Load capacity and design parameters of ball-type safety-overrunning clutch with inclined grooves sides

Abstract

Article deals with safety-overrunning clutches for mechanical transmissions. Modern design of safety-overrunning clutch with grooves sides inclined to semi-coupling radius has been described and researched in the article. It has practical value for creation modular-type machines. On the basis of the theoretic studies, the expressions for obtaining the main specific operation parameters have been proposed: rating torque, beginning and ending operation torques. As the result of the studies, the equations for estimation the clutch main operation characteristics have been received - rating torque exceeding coefficient, coefficients of clutch accuracy and sensitivity. On account of modeling and comparison with clutch where grooves sides are parallel to the radius made a number of important conclusions. The analysis performed demonstrates that clutches with inclined to radius grooves sides in general have higher operation characteristics compared with clutches with parallel to radius grooves sides, particularly higher accuracy coefficient and lower rating torque exceeding coefficient. Obtained results make it possible to recommend for highly loaded large-mass systems clutches with low values of grooves to clutch axe and grooves sides to radius inclination angles, because it provides balls contact with plane sides grooves surfaces and through this allows to decrease contact stresses compared with clutches with grooves sides parallel to radius; allows to provide high load capacity with low rating torque exceeding in overload mode; in clutches with inclined to radius grooves sides friction impact manifests less in operation with high rotation frequency. У статті розглядаються запобіжно-обгонні муфти механічних передач. У статті описано та досліджено сучасну конструкцію запобіжно-обгінної муфти зі сторонами канавок, нахиленими до радіуса напівмуфти. Має практичне значення для створення машин модульного типу. На основі теоретичних досліджень запропоновано вирази для отримання основних питомих робочих параметрів: номінального, початкового та кінцевого робочих моментів. В результаті проведених досліджень отримано рівняння для оцінки основних характеристик роботи зчеплення – коефіцієнта перевищення номінального моменту, коефіцієнтів точності та чутливості зчеплення. На основі моделювання та порівняння з муфтою, де сторони канавок паралельні радіусу, зроблено ряд важливих висновків. Проведений аналіз показує, що муфти з нахиленими до радіусних канавок сторонами в цілому мають вищі робочі характеристики порівняно з муфтами з паралельними до радіусних канавок сторонами, зокрема вищий коефіцієнт точності та менший коефіцієнт перевищення номінального крутного моменту. Отримані результати дають змогу рекомендувати для високонавантажених великомасових систем муфти з низькими значеннями кутів нахилу канавок для осі зчеплення та сторін канавок до радіусів, оскільки це забезпечує контакт кульок із плоскими сторонами канавок і за рахунок цього дозволяє зменшити контактні напруги порівняно з з муфтами зі сторонами пазів, паралельними радіусу; дозволяє забезпечити високу вантажопідйомність з перевищенням малого номінального моменту в режимі перевантаження; в муфтах з нахиленими до радіусних канавок сторонами фрикційний вплив проявляється менше при роботі з високою частотою обертання.