| RU2242654C2 | 2004-12-20 | |||
| SU367298A1 | 1973-01-23 | |||
| RU2059132C1 | 1996-04-27 | |||
| GB397242A | 1933-08-24 |
| ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Высокомоментный вариатор нефрикционного типа, содержащий корпус, установленные на подшипниках в корпусе входной и выходной валы, механизм измене- ния передаточного отношения с рукояткой управления, посаженный на входной вал с возможностью совместного вращения пространственный кулачок, трёхвальный зубчатый дифференциал, вал водила которого является выходным валом, а валы колёс дифференци- ала снабжены с возможностью сообщения однонаправленного вращательного движения с относительным фазовым сдвигом на 90° двумя приводными механизмами с установлен- ными в подшипниках корпуса на одинаковом расстоянии от входного вала колебательны- ми валами, при этом каждый приводной механизм содержит пару обгонных муфт, с кине- матически связанными с валом колеса дифференциала ведомыми полумуфтами, а веду- щие полумуфты обгонных муфт кинематически связаны с колебательными валами, на ко- торых установлены контактирующие с пространственным кулачком рычаги, с возможно- стью изменения рукояткой управления относительного положения пространственного ку- лачка и рычагов, отличающийся тем, что снабжён для каждого приводного механизма парой колебательных валов, установленных параллельно входному валу, а оси каждой па- ры колебательных валов смонтированы в проходящей через ось входного вала плоскости, и эти плоскости перпендикулярны для разных пар колебательных валов, рычаги установ- лены карусельно в одной плоскости, при этом колебательные валы в каждой паре кинема- тически связаны с возможностью поворота с одинаковой по модулю разнонаправленной угловой скоростью, например, цепной передачей. |
Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и предназначено для плавного изменения передаточного отношения трансмиссии машин большой мощности, действующих при сложном динамическом режиме, включая останов выходного вала под нагрузкой, позволяет варьировать скорость и момент выходного вала в широком диапа- зоне.
Известны высокомоментные вариаторы нефрикционного типа, в которых момент от входного вала к выходному передаётся посредством пары колебательных механизмов с плавно изменяемым размахом колебаний, которые через обгонные муфты передают одно- направленное пульсирующее вращение на валы
дифференциала, водило которого - выходной вал [1].
Известны некулачковые высокомоментные вариаторы, в которых колебательные меха- низмы некулачкового типа, например, механизм с качающейся шайбой [2]. У вариаторов такого типа имеет место коэффициент неравномерности скорости вращения выходного вала около 10%.
Также известны кулачковые высокомоментные вариаторы, у которых колебательные механизмы кулачкового типа, например, вариатор с непространственным кулачком, снаб- жённый дополнительным устройством для изменения размаха колебаний колебательного вала [3]. У такого вариатора коэффициент неравномерности скорости вращения выходно- го вала - 0 ... 10%.
Примем за прототип наиболее близкий по технической сущности и достигаемому ре- зультату высокомоментный вариатор с пространственными кулачками [4], который имеет нулевой коэффициент неравномерности во всём диапазоне варьирования. Он содержит корпус, установленные на подшипниках в корпусе входной и выходной валы, механизм изменения передаточного отношения с рукояткой управления, посаженные на входной вал с возможностью совместного вращения и разнонаправленного осевого перемещения от рукоятки управления два пространственных кулачка, трёхвальный зубчатый дифференци- ал, вал водила которого является выходным валом, а валы колёс дифференциала снабже- ны с возможностью сообщения однонаправленного вращательного движения с относи- тельным фазовым сдвигом на 90° двумя приводными механизмами, каждый из которых включает в себя установленный в подшипниках корпуса перпендикулярно входному валу колебательный вал и пару обгонных муфт, с кинематически связанными с валом колеса дифференциала ведомыми полумуфтами, а ведущими полумуфтами кинематически связа- ны с колебательным валом, на каждом из которых установлены оппозитно контактирую- щие с разными пространственными кулачками рычаги, при этом оси колебательных валов установлены на одинаковом расстоянии от входного вала в перпендикулярной оси вход- ного вала плоскости, а также перпендикулярно друг другу.
Признаки известного механизма (прототипа), совпадающие с заявляемым изобретени- ем, следующие. Он содержит корпус, установленные на подшипниках в корпусе входной и выходной валы, механизм изменения передаточного отношения с рукояткой управле- ния, посаженный на входной вал с возможностью совместного вращения пространствен- ный кулачок, трёхвальный зубчатый дифференциал, вал водила которого является выход- ным валом, а валы колёс дифференциала снабжены с возможностью сообщения однона- правленного вращательного движения с относительным фазовым сдвигом на 90° двумя приводными механизмами с установленными в подшипниках корпуса на одинаковом рас- стояний от входного вала колебательными валами, при этом каждый приводной механизм содержит пару обгонных муфт, с кинематически связанными с валом колеса дифференци- ала ведомыми полумуфтами, а ведущие полумуфты обгонных муфт кинематически связа- ны с колебательными валами, на которых установлены контактирующие с пространствен- ным кулачком рычаги, с возможностью изменения рукояткой управления относительного положения пространственного кулачка и рычагов.
