Айналдыру білігін қосып-ажырату құрылғысы

Кіріспе

Екі айналатын вал немесе басқа да жылжымалы бөліктерді қосып-ажырататын механикалық құрылғы.

Клеч – шығыс валдың айналатын кіріс валдан ажыратылуына мүмкіндік беретін механикалық құрылғы. Клечтің кіріс білігі әдетте қозғалтқышқа бекітіледі, ал шығыс білігі жұмыс атқаратын механизмге қосылады. Автокөлікте клеч қозғалтқыш пен беріліс арасындағы механикалық байланыс қызметін атқарады. Клечті ажырату арқылы қозғалтқыштың айналу жиілігі (RPM) жетекші дөңгелектердің жылдамдығымен байланысты болмайды. Клечтің тағы бір мысалы электр дрельдерінде кездеседі. Клечтің кіріс білігі қозғалтқышпен қозғалады, ал шығыс білігі дрель ұшына (бірнеше аралық компоненттер арқылы) қосылады. Клеч дрель ұшын қозғалтқышпен бірдей жылдамдықпен айналдыруға (клеч қосылғанда), қозғалтқыштан төмен жылдамдықпен айналдыруға (клеч сырғанағанда) немесе қозғалтқыш айналғанда тоқтатып тұруға (клеч ажыратылғанда) мүмкіндік береді.

Құрғақ қосқыш

Құрғақ тұтқа қуатты кіріс білігінен шығыс білігіне құрғақ үйкеліс арқылы жеткізеді, мысалы, автомобиль қозғалтқышының инерциялық дөңгелегіне қысылатын үйкеліс дискісі. Көптеген тұтқалар құрғақ болып келеді, әсіресе қолмен басқарылатын қораптары бар көліктерде. Үйкеліс тұтқасының сығуы (тұтқа ішінара қосылғанда, бірақ біліктер әртүрлі жылдамдықпен айналғанда) кейде қажет, мысалы, автомобиль тоқтаған жерден жылдамдық алғанда; алайда, тозуды арттырмау үшін сығуды барынша азайту керек. Тарту типіндегі тұтқада педальді басқанда босату подшипнігі тұтқаны ажырату үшін тартылады. Итеру типіндегі тұтқада педальді басқанда босату подшипнігі тұтқаны ажырату үшін итеріледі. Көп пластиналы тұтқа бірнеше үйкеліс пластиналарынан тұрады, олар концентрлі түрде орналасқан. Кейбір жағдайларда, ол үлкен диаметрлі тұтқаның орнына қолданылады. Драг-рейсинг машиналарын дөңгелектерге қуат беру жылдамдығын басқару үшін көп пластиналы тұтқалар қолданылады, автомобиль тоқтаған жерден жылдамдық алғанда. Кейбір тұтқа дискілері көлік ішіндегі шу мен дірілді (NVH) азайту үшін тұтқа дискісінің табиғи жиілігін өзгертуге арналған серпімді элементтерді қамтиды. Сонымен қатар, қолмен басқарылатын қораптары бар кейбір автомобильдерде тұтқаның кенеттен қосылуын болдырмау үшін тұтқаны кешіктіру клапаны қолданылады.

Ылғалды тұйықтауыш

Ылғалды тұтқада үйкеліс материалы май ваннасында (немесе май ағынында) орналасады, бұл тұтқаны салқындатып, майлайды. Бұл тұтқаның жұмсақ жұмыс істеуін және қызмет ету мерзімін ұзартуға мүмкіндік береді, бірақ ылғалды тұтқалар майға жұмсалатын энергияның салдарынан тиімділігі төмен болуы мүмкін. Ылғалды тұтқа беттері сырғанақ болуы мүмкін (мысалы, қозғалтқыш майындағы мотоцикл тұтқасында), сондықтан бірнеше тұтқа дискілерін біріктіру үйкеліс коэффициентінің төмендеуін толықтырып, толық қосылғанда қуатпен жүргенде сырғанаудың алдын алады. Ылғалды тұтқалар көбінесе композитті қағаз материалдан жасалады.

Орталықтан сырғанаулы тұтқа

Орталықтан тепкіш тұтқа кіріс білігінің айналу жылдамдығы артқанда автоматты түрде қосылып, жылдамдық төмендегенде ажыратылады. Осы тұтқалар шағын мотоциклдерде, мотороллерлерде, бензопилаларда және кейбір көне автомобильдерде қолданылады.

