RU2092724C1

RU2092724C1 - Slipping clutch

Info

Publication number: RU2092724C1
Application number: RU93027778A
Authority: RU
Inventors: М.П. Шишкарев
Original assignee: Ростовский-на-Дону институт автоматизации и технологии машиностроения
Priority date: 1993-05-14
Filing date: 1993-05-14
Publication date: 1997-10-10

Abstract

FIELD: transmission of torque of limited magnitude. SUBSTANCE: drive clutch member 1 and driven clutch member 2 are connected by means of friction disk 3 pressed between thrust friction disk 4 and pressure disk 5 mounted for rotation and axial displacement relative to clutch member 1. Friction pairs are pressed to each other by means of pressure spring 9. Pressure unit includes 6 located in seats of varying depth between bearing member of clutch member 1 and pressure bush 8 mounted for rotation and axial displacement relative to clutch member 1 and disk 4. In transmitting the load to balls 6 of pressure unit and balls 7 of release stabilizing unit, distance forces arise which tend to reduce pressure force holding the friction pairs towards each other. When operates at maximum friction coefficient, "friction member of clutch member 1 - disk 4" is removed from operation, thus effectively limiting the load between clutch members 1 and 2. EFFECT: enhanced efficiency in limiting load between clutch members. 2 dwg

Description

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

Наиболее близкой к заявляемой по совокупности признаков является предохранительная фрикционная муфта, содержащая ведущую и ведомую полумуфты, связанные посредством фрикционных дисков, жестко связанный с ведущей полумуфтой опорный элемент, установленные на ведущей полумуфте с возможностью вращения и осевого перемещения нажимные диск и втулку, жестко связанную с упорным фрикционным диском, отжимной стабилизирующий и нажимной узлы, выполненные в виде тел качения, расположенных в гнездах переменной глубины соответственно нажимной втулки и нажимного диска, опорного элемента и нажимной втулки, и нажимную пружину /1/. Closest to the claimed combination of features is a safety friction clutch containing a leading and driven half coupling connected by friction disks, a support element rigidly connected to the leading half coupling, mounted on the leading half coupling with the possibility of rotation and axial movement of the pressure disk and the sleeve rigidly connected with the thrust friction disk, squeezing stabilizing and pressure assemblies made in the form of rolling elements located in nests of variable depth respectively of pressure sleeve Ki and pressure plate, support element and pressure sleeve, and pressure spring / 1 /.

Недостаток известной муфты заключается в невысокой точности срабатывания в условиях изменения коэффициента трения. Это объясняется тем, что уменьшение силы сжатия пружины при срабатывании происходит после начала буксования, т. е. после достижения максимального значения крутящего момента срабатывания, величина которого и определяет фактическую перегрузку муфты, при которой происходит срабатывание. Кроме того, муфта обладает низкой плавностью работы при буксовании вследствие значительных колебаний осевых сил из-за осциллирующего характера движения нажимной втулки. A disadvantage of the known clutch is the low accuracy of response under conditions of changes in the coefficient of friction. This is explained by the fact that a decrease in the compression force of the spring during operation occurs after the start of slipping, i.e., after reaching the maximum value of the operating torque, the value of which determines the actual overload of the clutch at which the operation occurs. In addition, the coupling has a low smoothness during slipping due to significant fluctuations in axial forces due to the oscillating nature of the movement of the pressure sleeve.

В изобретении решается задача улучшения эксплуатационных свойств предохранительной фрикционной муфты путем повышения точности срабатывания и плавности работы. Поставленная задача решается тем, что в предохранительной фрикционной муфте, содержащей ведущую и ведомую полумуфты, связанные по меньшей мере одним фрикционным диском, поджатым посредством нажимной пружины к упорному фрикционному диску через установленный с возможностью вращения и осевого перемещения относительно ведущей полумуфты нажимной диск, жестко связанный с ведущей полумуфтой опорный элемент, расположенную между нажимным диском и опорным элементом нажимную втулку, установленную с возможностью вращения и осевого перемещения относительно ведущей полумуфты, отжимной стабилизирующий и нажимной узлы, выполненные в виде тел качения, расположенных в гнездах переменной глубины соответственно нажимного диска и нажимной втулки, опорного элемента и нажимной втулки, упорный фрикционный диск установлен с возможностью вращения и осевого перемещения относительно ведущей полумуфты и нажимной втулки и связан фрикционно с опорным элементом, выполненным в виде фрикционного диска, а величина угла между боковой поверхностью гнезда переменной глубины опорного элемента и осью муфты определяется из выражения:

