Изобретение относится к области машиностроения и касается механизмов передачи вращательного движения, которые способны изменять передающее соотношение (вариаторов).

Известны устройства непрерывной передачи вращательного движения [Харитонов С. А. Автоматические коробки передач. - М.: Астрель -ACT, 2003 -497с. 1] выполненные в виде фрикционных вариаторов, в которых передача вращательного движения и крутящего момента осуществляется за счет взаимодействия поверхностей трения.

Недостатками таких устройств является невозможность передавать большой крутящий момент, а также низкая надежность и долговечность. Эти недостатки обусловлены тем, что как только границы поверхности трения начинают не контролировано скользить, это приводит к ускоренному износу этих поверхностей и падению оборотов ведомого вала.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению есть устройство, известное как импульсный вариатор [Мальцев В.Ф. Импульсные вариаторы.- М.: Машгиз, 1963 -278с.2]. В нем вращающее движение на ведомый вал передается через механизмы свободного хода, которые работают в режиме принудительных колебаний кручения, при этом изменение амплитуды колебаний дает возможность осуществлять вариацию передающего соотношения.

Недостатки прототипа следующие: - импульсный вариатор принципиально неспособен передавать вращательное движение при условии больших передающих соотношений, поскольку именно при таких условиях амплитуда колебаний механизмов свободного хода становится предельно низкой, соизмеримой с величиной начального люфта этих механизмов, что приводит к их быстрому разрушению и уменьшению равномерности вращения ведомого вала.

Задача изобретения - улучшение равномерности работы механизма, повышение его надежности и долговечности, увеличение максимально допустимого крутящего момента и коэффициента полезного действия механизма, а также уменьшение импульсных нагрузок на элементы конструкции.

Задача решается за счет того, что в механизм передачи вращательного движения силовой, включающий корпус механизма, в котором расположены с возможностью вращения ведущий и ведомый валы, на ведущем валу установлен эксцентриковый механизм с собственным валом и механизмом управления, на валу эксцентрикового механизма с возможностью вращения установлено кольцевидное промежуточного звено и механизм свободного хода с кольцевидными входными и выходными звеньями, согласно изобретению введенны такие новые признаки:

- промежуточное звено кинематически соединено с ведомым валом с возможностью передачи вращательного движения, входные звенья механизмов свободного хода соединены с промежуточным звеном, а выходные звенья соединены с корпусом механизма с помощью шарнирных тяг и шарниров, каждый из которых содержит в себе две обоймы и взаимодействует с центральным шарниром, корпус которого соединен с выходным звеном механизма свободного хода, и с расположенным на корпусе механизма корпусным шарниром, корпус которого соединен с корпусом механизма;

- на корпусе корпусного шарнира расположена обойма, в которой с возможностью вращения расположены вал шарнира и соединенный с ним эксцентрик шарнира, который взаимодействует с обоймой шарнирной тяги, при этом к валу шарнира с помощью упругого звена в виде цилиндрической пружины или тарельчатой пружины или пластинчатой пружины, прижата промежуточная деталь в виде клина, шара или колодки, расположенная в корпусе шарнира с возможностью радиального передвижения, или несколько промежуточных деталей, каждая из которых взаимодействует с расположенным в корпусе шарнира упругим звеном;

- каждое упругое звено взаимодействует с механизмом регулирования усилия, выполненным в виде расположенного в корпусе шарнира винтового механизма, или в виде эксцентрикового механизма, или в виде клинового механизма;

- на валу каждого корпусного шарнира расположена лунка, или несколько лунок, в каждую лунку своим клинообразным или шароподобным выступом углублена промежуточная деталь, при этом угол β между линией, которая соединяет между собой ось вала шарнира с осью эксцентрика шарнира в плоскости поперечного сечения и осевой линией шарнирной тяги при максимальном углублении промежуточной детали в лунку есть большим, чем угол трения β ₀ в системе "вал шарнира- обойма шарнира", а угол [φ] предельного поворота вала шарнира от положения максимального углубления промежуточной детали в лунку к предельному положению, когда эта деталь почти полностью выходит из лунки, есть большим, чем разность между углами β и β , т.е. между углами [φ], β и β ₀ должно быть такое соотношение: {β -β*) < \φ\\

Наличие в предлагаемом механизме кинематической связи между промежуточным звеном и ведомым валом с возможностью передачи вращательного движения дает возможность улучшить равномерность работы механизма и уменьшить импульсные нагрузки на механизмы свободного хода и ведомый вал, поскольку такие нагрузки частично поглощаются за счет взаимодействия между элементами кинематической цепочки, которая обеспечивает эту кинематическую связь.

Наличие в предлагаемом механизме механизмов свободного хода, входные звенья которых соединены с корпусом механизма с помощью шарнирных тяг, дает возможность уменьшить импульсные нагрузки на промежуточное звено и механизмы свободного хода, поскольку применяемые в предлагаемом механизме шарнирные тяги могут иметь довольно большую длину, соизмеримую с диаметром корпуса механизма, вследствие чего импульсные нагрузки при блокировке механизмов свободного хода частично будут поглощаться за счет растягивания длинных шарнирных тяг в пределах упругих деформаций.

