Вариационный мультипликатор с авторедуцированием Советский патент 1988 года по МПК B60K17/04 

10

11414664

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для бесс-тупенчатого широкого регули-, рования частоты выходного вала, в том числе и в скоростных транспортных средствах

Целью изобретения является расширение диапазона регулирования

На фиг о 1 изображен вариационньгй мультипликатор с авторедуцированием в осевом разрезе; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.(а - ход ролика, б - ход рычага, с - плечо, Тое эксцентриситет ролика); на фиг 3 - раз- 15 рез Б-Б на фиг 2 (принципиальная схема изменения формы обода); на фиг о 4 - транспортное средство с вариационным мультипликаторомо

Стрелкой показано направление осевого перемещения пшицевой втулки на уменьшение пиков - максимальной разницы радиусов, от размера Г -большего радиуса, и размера В т малого радиуса, до принятия ободом формы круга диаметром Д. L - полный ход шпицевой втулки

Вариационный мультипликатор с авторедуцированием содержит корпус 1 с крышкой 2, подшипниками 3 и 4, в которых установлены входной вал 5 с . механизмом 6 изменения передаточного отношения и выходной вал 7 с механизмом 8 передачи

Механизм изменения передаточного отношения состоит из шлицевой втулки 9, снабженной фланцем для шарнирного крепления продольных тяг 10, кольцевой выточкой 11 для сухарей рычага 12 управления и торцевыми паза- JQ ми для шарнирного крепления поперечных, тяг 13.

Противоположные концы поперечных тяг шарнирно соединены с плунжерами

20

25

30

35

снабженные балансирами 24 и пружинами 25, Ьрижимающими кольца роликов к рабочей поверхности упругого обода. На конце каждого рычага закреплена гибкая спираль 26, например плоский металлический трос, облицованный резиной. Второй конец гибкой спирали соединен с балансирным плечом рычага пружиной 27, которая обеспечивает натяг каждой гибкой спирали на своем коническом участке 28 выходного вала. Конические участки вьтолнены вершинами в сторону, противоположную направлению витков.

Направление витков гибких спиралей совпадает с направлением вращения ва- ла.о

Вариационный мультипликатор с авторедуцированием в качестве привода скоростного транспортного средства работает следующим образом.

При свободном положении рычага 12 и пружины 18, работающей на растяжение, пшицевая втулка находится в крайнем левом положении, когда обод 17, не деформируемьй тягами 10 и 13, имеет форму круглого кольца. В этом положении включение двигателя внутреннего, сгор ания (две) TpaHcnopiTHoro средства не вызывает в| ащения -выходного вала 7 так как вращение соединенного с входным валом 5 круглого обода 17 не создает колебания рычагов 23.

Это свойство вариационного мультипликатора дает возможность приводу транспортного средства обойтись без муфты сцепления. При повороте рычага 12 шлицевая втулка 9, перемещаясь вправо, продольными тягами 10 распирает обод 17, придавая ему форму правильного многоугольника с дугообраз- ными сторонами в виде арок, середину которых поддерживают поперечные тя-

14, размещенными в обоймах 15 со сво-., г 13. Таким образом, на ободе создабодой продольного перемещения.

Противоположные концы продольных тяг шарнирно соединены с рессорами 16, закрепленными, как и обоймы, на упругом ободе 17. Между фланцем входного вала и торцом шлицевой втулки закреплена пружина 18, работающая на растя- жение или сжатие в зависимости от исполнения мультипликатора Механизм передачи состоит из роликов 19 с подшипниковыми кольцами 20, эксцентрично установленных на валиках 21, опирающихся на подшипники 22. Вдоль валиков вразбивку закреплены рьтаги 23,

50

55

ется равномерно меняющаяся по азимуту разница радиусов с соответствующими пиками, число которых равно числу продольных тяг,- и подшипниковые кольца 20 эксцентрично смещенных роликов 19 приходят в колебательное движение и передают его рычагам 23, что приводит к вращению выходного вала 7 с тем большей частотой, чем больше поворот рычага 12 и перемещение шлицевой втулки 9. Перемещение пшицевой втулки приводит к смещению на половину хода оси обода 17, поэтому его ширина должна быть больше ширины под0

Q

0

5

0

5

снабженные балансирами 24 и пружинами 25, Ьрижимающими кольца роликов к рабочей поверхности упругого обода. На конце каждого рычага закреплена гибкая спираль 26, например плоский металлический трос, облицованный резиной. Второй конец гибкой спирали соединен с балансирным плечом рычага пружиной 27, которая обеспечивает натяг каждой гибкой спирали на своем коническом участке 28 выходного вала. Конические участки вьтолнены вершинами в сторону, противоположную направлению витков.

