Высокомоментный вариатор

 

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для плавного изменения передаточного отношения трансмиссии машин при большой передаваемой мощности, включая останов ведомого вала под нагрузкой и реверс. Вариатор содержит корпус 1, входной 2 и выходной 3 валы, механизм изменения передаточного отношения с рукояткой, два пространственных кулачка 7₁, 7 ₂, дифференциал и приводные механизмы. Пространственные кулачки установлены на входном валу 2 подвижно в осевом направлении. Механизм изменения передаточного отношения обеспечивает перемещение пространственных кулачков вдоль оси входного вала 2 в противоположных направлениях. Каждый приводной механизм включает две обгонные муфты 12₁, 12₂, колебательный вал 9 с парой оппозитно закрепленных на нем с фиксированными плечами коромысел 10₁, 10₂, связанных посредством обгонных муфт с валами дифференциала. Плоскости колебания коромысел разных приводных механизмов перпендикулярны и проходят через ось входного вала. Технический результат - повышение эксплуатационных характеристик, упрощение и удешевление конструкции. 1 з.п. ф-лы, 11 ил.

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и предназначено для плавного изменения передаточного отношения трансмиссии машин при большой передаваемой мощности, включая останов ведомого вала под нагрузкой и реверс.

Известны высокомоментные вариаторы, в которых момент от входного к выходному валу передается посредством кулачков, кареток, коромысел, обгонных муфт и трехзального дифференциала, а плавное изменение передаточного отношения достигается изменением плеч рычагов или относительным перемещением кулачка и контактирующего с ним ролика на коромысле или каретке [1, 2]. В известных вариаторах имеет место достаточно дорогая и громоздкая конструкция, в которой затруднено уравновешивание сил инерции подвижных звеньев и конструктивно сложный механизм изменения передаточного отношения.

Примем за прототип наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату высокомоментный вариатор [3, 4], содержащий корпус, входной и выходной валы, механизм изменения передаточного отношения с рукояткой, посаженные на входной вал с возможностью совместного вращения два пространственных кулачка и трехвальный зубчатый дифференциал, вал водила которого составляет единое звено с выходным валом, а валы колес дифференциала снабжены с возможностью сообщения вращательного движения с относительным фазовым сдвигом на 90° приводными механизмами, каждый из которых включает в себя две обгонные муфты, два размещенных параллельно в корпусе, связанных зубчатыми секторами и соединенных посредством обгонных муфт с одним из валов дифференциала колебательных вала, на каждом из которых установлено подвижно в перпендикулярном к оси колебательного вала направлении контактирующие посредством ролика с одним из кулачков коромысло, причем плоскости колебания коромысел разных приводных механизмов перпендикулярны и проходят через ось входного вала, при этом механизм изменения передаточного отношения смонтирован с возможностью обеспечения варьирования длины плеча коромысел от рукоятки с использованием реечного привода.

Признаки известного механизма (прототипа), совпадающие с заявляемым изобретением, следующие. Известный высокомоментный вариатор содержит корпус, входной и выходной валы, механизм изменения передаточного отношения с рукояткой, посаженные на входной вал с возможностью совместного вращения два пространственных кулачка и трехвальный зубчатый дифференциал, вал водила которого составляет единое звено с выходным валом, а валы колес дифференциала снабжены с возможностью сообщения вращательного движения с относительным фазовым сдвигом на 90° приводными механизмами, каждый из которых включает в себя две обгонные муфты и контактирующие посредством роликов с разными кулачками коромысла, причем плоскости колебания коромысел разных приводных механизмов перпендикулярны и проходят через ось входного вала, а коромысла посажены на установленные в корпусе и связанные посредством обгонных муфт с валами дифференциала колебательные валы, при этом механизм изменения передаточного отношения смонтирован с возможностью обеспечения относительного перемещения роликов и пространственных кулачков от рукоятки.

Известный высокомоментный вариатор имеет достаточно громоздкую и сложную конструкцию, в которой большое количество движущихся с ускорениями массивных деталей и, следовательно, значительные нагрузки от сил инерции, при этом из-за необходимости варьирования длины плеча коромысел требуется сложный механизм изменения передаточного отношения с реечным приводом.

Цель предлагаемого изобретения - повышение эксплутационных характеристик, упрощение и удешевление конструкции.

Предлагаемый высокомоментный вариатор имеет следующие существенные признаки. Он содержит корпус, входной и выходной валы, механизм изменения передаточного отношения с рукояткой, посаженные на входной вал с возможностью совместного вращения и подвижно в осевом направлении два пространственных кулачка и трехвальный зубчатый дифференциал, вал водила которого составляет единое звено с выходным валом, а валы колес дифференциала снабжены с возможностью сообщения вращательного движения с относительным фазовым сдвигом на 90° приводными механизмами, каждый из которых включает в себя две обгонные муфты, связанный посредством обгонных муфт с одним валом колеса дифференциала размещенный в корпусе колебательный вал с парой оппозитно закрепленных на нем с фиксированными плечами и контактирующими посредством роликов с разными кулачками коромысел, причем плоскости колебания коромысел разных приводных механизмов перпендикулярны и проходят через ось входного вала, при этом механизм изменения передаточного отношения смонтирован с возможностью обеспечения перемещения от рукоятки пространственных кулачков вдоль оси входного вала в противоположных направлениях.

