RU2222727C2

RU2222727C2 - Roller-type overrunning clutch

Info

Publication number: RU2222727C2
Application number: RU2002109507/11A
Authority: RU
Inventors: П.В. Масленников; Ю.В. Янчевский; С.Л. Мазуровский
Original assignee: Ярославский государственный технический университет
Priority date: 2002-04-11
Filing date: 2002-04-11
Publication date: 2004-01-27
Also published as: RU2002109507A

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: invention is designed for stepless regulation of speed and it can be used in impulse transmissions, drives of starters of internal combustion engines and similar devices. Proposed clutch contains concentrically arranged sprocket and race and spring-loaded rollers with screw grooves placed in between. Novelty is that cylinder generating surfaces on ends of rollers are flanked to curve corresponding to load distribution law over length of contact line when rigid roller is pressed into elastic body whose support length is greater than length of roller. EFFECT: increased load bearing capacity and service life of clutch. 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в импульсных передачах, приводах стартеров и других устройствах. The present invention relates to mechanical engineering and can be used in pulse transmissions, starter drives and other devices.

Известна роликовая обгонная муфта (см. авт. свид. 324421 СССР, БИ 2, 1972), содержащая обойму, внутренняя поверхность которой выполнена по криволинейной образующей, звездочку с плоской рабочей поверхностью в зоне контакта, цилиндрические ролики, поджатые в клиновом пространстве между обоймой и звездочкой прижимным устройством. Known roller overrunning clutch (see ed. Certificate 324421 USSR, BI 2, 1972) containing a cage, the inner surface of which is made along a curvilinear generatrix, an asterisk with a flat working surface in the contact zone, cylindrical rollers pressed in the wedge space between the cage and asterisk clamping device.

Но в данной муфте в период рабочего хода осуществляется точечный контакт обоймы с роликом и линейный контакт звездочки с роликом на всей его длине. Такое исполнение муфты приводит к интенсивному износу обоймы с образованием питтинга и неравномерному распределению давления в зоне контакта ролика со звездочкой, обусловленного концентрацией нагрузки на концах образующих ролика согласно принципу Сен-Венана (см. Тимошенко С.П. Теория упругости. М.: Наука, 1975). Оба этих фактора снижают долговечность работы муфты. But in this coupling, during the stroke, the point contact of the cage with the roller and the linear contact of the sprocket with the roller over its entire length are made. This design of the coupling leads to intensive wear of the cage with the formation of a pitting and uneven distribution of pressure in the zone of contact of the roller with the sprocket, due to the concentration of the load at the ends of the forming roller according to the Saint-Venant principle (see Timoshenko S.P. Elasticity theory. M.: Science, 1975). Both of these factors reduce the durability of the coupling.

Известна также роликовая муфта свободного хода (см., например, авт. свид. SU 1812361 А1, БИ 16, 1993), принятая нами за прототип, содержащая концентрично расположенные звездочку и обойму и размещенные между ними подпружиненные ролики, на цилиндрической поверхности которых выполнены винтовые канавки, при этом геометрические параметры канавок определены из условия отношения фактической площади касания ролика к контурной площади касания в пределах 0,5...0,8, число канавок не менее двух, а нормальная ширина каждой канавки составляет 0,05...0,1 длины ролика. Also known is a freewheel roller clutch (see, for example, author's certificate SU 1812361 A1, BI 16, 1993), adopted by us for the prototype, containing concentrically arranged sprocket and cage and spring-loaded rollers placed between them, on the cylindrical surface of which are made screw grooves, while the geometric parameters of the grooves are determined from the condition of the ratio of the actual contact area of the roller to the contour area of contact within 0.5 ... 0.8, the number of grooves is at least two, and the normal width of each groove is 0.05 ... 0 , 1 roller length.

Однако в этой муфте при достижении положительного эффекта, выраженного в обеспечении режима граничного трения в зоне контакта роликов и звездочки, повышении надежности и стабильности заклинивания без пробуксовки, сохраняется кромочный эффект концентрации нагрузки на концах ролика при контактировании со звездочкой, что приводит к неравномерности распределения удельного давления по длине ролика. Неравномерность удельного давления по контактной линии вдоль образующей ролика приводит к неравномерному износу роликов, звездочки и обоймы, снижению долговечности и несущей способности муфты. However, in this coupling, when a positive effect is achieved, which ensures the boundary friction regime in the contact zone of the rollers and the sprocket, increases the reliability and stability of jamming without slipping, the edge effect of the load concentration at the ends of the roller when in contact with the sprocket is preserved, which leads to uneven distribution of specific pressure along the length of the roller. The unevenness of the specific pressure along the contact line along the generatrix of the roller leads to uneven wear of the rollers, sprockets and clips, reducing the durability and bearing capacity of the coupling.

