Способ плавного изменения скорости механической передачи и зубчатый вариатор

Изобретение относится к машиностроению. Зубчатый вариатор реализует способ плавного изменения скорости механической передачи и содержит по меньшей мере два зубчатых зацепления. Зубчатые колеса (1, 2) первого зацепления установлены на собственные валы (3, 4) с возможностью скольжения и выполнены в виде конических тел вращения и с криволинейными зубьями с произвольным поперечным профилем. При перемещении колес вдоль валов изменяются углы наклона витков зубьев в месте сопряжения колес. Сами колеса в любой момент передачи вращения находятся в зубчатом сопряжении. При передаче вращения с ведущего вала (3) на ведомый вал (11) вращение входного вала раскладывают на вращение вокруг двух и более осей и на выходной вал передают результирующую от упомянутого разложения вращения входного вала. Изобретение позволяет расширить арсенал технических средств. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве механизма для плавного изменения скорости механической передачи, а также в качестве дифференциала.

Уровень техники

В настоящее время известны различные схемы вариаторов.

Так, в патенте РФ №2140028 описан многодисковый планетарный вариатор, в котором используются отбуртованные диски и нажимные устройства с упругими элементами осевого действия.

В патенте США №5984820 (опубл. 16.11.1999) описан вариатор, в котором изменение передаточного отношения осуществляется путем перемещения контактного кольца по поверхностям конусов, установленных внутри этого кольца так, что их образующие, наиболее удаленные от оси кольца, расположены параллельно этой оси.

Недостатком обоих этих механизмов является то, что изменение передаточного отношения производится в них с помощью трения, поэтому такие вариаторы нельзя использовать для передачи больших мощностей.

В авторском свидетельстве СССР №887836 (опубл. 07.12.1981) описан вариатор, в котором применено коническое или сферическое ведущее зубчатое колесо, относительно образующей которого перемещается косозубое ведомое колесо.

Патент США №5597056 (опубл. 28.01.1997) раскрывает вариатор, в котором для изменения передаточного отношения использованы несколько расположенных воронкообразно элементов с коническими частями, по поверхностям которых скользят направляющие, связанные с валами.

Эти два документа описывают зубчатые вариаторы, которые имеют тот недостаток, что к элементам, передающим вращение от ведущего колеса к ведомому, прикладываются опрокидывающие усилия.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является разработка такого способа плавного изменения скорости механической передачи и такого реализующего этот способ зубчатого вариатора, которые были бы свободны от указанных недостатков, а кроме того, обеспечивали бы технический результат в виде расширения арсенала технических средств.

Сущность изобретения

В первом объекте настоящего изобретения поставленная задача решается с достижением указанного технического результата путем обеспечения способа плавного изменения скорости механической передачи, заключающегося в том что: передают вращение с ведущего вала на ведомый вал, посредством по меньшей мере двух зубчатых зацеплений; располагают зубчатые колеса каждого из упомянутых зацеплений таким образом, чтобы колеса в любой момент передачи вращения находились в зубчатом сопряжении; раскладывают вращение входного вала на вращение вокруг двух или более осей, посредством изменения углов наклона зубьев в точке сопряжения конических зубчатых колес одного из упомянутых зацеплений; передают на выходной вал результирующую от упомянутого разложенного вращения входного вала.

Во втором объекте настоящего изобретения поставленная задача решается с достижением указанного технического результата путем обеспечения зубчатого вариатора, содержащего: по меньшей мере два зубчатых зацепления; зубчатые колеса первого упомянутого зацепления, установленные на собственные валы с возможностью скольжения без относительного вращения, выполненные в виде конических тел вращения, на поверхностях которых нарезаны криволинейные зубья с произвольным поперечным профилем, таким образом, что при перемещении колес вдоль валов изменяются углы наклона витков зубьев в месте сопряжения колес, а сами колеса в любой момент передачи вращения находятся в зубчатом сопряжении; зубчатые колеса упомянутых зацеплений, установленные так, что по меньшей мере два колеса разных зацеплений установлены соосно и объединены в единый блок, имеющий две оси вращения, одна из которых совпадает с единственными осями вращения вторых колес соответствующих зацеплений, при этом колеса каждого из упомянутых зацеплений в любой момент передачи вращения находятся в зубчатом зацеплении.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение поясняется чертежами, иллюстрирующими его возможные варианты осуществления. На всех чертежах цифры ссылочных позиций, относящихся к одинаковым или сходным элементам, совпадают.