Указанные существенные признаки дополняются следующими. Механизм изменения передаточного отношения снабжен выполненной в корпусе соосно входному валу гайкой и ввинченным в гайку винтовым стаканом, смонтированным с возможностью вращения от рукоятки, при этом винтовой стакан посредством радиально-упорного подшипника связан с одним кулачком, который кинематически соединен с вторым кулачком с возможностью перемещения его в противоположном направлении, например, с помощью установленной на входном валу шестерни, сцепленной с закрепленными на кулачках рейках.

Отличительными от прототипа признаками изобретения являются следующие. В предлагаемом высококомоментном вариаторе пространственные кулачки установлены на входном валу подвижно в осевом направлении, а каждый приводной механизм снабжен одним колебательным валом с парой оппозитно закрепленных на нем с фиксированными плечами коромысел, при этом механизм изменения передаточного отношения смонтирован с возможностью обеспечения перемещения пространственных кулачков вдоль оси входного вала в противоположных направлениях.

Кроме этого, в заявленном высокомоментном вариаторе механизм изменения передаточного отношения снабжен выполненной в корпусе соосно входному валу гайкой и ввинченным в гайку винтовым стаканом, смонтированным с возможностью вращения от рукоятки, при этом винтовой стакан посредством радиально-упорного подшипника связан с одним кулачком, который кинематически соединен с вторым кулачком с возможностью перемещения его в противоположном направлении, например, с помощью установленной на входном валу шестерни, сцепленной с закрепленными на кулачках рейках.

На фиг.1-5 представлен вариант конструкции высокомоментного вариатора, на фиг.6 - графики скоростей, на фиг.7 - схема установки противовесов, на фиг.8 - вариант кинематической связи кулачков, а на фиг.9, 10, 11 - два варианта конструктивного исполнения вариатора.

Высокомоментный вариатор (фиг.1-5) содержит установленные в подшипниках корпуса 1 входной 2 и выходной 3 валы, трехвальный зубчатый дифференциал с валами колес дифференциала 4а и 4b, сателлитом 5, посаженным на закрепленное на выходном валу водило 6, а также установленные кососимметрично на шлицах входного вала одинаковые пространственные кулачки 7₁ и 7₂, механизм изменения передаточного отношения с рукояткой 8 и два механизма привода колес дифференциала, каждый из которых содержит колебательный вал 9 с двумя оппозитно закрепленными коромыслами 10₁ и 10₂ (L - плечо коромысла), контактирующих посредством шаровых роликов 11 с кулачками соответственно 7₁ и 7_2, при этом плоскости колебания коромысел совпадают с осью входного вала и взаимно перпендикулярны, т.к. колебательные валы установлены перпендикулярно друг другу. Колебательный вал обгонными муфтами 12₁ и 12₂ соединен соответственно с смонтированными на подшипниках корпуса коническими колесами 13₁ и 13₂, сцепленных с шестерней 14 промежуточного вала 15, который посредством пары зубчатых колес 16 (на промежуточном валу) и 17 связан с валом колеса дифференциала. Механизм изменения передаточного отношения (фиг.2, 3 и 4) содержит выполненную в корпусе гайку 18, ввинченный в нее винтовой стакан 19, связанный радиально-упорным подшипником 20 с кулачком 7₁ и зубчатым венцом 21 посредством шестерни 22 - с рукояткой 8, а кулачок 7₁ связан с кулачком 7₂ закрепленными на кулачках рейками 23, сцепленными с установленной на входном валу шестерней 24, h - величина перемещения кулачка, Н=h_max - максимальное перемещение.

Высокомоментный вариатор работает следующим образом. При вращении входного вала со скоростью ω ₂ через шаровые ролики 11 и коромысла 10 сообщаются колебательные движения колебательным валам 9 в одном направлении от кулачка 7₁, а в другом - от кулачка 7₂ с угловыми скоростями ω _ка и ω _kb, γ - угол поворота. Колебательные валы через обгонные муфты 12 ₁ и 12₂ сообщают однонаправленное вращение с угловыми скоростями Ω _a=|ω _ка| и Ω _b=|ω _кb| соответственно коническим колесам 13₁ и 13₂, которые посредством шестерен 14 вращают с угловыми скоростями ω _па и ω _пb промежуточные валы 15_а и 15_b , передающие через зубчатую пару 16-17 однонаправленное вращение в одном направлении валам колес дифференциала 4а и 4b соответственно с угловыми скоростями ω _4а и ω _4b, при этом передаваемое через сателлит 5 от валов колес дифференциала вращение водилу 6 и, следовательно, выходному валу 3 будет иметь угловую скорость

