Спосіб передачі крутного моменту та фрикційна муфта для здійснення способу

1. Спосіб передачі крутного моменту, що полягає в приведенні в контакт ведучої та веденої півмуфт зусиллям, яке створює силу тертя, який відрізняється тим, що силу тертя створюють передачею на диски півмуфт, за допомогою важелів, відцентрової сили, що виникає за рахунок відхилення від осі обертання вантажів, при цьому сила тертя виражається залежністю: 2 nmLk R( w2 - w0 ) - g Fmp = , sl де Fmp - сила тертя; 2 (19) 1 3 швидкого зчеплення і розчеплення механічного зв’язку валу генератора з валом мультиплікатора, необхідного для надання можливості роботи генератора, включеному до електромережі, в режимі синхронного компенсатора при частоті обертів вітроколеса нижче номінальних. Спосіб передачі крутного моменту у вітровій електричній установці ВЭУ-500 полягає в з’єднанні вал-ступиці (вал ведучий) з вхідним валом (веденим) мультиплікатора в умовах лінійних та кутових зміщень валів і з’єднань швидкохідних (ведучих) валів мультиплікатора з валами (веденими) генераторів. Аналог муфти для забезпечення способу передачі крутного моменту - муфта комбінована, описана у „Агрегат ветроэлектрический АВЭ-250С. Техническое описание АВЭ-250С ТО, ГКБЮ г.Днепропетровск, 1994”, яка містить дві частини: обгінну та пружну пелюсткову, з’єднані в один вузол. Аналог муфти для забезпечення способу передачі крутного моменту - муфта пелюсткова, описана в керівництві по експлуатації: „Установка ветровая электрическая ВЭУ-500 90.9990.0000.0000.00.0 РЭ. Руководство по эксплуатации. ГКБЮ г.Днепропетровск, 2002”, яка складається з двох фланців, з’єднаних між собою гумовотканинними пелюстками, які приєднуються до фланців болтами через пластинчаті шайби. Аналог фрикційної муфти для здійснення пропонованого способу - запобіжна муфта описана в [заявці №93007368 від 10.09.93р. МПК 5F16D7/04 Краснолуцького машинобудівного заводу (автор Амбіндер А.К.)], яка містить установлені на валах ведучу та ведену напівмуфти з елементами зчеплення на взаємоповернених поверхнях, одна з напівмуфт установлена з можливістю осьового переміщення та підпружинена до другої напівмуфти і механізм миттєвого роз’єднання напівмуфт при перевищенні граничного крутного моменту, виконаний у вигляді пластинчастого пружинного елементу, установленого з можливістю регульованого переміщення та з’єднаного з веденою напівмуфтою, яка забезпечена диском, розташованим з можливістю регульованого переміщення відносно веденого валу, повзунами, установленими в диску діаметрально протилежно та з можливістю радіального регульованого переміщення відносно, пластинчастий пружний елемент, виконаний у вигляді пружини, яка встановлена кінцями у способів варто віднести До недоліків описаних виконаних на торцях повзунів виїмках. відсутність можливості плавного автоматичного багаторазового вмикання зчеплення (з’єднання напівмуфт) і розчеплення при необхідності, що, у випадку застосування нероз’ємних муфт у вітроенергетиці матимете місце витрати потужності при обертах ведучого валу вітрової електроустановки на холостому ходу. До недоліків описаних муфт комбінованої та пелюсткової варто віднести неможливість, у разі необхідності, роз’єднання механічного зв’язку між ведучим та веденим валами. 81687 4 До недоліків описаної запобіжної муфти варто віднести відсутність автоматичного підтримання сили тиску однієї напівмуфти на другу в залежності від зносу фрикційних накладок веденої напівмуфти під час експлуатації механічного засобу, де застосовується запобіжна муфта. У якості прототипу способу, що заявляється, вибраного заявником із аналогів за рядом суттєвих ознак, схожих з ознаками пропонованого належить прийняти спосіб передачі крутного моменту від колінчатого (ведучого) валу двигуна автомобіля на його трансмісію, описаний у книзі авторів Б.В. Єршова, М.