Пружинна муфта для опускання і піднімання віконної штори (варіанти)

Настоящее изобретение относится к пружинным муфтам, в частности к пружинным муфтам, в которых усилие, регулирующее выходной элемент, происходит в результате контакта с концом пружины. Подобные муфты предназначены для поднятия и опускания оконных штор, подъемных жалюзи, гофрированных штор и других оконных украшений, движущихся вертикально. В патентах США №4372432 и 4433765 раскрыты пружинные муфты, которые представляют собой недорогие по конструкции приспособления с ручным управлением, не содержащие какой-либо тип шариковых или роликовых подшипников, в которых коаксиальные пластмассовые детали поддерживают вес и движутся одна за другой. В этих муфтах усилие, регулирующее выходной элемент, создается в результате контакта с концом пружины. По мере вращения выходного элемента муфты также происходит вращение направления данного усилия. Сочетание этого вращательного усилия с другими более постоянными силами создают нежелательное колебание или изменение в усилии, необходимом для манипулирования жалюзи. Кроме того, для уравновешивания момента, создаваемого этим усилием, внутри муфты создаются силы трения, которые усложняют ее работу. В патенте США №4253553 раскрыта пружинная муфта для опускания и поднятия оконной шторы, выбранная в качестве прототипа. Она содержит вал с аксиально установленной на нем спирально намотанной пружиной, концы которой расположены с возможностью создания фрикционного взаимодействия с валом. Муфта передает крутящий момент в двух направлениях за счет его приложения одновременно к двум концам пружины, взаимодействующей с одной непрерывной поверхностью. Как и ранее описанные, эта муфта отличается наличием значительного трения в подшипниках, возникающего в результате реакции на крутящий момент, что влечет за собой износ элементов муфты. Это объясняется тем, что для поддержания шторы необходимо значительное усилие. Учитывая вышеизложенное, в основу изобретения положена задача создания пружинной муфты для опускания и поднятия оконной шторы, в которой за счет переконструирования элементов, граничащих с концами пружин и соответствующего расположения пружин относительно других элементов муфты, обеспечивается снижение усилия, необходимого для поддержания шторы, а соответственно и уменьшение силы трения, возникающего в процессе работы муфты, в результате чего уменьшается износ деталей, т.е. увеличивается надежность и долговечность работы муфты. Поставленная задача достигается за счет того, что пружинная муфта для опускания и поднятия оконной шторы, содержащая вал с аксиально установленной на ней спирально намотанной пружиной, концы которой расположены с возможностью создания фрикционного взаимодействия с валом, снабжена по меньшей мере еще одной пружиной и при этом содержит соответствующие каждой из указанных пружин первое средство зацепления для избирательного приложения сжимающего усилия к одному из концов каждой пружины и второе средство зацепления для избирательного приложения ослабляющего усилия к другому из концов каждой пружины, при этом средства зацепления расположены радиально и в основном симметрично относительно оси вала. При этом вал имеет наружную цилиндрическую поверхность, вокруг которой расположены пружины, а коаксиально вокруг вала с возможностью вращения установлен корпус, между которым и валом размещены пружины. Каждый из концов пружин имеет хвостовой элемент для избирательного взаимодействия пружин с помощью средств зацепления с корпусом при его вращательном перемещении относительно вала, которые расположены в карманах, выполненных в корпусе. Первое средство зацепления связано с корпусом и представляет собой по меньшей мере первую и вторую шпонки, выполненные в корпусе. Шпонки расположены симметрично по окружности корпуса и избирательно взаимодействуют с одним из хвостовых элементов каждой из по меньшей мере первой и второй пружин. Второе средство зацепления содержит по меньшей мере первые и вторые приводные кулисы для избирательного взаимодействия с другим из указанных хвостовых