Наличие в предлагаемом механизме шарнирных тяг, каждая из которых содержит в своем составе две обоймы, одной из которых шарнирная тяга взаимодействует с центральным шарниром, расположенным на выходном звене механизма свободного хода, а второй взаимодействует с расположенным на корпусе механизма эксцентриковым шарниром, который содержит в себе корпус шарнира и соединенную с ним обойму шарнира, в которой с возможностью проворачивания расположен вал шарнира, который соединен с эксцентриком шарнира, который взаимодействует с обоймой шарнирной тяги, при этом к валу шарнира с помощью упругого звена прижата промежуточная деталь, расположенная в корпусе шарнира с возможностью радиального передвижения, или несколько промежуточных деталей, каждая из которых взаимодействует с расположенным в корпусе шарнира упругим звеном, дает возможность существенно уменьшить импульсные нагрузки на промежуточное звено и механизмы свободного хода в процессе их блокировки, поскольку энергия такой перегрузки будет поглощаться как за счет растягивания длинных шарнирных тяг в пределах упругих деформаций, так и за счет частичного проворачивания эксцентрикового шарнира, при этом энергия импульсной перегрузки частично будет тратиться на преодоление сил трения в эксцентриковом шарнире, а эти силы будут тем большими, чем большая жесткость упругих звеньев.

Наличие в предлагаемом механизме расположенных в корпусах эксцентриковых корпусных шарниров механизмов регулирования усилия упругих звеньев, выполненных в виде винтовых механизмов, эксцентриковых механизмов, клиновых механизмов дает возможность за счет увеличения сил трения в эксцентриковых шарнирах повысить способность этих шарниров к поглощению энергии импульсных перегрузок, что позволяет увеличивать максимально допустимый крутящий момент, который передается на ведомый вал предлагаемого механизма.

Наличие в предлагаемом механизме эксцентриковых шарниров, в составе которых есть валы шарниров с расположенными на них лунками, в каждую из которых своим клинообразным или шароподобным выступом углублена промежуточная деталь, при этом угол β между линией, которая соединяет между собой ось вала шарнира с осью эксцентрика шарнира в плоскости поперечного сечения и осевой линией шарнирной тяги при максимальном углублении промежуточной детали в лунку есть большим, чем угол трения β ₀ в системе "вал шарнира- обойма шарнира", а угол [φ] предельного проворачивания вала шарнира от положения максимального углубления промежуточной детали в лунку к предельному положению, когда эта деталь почти полностью выходит из лунки, есть большим, чем разность между углами β и β ₀ , т.е. между углами [φ], β и β ₀ должно быть такое соотношение:

(β -βο) < [φ],

что дает возможность уменьшить импульсные нагрузки на механизмы свободного хода и шарнирные тяги, поскольку энергия таких нагрузок будет поглощаться как за счет сил трения в эксцентриковых шарнирах, так и за счет взаимодействия промежуточных деталей с лунками валов шарниров, а после уменьшения нагрузки на шарнирные тяги валы эксцентриковых шарниров автоматически будут возвращаться в исходное положение, когда под действием упругих звеньев промежуточные детали будут максимально углубляться в лунки.

Предлагаемый механизм передачи вращательного движения силовой изображен на рис.1 и рис.2.

Механизм включает в себя:

Неподвижный корпус 1, ведущий вал 2, на котором расположен ползунок эксцентрикового механизма 3, с которым жестко соединен вал эксцентрикового механизма 4, на котором расположен подшипник 5, с помощью которого промежуточное звено 6 соединено с возможностью проворота с валом эксцентрикового механизма 4. С промежуточным звеном 6 жестко соединен палец 7, который своим свободным концом входит в паз кулисы 8, что жестко соединена с ведомым валом 9. На промежуточном звене 6 закреплены входные звенья механизмов свободного хода 10, а выходные звенья механизмов свободного хода 1 1 соединены с шарнирными тягами 12, каждая из которых содержит в себе малую обойму 13 и большую обойму 14, при этом малая обойма шарнирной тяги взаимодействует с центральным шарниром 15, расположенным на входном звене механизма свободного хода, а большая обойма шарнирной тяги 14 взаимодействует с корпусным эксцентриковым шарниром 16. Эксцентриковый шарнир 16 содержит в себе корпус шарнира 17, который соединен с корпусом механизма, обойму шарнира 18, где с возможностью проворачивания расположен вал шарнира 19, с которым соединен эксцентрик шарнира 20, который взаимодействует с большой обоймой шарнирной тяги 14. На валу шарнира 19 расположена лунка 21, в которую своим клинообразным или шарообразным выступом входит промежуточная деталь 22, что расположена в пазу шарнира 23 с возможностью передвижения вдоль паза. В пазу шарнира 23 расположено упругое звено 24, которое взаимодействует с промежуточной деталью 22 и с расположенным в торце паза 23 винтом механизма регулирования усилия 25. Винт механизма управления эксцентриковым механизмом 26, расположенный на ведущем валу 2, взаимодействует с ползуном эксцентрикового механизма 3 с помощью шарового шарнира.