Цель предлагаемого изобретения - повышение несущей способности и долговечности роликовой муфты свободного хода. The purpose of the invention is to increase the bearing capacity and durability of the freewheel.

Поставленная цель достигается тем, что предложенная роликовая муфта свободного хода содержит концентрично расположенные звездочку и обойму и размещенные между ними подпружиненные ролики с винтовыми канавками, причем на концах роликов выполнено фланкирование образующих цилиндра в виде кривой, соответствующей закону распределения нагрузки по длине контактной линии при вдавливании жесткого ролика в упругое тело, опорная длина которого больше длины ролика. This goal is achieved by the fact that the proposed freewheel roller clutch contains concentric sprocket and cage and spring-loaded rollers with screw grooves located between them, and at the ends of the rollers flanking of cylinder generators is made in the form of a curve corresponding to the law of load distribution along the length of the contact line when pressing hard roller into an elastic body, the reference length of which is greater than the length of the roller.

Сравнительный анализ с прототипом показал, что предложенный роликовый механизм свободного хода отличается тем, что в предложенной роликовой муфте свободного хода на концах роликов выполнено фланкирование образующих цилиндра по кривой, соответствующей закону распределения нагрузки по длине контактной линии при вдавливании жесткого ролика в упругое тело, опорная длина которого больше длины ролика. A comparative analysis with the prototype showed that the proposed freewheel roller mechanism is characterized in that the cylinder freewheel at the ends of the rollers flanks the cylinder generators according to a curve corresponding to the law of load distribution along the length of the contact line when a rigid roller is pressed into an elastic body, reference length which is longer than the length of the roller.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом (а, б, в). Роликовая муфта свободного хода содержит концентрично расположенные звездочку 1 и обойму 2, между которыми в клиновом пространстве расположены ролики 3, поджатые усилием пружин F_пр. На чертеже, а показано распределение нагрузки q_(z) и упругой деформации U_(z) тела звездочки по длине контактной линии l_р с прямыми краями.The essence of the proposed technical solution is illustrated by the drawing (a, b, c). The freewheel roller coupling contains concentric sprocket sprocket 1 and cage 2, between which rollers 3 are located in the wedge space, pressed by the force of springs F, _etc. The drawing shows the distribution of the load q _(z) and elastic deformation U _(z) of the sprocket body along the length contact line l _p with straight edges.

На чертеже, б обозначено: N_p - расчетное усилие на ролик, 2с - расчетная ширина полоски касания ролика и звездочки, определяемая по формуле Герца для случая начального линейного касания двух цилиндров бесконечной длины

где q=N_p/l_p - средняя нагрузка по длине ролика l_p, R₁ и R₂ - радиусы кривизны ролика и звездочки в зоне контакта, Е - модуль упругости 1-го рода). По настоящее время нет точного решения задачи о законе распределения удельной нагрузки q_(z) вдоль площадки контакта l_p. Из имеющихся приближенных решений наиболее простым и относительно точным является решение, предложенное Е. Н. Пустынцевым (Пустынцев Е.Н. Распределение нагрузки и деформации в контакте упругих тел с первоначальным линейным касанием. /Проектирование механических трансмиссий. - Ярославль, 1996. - С. 23-30), основанное на результатах решения задачи Буссинеску о действии нормальной силы на упругое полупространство (Тимошенко С.П. Теория упругости. М.: Наука, 1975).In the drawing, b it is indicated: N _p is the estimated force on the roller, 2c is the estimated width of the contact strip of the roller and the sprocket, determined by the Hertz formula for the case of the initial linear contact of two cylinders of infinite length

where q = N _p / l _p is the average load along the length of the roller l _p , R ₁ and R ₂ are the radii of curvature of the roller and the sprocket in the contact zone, E is the elastic modulus of the first kind). To date, there is no exact solution to the problem of the law of the distribution of the specific load q _(z) along the contact area l _p . Of the available approximate solutions, the most simple and relatively accurate is the solution proposed by E. N. Pustyntsev (Pustyntsev E. N. Distribution of load and deformation in contact of elastic bodies with the initial linear contact. / Design of mechanical transmissions. - Yaroslavl, 1996. - P. 23-30), based on the results of solving the Boussinescu problem on the action of normal forces on the elastic half-space (Timoshenko S.P. Theory of elasticity. M: Nauka, 1975).

