RU2286262C2

RU2286262C2 - Cone clutch

Info

Publication number: RU2286262C2
Application number: RU2004138059/11A
Authority: RU
Inventors: Владимир Петрович Голощапов (RU); Владимир Петрович Голощапов
Original assignee: Владимир Петрович Голощапов
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2006-10-27
Also published as: RU2004138059A

Abstract

FIELD: automotive industry.

SUBSTANCE: proposed cone clutch has driving and driven cones. Driving cone is fitted on intermediate shaft one end of which is connected by sliding splined joint with output shaft of engine with possibility of axial travel. Driven cone is connected with drive shaft of gearbox.

EFFECT: improved reliability of car clutch.

6 dwg

Description

Конусным сцепление называется потому, что рабочие поверхности представляемого сцепления являются конусами.A tapered clutch is called because the working surfaces of the presented clutch are cones.

Данное изобретение может использоваться везде, где при вращении первичного вала есть необходимость мобильных включений во вращение и отключений от вращения вторичного вала. В основном же конусное сцепление предназначается для автомобилестроения.This invention can be used wherever there is a need for mobile inclusions in rotation and disconnections from rotation of the secondary shaft when rotating the primary shaft. Basically, the cone clutch is intended for the automotive industry.

Аналогами данного изобретения можно считать существующие в настоящее время автомобильные муфты сцепления. Мною изменена форма рабочей поверхности и введена дополнительная страховка от пробуксовки сцепления при больших нагрузках. Эта страховка выполнена в качестве дополнительного переменного карданного сочленения промежуточного вала сцепления с шлицевой втулкой первичного вала коробки передач.Analogs of the present invention can be considered currently existing automotive clutch. I changed the shape of the working surface and introduced additional insurance against slipping clutch under heavy loads. This insurance is made as an additional variable cardan joint of the intermediate clutch shaft with the splined sleeve of the input shaft of the gearbox.

Данная работа вызвана тем, что в большегрузных машинах сцепление является наименее надежным звеном механизмах трансмиссии. Это обусловлено необходимостью передачи большого крутящего момента через контакты рабочих поверхностей дисков. Для обеспечения надежной работы сцепления требуются большие усилия, сжимающие диски. Тем не менее, при больших нагрузках сцепление часто пробуксовывает и горит.This work is caused by the fact that in heavy vehicles clutch is the least reliable link in transmission mechanisms. This is due to the need to transfer large torque through the contacts of the working surfaces of the disks. To ensure reliable clutch operation, great efforts are required to compress the disks. However, under heavy loads, the clutch often slips and burns.

Целью данного изобретения является повышение надежности автомобильного сцепления.The aim of this invention is to increase the reliability of automotive clutch.

