ПЛАНЕТАРНАЯ ПРЕЦЕССИОННАЯ ФРИКЦИОННАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 1998 года по МПК F16H15/50 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в различных его областях, где требуется привод с плавным изменением передаточного отношения в диапазоне регулирования до 28 при достаточной для многих случаев передаваемой мощности.

Известны передачи с плавно изменяемым передаточным отношением, в том числе имеющие конусообразные элементы, расположенные так, что их образующие, находящиеся в контакте с промежуточным внутренним или с центральным охватывающим колесом, параллельны траектории возможного осевого перемещения этих колес, которое используется с целью изменения передаточного отношения.

К передачам этой разновидности относится передача (авт. св. N 1588948 и двухпоточный вариатор фирмы "Томмазини", изображенный на рис. 130 книги Пронина Б.А. и Ревкова Г.А. Бесступенчатые клиноременные и фрикционные передачи, М. Машиностроение, 1980).

При очевидных достоинствах перечисленных передач (значительная передаваемая мощность, простота конструкции, высокая надежность) они имеют общий недостаток приемлемый диапазон передаточных отношений не превышает 9.

В качестве прототипа выбран фрикционный вариатор скорости (авт. св. N 1580096, F 16 H 15/50), который также относится к прецессионным передачам (ось вращения одного из элементов при работе описывает конус), а контактирующая поверхность этого элемента выполнена в виде конуса.

Достоинствами данного вариатора являются простота конструкции и несложный механизм изменения передаточного отношения.

К недостаткам относится небольшой приемлемый диапазон регулирования, невозможность перевода регулирующего механизма при остановленном приводе из-за большого усилия перевода, значительное поперечное скольжение в контакте рабочих поверхностей, приводящее к снижению КПД, и необходимость универсального шарнира и шарнирной муфты с большим ходом в месте сочленения кривошипа с выходным валом, что снижает надежность вариатора.

В основу изобретения поставлена задача фрикционный вариатор, один из контактирующих элементов которого выполнен в виде конуса, путем снабжения охватывающим первый вторым контактирующим элементом и цельным косым кривошипом, а также обеспечения минимальной разности большего диаметра конусообразного и охватывающего его элемента, обеспечить широкий диапазон регулирования частот вращения при достаточной передаваемой мощности.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемой передаче, содержащей корпус, входной вал в виде косого кривошипа, установленный на нем с возможностью вращения ведомый конус, связанный с ним выходной элемент, механизм для изменения передаточного отношения и балансирующий груз, согласно изобретению косой кривошип выполнен за одно целое с входным валом и хвостовиком, представляющим собой шейку для второй опоры кривошипа, механизм для изменения передаточного отношения выполнен в виде составной из частей, связанных резьбой, втулки, смонтированной в корпусе, и зажатого между частями втулки с регулируемым усилием кольца из фрикционного материала и с фиксирующим положения частей втулки винта, ведомый конус изготовлен из легкого прочного материала, имеет диаметр наружной поверхности не более

где D диаметр контактирующей поверхности фрикционного кольца;
ρ угол при вершине ведомого конуса, и соединен с выходным элементом посредством упругого податливого элемента.

Это обеспечивает нужный для многих технических устройств диапазон плавного регулирования передаточных отношений при достаточной передаваемой мощности с помощью несложного, малогабаритного и независимого от других систем машины устройства, что позволяет сократить габариты, упростить конструкцию машины и повысить ее надежность.

На чертеже показана конструкция предлагаемой планетарной прецессионной передачи без изображения деталей уплотнения валов.

На корпусе 1 с помощью винтов 2 и 3 закреплены крышки 4 и 5. В крышке 4 смонтирован подшипник 6, в котором установлен косой кривошип 7, выполненный за одно целое с входным валом 8, косой шейкой 9 и хвостовиком 10, на котором с помощью гайки 11 закреплены подшипники 12 второй опоры кривошипа, которые посредством втулки 13 и пружинного кольца 14 закреплены относительно выходного элемента 15, установленного в подшипниках 16, закрепленных в крышке 5 пружинными кольцами 17 и 18.

На подшипниках 19 с применением пружинных колец 20 и 21, смонтированных на косой шейке 9 кривошипа, установлен ведомый конус 22, изготовленный из легкого прочного материала, например, из алюминиевого сплава, который сопряжен с возможностью обкатки по внутренней (контактирующей) поверхности кольца 23 из фрикционного материала, например, из резины, зажатого между частями 24 и 25 составной втулки, сжимающей кольцо 23 с помощью нажимного кольца 26 и имеющей резьбу 27 и винт 28, фиксирующий части втулки в отрегулированном положении сжатия кольца 23. Для свинчивания и развинчивания частей втулки служат расположенные по окружности отверстия 29.

Ведомый конус 22 своей внешней поверхностью находится в плотном контакте с внутренней поверхностью кольца 23. Наибольший расчетный диаметр d (у основания) ведомого конуса не может превышать значения

где D диаметр контактирующей поверхности кольца 23;
ρ угол при вершине ведомого конуса.

Такое ограничение обусловлено тем, что при положении механизма изменения передаточного отношения для получения минимальной частоты вращения выходного элемента с элементарной окружностью на контактирующей поверхности фрикционного кольца должна сопрягаться проекция наибольшей расчетной окружности на поверхности ведомого конуса, представляющая собой эллипс с малой осью, совпадающей с нормалью к поверхности фрикционного кольца. В этом случае дуга с меньшей кривизной, чем обусловлена ограничением, не впишется в окружность контактирующей поверхности фрикционного кольца.

