RU2279001C1

RU2279001C1 - Wedge-type overrunning mechanism

Info

Publication number: RU2279001C1
Application number: RU2004133313/11A
Authority: RU
Inventors: Василий Григорьевич Карабань (RU); Василий Григорьевич Карабань; Анатолий Иванович Скребцов (RU); Анатолий Иванович Скребцов
Priority date: 2004-11-15
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2006-06-27
Also published as: RU2004133313A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; overrunning clutches.

SUBSTANCE: invention relates to overrunning clutches with sprags wedged between teeth of outer and inner surfaces. Proposed clutch has race 1, eccentric 2 and spacer ring 3 installed on eccentric and mechanically coupled with race1, and spring-loaded cage 8 in form of wedge with component parts 7 resting on tooth surfaces of intermediate ring 3 and race 1. Inner surface of cage 8 is filled with viscoelastic medium. Components 7 of cage rest on said medium.

EFFECT: increased load-carrying capacity and service life.

2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к механизмам свободного хода, и может найти применение, в частности, в импульсных приводах и устройствах.The invention relates to mechanical engineering, and in particular to freewheeling mechanisms, and may find application, in particular, in pulse drives and devices.

Известен клиновой механизм свободного хода, содержащий звездочку с расположенной с эксцентриситетом рабочей поверхностью, охватывающую ее обойму, установленный между обоймой и звездочкой подпружиненный клин и управляющее устройство в виде обгонной муфты, одна из полумуфт которой посредством зубчатого зацепления связана с обоймой, а другая посредством механизма управления связана с клином. Клиновой механизм свободного хода снабжен дополнительными клиньями и промежуточными элементами, звездочка выполнена полой и с дополнительными рабочими поверхностями на ее наружной поверхности, полость звездочки заполнена вязкой жидкостью, механизм управления выполнен в виде плунжеров, конец одного из которых выполнен с клиновой несамотормозящей поверхностью и контактирует с выполненной на полумуфте обгонной муфты выемкой, а другой конец расположен в полости звездочки, другие плунжеры смонтированы в звездочке и один конец каждого плунжера размещен в полости с жидкостью, а другой контактирует с торцовой поверхностью промежуточного элемента. [Авторское свидетельство СССР №1399541, кл. F 16 D 41/06, 1986].A wedge free-wheeling mechanism is known, comprising an asterisk with an eccentric working surface, covering its cage, a spring-loaded wedge installed between the cage and the sprocket, and a control device in the form of an overrunning clutch, one of the coupling halves of which is connected to the cage by gearing and the other by a control mechanism connected with a wedge. The wedge freewheel mechanism is equipped with additional wedges and intermediate elements, the sprocket is hollow and with additional working surfaces on its outer surface, the sprocket cavity is filled with viscous liquid, the control mechanism is made in the form of plungers, the end of one of which is made with a wedge non-self-braking surface and is in contact with on the coupling half of the freewheel clutch is recessed, and the other end is located in the cavity of the sprocket, other plungers are mounted in the sprocket and one end of each unzhera placed in the cavity with the liquid while the other is in contact with the end surface of the intermediate member. [USSR author's certificate No. 1399541, cl. F 16 D 41/06, 1986].

Такие механизмы имеют относительно высокую нагрузочную способность за счет увеличения количества клиньев и их равномерной работы. Однако реальные контактные поверхности у сплошного клина невысоки и механизм является фрикционным. Это приводит, с одной стороны, к перегрузке рабочих поверхностей, а с другой - к снижению коэффициента полезного действия, т.к. полезные касательные силы практически на порядок отличаются от нормальных и зависят от реализуемого коэффициента трения.Such mechanisms have a relatively high load capacity due to an increase in the number of wedges and their uniform operation. However, the real contact surfaces of a continuous wedge are low and the mechanism is frictional. This leads, on the one hand, to overloading of the working surfaces, and on the other, to a decrease in the efficiency, since useful tangential forces are almost an order of magnitude different from normal and depend on the friction coefficient realized.