Направление витков гибких спиралей совпадает с направлением вращения ва- ла.о

Вариационный мультипликатор с авторедуцированием в качестве привода скоростного транспортного средства работает следующим образом.

При свободном положении рычага 12 и пружины 18, работающей на растяжение, пшицевая втулка находится в крайнем левом положении, когда обод 17, не деформируемьй тягами 10 и 13, имеет форму круглого кольца. В этом поло жении включение двигателя внутреннего, сгор ания (две) TpaHcnopiTHoro средства не вызывает в| ащения -выходного вала 7, так как вращение соединенного с входным валом 5 круглого обода 17 не создает колебания рычагов 23.

Это свойство вариационного мультипликатора дает возможность приводу транспортного средства обойтись без муфты сцепления. При повороте рычага 12 шлицевая втулка 9, перемещаясь вправо, продольными тягами 10 распирает обод 17, придавая ему форму правильного многоугольника с дугообраз- ными сторонами в виде арок, середину которых поддерживают поперечные тя-

, г 13. Таким образом, на ободе созда

ется равномерно меняющаяся по азимуту разница радиусов с соответствующими пиками, число которых равно числу продольных тяг,- и подшипниковые кольца 20 эксцентрично смещенных роликов 19 приходят в колебательное движение и передают его рычагам 23, что приводит к вращению выходного вала 7 с тем большей частотой, чем больше поворот рычага 12 и перемещение шлицевой втулки 9. Перемещение пшицевой втулки приводит к смещению на половину хода оси обода 17, поэтому его ширина должна быть больше ширины подшипниковых колец 20, чтобы не было нарушено контактирование Для равномерности вращения, вькодного вала работа рычагов 23 должна взаимно пере- крьшаться, Т. е. их минимальное количество должно быть равно трем

Механизм передачи движения на выходной вал работает по принципу фриКрычаг по часовой стрелке. При этом витки его гибкой спирали в начальный момент поворота надвигаются (навинчиваются) в сторону основания конуса, убрав зазор холостого хода и обеспечив натяг, заклинивающую гибкую спираль на конической поверхности. Кроме последовательного заклинивания и

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в скоростных транспортных средствах, А Цель изобретения - расширение диапазона регулирования. Вариационный мультипликатор с авторедущфованием содержит корпус 1 с входным 5 и выходным 7 валами,механизмом 8 передачи и механизмом 6 изменения передаточного отношенияо Механизм передачи выполнен в виде конических поверхностей выходного вала, на которые надеты пружинящие спирали, связанные с рычагами, ролики которых передают им движение от упруго деформируемого обода. 1 ф-лы, 4 ил. (Л 4 Од СП 4:а фаг.

ционной петли Эйлера На фиг, 2 стрел- д расклинивания спиралей, конические

кой показано направление вращения входного вала и обода 17 При этом кольцо верхнего правого ролика, набегая на увеличивающийся радиус поворачиваемого обода, перемещается от оси вала вправо, вращаясь вокруг оси своего валика 21 по часовой стрелке и в этом же направлении перемещая свой рычаг 23, конец которого, вытягивая ветвь гибкой спирали 26, пово- рачивае.т выходной вал 7 также по часовой стрелке При этом проскальзывания гибкой спирали на конической поверхности выходного вала не происходит, так как пружина 27, замыкающая достаточное количество витков спирали на плечах рычага 23, создает достаточньй натяг, а направление конического участка 28 ведомого вала способствует увеличению диаметра витой спирали, То е, увеличению натяга.

Верхний левый ролик, перейдя пик .обода 17, перемещается в направлении оси вала и поворачивает свой рычаг с помощью пружины 25 против часовой стрелки При этом его гибкая спираль ослабляет натяг и не препятствует вращению выходного вала, как и спираль рычага нижнего ролика, рычаг которого находится в крайнем положении холостого хода,, Выходной вал вращается по часовой стрелке. Витки гибких спиралей располагаются на его конических поверхностях также с правой (по часовой стрелке) навивкой

Таким образом, так как гибкая спираль нижнего рычага при его обратном повороте поворачивается против направления вращения выходного вала, она свинчивается с конического участка 28 в сторону его меньшего диаметра и, образовав зазор с его поверхностью, не препятствует вращению выходного вала. Подшипниковое кольцо

20

30

участки выходного вала обеспечивают равномерность его вращения. Констру тивно уклон конических участков 28 определяется расчетом сечений рабоч

15 поверхности упруго деформированного обода 17 исходя из условия равномер ности вращения выходного вала. Чем .больще угол рабочего поворота рычаг 23, тем больше разница между длиной дуги, описьшаемой его концом, и дли ной развернутого рычагом участка ги кой спирали - хордой этой дуги, т.е в процессе рабочего поворота скорос развертывания спирали при равномерн

