CS260565B1

CS260565B1 - Hydrodynamic clutch

Info

Publication number: CS260565B1
Application number: CS865975A
Authority: CS
Inventors: Josef Strnad
Original assignee: Josef Strnad
Priority date: 1986-08-13
Filing date: 1986-08-13
Publication date: 1988-12-15
Also published as: CS597586A1

Abstract

Řešení se týká hydrodynamické spojky, používané k přenášení točivého momentu zejména u strojů s proměnným zatížením, jako jsou zdvihací zařízení, motorová vozidla apod. Spojka obsahuje dvě souose proti sobě uložená a nezávisle otočná kola poloprstencového tvaru, opatřená radiálními lopatkami, kde první kolo je hnací a druhé kolo je hnané. První kolo je spojeno se skříní, která obklopuje druhé kolo a jeho nosný hřídel. Vnitřní prostory spojky jsou částečně vyplněny pracovní kapalinou. Za účelem dosažení plynulého rozběhu poháně ných mechanismů je na nosném hřídeli otočně uložen zásobník pracovní kapaliny, vytvo řený jako rotační těleso,.odpovídající svým vnějším tvarem vnitřnímu tvaru skříně. Zásobník působí jako regulační element, jehož rychlost otáčení v poměru k rychlosti otáčení ostatních části spojky ovlivňuje cirkulaci pracovní kapaliny, a tím i velikost přenášeného točivého momentu.The solution relates to a hydrodynamic clutch, used to transmit torque especially for machines with variable load such as lifting equipment, motorized vehicle, etc. The clutch includes two coaxial wheels mounted and independently rotating semicircular, radial paddles where the first wheel is driving and the other The wheel is driven. The first round is connected the wardrobe that surrounds the second wheel and its support shaft. Clutch interior spaces are partially filled with working fluid. For the purpose of achieving a smooth start of the drive mechanism is rotatable on the support shaft stored working fluid reservoir, create as a rotating body, corresponding the outer shape of the cabinet. The reservoir acts as a control element, whose rotational speed relative to speed the rotation of the other parts of the coupling affects circulation of the working fluid and thus the size transmitted torque.

Description

Vynález se týká hydrodynamické spojky, používané k přenášení točivého momentu, a to zejména u strojů s proměnným zatížením, jako jsou zdvihací zařízení, motorová vozidla apod.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a hydrodynamic clutch used for transmitting torque, particularly in variable-load machines such as hoists, motor vehicles and the like.

Známé hydrodynamické spojky se obvykle skládají ze dvou proti sobě uložených nezávisle otočných kol poloprstencového tvaru, opatřených radiálně uspořádanými lopatkami. První kolo je pevně spojeno se skříní, která obklopuje druhé kolo a jeho nosný hřídel a vymezuje svojí obvodovou a čelní stěnou spolu se stěnou druhého kola zásobník pracovní kapaliny, průtočně spojený s mezilopatkovými prostory spojky. Pracovní kapalinou, která pouze částečně vyplňuje vnitřní prostory spojky, je obvykle olej. První kolo se skříní je součástí hnací spojky a druhé kolo spolu s nosným hřídelem je součástí hnané části spojky. Přivrácené dutiny obou kol, v nichž jsou umístěny lopatky, vymezují pracovní prostor, kde první kolo plní funkci čerpadla a druhé funkci turbiny. Při otáčení kol je kapalina uváděna do pracovního oběhu, přičemž její přebytek při zvýšení otáček přechází do zásobníku.Known hydrodynamic couplings usually consist of two oppositely rotatable, semi-annular-shaped rotating wheels provided with radially arranged vanes. The first wheel is rigidly coupled to a housing that surrounds the second wheel and its support shaft and defines, by its peripheral wall and the front wall together with the wall of the second wheel, a working fluid reservoir fluidly connected to the inter-bladder spaces of the clutch. The working fluid which only partially fills the interior of the coupling is oil. The first wheel with the housing is part of the drive clutch and the second wheel together with the support shaft is part of the driven part of the clutch. The inverted cavities of the two wheels, in which the vanes are located, define a working space where the first wheel functions as a pump and the second as a turbine. When the wheels are rotated, the liquid is fed into the working cycle, the excess of which passes to the reservoir as the speed increases.