При этом, как показано на чертеже, в, зная коэффициент концентрации нагрузки K_q= q_(z)max/q_ср и длину участка 1-2, на котором q_(z)>q_ср, можно определить параметры фланкирования образующих ролика Δl и Δr, кривую AD, заменив (аппроксимировав) ее дугой окружности радиуса R_ср (центр кривизны O₁ находим пересечением оси ролика с перпендикуляром, проведенным к середине хорды AD).Moreover, as shown in the drawing, c, knowing the load concentration coefficient K _q = q _{(z) max} / q _cf and the length of the section 1-2, on which q _(z) > q _cf , it is possible to determine the flanking parameters of the roller generators Δl and Δr, the curve AD, replacing (having approximated) by its arc of a circle of radius R _cf (the center of curvature O _{1 is} found by the intersection of the axis of the roller with a perpendicular drawn to the middle of the chord AD).

Поскольку максимальные значения удельной нагрузки q_(z)max и упругие деформации U_(z)max будут по краям ролика (точка 2), то

где

В формулах (1), (2) и (3) приняты обозначения: U_ж, U_(z)2 - осадка или перемещение упругого полупространства при вдавливании абсолютно жесткого цилиндрического ролика соответственно на участке 0-1 и точке 2; k - суммарный коэффициент контактной податливости в зоне контакта, причем соответственно k₁ - для ролика и k₂ - для звездочки.Since the maximum values of the specific load q _{(z) max} and elastic deformations U _{(z) max} will be at the edges of the roller (point 2), then

Where

In the formulas (1), (2) and (3), the following notations are used: U _W , U _{(z) 2} - draft or displacement of the elastic half-space when an absolutely rigid cylindrical roller is pressed in, respectively, at section 0-1 and point 2; k is the total coefficient of contact compliance in the contact zone, with, respectively, k ₁ for the roller and k ₂ for the sprocket.

Если μ₁ = μ₂ и Е₁=Е₂, то

где μ₁ и μ₂ - коэффициенты Пуассона материала ролика и звездочки; k_λ= l_р/c; n=100...150.If μ ₁ = μ ₂ and E ₁ = E ₂ , then

where μ ₁ and μ ₂ are the Poisson ratios of the material of the roller and sprocket; k _λ = l _p / c; n = 100 ... 150.

Для реального проектирования геометрии фланкирования образующих роликов принимаем следующие рекомендации:
Δr≥U_(z)2, но не менее допуска на конусность ролика;
Δl=с•n=(100...150) с.For the actual design of the flanking geometry of the forming rollers, we accept the following recommendations:
Δr≥U _{(z) 2} , but not less than the tolerance on the taper of the roller;
Δl = s • n = (100 ... 150) s.

Такие значения Δr и Δl согласуются с выбором геометрии cкруглений кромок втулок для прессовых посадок и бомпирований обойм роликовых подшипников (см. Пономарев С. Д. и Бидерман В.Л. Расчеты на прочность в машиностроении. М.: Машгиз. Т.2. 1958). Such values of Δr and Δl are consistent with the choice of the geometry of the rounding off of the edges of the bushings for press fit and compaction of the bearings of roller bearings (see Ponomarev S.D. and Biderman V.L. Strength calculations in mechanical engineering. M .: Mashgiz. T.2. 1958 )

Муфта работает следующим образом. The coupling operates as follows.

При повороте обоймы 2 против часовой стрелки ролики 3 перекатываются в клиновое пространство, смазка выдавливается в канавки, в итоге ролики заклиниваются, и происходит рабочий ход. Холостой ход муфты будет при вращении обоймы по часовой стрелке. When the holder 2 is rotated counterclockwise, the rollers 3 are rolled into the wedge space, the lubricant is squeezed out into the grooves, as a result, the rollers become jammed, and a working stroke occurs. The idling of the clutch will be when the cage rotates clockwise.

За счет фланкирования кромок образующих роликов происходит выравнивание упругой деформации звездочки в зоне контакта и равномерное распределение удельного давления по площадке контакта. Due to the flanking of the edges of the forming rollers, the elastic deformation of the sprocket in the contact zone is equalized and the specific pressure is uniformly distributed over the contact area.

Совокупность действия этих факторов повышаeт несущую способность муфты и долговечность ее работы. The combination of these factors increases the bearing capacity of the coupling and the durability of its operation.

Claims

A freewheel roller clutch containing concentrically arranged sprocket and cage and spring-loaded rollers with screw grooves placed between them, characterized in that flanks are formed at the ends of the rollers in the form of a curve corresponding to the law of load distribution along the length of the contact line when the hard roller is pressed into the elastic a body whose support length is greater than the length of the roller.