Передаточный механизм Советский патент 1986 года по МПК F16H15/50 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к передаточным механизмадМ.

Цель изобретения - регулирование диапазона изменения передаточного отношения,

На фиг, 1 представлен механизм в нейтральном положении, поперечное сечение; на фиг. 2 и 3 -- то же, в крайних положениях; на фиг, 4 показаны шарики передачи в направлении оси передат-п 5 на фиг. 5 и 6 - геометрические фигуры поясняющие принцип работы; на фиг. 7 - горизонтальное сечение на фиг. 4; на фиг, 8-14- геоме рические фигуры, поясняющие

1;

сечеработу передачи; на фиг. ние по оси на фиг, 1,

Передаточный механизм (фиг, 1 и 2) содерл ит входной вал 1, установленные на нем пару внутренних кольцеобразных дорожек 2 и 3 вращения, пару кольцеобразных дорожек 4 и 5 враБг,ениЯэ отделенных от дорожек 2 и 3 кольп,еобразными промежутками 6, Дорожка 4 неподвижна. Дорожка 5j пространственно отделенная от дорожне имеет осевом

ки 4,, свободно вращается, но возможности для скольжения в папрг влении и образует выходной зле- менТо

Профили четырех кольцеобразных .дорожек 2j 3 и 4, 5 описаны вогнутыми образующими 7-10, которые в пред почтительноь-i варианте представляют собой аркообразные кривые. Расстоя- 1П 1е в осевом направлении как между внутренними 2 и 3, так и внешними 4 и 5 дорожками вращения постоянно,

Между кольцеобразными дорожками размещены два набора шариков 11 и 12; которые образуют соосные кольца. Каж- дьй шарик 11 одного кольца касается образую1цей 7 внутренней дорожки 2 и образуюв ей 9 внешней дорожки 4 и цвух шариков 12 другого кольца. Каждый шарик 12 другого кольца касается образующей 8 внутренней дорожки 3, образующей 10 внешней дорожки 5 и двух шариков 11 первого кольца.

Ось Y (фиг, 1) является осью симметрии для двух фиксированных в осевом направлении дорожек 9 и 10 вращения. Сдвиг по оси X внутренних дорожек (фиг. 2) приводит к изменению количественных параметров,, которые определяют отношение скорости вращения входного вала 1 к скорос

0

- i

0

0

0

ти дорожки 5 вращения, являющейся выходным элементом, т.е. к изменению передаточного отношения передаточного механизма.

На фиг. 4 показаны два кольца 11 и 12, которые видны в направлении оси механизма. Движение шариков рассмотрено в проекции осей X, Y, Z и линий PJ, идущих под одинаковыми углами и представляющих плоскости, которые пересекают друг друга на оси X и в которых движутся центры шариков цри относительных перемещениях колец шариков. Одна из линий Р совпадает с осью Z, Угол между двумя соседними плоскостями Р называется центральным углом р и зависит от числа шариков

2бр

п

где п - число шариков.

Если шарики 12 в одном кольце (фиг, 2) сдвигаются к главной оси X передачи, то шарики 11 в другом кольце будут двигаться от главной оси, как показано пунктирными линиями на (фиЬ, 4). Проекция линии или воображаемой прямой между центрами двух шариков 11 и 12 остается постоянной „ что следует из двух конгруэнтных треугольников, полученных из проекции пунктирной линии S на сплошную линию. Поскольку все шарики должны непрерывно контактировать друг с другом, прямое направление, пред- ст-авленное длиной стержня S между центрами париков все время равняться 2R, где R. - радиус шарика.