V zájmu plynulého rozběhu poháněných mechanismů je nutná regulace přenášeného točivého momentu v průběhu činnosti spojky. Je známá například regulace přenášeného točivého momentu, založená na změně množství kapaliny ve spojce. Nevýhodou zařízení pracujících na tomto principu je jejich složitost a nutnost použití vnějšího zařízení k odvádění a přivádění kapaliny do spojky. Dále je známá regulace spojky vnitřními clonami, radiálně se rozevírajícími do mezery mezi oběma koly, nebo natáčením lopatek spojky nebo jejich sklápěním, případně radiálním posouváním. Nevýhodou těchto systémů je mimo jejich složitost hlavně ta skutečnost, že v průběhu činnosti spojky jsou regulační elementy zatíženy odstředivými silami, vznikajícími rotací spojky, a dále hydrodynamickými silami, vznikajícími usměrňováním proudu kapaliny ve spojce. Proto je zapotřebí k regulaci vyvinout značnou sílu pomocí vnějších servomotorů.In order to smoothly start the driven mechanisms, it is necessary to regulate the transmitted torque during clutch operation. It is known, for example, to control the transmitted torque based on the change in the amount of fluid in the coupling. A disadvantage of devices operating on this principle is their complexity and the necessity of using an external device to drain and supply fluid to the coupling. Furthermore, it is known to control the clutch by means of internal orifices extending radially into the gap between the two wheels, or by pivoting the clutch blades or by tilting or radially moving them. The disadvantage of these systems is, besides their complexity, mainly the fact that during the operation of the clutch the control elements are loaded by centrifugal forces resulting from the rotation of the clutch and also by the hydrodynamic forces resulting from the rectification of the fluid flow in the clutch. Therefore, a considerable force is required to be controlled by external servomotors.

To zvyšuje cenu a rozměry spojky a komplikuje instalaci regulačních elementů spojky do té míry, že pro mnohé aplikace, například pro řízení rozběhu jeřábových mechanismů, jsou tyto principy nepoužitelné.This increases the cost and dimensions of the coupling and complicates the installation of the coupling control elements to such an extent that for many applications, for example for starting up cranes, these principles are not applicable.

Odstranění uvedených nevýhod řeší vynález, jehož podstata spočívá v tom, že zásobník, vytvořený jako rotační těleso, odpovídající svým vnějším tvarem vnitřnímu tvaru skříně, je uložen otočně na nosném hřídeli druhého kola. Stěna zásobníku může být ve své obvodové části zesílena a v jeho dutině mohou být upravena radiálně uspořádaná žebra.The elimination of the above-mentioned disadvantages is solved by the invention, which is characterized in that the container, which is designed as a rotating body, corresponding to its outer shape to the internal shape of the housing, is rotatably mounted on the support shaft of the second wheel. The container wall may be thickened in its peripheral portion and radially disposed ribs may be provided in its cavity.

V jednom z možných provedení je mezi vnitřním povrchem zásobníku, zajištěného proti posuvu ve směru osy nosného hřídele, volný prostor, v němž je případně upravena vložka, pevně spojená s nosným hřídelem a vytvořená jako mezistěna, oddělující přivrácené plochy skříně a zásobníku.In one embodiment, there is a free space between the inner surface of the container secured against displacement in the direction of the axle of the support shaft, in which an insert is optionally provided, rigidly connected to the support shaft and formed as an intermediate wall separating the facing surfaces of the housing.

