НЕФРИКЦИОННЫЙ ВЫСОКОМОМЕНТНЫЙ ВАРИАТОР Российский патент 2007 года по МПК F16H29/08 

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и предназначено для плавного изменения передаточного отношения трансмиссии машин при большой передаваемой мощности, включая останов ведомого вала под нагрузкой и реверс.

Известны нефрикционные высокомоментные вариаторы, в которых момент от входного к выходному валу передается посредством кулачков, кареток, коромысел, обгонных муфт и трехвального дифференциала, а плавное изменение передаточного отношения достигается изменением плеч рычагов или относительным перемещением кулачка и контактирующего с ним ролика на коромысле или каретке [1, 2]. В известных вариаторах имеет место достаточно дорогая и громоздкая конструкция, в которой затруднено уравновешивание сил инерции подвижных звеньев и конструктивно сложный механизм изменения передаточного отношения.

Примем за прототип наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату нефрикционный высокомоментный вариатор [3], содержащий корпус, входной и выходной валы, механизм изменения передаточного отношения с рукояткой, посаженные на входной вал с возможностью совместного вращения и подвижно в осевом направлении два пространственных кулачка и трехвальный зубчатый дифференциал, вал водила которого составляет единое звено с выходным валом, а валы колес дифференциала снабжены с возможностью сообщения вращательного движения с относительным фазовым сдвигом на 90° приводными механизмами, каждый из которых включает в себя пару обгонных муфт и контактирующие посредством роликов с разными кулачками коромысла, причем плоскости колебания коромысел разных приводных механизмов перпендикулярны и проходят через ось входного вала, а коромысла связаны посредством обгонных муфт с валами дифференциала, при этом механизм изменения передаточного отношения смонтирован с возможностью обеспечения перемещения от рукоятки пространственных кулачков вдоль оси входного вала в противоположных направлениях.

Признаки известного механизма (прототипа), совпадающие с заявляемым изобретением, следующие. Известный нефрикционный высокомоментный вариатор содержит корпус, входной и выходной валы, механизм изменения передаточного отношения с рукояткой, посаженные на входной вал с возможностью совместного вращения два пространственных кулачка и трехвальный зубчатый дифференциал, вал водила которого составляет единое звено с выходным валом, а валы колес дифференциала снабжены с возможностью сообщения вращательного движения с относительным фазовым сдвигом на 90° приводными механизмами, каждый из которых включает в себя пару обгонных муфт и контактирующие посредством роликов с разными кулачками коромысла, причем плоскости колебания коромысел разных приводных механизмов перпендикулярны и проходят через ось входного вала, а коромысла связаны посредством обгонных муфт с валами дифференциала, при этом механизм изменения передаточного отношения смонтирован с возможностью обеспечения перемещения от рукоятки пространственных кулачков относительно входного вала.

Известный высокомоментный вариатор имеет достаточно громоздкую конструкцию из-за необходимости перемещения в осевом направлении кулачков, усложняет механизм изменения передаточного отношения.

Цель предлагаемого изобретения - повышение эксплутационных характеристик, упрощение и удешевление конструкции.

Предлагаемый нефрикционный высокомоментный вариатор имеет следующие существенные признаки. Он содержит корпус, входной с цапфами и выходной валы, механизм изменения передаточного отношения с рукояткой, посаженные на цапфы с возможностью поворота в плоскости оси входного вала от рукоятки образующие одну деталь два пространственных кулачка и трехвальный зубчатый дифференциал, вал водила которого составляет единое звено с выходным валом, а валы колес дифференциала снабжены с возможностью сообщения вращательного движения с относительным фазовым сдвигом на 90° приводными механизмами, каждый из которых включает в себя пару обгонных муфт и контактирующие посредством роликов с разными кулачками коромысла, причем плоскости колебания коромысел разных приводных механизмов перпендикулярны и проходят через ось входного вала, а коромысла связаны посредством обгонных муфт с валами дифференциала.

На фиг.1-5 и 7-9 представлены варианты конструкции нефрикционного высокомоментного вариатора, на фиг.6 - графики скоростей.