элементов каждой из пружин. Второй вариант выполнения пружинной муфты заключается втом, что вал содержит внутреннюю цилиндрическую поверхность, а по меньшей мере первая и вторая пружины расположены вдоль внутренней поверхности вала для создания фрикционного взаимодействия с ним. Кроме того, муфта содержит сердечник, коаксиально установленный с возможностью вращения внутри вала, а пружины установлены между валом и сердечником. Так же, как и в предыдущем варианте, каждый из концов пружин содержит хвостовой элемент для избирательного взаимодействия пружин с помощью средств зацепления с сердечником при его вращательном перемещении относительно вала. Первое средство зацепления связано с сердечником и содержит выполненные на нем первую и вторую шпонки, расположенные в основном симметрично по окружности сердечника. Второе средство зацепления содержит по меньшей мере первую и вторую приводные кулисы для взаимодействия с другим из хвостовых элементов каждой из пружин. В еще одном варианте выполнения пружинной муфты она снабжена валком и шкивом, имеющим цилиндрический элемент, расположенный коаксиально внутри валка, а вал расположен коаксиально относительно цилиндрического элемента шкива. Во всех приведенных вариантах за счет применения по меньшей мере двух пружин, а количество их может быть значительно больше, обеспечивается конструкция пружинной муфты, необходимая для поддержания груза при весьма незначительной величине пары сил, что позволяет избежать создания противодействующих усилий в подшипниках как непосредственный результат сил, создаваемых пружинами. Это осуществимо за счет обеспечения конструкции элементов граничащих с концами пружин, с тем, чтобы создать сопряженные поверхности, симметрично расположенные вокруг оси устройства. Например, при использовании двух пружин конец первой пружины может взаимодействовать с поверхностями на одной стороне муфты, тогда как вторая пружина может быть установлена так, что ее конец взаимодействует с поверхностями на том же самом диаметре, однако на противоположной стороне. Таким образом пары пружин действует совместно в создании пары сил, направленной на результатирование движения муфты. При этом пары пружин должны действовать в плоскости, перпендикулярной оси муфты. Следует учесть, что муфты, передающие крутящий момент в двух направлениях и имеющие не менее двух пружин, испытывают нежелательное влияние любой неровности на поверхности, с которой пружина вступает во фрикционное взаимодействие, т.к. это влечет за собой несовмещение концов идентичных пружин. Для устранения этого недостатка и обеспечения более гладкого протекания работы муфты пружины предложено выполнять с разным направлением намотки, т.е. одна пружина со спиралью по часовой стрелке, а вторая - против часовой стрелки. На фиг.1 приведена аксонометрическая проекция заявляемой муфты в разобранном виде; на фиг.2 вид муфты в поперечном разрезе; на фиг.3 - аксонометрическая проекция частичного изображения в разобранном виде второго варианта муфты; на фиг.4 - вид второго варианта муфты в продольном разрезе; на фиг.5 - вид второго варианта муфты в поперечном разрезе; на фиг.6 - изометрический вид пружин по одному из вариантов в соответствии с настоящим изобретением; на фиг.7 - аксонометрическая проекция третьего варианта заявляемой муфты в разобранном виде. Предлагаемое изобретение представляет собой пружинную муфту для опускания и поднятия оконной шторы с использованием множества пружин, чьи концы ориентированы с равными угловыми интервалами в пределах муфты так, что эффект радиальных несущих нагрузок, индуцируемых концами пружин, равен нулю. На фиг.1 изображена в разобранном виде пружинная муфта, воплощающая принципы настоящего изобретения. Муфта содержит вал 1, имеющий наружную цилиндрическую поверхность, вокруг которой аксиально расположены с возможностью фрикционного взаимодействия с валом две спирально намотанные пружины 2 и 3. Количество пружин может быть любым свыше единицы при условии, что существует достаточная осевая длина. Пружины 2 и 3 расположены послойно, и каждый