Если дне плоскости Р, в которых должны перемещаться центры шариков, параллельно друг другу на расстоянии менее 2R., то возможности движения для центров шариков при поддерживании контакта касания между шариками, может быть представлено двумя круга- bsH С ц одного и того же размера 1,фиг„ 5), которые расположены таким образом, относительно их соответствующих двух плоскостей, чтобы образовать поверхности воображаемого цилиндра Cj,, ось fcoToporo перпендикулярна к плоскостям, и в которых во- 5 ображаемьш стержень S будет выступать между произвольной точкой на .одном круге и диаметрально противоположной точкой на другом круге, Точка касания шариков будет являться центром тяжести этого цилиндра.

В действительности две плоскости, в которых движутся центры двух соседних шариков не параллельны, а образуют друг с другом угол р .-На фиг. 6 воображаемый цилиндр Су и стержень представлены в трех различных положениях между двумя плоскостями Р. Положение, показанное сплошными линиями, соответствует нейтральному положению, в котором центры двух шариков расположены эквидестан- тно относительно оси X, а положение, показанное пунктирными линиями, является крайним положением, в котором разница между расстояниями между центрами шариков от оси X является максимально возможным. Положение, показанное пунктирнь№ и линиями, соответствует промежуточному положению. Bbmie цилиндра показаны проекции стержня на оси X в трех положениях Таким образом, относительные перемещния центров шариков сопровождаются осевыми перемещениями цилиндра Су, и что дорожки, по которым могут пермещаться центры шариков в плоскостях Р соответствуют эллипсам, в которых поверхность цилиндра пересекает плоскости. Один из этих эллипсов показан в качестве фигуры Е (фиг.6) вместе с кругом С, , представляющим цилиндр, причем это показано в том виде, который получается, если смотреть с конца. Половина малой оси эллипса, которая равна радиусу круга, обозначена Л , а половина большой оси обозначена буквой Ь .

Па фиг. 4 заштрихованы два соседних шарика 11 и 12. Предположим, что через центры этих шариков проведено сечение, которое параллельно плоскости XZ, в результате этого получим изображение, подобное тому, которое представено на фиг. 7, где два радиуса R шариков, расположенные таким образом, что они являются продолжением друг друга, образуют вообража- емый стержень, который составляет угол о( с линией, которая параллельна оси Z и выступает через центр шарика 11, являясь внешней образующей воображаемого цилиндра, который виден в направлении оси X. Оконечная поверхность цилиндра представлен линией,- длиной 2а, которая проходит через центр шарика 12 и параллельна

платности

042.«

оси X. Угол с зависит от шариков в нейтральном положении. Таким образом, оси эллипса (фиг. 6 и 7) могут быть определены как:

0

5

0

5

0

а R ,; sin о

b a/cos (p/2) o(,/cos (р/2) .

На практике смещения шариков обеспечивается смещением в осевом направлении одного набора формующих колец относительно другого набора. При этом предполагается, что воображаемый цилиндр С у сдвигается в направлении, перпендикулярном его оси и параллельном оси механизма X. Таким образом, центры шариков совершают сложное движение с радиальным и осевым компонентами вдоль результирующей траектории, которая определяет поперечное сечение траектории вращения в плоскостях, содержащей ось механизма.

Теоретически может быть использовано произвольно большое количество .форм кривых, но только одна форма кривой удовлетворяет требованию, связанному с тем, что для достижения наибольшего возможного изменения плеч сил, определяемых расположением точек контактирования шариков на дорожках вращения, необходимо обеспечить симметричное перемещение этих точек касания как в радиальном, так и в осевом направлени- 5 ях. В связи с двойным симметричным перемещением точек касания шариков по дорожками качения, соотношение между противоположно направленными смещением в радиальном направлении 0 и общим смещением в осевом направле- НИИ центров двух шариков должно быть таким, чтобы траектории смещения центров шариков также оказывались симметричными.

Требуемые условия симметрии удовлетворяются в случае циклоиды. Циклоида, получаемая вращением-круга, имеющего радиус прямой линии, представлена на фиг. 8. Противоположно

0 направленные перемещения центров шариков вдоль кромок воображаемого цилиндра и их общее смещение в осевом направлении вместе с цилиндром, могут быть описаны двумя половинами

циклоиды в биссектральной плоскости

центрального угла, как показано на фиг. 9, где ось, параллельная оси X и перпендикулярная оси цилиндра.

