Высокомоментный вариатор нефрикционного типа

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для плавного изменения передаточного отношения трансмиссии машин при большой передаваемой мощности. Вариатор содержит входной и выходной валы, колебательный механизм, приводимый в движение от входного вала, с парой действующих с относительным фазовым сдвигом на 90° колебательных валов, маховики, трехвальный зубчатый дифференциал с кинематически связанным с выходным валом водилом и пару выпрямителей колебаний. Ведущие валы выпрямителей колебаний - колебательные валы, а ведомые - валы колес дифференциала. Вариатор снабжен кинематически жестко соединенными с валами колес дифференциала маховиками с приведенным к этим валам моментом инерции J. Момент инерции J связан с моментом на водиле М_в соотношением: М_в<4Jω²(λ/π)u, где ω - скорость входного вала, λ - размах колебаний колебательного вала, u - передаточное отношение между колебательным валом и валом колеса дифференциала. Достигается повышение эксплуатационных характеристик, упрощение и удешевление конструкции вариатора. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и предназначено для плавного изменения передаточного отношения трансмиссии машин при большой передаваемой мощности.

Известны вариаторы, в которых момент от входного к выходному валу передается посредством колебательного механизма с колебательными валами, выпрямителей колебаний с обгонными муфтами и трехвального дифференциала, а плавное изменение передаточного отношения достигается изменением размаха колебаний колебательных валов [2-6]. Дифференциал обеспечивает высокую равномерность вращения выходного вала вариатора.

Колебательные механизмы подразделяются на динамические и кинематические. В динамических колебательных механизмах размах колебаний зависит от момента на выходном валу [1, стр.125, рис.72а], т.е. имеет место автоматическое изменение передаточного отношения вариатора: при увеличении момента нагрузки скорость выходного вала уменьшается и наоборот. Недостатком таких вариаторов является большая неравномерность вращения выходного вала вариатора. Кинематические колебательные механизмы (кулачковые [2-4] и некулачковые [5, 6]) снабжены механизмом принудительного изменения размаха колебаний колебательных валов, благодаря чему изменяется передаточное отношение вариатора. Недостатком этого типа вариаторов является отсутствие автоматизма изменения передаточного отношения и сложность конструкции. В [7] показано, что в вариаторах [2-4] при фиксированном размахе колебаний колебательных валов из-за обгонного действия обгонных муфт изменяется скорость выходного вала, но только при относительно малых моментах нагрузки.

Примем за прототип наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату высокомоментный вариатор нефрикционного типа [4], содержащий входной и выходной валы, приводимый от входного вала кулачковый колебательный механизм с парой действующих с относительным фазовым сдвигом на 90° колебательных валов, трехвальный зубчатый дифференциал с кинематически жестко связанным с выходным валом водилом, и пару выпрямителей колебаний, ведущие валы которых - колебательные валы, а ведомые - валы колес дифференциала, при этом колебательный механизм снабжен механизмом изменения передаточного отношения вариатора, обеспечивающим принудительное изменение размаха колебаний колебательных валов.

Признаки известного механизма (прототипа), совпадающие с заявляемым изобретением, следующие. Известный высокомоментный вариатор нефрикционного типа содержит входной и выходной валы, приводимый от входного вала колебательный механизм с парой действующих с относительным фазовым сдвигом на 90° колебательных валов, трехвальный зубчатый дифференциал с кинематически связанным с выходным валом водилом, и пару выпрямителей колебаний, ведущие валы которых - колебательные валы, а ведомые - валы колес дифференциала.

Известный вариатор имеет достаточно громоздкую конструкцию из-за наличия механизма изменения передаточного отношения вариатора, а автоматизм изменения передаточного отношения за счет обгонного действия обгонных муфт имеет место только при малых моментах на выходном валу, что ухудшает его эксплутационные характеристики.

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

Предлагаемый высокомоментный вариатор нефрикционного типа имеет следующие существенные признаки. Он содержит входной и выходной валы, приводимый от входного вала колебательный механизм с парой действующих с относительным фазовым сдвигом на 90° колебательных валов, маховики, трехвальный зубчатый дифференциал с кинематически связанным с выходным валом водилом, и пару выпрямителей колебаний, ведущие валы которых - колебательные валы, а ведомые - валы колес дифференциала, которые кинематически связаны с маховиками.

Указанные существенные признаки дополняются следующим: маховики выполнены с принудительно изменяемым моментом инерции.

Отличительным от прототипа признаком изобретения является следующее: предлагаемый механизм снабжен кинематически связанными с валами колес дифференциала маховиками.

Кроме этого, в заявленном механизме маховики выполнены с принудительно изменяемым моментом инерции.

На фиг.1 дана схема конструкции высокомоментного вариатора нефрикционного типа, на фиг.2 и 3 - скорости валов вариатора, на фиг.4 и 5 - вариант конструкции.

Вариатор (фиг.1) содержит установленные в подшипниках корпуса 1 входной 2 и выходной 3 валы, функционирующий от входного вала колебательный механизм 4 с парой колебательных валов 5а и 5b, являющихся ведущими валами выпрямителей колебаний 6а и 6b. Содержит также трехвальный зубчатый дифференциал с валами колес дифференциала 7а и 7b, водилом 8, сателлитами 9 и колесами дифференциала 10а и 10b. Водило 8 дифференциала связано зубчатыми колесами 11 и 12 с выходным валом 3. Ведомыми валами выпрямителей колебаний являются валы колес дифференциала 7а и 7b, которые зубчатыми колесами 13 и 14 связаны с маховиками 15а и 15b (J_M - момент инерции маховика). Выпрямители содержат по паре обгонных муфт 16, передающих от колебательных валов 5 посредством шестерни 17 и колеса 18 однонаправленное вращение валам колес дифференциала 7. Выходной вал 3 передает вращение потребителю механической энергии 19.

