Фрикционная муфта

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Басинюк Владимир Леонидович Глазунова Анна Александровна Усс Иван Никодимович Мардосевич Елена Ивановна Мухин Виктор Михайлович Сушко Марина Ивановна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(57) Фрикционная муфта, содержащая две полумуфты, размещенные в корпусе, одна из которых установлена с возможностью вращения и выполнена с внутренней рабочей конической поверхностью, а другая - с возможностью осевого перемещения и выполнена с наружной рабочей конической поверхностью, и взаимодействующие друг с другом посредством упругого и фрикционных элементов, отличающаяся тем, что в корпусе между полумуфтами находится электрореологическая или магнитореологическая жидкость, связанная с источником электрического или магнитного поля, позволяющего изменять ее вязкость,при этом фрикционные элементы выполнены в виде фрикционных покрытий из оксидов 15030 1 2011.10.30 немагнитных металлов, сформированных на рабочих конических поверхностях полумуфт,выполненных из немагнитных сплавов, а угол конусностирабочих конических поверхностей полумуфт для электрореологической жидкости выбран из соотношенияээ,где э - коэффициент трения между рабочими коническими поверхностями полумуфт при отсутствии между ними электрического поля э - коэффициент трения между рабочими коническими поверхностями полумуфт при максимальном значении между ними напряженности электрического поля,а для магнитореологической жидкости - из соотношениямм,где м - коэффициент трения между рабочими коническими поверхностями полумуфт при отсутствии между ними соответственно магнитного поля м - коэффициент трения между рабочими коническими поверхностями полумуфт при максимальном значении между ними напряженности магнитного поля. Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в устройствах для передачи крутящего момента сил от двигателя к силовой системе. Известна фрикционная муфта, содержащая две полумуфты, одна из которых выполнена с внутренней конической рабочей поверхностью, вторая - с наружной. Во избежание самозахватывания муфты и облегчения расцепления угол конусности выбирают больше угла трения покоя 1. Недостатком данного устройства является жесткость включения муфты, обусловливающая возникновение значительных динамических нагрузок в кинематической цепи и,как следствие, ускоренную потерю работоспособности ее элементов. Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является фрикционная муфта, состоящая из двух полумуфт, размещенных в корпусе, одна из которых установлена с возможностью вращения и имеет внутреннюю рабочую коническую поверхность с углом конусности, меньшим угла заклинивания, а другая - с возможностью осевого перемещения и имеет внешнюю рабочую коническую поверхность с углом конусности, большим угла заклинивания, и выполнена в виде подпружиненного сепаратора с поверхностями различной конусности, в пазах которого размещены фрикционные элементы. Полумуфты взаимодействуют между собой посредством фрикционных элементов и стальной пружины 2. Недостатками конструкции данной муфты являются жесткость ее включения, что приводит к возникновению значительных динамических нагрузок в кинематической цепи и ускоренной потере работоспособности ее элементов, а также низкая технологичность изготовления муфты вследствие конструктивной сложности полумуфты, имеющей значительное количество высокоточных фрикционных элементов и пазы для их установки, выполненные с углами разной конусности, а также выполнение наружной и внутренней конических поверхностей полумуфт с углами разной конусности. Для обеспечения энергосиловых характеристик указанной муфты требуется высокая точность изготовления фрикционных элементов и сопрягаемых с ними поверхностями полумуфт. Задачей изобретения является снижение динамических нагрузок путем повышения плавности включения фрикционной муфты, а также упрощение конструкции и повышение технологичности ее изготовления. Решение поставленной задачи достигается тем, что во фрикционной муфте, содержащей две полумуфты, размещенные в корпусе, одна из которых установлена с возможностью вращения и выполнена с внутренней рабочей конической поверхностью, а другая - с возможностью осевого перемещения и выполнена с наружной рабочей конической по 2 15030 1 2011.10.30 верхностью, и взаимодействующие друг с другом посредством упругого и фрикционных элементов, согласно изобретению, в корпусе между полумуфтами находится электрореологическая или магнитореологическая жидкость, связанная с источником электрического или магнитного поля, позволяющего изменять ее вязкость, при этом фрикционные элементы выполнены в виде фрикционных покрытий из оксидов немагнитных материалов,сформированных на рабочих конических поверхностях полумуфт, выполненных из немагнитных сплавов, а угол конусностирабочих конических