Зубчатый вариатор скорости
Изобретение относится к машиностроению , в частности к зубчатым вариаторам скорости. Целью изобретения является повышение надежности и упрощение конструкции . В корпусе 1 расположены ведущий вал с шестерней 6, входящей в зацепление с коническими зубчатыми секторами 7, 8, 9, 10. Ведущий вал с шестерней 6 установлен с возможностью осевого перемещения. Устройство содержит также преобразующий механизм, включающий редуктор с фрикционной передачей, механизм регулирования скорости вращения ведомым валом 33.1 з.п. ф-лы, 10 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛ ИСТИЧ ЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (st)s F 16 Н 3/42
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4655550/28 (22) 27,02.89 (46) 07.07.92. Бюл. ¹ 25 (75) А. Н. Куклин (53) 621.833(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
N 750187, кл, F 16 Н 3/00, 1978, (54) ЗУБЧАТЫЙ ВАРИАТОР СКОРОСТИ (57) Изобретение относится к машиностроению, в частности к зубчатым вариаторам скорости, Целью изобретения является по„„5u„„1746099 А1 вышение надежности и упрощение конст-. рукции. В корпусе 1 расположены ведущий вал с шестерней 6, входящей в зацепление с коническими зубчатыми секторами 7, 8, 9, 10. Ведущий вал с шестерней 6 установлен с возможностью осевого перемещения. Устройство содержит также преобразующий механизм, включающий редуктор с фрикционной передачей, механизм регулирования скорости вращения ведомым валом 33, 1 з.п, ф-лы, 10 ил, 1746099
Изобретение относится к машиностроению, а точнее к зубчатым передачам, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, например, в станкостроении, а именно в прокатных станах.
Известны передачи при помощи зубьев, на основании которых созданы зубчатые механизмы с переменным передаточным отношением, содержащие ведущее зубчатое колесо, перемещающееся относительно ведомого узла перпендикулярно оси последнего. Ведомый узел выполнен в виде зубчатых дисков, кинематически связанных с выходным валом, Передаточное отношение в этих устройствах регулируется путем перемещения ведущего зубчатого колеса вдоль зубьев дисков и зацепления с одним из дисков.
При зацеплении зубчатого колеса с другим зубчатым диском передаточное отношение изменяется на определенную величину, соответствующую разнице в количестве зубьев на дисках,.в результате чего передаточное отношение меняется ступенчато.
Это составляет недостаток устройства, заключающийся в том, что не имеется возможности плавного регулирования передаточного отношения.
Известны также вариаторы, содержащие ведущее зубчатое колесо и конический ведомый узел, включающий несколько .конических шестерен, кинематически связанных с выходным валом, Передаточное отношение в этих устройствах регулируется путем последовательного соединения конических шестерен с выходным валом. Это приводит к тому, что передаточное отношение меняется ступенчато, т.е. в этих устройствах также не имеется возможности плавного регулирования передаточного отношения, Наиболее. близким техническим решением к предложенному. является зубчатый вариатор скорости, содержащий корпус, ведущий вал с шестерней, промежуточный вал с коническим зубчатым узлом, кинематически связанный с ведущим валом, ведомый вал, преобразующий механизм и механизм регулирования скорости вращения ведомого вала.
Недостатками известного вариатора являются сложность конструкции и обусловленная этим сравнительно невысокая надежность, Цель изобретения — повышение надежности и упрощение конструкции.
На фиг. 1 изображена зубчатая передача, состоящая иэ зубчатого конического сектора и зубчатого колеса, сечение А-А.; на фиг, 2 — зубчатый вариатор скорости, общий
25
35 зубчатым секторам 7-10 с помощью гаек 22 с одной стороны диск 23, с другой стороны
55
50 вид; на фиг. 3 — сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг.
