МЕХАНИЧЕСКИЙ ВАРИАТОР СКОРОСТИ С ЭКСЦЕНТРИЧЕСКИМИ ДИНАМИЧЕСКИМИ МАССАМИ, ИМЕЮЩИЙ УРАВНОВЕШЕННУЮ КОНСТРУКЦИЮ Российский патент 2015 года по МПК F16H25/04 

Настоящая патентная заявка на изобретение относится к механическому вариатору скорости с эксцентрическими массами, имеющему уравновешенную конструкцию.

Вариатор изобретения представляет собой усовершенствование предшествующего образца вариатора, основанного на том же самом принципе действия.

Указанный принцип действия основан на использовании кулачка, состоящего из круглого диска, эксцентрически закрепленного на ведущем валу, который приводит во вращение ведомый вал с промежуточным положением ряда эксцентрических масс, причем каждая из них состоит из круглого диска с эксцентрическим круглым отверстием, в котором другая масса с меньшими размерами помещается с возможностью вращения.

Более точно, ведущий вал приводит указанный кулачок во вращение вокруг оси вращения ведущего вала, которая в дальнейшем будет определяться как главная ось вращения вариатора.

Указанный кулачок помещается внутри круглого отверстия, эксцентрически полученного на первой массе, состоящей из диска с центром, не совпадающим с главной осью вращения, так что указанная первая масса фактически приводится во вращение вокруг ведущего вала.

Указанная первая масса помещается внутри круглого отверстия, эксцентрически полученного на второй большей массе, состоящей из диска с центром, не совпадающим ни с главной осью вращения, ни с центром первой массы, так что указанная вторая масса также приводится во вращение вокруг ведущего вала.

Указанная вторая масса помещается внутри круглого отверстия кольца, концентрического со второй массой, которая представляет ведомую часть, выполняющую вращение указанной второй массы.

Указанное кольцо снабжается закрепляющими болтами с барашками разной длины, которые дополнительно к затягиванию множественных объединенных вариаторов, передают вращение кольца как вращательное движение на ведомый вал, коаксиальный с ведущим валом.

Изменение подобно описанному выше, раскрыто в патенте ЕР 1640638.

Этот тип вариатора сразу же выявил проблемы уравновешивания, которые практически снизили промышленное применение.

Целью настоящего изобретения является устранение такой проблемы уравновешивания обеспечением вариатора скорости типа, описанного выше, который имеет внутренне уравновешенную конструкцию в каждой динамической конфигурации.

Усовершенствованным вариатором, который является задачей настоящей патентной заявки, проблема уравновешивания в принципе решена структурной композицией с использованием конструктивной системы, которая является простой для выполнения, применимой в любом случае и для каждого образца вариатора этого вида, который может быть выполнен.

Основные характеристики усовершенствованного вариатора изобретения раскрыты в прилагаемой формуле изобретения.

Для ясности описание вариатора изобретения продолжается со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые предназначены только в целях изображения и не в смысле ограничения, на которых:

- фиг.1 представляет собой сечение вариатора изобретения с вертикальной плоскостью, проходящей через главную ось вращения;

- фиг.2 представляет собой сечение фиг.1 плоскостью II-II;

- фиг.3 представляет собой такой же вид, как фиг.1, за исключением, что он относится к конструктивному варианту осуществления объединенного вариатора изобретения.

Прежде всего, надо отметить, что вариатор изобретения может соединяться с другими идентичными вариаторами для образования объединенного вариатора с модульной конструкцией согласно прилагаемой формуле изобретения.

Со ссылкой на вышеупомянутые фигуры описан основной вариант вариатора, который определен как функциональное устройство (UF).

Указанное функциональное устройство (UF) содержит:

- ведущий вал (АМ) с осью вращения (о), определенной как главная ось вращения вариатора;

- кулачок (С), состоящий из диска, который вращается вместе с ведущим валом (АМ);

- первую массу (М1), состоящую из диска с центром (с1), не совпадающим с главной осью вращения (о), которая снабжена эксцентрическим отверстием (F1), в котором указанный кулачок (С) помещается точно и свободно для вращения с промежуточным положением скользящих подшипников (CR);

- вторую массу (М2), состоящую из диска с центром (с2), не совпадающим ни с главной осью вращения (о), ни с центром (с1) первой массы (М1), причем указанная вторая масса (М2) снабжена эксцентрическим отверстием (F2), в котором указанная первая масса (М1) помещается точно и свободно для вращения с промежуточным положением скользящих подшипников;

- кольцо (А), состоящее из диска с центром, совпадающим с главной осью вращения (о) и снабженное эксцентрическим отверстием (F3), в котором указанная вторая масса (М2) помещается точно и свободно для вращения с промежуточным положением скользящих подшипников (CR).