поверхностей полумуфт для электрореологической жидкости выбран из соотношенияээ,где Тэ - коэффициент трения между рабочими коническими поверхностями полумуфт при отсутствии между ними соответственно электрического поля э - коэффициент трения между рабочими коническими поверхностями полумуфт при максимальном значении между ними напряженности электрического поля,а для магнитореологической жидкости - из соотношениямм,где м - коэффициент трения между рабочими коническими поверхностями полумуфт при отсутствии между ними соответственно магнитного поля м - коэффициент трения между рабочими коническими поверхностями полумуфт при максимальном значении между ними напряженности магнитного поля. Решение поставленной задачи достигается в результате следующего создается управляемое изменение силы трения и, соответственно, крутящего момента при взаимодействии рабочих поверхностей полумуфт посредством создания электрического или магнитного поля в соответственно электрореологической или магнитореологической жидкости, находящейся между их рабочими поверхностями, причем формирование изменения силы трения осуществляется в направлении создания угла самоторможения, обеспечивающего повышенную нагрузочную способность муфты, управляемое плавное включение муфты и существенное снижение динамических нагрузок выполнение полумуфт из алюминиевых сплавов с фрикционными элементами в виде сформированных на рабочих поверхностях полумуфт покрытий оксидов металлов позволяет упростить конструкцию муфты и повысить ее технологичность по сравнению с прототипом, исключив из конструкции отдельно выполненные и расположенные в соответствующих пазах фрикционные элементы, имеющие наружную и внутреннюю конические поверхности. Повышению технологичности способствует также то, что полумуфты из алюминиевого сплава могут быть изготовлены холодной штамповкой, обеспечивающей повышенную точность изготовления их конических рабочих поверхностей. Последнее позволяет уменьшить до минимума зазоры, определяемые погрешностями формы и взаимного расположения, и за этот счет снизить на порядок и более электрические напряжения при использовании электрореологических жидкостей. Выбор угла конусностиобусловлен следующим. При использовании электрореологической жидкости при углеэ не возникает самоторможения и муфта легко выключается. Происходит проскальзывание (проворот) полумуфт относительно друг друга в окружном направлении. При углеТэ,наоборот, происходит самоторможение и надежная фиксация взаимного расположения полумуфт в окружном направлении, обеспечивающие передачу больших крутящих моментов. Плавный переход от проскальзывания к фиксации обеспечивается соответствующим плавным увеличением напряженности электрического поля от нуля до максимума,приводящим к увеличению коэффициента трения от Тэ до э. При использовании магнитореологической жидкости при углеТм не возникает самоторможение и муфта легко выключается. Происходит проскальзывание (проворот) полумуфт относительно друг друга в окружном направлении. При углем,3 15030 1 2011.10.30 наоборот, происходит самоторможение и надежная фиксация взаимного расположения полумуфт в окружном направлении, обеспечивающие передачу больших крутящих моментов. Плавный переход от проскальзывания к фиксации также обеспечивается соответствующим плавным изменением напряженности магнитного поля от максимума до нуля,приводящим к увеличению коэффициента трения от Тм до м. Изобретение поясняется фигурой, на которой изображен общий вид фрикционной муфты. Фрикционная муфта содержит корпус 1, в котором установлены с возможностью вращения полумуфта 2, имеющая внутреннюю рабочую коническую поверхность 3 и примыкающую к ней торцевую поверхность 4, и с возможностью осевого перемещения полумуфта 5, имеющая ответные полумуфте 2 наружную рабочую коническую поверхность 6 и торцевую поверхность 7. В торцевой поверхности 7 полумуфты 5 выполнена кольцевая проточка 8, в которой установлен упругий элемент 9, выполненный из маслостойкой податливой резины. При этом кольцевая проточка 8 имеет размеры, большие соответствующих размеров упругого элемента 9 для обеспечения возможности его деформирования при работе фрикционной муфты. Упругий элемент 9, выполненный из резины, позволяет аккумулировать большее количество энергии, чем пружинная сталь, имеет значительно большую демпфирующую способность и обладает электроизоляционными свойствами. В корпусе 1 между полумуфтами 2 и 5 находится жидкость 10, соединенная с устройством 11 источника электрического (магнитного) поля, позволяющего изменять ее вязкость. Между корпусом 1 и валом полумуфты 5 установлено уплотнение 12, герметизирующее внутреннее пространство корпуса 1 для предотвращения вытекания жидкости 10. Угол конусности конических поверхностей 3 и 6 выбирают исходя из типа жидкости 10(электрореологической или магнитореологической