ИМПУЛЬСНЫЙ ВАРИАТОР Российский патент 2007 года по МПК F16H29/08 F16H15/52 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах машин и механизмов в качестве регулируемой бесступенчатой передачи.

Импульсные регулируемые передачи (вариаторы) включают в свой состав следующие функционально связанные механизмы: генератор механических колебаний, регулирующий механизм и механизмы свободного хода (выпрямители механических колебаний). Вариаторы позволяют получать широкий диапазон регулирования скорости, однако имеют три существенных недостатка.

Во-первых, для них характерен большой коэффициент неравномерности хода выходного вала, что является негативным фактором за исключением специальных случаев. Для улучшения равномерности разработаны конструкции генераторов колебаний, которые обеспечивают в период рабочего хода приблизительно постоянную скорость движения ведомого звена, т.е. имеющих постоянное передаточное число на некотором угле поворота ведущего вала. Среди таких механизмов известны: механизм R-V-R (А.А.Благонравов. «Механические бесступенчатые передачи нефрикционного типа». М., Машиностроение, 1977, с.108, рис.57), кулисные (А.А.Благонравов. «Механические бесступенчатые передачи нефрикционного типа». М., Машиностроение, 1977 с.108, рис.58), (А.с. 1260620 СССР, МКИ F16H 29/00), кулачковые (В.Ф.Мальцев. «Механические импульсные передачи». М., Машиностроение, 1978, с.27, рис.23), (А.с. 1321971 СССР, МКИ F16H 29/00), (А.с. 712572 СССР, МКИ F16H 29/00). Как разновидность кулачковых для улучшения равномерности вращения выходного вала разработаны генераторы с некруглыми зубчатыми колесами (А.с. 1414990 СССР, МКИ F16H 29/04), основанные на том же принципе - обеспечения приблизительно постоянной скорости в период рабочего хода выпрямителя (механизма свободного хода).

Другой путь снижения неравномерности движения ведомого вала заключается в установке на главных валах вариатора упругих звеньев (А.А.Благонравов. «Механические бесступенчатые передачи нефрикционного типа». М., Машиностроение, 1977), (А.с. 1425394 СССР, МКИ F16H 29/00).

Однако все упомянутые устройства обеспечивают равномерность движения лишь в определенной мере, оставляя ее зависимой от передаточного числа, а также от внешних условий работы бесступенчатой передачи.

Во-вторых, неуправляемый процесс включения и выключения механизмов свободного хода происходит под нагрузкой при относительном скольжении ведущих и ведомых звеньев, что ведет к быстрому выходу из строя этих деталей. Предлагаемые решения этого вопроса сводятся к конструктивным изменениям механизмов свободного хода с целью снижения напряжений в трущихся поверхностях или снижения относительной скорости скольжения трущихся поверхностей (А.А.Благонравов. "Механические бесступенчатые передачи нефрикционного типа". М., Машиностроение, 1977), (В.Ф.Мальцев. "Механические импульсные передачи". М., Машиностроение, 1978), (А.И.Леонов. "Микрохраповые механизмы свободного хода". М., Машиностроение, 1982). Но все конструкции выпрямителей не устраняют органически присущие им отмеченные выше недостатки.

В-третьих, вариаторы с механизмами свободного хода без принятия специальных мер могут передавать мощность только в одном направлении от двигателя к выходному валу, поэтому является затруднительным изменение направления передачи мощности в том случае, когда ведомый вал в процессе работы становится ведущим.

Наиболее близкой по конструктивным признакам к предлагаемой конструкции вариатора является механическая импульсная передача (А.с. 712572 СССР, МКИ F16H 29/02), содержащая кулачковый генератор механических колебаний, регулирующий механизм, две группы механизмов свободного хода, самотормозящие червячные передачи, установленные на валах конического дифференциала, водило которого жестко связано с ведомым валом. Две группы механизмов свободного хода и дифференциал с самотормозящими передачами образуют механизм реверса, управляемый дистанционно. Данная конструкция импульсной передачи позволяет осуществлять реверсирование выходного вала. Однако не устраняет первые два недостатка вариаторов, отмеченные выше.