где α₁ угол между боковой поверхностью гнезда переменной глубины опорного элемента и осью муфты;
r радиус окружности, на которой расположены тела вращения нажимного узла;
Z число пар поверхностей фрикционных дисков;
R_ср средний радиус трения фрикционных дисков;
f_max максимальное значение коэффициента трения;
α угол между боковой поверхностью гнезда переменной глубины нажимного диска и осью муфты.The invention solves the problem of improving the operational properties of the safety friction clutch by increasing the accuracy of operation and smooth operation. The problem is solved in that in the safety friction clutch, containing the leading and driven half-couplings, connected by at least one friction disk, pressed by means of a pressure spring to the thrust friction disk through a pressure disk, which is mounted for rotation and axial movement relative to the leading half-clutch, rigidly connected to leading coupling half supporting element located between the pressure disk and the supporting element, the pressure sleeve mounted for rotation and axial movement relative to the leading coupling half, the stabilizing and pressing assemblies made in the form of rolling bodies located in the nests of variable depth respectively of the pressure plate and pressure sleeve, support element and pressure sleeve, the thrust friction disk is mounted for rotation and axial movement relative to the driving half coupling and pressure sleeve and is connected frictionally with a support element made in the form of a friction disk, and the angle between the side surface of the nest of a variable depth of the support element and Sue clutch is determined from the expression:

where α _{1 is the} angle between the side surface of the socket of variable depth of the support element and the axis of the coupling;
r is the radius of the circle on which the bodies of rotation of the pressure unit are located;
Z the number of pairs of surfaces of the friction discs;
R _{cf the} average radius of friction of the friction discs;
f _{max the} maximum value of the coefficient of friction;
α is the angle between the side surface of the socket of variable depth of the pressure plate and the axis of the coupling.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предохранительной фрикционной муфты; на фиг. 2 разрез A-A на фиг. 1. In FIG. 1 shows a schematic diagram of a safety friction clutch; in FIG. 2, section A-A in FIG. one.

Предохранительная фрикционная муфта содержит ведущую и ведомую ведомую 2 полумуфты, связанные фрикционным диском 3. Упорный фрикционный диск 4 установлен с возможностью вращения и осевого перемещения относительно полумуфты 1 между фрикционным диском 3 и опорным элементом, выполненным в виде фрикционного диска и жестко закрепленным на полумуфте 1. The safety friction clutch contains a leading and a driven follower 2 coupling halves connected by a friction disk 3. The thrust friction disk 4 is mounted for rotation and axial movement relative to the coupling half 1 between the friction disk 3 and the supporting element, made in the form of a friction disk and rigidly mounted on the coupling half 1.

Нажимной диск 5 установлен с возможностью осевого и окружного перемещения относительно полумуфты 1. The pressure disk 5 is mounted with the possibility of axial and circumferential movement relative to the coupling half 1.

Нажимной узел выполнен в виде тел качения 6, расположенных в гнездах переменной глубины, одна часть которых выполнена в опорном элементе. The pressure unit is made in the form of rolling bodies 6 located in sockets of variable depth, one part of which is made in the support element.

Отжимной стабилизирующий узел выполнен в виде тел качения 7, расположенных в гнездах переменной глубины (фиг. 2), одна часть которых выполнена в нажимном диске 5. The squeezing stabilizing unit is made in the form of rolling bodies 7 located in sockets of variable depth (Fig. 2), one part of which is made in the pressure disk 5.

Вторые части гнезд переменной глубины нажимного и отжимного стабилизирующих узлов выполнены в нажимной втулке 8, установленной с возможностью осевого и окружного перемещения относительно полумуфты 1. The second parts of the nests of variable depth of the pressure and squeeze stabilizing nodes are made in the pressure sleeve 8, mounted with the possibility of axial and circumferential movement relative to the coupling half 1.

Упорный фрикционный диск 4 установлен с возможностью осевого и окружного перемещения относительно нажимной втулки 8. Thrust friction disk 4 is mounted with the possibility of axial and circumferential movement relative to the pressure sleeve 8.

Прижатие фрикционных дисков друг к другу осуществляется нажимной пружиной 9, усилие сжатия которой может быть отрегулировано при помощи регулировочного элемента 10. The friction discs are pressed against each other by a pressure spring 9, the compression force of which can be adjusted using the adjusting element 10.