Известны муфты свободного хода, содержащие две концентрично расположенные полумуфты, между которыми установлены тела заклинивания в виде наклонных пластин [А.с. №521413, БИ №26 от 15.07.1976].Known freewheels containing two concentrically located half-couplings, between which wedging bodies are installed in the form of inclined plates [A.S. No. 521413, BI No. 26 of 07.15.1976].

Указанные муфты свободного хода имеют значительно более высокую нагрузочную способность(в пять - десять раз) за счет передачи полезного момента нормальными силами. Однако процесс включения таких механизмов и свободный ход приводят к значительному снижению долговечности. Свободный ход в таких механизмах, имеющих концентричное расположение полумуфт, осуществляется с преодолением сил упругости наклонных пластин, эти же силы способствуют включению механизма, что приводит к усталостным поломкам при постоянном режиме упругих колебаний. Из-за погрешностей в размерах пластин, контактных поверхностей полумуфт и их взаимного расположения происходит неравномерное включение механизма, а также пластины и контактные поверхности нагружены неравномерно, что снижает нагрузочную способность и долговечность механизма.These freewheel clutches have a significantly higher load capacity (five to ten times) due to the transfer of the useful moment by normal forces. However, the activation process of such mechanisms and free running lead to a significant reduction in durability. Free movement in such mechanisms having a concentric arrangement of the coupling halves is carried out with overcoming the elastic forces of the inclined plates, these same forces contribute to the inclusion of the mechanism, which leads to fatigue breakdowns with a constant mode of elastic vibrations. Due to errors in the sizes of the plates, the contact surfaces of the coupling halves and their relative position, the mechanism is switched on unevenly, and the plates and contact surfaces are loaded unevenly, which reduces the load capacity and durability of the mechanism.

Известны клиновые механизмы свободного хода, содержащие обойму, эксцентрик, установленное на нем промежуточное кольцо, кинематически связанное с обоймой, подпружиненный клин, имеющий составные части, размещенный в клиновой полости между промежуточным кольцом и обоймой, отличающийся тем, что составные части клина выполнены в виде дискретных элементов, размещенных в сепараторе, опирающихся на зубчатые поверхности, выполненные на промежуточном кольце и обойме, а промежуточное кольцо установлено с возможностью дополнительного движения в направлении движения эксцентрика. [Прототип А.с. 2156897 приоритет 23.06.1999 F 16 D 41/06 ].Known wedge free-wheeling mechanisms containing a cage, an eccentric, an intermediate ring mounted on it, kinematically connected with the cage, a spring-loaded wedge having components located in the wedge cavity between the intermediate ring and the cage, characterized in that the components of the wedge are made in the form of discrete elements placed in the separator, based on gear surfaces made on the intermediate ring and the cage, and the intermediate ring is installed with the possibility of additional movement in direction of movement of the cam. [Prototype A.S. 2156897 priority 23.06.1999 F 16 D 41/06].

Такое выполнение при сохранении преимуществ механизма, передающего полезный момент нормальными силами, позволяет повысить долговечность и нагрузочную способность механизма. В процессе выключения клиновая полость разгружает дискретные элементы, и относительное движение промежуточного кольца с эксцентриком способствует процессу выключения. Нахождение дискретных элементов в сепараторе позволяет поддерживать требуемую конфигурацию набора дискретных элементов, с одной стороны, с другой - поддерживать постоянный контакт дискретных элементов с рабочими поверхностями клиновой полости не с помощью собственных сил упругости дискретных элементов, а с помощью пружины, воздействующей на сепаратор, жесткость которой определяется не передаваемыми усилиями, а динамическими характеристиками набора дискретных элементов и фрикционными условиями свободного хода, что, как правило, на несколько порядков меньше передаваемых моментов. Однако сложные по форме и относительному расположению зубчатые контактные поверхности и дискретные элементы приводят к неравномерному контакту из-за погрешностей изготовления. Постоянная смена взаимного расположения зубьев зубчатых поверхностей из-за вращения не позволяет сепаратору и дискретным элементам осуществлять равномерный одновременный контакт со всеми контактными поверхностями, что приводит к существенному снижению долговечности механизма и его нагрузочной способности.This embodiment, while maintaining the advantages of the mechanism that transfers the useful moment by normal forces, allows to increase the durability and load capacity of the mechanism. During the shutdown process, the wedge cavity unloads the discrete elements, and the relative motion of the intermediate ring with the eccentric contributes to the shutdown process. The presence of discrete elements in the separator allows you to maintain the required configuration of a set of discrete elements, on the one hand, on the other hand, to maintain constant contact of the discrete elements with the working surfaces of the wedge cavity not with the help of the elastic forces of the discrete elements, but with the help of a spring acting on the separator, the rigidity of which is determined not by transmitted forces, but by the dynamic characteristics of a set of discrete elements and the frictional conditions of free travel, which, as a rule, on several orders of magnitude less transmitted moments. However, toothed contact surfaces and discrete elements that are complex in shape and relative location lead to uneven contact due to manufacturing errors. A constant change in the relative position of the teeth of the gear surfaces due to rotation does not allow the separator and discrete elements to make uniform simultaneous contact with all contact surfaces, which leads to a significant decrease in the durability of the mechanism and its load capacity.

