Колебательный механизм высокомоментного 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 высокомоментных 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 установленный на подшипниках корпуса с эксцентрично смонтированным сферическим подшипником и связанный с ведущим валом с возможностью совершать колебательное вращение с постоянной амплитудой промежуточный колебательный вал, установленную в сферическом подшипнике и шарнирно связанную с корпусом планку с прорезью, а также посаженную на шлицах ведомого вала втулку с размещенной в прорези планки пальцем, при этом рукоятка управления кинематически связана с втулкой с возможностью перемещения ее вдоль ведомого вала. Технический результат заключается в повышении эксплуатационных характеристик, упрощении и удешевлении конструкции. 8 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 высокомоментных 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, что усложняет конструкцию вариатора.
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, которое включает в себя шарнирно связанный с ведущим валом и установленный на цапфах ведомого вала наклонный кривошип с изменяемым от рукоятки управления углом нутации.
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.
Известный механизм имеет сложную и сильно нагруженную кинематическую связь рукоятки управления с наклонным кривошипом. Необходимый для изменения угла нутации момент сопоставим с рабочим моментом на ведомом 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 установленный на подшипниках корпуса с эксцентрично смонтированным сферическим подшипником и связанным с ведущим валом с возможностью совершать колебательное вращение с постоянной амплитудой промежуточный колебательный вал, установленную в сферическом подшипнике и шарнирно связанную с корпусом планку с прорезью, а также посаженную на шлицах ведомого вала втулку с размещенным в прорези планки пальцем, при этом рукоятка управления кинематически связана с втулкой с возможностью перемещения ее вдоль ведомого вала.
Отличительными от прототипа признаками изобретения являются следующие. Предлагаемый механизм высокомоментного вариатора снабжен установленным на подшипниках корпуса с эксцентрично смонтированным сферическим подшипником и связанным с ведущим валом с возможностью совершать колебательное вращение с постоянной амплитудой промежуточным колебательным валом, установленной в сферическом подшипнике и шарнирно связанной с корпусом планкой с прорезью, а также посаженной на шлицах ведомого вала втулкой с размещенным в прорези планки пальцем, при этом рукоятка управления кинематически связана с втулкой с возможностью перемещения ее вдоль ведомого вала.
На фиг.1 и 2 дан общий вид колебательного механизма, на фиг.3 - расчетная кинематическая схема, на фиг.4 и 5 - примеры привода промежуточного колебательного вала, на фиг.6-8 примеры использования колебательного механизма в конструкциях высокомоментного вариатора и объемного насоса с регулируемой подачей.
Предлагаемый механизм (фиг.1 и 2) содержит корпус 1, установленные на подшипниках корпуса ведущий 2 и ведомый 3 валы, промежуточный колебательный вал 4, на цапфах 5 которого установлен наклонный кривошип 6, сферическим шарниром 7 соединенный с ведущим валом 2. На промежуточном колебательном валу 4 эксцентрично смонтирован сферический подшипник 8, а в корпусе на шаровой опоре 9 установлена планка 10, вставленная своим цилиндрическим концом 11 в сферический подшипник 8. На шлицах 12 ведомого вала 3 установлена втулка 13 с пальцем 14, образующим вращательную пару с сухарем 15, размещенным в пазу 16 планки. Втулка 13 своей канавкой 17 взаимодействует с отводкой 18, образующей пару винт-гайка с винтом 19, на котором закреплена рукоятка управления 20, при этом выполненный в корпусе паз 21 фиксирует отводку от поворота.
Колебательный механизм работает следующим образом (фиг.1-3). При вращении ведущего вала 2 промежуточный вал 4 совершает колебания с постоянной амплитудой β, сферический подшипник 8 перемещает цилиндрический конец 11 планки 10, планка поворачивает втулку 13 и, следовательно, ведомый вал, который совершает колебания с амплитудой θ. Амплитуду θ можно изменять от нуля до θmax на работающем механизме вращением рукоятки управления 20, которая, перемещая отводку, перемещает вдоль паза планки палец 14, z - координата центра втулки (0≤z≤zmax), L - расстояние между центрами сфер А и С.
Обозначив К=z/L имеем принудительно изменяемую амплитуду колебания ведомого вала 0 и рабочую длину пальца r как функции К (фиг.3):
θ=arctg[(Ksinβ)/(1-K+Kcosβ)];
r=0BB1=R(1-K+Kcosβ)(1+tg2θ)0,5,
где R=0AА=0CС. θ=0 имеет место при z=0, а максимальная амплитуда θmax - при zmax.