из их концов имеет хвостовой элемент 4 - 7. При этом хвостовые элементы расположены в общей плоскости, перпендикулярной оси вала. Коаксиально вокруг вала 1 с возможностью вращения установлен корпус 8, а между ними расположены пружины 2 и 3. В корпусе 8 выполнены карманы 9, в каждом из которых располагается соответствующий хвостовой элемент каждой из пружин. Муфта, кроме того, содержит валок 10, устанавливаемый плотно на ребрах 11 корпуса 8, и шкив 12, имеющий цилиндрический элемент 13, расположенный коаксиально внутри валка 10, при этом вал 1 также расположен коаксиально относительно элемента 13. Для избирательного приложения снимающего усилия к одному из концов каждой пружины муфта снабжена первым средством зацепления, а для избирательного приложения ослабляющего усилия к другому из концов каждой пружины - вторым средством зацепления. Эти средства зацепления расположены радиально и в основном симметрично относительно оси вала 1. При этом первое средство связано с корпусом 8 и представляет собой шпонки 14 и 15, выполненные в корпусе и взаимодействующие с одним из хвостовых элементов каждой пружины. Указанные шпонки 14 и 15 расположены в основном симметрично по окружности 8. Второе средство зацепления представляет собой две приводные кулисы 16 и 17, являющиеся частями элементами 13 и предназначенные для взаимодействия с другим из хвостовых элементов каждой из пружин. На фиг.3 изображена муфта, которая, кроме всех ранее перечисленных элементов, содержит две дополнительные пружины 18 и 19, на фиг.6 приведены пружины 20 и 21, имеющие разное направление намотки, т.е. одна - по часовой стрелке, а вторая - против. В еще и снабженном хвостовыми элементами 22 - 25 одном из рассматриваемых вариантов выполнения пружинной муфты (см. фиг.7) вал 1 содержит внутреннюю цилиндрическую поверхность, а пружины 2 и 3 расположены вдоль внутренней поверхности вала для создания фрикционного взаимодействия с ним. Кроме того, муфта содержит сердечник 26, коаксиально установленный внутри вала, а пружины 2 и 3 расположены между ними. Первое средство зацепления связано с сердечником 26 и также представляет собой шпонки 27 и 28, выполненные на сердечнике для избирательного взаимодействия с одним из хвостовых элементов каждой пружины при вращательном перемещении сердечника 26 относительно вала 1. Шпонки 27 и 28 расположены в основном симметрично по окружности сердечника. Второе средство зацепления выполнено аналогично первому варианту муфты и представляет собой приводные кулисы 16 и 17. Работа предлагаемой муфты может быть лучше всего понята при рассмотрении фиг.2, которая наиболее точно показывает относительные положения регулировочных элементов муфты. На фиг.2 часть 29 материала шторы развернута и свисает с валка 10. Масса части 29 шторы, которая свисает с валка, создает крутящий момент, который и должна поддерживать муфта. Муфта поддерживает эту массу, препятствуя вращению корпуса 8. Поддерживающие силы прикладываются в двух местах. Шпонка 15 взаимодействует с хвостовым элементам 4 пружины 2, сжимая пружину вокруг вала 1, который неподвижно крепится к кронштейну шторы, а шпонка 14 взаимодействует с хвостовым элементом пружины 3, сжимая ее вокруг вала 1. На фиг.2 линия взаимодействия между шпонками 14 и 15 и элементами 6 и 4 пружин является вертикальной, а, следовательно, силы между шпонками и элементами пружин в основном горизонтальные. Поскольку эти силы в основном равны по величине и противоположны по направлению, они не оказывают незначительное, если вообще какое-то, противодействие в несущих способностях, поддерживающих корпус, штору и валок шторы. Две силы образуют пару сил, крутящий момент которой сопротивляется крутящему моменту, вызванному за счет свисающей массы шторы. Приводные кулисы 16 и 17 шкива 12 находятся во взаимодействии с хвостовыми элементами 5 и 7 пружин. Вращение по часовой стрелке шкива 12 стремится ослабить обе пружины, что приводит к разматыванию шторы. Вращение против часовой стрелки шкиве 12 вводит приводные кулисы 16 и 17 во взаимодействие с элементами 4 и 6 пружин, а