Зубчато-рычажный вариатор

 

Использование: машиностроение. Сущность изобретения: в зубчато-рычажном вариаторе входной вал обеспечивает плоскопараллельное движение водила, которое несет на себе рычаги с зубчатыми колесами, передающими импульсы вращения на колесо выходного вала. Подпружиненные рычаги обеспечивают автоматизм вариатора. Передача зацеплением однонаправленных импульсов заключена в геометрии колес, которые выполнены шевронными. Головки зубьев сцепленных колес выполнены с односторонним фланкированием. Углы профиля и наклона зубьев связаны с коэффициентом трения на контактирующих поверхностях соотношением, которое обеспечивает однонаправленную передачу вращающего момента. 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению, конкретно, конструкции механических импульсных передач (вариаторов) и может быть использовано в приводах машин, требующих регулировки скоростных и силовых режимов работы.

Известны вариаторы с храповыми механизмами, используемые в качестве преобразующих механизмов [1] Принципиальным недостатком такого типа передач является интенсивный износ контактирующих поверхностей зубьев храповика и собачек, особенно при меняющейся нагрузке, т.к. в этом случае изменяется относительное положение контактирующих поверхностей.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является саморегулирующийся импульсный храповой вариатор [2] состоящий из водила (эксцентрикового хомута) с устройством, обеспечивающим его плоскопараллельное движение, и рычагов (собачек), вызывающих вращение выходного колеса.

Однако, в таком вариаторе не исключается указанный выше недостаток: интенсивный износ контактирующих поверхностей зубьев храповика и собачек. Кроме того, автоматизм регулирования передачи здесь обеспечивается устройством, находящимся вблизи входа вариатора и, следовательно, сигналу управления, поступающему от выходного вала, необходимо прохождение значительного пути, что сопряжено с потерями мощности управляющего сигнала. В известном вариаторе эти потери обусловлены двумя шарнирами и двумя поверхностями трения на эксцентриках.

В основу изобретения положена задача создать такую конструкцию вариатора, который обеспечил бы большую его долговечность и уменьшение потерь управляющего сигнала.

Поставленная задача решается тем, что в зубчато-рычажном вариаторе, содержащем расположенные в корпусе входной и выходной валы, закрепленное на последнем зубчатое колесо, по крайней мере, одно водило, которое несет на себе качающиеся рычаги для взаимодействия с зубчатым колесом выходного вала, согласно изобретению, на осях концы рычагов установлены с возможностью свободного поворота, сцепленные с зубчатым колесом выходного вала шевронные зубчатые колеса, головки зубьев сцепленных колес выполнены с односторонним фланкированием, углы профиля и наклона зубьев упомянутых колес на контактирующих самотормозящих поверхностях связаны соотношением cosα·ctgβ < f,, где β угол наклона зубьев; a угол профиля зубьев; f коэффициент трения, причем оси колес рычагов размещены в последних с возможностью перемещения вдоль рычагов.

Эти признаки обеспечивают достижение технического результата: повышение долговечности рабочих поверхностей колеса выходного вала и контактирующих с ними элементов за счет увеличения радиусов кривизны контактирующих тел и перемещения нагружаемых участков; т. к. управляющий элемент упругий рычаг, находится в непосредственной связи с колесом выходного вала, потери управляющего сигнала сведены к минимуму.

На фиг. 1 изображен предлагаемый вариатор, его разрез плоскостью перпендикулярной оси; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 осевое сечение зацепления зубчатого колеса рычага с зубчатым колесом выходного вала; на фиг. 4 торцевое сечение этого зацепления.

Зубчато-рычажный вариатор содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 валами. На эксцентрике 4 вала 2 посажено с возможностью свободного вращения водило 5, которое связано с корпусом 1 с помощью неподвижно скрепленной с водилом 5 стойки 6 и шарнирно сочленяемой тяги 7. На водиле 5 при помощи пальцев 8 укреплены, с возможностью свободного поворота вокруг пальцев 8, рычаги 9, на противоположном конце которых смонтированы с возможностью свободного вращения шевронные зубчатые колеса 10. Постоянство зацепления колес 10 с шевронным колесом 11, укрепленным неподвижно на выходном валу 3, обеспечивается выступающими участками 12 зубчатых колес, которые входят в кольцевые канавки колеса 11 и кольца 13. Колеса 10 имеют возможность перемещения вдоль рычагов 9, пружина 14 сопротивляется этому перемещению. Головки зубьев колес 10 и 11 выполнены с односторонним фланкированием 15, 16, 17, 18.