V jiném z možných provedení je zásobník na nosném hřídeli uložen přemístitelně v osovém směru a opatřen třecími plochami, kruhově uspořádanými vzhledem k ose nosného hřídele a spolupracujícími s protilehlými třecími plochami, upravenými na přivrácených stranách druhého kola a skříně. Zásobník je s výhodou vůči skříni odpružen směrem k druhému kolu a opatřen třecím prstencem, spolupracujícím s třecí plochou prstence, upraveného na přivrácené straně druhého kola, přičemž proti čelní části stěny zásobníku, vytvořeného z magneticky vodivého materiálu, je na vnitřní straně čelní části stěny skříně upraven kruhově uspořádaný elektromagnet, spojený vodivě se zdrojem elektrického proudu prostřednictvím kontaktního kroužku, upraveného souose 8 nosným hřídelem na vnější straně čelní části stěny skříně.In another embodiment, the magazine on the support shaft is displaceably displaceable in an axial direction and provided with friction surfaces circularly arranged with respect to the axis of the support shaft and cooperating with opposite friction surfaces provided on the facing sides of the second wheel and housing. The cartridge is preferably spring-loaded towards the second wheel and provided with a friction ring cooperating with the friction surface of the ring provided on the facing side of the second wheel, and facing the front of the container wall formed of magnetically conductive material on the inside a ring-shaped solenoid connected to the power supply by means of a contact ring provided coaxially with the support shaft on the outside of the front part of the housing wall is provided.

Výhodou uspořádání hydrodynamické spojky podle vynálezu ve srovnání se známými řešeními je její jednoduchost a z toho vyplývající spolehlivost funkce a nízké výrobní náklady.The advantage of the hydrodynamic coupling arrangement according to the invention in comparison with the known solutions is its simplicity and the resulting reliability of operation and low production costs.

Na přiložených výkresech je na obr. 1 a 2 znázorněno v osovém řezu příkladné provedení vynálezu ve dvou alternativách.1 and 2 show an axial section of an exemplary embodiment of the invention in two alternatives.

Hlavní části hydrodynamické spojky podle obr. 1 tvoří první a druhé kolo £, 5 poloprstencového tvaru, která jsou vzájemně souosá a na svých přivrácených dutých stranách opatřena radiálně uspořádanými prvními a druhými lopatkami 2, 6. V náboji prvního kola jsou vytvořeny závitové otvory 13 pro spojení s neznázorněným hnacím motorem, například elektromotorem. Druhé kolo 5 je prostřednictvím upevňovacích šroubů 7_ pevně spojeno s nosným hřídelem .8, který je opatřen vnitřní dutinou 14 pro zasunuti spojovacího hřídele, sloužícího k přenášení točivého momentu na poháněné zařízení. První- kolo 2 je na svém vnějším obvodu pevně spojeno spojovacími šrouby 2 ^se skříní 4_, která obklopuje druhé kolo 2 ^a jeho nosný hřídel 2< přičemž ohraničuje obvodovou a čelní částí své stěny spolu se stěnou druhého kola 5 vůči vnějšku uzavřený prostor, průtočně spojený s ostatními prostory spojky prostřednictvím neznázorněných otvorů, umístěných mezi upevňovacími šrouby 2- Srvní kolo 2 spolu se skříní 2 je uloženo otočně na nosném hřídeli 8. prostřednictvím radiálních kuličkových ložisek 2» ² nichž jedno je upraveno v náboji prvního kola 2 ^a druhé ve vybráni čelní části stěny skříně 2· Vnitřní prostor spojky je částečně naplněn kapalinou, například olejem, jejímuž unikání brání dvě těsnění 10, upravená na nosném hřídeli 8. proti náboji prvního kola 2 ^a proti čelní části stěny skříně 2· Na nosném hřídeli 2 je prostřednictvím kluzných ložisek uložen zásobník 22' jehož dutina je otevřena směrem k druhému kolu 2» a který je vytvořen jako rotační těleso, odpovídající svým vnějším tvarem vnitřnímu tvaru skříně 2·The main parts of the hydrodynamic coupling according to FIG. 1 form first and second half-ring shaped wheels 5, 5 which are coaxial to one another and provided with radially arranged first and second blades 2, 6 on their facing hollow sides. connection to a drive motor (not shown), for example an electric motor. The second wheel 5 is rigidly connected to the support shaft 8 by means of the fastening screws 7, which is provided with an internal cavity 14 for receiving the connecting shaft for transmitting the torque to the driven device. The first wheel 2 is fixedly connected ^{to its} housing by means of connecting screws 2 ^{to the} housing 4, which surrounds the second wheel 2 ^and its support shaft 2, delimiting the circumferential and front part of its wall with the wall of the second wheel 5 with the other clutch spaces by means of openings (not shown) located between the fastening bolts 2- The wheel 2 together with the housing 2 is rotatably mounted on the support shaft 8 by radial ball bearings 2 » ^{2 of} which is provided in the hub of the first wheel 2 ^{and the} other in the recess the interior of the clutch wall 2 is partially filled with liquid, for example oil, which is prevented from leaking by two seals 10 provided on the support shaft 8 against the hub of the first wheel 2 ^and against the front part of the wall of the casing 2 stack saved 22 ', the cavity of which is open towards the second wheel 2, and which is designed as a rotating body corresponding to its outer shape to the inner shape of the housing 2;