Известный механизм имеет два пространственных кулачка и достаточно сложные ки- нематические связи звеньев, что удорожает конструкцию и ухудшаем массово-габаритные характеристики.
Цель предлагаемого изобретения - упрощение и удешевление конструкции с повыше- нием эксплуатационных характеристик.
Предлагаемый высокомоментный вариатор нефрикционного типа имеет следующие существенные признаки. Он содержит корпус, установленные на подшипниках в корпусе входной и выходной валы, механизм изменения передаточного отношения с рукояткой управления, посаженный на входной вал с возможностью совместного вращения про- странственный кулачок 4, трёхвальный зубчатый дифференциал, вал водила которого яв- ляется выходным валом, а валы колёс дифференциала снабжены с возможностью сообще- ния однонаправленного вращательного движения с относительным фазовым сдвигом на
90° двумя приводными механизмами, каждый из которых включает в себя установленную на подшипниках в корпусе параллельно входному валу пару колебательных валов и пару обгонных муфт, с кинематически связанными с валом колеса дифференциала ведомыми полумуфтами, а каждая ведущая полумуфта кинематически связана с колебательным ва- лом, на колебательных валах установлены карусельно в одной плоскости контактирующее с пространственным кулачком рычаги, с возможностью изменения рукояткой управления относительного положения пространственного кулачка и рычагов, причём оси колеба- тельных валов установлены на одинаковом расстоянии от оси входного вала, а оси каждой пары колебательных валов смонтированы в проходящей через ось входного вала плоско- сти, и эти плоскости перпендикулярны для разных пар колебательных валов, при этом ко- лебательные валы в каждой паре кинематически связаны с возможностью поворота с оди- наковой по модулю разнонаправленной угловой скоростью, например, цепной передачей.
Отличительными от прототипа признаками изобретения являются следующие. Предла- гаемый вариатор снабжён для каждого приводного механизма парой колебательных валов, установленных параллельно входному валу, а оси каждой пары колебательных валов смонтированы в проходящей через ось входного вала плоскости, и эти плоскости перпен- дикулярны для разных пар колебательных валов, рычаги установлены карусельно в одной плоскости, при этом колебательные валы в каждой паре кинематически связаны с воз- можностью поворота с одинаковой по модулю разнонаправленной угловой скоростью, например, цепной передачей.
На фиг. 1. . .6 дан вариант конструкции предлагаемого вариатора; на фиг. 7 - графики кинематических параметров, на фиг. 8 и 9 - варианты конструктивного исполнения.
Предлагаемый механизм (фиг. 1. . .6) содержит корпус 1, установленные на подшипни- ках в корпусе входной вал 2 и выходной вал 3, посаженный на шлицах входного вала с возможностью осевого перемещения пространственный кулачок 4. OXYZ - зафиксирован- ная на корпусе, а оху - связанная с кулачком системы координат. На подшипниках в кор- пусе параллельно входному валу смонтированы две пары колебательных валов: 5а 5а 2 И
5Ь \ , 5Ьг, причём оси колебательных валов установлены на одинаковом расстоянии от оси
OZ входного вала, а оси каждой пары колебательных валов смонтированы в проходящей через ось входного вала плоскости, и эти плоскости перпендикулярны. Каждый колеба- тельный вал снабжён контактирующим с кулачком рычагом 6 посредством ролика 7, при этом рычаги расположены карусельно в одной плоскости. На колебательных валах зафик- сированы ведущие полумуфты 8 обгонных муфт 9, с ведомыми полу муфтами в виде ше- стерён ΙΟαι, Юа 2 , 10b l 5 10Ь 2 . В кулачке установлен на подшипниках стакан 1 1, зафикси- рованный от вращения ползуном 12 и пазом 13 в корпусе. С возможностью вращения в корпусе установлен связанный резьбой со стаканом 11 винт 14, с коническим зубчатым винцом 15, сцепленным с конической шестерней 16, которая закреплена на рукоятке управления 17. На колебательных валах (фиг. 5) закреплены двухвенцовые звёздочки 18, на каждую из которых надета пара цепей 19, с закреплёнными штифтами 20 крайними звеньями на диаметрально расположенных звёздочках, а на подшипниках корпуса уста- новлена пара опорных роликов 21. Цепи смонтированы с возможностью поворота диа- метрально противоположных колебательных валов с одинаковой по модулю разнонаправ- ленной угловой скоростью. На выходном валу 3 , являющегося вод илом цилиндрического трёхвального дифференциала [5], выполнена пара щёк 22 с парой сцепленных сателлитов 23а и 23Ь, валы колёс дифференциала 24а и 24Ь установлены на подшипниках выходного вала и сцеплены с сателлитами. На валах колёс дифференциала выполнены зубчатые вен- цы 25(2 и 25Ь, сцепленные с соответствующими шестернями 10 обгонных муфт.