Для уменьшения трения между упорным фрикционным диском 4 и буртиком нажимной втулки 8, а также между нажимным диском 5 и пружиной 9 установлены упорные подшипники. To reduce the friction between the thrust friction disk 4 and the shoulder of the pressure sleeve 8, as well as between the pressure disk 5 and the spring 9, thrust bearings are installed.

Величина угла между боковой поверхностью гнезда переменной глубины опорного элемента и осью муфты превышает величину аналогичного угла гнезда переменной глубины нажимного диска 5. The angle between the lateral surface of the nest of variable depth of the support element and the axis of the clutch exceeds the value of the same angle of the nest of variable depth of the pressure plate 5.

Муфта работает следующим образом. The coupling operates as follows.

В процессе работы половина крутящего момента муфты от полумуфмы 1 на полумуфту 2 (при одном фрикционном диске 3) передается посредством фрикционного взаимодействия между опорным элементом и упорным фрикционным диском 4, а также между фрикционным диском 3 и упорным фрикционным диском 4. С этой целью средние радиусы трения указанных фрикционных пар должны быть одинаковы. Вторая половина крутящего момента муфты передается от опорного элемента посредством шариков 6 на нажимную втулку 8, а от последней посредством шариков 7 на нажимной диск 5, который за счет фрикционного взаимодействия передает крутящий момент на фрикционный диск 3. During operation, half of the clutch torque from the coupling half 1 to the coupling half 2 (with one friction disk 3) is transmitted through friction interaction between the support element and the friction disc 4, as well as between the friction disk 3 and the friction disc 4. For this purpose, the average radii the friction of these friction pairs should be the same. The second half of the clutch torque is transmitted from the support element by means of balls 6 to the pressure sleeve 8, and from the last by means of balls 7 to the pressure disk 5, which transfers the torque to the friction disk 3 due to frictional interaction.

Вследствие этого на шариках 6 и 7 возникают распорные силы, причем распорная сила на шариках 6 стремится отжать вправо нажимную втулку 8, шарики 7, нажимной диск 6 и упорный фрикционный диск 4, а распорная сила на шариках 7 стремится отжать вправо нажимной диск 7. В результате этого уменьшается сила прижатия упорного фрикционного диска 4 к опорному элементу и нажимного диска 5 к фрикционному диску 3, что приводит к уменьшению моментов трения между фрикционными поверхностями дисков и к повышению точности срабатывания муфты. As a result, spacer forces occur on balls 6 and 7, and the spacer force on the balls 6 tends to press the pressure sleeve 8 to the right, the balls 7, the pressure disk 6 and the thrust friction disk 4, and the spacer force on the balls 7 tends to press the pressure disk 7 to the right. as a result of this, the pressing force of the thrust friction disk 4 to the support element and the pressure disk 5 to the friction disk 3 is reduced, which leads to a decrease in the friction moments between the friction surfaces of the disks and to an increase in the clutch response accuracy.

В случае наступления перегрузки при максимальном значении коэффициента трения распорная сила на шариках 6 достигает величины, равной силе сжатия пружины 9, в результате чего прекращается передача крутящего момента между опорным элементом и упорным фрикционным диском 4 и последний при срабатывании муфты останавливается вместе с ведомой полумуфтой 2 и фрикционным диском 3. In the event of an overload at the maximum value of the coefficient of friction, the spacer force on the balls 6 reaches a value equal to the compression force of the spring 9, as a result of which the transmission of torque between the support element and the thrust friction disk 4 ceases and the latter stops when the clutch engages, along with the driven coupling half 2 and friction disc 3.

Следовательно, при срабатывании крутящий момент полумуфтой 1 и 2 передается только фрикционной парой "нажимной диск 5 фрикционный диск 3". Therefore, when triggered, the torque of the coupling half 1 and 2 is transmitted only by the friction pair "pressure plate 5 friction disk 3".

Таким образом, в процессе срабатывания муфты с минимальным коэффициентом трения крутящий момент передается всеми фрикционными парами, тогда как при срабатывании с максимальным коэффициентом трения одной фрикционной парой. Thus, during the operation of the clutch with a minimum coefficient of friction, the torque is transmitted by all friction pairs, while when activated with the maximum coefficient of friction by one friction pair.