V dutině zásobníku 11 jsou upravena radiálně uspořádaná žebra 22* Stěna zásobníku 11 je ve své obvodové části zesílena. Mezi vnějším povrchem zásobníku 11 a vnitřním povrchem skříně 2 je volný prostor, ve kterém je upravena zde čárkovaně naznačená vložka 21, vytvořená jako mezistěna, upevněná na nosném hřídeli 2 prostřednictvím rozpěrného kroužku, umístěného mezi zásobníkem 11 a radiálním kuličkovým ložiskem 2' upraveným v čelní části stěny skříně 2· Rozpěrný kroužek současně zajištuje zásobník 11 proti posuvu ve směru osy nosného hřídele 2 ^a vymezuje potřebnou šířku volného prostoru mezi skříní 2 ^a zásobníkem 11.Radially arranged ribs 22 are provided in the cavity of the cartridge 11. The wall of the cartridge 11 is thickened in its peripheral portion. Between the outer surface of the cartridge 11 and the inner surface of the housing 2 is a free space in which there is a liner 21 shown here, formed as an intermediate wall, fastened to the support shaft 2 by a spacer ring located between the cartridge 11 and a radial ball bearing 2 ' At the same time, the spacer ring secures the magazine 11 against displacement in the direction of the axis of the support shaft 2 ^and defines the necessary width of the free space between the housing 2 ^{and the} magazine 11.

Při zapnutí hnacího motoru se začne rychle otáčet první kolo 2 spolu se skříní 2 ^akapalina, uvedená do pohybu prvními lopatkami 2, se působením odstředivé síly přemistuje z mezilopatkových prostorů prvního a druhého kola 2> £ do prostoru zásobníku 11. Vzhledem k tomu, že zásobník 11 působí jako setrvačník, zůstává z počátku bez pohybu. Na kapalinu v zásobníku 11 nepůsobí proto odstředivá síla a jí odpovídající tlak, takže je ze zásobníku 11 vracena do mezilopatkových prostorů prvního a druhého kola 2' £ 3^en hydrostatickou silou, která je snadno překonávána odstředivou silou kapaliny vytlačované rychle se otáčejícími prvními lopatkami 2. V důsledku kapalinného tření mezi vnitřním povrchem skříně 2» vnějším povrchem zásobníku 11 a vložkou 21 dochází postupně k rozbíhání zásobníku 11 ^a ke zvyšování tlaku kapaliny v něm shromážděné. Kapalina začne proto proudit zpět do mezilopatkových prostorů prvního a druhého kola 2> 2' ^a až ^se otáčky zásobníku 11 vyrovnají otáčkám prvního kola 2> ustálí se hladina kapaliny v čárkovaně naznačené úrovni a na druhé lopatky 2 působí plný moment. Popsaným způsobem se značně prodlouží doba rozbíhání spojky. Tato doba není podstatně ovlivňována velikostí přenášeného hnacího momentu, nýbrž závisí hlavně na velikosti setrvačného momentu zásobníku 11, ^k jehož intenzitě přispívá zvýšení hmotnosti zásobníku 11 v jeho obvodové části, a dále na míře zastínění zásobníku 11 vložkou 21 proti unášivým účinkům kapalinného třeni. Ve zjednodušeném provedení může být vložka 21 vynechána a kapalinné tření působí pouze na přivrácené plochy skříně 2 ^a zásobníku 11.When the drive motor is switched on, the first wheel 2 together with the housing 2 starts to rotate rapidly ^{and the} fluid moved by the first vanes 2 moves from the inter-bladder spaces of the first and second wheels 2 to the reservoir space 11 by centrifugal force. the magazine 11 acts as a flywheel, initially remaining motionless. On the liquid in the reservoir 11 does not oppose a centrifugal force and a corresponding pressure, so that the reservoir 11 is returned to the inter blade spaces of the first and the second wheel 2 '£ 3 ^en hydrostatic force which is easily overcome by the centrifugal force of the liquid displaced from the rapidly rotating first vanes second As a result of the fluid friction between the inner surface of the housing 2 and the outer surface of the container 11 and the liner 21, the container 11 is gradually started ^and the pressure of the liquid collected therein increases. The liquid therefore begins to flow back into the inter-bladder spaces of the first and second wheels 2 > 2 ^and until ^the speed of the cartridge 11 equals the speed of the first wheel 2 ' In this way, the starting time of the coupling is considerably increased. This period is not substantially influenced by the size of the transferred driving torque, but depends mainly on the size of the inertia moment of the reservoir 11, whose intensity contributes ^to increasing the weight of the tray 11 in its peripheral portion, and also on the degree of shading of the reservoir 11, the insert 21 against the fluid friction unášivým effects. In a simplified embodiment, the liner 21 may be omitted and the fluid friction only acts on the facing surfaces of the housing 2 ^{and the} container 11.