Конусное сцепление это фрикционное, сухое, постоянно замкнутое сцепление с пружинным нажимным механизмом. Как и любое другое фрикционное сцепление, конусное сцепление состоит из ведущей части, ведомой части, нажимного механизма и механизма управления сцеплением, но вместо ведущего и ведомого дисков в нем используются ведущий и ведомый конусы. В конусном сцеплении сила контакта, обозначим ее символом N, в отличие от дискового, не равна продольному усилию F, прижимающему диски один к другому, но в 1/sinβ раз больше. Здесь β - угол между вектором силы пружины, действующей на подвижный конус, и направлением боковой поверхностью конуса. * Чем меньше угол конуса, тем плотнее контакт между ведущим и ведомым конусами при одинаковом усилии F. Так при β=30° усилие контакта N будет равно 2F. То есть при одинаковом усилии плотность контакта в конусном сцеплении в два раза больше, чем в обычном, дисковом. При β=15° N=F/0,26. Это почти в 4 раза больше F. Но плотность контакта это показатель эффективности сцепления. Значит, по этому показателю конусное сцепление эффективнее дискового. Представляемое сцепление с помощью дополнительного (промежуточного) вала соединяет напрямую двигатель с коробкой переключения передач, что исключает пробуксовку и горение сцепления. Для этого необходимо, чтобы выходной вал двигателя был оборудован втулкой, внутренняя поверхность которой имеет шлицы. Промежуточный вал, на котором крепится ведущий конус, имеет шлицевую поверхность размерами, одинаковыми с размерами шлицевой поверхности втулки выходного вала, и одним концом постоянно находится в этой втулке. Во втулке имеется сквозная прорезь с направлением вдоль оси. В этой прорези движется штифт, который вставляется в отверстие, просверленное в промежуточном валу, и к которому крепится кольцо, или какое-либо другое приспособление, предназначенное служить упором для выжимного подшипника при отведении ведущего конуса сцепления от ведомого. Промежуточный вал имеет возможность перемещения вдоль оси втулки на расстояние, равное длине прорези с вычетом диаметра штифта. Далее по втулке с некоторым зазором от кольца располагается выжимной подшипник. Выжимной подшипник установлен на рычаге, соединяющем его с механизмом управления, приводящим его в движение. Этим механизмом может быть педаль, силовой цилиндр или что-то другое. Выжимной подшипник должен быть выполнен в виде кольца, так как внутри него проходит втулка вала двигателя. Внутренний диаметр выжимного подшипника больше диаметра втулки и он свободно двигается вдоль ее оси. Втулка заканчивается опорным бортиком, в который упирается пружина сцепления. На промежуточном валу после пружины сцепления расположен ведущий конус. Он скользит вдоль оси вала на своей втулке. Внутри конуса на его втулке расположен опорный цилиндр. Опорный цилиндр имеет возможность осевого перемещения по втулке. На нем расположена пружина вала. Одним концом пружина упирается в торцевое кольцо ведущего конуса, другим - в бортик опорного цилиндра. Во втулке первичного конуса, как и во втулке вала, выполнена прорезь. В этой прорези вдоль втулки двигается штифт, соединяющий вал с опорным цилиндром. Пружина вала должна быть слабее пружины сцепления. Далее вал проходит в ведомый конус сцепления. Промежуточный вал вращается в подшипниках, установленных на своей втулке в ведомом конусе сцепления. Ведомый конус сидит на втулке ведущего вала коробки переключения передач (КПП). Внутренняя поверхность втулки шлицевая и имеет размеры, одинаковые с внешней шлицевой поверхностью промежуточного вала. Между ведомым конусом и кожухом сцепления устанавливается подшипник, в котором и вращается ведомый конус. При выключенном сцеплении (разъединенных дисках) между промежуточным валом и шлицевой втулкой ведущего вала КПП должен быть некоторый зазор. При включенном сцеплении промежуточный вал своим свободным концом должен входить в шлицевую втулку ведущего вала КПП.A taper clutch is a frictional, dry, permanently closed clutch with a spring-loaded push mechanism. Like any other friction clutch, a cone clutch consists of a leading part, a driven part, a pressure mechanism and a clutch control mechanism, but instead of the master and driven discs, it uses the master and driven cones. In a tapered clutch, the contact force, denoted by the symbol N, in contrast to the disk, is not equal to the longitudinal force F, which presses the disks against one another, but 1 / sinβ times more. Here β is the angle between the spring force vector acting on the movable cone and the direction of the lateral surface of the cone. * The smaller the angle of the cone, the denser the contact between the leading and driven cones with the same force F. So, for β = 30 °, the contact force N will be 2F. That is, with the same effort, the contact density in the cone clutch is two times higher than in a conventional, disk. At β = 15 ° N = F / 0.26. This is almost 4 times that of F. But contact density is an indication of grip efficiency. This means that in this indicator the cone clutch is more effective than the disk one. The present clutch with the help of an additional (intermediate) shaft directly connects the engine to the gearbox, which eliminates slipping and burning of the clutch. For this, it is necessary that the output shaft of the engine be equipped with a sleeve, the inner surface of which has splines. The intermediate shaft on which the drive cone is mounted has a spline surface with dimensions equal to the dimensions of the spline surface of the output shaft sleeve, and one end is constantly located in this sleeve. The sleeve has a through slot with a direction along the axis. A pin moves in this slot, which is inserted into the hole drilled in the intermediate shaft, and to which the ring is attached, or some other device designed to serve as a stop for the release bearing when the clutch driving cone is withdrawn from the follower. The intermediate shaft has the ability to move along the axis of the sleeve at a distance equal to the length of the slot minus the diameter of the pin. Further along the sleeve with some clearance from the ring is a release bearing. The release bearing is mounted on a lever connecting it to a control mechanism that drives it. This mechanism may be a pedal, a power cylinder or something else. The release bearing must be made in the form of a ring, since the sleeve of the motor shaft passes inside it. The inner diameter of the release bearing is larger than the diameter of the sleeve and it moves freely along its axis. The sleeve ends with a support flange against which the clutch spring abuts. A drive cone is located on the intermediate shaft after the clutch spring. It slides along the axis of the shaft on its sleeve. A support cylinder is located inside the cone on its sleeve. The supporting cylinder has the possibility of axial movement along the sleeve. It has a shaft spring. At one end, the spring abuts against the end ring of the driving cone, and at the other against the side of the support cylinder. A slot is made in the sleeve of the primary cone, as well as in the shaft sleeve. In this slot, a pin moves along the sleeve connecting the shaft to the support cylinder. The shaft spring should be weaker than the clutch spring. Next, the shaft passes into the driven clutch cone. The intermediate shaft rotates in bearings mounted on its sleeve in the driven clutch cone. The driven cone sits on the hub of the drive shaft of the gearbox (gearbox). The inner surface of the sleeve is spline and has the same dimensions as the outer spline surface of the intermediate shaft. A bearing is mounted between the driven cone and the clutch housing, in which the driven cone rotates. When the clutch is disengaged (disconnected discs), there must be some clearance between the intermediate shaft and the splined sleeve of the gearbox drive shaft. When the clutch is engaged, the intermediate shaft with its free end should enter the splined sleeve of the gearbox drive shaft.

