Устройство изменения скорости вращения Советский патент 1993 года по МПК F16H3/42 F16H37/06 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве устройства преобразования и изменения скорости вращения валов. : Известны зубчатые модификаций фрикционных и импульсных устройств варьирования скорости вращения. Однако любое распределение зубчатых элементов зацепления на поверхностях тел фрикционного устройства приводит к ударным взаимодействиям и неполнозубому зацеплению, что лимитирует нагрузочную способ - ость и долговечность устройства 1.

Импульсные устройства 2 л 3 хотя и проявляют при этом лучшие Свойства, остаются, в принципе, ещэ ограниченными в данных отношениях, так как сохраняется разнонаправленной в полуперисдах скорость преобразованного вращения.

Известно также устройство, в котором используют диск с перпендикулярными к диаметру зубьями как ведущее злено и взаимодействующее с ним ведомое зубчатое колесо, связанное с регулирующим устрой- ством и подвижное под его действием вдоль радиуса диска. Колесо установлено с возможностью вращения и относительно оси второго порядка, перпендикулярной к диску в точке сопряжения. Это приводит к гармоническому вращению колеса относительно главной оси, которое снимается с помощью механизмов эпициклических колес. Гармоническое вращение От двух таких узлов (диск-колесо) суммируют в преобразующем механизме на базетрехзвенного дифференциала и механизмов свободного хода (МСХ) и передают на выходной вал в виде равномерного регулируемого вращения 4.

Основным узлом, лимитирующим мощность и долговечность, является узел МСХ. Но так как он является незаменимым узлом для выпрямления разнонаправленного вращения, можно сделать вывод, что исключение МСХ возможно только в случае

Х|

00 Оч (А)

CD

изменения узла генерирования и преобразования вращательного движения.

Целью изобретения является принципиальное увеличение нагрузочной способности и долговечности. .

Для достижения цели в устройстве, содержащем в качестве элементарного генератора гармонических вращений диск с параллельными зубьями.и взаимодействующее с йим зубчатое колесо (оно вращается с варьируемой амплитудой в зависимости от егосмещения радиально диску под действа ем регулирующего устройства), зубья диска урезаны на половину, так что граница среза перпендикулярна к линиям зубьев, а в мо- мент выхода из зацепления первого колеса в диаметрально противоположной точке диска устанавливают второе аналогичное колесо и кинематической связью связывают с первым колесом. Первое колесо теперь вра- щаётся над пустым сектором, однако в том же направлении, что и в первом полупериоде, благодаря взаимосвязи с вторым колесом, которое в это время проходит через зубчатый сектор. Однонаправленное варьи- руемое периодическое вращение от кинематической связи передается на выходной «ал устройства или к суммирующему преобразующему механизму на базе дифференциала, куда подается и второе аналогичное вращение с разницей по фазе в 90°, от аналогичного узла диск-колесо. При этом пара зубчатых колес второго узла может взаимо- действовать с отдельным диском или с диском первого узла. Для этого ее распределяют ортогонально относительно перв ой пары или на второй стороне диска, где имеется аналогичный зубчатый сектор.

В силу конструктивных преобразований возможны следующие отличающиеся устройства. В паре диск-колесо возможно дублирование не колёса, а диска. В этом случае второй диск зацепляется с крлесом.в диаметрально противоположной точке колеса. Зубчатые сектора дисков.смещены от- носительно друг друга на 180° так, что когда Чодин выходит из зацепления с колесом, дру- .;гой входит в диаметрально противоположной точке колеса, которое получает вращательное движение далее в ту же сто- рону. С целью получения равномерного вра- щения используют еще один такой же узел или, что.более выгодно, размещают ортогонально между одной парой дисков два зубчатых колеса, которые вращаются с разницей по фазе в 90° и соединены с выходным валом через суммирующий механизм.

Вращение колеса относительно допол- нительной степени свободы линейно зависит от вращения дисков так, что их можно связать синхронизирующей цепочкой. В целях правильной работы регулирующего устройства оно также должно быть связано с ведущим телом для синхронизации переключения под нагрузкой и имеет известные технические решения.