продолжающееся перемещение против часовой стрелки ослабляет обе пружины и вращает корпус 8 так, что штора сворачивается. Не важно, поднимается или опускается штора, но движение корпуса 8 регулируется под действием пружинных элементов 4 и 6, которые образуют пару сил. По мере вращения шторы эта пара сил совершает вращение вместе с ней, за счет чего по существу устраняется колебательный эффект, обусловленный наличием одной пружины. Как видно на фиг.2, элементы 4 и 6 пружин расположены симметрично вокруг оси муфты. В предыдущем обсуждении говорилось о том, что две силы, составляющие пару сил, рассматривались как обе лежащие в одной плоскости, перпендикулярной оси муфты. Однако, как можно видеть на фиг.1, они лежат в разных плоскостях вдоль оси. Это разделение плоскостей, в которых действуют силы, означает, что момент пары сил также имеет компоненту, которая расположена перпендикулярно оси муфты. Это создает дополнительные, нежелательные несущие силы противодействия. Существуют два основных способа снижения компоненты момента сил, перпендикулярной оси, и любой из этих способов приводит к ее уменьшению до незначительной величины. Первый способ заключается в использовании конфигурации пружины, которая позволяет уравновешивать силы вокруг точки на оси муфты. Фиг.3 показывает в разобранном виде конструкцию шкива, пружины и корпуса с использованием четырех пружин. В этой конструкции внутренние пружины 18 и 19 имеют хвостовые элементы, которые взаимодействуют с кулисой 16 элемента 13 шкива 12, тогда как наружные пружины 2 и 3 имеют хвостовые элементы, взаимодействующие с кулисой 17 элемента 13 шкива 12. Корпус 8 также имеет шпонки 14 и 15. Пружины 18 и 19 действуют для поддержания нагрузки путем взаимодействия со шпонкой 15 корпуса 8, тогда как наружные пружины 2 и 3 взаимодействуют со шпонкой 14. Если силы между каждой из пружин и шпонкой, с которой она контактирует, равны, тогда на оси находится точка, вокруг которой силы симметричны, и нет никаких результирующих моментов, перпендикулярных оси. Поэтому нет никаких несущих нагрузок, вызванных аксиальным разделением концов пружин. Другие конструкции пружин, которые позволяют уравновесить силы пружин вокруг точки на оси муфты, можно легко представить. Очевидно, что можно было бы использовать восемь пружин с их концами, расположенными симметрично по оси муфты. Другая, менее очевидная, но возможная конструкция могла бы содержать три пружины, которые разделяли бы нагрузку неравномерно. Две пружины поддерживали бы половину нагрузки, находясь на одной стороне муфты, тогда как третья пружина поддерживала бы другую половину нагрузки со стороны, противоположной первой. Другой способ, приведенный на фиг.4, основан на применении двух идентичных пружин 2 и 3, которые перехлестываются так, что соответствующие концы пружин находятся напротив друг друга и лежат в плоскостях, перпендикулярных оси пружин, и поэтому не возникает никаких моментов сил, перпендикулярных оси муфты. Для ясности, на фиг.4 витки пружины 3 показаны жирными черными линиями. Вследствие перехлеста хвостового элемента 6 пружины 3 и хвостового элемента 4 пружины 2 лежат в плоскости, перпендикулярной оси муфты. На фиг.4 элемент 4 частично скрыт шпонкой 14 корпуса, однако элемент4 четко виден на фиг.5. Аналогичным образом, элемент 7 пружины 3 и элемент 5 пружины 2 лежат в плоскости, перпендикулярной оси муфты. Более сложные конструкции перехлестных пружин также обеспечат получение преимуществ предлагаемого изобретения. Например, можно перехлеснуть три пружины и использовать вместе с корпусом, имеющим три шпонки, разнесенные на 120 градусов. Еще один способ приведения элементов пружины в тесный контакт по оси пружины заключается в использовании двух пружин, одна из которых намотана в спираль по часовой стрелке, а другая в спираль против часовой стрелки. Фиг.6 изображает возможную конфигурацию пружин для такой муфты. Эти пружины могут быть использованы вместо пружин 2 и 3 муфты, показанной на фиг.4 и 5 с получением преимуществ настоящего изобретения для поддержания нагрузки в одном