Конуслы тұтқа

Конус тәрізді тұйықтауыш құрғақ үйкеліс пластиналы тұйықтауышқа ұқсас, бірақ үйкеліс материалы конус пішіндес нысанның сыртына жағылады. Конус тәрізді тұйықтауыштардың көп қолданылатын жері – қолмен басқарылатын берілістегі синхронизатор сақинасы.

Иттің тұтқасы

Ит сымбаттысы – синхронды емес қоробкаларда қолданылатын, сырғалмайтын конструкциялы сымбат.

Бір айналымдағы тұтқа

Бір айналымдық тұтқа 19 ғасырда қайшылар немесе престер сияқты машиналарды қуаттандыру үшін жасалды, онда жұмыс істейтін рычагты бір рет тарту немесе (кейінірек) батырманы басу арқылы механизм іске қосылып, қуат көзі мен машинаның коленвалды арасындағы тұтқаны дәл бір айналымға қосатын және тұтқа ажыратылғаннан кейін тоқтатар еді. Тұтқа ажыратылғанда, қозғалтқыш мүшесі тоқтатылады. Алғашқы конструкциялар әдетте, қозғалтқыш мүшесінде камерасы бар, ит тұтқалары болып келді, олар иттерді тиісті нүктеде ажырату үшін қолданылатын. 20 ғасырда бір айналымдық тұтқалар күрт жеңілдетілді, олар әлдеқайда аз жұмыс күшін қажет етеді және кейбір нұсқаларында операция барысында айналымның белгілі бір бөлігін қамтамасыз етеді. Кейбір қолданыстарда жылдам әрекет ететін үйкеліс тұтқалары ит тұтқаларын алмастырды, бұл тұтқа қосылған сайын иттерге түсетін соққы жүктемесінің мәселесін жойды. Ауыр өндірістік жабдықтарда қолданылумен қатар, бір айналымдық тұтқалар көптеген кіші машиналарда да қолданылды. Мысалы, табу машинасының ішінде, жұмыс батырмасын басу соңғы енгізілген санды өңдеу үшін бір айналымдық тұтқаны іске қосатын. Жазу машиналарында кез келген перне басу белгілі бір таңбаны таңдап, сонымен қатар бір айналымдық тұтқаны қосып, механизмді сол таңбаны басу үшін айналдыратын. Сол сияқты, телепринтерлерде әр таңбаны қабылдағанда баспа механизмын бір циклмен жұмыс істету үшін бір айналымдық тұтқа іске қосылатын. 1928 жылы Фредерик Г. Крид телепринтерлерде қажет болатын қайталанатын бастау-тоқтау әрекетіне өте қолайлы бір айналымдық спиральді серіппелі тұтқаны жасады. 1942 жылы Pitney Bowes Пошта өлшегіш компаниясының екі қызметкері бір айналымдық серіппелі тұтқаны жетілдірді. Бұл тұтқаларда спиральді серіппе қуат білігінің айналасына оралған және жұмыс істейтін рычагпен кеңейтілген күйде ұсталады. Іске қосылғанда, серіппе қуат білігінің айналасында жылдам жиырылады, тұтқаны қосады. Бір айналымның соңында, егер жұмыс істейтін рычаг қайта орнатылса, ол серіппенің соңына (немесе оған бекітілген тісті дөңгелекке) ілігіп, қозғалтқыш мүшесінің бұрыштық импульсі серіппедегі кернеуді босатады. Бұл тұтқалар ұзақ қызмет етеді – олардың көптегені ондаған, тіпті жүздеген миллион циклдарды кездейсоқ майлаудан басқа техникалық қызмет көрсетуді қажет етпей орындаған. Беттік принтерлерде, мысалы, телепринтерлерде, телетип 28 моделі және оның кейінгі нұсқаларында каскадты тісті дөңгелекті бір айналымдық тұтқалар спиральді серіппелі бір айналымдық тұтқаларды ығыстырды, олар бірдей конструкциялық принциптерді қолданды. IBM Selectric тегілгіш машиналары да оларды қолданды. Бұл әдетте қуат білігіне орнатылған дискі тәрізді жиналымдар болып табылады. Дискі тәрізді қуыс барабанның ішінде екі-үш еркін қозғалатын тісті дөңгелек орналасқан, сондықтан тұтқа іске қосылғанда тісті дөңгелектер барабанды тежеудегі аяқ киім сияқты сыртқа қарай шығады. Қосылған кезде, әрбір тісті дөңгелектің жүктемелік айналу моменті оларды қосу үшін басқаларына беріледі. Бұл тұтқалар бір рет бекітілгеннен кейін сырғымайды және олар өте жылдам, миллисекундтар ретімен іске қосылады. Жиналыстан сыртқа қарай созылатын жол проекциясы бар. Егер жұмыс істейтін рычаг осы проекцияға тисе, тұтқа ажыратылады. Бұл проекцияны жұмыс істейтін рычаг босатқанда, ішкі серіппелер мен үйкеліс тұтқаны қосады. Содан кейін тұтқа бір немесе бірнеше айналымды орындайды және жұмыс істейтін рычаг қайтадан жол проекциясына тигенде тоқтайды.