Вариатор работает следующим образом (фиг.1). От входного вала, вращающегося со скоростью ω₂, приводится в действие колебательный механизм 4, выходные звенья которого - колебательные валы 5а и 5b - имеют размах колебаний λ и вращаются со знакопеременными скоростями ω_5a и ω_5b, при этом эти валы действуют с относительным фазовым сдвигом на 90° (фиг.2), т.е.

где α - угол поворота входного вала.

Колебательные валы через выпрямители колебаний 6а и 6b, посредством обгонных муфт, сообщают однонаправленное вращение валам колес дифференциала 7а и 7b, ω_а и ω_b - их угловые скорости, а колеса дифференциала 10 через сателлиты 9 передают вращение водилу 8, скорость которого равна

Водило, через зубчатые колеса 11 и 12, вращает выходной вал 3, нагруженный моментом сопротивления М₃ потребителем механической энергии 19, угловая скорость выходного вала (Z - число зубьев колес)

М_B и J_B - момент сопротивления и момент инерции, приведенные к оси водила. J_B достаточно большой, т.к. зависит от инерции потребителя. J - момент инерции, приведенный к оси каждого вала колес дифференциала 7 и зависит в основном от момента инерции маховика J_M, который вращается вместе с валом колеса дифференциала.

Обозначим пороговый момент

где u - передаточное отношение между колебательным валом

5 и валом колеса дифференциала 7.

Скорости ω_а и ω_b, следовательно, и ω_B, зависят, как следует из (1), от скоростей колебательных валов, а также от работы обгонных муфт в режиме обгона. Как показано в [7], для вариатора с кулачковым колебательным механизмом режим обгона имеет место при М_B<2 М_П. На фиг.3 даны скорости валов колес дифференциала и водила при J_B=100J и разном моменте сопротивления М_B, где видно, что варьирование скорости происходит автоматически: при М_B=0 имеем максимальную скорость ω_B=2ω₀, а при М_B≥2М_П - минимальную ω_B=ω₀, т.е. скорость изменяется без изменения размаха колебаний λ колебательных валов. Диапазон изменения М_В существенно зависит, как следует из (2), от момента инерции J_M маховиков.

На фиг.4 и 5 показан вариант конструкции маховиков, выполненных с принудительно изменяемым моментом инерции J_M. В пазах 20 маховика 15 установлены массивные ползуны 21, связанные серьгами 22 с отводкой 23. Осевое перемещение отводки осуществляется рукояткой 24, что вызывает радиальное перемещение ползунов 21, следовательно, изменяется момент инерции маховика J_M. Такая конструкция значительно расширяет эксплутационные характеристики вариатора.

Наличие дифференциала в предлагаемой конструкции обеспечивает высокую равномерность вращения выходного вала вариатора.

В предложенном вариаторе колебательный механизм может быть как динамическим[1], так и кинематическим [2-5]. А кинематические колебательные механизмы - кулачковыми или некулачковыми, с фиксированным размахом колебаний (λ=const) или с изменяемым (λ=var), последний вариант имеет больший диапазон функциональных возможностей, но конструктивно сложнее и дороже.

Реверс вариатора обеспечивается реверсированием обгонных муфт.

Источники информации

1. А.А.Благонравов. Механические бесступенчатые передачи нефрикционного типа. - М.: Машиностроение, 1977.

2. RU 2169870 C2, F16H 29/08, 14.05.1999 (Б.В.Пылаев).

3. RU 2204749 C1, F16H 29/08, 05.11.2001 (Б.В.Пылаев).

4. RU 2242654 C2, F16H 29/08, 20.01.2003 (Б.В.Пылаев).

5. RU 2179673 C1, F16H 29/08, 03.07.2000 (Б.В.Пылаев).

6. RU 2263240 C2, F16H 29/08, 25.11.2003 (Б.В.Пылаев).

7. Б.В.Пылаев. Основы динамики высокомоментных вариаторов. // Вестник машиностроения. 2004. №7. С.16-22.

1. Высокомоментный вариатор нефрикционного типа, содержащий входной и выходной валы, приводимый от входного вала колебательный механизм с парой действующих с относительным фазовым сдвигом на 90° колебательных валов, трехвальный зубчатый дифференциал с кинематически связанным с выходным валом водилом, и пару выпрямителей колебаний, ведущие валы которых - колебательные валы, а ведомые - валы колес дифференциала, отличающийся тем, что снабжен кинематически жестко соединенными с валами колес дифференциала маховиками с приведенным к этим валам моментом инерции J, связанным с моментом на водиле М_в, соотношением М_в<4Jω²(λ/π)u,

где ω - скорость входного вала;

λ - размах колебаний колебательного вала;

u - передаточное отношение между колебательным валом и валом колеса дифференциала.

2. Высокомоментный вариатор нефрикционного типа по п.1, отличающийся тем, что маховики выполнены с принудительно изменяемым моментом инерции J.