Вариатор скорости Советский патент 1993 года по МПК F16H25/06 F16H29/02 

9 2

ел

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано и любой отрасли техники для передачи крутящих моментов с регулируемой частотой вращения. Наиболее благоприятные условия применения предлагаемого устройства те, когда надо регулировать частоту вращения ведомого вала в пределах величин, определяемых передаточным отношением, близким к единице,.

Известен вариатор скорости, в котором узел,.передающий крутящий момент с ведущей полумуфты, выполненной в виде колеса с внешним конусом, на ведомую полумуфту, выполненную в виде колеса с внутренним корпусом, представляет собой систему роликов с двойным конусом,соединенную сепаратором. Регулирование частотой вращения ведомой полумуфты обеспечивается системой управления, сдвигающей ме сто контактов роликом С опорным кольцом, которое они обкатывают.

Основным недостатком описанного устройства, является ограничение в передаче крутящих больших крутящих моментов.

Другим недостатком является сложность системы управления частотой вращения ведомой полумуфты. Кроме того, для обеспечения давления по линии контакта для передачи движения трением использована система тарельчатых пружин, жесткость которых, как и других пружин, пропорциональна их деформации, поэтому при изменении передаточного отношения будет изменяться диапазон передаваемых нагрузок. Наиболее близким по технической сущ-, ности к предлагаемому является вариатор скорости с зубчатым зацеплением.

В известном устройстве в качестве ведущей полумуфты использован корпус водила, а в качестве ведомой - зубчатое колесо с внутренним зацеплением; узлом, предназначенным для передачи крутящего момента с ведущей полумуфты:на ведомую, служат сателлиты с двумя коническими зубчатыми венцами, один из которых обматывает опорное колесо, а другой - входит в зацепление с ведомой полумуфтой, Управление передаточным отношением вариатора производится осевым перемещением по направляющим опорного колеса при помощи винта со штурвалом,.Зубчатый1 венец опорного колеса набран из Т-образных пластин в специальном ободе; в местах сцепления зубья сателлитов выдавливают в них соответствующие им впадины, сжимая специальные пружины.

Использование зубчатых зацеплений сателлитов с опорным колесом и ведомой полумуфтой позволяет описываемому уст

ройству передавать практически любые крутящие моменты с любыми угловыми скоростями вращения. ч

К недостаткам устройства следует отне5 сти следующие:

сложность конструкции и большая трудоемкость изготовления опорного колеса, вызванные использованием обода со сложным пазом и большого количества Т-образЮ ных пластин;

при передаче больших крутящих моментов для обеспечения прочности зубьев венцов сателлитов необходимо применять их с большими модулями, что значительно уве15 личйвает диаметр и массу сателлитов и соответственно габариты и массу устройства в целом;;

т.е. сателлиты вращаются с угловой ско- ростью, превышающей угловую скорость

.0 ведущего вала, то при передаче больших угловых скоростей вращения с ведущей полумуфты сателлиты должны быть сбаланси рованы в весовом отношений; кроме того, соответствующей весовой балансировке

5 должны быть подвергнута и вея система во- дило-сател литы, т.к. вследствие разнесения сателлитов от общей оси вращения появляются большие центробежные силы, дейстау ющие на корпус и опоры водила.

0 Все это вместе с наличием зубчатых конических венцов сателлитов и ведомой по- .. лумуфты требует большой трудоемкости изготовления известного устройства, вклю- .чая необходимость иметь специальные ба5 лансировочные станки. ; Целью изобретения является упроще- ; ние конструкции, снижение материалоемко- сти и трудоемкости изготовления.

Указанная цель достигается описывав40 мым устройством, включающим ведущую и ведомые полумуфты и узел, предназначенный для передачи крутящего момента с ведущей полумуфты на ведомую.

Новым является то, что узел, предназна45 ченный для передачи крутящего момента с ведущей полумуфты на ведомую, выполнен в виде втулки, установленной на одной из полумуфт с помощью шпоночного или щлй- цевого соединения с возможностью осевого

50 возвратно-поступательного перемещения относительно нее и взаимосвязанной с другой полумуфтой через кулачковый механизм поршневой пары, образованной камерой с выполненной в виде отверстия во втулке

55 или ведущей полумуфте, ось которого совпадает с их осью, расположенным в отверстии втулки или ведущей полумуфте поршнем, жестко установленным собственно на ведомой или ведущей пояумуфте, или втулке, и клапана, установленного соответственно на

ведомой прлумуфте или втулке с возможностью перемещения вдоль их осей, предназначенного для взаимодействия камеры с атмосферой.