The single revolution clutch was developed in the 19th century to power machinery such as shears or presses where a single pull of the operating lever or (later) press of a button would trip the mechanism, engaging the clutch between the power source and the machine's crankshaft for exactly one revolution before disengaging the clutch. When the clutch is disengaged, the driven member is stationary. Early designs were typically dog clutches with a cam on the driven member used to disengage the dogs at the appropriate point. Greatly simplified single revolution clutches were developed in the 20th century, requiring much smaller operating forces and in some variations, allowing for a fixed fraction of a revolution per operation. Fast action friction clutches replaced dog clutches in some applications, eliminating the problem of impact loading on the dogs every time the clutch engaged. In addition to their use in heavy manufacturing equipment, single revolution clutches were applied to numerous small machines. In tabulating machines, for example, pressing the operate key would trip a single revolution clutch to process the most recently entered number. In typesetting machines, pressing any key selected a particular character and also engaged a single rotation clutch to cycle the mechanism to typeset that character. Similarly, in teleprinters, the receipt of each character tripped a single revolution clutch to operate one cycle of the print mechanism. In 1928, Frederick G. Creed developed a single turn wrap spring clutch that was particularly well suited to the repetitive start stop action required in teleprinters. In 1942, two employees of Pitney Bowes Postage Meter Company developed an improved single turn spring clutch. In these clutches, a coil spring is wrapped around the driven shaft and held in an expanded configuration by the trip lever. When tripped, the spring rapidly contracts around the power shaft engaging the clutch. At the end of one revolution, if the trip lever has been reset, it catches the end of the spring (or a pawl attached to it), and the angular momentum of the driven member releases the tension on the spring. These clutches have long operating lives—many have performed tens and perhaps hundreds of millions of cycles without the need of maintenance other than occasional lubrication. Cascaded pawl single revolution clutches superseded wrap spring single revolution clutches in page printers, such as teleprinters, including the Teletype Model 28 and its successors, using the same design principles. IBM Selectric typewriters also used them. These are typically disc shaped assemblies mounted on the driven shaft. Inside the hollow disc shaped drive drum are two or three freely floating pawls arranged so that when the clutch is tripped, the pawls spring outward much like the shoes in a drum brake. When engaged, the load torque on each pawl transfers to the others to keep them engaged. These clutches do not slip once locked up, and they engage very quickly, on the order of milliseconds. A trip projection extends out from the assembly. If the trip lever engaged this projection, the clutch was disengaged. When the trip lever releases this projection, internal springs and friction engage the clutch. The clutch then rotates one or more turns, stopping when the trip lever again engages the trip projection.

