ТРАНСФОРМАТОР ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА ШАШКИНА Российский патент 1997 года по МПК F16H33/14 

Изобретение относится к механизмам, изменяющим плавно, бесступенчато, величины момента и угловой скорости выходного звена. Известен инерционный импульсный автоматический трансформатор вращающего момента грузовых автомобилей, в котором ведущий вал передачи изготовлен за одно целое с передней крышкой ведущего маховика, выполненного разборным и несущего подшипники качения, в которых установлены оси сателлитов с закрепленными на них неуравновешенными грузами, причем сателлиты находятся в зацеплении с центральной шестерней, закрепленной на одном конце карданного вала автомобиля, жестко связанного с внутренней обоймой механизма свободного хода, у которого наружная обойма связана с корпусом передачи, при этом второй конец карданного вала несет маховик [1]
Трансформатор имеет следующие недостатки.

1. Передаточное ношение в нем изменяется только при изменении момента сопротивления, его нельзя изменять чисто кинематически, т.е. при отсутствии момента сопротивления в нем невозможно управление его выходной характеристикой величины выходного момента и величиной угловой скорости выходного вала.

2. Передаточное отношение невелико
3. За одну половину периода одного колебания импульсатора положительный импульс вращающего момента передается на выходной вал, изменяясь плавно от нуля до максимума и опять до нуля, а на протяжении второй половины периода отрицательный импульс момента не передается этот на вал, и вращательное движение на рабочую машину передается только с помощью маховика, что увеличивает неравномерность движения.

Близким техническим решением к изобретению является инерционный трансформатор вращающего момента [2] которой содержит входной, промежуточный и выходной валы, два одинаковых планетарных ряда с четырьмя центральными колесами и двумя сателлитами с неуравновешенным грузами, два механизма свободного хода, регулирующее устройство, выполненное в виде реверсивного гидромотора, статор и ротор которого связаны с двумя центральными колесами, и управляемою муфту, фиксирующую статор и ротор регулирующего устройства.

Трансформатор имеет следующие недостатки.

1. Его невозможно использовать в негидрофицированных машинах.

2. В нем имеет место малая чувствительность и неточность регулирования.

3. Передаточное отношение в нем изменяется только при изменении момента сопротивления на выходном валу, его нельзя изменить чисто кинематически, т. е. при отсутствии момента сопротивления в нем невозможно управление его выходной моментной характеристикой.

4. За одну половину периода одного колебания импульсатора положительный импульс вращающего момента передается на выходной вал, плавно изменяясь от нуля до максимума и опять до нуля, на протяжении второй половины периода отрицательный импульс момента не передается на этот вал, так как гасится неподвижной наружной обоймой механизма свободного хода, и вращательное движение на рабочую машину передается только с помощью маховика, что увеличивает неравномерность движения.

Целью настоящего изобретения является создание безинерционного трансформатора вращающего момента, в котором все звенья движутся в одной плоскости, реализовано большое передаточное отношение и обеспечивается требуемая величина коэффициента неравномерности вращения выходного вала за счет получения любого количества перекрывающих друг друга однонаправленных и регулируемых одновременно по величине импульсов вращающего момента с возможностью управления выходной моментной характеристикой.

Поставленная цель достигается тем, что трансформатор вращающего момента содержит корпус, входной и выходной валы, механизмы свободного хода, импульсатор, механизм регулирования амплитуд импульсов вращающего момента с возможностью управления, включающий ведущие и ведомые звенья, отличающийся тем, что с целью размещения всех звеньев в одной плоскости, увеличения передаточного отношения, обеспечения требуемой величины коэффициента неравномерности вращения выходного вала и получения любого количества перекрывающих друг друга однонаправленных и регулируемых одновременно по величине импульсов вращающего момента с возможностью управления выходной моментной характеристикой, механизм регулирования амплитуд импульсов вращающего момента выполнен в виде дифференциального механизма с двумя степенями свободы с суммарным передаточным отношением, равным единице при остановленном водиле, которое устанавливается свободно на ведущем валу механизма регулирования с возможностью фиксированного поворота, ведущее звено его соединено зубчатой или другой передачей с входным валом импульсатора, а ведомое является условным кривошипом переменной длины кривошипно-коромыслового механизма, в котором коромысло является водилом механизма циклического изменения радиуса вращения грузов, идентичного механизму регулирования амплитуд импульсов вращающего момента, причем это водило сидит свободно на полом валу, соосном с входным валом импульсатора и жесткосвязанном одним концом с наружной обоймой первого механизма свободного хода, внутренняя обойма которого жестко связана с входным валом импульсатора, а вторым концом с наружной обоймой второго механизма свободного хода, у которого внутренняя обойма сидит на выходном валу трансформатора, при этом в механизме циклического изменения радиуса вращения грузов одно центральное колесо замыкается зубчатой передачей с полым валом второе центральное колесо этого механизма сидит на одной ступице с центральным колесом импульсатора, входящим в зацепление с двумя зубчатыми колесами, жестко закрепленными на осях, образующих вращательные пары с двуплечим рычагом наружной обоймы первого механизма свободного хода и несущих отводки с закрепленными на них грузами.