Зубчато-рычажный вариатор работает следующим образом.

Вращение входного вала 2 с эксцентриком 4 сообщает водилу 5 плоскопараллельное движение. Оси 8 рычагов в первом приближении описывают такие же окружности как и ось водила 5. Это движение осей стремится колеса 10 прокатывать по колесу 11 вперед и назад. Однако, зацепления колес 10 и 11 позволяют движение лишь в одну сторону по часовой стрелке, движение против часовой стрелки блокирует зацепление, и движение рычагов 9 вращает колесо 11, связанное с выходным валом 3. Причина блокирования зацепления заключена в геометрии колес, которые выполнены шевронными, причем головки зубьев (фиг. 4) выполнены с односторонним фланкированием и контакт зубьев осуществляется попарно по рабочим поверхностям с занижением и без занижения, а углы профиля и наклона зубьев связаны соотношением с коэффициентом трения на контактирующих поверхностях: cosα·ctgβ < f,,
где β угол наклона зубьев;
a угол профиля зубьев;
f коэффициент трения.

За каждый оборот входного вала 2 каждый из рычагов 9 сообщает вращательный импульс колесу 11 и возвращается в исходное положение. Очевидно, что с увеличением эксцентриситета размах колебаний рычагов 9 увеличивается и увеличивает величины вращательных импульсов, что ведет к увеличению частоты вращения выходного вала 3.

Увеличение числа рычагов 9 с колесами 10 уменьшает неравномерность вращения выходного вала, но пульсация движения при жестких рычагах остается.

Применение податливых рычагов, например, телескопической конструкции со встроенной пружиной, способно сгладить пульсации и автоматически уменьшить скорость выходного вала 2 при увеличении момента сопротивления на валу 3.

Рассмотрим три режима работы вариатора.

Первый стоповый (выходной вал заторможен).

В этом режиме все колеса 10 заблокированы, а движение водила 5 приводит лишь к периодическому изменению длины каждого из рычагов 9, что обеспечивается различной степенью сжатия пружин.

Второй холостой (выходной вал не нагружен моментом).

В этом режиме все элементы вариатора работают как в варианте с жесткими рычагами, поскольку нет усилий сжимающих пружин рычагов (без учета динамики).

Третий промежуточный (нагрузка на выходной вал от нулевого до стопового значения).

В этом режиме в зависимости от степени сжатия пружин рычагов 9 меняется длина пути прокатывания колес 10 по часовой стрелке от максимальной величины при холостом режиме до нуля при стоповом режиме, т.е. автоматически меняется частота вращения выходного вала.

Зубчато-рычажный вариатор может быть применен в приводах машин, требующих автоматического изменения передаточного числа при изменении нагрузки. Эффективность предлагаемого решения очевидна в приводах транспортных машин, автоматических линий и устройств в машиностроении, строительстве, текстильной и пищевой промышленности.

Формула изобретения

Зубчато-рычажный вариатор, содержащий корпус, расположенные в нем входной и выходной валы, закрепленное на последнем зубчатое колесо, по крайней мере одно водило, несущее качающиеся рычаги для взаимодействия с зубчатым колесом выходного вала, отличающийся тем, что на осях концов рычагов с возможностью свободного поворота установлены зубчатые колеса для зацепления с зубчатым колесом выходного вала, выполненные шевронными, головки зубьев сцепленных колес выполнены с односторонним фланкированием, углы профиля и наклона зубьев упомянутых колес на контактирующих самотормозящих поверхностях связаны соотношением
cosα·ctgβ < f,
где β - угол наклона зубьев;
α - угол профиля зубьев;
f коэффициент трения,
а оси колес размещены на рычагах с возможностью перемещения вдоль последних.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4