Элементарное устройство преобразования схематически дано на фиг. 1,2,3; на фиг.4 и 5 в таких же проекциях дано детальное устройство реализации способа с выходным равномерным варьируемым вращением; на фиг.6 иллюстрируется момент переключения потоков крутящего момента, который определяет и дискретность передаточного числа; на фиг.7-15 даны упрощенно всевозможные варианты устройств, с выходным равномерным вращением на базе комбинации из элементарных генераторов-преобразователей с использованием в том числе общих рабочих тел и зубчатого зацепления по обе стороны дисков; на фиг. 16 иллюстрируется предлагаемый вариант выполнения зубьев на диске.

Устройство изменения скорости вращения (фиг. 1,2,3) содержит входной вал 1, диск 2 с сектором 3 параллельных зубьев, взаимосвязанные зубчатые колеса 4, взаимодействующие в полупериодах с диском 2 в диаметрально противоположных точках и связанные с выходным валом 5 через колеса 7, 8 эпициклического преобразующего механизма и вал 9, зубчатые колеса 10, ради- ально подвижные вдоль вала 5; подшипники 11, 12, направляющие 13, связанные q корпусом, червяк 14, образующий с внешней обоймой подшипника 14 червячную пару, шаговый двигатель 15, электронный блок 16, систему датчиков 6 и 17. Внутренняя обойма подшипника 1-1 держит игольчатый подшипник 12 вала 9 и кинематически связана (для синхронизации вращения колеса 4 относительно оси второго порядка) с вход- ным валом (в целях наглядности на фигурах связь не дана).

Работает устройство следующим образом.

Вращение вала 1 и диска 2 передается с гармоническим характером колесу 4. Далее периодическое вращение через эпициклы 7, 8 и колесо 10 поступает на выходной вал 5 и синхронизирует вращение второго колеса 4. Когда первое колесо 4 приходит к концу сектора 3, оно уменьшает свою скорость до нуля, а второе колесо 4 входит в зацепление. Полупериод вращения второго колеса 4 приходится валу 5 в том же направлении, что и от первого колеса 4. Анализируя скорость вращения, исходя из значения амплитуды или частоты электромагнитных импульсов от датчиков б и 17, электронный блок 16 подает сигнал к шаговому двигате-. лю 15. Последний через червячную пару смещает радиально систему колесо-эпицикл ы-колесо. Происходит изменение пе- 5 редаточного числа с минимальным шагом в 1/2 шага зубчатого колеса.

Устройство с равномерным выходным вращением (фиг.4,5) содержит входной 1 и выходной 2 валы, взаимосвязанные диски 3 10 и 4 с участками параллельных зубьев, смещенных на 180°, зубчатые колеса 5 и 6, которые взаимодействуют с дисками в точках, радиусы которых перпендикулярны, механизмы эпициклических колес 7-8 и 9-10, 15 связывающие колеса 5 и 6 с промежуточными выходными валами 11 и 12 через колеса . 13 и 14, колеса 15 и 16, связывающие валы 11 и 12 со звеньями 17 и 18 дифференциала, : третье звено 19 дифференциала связано с 20 выходным валом 2. Регулирующее устройство (не показано) связано с колесами 5 и б через валы 20, 21 и колеса 22, 23, взаимодействующие с валами 24, 25 (колес 5, 6) через колеса 26 и 27. Валы 20 и 21 установ- 25 лены с возможностью продольного смещения под действием регулирующего устройства и центрального вращения как конечный узел синхронизирующей кинема- тической связи между колесами 5, 6 и дис-1 30 ками 3, 4, призванной снимать торцовые нагрузки на зубьях колес 5,6 (связь не дана).

Работает вариатор следующим обра- . зом. Крутящий момент входного вала 1 раз- : делен по двум потокам через диски 3 и 4. Так 35 как зубчатый сектор одного диска находится против беззубчатого сектора другого, далее крутящий момент передается колесам 5 и 6 поочередно, так что они вращаются периодически и однонаправленно в полупери- 40- одах, но с разницей по фазе в 90° (из-за . ортогонального расположения колес). Далее через указанные выше кинематические цепочки вращение поступает к дифференциалу, в котором оно суммируется и посту-. 45 пает на выходной вал, который вращается с передаточным числом в зависимости от рабочих диаметров зацепления колес 5 и 6 с дисками.