На фиг. 1 показана кинематическая схема всего трансформатора, а на фиг. 2 и 3- соответственно схемы механизмов циклического изменения радиуса вращения грузов и механизма регулирования амплитуд импульсов вращающего момента.

Трансформатор содержит корпус в подшипниках которого располагается входной вал 1 импульсатора, с которым жестко связана внутренняя обойма 2 первого механизма свободного хода. В гнездах наружной поверхности этой обоймой располагаются ролики 3, взаимодействующие с наружной поверхностью обоймы 4, имеющей двуплечий рычаг, с которым шарнирно связаны два вала A-A И C-C с отводками 5 и 7, на которых закреплены грузы 6 и 8. Валы A-A и C-C отводок 5 и 7 несут зубчатые колеса 9 и 10, входящие в зацепление с центральным зубчатым колесом 11. Звенья 4-11 образуют импульсатор. Колесо 11 сидит на одной ступице с центральным колесом 12 механизма циклического изменения радиуса вращения грузов, входящим в зацепление с зубчатым колесом 13, жестко сидящим на одном валу с зубчатым колесом 14. Звенья 13 и 14 с валом E-E образуют сателлит, имеющий шарнир с водилом 19. Колесо 14 входит в зацепление с центральным колесом 15, которое, в свою очередь, входит в зацепление с колесом 16, жестко сидящим на валу N-N колеса 17, входящего в зацепление с колесом 18. Это колесо жестко закреплено, а водило 19 сидит свободно на полом валу O-O, связывающем наружную 4 наружной обоймой 20 второго механизма свободного хода, в котором звездочки 21 взаимодействуют с внутренней обоймой выходного вала 22. Водило 19 образует шарнир г с шатуном 23, имеющим шарнир с пальцем G-G шатуна 24, который, в свою очередь, образуют шарнир с пальцем H-H кривошипа 25. Шатун 24 жестко соединен с зубчатым колесом 26, входящим в зацепление с колесом 27 ведущего вала K-K механизма регулирования амплитуд импульсов вращающего момента. На конце этого вала жестко закреплено зубчатое колесо 28, входящее в зацепление с колесом 29, жестко закрепленном на валу M-M вместе с колесом 30, зацепляющимся с центральным колесом 31, свободно сидящим на ведущем валу K-K и зацепляющимся с колесом 32, жестко закрепленном на валу L-L вместе с колесом 33, которое находится в зацеплении со вторым центральным колесом 34, сидящим на одной ступице с кривошипом 25 импульсатора. Колеса 32 и 33 образуют сателлит, вал которого L-L соединен шарнирно с водилом 35 механизма регулирования. Валы A-A и C-C образуют шарниры с дополнительным двуплечим рычагом 36, соединенным шарнирно с неподвижной осью 374. Импульсный трансформатор вращающего момента работает следующим образом.