жидкости) и соотношений (1) или (2). Полумуфты 2 и 5 выполнены из алюминиевого сплава. На рабочих конических поверхностях 3 и 6 полумуфт 2 и 5 выполнены фрикционные элементы 13 и 14 в виде фрикционных покрытий оксидов металлов, например алюминия 23. Выполненные таким образом полумуфты 2 и 5 и фрикционные элементы 13 и 14 позволяют решить вопрос электроизоляции взаимодействующих поверхностей 3 и 6 при использовании электрореологической жидкости и остаточной намагниченности полумуфт при использовании магнитореологической жидкости. Так, например, при использовании электрореологической жидкости на основе минерального масла, представляющей собой гомогенную суспензию, содержащую диэлектрические частицы наполнителя в виде 502, значения коэффициентов трения при взаимодействии фрикционных элементов 13 и 14 в виде фрикционных покрытий оксида алюминия А 23, составляют 3 при максимальной напряженности электрического поля 3000 В/мм, создаваемого напряжением между контактирующими поверхностями полумуфт 2 и 5200 В, э 0,155, при отсутствии электрического поля Тэ 0,182. Таким образом, для рассматриваемого случаяэ 0,1558,0,18210, а наиболее рациональная величина угла конусностирабочих конических поверхностей 3 и 6 полумуфт 2 и 5 составляет 9. При использовании магнитореологической жидкости с концентрацией дисперсной фазы до 25 величины коэффициентов трения составляют 4 при максимальном значении магнитного поля м 0,47, при отсутствии магнитного поля в жидкости Тм 0,21. Соответственном 25,Тм 12, а наиболее рациональная величина угла конусностирабочих конических поверхностей 3 и 6 полумуфт 2 и 5 в этом случае составляет 18. 4 15030 1 2011.10.30 Фрикционная муфта работает следующим образом. Фрикционная муфта с электрореологической жидкостью 10 на основе минерального масла, представляющей собой гомогенную суспензию, содержащую диэлектрические частицы наполнителя в виде 502, устанавливается на тракторе Беларус для соединения вала отбора мощности с двигателем. Механизмом осевой подачи (не показан) полумуфта 5 перемещается в осевом направлении к полумуфте 2 до их контакта, при этом посредством устройства 11 источника электрического поля и автоматической системы управления (не показана) между полумуфтами 2 и 5 создается максимальное напряжение(200), вязкость жидкости 10 увеличивается. Взаимодействие трущихся поверхностей 3 и 6 полумуфт 2 и 5 происходит с проскальзыванием. При снижении электрического напряжения посредством автоматической системы управления (не показана) и устройства 11 происходит уменьшение электрического поля в электрореологической жидкости 10, ее вязкость уменьшается, соответственно плавно уменьшается толщина масляной пленки,вследствие этого возникает режим граничного трения, уменьшается коэффициент трения и передаваемый муфтой крутящий момент возрастает до максимального значения. В соответствии с этим увеличивается сила сцепления между полумуфтами 2 и 5, обеспечивая плавное включение муфты. Выключение муфты происходит посредством упругого элемента 9, выводящего полумуфту 5 из контакта, размыкая полумуфту 2, при отсутствии между ними напряжения. При использовании в муфте магнитореологической жидкости 10 с концентрацией дисперсной фазы до 25 наоборот, после сближения полумуфт 2 и 5 до контакта производится плавное увеличение напряженности магнитного поля до максимума, вязкость жидкости увеличивается с соответствующим увеличением коэффициента трения и передаваемого муфтой крутящего момента. Передача крутящего момента в муфте сцепления осуществятся частично за счет трения между фрикционными элементами полумуфт 13 и 14 без воздействия электрического(магнитного) поля, частично за счет сил сцепления, создаваемых электрореологической(магнитореологичесой) жидкостью 10 при воздействии на нее электрического (магнитного) поля устройством 11, что обеспечивает управляемое плавное включение муфты и устранение динамических нагрузок. Применение фрикционной муфты обеспечивает снижение динамической нагруженности элементов кинематической цепи и внешних устройств, связанных с силовой системой,создает возможность управлять муфтой с использованием электрореологической или магнитореологической жидкости с обратимо изменяемыми свойствами. Источники информации 1. Решетов Д.Н. Детали машин. Учебник для вузов. - М. Машиностроение. - 1974. С. 586-587. 2. Патент Украины 35048, МПК 16 7/00,16 13/00, 2008. 3. Басинюк В.Л., Коробко Е.В., Мардосевич Е.А., Гончарова Н.А., Коробко А.О., Мардосевич М.И. Управление триботехническими параметрами трущихся сопряжений // Трение и износ. - Т. 24. -6. - 2003. - С. 687-693. 4. Яновский Ю.Г., Теплухин А.В., Филипенков П.А., Карнет Ю.Н. Реология и механика магнитореологических суспензий // Механика композиционных материалов и конструкций. - Т. 10. -4. - 2004. - С. 613. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5