25 увеличении радиусов сечения обода в месте его контактирования с кольцами роликов уменьщаетсяо Конусность участков 28 корректирует эту неравн мерность, так как в процессе поворо та выходного вала и развертьшания рычагом гибкой спирали уменьшение скорости ее развертывания компенсир ется уменьшением радиуса (плеча) на коническом участке 28, стабилизируя угловую скорость выходного вала

Количество пиков сечения упруг деформированного обода может быть два-четьфе и более. Оно определяетс конкретными требованиями к диапазону

40 регулирования. При двух пиках за один оборот входного вала все рычаги проделывают четыре колебания, при трех - шесть, при четьгрех - восемь и т.До Чем больше пиков, тем бопь jg ше может быть диапазон регулирования Количество рычагов не влияет на диапазон регулирования. Чем больше рычагов, тем плавнее передача, меньше влияние несогласованности профиля обода и уклона конических поверхностей выходного вала и меньше площади сечений гибких спиралей при той же передаваемости мощности На фиг. 2 обод 17 изображен с четырьмя пика-

35

50

ролика правого верхнего рычага, обка- ми в положении, когда нижний рычаг тьшая рабочую поверхность обода и начинает рабочий поворот, верхний

правый рычаг заканчивает «рабочий поворот, а верхний левый рычаг находитвстречая в месте контактирования все возрастающий радиус создает крутящий момент с плечом С - поворачивает этот

ся в положения начала холостого хода.

участки выходного вала обеспечивают равномерность его вращения. Конструктивно уклон конических участков 28 определяется расчетом сечений рабочей

поверхности упруго деформированного обода 17 исходя из условия равномерности вращения выходного вала. Чем .больще угол рабочего поворота рычага 23, тем больше разница между длиной дуги, описьшаемой его концом, и длиной развернутого рычагом участка гибкой спирали - хордой этой дуги, т.е. в процессе рабочего поворота скорость развертывания спирали при равномерном

увеличении радиусов сечения обода в месте его контактирования с кольцами роликов уменьщаетсяо Конусность участков 28 корректирует эту неравномерность, так как в процессе поворота выходного вала и развертьшания рычагом гибкой спирали уменьшение скорости ее развертывания компенсируется уменьшением радиуса (плеча) на коническом участке 28, стабилизируя угловую скорость выходного вала

Количество пиков сечения упруго деформированного обода может быть два-четьфе и более. Оно определяется конкретными требованиями к диапазону

регулирования. При двух пиках за один оборот входного вала все рычаги проделывают четыре колебания, при трех - шесть, при четьгрех - восемь и т.До Чем больше пиков, тем бопьше может быть диапазон регулирования Количество рычагов не влияет на диапазон регулирования. Чем больше рычагов, тем плавнее передача, меньше влияние несогласованности профиля обода и уклона конических поверхностей выходного вала и меньше площади сечений гибких спиралей при той же передаваемости мощности На фиг. 2 обод 17 изображен с четырьмя пика-

ся в положения начала холостого хода.

5

Передаточное число вариационного мультипликатора в каком-то определенном положении его пшицевой втулки выражается зависимостью

1

JTCD .2nli

где 6 - высота пика в рабочем сечении обода (разница максимального и минимального радиусов);

п 1 D

количество пиков ;

-длина рычага;

-средний диаметр конического участка выходного вала;

С - плечо (эксцентриситет) ры-.

: чага.

Из анализа этого соотношения сле:дует вывод, что передаточное число вариационного мультипликатора меняет:ся от бесконечно большого, когда ро- лики работают по контуру сечения обода, где пик близок к нулю, до меньшего единицы, когда он соизмерим с плечом Со В последнем случае частота выхода больше частоты входа

Например, при 2Ви п 4 передаточное число вариационного мультипликатора равно пяти,

:выходной вал вращается в пять раз быстрее входногоо

Количество витков и натяг пружиня;щих спиралей на конических участках

iведомого вала определяется требуемой мощностью передачи, количеством рычагов и другими конструктивными особенностями механизма Зависимость между величиной необходимого окружного усилия Р и натягом Q пружинящей спирали на конический участок выходного вала определяется формулой Л Эйлера

(l --1),

где f - коэффициент трения; об - угол охвата (рад).

Анализ .этой формулы говорит о резком возрастании окружного усилия при увеличении угла охвата Значительные мощности передачи обеспечивают два- три витка охвата„

Важной особенностью предлагаемого вариационного мультипликатора является его способность к автоматическому редуцированию, т.е, уменьшению частоты выходного вала на некоторую величину при возрастании на нем момента сопротивления вращению. Если тран/. 6

спортное средство, оснащенное вари- ационным мультипликатором с авторедуцированием, встретит временное со- противление движению, которое не будет у 1тено водителем, его ДВС все равно сохранит режим нагрузки, так как возросший момент сопротивления на рычагах 23 приводит к увеличению реакции роликов на обод, проседанию рессор 16 и вьщвижению плунжеров 14, что соответствует автоматическому уменьшению размера пика и возрастанию крутящего момента на выходном валу.