Для установки аналитических зависимостей предельных крутящих моментов муфты от соответствующих величин коэффициента трения и определения вышеуказанного условия запишем в общем виде выражение, определяющее величину предельного крутящего момента:
T T₁ + T₂
где T крутящий момент муфты;
T₁ крутящий момент, передаваемый парой трения "опорный элемент - упорный фрикционный диск" ("упорный фрикционный диск 4 фрикционный диск 3");
T₂ крутящий момент, передаваемый нажимным диском 5.To establish the analytical dependences of the limiting torque of the coupling on the corresponding values of the coefficient of friction and determine the above condition, we write in general terms an expression that determines the magnitude of the limiting torque:
TT ₁ + T ₂
where T is the clutch torque;
T _{1 is the} torque transmitted by the friction pair "support element - thrust friction disk"("thrust friction disk 4 friction disk 3");
T _{2 is the} torque transmitted by the pressure plate 5.

Задача решается для многодискового варианта муфты. The problem is solved for a multi-disc version of the clutch.

Выражение для определения величины T₁ запишется в виде:
T₁ R_ср•f(F_n F_p),
где R_ср средний радиус трения (принят одинаковым для всех фрикционных пар);
f текущее значение коэффициента трения;
F_n первоначальная сила сжатия пружины 9;
F_p распорная сила на шариках 6.The expression for determining the value of T _{1 is} written in the form:
T ₁ R _cf • f (F _n F _p ),
where R _{cf is the} average radius of friction (assumed to be the same for all friction pairs);
f current value of the coefficient of friction;
F _{n the} initial compression force of the spring 9;
F _p spacer force on balls 6.

Соответственно этому выражение для определения величины T₂ имеет вид:
T₂ (Z-2)R_ср•f(F_n-F_p1),
где Z число пар поверхностей трения фрикционных дисков, включая пару "опорный элемент упорный фрикционный диск 4";
F_p1 распорная сила на шариках 7, определяемая следующим образом:

или с учетом формулы (3):

где r радиус окружности, на которой расположены шарики 6 и 7 (принят одинаковым для обеих групп шариков);
α угол между боковой поверхностью гнезда переменной глубины нажимного диска 5 и осью муфты.Accordingly, the expression for determining the value of T ₂ has the form:
T ₂ (Z-2) R _cf • f (F _n -F _p1 ),
where Z is the number of pairs of friction surfaces of the friction discs, including a pair of "support element thrust friction disk 4";
F _p1 spacer force on the balls 7, defined as follows:

or taking into account the formula (3):

where r is the radius of the circle on which the

balls

6 and 7 are located (assumed to be the same for both groups of balls);
α is the angle between the side surface of the socket of variable depth of the pressure plate 5 and the axis of the coupling.

Поскольку шарики 6 не передают крутящий момент на упорный фрикционный диск 4 (моментом сил трения в упорном подшипнике между элементами 4 и 8 пренебрегаем ввиду его малой величины), крутящий момент, передаваемый шариками 6, равен крутящему моменту, который передают шарики 7. Следовательно

или с учетом формул (3) и (4):

где α₁ угол между боковой поверхностью гнезда переменной глубины опорного элемента и осью муфты.Since the balls 6 do not transmit torque to the thrust friction disk 4 (we neglect the moment of friction in the thrust bearing between elements 4 and 8 because of its small value), the torque transmitted by the balls 6 is equal to the torque transmitted by the balls 7. Therefore

or taking into account formulas (3) and (4):

where α _{1 is the} angle between the side surface of the socket of variable depth of the support element and the axis of the coupling.

Подставив в равенство (1) значение выражений (2) и (3) с учетом зависимостей (4) и (5), получим:

В соответствии с приведенным выше условием срабатывание муфты при максимальном значении коэффициента трения происходит при соблюдении равенства:
F_p F_n (7)
Решая равенство (7) с учетом выражения (5), получим:

где f_max максимальное значение коэффициента трения.Substituting in the equality (1) the value of the expressions (2) and (3), taking into account the dependencies (4) and (5), we obtain:

In accordance with the above condition, the clutch is triggered at the maximum value of the coefficient of friction occurs subject to the equality:
F _p F _n (7)
Solving equality (7) taking into account expression (5), we obtain:

where f _{max is the} maximum value of the coefficient of friction.

Полученное выражение устанавливает величину угла α₁ при которой срабатывании муфты происходит при выключенной из работы паре трения "опорный элемент упорный фрикционный диск 4 (диск 3 диск 4)". Поэтому величина предельного крутящего момента муфты при минимальном значении коэффициента трения определяется из выражения (6), а при максимальном значении коэффициента трения по выражению:

Выражение (9) получено путем решения уравнения (3) с учетом выражения (4) при f_max.The resulting expression sets the angle α ₁ at which the clutch is triggered when the friction pair “support element thrust friction disk 4 (disk 3 disk 4)” is turned off. Therefore, the value of the limiting torque of the clutch at the minimum value of the coefficient of friction is determined from the expression (6), and at the maximum value of the coefficient of friction according to the expression:

Expression (9) is obtained by solving equation (3) taking into account expression (4) at f _max .