Предлагаемый механизм полностью статически уравновешивается при использовании в конструкции несколько карусельно-симметрично смонтированных планок 10, так как центр масс работающего механизма в этом случае останется неподвижным, а возникающий из-за переменной угловой скорости динамический момент на ведомом валу 3 приложен к этому валу и, следовательно, не передается на корпус.
Конструкция привода промежуточного колебательного вала 4 может отличаться от показанного на фиг.1. Привод может быть кулачковым (фиг.4), где вал 4 снабжен роликами 22, взаимодействующими с установленными на ведущем валу 2 кулачками 23. На фиг.5 представлен кривошипно-рычажный привод, где ведущий вал 2 выполнен кривошипным и связанным с валом 4 серьгой 24.
Пример использования предлагаемого колебательного механизма в высокомоментном вариаторе показан на фиг.6. В вариаторе используется два колебательных механизма, действующих с относительным фазовым сдвигом на 90°, от входного вала вариатора 25 с шестерней 26, сцепленной с закрепленными на ведущих валах 2 зубчатыми колесами 27.
Вариатор содержит два выпрямителя, каждый из которых имеет пару обгонных муфт 28, со смонтированными на ведомом валу 3 ведущими полумуфтами, а ведомые полумуфты коническими зубчатыми колесами 29 связаны с промежуточным валом 30 посредством шестерни 31. Выходным звеном выпрямителя служит шестерня выпрямителя 32, способная совершать однонаправленное вращение при колебательном вращении ведомого вала 3.
Вариатор содержит также трехвальный дифференциал, пара валов 33 которого выполнена с зубчатым колесом 34 и коническим колесом 35, сцепленными соответственно с шестерней выпрямителя 32 и с сателлитом 36, посаженным на водило 37, которое закреплено на третьем валу дифференциала 38, являющимся выходным валом высокомоментного вариатора.
Изменение передаточного отношения вариатора осуществляется изменением амплитуды θ колебания ведомых валов 3. Предложенная конструкция вариатора позволяет обеспечить высокую равномерность вращения выходного вала за счет использования трехвального дифференциала [3, 4], а также некруглых колес 25 и 27 [5].
На фиг.7 и 8 показано использование предлагаемого колебательного механизма для привода объемного насоса с плавно изменяемой подачей.
Насос содержит корпус 39 с парой лопастей 40 и закрепленную на ведомом валу 3 колебательного механизма пару лопастей 41, образующих вытесняемые объемы q и g, которые соединены патрубком низкого давления 42 с баком 43, 44 - патрубок высокого давления. За полуоборот ведущего вала (фиг.8) вытесняемые объемы q уменьшаются, и рабочая жидкость из них поступает в патрубок 44, а вытесняемые объемы g соединены с баком 43, за другой полуоборот вытесняемые объемы меняют свои функции на противоположные. Изменение подачи насоса осуществляется изменением амплитуды θ колебания ведомого вала 3.
Источники информации
1. Мальцев В.Ф. Механические импульсные передачи. - 3-е изд. - М.: Машиностроение. 1978, стр.51, рис.7.
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 № 2204749 С1, F 16 Н 29/08, Высокомоментный вариатор./ Автор: Пылаев Б.В. Приор. 05.11.2001.
4. Патент ФРГ №3309044, F 16 Н 29/08. Stufenlos regelbares, mechanisches Schaltwerksgetribe/ Anmelder. Rindfleisch В.- Anmeldetag: 14.03.1983.
5. Патент РФ №2179673 C1, F 16 Н 29/08, Высокомоментный вариатор./ Автор: Пылаев Б.В. Приор. 03.07.2000.
Колебательный механизм высокомоментного 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, отличающийся тем, что снабжен установленным на подшипниках корпуса с эксцентрично смонтированным сферическим подшипником и связанным с ведущим валом с возможностью совершать колебательное вращение с постоянной амплитудой промежуточным колебательным валом, установленной в сферическом подшипнике и шарнирно связанной с корпусом планкой с прорезью, а также посаженной на шлицах ведомого вала втулкой с размещенным в прорези планки пальцем, при этом рукоятка управления кинематически связана с втулкой с возможностью перемещения ее вдоль ведомого вала.