V alternativním provedení podle obr. 2 je zásobník 11 uložen na nosném hřídeli 2 přemístitelně v osovém směru, přičemž je vůči skříni 2 odpružen směrem k druhému kolu 2 tlačnými pružinami 17, opírajícími se o opěrný kroužek 16, který dosedá na čelní část stěny zásobníku 11. Na hranách žeber 12 je upevněn třecí prstenec 22' proti němuž je na přivrácené straně druhého kola 2 upraven obdobný prstenec, opatřený rovněž třecí'plochou. Na vnitřní straně čelní části stěny skříně 2 je umístěn kruhově uspořádaný elektroraagnet 22, spojený se skříní uchycovacími šrouby 22· Elektromagnet 18 je vodivě spojen s neznázorněným zdrojem elektrického proudu prostřednictvím čárkovaně znázorněného vedení a kontaktního kroužku 20, upraveného souose s nosným hřídelem 2 na vnější straně čelní části stěny skříně 4·In an alternative embodiment according to FIG. 2, the magazine 11 is mounted on a support shaft 2 displaceably in the axial direction and is springed against the housing 2 towards the second wheel 2 by compression springs 17 supported by a support ring 16 which abuts the front wall of the magazine 11 At the edges of the ribs 12, a friction ring 22 'is mounted against which a similar ring is provided on the facing side of the second wheel 2, also provided with a friction surface. On the inside of the front part of the wall of the housing 2 is a circularly arranged electromagnet magnet 22 connected to the housing by mounting screws 22. The electromagnet 18 is conductively connected to a power source (not shown) by a dotted line and contact ring 20 coaxial to the shaft 2 on the outside cabinet wall fronts 4 ·

V okamžiku zapnutí hnacího motoru není do elektromagnetu 18 přiváděn proud a tlačné pruž|ny 17 přitlačují třecí prstenec 15 na třecí plochu protilehlého prstence spojeného s druhým kolem 2· Tím je zabráněno roztáčení zásobníku 11 a současně i druhého kola 2· ZměnouWhen the drive motor is switched on, no current is supplied to the solenoid 18 and the compression springs 17 press the friction ring 15 against the friction surface of the opposite ring connected to the second wheel 2.