От двигателя приводится во вращения входной вал 1 импульсатора, от которого вращается внутренняя обойма 2 первого механизма свободного хода, при этом ролики 3 этой обоймы взаимодействуют с подвижной наружной обоймой 4 и приводят ее во вращение. В этот период угловые скорости вала 1 и обоймы 4 одинаковы. Одновременно от двуплечего рычага обоймы 4 приводятся во вращение вокруг оси O-O отводки 5 и 7 с грузами 6 и 8. Под действием центробежной силы инерции грузы 6 и 8 стремятся повернуть звенья 5 и 7 вокруг шарниров, образованных ими с двуплечим рычагом к такому положению, когда звенья 4,5 и 7 с грузами 6 и 8 вытянутся в одну линию по радиусу вращения перпендикулярному оси O-O. Это крайнее, исходное положение звеньев 5 и 7. В этом случае водило 19 дифференциального механизма 12-15, 19 также будет находится в крайнем положении. Водило 19 является коромыслом кривошипно-коромыслового механизма KGFO, в котором кривошип GK является выходным звеном механизма регулирования импульсов вращающего момента. Водило коромысло 19 совершает циклические движения от одного крайнего положения до другого. Передаточное отношение U_11-18 от колеса 11 до колеса 18 равно единице при неподвижном водиле 19. Именно поэтому в том крайнем положении, при котором звенья 4-5-7 вытягиваются в одну линию, звенья 11 и 4 имеют одну и ту же угловую скорость и колесо 9 со звеньями 5 и 6 и колесо 10 со звеньями 7 и 8 не поворачиваются относительно двуплечего рычага 4. Между ними остается угол, равный 180^o. При этом, как указывалось, угловая скорость звена 2 и угловая скорость звена 4 одинаковы. Это будет минимальная угловая скорость импульсатора ω_min. Грузы 7 и 8 располагаются при этом на одинаковом радиусе R_max вращения вокруг оси O-O, как это показано на фиг. 1. В этом случае грузы 6 и 8 разовьют некоторый кинетический момент, которому соответствует угловая скорость импульсатора, равная ω_min. Она является постоянной и равна угловой скорости ω₂₂ выходного вала. Если на ходу импульсатора перевести водило 19 из указанного выше крайнего положения в другое крайнее, то механизм 12-19 становится дифференциальным, и колесо 11 имеет угловое перемещение относительно звена 4. Тогда и звенья 5 и 7 повернутся относительно звена 4 на некоторый максимальный угол поворота. В этом случае радиус вращения грузов 6 и 8 относительно оси O-O уменьшится до минимальной величины R_min. Так как импульсатор симметричен относительно оси O-O, то сумма моментов сил тяжести всех звеньев относительно оси O-O в любом положении импульсатора равна нулю. И следовательно, при вращении звеньев 5 и 7 относительно звена 4 величина кинетического момента является величиной постоянной, т. е. сохраняется и в том случае, когда радиус вращения грузов становится равным R_min. При вращении звеньев 5 и 7 относительно звена 4 угловая скорость импульсатора увеличивается и становится максимальной ω_max при радиусе вращения грузов относительно оси O-O, равном R_min, максимальная величина угла поворота звеньев 5 и 7 относительно звена 4 определяет и изменение радиуса вращения от R_max до R_min, что определяет и пределы изменений угловой скорости импульсатора от ω_min до ω_max. В этом случае наружная обойма 4 первого механизма свободного хода опережает его внутреннюю обойму 2. Импульсатор передает импульс и угловую скорость грузов 6 и 8 на выходной вал 22, так как всегда сохраняется значение передаточного отношения U_11-181. Перемещение водила 19 и появление передаточного отношения механизма 12-18 как планетарного сказывается только на угле поворота звеньев 5 и 7 относительно звена 4 на ходу импульсатора. Таким образом, размах колебаний коромысла-водила 19, определяемый его двумя крайними положениями, определяет и размах колебаний угловой скорости импульсатора и выходного вала 22 от ω_min до ω_max Из условия сохранения кинетического момента импульсатора его максимальная угловая скорость за один импульс определится по формуле

где ω_min=const и равна угловой скорости входного вала ω₁, т.е. ω_min=ω₁ и также R_max=const. Тогда ω_max будет наименьшей в том случае, когда R_min будет наименьшей. Этот радиус может быть равен нулю в том случае, когда водило 19 поворачивается на угол, достаточный для поворота звеньев 5 и 7 на 180^o относительно звена 4. Тогда оси Д-Д грузов 6 и 8 совпадают с осью O-O можно получить достаточно малое значение радиуса R_min. В этом случае угловая скорость ω_max будет большой. Для передаточного отношения, обеспечиваемого импульсатором, можно записать
.