На фиг.1 изображен один из возможных вариантов предлагаемого устройства в компоновке вариаторной муфты; на фиг,2 - то же в компоновке отдельного редуктора; на фиг.З -то же в компоновке мотор - редуктора. , -.-. ;. .... - л

Кроме отличий по назначении) (муфта, редуктор, мотор-редуктор) на чертеже показаны различные схемы компоновки кинематических связей между элементами устройства в системе ведущая полумуфта- втулка - ведомая полумуфта.

Устройство состоит из ведущей 1 и ведомой 2 полумуфт, втулки 3, которая образует с одной по полумуфт (на фиг.1, 2-е ведущей, на фиг.З - с ведомой) кулачковый механизм, в котором палец 4 входит в зацепление с замкнутой винтовой канавкой, выполненной на наружной.поверхности втулки 3 (фиг.1, 3) или ведущей полумуфты 1 (фиг.2). С другой полумуфтой втулка 3 входит в соединение при помощи направляющей шпонки 5 по насадке, обеспечивающей осевое возвратно-поступательное движение втулки. Кроме того, втулка 3 образует с одной по полумуфт (на фиг.1 - с ведомой 2, на фиг.2,3 - с ведущей. 1) поршневую пару, включающую поршень 6 с уплотнительным элементом 7. Для перетока воздуха из воздушной камеры 8 в атмосферу и обратно (на фиг,1, 2 - в поршне 6, на фиг.З - в головке цилиндра) выполнено калиброванное отверстие 9, а для регулирования.расхода воздуха установлен регулировочный клапан в виде винта 10 и. контргайки 11.

Устройство работает (см.фиг.1) следующим образом,:

Крутящий момент привода с ведущей полумуфты 1 через закрепленный в ней палец 4 передается етулке 3 через.контэктную поверхность одной из боковых стенок выполненной в ней замкнутой винтовой канавке; при этом передающая крутящий момент сила в месте контакта (теоретически - это контактная линия) раскладывается на две составляющие, соотношение величин которых зависит от угла подъема винтовой линии.; .;-.

Первая составляющая - это осевая сила, заставляющая втулку 3 перемещаться вдоль продольной оси устройства, а вторая - заставляет втулку вращаться и передавать тем самым через шпонку 5 вращательное движение ведомой полумуфте 2. Замкнутая винтовая канавка (паз кулачка) выполнена таким образом, что совершив полвитка по

одной стороне образующей кулачка, она вращается по другой ее стороне в исходное положение; поэтому при одном обороте ведущей полумуфты 1 относительно втулк.и 3.

последняя совершает одно возвратно-поступательное движение вдоль продольной оси устройства.

Таким образом, втулка 3 совершает сложное движение, состоящее из:

возвратно-поступательного движения с определённой частотой;

вращательного движения вокруг своей оси с частотой ведущей полумуфты 1 за вычетом частоты возвратно-поступательного

движения, т.к. одно такое движение вперед- назад равносильно вращению на один оборот ведущей полумуфты относительно втулки.

Первое движение ведомой полумуфты

2 не передается, т.к. втулка свободно скользит внутри последней, а второе движение передается ей через направляющую шпонку 5 с частотой вращения втулки, т.е. с частотой вращения ведущей полумуфты за вычетом

частоты возвратно-поступательного движения втулки.

При возвратно-поступательном движении втулки 3 воздух из камеры 8 прокачивается в атмосферу и обратно через

калиброванное отверстие 9, причем частота этого движения зависит от количества прокачиваемого воздуха в единицу времени и теоретически равна 35

4QC

п.о§5

5

где п - частота возвратно-поступательного

движения втулки (количество двойных дви- жений в секунду);

Осек - количество прокачиваемого в секунду воздуха из камеры в атмосферу и обратно, м/с;

h - ход поршня, м;

0ц - диаметр цилиндрической полости, м.

При полностью открытом клапане воздух из поршневой камеры успевает вытес- ниться в атмосферу и войти обратно за один

оборот ведущей полумуфты 1, вследствие чего втулка 3 совершает только возвратно- поступательное движение с частотой, равной частоте вращения ведущей полумуфты; при-этом частота вращения втулки, а равно и ведомой полумуфты, равна нулю.

При полностью закроем клапане сжатый воздух препятствует возвратно-поступательному движению втулки .и она, как единое целое, вращаясь с ведущей полумуфтой, передает через шпонку 5 ведомой полумуфте 2 частоту вращений ведущей полумуфту.