Механизм действует следующим образом. От рукоятки управления 17 кулачок 4 из исходного положения (фиг. 2) перемещается на расстояние h,
H = h max - максимальное перемещение (фиг. 3). Поворачивающийся на угол а входной вал 2 отклоняет кулачком рычаги 5 колебательных валов на углы γ(α, К) , зависящие от про- филя пространственного кулачка и положения рукоятки управления (фиг. 4), λ = 2у шах - максимальный размах колебаний колебательных валов. При а = 0. . .π/2 колебательный вал 5(2ι поворачивается кулачком посредством рычага на угол [1]
άγ α1 ( ,Κ) (2λ\ fh . 2
а его угловая скорость ω Κα1 =— = ω I— J I— J sirr a,
где ω - скорость входного вала, t - время. Через обгонную муфту, колебательный вал вращает шестерню 10<ai с угловой скоростью сою а = ωκ αΐ · Одновременно диаметрально противоположный колебательный вал 5(2 2 цепной передачей поворачивается на угол
у а2 (а, К) = -y a i(a, h),
при этом обгонная муфта колебательного вала 5(2 2 действует в режиме обгона, на фиг. 5 стрелками показаны натянутые ветви цепей 19. При a = π/2. . .2π колебательный вал 5(2 2 передаёт вращение на шестерню 10(2 2 с угловой скоростью сою а = сок а 2, а обгонная муфта колебательного вала 5а ι совершает обгон. При полном обороте входного вала (а = 0. . .2π)
при этом шестерни 10(2ι и 10(2 2 через зубчатый венец 25а при любом а передают вращение на вал колеса дифференциала 24а с угловой скоростью
= ω О ( ) (i) Sin2
где ζιο и z 2 5 - число зубьев в шестерне 10 и зубчатом венце 25.
Колебательные валы 5bi и 5Ь 2 действуют аналогично на вал колеса дифференциала 24Ь, но со сдвигом по фазе н следовательно, его углов скорость
Водило дифференциала, который является выходным валом вариатора, вращается с уг- ловой скоростью следовательно, имеет место идеальная равномерность вращения выходного вала при со = const, и обеспечивается варьирование скорости выходного вала рукояткой управления 17, лачка относительно рычагов, в широком диапазоне: соз =
На фиг. 7 показаны графики угловых скоростей звеньев вариатора.
Кинематическая связь диаметрально противоположных колебательных валов может быть конструктивно различной: например (фиг. 8), с помощью тросов 26, закреплённых на диаметрально противоположных блоках 27, установленных на колебательных валах, 28 - опорные шкивы.
Изменение передаточного отношения вариатора зависит от относительного положения рычагов 6 и пространственного кулачка 4, поэтому перемещение кулачка относительно входного вала не принципиально: при фиксированном на выходном валу кулачке, можно установить рычаги на колебательных валах перемещаемыми от рукоятки управления как показано на фиг. 9, где колебательные валы выполнены шлицевыми, а для перемещения рычагов используются поводковые механизмы 29.
Следует применять в вариаторе нефрикционные обгонные муфты, позволяющие пере- давать без потерь энергии большие моменты, например, зубчатые обгонные муфты [6...8].
Информация о высокомоментных вариаторах нефрикционного типа дана на сайте [9] .
Источники информации:
1. Б. В. Пылаев. Приспособляемость нефрикционного высокомоментного вариатора к внешней нагрузке// Вестник машиностроения. 2009. N° 5. С. 12-16.
2. RU 2475663 CI, F 16 Н 29/08, 22.09.2011 (Б.В. Пылаев).
3. RU 2409779 CI, F 16 Н 29/08, 06.07.2009 (Б.В. Пылаев).
4. RU 2242654 С2, F 16 Н 29/08, 20.01.2003 (Б.В. Пылаев).
5. Крайнев А.Ф. Механика машин. Фундаментальный словарь. - 2-е изд. - М.: Машино- строение, 2001 (стр. 175. Схема б).
6. Б.В. Пылаев, А.А. Шамин. Зубчатая обгонная муфта для нефрикционного высокомо- ментного вариатора// Вестник машиностроения. 2008. N° 6. С. 3-6.
7. RU 2353835 С2, F 16 D 41/08, 27.03.2007 (Б.В. Пылаев, А.А. Шамин).
8. RU 2353836 С2, F 16 D 41/08, 27.03.2007 (Б.В. Пылаев, А.А. Шамин)
9. www.vmvp.ru