При R_max=const и ω_min= const получим любое большое значение для U.

Если за один оборот входного вала 1 передать несколько импульсов на выходной вал 22 с помощью импульсатора, то в этом случае на выходном валу трансформатора один импульс будет перекрываться другим и так, что средняя угловая скорость выходного вала 22 будет приближаться к прямой линии и степень приближения будет определяться заданной величиной коэффициента неравномерности вращения для данного типа машины, в которой установлен трансформатор. Это приближение будет определяться количеством импульсов на одном обороте входного вала 1. Угол поворота коромысла-водила 19 от одного крайнего положения до другого обеспечивается кривошипно-коромысловым механизмом КСГО, в котором КС образуется длиной его условного кривошипа, который является ведомым звеном механизма регулирования величины импульсов. Этот механизм, показанный на фиг. 3, идентичен механизму циклического изменения радиусов вращения грузов, изображенному на фиг. 2. В общих механизмах Z₂₈ Z₁₈; Z₂₉ Z₁₇; Z₃₀ Z₁₆; Z₃₁ Z₁₅; Z₃₂ Z₁₄; Z₃₃ Z₁₃; Z₃₄₌ Z₁₂; водила 35 и 19 одинаковы.

Разница заключается в том, что механизм на фиг. 3 имеет два рычажных звена 24 и 25 одинаковой длины, которые соединены шарниром H-H и могут складываться, когда звено 24 поворачивается относительно звена 25. Если этот поворот равен 180^o, то ось C-C совпадает с осью K-K и длина кривошипа КС будет равна нулю. В механизме ведущим является вал K-K, ведомым кривошип КС. При неподвижном водиле 35 звенья 27 и 25 имеют одинаковую угловую скорость, так как кинематическая цепь 28 34 имеет передаточное отношение U_28-34 1. Длина кривошипа KC сохраняется при вращении всех звеньев механизма. Если перемещать водило 35, то механизм 28 35 превращается в планетарный. Тогда появляется относительная угловая скорость звеньев 34 и 35, они складываются вокруг оси H-H шарнира H. Длина кривошипа KC изменяется. Таким образом, при одновременном перемещении водила 35 вручную или от какого-либо механизма можно изменить длину кривошипа от нуля до максимума. В этом случае изменится от нуля до максимума угол поворота коромысла водила OE 19 от одного крайнего положения до другого. Тогда будет изменяться угол поворота звеньев 5 и 7 относительно звена 4 и радиус R_min вращения грузов 6 и 8. При длине кривошипа KC, равной нулю, угол поворота коромысла 19 равен нулю, радиус вращения грузов равен R_max и R_min R_max.

В этом случае угловая скорость рычага 4 равна угловой скорости вала 1 и передается первой и второй MCX выходному валу 22, т.е. ω₂₂=ω₁. Здесь передаточное отношение трансформатора равно U 1. При длине кривошипа KG, близко сумме звеньев GH (24) + HK (25), угол поворота коромысла 19 будет близким максимальной величине, а радиус вращения грузов будет близким к нулю. В этом случае угловая скорость рычага близка бесконечности, теоретически изменяется в пределах U = 1÷ ∞. Практически можно сказать, что при перемещении водила 35 механизм регулирования величины импульсов вращающего момента передаточное отношение трансформатора может изменяться от значения U 1 до значения U, определяемого любой другой величиной U > 1. Все это вытекает из анализа формулы для и для U.

Таким образом, трансформатор построен на новом принципе. В существующих конструкциях трансформаторов используется колебательное движение импульсатора с двухсторонними импульсами. В предлагаемой конструкции импульсатор все время вращается в одну сторону и возбуждает односторонние импульсы.

Именно эта особенность импульсатора позволяет создать трансформатор имеющий важную особенность, заключающуюся в том, что он является безинерционным. В том случае вал 1 импульсатора и ведущий кривошип CK с валом K-K механизма регулирования импульсов должны быть связаны, например, зубчатой передачей, имеющей передаточное отношение U_1-K < 1. В этом случае за один оборот вала 1 кривошип GK и вал K-K сделает несколько оборотов и обеспечит несколько импульсов импульсатора за один оборот вала 1. Например, пусть . Тогда ω_к=10ω₁ и импульсатор выдаст десять импульсов за один оборот вала 1. Следовательно, выходной вал близок к своему равному движению, и устанавливать маховик нет необходимости.