IAND

260565 4 velikosti proudu přiváděného do elektromagnetu 18 ee mění přítlačná sila působící na třecí prstenec 15, až při určité hodnotě proudu sila elektromagnetu 18 překoná silu tlačných pružin 17,. Tim dojde k posunutí zásobníku 11 směrem k čelní části stěny skříně 4 a k rozpojeni třecích ploch zásobníku 11 a druhého kola 5^ takže je umožněno rychlé rozběhnutí spojky odpovídající spojce bez regulace.260565 4 the magnitude of the current supplied to the electromagnet 18 ee changes the contact force applied to the friction ring 15 until it exceeds the force of the compression springs 17 at a certain value of the current of the electromagnet 18. Thus, the magazine 11 is moved towards the front of the wall of the housing 4 and the friction surfaces of the magazine 11 and the second wheel 5 are disengaged so that the clutch corresponding to the clutch without regulation can be quickly started.

U druhého alternativního provedení nemusí mít zásobník 11 obvodovou část své stěny zesílenou, protože jeho setrvačný účinek se zde neuplatni. Třecí plochy uspořádané kruhově vzhledem k ose hřídele 8, které zprostředkuji rozpojitelné spojení zásobníku 11 se skříní 4 nebo s druhým kolem 5, mohou být též vytvořeny jinak, než jako bylo uvedeno. Třecí prstenec 15 může být umístěn místo na žebrech 12 na samotném tělese zásobníku 11 nebo třecí plochu může tvořit přímo kuželový povrch tohoto zásobníku 11. Pokud jde o odpruženi zásobníku 11, je možné i jiné uspořádáni, u něhož tlačná pružina nebo pružiny 17 přitlačujl zásobník 11 ke skříni A ® elektromagnet 18 jej odtahuje k druhému kolu 5^. Místo tlačných pružin 17 může být též použito permanentních magnetů, případně řeěených současně jako třecí plochy.In a second alternative embodiment, the container 11 need not have a peripheral portion of its wall thickened because its inertial effect does not apply here. The friction surfaces arranged circularly with respect to the axis of the shaft 8, which mediate the releasable connection of the cartridge 11 to the housing 4 or to the second wheel 5, can also be formed differently than described. The friction ring 15 may be located instead of the ribs 12 on the container body itself, or the friction surface may form the conical surface of the container 11 directly. to the housing A, the electromagnet 18 pulls it to the second wheel 5. Instead of compression springs 17, permanent magnets may also be used, possibly designed simultaneously as friction surfaces.

K unážení nebo brzdění zásobníku 11 lze případně využít i střídavě rotující elektromagnetické pole.Alternatively, alternately rotating electromagnetic fields can be used to drive or brake the cartridge 11.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Hydrodynamic clutch with two coaxially mounted independently rotatable semi-annular-shaped wheels provided with radially arranged vanes, the first wheel being driven and the second driven, and a housing fixedly coupled to the first wheel and surrounding the second wheel and its axle and comprising a magazine A working fluid, the cavity of which is open towards the second wheel, characterized in that the container (11) formed as a rotating body corresponding to its outer shape to the internal shape of the housing (4) is rotatably supported on the support shaft (8).

Hydrodynamic coupling according to Claim 1, characterized in that the wall of the container (11) is thickened in its peripheral part.

Hydrodynamic coupling according to claim 1 or 2, characterized in that radially arranged ribs (12) are provided in the cavity of the container (11).

Hydrodynamic coupling according to Claims 1 to 3, characterized in that there is free space for the insert (21) between the inner surface of the housing (4) and the outer surface of the container (11) secured against displacement in the direction of the axis of the support shaft (8). formed as an intermediate wall and fixedly connected to the support shaft (8).

Hydrodynamic clutch according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the reservoir (11) is displaceably mounted in the axial direction on the support shaft (8) and is provided with friction surfaces circularly arranged with respect to the axis of the support shaft (8) and cooperating with opposite friction surfaces provided on the facing sides of the second wheel (5) and the housing (4).

6. Hydrodynamic clutch according to claim 5, characterized in that the magazine (11) is springed against the housing (4) towards the second wheel (5) and provided with a friction ring (15) cooperating with the friction surface of the ring provided on the facing side of the second wheel. (5), wherein a circularly arranged electromagnet (18) is provided on the inside of the front wall of the housing (4), which is conductively connected to the power supply by means of a contact ring (20), against the front wall portion of the container (11) formed of magnetically conductive material arranged coaxially with the support shaft (8) on the outside of the front part of the housing wall (4).