На фиг.1 представлен вариант осуществления зубчатого вариатора по настоящему изобретению, в котором преобразованная скорость вращения входного вала передается на выходной вал.

На фиг.2 представлен вариант осуществления зубчатого вариатора по настоящему изобретению, в котором преобразованная скорость вращения входного вала передается и перераспределяется между двумя выходными валами.

Перечень используемых терминов

В данном описании и в формуле изобретения используются следующие термины и выражения.

«Зубчатое зацепление» - два зубчатых колеса, находящиеся в зацеплении одно с другим.

«Зубья…, выполненные с переменными углами наклона, от одного основания к другому тел вращения колес» - зубья, углы подъема витков которых, от одного основания к другому тел вращения колес, изменяются.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 показан чертеж вариатора, содержащего два зубчатых зацепления. Колеса 1, 2, составляющие первое зубчатое зацепление, представляют собой винты (червяки) конической формы, на боковых (конических) поверхностях которых выполнены криволинейные зубья 5. Зубья 5, а также промежутки между зубьями, по всей длине зубчатых колес 1 и 2, имеют одинаковую величину, вследствие чего углы наклона зубьев, от меньшего основания к большему, соответствующих конусов колес плавно изменяются. Колеса 1 и 2 установлены на валах 3, 4, причем вал 3 через подшипники установлен в корпусе 8, а вал 4 через подшипники установлен на рамке 7. Валы 3 и 4, как и осевые отверстия ступиц колес 1 и 2, в своих поперечных сечениях имеют квадратную или любую иную форму, обеспечивающую свободное скольжение колес по валам без относительного вращения. Рамка 7 подвижно закреплена на валу 3, так что ее ось вращения совпадает с осью вращения колеса 1. Зубчатое колесо 1 через упорный подшипник подпружинено пружиной 6, со стороны основания собственного конуса. Помимо колеса 2 на вал 4 жестко установлено зубчатое колесо 9, находящееся в зубчатом зацеплении с колесом 10, установленным на валу 11. Вал 11 является выходным, а ось его вращения совпадает с осью вращения колеса 1.

Вариатор по фиг.1 работает следующим образом.

Крутящий момент со входного вала 3 посредством зубчатого колеса 1 передается на зубчатое колесо 2. От колеса 2, через вал 4 и колесо 9, крутящий момент передается на колесо 10 и выходной вал 11.

При незначительной нагрузке на выходном валу 11 по фиг.1 осевые силы в зубчатом зацеплении колес 1, 2 небольшие, и колеса находятся на валах в крайнем верхнем и левом положениях соответственно. Движение рамки 7, колес 2 и 9 относительно колеса 1 отсутствует. Скорость вращения вала 3 равна скорости вращения вала 11.

При увеличении нагрузки на выходном валу 11 по фиг.1 силы в зацеплении колес 1 и 2 раздвигают колеса вдоль их геометрических осей. Этим перемещениям противодействует пружина 6, так что после некоторого перемещения колес по собственным валам устанавливается новое положение, при котором, по причине изменения углов наклона зубьев и диаметров колес в точке сопряжения колес, колесу 2 и валу 4 становится сложнее вращаться в рамке 7. Рамка 7 приходит во вращение, компенсируя тем самым недостаток или полное отсутствие вращения колеса 2 вокруг собственной геометрической оси. Посредством рамки 7 колесо 2 одновременно совершает вращение вокруг двух осей - собственной геометрической оси и оси колеса 1. Результирующая двухосевого вращения колеса 2 посредством колеса 9, обкатывающего колесо 10, передается на выходной вал 11. Изменение соотношения скоростей вращения вала 4 и рамки 7, а также изменение диаметров колес 1 и 2 позволяет изменять скорость вращения и величину крутящего момента, передаваемые на выходной вал передачи.

Механизм по фиг.1, помимо плавного изменения скорости, может быть использован в качестве дифференциала, перераспределяющего нагрузку на выходной вал.

На фиг.2 показана конструкция зубчатого вариатора, в котором преобразованная скорость вращения входного вала передается и перераспределяется между двумя выходными валами.