Нефрикционный высокомоментный вариатор (фиг.1-5) содержит установленные в подшипниках корпуса 1 входной 2 и выходной 3 валы, трехвальный зубчатый дифференциал с валами колес дифференциала 4а и 4b, сателлитом 5, посаженным на закрепленное на выходном валу водило 6, выполненные как одна деталь кососимметричные пространственные кулачки 7₁ и 7₂, установленные на двух цапфах 8 входного вала, и два механизма привода колес дифференциала, каждый из которых содержит колебательный вал 9 с двумя аппозитно закрепленными коромыслами 10₁ и 10₂ (L - плечо коромысла), контактирующими посредством шаровых роликов 11 с кулачками соответственно 7₁ и 7₂, при этом плоскости колебания коромысел совпадают с осью входного вала и взаимно перпендикулярны. Колебательный вал обгонными муфтами 12₁ и 12₂ соединен соответственно со смонтированными на подшипниках корпуса коническими колесами 13₁ и 13₂, сцепленных с шестерней 14 промежуточного вала 15, который посредством пары зубчатых колес 16 (на промежуточном валу) и 17 связан с валом колеса дифференциала.

Механизм изменения передаточного отношения (фиг.2 и 3) содержит смонтированные на корпусе с возможностью вращения рукоятку 18 с винтом 19, взаимодействующим с гайкой 20. Гайка зафиксирована от поворота относительно корпуса пальцем 21, который контактирует с двумя радиально-упорными подшипниками 22. Подшипники 22 смонтированы в стакане 23, установленном подвижно в осевом направлении в цилиндре 24 входного вала. На стакане закреплена рейка 25, сцепленная с посаженной на входном валу шестерней 26, которая жестко связана с двумя эксцентриками 27, размещенными в пазу 28 кулачков, h - величина перемещения рейки при повороте рукоятки, θ - угол между осями κ-κ кулачков и входного вала.

Нефрикционный высокомоментный вариатор работает следующим образом (фиг.1 и 2). При вращении входного вала со скоростью ω₂ через шаровые ролики 11 и коромысла 10 сообщаются колебательные движения колебательным валам 9 в одном направлении от кулачка 7₁, а в другом - от кулачка 7₂ с угловыми скоростями ω_ка и ω_kb, λ - размах колебаний колебательного вала. Колебательные валы через обгонные муфты 12₁ и 12₂ сообщают однонаправленное вращение с угловыми скоростями Ω_a=|ω_ка| и Ω_b=|ω_kb| соответственно коническим колесам 13₁ и 13₂ которые посредством шестерен 14 вращают с угловыми скоростями ω_па и ω_пb промежуточные валы 15а и 15b, передающие через зубчатую пару 16-17 вращение валам колес дифференциала 4а и 4b соответственно с угловыми скоростями ω_4a и ω_4b, при этом передаваемое через сателлит 5 от валов колес дифференциала вращение водилу 6 и, следовательно, выходному валу 3 будет иметь угловую скорость

Скорости колебательных валов зависят от профилировки кулачков. Профилировка обеспечивает угловую скорость для колебательного вала

где α - угол поворота входного вала, Н=h_max. Узел конструкции из деталей 9, 12-15 является выпрямителем колебаний, где колебательный вал - входное звено, а промежуточный вал - выходное звено.

Обозначив передаточное отношение u=ω₄/ Ω,

имеем угловую скорость вала колеса дифференциала 4а

а для вала колеса дифференциала 4b

т.к. оба выпрямителя из-за перпендикулярной установки колебательных валов действуют с фазовым сдвигом на 90°. Скорость выходного вала из (1) с учетом (3, 4) равна

и передаточное отношение вариатора составит

i=ω₃/ω₂=(h/H)(λ/π)u.

Из (5) видно, что при постоянной скорости входного вала (ω₂=const) скорость выходного также постоянна (ω₃=const) при фиксированном значении h, следовательно, равномерность вращения выходного вала обеспечена. Скорости звеньев для этого случая показаны на фиг.6. Варьирование скорости выходного вала, как видно из (5), осуществляется изменением h (0≤h≤H) поворотом рукоятки 18. При повороте рукоятки поворачивается винт 19, и гайка 20, перемещая рейку, поворачивает эксцентриками ось кулачков κ-κ. На фиг.3 показано крайнее положение рейки (h=0), при котором вращение на выходной вал не передается (ω₃=0). При h=Н скорость ω₃ максимальна. Следует отметить, что при уменьшении h с уменьшением скорости ω₃ возрастает передаваемый выходным валом момент.