обозначена X. В диапазоне , где у берется на оси X, кривые могут быть выражены уравнением

)1 I. а

180

Центры шариков могут быть зафиксированы на этих однородных кривых, симметричньк относительно оси Y с помощью идентичных кривых, которые симметричны первой кривой, относительно, оси X, сдвига одной пары кри вьк относительно другой пары кривых вдоль оси Х, как показано пунктирными линиями на фиг. 10,

Эти, обладающие двойной симметрией кривые, обеспечивают геометрическую основу для получения профилей дорожек вращения. Однако кривые построены на плоскости, образующей гол, равный половине центрального угла р с плоскостями Р, в которые могут перемещаться центры 0,, и 0 шариков. Поэтому кривые должны проектироваться на одну из этих плоскостей для того, чтобы создать базу для желаемых Профилей. Координаты у. этих кривых должны поэтому быть поделены на косинус половины центрального угла, что приводит к получению конфигурации, показанной на фиг„ 11. В диапазоне с у -с, Где с соответствует выбранной величине максимального сдвига в радиаль- ном направлении, т.е. в направлении оси Y кривые могут быть выражены следующим уравнением:

х i/a2-(ycos Э/2)2 + V cos /2

, (.-)J.

IV а

180

Как следует из рассматриваемого ниже материала, диапазон регулирования передаточного механизма определяется максимальным различием, получа- емьпу между расстояниями от оси механизма к точкам касания между шарикам11и 12 и дорожками 8-10 вращения и расстояниями от собственных осей О,, и 0 вращения шариков 11 и

12к тем самым точкам 1 сания, равно как и между радиусами от последних осей к точке взаимного касания шариков 11 и 12, путем сдвига шариков в кольцах, образованных шариками 11 и

12. Соотношение этих расстояний больше для внешних дорожек 9 и 10 вращения, чем для внутренних дорожек 7 и 8 вращения. Поскольку максимальная разница в расстояниях определяется не только количеством шариков, значением угла (Х. и величиной С, а также радиусом г перемещения основной циклоиды, радиус г может быть использован при расчете диапазона регулирования, если это необходимо. Радиус перемещения циклоиды определяется как

( |1а2-(с cos /2)2 - m) 180

I

sin- (

с COS

Э/2

)

где га - соответствует значению у для случая, когда х -с, так что генерализованная формула кривой сдвига центров шариков в диапазоне с у -с будет иметь вид

х /a 2-(y.cos jB/2) +

г ( у cos Э/2 Lsin а

( cos р/2 -т)

sin- ( --l.)

40

45

50

55

На фиг. 12 представлен пример использования радиуса г перемещения, ко торый меньше,чем радиус а воображаемого цилиндра.

Формы кривых, найденные в данном решении, приводят к профилям дорожек вращения, которые оказываются достаточно трудно изготовить на практике, но сегменты кривых, которые необходимы в качестве основы для таких профилей весьма близки к дугам окружности, что приводит к возможности получения профилей, которые оказываются простыми в изготовлении. Можно рассчитать что максимальные отклонения имеют величину, которая менее по- рядка неточности изготовления, обычно принятой при производстве шарик ов. К этому необходимо добавить, что влияние неточностей в выполнении кривых на два контактирующих шарика фактически нейтрализуют друг друга вследствие симметрии кривой.