Кольцо (А) можно чисто символически разделить на два кольцевых участка, отделенных окружностью (Ic) с центром на главной оси вращения (о) и тангенциальной к отверстию (F3):

- наружный участок состоит из круглой верхней части (Се) правильной формы, внутренняя окружность (1с) которой совпадает с указанной разграничительной окружностью (Ic),

- внутренний участок состоит из наименьшего кольца (Am) эксцентрической формы.

Наименьшее кольцо (Am) представляет кольцо (А) в теоретических минимальных размерах.

Внутри наружной верхней части (Се) кольцо (А) снабжено кольцевым рядом равномерно разнесенных отверстий (F), конкретно шести отверстий, с центрами, лежащими все на одной и той же окружности (cf) с центром, совпадающим с главной осью вращения (о).

Эти характеристики кольца (А), которые являются соответствующими и пригодными для выполнения вариатора нового изобретения, не определены в гомологичном кольце известного образца вариатора, раскрытого в патенте ЕР 1640638.

С помощью вращения ведущий вал (АМ) приводит первую массу (М1) через кулачок (С) в переменное вращение в центре (с1) и в прерываемое вращение вокруг ведущего вала; указанная первая масса приводит вторую массу (М2) в прерываемое вращение в центре (с2).

Ускорения и замедления двух масс создают силы, равнодействующей которых является сила, проходящая через центр (с2) второй массы с направлением, перпендикулярным плечу (о-с2).

Сила побуждает вторую массу к вращению вокруг ведущего вала, которое передается на кольцо (А), соединенное болтами (В) с фланцем (FL) и контрфланцем (CFL), соответственно закрепленных на ведомом валу (АС) и ведущем валу (АМ), причем оба содержат центр на главной оси вращения (о).

Через плечо (о-с2) силы создают крутящий момент, который передается ведущим валом к ведомому валу.

Очевидно, кольцо (А) приводит во вращение ведомый вал (АС) с промежуточным положением указанного фланца (FL), который соединяется с кольцом (А) с одной стороны и с ведомым валом (АС) с другой стороны.

Такое функциональное устройство обеспечено внутренне уравновешенной конструкцией по нижеизложенным причинам с помощью фиг.1, которая изображает в разрезе части каждого конструктивного компонента.

Более точно можно идентифицировать следующие части над ведущим валом (АМ):

- верхний сегмент кулачка (SCs);

- верхний сегмент первой массы (SM1s);

- верхний сегмент второй массы (SM2s);

- верхний сегмент кольца (SAs).

При этом можно идентифицировать следующие части под ведущим валом (АМ):

- нижний сегмент кулачка (SCi);

- нижний сегмент первой массы (SM1s);

- нижний сегмент второй массы (SM2s);

- нижний сегмент кольца (SAi).

При вращении ведущего вала (АМ) каждый сегмент приобретает собственное движение. Движение сегментов кулачка и ведомого вала соответствует вращению, при этом движение сегментов двух эксцентрических масс соответствует результирующей величине объединенных движений.

При условии, что сегменты имеют минимальную толщину, величину массы каждого сегмента можно считать равнозначной его поверхности.

Считаются две части вариатора, т.е. часть над и часть под ведущим валом. Суммирование продуктов поверхности каждого сегмента при угловой скорости барицентра соответствующего сегмента относительно главной оси вращения (о), при расстоянии барицентра одного и того же сегмента от главной оси вращения (о). Динамическое равновесие функционального устройства получается, когда в любой точке вращения указанное суммирование, вычисляемое для одной части, равно такому же суммированию, вычисляемому для противоположной части, т.е. когда суммирование угловых моментов двух частей равно нулю.

Такое положение удовлетворяется следующими условиями:

- геометрическая форма функционального устройства (UF) правильная и концентрическая на главной оси вращения (о);

- величина массы является равномерной на всем геометрическом протяжении функционального устройства (UF).

Эти условия выполняются:

- обеспечением кольца (А), наружная верхняя часть (Се) которого содержит массу, распределенную таким образом для уравновешивания относительно главной оси вращения (о);

- использованием скользящих подшипников (CR) с незначительным недостатком однородности массы.

Как упомянуто выше, из-за плеча, образованного из-за нецентрированности (о-с2), создается крутящий момент, передаваемый ведущим валом (АМ) на ведомый вал (АС).

Величина указанного крутящего момента зависит, в квадратичной форме, от разницы в радиальной скорости между ведущим валом и ведомым валом.

Из-за конкретных движений массы (М1 и М2) периодически ускоряются и замедляются при каждом вращении ведущего вала (АМ). Таким образом, величина крутящего момента, передаваемого одним функциональным устройством (UF), имеет прерываемое продвижение, которое периодически повторяется при каждом вращении.

Как отмечалось ранее, указанные функциональные устройства выполнены с возможностью взаимного соединения. Следовательно, возможно объединение множественных функциональных устройств (UF), таким образом, образующих объединенный вариатор с модульной конструкцией (UFA), согласно прилагаемой формуле изобретения, и получение достаточно равномерного передаваемого крутящего момента.