Скорости колебательных валов зависят от профилировки кулачков. Профилировка обеспечивает угловую скорость для колебательного вала 9а

где α - угол поворота входного вала, λ=2γ _amax - максимальный размах колебаний колебательного вала. Узел конструкции из деталей 9, 12-15 является выпрямителем колебаний, где колебательный вал - входное звено, а промежуточный вал - выходное звено. Обозначив передаточное отношение i=ω ₄/Ω, имеем угловую скорость вала колеса дифференциала 4а

а для вала колеса дифференциала 4b

т.к. оба выпрямителя из-за перпендикулярной установки колебательных валов действуют с фазовым сдвигом на 90°. Скорость выходного вала из (1) с учетом (3, 4) равна

Из (5) видно, что при постоянной скорости входного вала (ω ₂=const), скорость выходного также постоянна (ω ₃=const ) при фиксированном значении h, следовательно, равномерность вращения выходного вала обеспечена. Скорости звеньев для этого случая показаны на фиг.6. Варьирование скорости выходного вала от нуля до ω _3max=(λ/π)i ω ₂, как видно из (5), осуществляется изменением h (0≤h≤H) поворотом рукоятки 8. При повороте рукоятки поворачивается закрепленная на ней гайка 22, а от нее - винтовой стакан 19, который одновременно перемещается вместе с кулачком 7₁ вдоль оси входного вала благодаря гайке 18, при этом кулачок 7₁ своей рейкой 23₁ посредством шестерни 24 и рейки 23 ₂ перемещает кулачок 7₂ в противоположном направлении. На фиг.2 показано крайнее положение кулачков, при котором вращение на выходной вал не передается, т.е. ω ₃=0 при h=0, а при h=Н скорость ω ₃ максимальна. Следует отметить, что при уменьшении h с уменьшением скорости ω ₃ возрастает передаваемый выходным валом момент.

Реверс вариатора обеспечивается реверсированием обгонных муфт.

В предложенном высокомоментном вариаторе нет поступательно перемещающихся деталей, а общий центр масс остается неподвижным в процессе работы, следовательно механизм полностью статически уравновешен. Моменты от сил инерции незначительны, т. к. колебательные валы малоинерционны и их можно полностью уравновесить противовесами 25, как показано на фиг 7, где 26 и 27 - зубчатые сектора.

Кинематическая связь кулачков, обеспечивающая нужную функцию, может быть иной, например, на фиг.8 кулачки снабжены серьгами 28, соединенными шарнирно посредством утановленного на входном валу рычага 29.

Предлагаемый высокомоментный вариатор может иметь разные конструктивные исполнения, например, с параллельными входному валу промежуточными валами и удлиненным одним колебательным валом: на фиг.8 показана конструкция с пересекающимися входным и выходным валами, а на фиг.9 и 10 - с параллельными.

Источники информации

1. DE 3309044, F 16 Н 29/08, 14.03.83 (Rindfleisch В.) 2. RU 2147701 С1, F 16 Н 29/08, 25.02.98 (Б.В.Пылаев). 3. RU 2169870 С2, F 16 Н 29/08, 14.05.99 (Б.В.Пылаев). 4. Б.В.Пылаев. Высокомоментный вариатор. Вестник машиностроения. 2000, №9, с.14-17.

Формула изобретения

1. Высокомоментный вариатор, содержащий корпус, входной и выходной валы, механизм изменения передаточного отношения с рукояткой, посаженные на входной вал с возможностью совместного вращения два пространственных кулачка и трехвальный зубчатый дифференциал, вал водила которого составляет единое звено с выходным валом, а валы колес дифференциала снабжены с возможностью сообщения вращательного движения с относительным фазовым сдвигом на 90° приводными механизмами, каждый из которых включает в себя две обгонные муфты и контактирующие посредством роликов с разными кулачками коромысла, причем плоскости колебания коромысел разных приводных механизмов перпендикулярны и проходят через ось входного вала, а коромысла связаны посредством обгонных муфт с валами дифференциала, при этом механизм изменения передаточного отношения смонтирован с возможностью обеспечения относительного перемещения роликов и пространственных кулачков от рукоятки, отличающийся тем, что пространственные кулачки установлены на входном валу подвижно в осевом направлении, а каждый приводной механизм снабжен одним колебательным валом с парой оппозитно закрепленных на нем с фиксированными плечами коромысел, при этом механизм изменения передаточного отношения смонтирован с возможностью обеспечения перемещения пространственных кулачков вдоль оси входного вала в противоположных направлениях.

2. Высокомоментный вариатор по п.1, отличающийся тем, что механизм изменения передаточного отношения снабжен выполненной в корпусе соосно с входным валом гайкой и ввинченным в гайку винтовым стаканом, смонтированным с возможностью вращения от рукоятки, при этом винтовой стакан посредством радиально-упорного подшипника связан с одним кулачком, который кинематически соединен со вторым кулачком с возможностью перемещения его в противоположном направлении, например, с помощью установленной на входном валу шестерни, сцепленной с закрепленными на кулачках рейками.

РИСУНКИ