В Заявке представлены следующие чертежи:The application contains the following drawings:

Фиг.1. Действие силы

и сила реакции

в дисковом сцеплении.Figure 1. Force action

and reaction force

in a disk clutch.

Фиг.2. Действие силы

и сила реакции

в конусном сцеплении.Figure 2. Force action

and reaction force

in cone clutch.

Фиг.3. Схема общего вида конусного сцепления.Figure 3. General view of the cone clutch.

Фиг.4. Выжимной подшипник.Figure 4. Release bearing.

Фиг.5. Соединительная втулка выходного вала двигателя.Figure 5. Connecting sleeve of the motor output shaft.

Фиг.6. Промежуточный вал.6. Intermediate shaft.

Конусное сцепление состоит из кожуха сцепления 1, в котором расположены ведущий 9 и ведомый 10 конусы сцепления. Ведомый конус сцепления расположен на шлицевой втулке 13 ведущего вала 12 КПП и вращается в своем подшипнике 11. Ведущий конус располагается на промежуточном валу 6, на своей шлицевой втулке 15, имеющей возможность поступательного движения вдоль промежуточного вала. Промежуточный вал 6 имеет шлицевую поверхность и вращается в своем подшипнике 14. В ведущем конусе по шлицевой втулке 15 двигается соединенный с промежуточным валом штифтом 17 опорный цилиндр 16 с пружиной промежуточного вала 8. В торцевое кольцо ведущего конуса упирается пружина сцепления 7, которая другим своим концом упирается в опорный бортик 5 шлицевой соединительной втулки выходного вала двигателя 2. На втулке располагается опорное кольцо выжимного подшипника 20, на рычаге 4 размещается выжимной подшипник 3. Опорное кольцо 20 соединяется с промежуточным валом 6 с помощью штифта 19, проходящего через отверстие 23, просверленное в промежуточном вале. В шлицевой соединительной втулке выполнена сквозная прорезь 21, в которой двигается штифт 19 с опорным кольцом 20. При включенном сцеплении, промежуточный вал 6 одним концом сидит в шлицевой втулке вала двигателя 2, другим концом сидит в шлицевой втулке 11 ведущего вала коробки передач 12. Таким образом, при включенном сцеплении само контактное сцепление выключено из работы, а крутящий момент от двигателя коробке переключения передач передается через промежуточный вал. Ведомый конус сцепления 10 расположен на втулке 11 ведущего вала коробки передач 12 и при включенном сцеплении вращается вместе с валом 6 и ведущим конусом 9. Для выключения сцепления на рычаг сцепления 4 оказывается силовое воздействие, выжимной подшипник 3 давит на опорное кольцо 20, кольцо двигает вдоль оси вала, прикрепленный к нему штифт 19. Штифт ведет за собой промежуточный вал 6. Промежуточный вал, двигаясь по направлению к двигателю, выходит из втулки 13 вала коробки передач. В то же время промежуточный вал через штифт опорного цилиндра 17 ведет за собой опорный цилиндр 16. Опорный цилиндр, сжав пружину вала 8, упирается в торцевое кольцо конуса и, преодолевая сопротивление пружины сцепления 7, отводит ведущий конус 9 от ведомого 10, разорвав, таким образом, цепочку передачи вращения от двигателя коробке передач. При прекращении силового воздействия на рычаг сцепления, пружина сцепления 7, упираясь одним своим концом в опорный бортик соединительной втулки 5, а другим - в кольцо ведущего конуса сцепления 9, толкает ведущий конус вдоль оси вала по направлению от двигателя. Так как пружина сцепления 7 сильнее пружины вала 8, она сработает первой и сцепит ведущий и ведомый конусы сцепления. Ведомый конус сцепления расположен на втулке ведущего вала коробки переключения передач 13. Начав вращаться, он вращает втулку коробки переключения передач 13 со своим ведущим валом 12. Пружина промежуточного вала сцепления 8, после того как произошло соединение конусов, толкает опорный цилиндр, а с ним и промежуточный вал через штифт 19, вставленный в ведущим валом 12. Пружина промежуточного вала сцепления 8, после того как произошло соединение конусов, толкает опорный цилиндр, а с ним и промежуточный вал через штифт 19, вставленный в отверстие в вале 22, по прорези втулки ведущего конуса, по направлению к коробке передач. Так как сцепление уже произошло, и втулка 13 первичного вала коробки переключения передач вращается со скоростью, равной скорости вращения двигателя, промежуточный вал войдет во втулку 13 первичного вала коробки переключения передач. Таким образом, придет в действие цепочка передачи вращения от двигателя коробке переключения передач через промежуточный вал. Если промежуточный вал не попадет в шлицы втулки, при большом усилии двигателя конусы сцепления несколько провернутся, шлицы промежуточного вала найдут свои гнезда во втулке и зайдут в них. Промежуточный вал может быть полым и выполнен с внутренними шлицами под шлицевой конец выходного вала двигателя и шлицевой конец ведущего вала