Задачей данного изобретения является создание клинового механизма свободного хода (МСХ), обеспечивающего широкий диапазон передаваемого момента при одновременном контакте всех рабочих поверхностей во время рабочего хода.The objective of the invention is the creation of a wedge freewheel mechanism (MOX), which provides a wide range of transmitted torque with simultaneous contact of all working surfaces during the working stroke.

Техническим результатом изобретения являются значительное повышение нагрузочной способности МСХ и долговечности.The technical result of the invention is a significant increase in the load capacity of the Ministry of Agriculture and durability.

Для получения указанного технического результата в клиновом механизме свободного хода, содержащем обойму, эксцентрик, установленное на нем промежуточное кольцо, кинематически связанное с обоймой, подпружиненный сепаратор в форме клина, имеющий составные части, опирающиеся на зубчатые поверхности промежуточного кольца и обоймы, размещенные в сепараторе, установленном в клиновой полости между промежуточным кольцом и обоймой, сепаратор имеет форму клина, внутренняя замкнутая полость которого заполнена вязкоупругим телом, на которое опираются составные части сепаратора, установленные в отверстиях сепаратора.To obtain the specified technical result in a wedge free-wheel mechanism containing a cage, an eccentric mounted on it an intermediate ring kinematically connected to the cage, a spring-loaded cage in the form of a wedge having components based on the gear surfaces of the intermediate ring and cages located in the separator, installed in the wedge cavity between the intermediate ring and the cage, the separator has the shape of a wedge, the inner closed cavity of which is filled with a viscoelastic body, on which rayutsya components separator installed in the cage holes.

Такое выполнение позволило при контакте одного из составных частей клина с зубчатой поверхностью начать воздействие на вязкоупругое тело, находящееся в замкнутой полости сепаратора. Это воздействие из-за замкнутости полости начнет передаваться на все остальные составные части клина, опирающиеся на вязкоупругое тело. Составные части начнут перемещаться в отверстиях сепаратора до контакта с зубчатыми поверхностями. После осуществления контакта произойдет уравновешивание всех сил от всех контактных поверхностей. Таким образом, все составные части клина будут находиться в контакте, за счет чего повысится контактная поверхность, а следовательно, повысится нагрузочная способность механизма. За счет возможности получения равномерных нагрузок повысится долговечность механизма. Могут быть значительно снижены требования к показателям точности контактных поверхностей по их взаимному расположению, что позволит значительно снизить стоимость механизма при повышении нагрузочной способности. Износ контактных поверхностей не приведет к существенному изменению параметров включения механизма за счет его компенсации, что значительно повысит долговечность и надежность.This embodiment allowed the contact of one of the components of the wedge with the toothed surface to begin to affect the viscoelastic body located in the closed cavity of the separator. Due to the isolation of the cavity, this effect will begin to be transmitted to all other components of the wedge, based on a viscoelastic body. Components will begin to move in the holes of the separator until they come into contact with gear surfaces. After making contact will balance all forces from all contact surfaces. Thus, all the components of the wedge will be in contact, due to which the contact surface will increase, and therefore, the load capacity of the mechanism will increase. Due to the possibility of obtaining uniform loads, the durability of the mechanism will increase. The requirements for the accuracy of contact surfaces in terms of their relative position can be significantly reduced, which will significantly reduce the cost of the mechanism while increasing the load capacity. Wear of the contact surfaces will not lead to a significant change in the switching parameters of the mechanism due to its compensation, which will significantly increase the durability and reliability.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 показан механизм свободного хода; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.The invention is illustrated in the drawing, where figure 1 shows the freewheel; figure 2 is a section along aa in figure 1.