О. Юрченка. «Легковые автомобили ВАЗ. Конструкция и техническое обслуживание., Киев, «Вища школа» 1978.» Спосіб передачі крутного моменту від колінчатого валу двигуна автомобілів ВАЗ на трансмісію полягає в тому, що в контакт натискний диск ведучої напівмуфти і диск зчеплення веденої напівмуфти, а веденої напівмуфти до маховика приводять діафрагменною (тарілчастою) пружиною, котра встановлюється у корпусі муфти без можливості повороту відносно корпусу муфти. Крутний момент зростає плавно з одночасним збільшенням частоти обертів колінчатого валу двигуна, завдяки навичкам оператора (водія), до вирівнювання величин крутного моменту ведучого валу двигуна з крутним моментом опору трансмісії автомобіля. До недоліків описаного способу варто віднести необхідність мати систему ручного керування вмикання-вимикання зчеплення, та залежність механічної системи (наприклад, автомобіля) для нормальної роботи від професійного досвіду оператора (наприклад, водія), який обслуговує механічну систему (наприклад, складність вмикання зчеплення на початку руху автомобіля), що приводить до неекономічних витрат пального, скорішого виходу з ладу агрегатів механічної системи. У якості прототипу фрикційній муфти для здійснення способу, що заявляється, вибраного заявником із аналогів за рядом суттєвих ознак, схожих з ознаками пропонованої належить прийняти корисну модель - фрикційна муфта МПК 5 F16D 13/06, яка описана в заявці №93003010 від 18.06.93р., заявником котрої є ЛуК Ламедлен унд Купплюнгсбау ГмбХ (DE), авторами - Райк Вольфганг, Кімміг Карл-Людвіг, Маухер Едмунд, Віттманн Крістоф (DE). В описаній фрикційній муфті, що містить натискний диск, який з’єднаний з корпусом без можливості відносного провороту, але з можливістю обмеженого осьового переміщення, причому між корпусом і натискним диском вставлена стисла в осьовому напрямку здійснююча силу тиску тарілчаста пружина, що, з одного боку, має можливість повороту щодо встановленої в корпусі опори, а з іншого боку, впливає на натискний диск у напрямку напівмуфти, що затискає між натискним диском й опорним диском, передбачене автоматичне регулювання зусилля приведення в контакт напівмуфт залежно від зношування фрикційних накладок за допомогою встановленого між кришкою й тарілчастою пружиною автоматичного піднастроючого пристрою. 5 81687 До недоліків описаної фрикційної муфіти варто віднести відсутність автоматичного пристрою для плавного включення муфти. Плавне включення муфти описаної конструкції неможливе без професійного досвіду, навичок водія. Неплавне, різке включення зчеплення негативно впливає, як на довговічність автомобіля, де використовується описана муфта, так і на фізіологічний стан водія і пасажирів. В основу винаходів поставлена задача знизити вартість виготовлення механічних засобів, підвищити іх економічність та довговічність завдяки вдосконалення способу передачі крутного моменту, що полягає в автоматичному, плавному включенні муфти незалежно від досвіду оператора за рахунок приведення в контакт ведучої та веденої напівмуфт зусиллям, що створює силу тертя передачею, за допомогою важелів, на диски напівмуфт, відцентрової сили, що виникає за рахунок відхилення від осі обертання вантажів, при цьому сила тертя залежить від частоти обертів ведучої напівмуфти, сумарної маси вантажів, довжини плечей важелів, радіуса кола обертання центрів. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб передачі крутного моменту полягає в автоматичному, без втручання оператора, приведенні в контакт, для створення сили тертя, ведучої та веденої напівмуфт передачею на диски напівмуфт, за допомогою важелів, відцентрової сили, що виникає за рахунок відхилення від осі обертання вантажів, при цьому сила тертя залежить від частоти обертів ведучої напівмуфти, сумарної маси вантажів, довжини плечей важелів, радіуса кола обертання центрів мас вантажів, що дозволяє виготовляти механічний засіб без системи включення-виключення зчеплення. Поставлена задача вирішується також і тим, що у відомій фрикційній муфті, що містить натискний диск, котрий з’єднаний з корпусом без можливості відносного провороту, але з можливістю обмеженого осьового переміщення, згідно з винаходом для здійснення способу в її корпусі, з віссю обертання в ньому, встановлені, рівномірно розташовані по колу, важелі, не менш двох, що діють одним плечем на натискний диск у напрямку веденої напівмуфти, зафіксованої між натискним й опорним дисками ведучої напівмуфти а на другому плечі закріплені вантажі, при цьому важелі з’єднані з корпусом пружинами розтягання. Для доказу причино-наслідкового зв’язку між сукупністю суттєвих ознак способу, що заявляється та технічним результатом заявник наводить наступне: ознака - „силу тертя створюють передачею на диски напівмуфт, за допомогою важелів, відцентрової сили” забезпечує контакт, сила якого залежить від частоти обертів ведучого