Дросселируя проходное сечение калиброванного отверстия 9 при помощи винта 10 8 пределах между описанными крайними положениями, на;ведомой полумуфте 2 мрж-. но получат любую частоту вращения от нуля до частоты вращения ведущей полумуфты. , : ; .; . : В устройстве, изображенном на фйг.2, крутящий момент привода с ведущей полумуфты 2 на втулку 3 также передается через контактную линию между пальцем 4 и одной из боковых стенок замкнутой винтовой ка наеки: однако, в этой схеме палец4 установлен во втулке 3, а канавка выполнена на цилиндрической поверхности ведущей полумуфты 1. В корпусе ведущей полумуфты выполнена цилиндрическая полость, с которой образует систему пневмоцилиндра (поршневую пару) поршень 6 с уплотнитель- :ным кольцом 7 втулки 3. Вызывающая крутящий момент сила, как и в первом случае, в месте контакта раскладывается на две составляющие, обуславливающие возвратно- поступательное и вращательное движения втулки, последнее из которых через шпонку 5 передается ведомой полумуфте 2. Остальное идентично описанию устройства, помещенного на фиг.1, В этой схеме (фиг.2) вместо шпоночного соединения можно применить шлицевое соединение с посадкой, обеспечивающей втулке 3 возвратно-поступательное движение относительно ведомой полумуфты 2. .

Схема устройства, изображенного на фиг.З, отличается некоторыми особенностями от описанных выше, а именно;

крутящий момент с ведущей полумуфты 1 передается втулке 3 через шпоночное соединение 5, и поэтому втулка вращается с той же частотой, что и- ведущее звено;

вращательное движение втулки 3 на ведомую полумуфту 2 передается в месте зацепления пальца 4, установленного в корпусе ведомой полумуфты, с винтовым

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я.

Вариатор скорости, содержащий ведущую и ведомую полумуфты и узел, предназначенный для передачи крутящего момента с ведущей полумуфты на ведомую, о т л и - ч а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения конструкции, уменьшения материалоемко- сти и трудоемкости изготовления, узел, предназначенный для передачи крутящего момента с ведущей полумуфтой на ведомую, выполнен в виде втулки, установленной на

пазом, выполненным на наружной поверх- :ности втулки 3, и именно здесь сила, передающая крутящий момент на ведомую полумуфту, раскладывается на две составляющие, одна из которых заставляет втулку 3 совершать возвратно-поступательное движение с частотой, зависящей от расхода воздуха, перетекаемого через калиброванное отверстие 9, а другая составляющая передает ведомой полумуфте 2 вращательное движение со своей частотой (а равно и частотой вращения ведущей полумуфты) за вычетом частоты возвратно-поступательного движения,

Возможны и другие варианты кинематических связей в системе ведущая полумуфта - втулка - ведомая полумуфта, Все они равнозначны в смысле работоспособности устройства, как и описанные выше три схемы,

и выбор той или иной схемы зависит от особенностей компоновки вариатора в общей схеме применения привод - вариатор скорости - исполнительный механизм.

Технико-экономическую эффективность при использовании предлагаемого устройства создают следующие факторы:

размещение вращающихся элементов вблизи оси их вращения позволяет-значительно уменьшить поперечные размеры устройства, что обуславливает его компактность и меньшую материалоём- кость; кроме того, избавляет эти элементы от жестких требований их весовой балансировки, что, в свою очередь, уменьшает трудоемкость их изготовления. Последнее i также избавляет от необходимости использования дорогостоящего оборудования по весовой балансировке деталей;

уменьшает трудоемкость изготовления

устройства также использование широкоосвоенных промышленностью и требующих исполнителей средней квалификации таких технологических операций, как изготовление шпоночного или шлицевого соединения, кулачкового механизма и т.п.

одной из полумуфт с помощью шпоночного или шлицевого соединения с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения относительно нее и взаимосвязанный с другой полумуфтой через кулачковый механизм поршневой пары, образованной камерой, выполненной в виде отверстия во втулке или ведущей пояумуфте, ось которого совпадает с их осью, расположенным в отверстии втулки или ведущей полумуфты пор- шнем, жестко установленным соответственно на ведомой или ведущей полумуфте, или втулке, и клапана, установлен-щения вдоль осей, предназначенного для

ногр соответственно на ведомой лолумуфтевзаимодействия камеры с атмосферой,

или втулке с возможностью осевого переме-.

ФигЗ.

Изобретение относится к машиностроению. Цель изобретения - упрощение конструкции, снижение материалоемкости и трудоемкости изготовления. Вариатор состоит из ведущей 1-й ведомой 2 полумуфт, втулки 3, которая установлена на одной из полумуфт с помощью шпонки 5 с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения. С другой полумуфтой втулка 3 взаимодействует через кулачковый механизм зацеплением пальца 4 с замкнутой винтовой канавкой. Кроме того, втулка образует с одной из полумуфт поршневую пару, включающую поршень б с уплотнительным элементом 7 и камеру 8, выполненную в виде отверстия во втулке или ведущей полу- муфте, а также установленного в калиброванном отверстии 9 регулировочного клапана в виде винта 10 и контргайки 11.3 ил.- ..