Колебательный механизм нефрикционного вариатора

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к механизмам для преобразования вращения ведущего вала в колебательное ведомого вала с плавно измененяемой амплитудой и может быть использовано в нефрикционных вариаторах, гидравлических машинах и других устройствах. Механизм содержит рукоятку управления, установленные на подшипниках корпуса ведущий и ведомый валы, а также устройство преобразования однонаправленного вращения ведущего вала в колебательное вращение ведомого вала с возможностью изменения от рукоятки управления амплитуды колебания, включающее в себя смонтированный в корпусе с возможностью поворота от рукоятки управления суппорт, установленный на суппорте и связанный с ведущим валом с возможностью совершать колебание с постоянной амплитудой колебательное звено, например коромысло, установленный в цапфах ведомого вала наклонный кривошип, а также образующую с наклонным кривошипом вращательно-поступательную пару и шарнирно связанную с колебательным звеном кулису. Технический результат заключается в повышении эксплуатационных характеристик, упрощении и удешевлении конструкции. 12 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и предназначено для преобразования вращения ведущего вала в колебательное ведомого вала с плавно измененяемой амплитудой, что может быть использовано в нефрикционных вариаторах, гидравлических машинах и других устройствах.

Известны колебательные механизмы с плавно изменяемой амплитудой ведомого вала, например рычажный механизм [1], который достаточно громоздкий и динамически не уравновешенный. Колебательные механизмы, применяемые в высокомоментных вариаторах, например [3, 4], используют поступательно перемещаемые каретки или кулачки, что усложняет конструкцию.

Примем за прототип наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату колебательный механизм [2], содержащий рукоятку управления, установленные на подшипниках корпуса ведущий и ведомый валы, а также устройство преобразования однонаправленного вращения ведущего вала в колебательное вращение ведомого вала с возможностью изменения от рукоятки управления амплитуды колебания, включающее в себя смонтированную на ведущем валу с возможностью поворота от рукоятки управления косынку, установленный на цапфах ведомого вала наклонный кривошип, образующую с наклонным кривошипом вращательно-поступательную пару и шарнирно связанную с косынкой кулису.

Признаки известного механизма (прототипа), совпадающие с заявляемым изобретением, следующие. Известный механизм содержит рукоятку управления, установленные на подшипниках корпуса ведущий и ведомый валы, а также устройство преобразования однонаправленного вращения ведущего вала в колебательное вращение ведомого вала с возможностью изменения от рукоятки управления амплитуды колебания, включающее в себя установленный на цапфах ведомого вала наклонный кривошип, а также образующую с наклонным кривошипом вращательно-поступательную пару и кинематически связанную с ведущим валом кулису.

Известный механизм имеет сложную и сильно нагруженную кинематическую связь рукоятки управления с косынкой. Необходимое для изменения угла наклона косынки усилие сопоставимо с рабочим моментом на выходном валу.

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

Предлагаемый колебательный механизм имеет следующие существенные признаки. Он содержит рукоятку управления, установленные на подшипниках корпуса ведущий и ведомый валы, а также устройство преобразования однонаправленного вращения ведущего вала в колебательное вращение ведомого вала с возможностью изменения от рукоятки управления амплитуды колебания, включающее в себя смонтированный в корпусе с возможностью поворота от рукоятки управления суппорт, установленный на суппорте и связанный с ведущим валом с возможностью совершать колебание с постоянной амплитудой, колебательное звено, например коромысло, установленный в цапфах ведомого вала наклонный кривошип, а также образующую с наклонным кривошипом вращательно-поступательную пару и шарнирно связанную с колебательным звеном кулису.

Отличительными от прототипа признаками изобретения являются следующие. Предлагаемый механизм нефрикционного вариатора снабжен смонтированным в корпусе с возможностью поворота от рукоятки управления суппортом, установленным на суппорте и связанным с ведущим валом с возможностью совершать колебание с постоянной амплитудой колебательным звеном, например коромыслом, при этом колебательное звено шарнирно связанно с кулисой.

На фиг.1-4 и фиг.6-10 даны две конструкции колебательного механизма, на фиг.5 и 11 - их расчетные кинематические схемы, на фиг.12 - пример использования колебательного механизма в конструкции импульсного нефрикционного вариатора.

Предлагаемый механизм (фиг.1-4) содержит корпус 1, установленные на подшипниках корпуса ведущий 2 и ведомый 3 валы, промежуточный колебательный вал 4, на цапфах 5 которого установлена вилка 6, сферическим шарниром 7 соединенная с ведущим валом 2. Промежуточный колебательный вал 4 снабжен коромыслом 8 и установлен на подшипниках в суппорте 9, который смонтирован с возможностью поворота относительно корпуса 1, АО - ось вращения, ψ - угол поворота (фиг.5). На цапфах 11 ведомого вала 3 установлен наклонный кривошип 12 с цилиндрическим пальцем 13, на котором посажена с возможностью вращения и осевого перемещения кулиса 14, шарнирно соединенная с коромыслом 8. На суппорте 9 выполнен зубчатый сектор 15, а на валу 16 рукоятки управления закреплена сцепленная с зубчатым сектором шестерня 17. L=АО - расстояние между промежуточным колебательным и ведомым валами.

Механизм действует следующим образом (фиг.1-5). От вращающегося ведущего вала 2 посредством вилки 6 колебательное вращение совершает промежуточный колебательный вал 4 вместе с коромыслом 8 (колебательное звено), амплитуда колебания - угол β =const, R=АВ - длина плеча коромысла, П₈ - плоскость колебания плеча коромысла. От посаженной шарнирно на коромысло кулисы 14 движение передается наклонному кривошипу 12, который через цапфы 11 осуществляет колебательное вращение ведомого вала 3 с амплитудой γ , П₁₁ - плоскость колебания осей цапф, на фиг.1-3 плоскости П₈ и П₁₁ совпадают.

r=OB - рабочая длина наклонного кривошипа при максимальном отклонении коромысла от АО равна

r=(L²+R²-LRcosβ ]^0,5.