валу, ведучої та веденої напівмуфт автоматично; ознака - „відцентрова сила виникає за рахунок відхилення від осі обертання вантажів” забезпечує передачу сили тиску через важелі на напівмуфти; ознака - сила тертя виражається залежністю: 2 nmLk R( w2 - w0 ) - g Fmp = , dl [ ] 6 забезпечує залежність сили тертя від сумарної маси вантажів, плечей важелів, матеріалу, з якого виготовлені поверхні тертя напівмуфт, значеннями радіусу кола розташування вантажів, частоти обертів муфти, пружної сили пружин розтягнення та коефіцієнту надійності зчеплення. Ці ознаки в сукупності забезпечують технічний результат - зчеплення напівмуфт, автоматично, з силою потрібною для здолання сили опору веденого валу у кожній конкретний час роботи агрегату, де застосовується пропонований спосіб, що знижує витрати на виготовлення механічного засобу, істотно підвищує його довговічність, та економічну витрату пального. Для доказу причино-наслідкового зв’язку між сукупністю суттєвих ознак фрикційної муфти для здійснення способу, що заявляється та технічним результатом заявник наводить наступне: - ознака - „натискний диск, з’єднаний з корпусом без можливості відносного провороту” забезпечує передачу крутного моменту від натискного диску на корпус муфти; - ознака - „натискний диск, з’єднаний з корпусом з можливістю обмеженого осьового переміщення” забезпечує переміщення натискного диску у бік диску веденої напівмуфти; - ознака - „встановлені рівномірно розташовані по колу важелі, не менше двох” забезпечує рівномірний, по всьому колу дисків напівмуфт, їх контакт; - ознака - „важелі контактують одним плечем з натискним диском у напрямку веденої напівмуфти, зафіксованої між натискним й опорними дисками ведучої напівмуфти, а на другому плечі закріплені вантажі” забезпечує передачу відцентрової сили вантажів, через важелі, при обертах муфти, на натискний диск; - ознака - „важелі, з’єднані з корпусом пружинами розтягнення”, забезпечує відсутність контакту дисків напівмуфт при знаходженні ведучого валу в спокої або при його обертах з частотою холостого ходу. Ці ознаки в сукупності вдосконалюють технічний результат - надійне автоматичне включення зчеплення напівмуфт, що істотно зменшує витрати потужності агрегату на холостому ходу, де застосовується пропонована фрикційна муфта, та підвищує його довговічність. Для роз’яснення роботи й суті способу передачі крутного моменту й фрикційної муфти для його здійснення й доказу можливості промислового використання заявлених способу та фрикційної муфти для здійснення способу додаються креслення, на яких наводиться приклад конкретного виконання: на Фіг.1 - головний вид муфти, на Фіг.2 - розріз Фіг.1. На кресленні зображена муфта зчеплення, що складається з корпусу 1, котрий прикріплений до опорного диску, наприклад маховику 2, диску зчеплення 3 (ведена напівмуфта), натискного диску 4, важелів 5, з осями 6, розташованими в корпусі 1, вантажами 7 і пружинами розтягання 8, що врівноважують вагу вантажів 7 і відцентрову силу вантажів 7, котра виникає при обертанні маховика 2 на холостих обертах ведучого валу 9. 7 81687 При знаходженні системи зчеплення в спокої або при обертанні ведучого валу 9 із частотою обертів холостого ходу зусилля пружин 8 помножене на плече h створює момент, не менший моменту дії ваги вантажів 7 і відцентрової сили, що виникає від обертання вантажів 7: важіль 5 не впливає на натискний диск 4 і зчеплення відсутнє. При збільшенні частоти обертів ведучого валу 9 збільшується відцентрова сила вантажів (Fц): [ ] Fц = nm 0 R(w 2 - w2 - g , 0 де n - кількість вантажів; m0 - мінімальна маса одного вантажу; R - радіус кола розташування центрів мас вантажів; w - робоча частота обертання ведучого валу; w 0 - частота обертання ведучого валу на холостому ході; g - прискорення земного тяжіння. Момент, створюваний відцентровою силою, Mц = Fц L приводить у контакт , за допомогою важелів 5, зусиллям Fm Fц L , диск 3 веденої l напівмуфти з натискним 4 й опорним 2 дисками ведучої напівмуфти, з’єднаними, без можливості відносного провороту, з ведучим валом 9. Сила Fm помножена на коефіцієнт тертя k матеріалів дисків ведучої і веденої напівмуфт, створює силу тертя Flmp, що і передає крутний момент на диск 3 веденої напівмуфти, з’єднаний з веденим валом 10. Для прикладу зроблений дослідний зразок пропонованої фрикційної муфти , і приведений