направлении. На фиг.6 пружина 20 имеет хвостовые элементы 22 и 23, а пружина 21 имеет хвостовые элементы 24 и 25. Для использования в муфте в соответствии с настоящим изобретением две пружины могут быть установлены вокруг вала и расположены аксиально так, что элементы 23 и 24 находятся напротив друг друга и перехлестываются. Для нагрузок, которые стремятся создавать вращение двух пружин против часовой стрелки, шпонки корпуса могли бы взаимодействовать с элементами 23 и 24 пружин, заставляя пружины 21 и 20 сжиматься и поддерживать нагрузку. Поскольку два хвостовых элемента лежат в плоскости, перпендикулярной оси пружин и муфты, крутящий момент, создаваемой на муфте, будет находиться на оси и не будет иметь никакой компоненты, перпендикулярной ей. Этот способ устранения любой нежелательной компоненты крутящего момента имеет недостаток, заключающийся в том, что он работает для нагрузок в одном направлении, однако плох для нагрузок, действующих в другом направлении. Для вращения по часовой стрелке нагрузки могли бы поддерживаться элементами 22 и 25 пружин, которые разделены в аксиальном направлении так, что силы, действующие на концы, создают существенную компоненту крутящего момента, перпендикулярно оси муфты. Это могло бы привести к нежелательному прибавлению к несущей способности. В некоторых применениях настоящего изобретения ведомый груз соединен с муфтой так, что крутящий момент на выходе находится в виде просто пары сил. В некоторых применениях не будет никакой несущей способности, исходящей от ведомых грузов, однако в отсутствие предлагаемого изобретения все-таки будут иметь место фрикционные нагрузки в результате противодействия нагрузке концов пружин. Кроме того, останутся несущие противодействия вследствие работы регулировочной петли. Таким образом, будет оставаться неприятная вариабельность в рабочем усилии в результате циклического изменения суммы векторов регулировочной петли, которая создает несущее противодействие. Расположение элементов, показанное на фиг.1 - 7, является обычным в устройствах, где предпочтительно иметь заземленный элемент, находящийся в наиболее удаленном от поверхности месте, тогда как вращающийся элемент наиболее удален от середины. Это предпочтительный вариант при работе оконных штор, поскольку он позволяет осуществить удобную поддержку вала кронштейном шторы, тогда как корпус муфты поддерживает валок шторы. Предлагаемое изобретение равным образом подходит для устройств, в которых эти функции противоположны по решаемой задаче. То есть, существует наиболее удаленный от середины вал, которым обычно является сам корпус муфты. Одна из его поверхностей будет поверхностью, с которой пружины находятся во фрикционном взаимодействии. Часто, хотя и необязательно, корпус, или вал, остается неподвижным при работе. Центральным элементом в таком устройстве обычно бывает выходной элемент, часто упоминаемый как сердечник со шкивом или регулировочным элементом, расположенным радиально между корпусом и центральным элементом. Фиг.7 показывает такую муфту. Ее конструкция аналогична конструкции муфт, изображенных на фиг.4 и 5. Поверхность, с которой входят во фрикционное взаимодействие пружины 2 и 3, представляет собой внутреннюю цилиндрическую поверхность вала 1. Как и в муфте на фиг.4 и 5, пружины 2 и 3 перехлестываются. Эта конфигурация предпочтительна, так как она обеспечивает наилучшую симметрию, хотя любая из числа альтернативных конфигураций пружин, обсужденных выше, может быть с успехом использована в этой конструкции муфты. Как и предыдущие решения, цилиндрическое удлинение шкива 13 имеет две приводные кулисы 16 и 17 для регулировки концов пружин 2 и 3. Сердечник 26 имеет две шпонки, расположенные на противоположных сторонах для взаимодействия с концами пружин 2 и 3. Шпонка 27 видна на фиг.7, а шпонка, расположенная на. противоположной стороне, скрыта на чертеже. Работа этой муфты также аналогична работе ранее обсужденных муфт, при этом две пружины создают сдерживающие усилия, уравновешенные вокруг оси, и поэтому не возникает никаких несущих нагрузок.