4 — второй вариант зацепления; на фиг, 5 и
6 — два положения зубчатой передачи при различном передаточном числе; на фиг. 7— зубчатая передача, состоящая из зубчатого конического узла и зубчатой рейки; на фиг, 8 — передача, состоящая из зубчатого конического узла и зубчатой цепи; на фиг. 9— передача, состоящая из зубчатого конического узла и зубчатого ремня; на фиг. 10— передача, состоящая из зубчатого конического узла и червяка, На корпусе 1 расположены направляющие 2, по которым перемещаются салазки 3 вместе с установленными на них электродвигателем 4, на валу которого винтом 5 закреплено зубчатое колесо 6, входящее в зацепление с зубчатыми секторами 7 — 10, на торцах которых расположены на осях 11 ролики 12, перекатывающиеся по боковым стенкам корпуса 1, На некоторой части внутренних поверхностей боковых стенок корпуса 1 выполнены выборки 13. Зубчатые секторы 7-10 насажены на центральный вал
14 и зафиксированы в нем с проскальзыванием с помощью башмаков 15; поджимаемых пружинами 16, Усилие прижима пружин
16 регулируется винтами 17. Центральный вал 14 закреплен в осевом направлении с возможностью вращения при помощи стопорных колец 18 в двух Г-образных прижимах 19, посаженных на шлицах в корпусе 1.
На торцах Г-образных прижимов 19 на осях
20 закреплены ролики 21. прижимающие к — втулку 24, которая связана с центральным валом 14 с помощью колес 25 и 26 и блоков зубчатых колес 27 и 28, которые закреплены с помощью шпонок 29 и колец 30 и 31 на валах 32 и 33. Вал 33 является выходным валом зубчатого ме анизма.
Поворот секторов в зону зацепления с зубчатым колесом 6 осуществляется кинематической цепочкой, включающей в себя вал 14, зубчатые колеса 25 и 26 и блоки зубчатых колес 27 и 28. Эта кинематическая цепочка представляет собой один из вариантов исполнения устройства поворота секторов, На фиг. 1 показано зацепление зубчатого колеса 6 с одним из секторов 9, на котором может быть один или несколько зубьев (в данном случае три зуба, центральный из которых прямой, а два других исходя иэ условия постоянства шага выполнены спиральными. Зуб 34 сектора 9 расположен на конической поверхности 35. Зубья зубчатого колеса 6 выполнены по эвольвенте с постоянным модулем m. Сопрягаемые зубья
1746099 на зубчатых секторах 7. 8. 9; 10 выполнены по зависимости:
cos а ф=ща-а, где r — полярный радиус профиля в плоскости зацепления (в полярной системе каор- 10 динат); ф — полярный угол профиля в плоскости зацепления (в полярной системе координат) а — угол обката образующей прямой по основной окружности в плоскости зацепле- 15 ния;.
P — угол при вершине основного конуса;
h — расстояние от вершины основного конус до плоскости зацепления, Кроме эвольвентного возможны и дру- 20 гие виды зацепления, например. циклоидное.
Модуль зубьев секторов и шаг зубьев по дуге делительной окружности секторов 7—
10 постоянны по длине и также равны m, как 25 и модуль зубчатого колеса 6, При перемещении зубчатого колеса 6 вдоль зуба 34 сектора 9 происходит изменение передаточного отношения между зубчатым колесом 6 и зубчатым секором 9, 30 котОрое равно отношению радиус ъв сновных окружностей в плоскости зацеп прения.
Зубчатый вариатор скорости работает следующим образом.
При вращении от двигателя 4 зубчатого 35 колеса 6 зубья последнего перекатываются по зубьям секторов 7-10. Зубчатые секторы
7 — 10 начинают вращаться на валу 14, а вместе вращается диск 23 и втулка 24, прижатые адними своими торцовыми поверх- 40 ностями к зубчатым секторам 7-10 с помощью Г-образных прижимов 19, При этом ролики 21 перекатываются по другим торцовым поверхностям диска 23 и втулки 24, а ролики .12 по внутренним поверхностям бо- 45 ковых стенок корпуса 1. При выходе из зоны зацепления зубчатых секторов 7-10 закрепленные на них ролики 12 попадают в выполненные на внутренних поверхностях боковых стенок корпуса 1 выборки 13, 50 вследствие чего прекращается поджим зубчатых секторов 7-10 к диску 23 и втулке 24. . В результате этого зубчатые секторы получают возможность вращаться вместе с центральным валом 14 за счет силы трения, 55 возникающей между соприкасающимися поверхностями центрального вала 14,и башмака 15.