Для обеспечения равномерности вращения ведомого вала вариатора на всех режимах его работы за счет сложения смещенных по фазе колебаний угловой скорости трапецеидальной формы, повышения надежности работы вариатора за счет использования управляемого режима работы выпрямителей и обеспечения реверсирования вариатора за счет управляемого режима работы выпрямителей импульсный вариатор, содержащий генератор механических колебаний, регулирующий механизм и выпрямитель, дополнительно содержит управляемые муфты, ведущие звенья которых связаны с ведомыми звеньями генератора, устройство включения-выключения управляемых муфт и механизм, суммирующий колебания скорости. При этом генератор вырабатывает колебательное движение ведомых звеньев с трапецеидальным законом изменения их скорости и фазами, последовательно смещенными друг относительно друга на четверть периода, а работа муфт синхронизирована с работой генератора.

Сумма таких однонаправленных колебаний является постоянной по величине (для установленного передаточного числа) и равной амплитудному значению колебаний. Для того чтобы получить однонаправленные колебания скорости, а затем суммировать их, выпрямляющий механизм содержит суммирующий ряд в виде симметричного дифференциала, на каждом входном валу которого установлено по две управляемые муфты. Ведомые звенья муфт жестко соединены с валом, а ведущие соединены с генератором. Управляемые муфты включаются и выключаются синхронно в соответствии с фазами работы генератора с помощью устройства управления муфтами, работа которого синхронизирована с работой генератора механических колебаний.

Переключение муфт происходит во время выстоя при нулевой скорости ведущих и ведомых звеньев. Длительность периода переключения муфт зависит от их свойств, которые известны, и может быть учтена заранее при проектировании. В связи с этим буксование ведущих и ведомых деталей отсутствует, что невозможно осуществить в известных конструкциях.

В период переключения муфт обеспечивается постоянная связь ведомых и ведущих деталей вариатора, т.к. в это время синхронно изменяются тяговые возможности муфт, но в сумме остаются постоянными. Это позволяет вариатору передавать мощность в обоих направлениях.

На фиг.1 показана схема импульсного вариатора.

На фиг.2 приведены графики изменения скоростей на валах суммирующего механизма.

Импульсный вариатор состоит из входного звена - кулачка 1, двуплечих толкателей 2 и 2', причем длина одного плеча толкателя, сопряженного с кулисой 3 (3'), может изменяться при помощи специального механизма (В.Ф.Мальцев. «Механические импульсные передачи». М., Машиностроение, 1978), не показанного на схеме. Кулиса 3 (3') жестко соединена с зубчатой рейкой 4 (4'), совершающей возвратно-поступательное движение. В зацеплении с рейкой находится прямозубое колесо, образующее звено 5 (5') с коническим колесом. Коническое зубчатое колесо звена 5 (5') находится в зацеплении с колесами 6 (6') и 7 (7'). Эти колеса свободно установлены на валу 8 (8'), но периодически поочередно соединяются с валом при помощи муфт 9 (9'). Муфты 9 (9') периодически переключаются при помощи механизма 10 (10'), связанного с кулачком 1 и поэтому работающего с ним синхронно. На валах 8 и 8' установлены центральные шестерни 11 и 11' симметричного дифференциала - суммирующего механизма 12. Водило этого дифференциала является выходным звеном вариатора.

На фиг.2 изображены диаграммы скоростей звеньев 6, 7, 8 и 6', 7', 8' и водила дифференциала 12 за один период движения вариатора. На диаграммах сплошными линиями изображены участки, соответствующие фазам движения, когда соответствующие звенья жестко соединены с валами 8 и 8', а пунктирными, когда эти звенья не передают вращение на валы. Сплошной горизонтальной линией изображена скорость движения водила дифференциала 12 как сумма участков диаграмм, изображенных сплошными линиями, но принадлежащих указанным выше звеньям. На фиг.2 цифрами от 1 до 8 обозначены характерные участки диаграмм, соответствующие фазам движения звеньев.