Для обеспечения плотного контакта в сопряжении конуса 22 с кольцом 23 на всей длине перемещения деталей, несущих кольцо, наиболее удаленная от оси вращения 30 кривошипа 7 образующая на конусе параллельна оси 30, а угол оси косой шейки 9 с осью 30, следовательно, составляет половину угла r.
Ведомый конус 22 посредством колец 31 и 32, упруго податливого элемента 33 и винтов 34 соединен с выходным элементом 15, например, с зубчатым колесом.

Для балансировки неуравновешенных вращающихся масс служит система, состоящая из грузов 35, закрепленных на кривошипе 7 посредством болтов 36 с контргайками 37. Приведенный центр тяжести балансировочной системы расположен противоположно и симметрично приведенному центру тяжести смещенных с оси вращения элементов передачи с целью достижения динамической балансировки.

Механизм изменения передаточного отношения состоит из втулки, образованной ее частями 24 и 25, нажимного кольца 26, фрикционного кольца 23, а также рукоятки 38 и направляющей цапфы 39, находящихся в винтовых пазах 40 корпуса 1, частично закрываемых кольцом 41, которое совместно с пружиной 42 является также тормозом, противодействующим усилию самоперевода механизма изменения передаточного отношения.

Передача работает следующим образом.

При вращении кривошипа 7 ведомый конус 22 обкатывается по внутренней цилиндрической контактирующей поверхности кольца 23 с передаточным отношением

где W₇ частота вращения кривошипа 7;
W₁₅ частота вращения выходного элемента 15;
D диаметр контактирующей поверхности кольца 23;
d расчетный диаметр дорожки качения на ведомом конусе;
K коэффициент, учитывающий скольжения в фрикционной паре.

Вращение конуса 22 через упруго податливый элемент 33 передается выходному элементу 15, направление вращения которого, как и конуса 22, противоположно направлению 45 вращения кривошипа 7.

Изменение передаточного отношения производится воздействием на рукоятку 38 с усилием, достаточным для преодоления действия тормоза, состоящего из кольца 41 и пружины 42, и трения (в случае отсутствия вращения) в сопряжении фрикционной пары. В результате происходит поворот и осевое перемещение деталей, несущих кольцо 23, по пазам 40 в корпусе 1. Диаметр дорожки качения на конусе 22 при этом изменяется, что приводит к изменению передаточного отношения.

Регулировка усилия нажима в сопряжении контактирующих поверхностей конуса 22 и кольца 23 осуществляется изменением степени сжатия кольца 23 частями 24 и 25 составной втулки, которое ведет к изменению внутреннего диаметра кольца.

Проверка диапазона регулирования для передачи с реальными параметрами.

Исходные данные.

W₇=n=1470 об/мин частота вращения входного вала;
D=100 мм диаметр контактирующей поверхности фрикционного кольца;
ρ = 30^° угол при вершине ведомого конуса;
максимальный расчетный диаметр дорожки качения на ведомом конусе;
d_min=D/2=50 мм то же минимальный диаметр;
K= 0,968 коэффициент, учитывающий скольжение в передаче (K-1-$=1-0,032= 0,968. $ определен на основании формул 169 и 174, приведенных в книге Бесступенчатые клиноременные и фрикционные передачи).

Используя вышеприведенное выражение для передаточного отношения, получаем формулу для определения частоты вращения выходного элемента 15

а с учетом W₇=n=1470 об/мин максимальная и минимальная частоты будут:

Диапазон регулирования

Планетарная прецессионная фрикционная передача предназначена для обеспечения широкого диапазона регулирования частот вращения. На выполненном за одно целое с входным валом и хвостовиком косом кривошипе установлен ведомый конус, связанный с выходным элементом посредством упруго податливого элемента. Ведомый конус изготовлен из легкого прочного материала и имеет диаметр наружной поверхности не более d = D•cosρ/2 , где D - диаметр контактирующей поверхности фрикционного кольца, ρ - угол при вершине ведомого конуса. Поворотом и осевым перемещением резьбовой втулки по винтовым пазам в корпусе можно изменять внутренний диаметр зажатого между двумя частями резьбовой втулки фрикционного кольца, что приводит к изменению внутреннего диаметра этого кольца и изменению передаточного отношения. 2 ил.

Планетарная процессионная фрикционная передача, содержащая корпус, входной вал, входной элемент в виде косого кривошипа, установленный на нем с возможностью вращения ведомый конус, связанный с ним выходной элемент, механизм для изменения передаточного отношения и балансирующий груз, отличающаяся тем, что косой кривошип выполнен за одно целое с входным валом и хвостовиком, представляющим собой шейку для второй опоры кривошипа, механизм для изменения передаточного отношения выполнен в виде составной из частей, связанных резьбой втулки, смонтированной в корпусе с возможностью поворота и осевого перемещения по винтовым пазам в корпусе, и зажатого между частями втулки с регулируемым усилием кольца из фрикционного материала и фиксирующего положения частей втулки винта, ведомый конус изготовлен из легкого прочного материала, имеет диаметр наружной поверхности не более
d = Dcosρ/2,
где D диаметр контактирующей поверхности фрикционного кольца;
ρ угол при вершине ведомого конуса,
и соединен с выходным элементом посредством упругоподатливого элемента.