На фиг.3 показано измененное положение звеньев механизма от положения на фиг.1, 2 при повороте ведущего вала на 90° .

Амплитуду γ можно принудительно изменять изменением угла ψ между осью ведомого вала и плоскостью П₈, что осуществляется поворотом суппорта 9 от рукоятки управления 10. Из расчетной кинематической схемы (фиг.5) следует, что амплитуда колебания ведомого вала γ как функция ψ равна γ =arctg{sinψ (R/r)sinβ )/[1-(R/r)²sin²β]^0,5}.

При ψ =90° (фиг.1-3) имеем максимальную амплитуду γ =γ _max=θ , где θ =arcsin[(R/r)sinβ ].

При повороте суппорта на 90° (фиг.4) от положения, показанного на фиг.1-3, т.е. при ψ =0° , ведомый вал неподвижен (γ =0).

Кинематическая связь ведущего вала с кулисой может отличаться от показанной на фиг.1-4.

На фиг.6-10 представлен вариант конструкции колебательного механизма, где ведущий вал 2 имеет водило 18, на ось 19 которого посажен сателлит 20, а суппорт 9 снабжен внутренним зубчатым венцом 21, сцепленным с сателлитом 20. Диаметр начальной окружности сателлита равен радиусу начальной окружности внутреннего зубчатого венца. На сателлите закреплено гнездо 22, в котором установлена кулиса 14, образующая с гнездом сферический шарнир, центр гнезда В проектируется на начальную окружность сателлита. Кинематическая связь ведомого вала с кулисой такая же, как в предыдущей конструкции, показанной на фиг.1-4.

Механизм действует следующим образом (фиг.6-10). От вращающегося ведущего вала 2 ось 19, вращаясь по окружности радиуса 0,5R, перемещает сателлит 20, который от неподвижного внутреннего венца 21 получает вращение. При этом центр гнезда В движется по диаметру внутреннего зубчатого венца между мертвыми точками B₁ и В₂ (см. [5]), т. е. является колебательным звеном, совершающим колебание с амплитудой R совместно с кулисой 14. От кулисы посредством наклонного кривошипа 12 колебательное вращение сообщается ведомому валу 3 с амплитудой γ , зависящей от угла ψ между осью ведомого вала и плоскостью П₂₂, образованной осью суппорта ОА и центром гнезда В (фиг.11):

γ =arctg[(R/L)sinψ ],

где L=ОВ₀.

При ψ =90° (фиг.6-8) имеем максимальную амплитуду γ =γ _max=θ , где θ =arctg[(R/L).

При повороте суппорта на 90° (фиг.9) от положения, показанного на фиг.6-8, т.е. при ψ =0° , ведомый вал неподвижен (γ =0).

Наибольшая рабочая длина наклонного кривошипа равна

r=OB₁=(L²+R²)^0,5.

Пример применения изобретения в импульсном нефрикционном вариаторе показан на фиг.12, где вал 2 является входным валом вариатора, а вал 23 - выходным. На выходном валу вариатора закреплена коническая шестерня 24, которая сцеплена с парой зубчатых колес 25, каждая из которых соединена с ведомым валом 3 колебательного механизма обгонной муфтой 26. Ведущие полумуфты обгонных муфт закреплены на валу 3, а ведомые - на зубчатых колесах 25. При вращении вала 2 выходной вал получает однонаправленное вращение. Передаточное отношение вариатора зависит от амплитуды γ и может изменяться на работающем вариаторе рукояткой управления 10.

Источники информации

1. А.А.Благонравов. Механические бесступенчатые передачи нефрикционного типа. М.: Машиностроение, 1977, стр.52, рис.18.

2. Патент РФ № 2207463 С2, F 16 Н 23/04. Механизм с качающейся шайбой. Автор: Пылаев Б.В. Приор. 06.03.2001.

3. Патент РФ № 2212574 С2, F 16 Н 29/08. Высокомоментный вариатор. Автор: Пылаев Б.В. Приор. 19.11.2001.

4. Патент ФРГ № 3309044, F 16 Н 29/08. Stufenlos regelbares, mechanisches Schaltwerksgetribe/ Anmelder: Rindfleisch В.- Anmeldetag: 14.03.1983.

5. C.H.Кожевников, Я.И.Осипенко, Я.М.Раскин. Механизмы. Справочник. 4-е изд. Под ред. C.H.Кожевникова. - М.: Машиностроение. - 1976. стр.151, рис. 3.11 г.

Колебательный механизм нефрикционного вариатора, содержащий рукоятку управления, установленные на подшипниках корпуса ведущий и ведомый валы, а также устройство преобразования однонаправленного вращения ведущего вала в колебательное вращение ведомого вала с возможностью изменения от рукоятки управления амплитуды колебания, включающее в себя установленный в цапфах ведомого вала наклонный кривошип, а также образующую с наклонным кривошипом вращательно-поступательную пару и кинематически связанную с ведущим валом кулису, отличающийся тем, что снабжен смонтированным в корпусе с возможностью поворота от рукоятки управления суппортом, установленным на суппорте и связанным с ведущим валом с возможностью совершать колебание с постоянной амплитудой колебательным звеном, например коромыслом, при этом колебательное звено шарнирно связано с кулисой.