ВАРИАТОР СКОРОСТИ Российский патент 1997 года по МПК F16H39/24 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в любой отрасли техники для передачи крутящих моментов с регулируемой частотой вращения. Наиболее благоприятные условия применения предлагаемого устройства те, когда надо регулировать частоту вращения ведомого вала в пределах величин, определяемых передаточным отношением, близким к единице.

Известно большое количество устройств того же назначения, использующих для передачи крутящих моментов с ведущего вала на ведомый силы трения, одним из которых является фрикционный планетарный вариатор скорости (Кожевников С. Н. и др. Механизмы, изд третье, М. 1965, с. 390 391), в котором крутящий момент с ведущей полумуфты, выполненной в виде колеса с внешним конусом, передается на ведомую полумуфту, выполненную в виде колеса с внутренним конусом, через узел, представляющий собой систему роликов с двойным конусом, соединенных сепаратором. Управление частотой вращения ведомой полумуфты обеспечивается изменением места контакта роликов с опорным кольцом, которое обкатывают ролики.

Основным недостатком известного устройства является недостаток, присущий всем фрикционным механизмам ограничения в передаче больших крутящих моментов.

Другим недостатком этого устройства является сложность системы управления частотой вращения ведомой полумуфты наличие конической зубчатой передачи, винтового паза, ползуна с пальцем; кроме того, для обеспечения давления по линии контакта для передачи движения трением использована система тарельчатых пружин, жесткость которых, как и других пружин, пропорциональна их деформации, поэтому при изменении передаточного отношения будет изменяться диапазон передаваемых нагрузок.

От этих недостатков свободен наиболее близкий по технической сущности к заявляемому устройству вариатор скорости с зубчатым зацеплением (тот же источник, с. 409, рис. 5.66).

В известном устройстве в качестве ведущей полумуфты использован корпус водилы, а в качестве ведомой зубчатое колесо с внутренним зацеплением; узлом, передающим крутящий момент с ведущей полумуфты на ведомую, служат сателлиты с двумя коническими зубчатыми венцами, один из которых обкатывает опорное колесо, а другой входит в зубчатое зацепление с ведомой полумуфтой. Управление передаточным отношением вариатора осуществляется осевым перемещением по направляющим опорного колеса при помощи винта. Зубчатый венец опорного колеса набран из Т-образных пластин в специальном ободе; в местах сцепления зубья сателлитов выдавливают в них соответствующие им впадины, сжимая специальные пружины.

Использование зубчатых зацеплений сателлитов с опорным колесом и ведомой полумуфтой позволяет известному устройству передавать практически любые крутящие моменты в широком диапазоне угловых скоростей вращения ведомой полумуфты.

К недостаткам прототипа следует отнести следующее:
сложность конструкции и большая трудоемкость изготовления, вызванные наличием обода со сложным пазом и большим количеством Т-образных пластин, а также сателлитов с двумя коническими зубчатыми венцами;
при передаче больших крутящих моментов для обеспечения прочности зубьев сателлитов необходимо применять их с большими модулями, что значительно увеличивает диаметр и массу сателлитов и соответственно габариты и массу устройства в целом;
т. к. сателлиты вращаются с угловой скоростью, превышающей угловую скорость ведущего вала, то при передаче больших угловых скоростей вращения сателлиты должны быть сбалансированы в весомом отношении; кроме того, соответствующей весовой балансировке должна быть подвергнута и вся система "водило-сателлиты", т.к. вследствие разнесения сателлитов от общей оси вращения появляются значительные центробежные силы, действующие на корпус и опоры водила все это требует наличия специальных балансировочных станков, увеличивает трудоемкость изготовления устройства.

Цель изобретения упрощение конструкции, снижение материалоемкости и трудоемкости изготовления устройства.

Цель достигается описываемым устройством, включающим корпус, вал, ведущую и ведомую полумуфты, узел, передающий крутящий момент с ведущей полумуфты на ведомую, и элемент управления частотой вращения ведомой полумуфты, установленный с возможностью осевого перемещения.