коробки передач, может иметь глухие проточки с внутренними шлицами, может иметь с одного конца внутренние шлицы, с другого - внешние. Использование вала или втулки в соединении будет зависеть от конкретного конструктивного решения в конкретном двигателе.The cone clutch consists of a clutch housing 1, in which a leading 9 and a driven 10 clutch cones are located. The driven clutch cone is located on the splined sleeve 13 of the gearbox drive shaft 12 and rotates in its bearing 11. The drive cone is located on the intermediate shaft 6, on its splined sleeve 15, with the possibility of translational movement along the intermediate shaft. The intermediate shaft 6 has a spline surface and rotates in its bearing 14. In the drive cone, a support cylinder 16 connected to the intermediate shaft by a pin 17 moves the pin cylinder 16 with the spring of the intermediate shaft 8. A clutch spring 7 rests against the end ring of the drive cone, which has its other end abuts against the support side 5 of the splined connecting sleeve of the output shaft of the engine 2. On the sleeve there is a support ring of the release bearing 20, on the lever 4 is placed the release bearing 3. The support ring 20 is connected to the intermediate shaft 6 using a pin 19 passing through the hole 23, drilled in the intermediate shaft. A through slot 21 is made in the splined connecting sleeve, in which the pin 19 moves with the support ring 20. When the clutch is engaged, the intermediate shaft 6 sits at one end in the splined sleeve of the engine shaft 2, the other end sits in the splined sleeve 11 of the gearbox drive shaft 12. Thus Thus, when the clutch is engaged, the contact clutch itself is turned off, and the torque from the engine to the gearbox is transmitted through the intermediate shaft. The driven clutch cone 10 is located on the sleeve 11 of the drive shaft of the gearbox 12 and, when the clutch is engaged, rotates together with the shaft 6 and the drive cone 9. To disengage the clutch, the clutch lever 4 is exerted, the release bearing 3 presses on the support ring 20, the ring moves along the axis of the shaft, a pin 19 attached to it. The pin leads the intermediate shaft 6. The intermediate shaft, moving towards the engine, leaves the gearbox shaft sleeve 13. At the same time, the intermediate shaft through the pin of the supporting cylinder 17 leads the supporting cylinder 16. The supporting cylinder, compressing the spring of the shaft 8, abuts against the end ring of the cone and, overcoming the resistance of the clutch spring 7, diverts the driving cone 9 from the driven 10, breaking Thus, the chain of transmission of rotation from the engine to the gearbox. Upon the termination of the force on the clutch lever, the clutch spring 7, abutting one end against the support flange of the connecting sleeve 5, and the other against the clutch driving cone ring 9, pushes the driving cone along the shaft axis in the direction from the engine. Since the clutch spring 7 is stronger than the shaft spring 8, it will work first and will engage the clutch master and slave cones. The driven clutch cone is located on the sleeve of the gearshift drive shaft 13. Starting to rotate, it rotates the gearshift sleeve 13 with its drive shaft 12. The spring of the clutch intermediate shaft 8, after the cones are connected, pushes the support cylinder, and with it the intermediate shaft through the pin 19 inserted in the drive shaft 12. The spring of the intermediate clutch shaft 8, after the cones are connected, pushes the support cylinder, and with it the intermediate shaft through the pin 19, inserted into the hole in shaft 22, through the slots of the drive cone bush, towards the gearbox. Since the clutch has already occurred, and the sleeve 13 of the input shaft of the gearbox rotates at a speed equal to the speed of the engine, the intermediate shaft will enter the sleeve 13 of the input shaft of the gearbox. Thus, the chain of transmission of rotation from the engine to the gearbox through the countershaft will come into effect. If the intermediate shaft does not fall into the splines of the sleeve, with a large engine effort, the clutch cones will slightly rotate, the splines of the intermediate shaft will find their nests in the sleeve and go into them. The intermediate shaft can be hollow and made with internal splines under the splined end of the engine output shaft and the splined end of the gearbox drive shaft, can have blind grooves with internal splines, can have internal splines on one end, and external splines on the other. The use of a shaft or sleeve in a joint will depend on the particular design in the particular engine.