Подставив значение tgα₁ из выражения (8) в формулу (6), получим окончательно:

где f_min минимальное значение коэффициента трения.Substituting the value of tgα ₁ from expression (8) into formula (6), we finally obtain:

where f _{min is the} minimum value of the coefficient of friction.

В известной муфте /1/ срабатывание происходит под действием отжимного стабилизирующего устройства, поэтому выражение для определения предельного крутящего момента имеет тот же вид, что и, например, для известной муфты /В. С. Поляков, И. Д. Барбаш, Муфты. Конструкции и расчет. Л. Машиностроение, 1973 г. с. 286, рис. 204/:

Принимая Z 3, F_n 100 кг, R_ср 0,1 м, r 0,05 м, α 45^o, f_min 0,2, f_max 0,4, получим tgα₁ = tgα₂= 2,25, α₁= α₂= 66^°
Тогда для заявляемой муфты T_min 2,14 кГм, T_max 2,22 кГм, для муфты-прототипа T_min 2,14 кГм, T_max 2,61 кГм. Соответственно этому величины коэффициентов точности срабатывания муфт равны: К_т 1,04, К_т1 1,22.In the known coupling / 1 /, the actuation occurs under the action of the squeezing stabilizing device, therefore the expression for determining the maximum torque has the same form as, for example, for the known coupling / B. S. Polyakov, I.D. Barbash, Couplings. Designs and calculation. L. Mechanical engineering, 1973. 286, fig. 204 /:

Taking Z 3, F _n 100 kg, R _cf. 0.1 m, r 0.05 m, α 45 ^o , f _min 0.2, f _max 0.4, we obtain tgα ₁ = tgα ₂ = 2.25, α ₁ = α ₂ = 66 ^°
Then for the inventive coupling T _min 2,14 kgm, T _max 2,22 kgm, for the prototype coupling T _min 2,14 kgm, T _max 2,61 kgm. Accordingly, the values of the accuracy coefficients of the operation of the couplings are: K _t 1,04, K _t1 1,22.

Точность срабатывания описанной муфты выше точности срабатывания известной муфты /1/, она обладает также более высокой плавностью срабатывания, поскольку при срабатывании отсутствуют осциллирующие движения нажимной втулки 8. The accuracy of operation of the described coupling is higher than the accuracy of the known coupling / 1 /, it also has a higher smoothness of operation, since when triggered there are no oscillating movements of the pressure sleeve 8.

Для более надежной работы муфты величина среднего радиуса трения опорного элемента может быть установлена на 5.10 выше, чем величина среднего радиуса трения фрикционного диска 3. Это позволяет увеличить в передаваемый опорным элементом крутящий момент по сравнению с крутящим моментом, который передает упорный фрикционный диск 4, и исключить случайные буксования пары "опорный элемент упорный фрикционный диск 4". For more reliable operation of the clutch, the average radius of friction of the support element can be set 5.10 higher than the average radius of friction of the friction disk 3. This allows you to increase the torque transmitted by the support element compared to the torque transmitted by the resistant friction disk 4, and exclude accidental slipping of the pair "support element thrust friction disk 4".

Claims

A safety friction clutch comprising a driving and driven half coupling connected by at least one friction disk, pressed by a compression spring to the thrust friction disk through a pressure disk mounted with the possibility of rotation and axial movement relative to the driving coupling half, a support element rigidly connected to the leading half coupling located between a pressure disk and a support element, a pressure sleeve mounted for rotation and axial movement relative to the leading coupling half, spin oh stabilizing and pressing units made in the form of rolling bodies located in nests of variable depth respectively of the pressure plate and pressure sleeve, support element and pressure sleeve, characterized in that the thrust friction disk is mounted for rotation and axial movement relative to the drive coupling half and pressure sleeve and is connected frictionally with the support element, made in the form of a friction disk, and the angle between the side surface of the socket of variable depth of the support element and the axis of the clutch is determined arises from the expression

where α ₁ is the angle between the side surface of the socket of variable depth of the support element and the axis of the coupling;
r is the radius of the circle on which the rolling bodies of the pressure unit are located;
Z is the number of pairs of friction disc surfaces;
R _{cf the} average radius of friction of the friction discs;
f _{max the} maximum value of the coefficient of friction;
α is the angle between the side surface of the socket of variable depth of the pressure plate and the axis of the coupling.