Новым является то, что с торца одной из полумуфт выполнена цилиндрическая расточка с торцевым кулачком, на торце другой полумуфты выполнен кольцевой уступ с, по крайней мере, двумя равномерно расположенными радиальными канавками, помещенный в цилиндрическую расточку первой полумуфты, обе полумуфты установлены соосно с возможностью вращения на жестко связанном с корпусом валу, узел, передающий крутящий момент с ведущей полумуфты на ведомую, выполнен в виде подпружиненных в осевом направлении лопаток, установленных в радиальных канавках с возможностью возвратно-поступательного осевого перемещения, в валу выполнена осевая цилиндрическая полость и радиально и равномерно расположенные отверстия, сообщающие осевую цилиндрическую полость вала с полостью, образованной цилиндрической расточкой первой полумуфты и кольцевым уступом второй полумуфты, количество радиальных отверстий не менее числа лопаток, а элемент управления частотой вращения ведомой полумуфты расположен в осевой цилиндрической полости вала, а пружины лопаток вала могут быть установлены с возможностью регулирования усилия их прижатия.

На фиг. 1 показана схема продольного сечения устройства; на фиг. 2 то же самое в варианте, когда пружины лопаток установлены с возможностью регулирования усилия их прижима; на фиг. 3 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 4 графическое изображение динамики изменения объемов в рабочих полостях устройства в процессе его работы.

Устройство включает (фиг. 1 3) вал 1, жестко связанный с корпусом 2, на котором с помощью подшипниковых узлов 3 и 4 смонтированы полумуфты 5 и 6 соответственно. В полумуфте 5 выполнена цилиндрическая расточка 7 с торцевым кулачком 8, т. е. с замкнутой винтовой поверхностью, которая, совершив по одной стороне цилиндрической расточки полвитка, по другой стороне возвращается в исходное положение.

Полумуфта 6 имеет кольцевой уступ 9, который размещен в цилиндрической расточке 7 полумуфты 5; для обеспечения герметичности установлено уплотнительное кольцо 10. В уступе 9 по контуру выполнены радиально расположенные канавки, в которых расположены лопатки 11, подпружиненные в осевом направлении пружинами 12 (фиг. 1) или с помощью пружин 13, установленных с возможностью регулирования усилия их прижатия винтами 14 (фиг. 2); при этом лопатки 11 установлены с возможностью возвратно-поступательного осевого перемещения.

В валу 1 выполнены осевая цилиндрическая полость 15 и равномерно расположенные радиальные отверстия 16, сообщающие осевую цилиндрическую полость 15 вала 1 с полостью, образованной цилиндрической расточкой 7 полумуфты 5 и кольцевым уступом 9 полумуфты 6; количество радиальных отверстий 16 при этом не менее числа лопаток, а элемент, управляющий частотой вращения ведомой полумуфты, выполнен в виде пальца 17, расположенного в цилиндрической полости 15 с возможностью осевого регулировочного перемещения.

Полость, образованная цилиндрической расточкой 7, лопатками 11 разделена на рабочие полости по количеству лопаток 11 (в материалах заявки на 3 полости 18, 19, 20).

Работает устройство следующим образом.

При вращении полумуфты 6, выбранной для наглядности в качестве ведущей, вращаются также рабочие полости 18, 19 и 20; при этом лопатки 11 под воздействием замкнутой винтовой торцевой поверхности 8 полумуфты 5 и пружин 12 (или 13) совершают возвратно-поступательное движение. Из-за криволинейности поверхности 8 рабочие полости 18, 19 и 20 в процессе вращения меняют свои объемы (при том их суммарный объем остается постоянным); так с момента, когда угол β 0 объемы рабочих полостей (далее "полостей") 18, 20 уменьшается, а объем полости 19 увеличивается с момента, когда b 60^o увеличиваются объемы полостей 18, 19, а объем полости 20 уменьшается и т.д. Если палец 17 полностью открывает возможность для перекачивания воздуха из суживающихся полостей (нагнетающих полостей) в расширяющиеся (всасывающие) через отверстия 16, то вращение полумуфты 6 не передается полумуфте 5, а расходуется на перекачивание воздуха из нагнетающих полостей во всасывающие и передаточное отношение устройства равно нулю. Если пальцем 17 полностью перекрыть отверстие 16, то воздух, лишенный возможности перетекания из одних полостей в другие, будет жестко через себя передавать крутящий момент с полумуфты 6 на полумуфту 5 с передаточным отношением, равным единицы.