Механизм работает следующим образом.

Ведущий вал 2, вращаясь против часовой стрелки с угловой скоростью ω, передает вращательное движение на ползун эксцентрикового механизма 3 и на вал этого механизма 4, при этом точка М, расположенная на оси вала 4, описывает круг радиуса е вокруг точки О, через которую проходит ось вращения ведущего вала 2. Величину е, которая является расстоянием между осью обращения вала 2 и осью вала эксцентрикового механизма 4, назовем эксцентриситетом механизма. Его можно изменять с помощью винта управления эксцентриковым механизмом 26.

Расстояние между точкой М и расположенными на корпусе механизма эксцентриковыми шарнирами постоянно изменяется. Пусть в данный момент времени ближайшим к точке M расположился эксцентриковый шарнир 16, соединенный с помощью шарнирной тяги 12 с малой обоймой 13 с шарниром, центр которого находится в точке Р]. Точка М движется влево, стараясь продвинуть промежуточное звено 6 вместе с подшипником 5 влево, при этом шарнир с центром в точке Pi также будет стараться двигаться влево, однако при этом автоматически блокируется механизм свободного хода, с выходным звеном которого соединен шарнир P _t . Тогда в данный момент времени точка М будет двигаться влево, точка Pi будет стоять на месте, а мгновенный центр скоростей (МЦС) промежуточного звена 6 расположится именно в точке Р при этом механизмы свободного хода, связанные с шарнирами Р ₂ , Рз, Р ₄ остаются разблокированными, а промежуточное звено 6 движется так, как бы двигался подвижный круг радиуса (R-e) с центром в точке М, обкатываясь в середине большого недвижимого круга радиуса R с центром в точке О. Здесь R есть расстояние между точками О i Pi в данный момент времени. Тогда передающее соотношение предлагаемого механизма будет:

/= (R-e)/e

Промежуточное звено 6 вращается с угловой скоростью Ω, передавая вращательное движение через палец 7 и кулису 8 на ведомый вал 9. Для изменения передаточного соотношения винтом 26 необходимо изменить эксцентриситет механизма е.

Если в процессе передачи вращательного движения и крутящего момента на ведомый вал возникает импульсная перегрузка, связанная с блокировкой механизма свободного хода, соединенного с шарниром Р шарнирная тяга 12, соединенная с этим шарниром, старается продвинуться влево. Взаимодействуя своей большой обоймой 14 с эксцентриком шарнира 20, она будет проворачивать эксцентрик шарнира 20 вместе с валом шарнира 19 против часовой стрелки. Проворачиванию эксцентрика шарнира 20 будут мешать промежуточные детали 22, которые будут стараться выйти из лунок 21, сжимая при этом упругие звенья 24. Процесс проворачивания вала шарнира 19 автоматически остановится, как только угол β между осевой линией шарнирной тяги 12 и осевой линией (KL) эксцентрикового шарнира, которая соединяет осе вала 19 и эксцентрика 20 в плоскости поперечного сечения, уменьшится до величины β ₀ , где β ₀ есть угол трения в системе "вал шарнира - обойма шарнира", поскольку в таком случае момент трения между валом шарнира и обоймой шарнира превышает активный момент, который передает на вал шарнира 19 шарнирная тяга 12. Если угол проворачивания вала шарнира, который можно определить как разность между углами β и β ₀ не превысит угол предельного проворачивания вала [φ] , который соответствует проворачиванию вала шарнира от нулевого положения, когда промежуточная деталь 22 полностью углублена в лунку 21 до предельного положения, когда промежуточная деталь почти полностью выйдет из лунки, то после уменьшения нагрузки на шарнирную тягу 12 вал шарнира 19 автоматически провернется в нулевое положение.

Заметим, что когда вследствие импульсной перегрузки механизма свободного хода и соответствующей шарнирной тяги, соединенной с шарниром Р вал шарнира 19 начнет проворачиваться, угловая скорость ведомого вала и промежуточного звена 6 уменьшится, вследствие чего начнет блокироваться еще один механизм свободного хода, соединенный с шарниром Р ₂ , тогда передача крутящего момента на ведомый вал будет осуществляться одновременно через два заблокированных механизма свободного хода, ^{^} который дает возможность увеличить максимально допустимый крутящий момент. При этом остальные механизмы свободного хода остаются разблокированными. Все механизмы свободного хода будут срабатывать поочередно в зависимости от угла проворачивания ведущего вала 2, а возможные импульсные перегрузки автоматически будут поглощаться за счет срабатывания эксцентриковых _. шарниров, расположенных на корпусе предлагаемого механизма.

Коэффициент полезного действия при этом также повысится, поскольку чем меньше перегружаются механизмы свободного хода, тем меньшие будут затраты энергии в процессе их блокировки. Предлагаемый механизм способен работать равномерно, с высокой надежностью и долговечностью, передавая большой крутящий момент с высоким коэффициентом полезного действия, при этом импульсные нагрузки на элементы конструкции будут минимальными.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)