На фиг.7 и 8 дан вариант конструкции вариатора, в которой на входном валу установлены совместно с шестерней 26 шестеренчатые цапфы 29, сцепленные с выполненными на кулачках зубчатыми секторами 30. Изменение передаточного отношения осуществляется вращением от рейки 25 шестерни 26, которая через шестеренчатые цапфы и зубчатые сектора поворачивает кулачки.

Реверс вариатора обеспечивается реверсированием обгонных муфт. В предложенном вариаторе нет поступательно перемещающихся деталей, а общий центр масс остается неподвижным в процессе работы, следовательно, механизм полностью статически уравновешен.

Реверс вариатора обеспечивается реверсированием обгонных муфт. В предложенном вариаторе нет поступательно перемещающихся деталей, а общий центр масс остается неподвижным в процессе работы, следовательно, механизм полностью статически уравновешен.

По формуле (5) определяется скорость выходного вала при отсутствии обгонного характера работы обгонных муфт. Как было показано в [4], при обгоне равномерность вращения выходного вала сохраняется, и имеет место автоматизм изменения скорости ω₃ при изменении внешнего момента на выходном валу: при увеличении момента скорость уменьшается, а при уменьшении момента - возрастает.

В нефрикционых вариаторах обгонные муфты должны быть нефрикционными: например, эксценриковые [см. 5 и 6].

Ролики 11 могут быть сферическими, бочкообразными или цилиндрическими.

Источники информации

1. DE 3309044, F16Н 29/08, 14.03.83 (Rindfleisch В.)

2. RU 2147701 C1, F16Н 29/08, 25.02.98 (Б.В.Пылаев).

3. RU 2242654 C2, F16Н 29/08, 20.01.03 (Б.В.Пылаев).

4. Б.В.Пылаев. Основы динамики высокомоментных вариаторов // Вестник машиностроения. 2004. №7. С.16-22.

5. RU 2229630 С2, F16D 41/08, 17/00, 03.04.02 (Б.В.Пылаев).

6. Б.В.Пылаев. Эксцентриковая высокомоментная обгонная муфта // Вестник машиностроения. 2004. №7. С.16-22.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для плавного изменения передаточного отношения в трансмиссии машин при большой передаваемой мощности, включая останов ведомого вала под нагрузкой и реверс. Вариатор содержит корпус (1), входной (2) с цапфами (8) и выходной валы, механизм изменения передаточного отношения с рукояткой (18), посаженные на цапфы с возможностью поворота в плоскости оси входного вала от рукоятки и образующие одну деталь два пространственных кулачка (7₁, 7₂) и трехвальный зубчатый дифференциал. Водило дифференциала соединено с выходным валом. Валы колес дифференциала снабжены с возможностью сообщения вращательного движения с относительным фазовым сдвигом на 90° приводными механизмами. Каждый приводной механизм включает контактирующие посредством роликов с разными кулачками коромысла (10₁, 10₂) связанные посредством обгонных муфт с валами дифференциала. Плоскости колебания коромысел разных приводных механизмов перпендикулярны и проходят через ось входного вала. Достигается повышение эксплуатационных характеристик, упрощение и удешевление конструкции. 9 ил.

Высокомоментный вариатор, содержащий корпус, входной и выходной валы, механизм изменения передаточного отношения с рукояткой, посаженные на входной вал с возможностью совместного вращения два пространственных кулачка и трехвальный зубчатый дифференциал, вал водила которого составляет единое звено с выходным валом, а валы колес дифференциала снабжены с возможностью сообщения вращательного движения с относительным фазовым сдвигом на 90° приводными механизмами, каждый из которых включает в себя пару обгонных муфт и контактирующие посредством роликов с разными кулачками коромысла, причем плоскости колебания коромысел разных приводных механизмов перпендикулярны и проходят через ось входного вала, а коромысла связаны посредством обгонных муфт с валами дифференциала, при этом механизм изменения передаточного отношения смонтирован с возможностью обеспечения перемещения от рукоятки пространственных кулачков относительно входного вала, отличающийся тем, что входной вал снабжен цапфами, а пространственные кулачки выполнены как одна деталь, смонтированная на цапфах с возможностью поворота в плоскости оси входного вала от рукоятки.