Дросселируя пальцем 17 расход воздуха через отверстия 16 и полость 15, можно получить любое передаточное отношение устройства от нуля до единицы.

Тот же эффект будет получен, если в качестве ведущей полумуфты использовать полумуфту 5, причем этот вариант более предпочтителен, т.к. с большей угловой скоростью будет вращаться элемент конструкции, содержащий меньшее количество деталей.

Технико-экономическая эффективность применения устройства определяется следующими факторами:
1) Компактность, простота конструкции и ее небольшая материалоемкость обеспечиваются малым количеством деталей, простотой их форм и небольшими размерами.

2) Для изготовления всех деталей устройства может быть использовано стандартное оборудование, т. к. все детали в основном точеные это значительно снижает трудоемкость изготовления и сборки; кроме того, в устройстве отсутствуют операции подгонки и выполняемые по месту.

Использование: машиностроение, устройства для передачи крутящих моментов с регулируемой частотой вращения. Сущность изобретения: вариатор скорости содержит корпус, вал, ведущую и ведомую полумуфты и элемент управления частотой вращения ведомой полумуфты, установленный с возможностью осевого перемещения. С торца одной из полумуфт выполнена цилиндрическая расточка с торцевым кулачком, на торце другой полумуфты выполнен кольцевой уступ с двумя равномерно расположенными радиальными канавками, помещенный в цилиндрическую расточку первой полумуфты. Обе полумуфты установлены соосно с возможностью вращения на жестко связанном с корпусом валу. Узел, передающий крутящий момент с ведущей полумуфты на ведомую, выполнен в виде подпружиненных в осевом направлении лопаток, установленных в радиальных канавках с возможностью возвратно-поступательного осевого перемещения. В валу выполнена осевая цилиндрическая полость и равномерно расположенные радиальные отверстия, образованной цилиндрической расточкой первой полумуфты и кольцевым уступом второй полумуфты. Элемент, управляющий частотой вращения ведомой полумуфты расположен в осевой цилиндрической полости вала. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Вариатор скорости, включающий корпус, вал, ведущую и ведомую полумуфты, узел, передающий крутящий момент с ведущей полумуфты на ведомую, и элемент управления частотой вращения ведомой полумуфты, установленный с возможностью осевого перемещения, отличающийся тем, что с торца одной из полумуфт выполнена цилиндрическая расточка с торцевым кулачком, на торце другой полумуфты выполнен кольцевой уступ с по крайней мере двумя равномерно расположенными радиальными канавками, помещенный в цилиндрическую расточку первой полумуфты, обе полумуфты установлены соосно с возможностью вращения на жестко связанным с корпусом валу, узел, передающий крутящий момент с ведущей полумуфты на ведомую, выполнен в виде подпруженных в осевом направлении лопаток, установленных в реальных канавках с возможностью возвратно-поступательного осевого перемещения, в валу выполнена осевая цилиндрическая полость и равномерно расположенные радиальные отверстия, сообщающие осевую цилиндрическую полость вала с полостью, образованной цилиндрической расточкой первой полумуфты и кольцевым уступом второй полумуфты, количество радиальных отверстий не менее числа лопаток, а элемент, управляющий частотой вращения ведомой полумуфты расположен с осевой цилиндрической полости вала. 2. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что пружины лопаток установлены с возможностью регулирования усилия их прижатия.