Вывод.Output.

Замена в сцеплении дисков конусами и введение промежуточного вала повысит надежность сцепления.Replacing the clutch discs with cones and introducing an intermediate shaft will increase the clutch reliability.

*Учебник ″ФИЗИКА″ для 9-го класса М.М.Балашова, 1994 г. стр.225.* Textbook ″ PHYSICS ″ for the 9th grade of M.M. Balashov, 1994, p. 225.

Обозначения на чертежах.Designations in the drawings.

1 - кожух сцепления1 - clutch cover

2 - шлицевая соединительная втулка выходного вала двигателя2 - splined connecting sleeve of the engine output shaft

3 - выжимной подшипник сцепления3 - clutch release bearing

4 - рычаг сцепления4 - clutch lever

5 - опорный бортик соединительной втулки5 - supporting flange of the connecting sleeve

6 - промежуточный вал6 - an intermediate shaft

7 - пружина сцепления7 - clutch spring

8 - пружина вала8 - shaft spring

9 - ведущий конус сцепления9 - drive clutch cone

10 - ведомый конус сцепления10 - driven clutch cone

11 - подшипник ведомого конуса11 - bearing cone

12 - ведущий вал коробки переключения передач12 - a leading shaft of a gearbox

13 - шлицевая втулка ведущего вала коробки передач13 - splined sleeve of the drive shaft of the gearbox

14 - подшипник промежуточного вала14 - the intermediate shaft bearing

15 - шлицевая втулка ведущего конуса15 - spline sleeve of the driving cone

16 - опорный цилиндр промежуточного вала16 - the supporting cylinder of the intermediate shaft

17 - штифт опорного цилиндра17 - pin support cylinder

18 - силовой цилиндр сцепления18 - clutch master cylinder

19 - штифт промежуточного вала19 - pin intermediate shaft

20 - опорное кольцо выжимного подшипника20 - support ring clutch release bearing

21 - прорезь соединительной втулки21 - slot connecting sleeve

22 - отверстие под штифт промежуточного вала22 - hole for the pin of the intermediate shaft

23 - отверстие под штифт выжимного подшипника23 - hole for pin release bearing

Claims

A conical clutch comprising a driving cone located on an intermediate shaft, which is connected to the output shaft of the engine by one of its ends by a sliding splined connection, and a driven cone connected to the transmission drive shaft, in which the intermediate shaft, due to the possibility of axial movement, when the clutch engages closes the cones, the angular speed of the driving and driven cones is leveled, the intermediate shaft, continuing to move, its other end enters the splined connection with the drive shaft of the gearbox, rigidly o connecting a chain of transmission of torque from the engine to the gearbox, and when the clutch is turned off, moving in the opposite direction, the intermediate shaft leaves the spline connection with the drive shaft of the gearbox, breaking the rigid chain of transmission of torque from the engine to the gearbox, then the cones are disconnected by completely disconnecting the torque transmission chain from the engine to the gearbox.