotation of the leading coupling half 1, only the driven coupling half 3 is enabled, while the driven coupling half 2 remains off.

При необходимости переключения ведомых полумуфт 2 и 3 на ходу (без остановки вращения), в частности при переходе с меньшей частоты вращения на большую, центробежные грузы 9 под воздействием увеличивающейся центробежной силы и тангенциальной силы инерции перемещаются в направлении соответствующих колодок 4, воздействуя на их набегающий торец, отжимают колодки в окружном направлении. Этому же способствует тангенциальная сила инерции, действующая на колодки 4 в переходный период. Указанный процесс обеспечивается назначением соответствующих параметров пружин 8, центробежных грузов 9 и угла давления между последними и торцами колодок 4. If it is necessary to switch the driven coupling halves 2 and 3 on the go (without stopping rotation), in particular when switching from a lower rotation speed to a larger one, centrifugal weights 9 under the influence of increasing centrifugal force and tangential inertia move in the direction of the respective blocks 4, affecting their oncoming butt, wring out the pads in the circumferential direction. The tangential force of inertia acting on the pads 4 during the transition period contributes to this. This process is ensured by the appointment of the corresponding parameters of the springs 8, centrifugal weights 9 and the pressure angle between the latter and the ends of the pads 4.

Для удержания колодок 4 в выключенном положении при пуске муфты на большую частоту вращения (для включения полумуфты 3) необходимо, чтобы вектор результирующей силы F либо совпадал с плоскостью пружины 8, т. е. угол b был равен углу g (фиг. 1) либо не совпадал с указанной плоскостью, а угол b был больше угла g (при частоте вращения, соответствующей моменту блокирования колодок 4 грузами 9). To keep the pads 4 in the off position when starting the clutch at a high speed (to turn on the coupling half 3), it is necessary that the vector of the resulting force F either coincide with the plane of the spring 8, i.e., the angle b is equal to the angle g (Fig. 1) or did not coincide with the indicated plane, and the angle b was greater than the angle g (at a rotation frequency corresponding to the moment of blocking of the blocks 4 by loads 9).

Из силового треугольника находим

где F_t тангенциальная сила инерции, действующая на колодку 4;
F_ц центробежная сила, действующая на колодку.From the force triangle we find

where F _{t is the} tangential inertia acting on block 4;
F _c centrifugal force acting on the block.

Учитывая, что

F_t= m•a = m•αr (3)

находим, с учетом поставленного условия

В формулах (2) (4):
m масса колодки 4 с накладкой 5;
r расстояние от центра масс колодки 4 с накладкой 5 до оси вращения.Given that

F _t = m • a = m • αr (3)

we find, taking into account the condition

In formulas (2) (4):
m mass pads 4 with pad 5;
r distance from the center of mass of the block 4 with the pad 5 to the axis of rotation.

n частота вращения ведущей полумуфты, соответствующая моменту блокирования колодок 4 центробежными грузами 9
n (1,11,2) n₁,
n₁ частота вращения, соответствующая полному включению полумуфты 2;
a угловое ускорение при пуске полумуфты 2;
α линейное ускорение при пуске полумуфты 2;
w угловая скорость вращения, соответствующая частоте вращения n;
t время от начала пуска ведущей полумуфты 1 до достижения частоты вращения n.n rotational speed of the drive coupling half corresponding to the moment of blocking of the blocks 4 by centrifugal loads 9
n (1,11,2) n ₁ ,
n ₁ rotational speed corresponding to the full inclusion of the coupling half 2;
a angular acceleration when starting the coupling half 2;
α linear acceleration when starting the coupling half 2;
w is the angular velocity of rotation corresponding to the rotational speed n;
t is the time from the start of the start of the drive coupling half until the speed n is reached.

В соответствии с формулой (4) принято равномерно ускоренное движение ведущей полумуфты 1 в процессе пуска, поскольку асинхронные электродвигатели, применяемые в приводах, имеют именно такую пусковую характеристику (см. например, О.А. Ряховский О. А. Иванов С. С. Справочник по муфтам. Л. Политехника, 1991, с. 325, рис. 7.4, 7.5). In accordance with formula (4), uniformly accelerated movement of the leading coupling half 1 during the start-up process is accepted, since asynchronous electric motors used in the drives have just such a starting characteristic (see, for example, O.A. Ryakhovsky O. A. Ivanov S. S. Coupling Handbook, L. Polytechnic, 1991, p. 325, Fig. 7.4, 7.5).

При выборе параметров элементов муфты в расчете режима перехода с меньшей частоты вращения на большую, сопровождающегося включением полумуфты 3 и выключением полумуфты 2, должна быть учтена соответствующая величина линейного ускорения a₁ (в том числе, если α ≠ α₁).When choosing the parameters of the coupling elements in the calculation of the transition from a lower speed to a higher one, accompanied by the inclusion of the half coupling 3 and the half coupling 2 off, the corresponding linear acceleration a ₁ must be taken into account (including if α ≠ α ₁ ).

Таким образом, муфта обеспечивает включение той или иной ведомой полумуфты в зависимости от частоты вращения и автоматическое переключение полумуфты 2 и 3 при изменении частоты вращения. Thus, the clutch provides the inclusion of one or another driven coupling half, depending on the speed and automatic switching of the coupling 2 and 3 when changing the speed.

По сравнению с прототипом муфта имеет более простую конструкцию вследствие меньшего числа элементов, а также меньшие осевые габариты за счет того, что центробежные механизмы включения установлены концентрично соответствующим ведомым полумуфтам. Compared with the prototype, the clutch has a simpler design due to the smaller number of elements, as well as smaller axial dimensions due to the fact that the centrifugal switching mechanisms are mounted concentrically with the corresponding driven half-couplings.

Использование изобретения позволит упростить конструкцию и уменьшить осевые габариты центробежной двухскоростной муфты. The use of the invention will simplify the design and reduce the axial dimensions of a centrifugal two-speed clutch.

Claims

A centrifugal two-speed clutch containing a leading and two driven half-couplings, installed with the possibility of interaction by means of friction elements, and centrifugal switching mechanisms of low and high speeds mounted on the leading half-coupling, characterized in that the centrifugal switching mechanisms of low and high speeds are made in the form of blocks associated with plate springs fixed to the leading coupling half, mounted at an angle to a plane containing the coupling axis and the transverse axis of symmetry of the pads, m low speed inclusion is equipped with a centrifugal unit made in the form of centrifugal loads connected to the leading coupling half by means of an elastic element and installed with the possibility of interaction with the pads, while the magnitude of the said angle is selected from the condition

n (1,1 1,2) n ₁ ,
where γ is the angle between the leaf spring and the plane containing the axis of the coupling and the transverse axis of symmetry of the block;
t the period of time from the start of the start of the leading coupling half until the speed n is reached;
n ₁ rotational speed corresponding to the full inclusion of the centrifugal mechanism of low speed.