Итак, водитель транспортного средства, снабженного вариационным мультипликатором, может плавно с места набирать любую скорость. При сбросе

газа, Т.е, при отпускании рычага 12, пружина 18 отводит шлицевую втулку в положение нулевой скорости. Однако это не тормозит транспортное средство, так как выходной вал разобщается

с входным и вращается по инерции.Гибкие спирали в этом случае свинчиваются с конических поверхностей, образуя на них зазор и не препятствуя вращению выходного вала.

I

Вариационный мультипликатор может быть выполнен с пружиной 18, работающей на сжатие, В этом случае свобод-, ное положение рьтага 12 соответствует максимальной скорости транспортного

средства Такое исполнение вариадаонг ного мультипликатора может быть более удобным для скоростного транспортного средства специального назначения.

Особенность вариационного мультипликатора с авторедуцированием распределять мощность по длине выходно.- го вала при увеличении числа рычагов дает возможность применять вариационные мультипликаторы, на полуосях заднего моста скоростного транспортного средства. В этом случае они, кроме прямых функций, заменяют дифференциал заднего моста, исполняя его предназначение на поворотах и исключая его отрицательное -свойство - уменьшать мощность на полуось с увеличением ее сопротивления движению. На фиг. 4 изображен случай применения вариационных мультипликаторов на транспортном

средстве.

Транспортное средство включает в себя педаль 29 управления акселератом, датчики 30 перераспределения

1 ,14

выходных скоростей варизштониых типликаторов на поворотах, сервопривод 31 карбюратора, ЛВС 32, датчик 33 системы автоматического регулирования; распределительную коробку ЗА с , переключением на задний ход, сервоприводы 35 и 36 управления вариационными мультипликаторами Здесь муфта распределительной коробки ЗА заднего моста обеспечивает перемену направления вращения вала Педаль 29 управления акселератом гидравлически связана с заслонкой карбюратора и рычагами управления вариа11;ионных мультипликаторов, Нажимая педаль акселератора, водитель одновременно увеличивает скорость и подачу мощности от ДВС.

На схеме изображена педаль.управления, позволяющая изменить положение карбюра.торной заслонки как с изменением положения рычагов вариационных мультипликаторов, так и без их изменения. Это дает возможность более гибкого управления режимом ДВС,

По схеме рулевая колонка транспортного средства связана с° датчиками перераспределения выходных скоростей, с одновременным поворотом увеличивается скорость выходного вала вариационного мультипликатора колеса, идущего по внешней дуге. Применение вариационных мультипликаторов на транспортных средствах повышает их динамичность о Вместе с тем простота и параллельный отбор мощности на выходной вал увеличивает надежность привода

За счет изменения функции заменяемого дифференциала и свойств вариационного мультипликатора увеличивать передаточное отношение передачи до сколь угодно большой повышается проходимость транспортного средствао Постоянство частоты входного вала дает возможность двигателю внутреннего

648

сгорания постоянно работать в оптимальном режиме, что, в свою очередь, уменьшает загрязнение атмосферы выхлопными газами, экономит топливо и увеличивает ресурс ДВС,

Формула изобретения

Л, Вариационньй мультипликатор с авторедуцированием, содержащий механизм изменения передаточного отношения, корпус с крышкой и соосно установленные в корпусе входной и выходной валы, соединенные механизмом передачи, отличающийся тем, что, с целью расширения .циапазона регулирования, механизм изменения передаточного отношения выполнен в виде

упругого деформируемого обода с подрессоренными тягами, концы которых по обе стороны обода шарнирно соединены с фланцами входного вала и шли- цевой втулки, имеющей возможность

осевого перемещения, а также тягами, шарнирно закрепленными на противоположном конце шлицевой втулки и соединенными с ободом шарнирно через плунжеры

2о Мультипликатор по-п 1, отличающийся тем, что, с целью п6вьш1ения КПД, механизм передачи выполнен в виде конических поверхностей на выходном валу, на каж дую из которых намотана в сторону основания конуса гибкая спираль с направлением витков, совпадающим с направлением вращения вала, и с концами, соединенными с плечами пбдпружиненных двуплечих рычагов, установленных на валиках, снабженных эксцентрично смещенными роликами, со стороны передачи тяги напрямую, а с другой стороны - через пружины, обеспечивающие натяг гибких спиралей на конических поверхностях.

го

15

fias. г

г

S-6

3it