Басқа үлгілер

Кикбек-бректер: 1940 жылдарға дейін жасалған кейбір синхронды электр сағаттарында кездеседі, сағаттың кері жүрмеуіне арналған. Бұл клатка артқы қақпақтармен жабдықталған серіппелі тежегіштен тұрады, ол бір немесе екі сатылы редуктор арқылы роторға қосылған. Тежегіш кері бұрылғанда құлыпталады, бірақ сонымен қатар серіппелік қасиеттері де бар. Ротордың кері инерциясы клатканы іске қосып, серіппені керіп жібереді. Серіппе босағанда, қозғалтқыш дұрыс бағытта қайта іске қосылады. Белдік клаткасы: ауыл шаруашылығы техникасында, шөп шабу машиналарында, топырақ өңдеу машиналарында және қар тазалау машиналарында қолданылады. Қозғалтқыш қуаты бос жүрісте бос белдіктер арқылы беріледі, бірақ инерциялық дөңгелек белдіктерді керіп, белдіктер мен дөңгелектер арасындағы үйкелісті арттыра алады. BMA клаткасы: 1949 жылы Уолдо Дж. Келли ойлап тапқан, екі білік арасында айналу моментін беруге арналған. Ол бір білікке бекітілген тұрақты жетекші элементтен және көптеген ойықтары бар жанасу бетіне ие қозғалмалы жетекші элементтен тұрады. Электромагниттік клатка: әдетте клатка жинағының бөлігі болып табылатын электромагнит арқылы іске қосылады. Басқа түрі, магниттік бөлшектер клаткасы, жетекші және жетекті мүшелер арасындағы камерада магниттік бөлшектерді қамтиды – тұрақты ток қолданылғанда бөлшектер бірігіп, жұмыс беттеріне жабысады. Қосылу және сырғу өте тегіс. Серіппелі клатка: спиральді серіппеден тұрады, әдетте тікбұрышты қималы сыммен оралған. Бұл технология 19 және 20 ғасырлардың басында дамыған. Ең қарапайым нұсқасында серіппе бір ұшынан жетекті мүшеге бекітілген, ал екінші ұшы бос. Серіппе цилиндрлі жетекші мүшенің айналасына тығыз орналасады. Егер жетекші мүше серіппені кері айналдыратын бағытта бұрылса, серіппе сәл кеңейіп, аз мөлшерде сырғанап, үйкеліс тудырады. Осы себепті серіппелі клаткаларды жеңіл маймен майлау қажет. Жетекші мүшені кері бұру серіппені жетекші бетке тығыз орап, клатканы жылдам құлыптайды. Серіппелі клатканың сырғанауына қажетті айналу күші серіппедегі айналымдар санына пропорционалды түрде экспоненциалды өседі, капистан теңдеуіне сәйкес.

Kickback clutch brakes: Found in some types of synchronous motor driven electric clocks built before the 1940s, to prevent the clock from running backwards. The clutch consisted of a wrap spring clutch brake that was coupled to the rotor by one or two stages of reduction gearing. The clutch brake locked up when rotated backwards, but also had some spring action. The inertia of the rotor going backwards engaged the clutch and wound the spring. As it unwound, it restarted the motor in the correct direction. Belt clutch: used on agricultural equipment, lawnmowers, tillers, and snow blowers. Engine power is transmitted via a set of belts that are slack when the engine is idling, but an idler pulley can tighten the belts to increase friction between the belts and the pulleys. BMA clutch: Invented by Waldo J Kelleigh in 1949, used for transmitting torque between two shafts consisting of a fixed driving member secured to one of said shafts, and a movable driving member, having a contacting surface with a plurality of indentations. Electromagnetic clutch: typically engaged by an electromagnet that is an integral part of the clutch assembly. Another type, the magnetic particle clutch, contains magnetically influenced particles in a chamber between driving and driven members—application of direct current makes the particles clump together and adhere to the operating surfaces. Engagement and slippage are notably smooth. Wrap spring clutch: has a helical spring, typically wound with square cross section wire. These were developed in the late 19th and early 20th century. In simple form the spring is fastened at one end to the driven member; its other end is unattached. The spring fits closely around a cylindrical driving member. If the driving member rotates in the direction that would unwind the spring expands minutely and slips although with some drag. Because of this, spring clutches must typically be lubricated with light oil. Rotating the driving member the other way makes the spring wrap itself tightly around the driving surface and the clutch locks up very quickly. The torque required to make a spring clutch slip grows exponentially with the number of turns in the spring, obeying the capstan equation.

