Features of force interaction in cam-roller clutch with hydraulic activation

Abstract

The article describes principles of interaction between elements and the dependence of transfer moment on control action in cam-roller clutch with hydraulic activation. The features of cam-roller clutch with hydraulic activation comparing to cam-roller clutch with individual elements spring loading are considered. These dependences are necessary for design calculation and construction of such mechanism mathematical model.

Full Text

В кулачково-роликовых муфтах, конструкции которых предложены в патентах [1] и [2], исключается непосредственный фрикционный контакт, а вместо него передача крутящего момента осуществляется за счет взаимодействия кулачков и роликов. Если один из этих эле- ментов набегает на другой, и поверхность кулачка скошена под определённым углом α к направлению взаимного перемещения, усилие взаимодействия может быть разложено на две составляющих - параллельную перемещению и перпендикулярную к нему. Увеличивая при- жатие одного элемента к другому, можно тем самым увеличивать усилие, передаваемое между ними в тангенциальном направлении. Преимущество кулачково-роликовой муфты (далее - КРМ), по сравнению с фрикцион- ной, связано с тем, что в ней связь между усилием сжатия и передаваемым тангенциальным усилием определяется (при одинаковых габаритах) не коэффициентом трения, а характером силового взаимодействия. Если считать, что максимальное значение коэффициента трения не больше 0,3, то в КРМ эта связь формируется в основном через связь с тангенсом угла ско- са кулачка, который может составлять 1 (при угле в 45 градусов) или даже больше. При этом всё взаимодействие будет происходить не на среднем радиусе дисков, а на большем. И такая муфта не нуждается в большом запасе по номинальному моменту, так как возможная пере- грузка в ней не приводит к выходу из строя. При проектировании КРМ необходимо определить возможности муфты по передаче максимального крутящего момента при полном включении в зависимости от принятых кон- структивных параметров, а также определить зависимость передаваемого момента от управляющего воздействия для моделирования процесса включения. Количество кулачков и роликов - соответственно pm и pn при условии, что m и n - чис- ла, не имеющие общих делителей, а p - количество периодов (количество элементов, нахо- дящихся в одинаковом взаимодействии). При этом желательно принимать количество перио- дов равным либо 2, либо 4 для более равномерного приложения усилий прижатия и устране- ния возможных перекосов. На рисунке 1 показано расположение элементов муфты, при ко- личестве периодов p=4, кулачков - pm=12, роликов - pn=8. Принцип взаимодействия ролика и кулачка остается таким же, как и при индивидуаль- ном подпружинивании - состоит из двух характерных участков (рисунок 2): первый участок (а) представляет из себя подъем ролика по образующей кулачка, при этом наблюдается ли- нейность процесса, то есть зависимость между тангенциальной и осевой силами выражается через тангенс угла скоса кулачка. Второй участок (б) - обкатывание вершины кулачка роли- ком до момента совмещения осей. Граничное условие - точка перехода, координаты которой определяются по формулам (1) и (2). Кулачково-роликовая муфта, взаимодействия в которой описаны в статье [3], имеет ин- дивидуальное подпружинивание каждого кулачка. Но это не единственный вариант кон- струкции КРМ. Силу, создаваемую упругой деформацией пружин, при сближении полумуфт, можно заменить силой, создаваемой давлением жидкости на плунжер-кулачок. Таким обра- зом, исключается осевое перемещение полумуфт, так как ход плунжера обеспечивает состо- яния как включенной муфты (кулачки взаимодействуют с роликами), так и выключенной (кулачки не касаются роликов при относительном вращении). а) L0>L*>LП б) LП>L*>0 Рисунок 1. Расположение элементов муфты Рисунок 2. Процесс взаимодействия кулачка и ролика Далее будет использоваться следующая система обозначений. Горизонтальные координаты: L-длина дуги (расстояние между осями ролика и кулачка); LП - горизонтальная координата переходной точки, в которой изменяется характер взаи- модействия ролика и кулачка с подъема по скосу на обкатывание вершины; L0- длина дуги полезного взаимодействия. Вертикальные координаты: h - ход плунжера (вертикальная координата), исчисляемый от момента, когда оси эле- ментов совмещены, то есть ролик находится на вершине кулачка; hП - вертикальная координата переходной точки, в которой изменяется характер взаимо- действия ролика и кулачка с подъема по скосу на обкатывание вершины; h0- полный ход ролика. Величины LП и hП , L0 и h0 - являются постоянными и определяются только исходя из конструктивных параметров, а величины L* и h* - являются переменными. Взаимосвязь между этими величинами находится из геометрических соображений по расчетным схемам, изображенным на рисунке 3. а) б) в) Рисунок 3. Расчетные схемы для определения зависимостей между вертикальными и горизонтальными координатами при: а - подъеме ролика по скосу кулачка; б - переходном процессе; в - обкатывании вершины кулачка роликом Координата переходной точки (рисунок 3,б): �п = � × �