Механизм свободного хода состоит из обоймы 1, эксцентрика 2, установленного на нем промежуточного кольца 3, кинематически, например, с помощью зубчатых венцов 4, 5 и паразитного колеса 6 связанного с обоймой, подпружиненного клина, имеющего составные части 7, размещенные в сепараторе 8. Составные части 7 опираются на зубчатые поверхности 9, выполненные на промежуточном кольце 3, установленном на эксцентрике 2 с возможностью дополнительного движения в направлении, совпадающем с направлением движения эксцентрика, и на зубчатые поверхности 10, выполненные на обойме 1. Сепаратор 8 имеет форму клина, внутренняя замкнутая полость 11 которого заполнена вязкоупругим телом 12. В сепараторе выполнены отверстия 13, в которых установлены составные части 7 клина, опирающиеся на вязкоупругое тело 12.The freewheel mechanism consists of a cage 1, an eccentric 2, an intermediate ring 3 mounted on it, kinematically, for example, by means of gears 4, 5 and a spurious wheel 6 connected to the cage, a spring-loaded wedge having components 7 located in the separator 8. The components 7 are based on gear surfaces 9 made on an intermediate ring 3 mounted on an eccentric 2 with the possibility of additional movement in the direction coinciding with the direction of motion of the eccentric, and on the gear surfaces 10, flaxed on the clip 1. The separator 8 has the shape of a wedge, the inner closed cavity 11 of which is filled with a viscoelastic body 12. The separator has holes 13 in which the wedge components 7 are mounted, based on the viscoelastic body 12.

Механизм свободного хода работает следующим образом. При вращении эксцентрика 2 в сторону заклинивания (фиг.1 против часовой стрелки) на составные части 7 клина воздействуют зубья зубчатых поверхностей 10 обоймы 1 и зубья зубчатых поверхностей 9 промежуточного кольца 3. Кинематическая связь - два зубчатых венца 4, 5 и паразитное колесо 6 - создает дополнительное движение промежуточному кольцу 3 в сторону движения эксцентрика 2 и дополнительно нагружает полезной силой составные части 7 клина. При неравномерном контакте составных частей 7 клина с зубчатыми поверхностями 9, 10 первая составная часть, вступающая в контакт, под действием контактного усилия начнет перемещаться в отверстии 13 сепаратора 8, воздействуя на вязкоупругое тело 12, находящееся в замкнутой полости 11 сепаратора 8. Давление начнет равномерно передаваться вязкоупругим телом 12 другим составным частям 7 клина. Составные части 7 начнут движение к контактным зубчатыми поверхностям 9, 10. После осуществления контакта силы уравновесятся на всех контактных поверхностях. Наблюдается фаза передачи полезного момента. Изменением площадей отверстий 13 может корректироваться закон распределения нагрузок на составных частях.Freewheel mechanism works as follows. When the eccentric 2 rotates to the jamming side (Fig. 1 counterclockwise), the teeth of the gear surfaces 10 of the ferrule 1 and the teeth of the gear surfaces 9 of the intermediate ring 3 act on the components of the wedge. Kinematic coupling - two gear rings 4, 5 and a parasite wheel 6 - creates additional movement to the intermediate ring 3 in the direction of movement of the eccentric 2 and additionally loads the useful parts of the wedge 7. If the components of the wedge 7 are not uniformly contacted with the gear surfaces 9, 10, the first component that comes into contact, under the action of the contact force, will begin to move in the opening 13 of the separator 8, acting on the viscoelastic body 12 located in the closed cavity 11 of the separator 8. The pressure will start evenly transmitted by a viscoelastic body 12 to other components of the wedge 7. The components 7 will begin to move to the contact gear surfaces 9, 10. After making the contact, the forces will be balanced on all contact surfaces. The phase of transmission of the useful moment is observed. By changing the area of the holes 13, the law of the distribution of loads on the components can be adjusted.