Скорость вращения центрального вала
14 в несколько раз больше скорости вращения диска 23 и втулки 24 прижатых к ним зубчатых секторов 7-10, Это обеспечивается зубчатым редуктором, который осуществляет передачу вращения от втулки 24 к центральному валу 14 и состоит из зубчатых колес 25 и 26 и блоков зубчатых колес 27 и
28.
После того, как крайний зубчатый сектор, вращаемый центральным валом 14, сделает один оборот и его зуб войдет в зацепление с зубом колеса 6, ролики 12 выйдут из зоны выборки 13 и будут перекатыватьСя по внутренним поверхностям боковых стенок корпуса 1, Вследствие этого диск 23 и втулка 24 прижмутся своими торцовыми поверхностями к крайнему зубчатому сектору.
Таким образом, происходит передача вращения от двигателя 4 через зубчатое колесо 6 на зубчатые секторы 7 — 10 и от них— к втулке 24, а затем через зубчатое колесо
26 и блок зубчатых колес 27 на вал 33.
При перемещении салазок 3 вместе с двигателем 4 в направляющих 2 зубчатое колесо 6 перемещается вдоль зубьев секторов 7 — 10, вследствие чего передаточное отношение зубчатого механизма изменяется, и выходной вал 33 вращается с переменной скоростью, величина которой зависит от взаимного положения зубчатого колеса 6 и зубчатых секторов 7 — 10;
Кроме того, отношение скорости поворота секторов устройством поворота, т.е. скорости поворота вала 14 к скорости вращения самих зубчатых секторов выражается следующей зависимостью: 1 Оср
% m где в1 — скорость вращения вала 14; в2 — скорость вращения зубчатых секторов;
Dp — средний диаметр делительной окружности секторов;
m — модуль зацепления.
При соблюдении этого условия передача вращательного движения возможна. Чтобы исключить утыкание зуба зубчатого сектора, например 9, в зуб зубчатого колеса
6, предусматривается специальный меха.— низм для изменения между зубчатыми секторами (фиг, 4}.
На корпусе 1 расположены направляющие 2, по которым перемещаются салазки 3 вместе с установленным на них электродвигателем 4, на валу которого закреплено зубчатое колесо 6, входящее в зацепление с зубчатыми секторами 9, 10 и 7; 8 (секторы 7, 1746099
8 не показаны), На корпусе 1 также закреплен зафиксированный от осевого перемещения кольцами 18 выходной вал ЗЗ, на котором сидят электромагнитные муфты
34-37, соединенные с зубчатымл секторами, и блок контактов 38, которые представляют собой в данном зубчатом механизме устройство для получения кинематической связи между зубчатыми секторами 7-10 и выходным валом 14.
С зубчатым колесом 6 все время взаимодействуют ползуны 39, выполненные со скосом опорных поверхностей и имеющие возможность перемещаться в Т-образных пазах, вь1полненных на одной из боковых г опер-„t остей зубчатых секторов 7 — 10. В д;.i",но : случа ползуны выполняют роль механизма — изменяется расстояние между зубчатыми секторами.
При вращении зубчатого колеса б вращаются электромагнитные муфты 34 — 37 и блок контактов 38, при этом в момент, когда зубчатый сектор, например, находится в зоне зацепления, в зто время блок контактов дает команду электромагнитной муфте, связанной с этим зубчатым сектором, например, электромагнитной муфте 37, и электромагнитная муфта связывает зубчатый сектор 9 с выходным валом 33. При перемещении салазок 3 вдоль зуба зубчатых секторов 7 — 10 перемещаются электродвигатель 4 и сидящее на его валу зубчатое колесо 6, а вместе с ними и кинематически связанные с зубчатым колесом 6 ползуны
39. В результате этого изменяется расстояние между зубчатыми секторами 7- I0.
Необходимым условием эвольвентного зацепления является равенство модулей зубьев, входящих в зацепление колес, т,е. при перемещении зубчатого колес 6 вдоль оси конического блока необходимо, чтобы модуль зубьев конического блока был тоже величиной постоянной от сечения к сечению — это выполняется в этой передача. При перемещении зубчатого колеса 6 изменяется угол между секторами (для меньшего передаточного отношения угол больше, для большего — меньше) на величину, необходимую для выполнения условия постоянства модуля. Из условия постоянства модуля следует необходимость постоянства шага по дуге делительной окружности (фиг. 5 и 6), На фиг; 5 изображено положение зубчатого механизма для создания меньшего передаточного отношения, так как зубчатое колесо 6 смещено к вершине конуса конического узла, На фиг. 6 изображено положение зубчатого механизма для созданИя большего передаточного отношения, т,.е, зубчатое колесо 6 смещено к основанию конического узла.