Как указано выше, объединением множественных функциональных устройств (UF) получается объединенный вариатор (UFA), в котором суммарный передаваемый крутящий момент достаточно непрерывный.

Фиг.3 схематически изображает указанный объединенный вариатор с модульной конструкцией, в котором каждое функциональное устройство (UF), соединенное с первым, изображено пунктирной линией.

Согласно этому конструктивному варианту осуществления вариатора изобретения ведущий вал обеспечен одним кулачком (CU), который приводит во вращение все функциональные устройства (UF), объединенные под углом в шахматном порядке.

Более точно, если соединяются шесть функциональных устройств (UF), как изображено на фиг.3, каждый фланец должен содержать шесть отверстий (F), расположенных в шахматном порядке под углом 60°, таким образом, что шесть функциональных устройств (UF) также могут располагаться в шахматном порядке, один за другим, с пропорционально увеличивающимся углом 60° и взаимно соединяться посредством соответствующих болтов, проходящих через отверстия (F). Идентичные функциональные устройства, которые равномерно расположены в шахматном порядке под таким же углом, обеспечивают максимальную непрерывность передаваемого крутящего момента относительно количества объединенных функциональных устройств.

Объединенный вариатор (UFA), образованный из множества объединенных функциональных устройств, является всегда уравновешенным, независимо от количества объединенных устройств, состоящим из одних функциональных устройств, уравновешенных в любой точке их вращения.

Можно производить увеличения массы или уменьшения в вариаторе изобретения, или относительно отдельного функционального устройства, или модульной конструкции объединенного вариатора, поскольку указанные действия выполняются согласно принципу взаимного равновесия, т.е. с нейтральным результатом относительно уравновешивающей системы изобретения.

Вариатор может работать в двух направлениях.

Вариатор может также работать посредством инверсии ведущего вала с ведомым валом.

Настоящее изобретение относится к машиностроению, а конкретнее к механическому составному вариатору скорости с эксцентрическими массами. Составной вариатор содержит единый ведущий вал (АМ), снабженный кулачком (СU), состоящим из круглого диска, эксцентрически закрепленного на ведущем валу, который приводит ведомый вал (АС) во вращение с промежуточным положением ряда эксцентрических масс. Каждая из указанных масс состоит из круглого диска с эксцентрическим круглым отверстием, в котором другая масса меньших размеров помещается соразмерно. Большая масса помещается и вращается внутри эксцентрического отверстия кольца (А), соединенного болтами с фланцем (FL) и контрфланцем (CFL), соответственно закрепленных на ведомом валу (АС) и ведущем валу (АМ). При этом кулачок составного вариатора соединён с первыми массами всех отдельных вариаторов. Достигается уравновешивание конструкции в каждой динамической конфигурации. 3 ил.

Составной вариатор, полученный объединением множества идентичных вариаторов скорости с эксцентриковыми массами, содержащий:
- единый ведущий вал, имеющий ось вращения, определенную как главная ось вращения вариатора;
- один кулачок, который вращается вместе с единым ведущим валом;
в котором каждый из множества вариаторов содержит
- по меньшей мере, первую массу, состоящую из диска с центром, не совпадающим с главной осью вращения, причем первая масса имеет эксцентрическое отверстие, в котором указанный кулачок помещается точно и свободно для вращения;
- по меньшей мере, вторую массу, состоящую из диска с центром, не совпадающим ни с главной осью вращения, ни с центром первой массы, причем указанная вторая масса имеет эксцентрическое отверстие, в котором указанная первая масса помещается точно и свободно для вращения;
- кольцо, состоящее из диска с центром на главной оси вращения и имеющее эксцентрическое отверстие, в котором указанная вторая масса помещается точно и свободно для вращения;
- скользящие подшипники, расположенные между кулачком и первой массой, между первой массой и второй массой (М2) и между второй массой и кольцом; и
- отверстия, полученные на указанном кольце, отстоящие на одинаковые угловые расстояния, все центры которых лежат на одной и той же окружности с центром, совпадающим с главной осью вращения; причем указанная окружность является концентрической и внутренней по отношению к круглой верхней части с внутренней окружностью, тангенциальной к указанному отверстию;
причем составной вариатор содержит фланец и контрфланец, соответственно соединенные с указанным кольцом первого отдельного вариатора и кольцом последнего отдельного вариатора посредством болтов, вставленных в отверстия, и фланец и контрфланец соответственно закреплены на ведомом валу и ведущем валу, и оба фланца имеют центр на главной оси вращения,
при этом один кулачок составного вариатора соединен со всеми первыми массами всех отдельных вариаторов, а
отдельные вариаторы установлены на одном кулачке поступательно в шахматном порядке, один за другим, на одном и том же угловом расстоянии с величиной, равной отношению полного угла к числу объединенных отдельных вариаторов,
причем кольцо каждого отдельного вариатора содержит число отверстий, равное числу объединенных отдельных вариаторов.