Қолмен басқару

Көптеген қолмен басқарылатын машиналар мен жүк көліктері құрғақ қосқышты пайдаланады, оны жүргізуші ең сол жақтағы педальмен басқарады. Педальдің қозғалысы гидравликалық жүйе (бас және ілемелі цилиндрлер) немесе кабель арқылы қосқышқа беріледі. Қосқыш тек жүргізуші қосқыш педалін басқанда ғана ажыратылады, сондықтан беріліс әдетте қозғалтқышқа қосылып тұрады. Көлік тұрғанда қосқыш педалін босатуға мүмкіндік беру үшін "бейтарап" беріліс орны қарастырылған. Қосқыш көлік тұрған жерден жүру үшін қажет, және әдетте (бірақ әрқашан емес) беріліс ауыстыру кезінде қозғалтқыш пен берілістің айналу жылдамдықтарын синхрондауға көмектеседі, яғни берілісті жоғарылатқанда қозғалтқыштың айналу жылдамдығын (RPM) төмендетіп, берілісті төмендеткенде арттырады. Қосқыш әдетте қозғалтқыштың инерциялық дөңгелегіне тікелей бекітіледі, себебі ол қосқыштың бірінші жетек пластинасы ретінде қолданылатын ыңғайлы, үлкен диаметрлі болат дискіні қамтамасыз етеді. Кейбір жарыс қосқыштары инерциялық дөңгелектің бөлігі емес, кішкентай көп дискілі жиынтықтарды қолданады. Қосқыш пен инерциялық дөңгелек беріс қорабының конустық корпусында орналасқан. Қосқыш дискісі үшін қолданылатын үйкеліс материалы әртүрлі болады, көбінесе мыс сыммен немесе керамикалық материалмен қапталған органикалық қоспалы шайыр қолданылады.

Автоматты берілістер

Автоматты берілісте тұтқаның қызметін айналым моментін түрлендіргіш атқарады. Дегенмен, берілістің өзінде де ішкі тұтқалар жиі кездеседі, мысалы, айналым моментін түрлендіргіштің жоғалуын болдырмау үшін құлыптағыш тұтқа, беріліс арқылы энергия шығындарын азайту және соның салдарынан отынның үнемділігін арттыру мақсатында.

Желдетушілер мен компрессорлар

Ескі белдікпен жұмыс істейтін қозғалтқыш желдеткіштері көбінесе жылуға реакция жасайтын, екі металлдан жасалған жолақты муфтаны пайдаланады. Температура төмен болғанда серіпке оралып, клапан жабылады, бұл желдеткіштің коленвал айналысының шамамен 20%-дан 30%-ына дейін айналуына мүмкіндік береді. Серіпкенің температурасы көтерілгенде, ол керіліп, клапанды ашады, сұйықтықтың клапан арқылы өтуіне мүмкіндік береді, нәтижесінде желдеткіш коленвал айналысының шамамен 60%-дан 90%-ына дейін айналады. Көліктің кондиционерінің компрессоры қажет болған жағдайда іске қосу үшін көбінесе магниттік муфталарды пайдаланады.

Мотоциклдерде қолдану

Мотоциклдерде көбінесе майға батырылған (сулы) тұтқа қолданылады, ол беріліспен бірдей майда жұмыс істейді. Мұндай тұтқалар әдетте бірінің үстіне бірі орналасқан, кезектесіп, үйкеліс пластиналары мен болат пластиналардан құралады. Үйкеліс пластиналарының сыртқы диаметрінде коленвалмен байланысқан себетке бекітілетін тістіктер болады. Болат пластиналарының ішкі диаметрінде берілістің кіріс білігіне бекітілетін тістіктер орналасқан. Тұтқа қосылғанда, спиральді серіппелер немесе диафрагмалық серіппе пластинасы пластиналарды бірге қысады. Мотоциклдерде тұтқа сол жақ рульдегі қолмен басқарылатын рычаг арқылы іске қосылады. Рычагқа қысым көрсетілмесе, тұтқа пластиналары қосылған (қоздырылған) күйде болады, ал рычагты өз басына тартқанда кабель немесе гидравликалық механизм арқылы тұтқа пластиналары ажыратылып, мотоциклге жылдамдық алмастыруға немесе инерциямен жүруге мүмкіндік береді. Жарыс мотоциклдері көбінесе қозғалтқыштан тежелудің әсерін жою үшін сырғанап тұтқаларды (slipper clutches) пайдаланады, себебі бұл тежелу тек артқы дөңгелекке қолданылатындықтан тұрақсыздыққа әкелуі мүмкін.