Таким образом, трансформатор является безинерционным при передаточном отношении C_1-K, обеспечивающим допустимую величину коэффициента неравномерности вращения выходного вала трансформатора, необходимую по условиям работы машины, в которой установлен трансформатор.

Использование: машиностроение. Сущность изобретения: трансформатор вращающего момента содержит корпус, входной и выходной валы, механизмы свободного хода, импульсатор, механизм регулирования амплитуд импульсов вращающего момента, механизм циклического изменения радиусов вращения грузов для связи центрального колеса и водила импульсатора. Импульсатор включает дифференциальный механизм, водило которого представляет собой два двуплечих рычага, несущих на осях отводки грузов и два сателлита. Механизмы свободного хода соединяют импульсатор с входным и выходным валами. Передаточное отношение зубчатых передач от водила импульсатора для его центрального колеса при неподвижном водиле механизма циклического изменения радиусов вращения грузов принято равным единице. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Трансформатор вращающего момента, содержащий корпус, входной и выходной валы, механизмы свободного хода, импульсатор и механизм регулирования амплитуд импульсов вращающего момента, отличающийся тем, что импульсатор содержит дифференциальный механизм, водило которого представляет собой два двуплечих рычага, установленных с возможностью вращения в корпусе и несущих оси, к которым жестко прикреплены отводки грузов и два сателлита, входящие в зацепление с центральным колесом, которое замкнуто с водилом импульсатора с помощью механизма циклического изменения радиусов вращения грузов, выполненного в виде дифференциального механизма с двумя степенями свободы, содержащего ведущий полый вал, коаксиальный с входным валом импульсатора, жестко установленное на нем зубчатое колесо, два центральных колеса, расположенных на ведущем валу свободно, размещенное на ведущем валу с возможностью фиксированного поворота водило, шарнирно установленный в нем сдвоенный сателлит, предназначенный для зацепления соответственно с первым и вторым центральными колесами, жестко связанные с промежуточным валом две шестерни, первая из которых предназначена для зацепления с зубчатым колесом, вторая с первым центральным колесом, водило импульсатора соединяется с помощью механизма свободного хода с входным валом и механизмом циклического изменения радиуса вращения грузов и с помощью второго механизма свободного хода с выходным валом, при этом передаточное отношение зубчатых передач от водила импульсаторов до его центрального колеса при неподвижном водиле механизма циклического изменения радиусов вращения грузов принято равным единице. 2. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что механизм регулирования амплитуд импульсов вращающего момента выполнен в виде дифференциального механизма с двумя степенями свободы, содержащего ведущий вал, жестко закрепленное на нем зубчатое колесо, два центральных колеса, установленные на ведущем валу свободно, расположенное на ведущем валу с возможностью фиксированного поворота водило, шарнирно размещенный на его оси сдвоенный сателлит, предназначенный для зацепления соответственно с первым и вторым центральными колесами, жестко связанные с промежуточным валом две шестерни, первая из которых предназначена для зацепления с зубчатым колесом, вторая с первым центральным колесом, и связан с механизмом циклического изменения радиусов вращения грузов кривошипно-коромысловым механизмом, в котором в качестве коромысла используют водило механизма циклического изменения радиусов вращения грузов, шарнирно связанное с одним концом основного шатуна, второй конец которого образует шарнир с дополнительным шатуном, жестко скрепленным с сателлитом дифференциального механизма изменения величины радиуса кривошипа кривошипно- коромыслового механизма, входящим в зацепление с его центральным колесом и образующим шарнир с пальцем водила, замкнутого со своим центральным колесом с помощью дифференциального механизма регулирования амплитуд импульсов вращающего момента, при этом передаточное отношение зубчатых передач от водила дифференциального механизма изменения величины радиуса кривошипа кривошипно-коромыслового механизма до его центрального колеса при неподвижном водиле механизма регулирования амплитуд импульсов вращающего момента принято равным единице, а передаточное отношение зубчатой или любой другой передачи от входного вала импульсатора до ведущего вала механизма регулирования амплитуд импульсов вращающего момента принимается равным меньше единицы.