його приблизний розрахунок з поясненням одержаних виразів і прийнятих конструктивних значень деяких параметрів, для здійснення способу передачі крутного моменту від ведучого валу двигуна ВАЗ1111, де максимальний крутний момент при частоті Mkp = 115,7н ´ м = 3000об / хв . (50об/сек.), автомобіля ВАЗ-21099 w на трансмісію автомобіля, робочий радіус (r) веденої напівмуфти дорівнює 82,5мм (0,0825м), частоту обертів холостого ходу ( w 0 ) приймемо 900об/хв. (15об/сек), кількість вантажів n=6, плече дії відцентрової сили L=0,12м, плече дії сили тиску l=0,025м, коефіцієнт тертя матеріалів напівмуфт k=0,2, радіус кола розташування центрів мас Момент сили опору трансмісії автомобіля вантажів R=0,1М. дорівнює його робочому крутному моменту: l Mkp = nFmp r 8 Для створення такої сили необхідно створити силу тиску (Fm): тертя (Flmp) l Fmp (2) k де k=0,2 - коефіцієнт тертя матеріалів напівмуфт. Сила тиску знайдеться з рівності моментів важелів: Fm l = Fц L - Fnp h, (3) де Fm - сила тиску; l - плече сили тиску; Fц - відцентрова сила вантажу; L - плече відцентрової сили вантажу; Fnp - сила пружності пружини розтягання; h - плече сили пружності пружини розтягання. Момент сили пружності пружини розтягання дорівнює сумі моментів сили ваги вантажу та моменту відцентрової сили: Fnp h = Fц 0L + m0 gL (4) де Fц0 - відцентрова сила вантажу при обертанні ведучого валу на холостому ходу. Відцентрові сили вантажу при робочих обертах ведучого валу і обертах холостого ходу мають вирази: Fm = Fц = m 0 w 2 R (5) і Fц0 = m 0 w 2 R, 0 До виразу (3) вставимо вирази (4) і (5) получимо рівняння: [ ] Fm l = Lm 0 R(w 2 - w2 ) - g . 0 (6) У рівняння (2) вставимо вираз Fm з рівняння (6) одержимо вираз: l Fmp = [ ]. 2 m 0 Lk R(w 2 - w0 ) - g l (7) Для забезпечення необхідної сили тертя визначимо номінальну масу одного важеля: m = sm 0 (8) де s =(1,05-1,l) - введений коефіцієнт надійності зчеплення, значення коефіцієнту надійності зчеплення s =(1,05-1,l) оптимальне для регулювання сили пружності (Fnp) пружини розтягнення в залежності від неточностей виготовлення комплектуючих фрикційній муфти та її збірки. Підставляючи в одержаний вираз (8), відомі та конструктивно прийняті значення розрахуємо масу одного з шести важелів: (1) де Flmp - сила тертя одного важеля. m= [ sM kp l nLkr R(w 2 - w2 0 - g) ] = s ´ 115,7 ´ 0,025 [ ] = 1,17...1,23(кг ). 6 ´ 0,12 ´ 0,2 ´ 0,0825 ´ 0,1´ (50 2 - 152 ) - 9,8 Підстановкою отриманих значень у вираз (1), перевіримо який максимальний крутний момент сили опору трансмісії автомобіля може забезпечити надійне зчеплення прийняті параметри запропонованої муфти зчеплення: M kp = [ ] [ ] nmLkr 6 ´ 1,17 ´ 0,12 ´ 0,2 ´ 0,0825 R(w2 - w2 ) - g = 0,1 ´ 50 5 - 15 2 ) - 9,8 = 121,46 (нм)ñ115 ,7(нм). 0 l 0,025 11 81687 Завдяки приведення в контакт ведучої та веденої напівмуфт передачею відцентрової сили відхилення від осі обертання важелів одержимо автоматичне включення зчеплення і надійну передачу крутного моменту зусиллям тертя, значення якого залежить від частоти обертів ведучого валу. Фрикційна муфта для здійснення способу, згідно з винаходом, крім забезпечення автоматичного і плавного з’єднання напівмуфт має можливість автоматичного регулювання зусилля приведення в контакт напівмуфт залежно від зношування фрикційних накладок завдяки встановлених в корпусі з віссю обертання в ньому важелів, не менше двох, що діють на натискний диск у напрямку веденої напівмуфти, зафіксованої між натискним й опорним дисками ведучої Комп’ютерна верстка В. Клюкін 12 напівмуфти одним плечем й утримуючим вантажами на іншому плечі і дозволяє відмовитись від автоматичного піднастроючого пристрою. Це рішення дозволяє відмовитися від органів ручного керування зчепленням при використанні його в автомобілебудуванні, що, у свою чергу, дозволяє на (0,5-1,0)% знизити вартість витрат на виготовлення автомобіля, забезпечуючи, при цьому, надійне й плавне автоматичне вмикання й вимикання зчеплення залежно від частоти обертів колінчатого валу, що, у свою чергу, позитивно впливає на фізіологічний стан водія й пасажирів, збільшує середню швидкість руху, а, отже, і продуктивність транспортного засобу на (5-7)%, безпеку руху, ощадливу витрату пального, схоронність перевезених вантажів, а також роботу й довговічність агрегатів транспортного засобу. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601