При вращении кулачка 1 движение от него передается толкателям 2 и 2', совершающим вращательно-колебательное движение. Толкатели расположены так, что фазы их колебаний смещены друг относительно друга на четверть периода. Толкатели сообщают возвратно-поступательное движение кулисам 3 и 3'. Причем амплитуда колебаний кулисы может изменяться за счет изменения длины плеча толкателя, сопряженного с кулисой. Вместе с кулисами перемещаются зубчатые рейки 4 и 4', сообщая движение блокам зубчатых колес 5 и 5'. От конических колес этих блоков приводятся во вращательно-колебательное разнонаправленное движение колеса 6 и 7 и 6' и 7'. За счет формы профиля кулачка, диаграммы скоростей движения этих колес имеют трапецеидальный вид, указанный на фиг.2.

На первой фазе движения (фиг.2) зубчатое колесо 6 жестко соединяется с валом 8 при помощи муфты 9, а колесо 6' с валом 8' при помощи муфты 9'. При этом скорость колеса 11 изменяется от 0 до +ω, а скорость колеса 11' от +ω до 0. Скорости колес 11 и 11' складываются суммирующим механизмом 12 и его водило движется с постоянной скоростью +ω.

На второй фазе движения колесо 6 жестко соединено с валом 8 и движется с ним со скоростью +ω. Колесо 7 не соединено с валом 8 и движение не передает. Колеса 6' и 7' неподвижны вместе с валом 8'. На этой фазе муфта 9' приводится в действие при помощи механизма 10' и разъединяет колесо 6' и вал 8', а колесо 7' жестко соединяет с валом 8'. Сумма скоростей валов 8 и 8' на этой фазе равна +ω.

На третьей фазе колесо 6 движется вместе с валом 8 со скоростью, которая линейно изменяется от +ω до 0. Колесо 7 вращение на вал 8 не передает. Колесо 7' движется вместе валом 8' со скоростью, которая линейно изменяется от 0 до +ω. Колесо 6' вращение на вал не передает. Сумма скоростей валов 8 и 8' на водиле 12 равна +ω.

На четвертой фазе колеса 6 и 7 неподвижны вместе с валом 8. При помощи механизма 10 муфта 9 отсоединяет колесо 6, а колесо 7 соединяет с валом 8. Колесо 7' жестко соединено с валом 8' и движется вместе с ним со скоростью +ω. Колесо 6' не передает вращение на вал. Сумма скоростей валов 8 и 8' на водиле 12 равна ω.

Во второй половине движения периода на фазах 5, 6, 7 и 8 работа вариатора осуществляется аналогично описанной выше. Таким образом, скорость движения выходного звена вариатора в течение всего периода является постоянной равной +ω.

Переключение муфт 9 (фазы 4 и 8) и 9' (2 и 6) происходит в течение времени, которое заранее выбирается для данного типа муфт. Ведомые и ведущие элементы муфт остаются неподвижными, т.е. потерь мощности на буксование нет. А механическая связь между звеньями вариатора постоянно сохраняется, т.к. снижение сцепления одного из зубчатых колес с валом 8 или 8' сопровождается увеличением сцепления другого колеса с этим валом. Поэтому вариатор позволяет передавать движение в обоих направлениях.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах машин и механизмов в качестве регулируемой бесступенчатой передачи. Импульсный вариатор содержит генератор механических колебаний, регулирующий механизм и выпрямляющий механизм. Выпрямляющий механизм дополнительно содержит суммирующий механизм с двумя входными валами, управляемые муфты для соединения суммирующего механизма с генератором механических колебаний и устройство управления муфтами для обеспечения равномерности вращения ведомого вала на всех режимах работы, реверсирования вариатора и повышения надежности работы. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Импульсный вариатор, содержащий генератор механических колебаний, регулирующий механизм и выпрямляющий механизм, отличающийся тем, что выпрямляющий механизм дополнительно содержит суммирующий механизм с двумя входными валами, управляемые муфты для соединения суммирующего механизма с генератором и устройство управления муфтами.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на каждом входном валу суммирующего механизма установлено по две управляемые муфты, работающие в противофазе.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что работа устройства управления муфтами синхронизирована с работой генератора.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для обеспечения равномерного вращения выходного вала генератор вырабатывает две серии колебательных движений ведомых звеньев с трапецеидальным законом изменения скоростей и с фазами, смещенными друг относительно друга на четверть периода, а эти серии колебаний подаются соответственно на первый и второй валы суммирующего механизма через включенные муфты.5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для повышения надежности работы вариатора переключение муфт происходит на фазе выстоя ведомых и ведущих звеньев муфт.