При движении эксцентрика 2 в противоположном направлении составные части 7 клина освобождаются за счет смещения клиновой полости и дополнительного вращения промежуточного кольца 3 в направлении эксцентрика 2. Клин поддерживается в контакте с зубчатыми поверхностями 9, 10 клиновой полости за счет сохранения своей формы в сепараторе 8 и действия пружины. При этом скольжение составных частей 7 клина относительно зубчатых поверхностей 10 обоймы 1 и зубчатых поверхностей 9 промежуточного кольца 3 происходит только под действием составляющей силы от пружины через сепаратор 8. Наблюдается фаза выбега или свободного движения.When the eccentric 2 moves in the opposite direction, the wedge components 7 are released due to the displacement of the wedge cavity and the additional rotation of the intermediate ring 3 in the direction of the eccentric 2. The wedge is maintained in contact with the tooth surfaces 9, 10 of the wedge cavity by maintaining its shape in the separator 8 and the action springs. In this case, the sliding of the wedge components 7 relative to the gear surfaces 10 of the yoke 1 and the gear surfaces 9 of the intermediate ring 3 occurs only under the action of a component of the force from the spring through the separator 8. A run-out or free movement phase is observed.

Конструкция механизма позволяет значительно повысить нагрузочную способность за счет автоматического поддержания максимальной зоны контакта между составными частями клина и зубчатыми поверхностями. Механизм позволяет сохранять эту зону не зависимо от сочетания погрешностей изготовления и износа при работе, что повышает долговечность и надежность. При изготовлении механизма возможно существенное снижение требований к показателям точности из-за возможности компенсации погрешностей, что позволяет снизить стоимость при сохранении эксплуатационных требований. Значительно улучшаются условия включения из-за равномерности контакта составных частей клина.The design of the mechanism can significantly increase the load capacity due to the automatic maintenance of the maximum contact zone between the components of the wedge and gear surfaces. The mechanism allows you to save this zone regardless of the combination of manufacturing errors and wear during operation, which increases durability and reliability. In the manufacture of the mechanism, a significant reduction in the requirements for accuracy indicators is possible due to the possibility of compensating for errors, which reduces the cost while maintaining operational requirements. Significantly improved conditions of inclusion due to the uniformity of contact of the components of the wedge.

Конструкция механизма технологична для различных типов машиностроительных производств.The design of the mechanism is technological for various types of engineering industries.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed invention:

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, относится к машиностроению, а именно к механизмам свободного хода, и может найти применение, в частности, в импульсных вариаторах и инерционно импульсных приводах и устройствах;- the tool embodying the claimed invention in its implementation relates to mechanical engineering, namely to free-wheeling mechanisms, and can find application, in particular, in pulse variators and inertial-pulse drives and devices;

- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждается возможность его осуществления с помощью известных в заявке средств;- for the claimed invention in the form described in the claims, the possibility of its implementation using means known in the application is confirmed;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- a tool embodying the claimed invention in its implementation, is able to ensure the achievement of the perceived by the applicant technical result.

Claims

A wedge free-wheel mechanism containing a cage, an eccentric, an intermediate ring mounted on it, kinematically connected with the cage, a spring-loaded wedge-shaped separator having components resting on the gear surfaces of the intermediate ring and cages, placed in a separator mounted in the wedge cavity between the intermediate ring and ferrule, characterized in that the separator has the shape of a wedge, the inner closed cavity of which is filled with a visco-elastic body, on which the constituent parts of the separator rest ora, established in the cage holes.