Устройство по фиг,4, 5 содержит две 50 пары зубчатых колес, которые вращаются с разницей по фазе в 90°, для чего они распо- ложены ортогонально, как это дэнона фиг.4, или на другом торце диска, на котором имеются аналогичные зубья. Взаимосвязь ко- 55 лес, образующих пару, аналогична описанной в примере конкретного выполнения по фиг.1, а характер вращения в них (в данный моменг.времени) дан в соответствующих графических данных на фигурах. Та, . .. .

ким образом, суммируя эти вращения в дифференциале, мы получим выходное вращение с более равномерным характером и варьируемым значением передаточного числа. Данные устройства имеют преимущества перед предыдущим, так как упрощается конструкция преобразующего механизма.

В целях неразрывной передачи крутящего момента зубчатый сектор диска выполнен .шире/половины диска на величину менее 1/2 ширины зубчатых колес, как это видно на фигурах. Кроме того, начала зубчатых секторов могут быть выполнены в виде смежно расположенных вращающихся втулок в целях перевода трения скольжения (характерное для всех аналогов) в трение скольжения.

Таким образом, данные принципиальные устройства позволяют создать устройства для варьирования скорости только на базе полнозубого зацепления, без наличия ударных взаимодействий, фрикционных или заклинивающих механизмов типа МСХ, как в аналогах. Это повышает нагрузочную способность устройств до уровня коробок передач. Передаточное число устройств принимает значения, невозможные для коробок передач, и приближает их конструктивно и функционально максимально к бесступенчатому регулированию. К тому же ведет возможность переключения передаточного числа под нагрузкой без использования муфт сцепления. Таким образом, предлагаемые устройства включают в себя лучшие свойства коробок передач и вариаторов воедино, что немаловажно в машиностроении.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. Устройство изменения скорости вращения, содержащее корпус, входной, выходной и первый промежуточный валы, преобразующий механизм, рабочие тела, выполненные в виде диска с параллельными зубьями и первого зубчатого колеса, установленного на промежуточном валу в плоскости параллельной диску с возможностью поворота в этой плоскости, а промежуточный вал связан с выходным валом через преобразующий механизм, отличающееся тем, что, с целью увеличения нагрузочной способности и долговечности, оно снаб- жено вторым промежуточным валом,, вторым зубчатым колесом, установленным на нем, рабочее тело выполнено в виде пер- вого полудиска с параллельными зубьями, второй промежуточный вал расположен в плоскости параллельной полудиску с возможностью поворота в этой плоскости и кинематически связан через промежуточный

механизм с выходным валом, а зубчатые колеса расположены симметрично оси вращения полудиска.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что оно снабжено третьим и четвертым зубчатыми колесами, установленными на третьем и четвертом промежуточных валах, первый полудиск снабжен s-убьями на другом торце для зацепления с. третьим и четвертым зубчатыми хрлесамй, зсе промежуточные валы связаны через преобразующий механизм с выходным валом, а все зубчатые колеса расположены симметрично-- оси вращения полудиска.

0

3. Устройство по п. 1. о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что оно снабжено вторым полудиском, установленным на входном валу и развернутым относительно первого полудиска на 180°. зубчатое колесо установлено между полудисками для попеременного зацепления с ними.

4. Устройство по п.п. 1,2,3, отличающееся тем, что, с целью получена равномерного вращения, с полудиском зацеплены несколько зубчатых колес, расположенных симметрично оси вращения полудиска, и связанных между собой преобразующим механизмом.

It %

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве устройства преобразования и изменения скорости вращения валов.Цель. изобретения - увеличение нагрузочной способности и долговечности, которая достигается тем, что в зубчатой лобовой передаче с двумя дисками, имеющими параллельные зубья, причем зубья выполнены с. обеих сторон дисков, но на половине их площади, установлены шестерни (четыре и более), оси которых связаны между собой через преббразукиДие механизмы, что позволяет Получать требуемый закон вращения выходного звена. Приведены варианты выполнения предлагаемого механизма. 3 з.п. ф-лы, 1бил. ;-.: .- -. ..- -

81Ј981I

81C98Z.I

FL-Щ/Ю

г-i X 1

™/ Л

X

i

ЛЛ

л

п

ФигВ