На фиг. 5 секторы 9 повернуты друг относительно друга на угол а, на фиг. 6 — на
5 угол Q, причем Q> > и, Зто неравенство выполнено для того, чтобы осуществить постоянный шаг между зубьями по дуге делительной окружности е, При постоянстве шага между зубьями, 10 измеренного по дуге делительной окружности, получается постоянный, заранее заданный модуль зацепления — модуль зацепления в плоскости зацепления, во всех остальных плоскостях равенство не выпол15 няется, но этого и не требуется, так как важно выполнение условия постоянства модуля только в плоскости зацепления.
Зубчатые секторы занимают не все пространство зубчатого узла, а только часть ок20 ружности (фиг. 5 и б), Выполнение передачи при помощи зубьев в виде зубчатой передачи не единствен но возможное.
Так, например, ответный зубчатый узел
25 может быть выполнен в виде зубчатой рейки (фиг. 7), Зубчатая рейка 40 входит в зацепление с зубчатым узлом, состоящим из зубчатых секторов 9 таким же образом, как и зубчатое колесо 6.
30 Кроме этого, ответный зубчатый узел может быть выполнен в виде зубчатой цепи и соответствующей ей зубчатой звездочки (фиг. 8); Вращение на зубчатый конический узел, состоящий из зубчатых секторов 9, пе35 редается от зубчатой звездочки 42 при помощи зубчатой цепи 41.
Возможно также выполнение ответного зубчатого узла в виде зубчатого ремня 43 и соответствующего ему зубчатого шкива 44
40 (фиг. 9), В этой передаче при помощи зубьев вращение на зубчатый конический узел передается от зубчатого шкива при помощи зубчатого ремня 43. Для того, чтобы обеспечить нахождение зубчатого ремня и зубча45 той цепи в плоскости зацепления, они располагаются в специальном желобе (не показан).
Зубчатая передача может быть выпол50 нена в виде зубчатого конического узла и червяка 45.
Все описанные исполнения передачи при помощи зубьев создают возможность плавного регулирования зубчатым механиз55 мом передаточного отношения, что увеличивает диапазон регулирования. Применение зубчатых элементов для осуществления передачи при помощи зубьев с переменным передаточным отношением увеличивает на1746099
20 грузочную способность и долговечность передачи, Формула изобретения
1. Зубчатый вариатор скорости, содержащий корпус, ведущий вал с шестерней, промежуточный вал с коническим зубчатым узлом, кинематически связанный с ведущим валом, ведомый вал, связанный с промежуточным валом посредством преобразующего механизма, включающего редуктор с фрикционной передачей и механизм регулирования скорости вращения ведомого вала, включающего привод осевого перемещения одного из зубчатых элементов, о тличающийся тем,что,сцелью повышения надежности и упрощения конструкции, ведущий вал с шестерней установлен с возможностью осевого перемещения, конический зубчатый узел выполнен в виде. конических зубчатых секторов, установленных с возможностью периодического зацеп5 ления с шестерней ведущего вала, редуктор выполнен цилиндрическим, одна из шестерен которого установлена на ведомом валу и связана зубчатой передачей с одним из фрикционных элементов, а другая шестерня
10 связана с промежуточным валом, фрикционные элементы установлены на промежуточном валу и связаны с коническими зубчатыми секторами.
2, Вариатор по и. 1, о тл и ч а ю щ и й15 с я тем, что преобразующий механизм выполнен ввиде электромагнитных муфт,,установленных на ведомом валу и связанных с коническими зубчатыми секторами, 1746099 б-b Л
Ю
Ю
f4 г,у
174б 099
1746099
1746099
Составитель А,Куклин
Техред М,Моргентал
Корректор А.Осауленко
Редактор О.Головач
Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 101
Заказ 2382 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
11.3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