На фиг, 13 представлено изображение, соответствующее фиг. 11, где траектории перемещения центров шариков являются дугами окружности С и Со, имеющих радиусы соответственно fc/, и Cj, на одном и том же расстоянии от малой оси или оси X , и на том же расстоянии Х(- от и на соответствующих сторонах оси Y, которое совпадает с большой осью показанного сплошной линией эллипса Е, соответствующего воображаемому цилиндру в его нейтральном положнии. Кроме того, на фиг. 13 сдела- но упрощение, которое заключается, в том, что пунктирный эллипс, представляющий крайнее положение воображаемого цилиндра, пересекает ось Y в точках у с. В нейтральном пол жении проекция на ось X воображаемого стержня S образует малую ось эллипса. Проекция стержня на ось X в крайнем положении цилиндра, обозначена как d.

Если сдвиг происходит влево, а не вправо в ситуации, показанной на фиг. 13, центры шариков будут следовать за продолжениями дуг окружности относительно дуги Cjj вниз к линии у -с, которая пересекает ось Y, а в отношении дуги Cj - ввер к линии .

Если центр правого шарика (фиг.1 в процессе перемещения эллипса впра во, движется вниз,, а не вверх, как показано, и в случае сдвига влево перемещается вверх, две другие дугообразные траектории С; и Сц перемещаются так, что в результате образуется картина, являющаяся зеркальным отображением ситуации, образованной дугами С,, и Cj как показано на фиг. 14. В процессе отнсительных перемещений один набор дуг смещается в направлении оси X относительно другого набора. Центры шариков будут постоянно находиться в их соответствующих точках взаимного пересечения между верхней и ниж- ней дугообразными траекториями.

Как видно на фиг. 14, максимальный относительный сдвиг набор дуг равняется d. На основе формулы эллипса формулу для определения d мож но составить с использованием осей эллипса и величины с

d 2а V 1 - cVb2

Следующие три уравнения с тремя неизвестными величинами R, Х и Y,. , могут быть выведены на основании дан- ньк на фиг. 13

R2(Yc + с)2 + xi: + (X R2(Y, - с)2 + а{ + d)2

с +а);

Отсюда координаты центра щарика С| и радиус дуги окружности С, вы- р 1жаются как

Хе(2а2 - 2С2 - dp/(ad - 4а) YC (2X.-d + d4/4c

R (Yp + с) + XI

Когда образованы профили с радиусом R; R +R| , как показано на фиг, 1.5, то сдвиг внутренних и внешних дорожек по отношению друг к другу обеспечит требуемую эллиптическую траекторию перемещения центров шариков и тем самым будет гарантировать, что контакт касания между шариками и дорожками качения и между шариками будет сохраняться.

На фиг. 15 отмечен радиус R,, также как это было сделано в слу- чае, представленном на фиг. 6. Половина длины проекции воображаемого стержня, показанного сплошной линией на фиг. 4, равняется (i( и отсюда

R

cos о(

sin (р/2)

Таким образом, все размеры передаточного механизма могут быть рассчитаны из вышеприведенных уравнений.

Когда все шарики имеют одинаковые размеры, дорожки вращения в передаточном механизме имеют образуюш 1е 7 и 8, 9 и 10, которые симметричны., по- парно. Наибольшее изменение диапазона передаточного отношения может быть получено в том случае, когда четьфе дорожки вращения имеют двойные симметричные образующие 7 и 8, 9 и 10.

Передаточный механизм работае т следующим образом.

Вращение входного вала 1 передается на внутренние кольцеобразные дорожки 2 и 3, которые посредством двух наборов шариков 11 и 12 вращают внешнюю дорожку 5, являющуюся выходным элементом. Благодаря смещению дорожек 2 и 3 от нейтрального положения в правое и левое положение обеспечивается бесступенчатое изменение передаточного отношения.

у ij 05 .

(Риг.5

///

Фс/г,

Фие.е

А

Фиг.У

JfV/

(Put.O

27г/г//

лЛ

г/«. Х5

Л

fPuS. /

Составитель Г. Кузнецова Редактор Ю. Середа ТехредМ.НадьКорректор В. Бутяга

Заказ 315/62 Тираж 880Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва,- Ж-35, Раушская наб. д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4