Конструктивно механизм по фиг.2, повторяет вариатор по фиг 1, с той разницей, что вращение передается от ступицы рамки 7, а ведомыми выступают валы 3 и 11. Для наглядности работы механизма в конструкцию добавлены зубчатые колеса 12 и 13, посредством которых вращение передается на рамку 7. Колесо 13 жестко установлено на валу 14, а колесо 12 закреплено на ступице рамки 7.

Принцип действия вариатора по фиг.2 подобен работе механизма по фиг.1. Крутящий момент от вала 14, посредством колес 13 и 12, поступает на рамку 7. От рамки 7 момент через вал 4, колеса 2, 9, 10 и 1 передается на валы 11 и 3.

При увеличении нагрузки на одном из выходных валов, например на валу 3, осевые силы в зубчатом зацеплении колес 1 и 2 раздвигают колеса вдоль их геометрических осей, в сторону меньшего и большего оснований соответственно. Этим перемещениям противодействует пружина 6, так что после некоторого перемещения колес по собственным валам устанавливается новое положение, при котором колесу 2 и валу 4 становится сложно вращаться вокруг собственной геометрической оси. Рамка 7 приходит во вращение. Результирующая двухосевого вращения колеса 2, посредством колеса 9, обкатывающего колесо 10, и колеса 1, передается на выходные валы 11 и 3 соответственно. Поскольку при перемещении колес 1 и 2 изменяются их диаметры в точке взаимного сопряжения, меняются и величины крутящих моментов, передаваемые на выходные валы.

Таким образом, механизм по фиг.2 может быть использован для перераспределения скоростей вращения двух выходных валов, а также в качестве дифференциала, распределяющего нагрузку между двумя выходным валами.

Представленные примеры вариантов осуществления настоящего изобретения иллюстрируют работу предложенных способа плавного изменения скорости механической передачи и зубчатого вариатора.

Все эти примеры, приведенные в подробном описании, предназначены исключительно для иллюстративных целей, а не для ограничения объема данного изобретения. В приведенных примерах могут быть сделаны различные модификации, не выходящие за рамки сущности настоящего изобретения. Поэтому объем данного изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения с учетом возможных эквивалентных признаков.

1. Способ плавного изменения скорости механической передачи, заключающийся в том, что передают вращение с ведущего вала на ведомый вал посредством, по меньшей мере, двух зубчатых зацеплений; располагают зубчатые колеса каждого из упомянутых зацеплений таким образом, чтобы колеса в любой момент передачи вращения находились в зубчатом сопряжении; раскладывают вращение входного вала на вращение вокруг двух или более осей посредством изменения углов наклона зубьев в точке сопряжения конических зубчатых колес одного из упомянутых зацеплений; передают на выходной вал результирующую от упомянутого разложенного вращения входного вала.

2. Способ по п.1, в котором в зависимости от нагрузки передают разложенное вращение входного вала на два или более выходных валов.

3. Зубчатый вариатор, содержащий, по меньшей мере, два зубчатых зацепления; зубчатые колеса первого упомянутого зацепления, установленные на собственные валы с возможностью скольжения без относительного вращения, выполненные в виде конических тел вращения, на поверхностях которых нарезаны криволинейные зубья с произвольным поперечным профилем таким образом, что при перемещении колес вдоль валов изменяются углы наклона витков зубьев в месте сопряжения колес, а сами колеса в любой момент передачи вращения находятся в зубчатом сопряжении; зубчатые колеса упомянутых зацеплений, установленные так, что, по меньшей мере, два колеса разных зацеплений установлены соосно и объединены в единый блок, имеющий две оси вращения, одна из которых совпадает с единственными осями вращения вторых колес соответствующих зацеплений, при этом колеса каждого из упомянутых зацеплений в любой момент передачи вращения находятся в зубчатом зацеплении.

4. Вариатор по п.3, в котором одно из колес первого упомянутого зацепления, установленное с возможностью перемещения вдоль собственных валов, подпружинено в сторону, противоположную упомянутому перемещению, при увеличении нагрузки на выходном валу.

5. Вариатор по п.3, в котором входным звеном подачи мощности является центральная ось вращения колес разных упомянутых зацеплений, объединенных в единый блок, а выходными являются одна или несколько осей вторых колес соответствующих зацеплений.

6. Вариатор по п.3, в котором входным звеном подачи мощности является ось любого из колес упомянутых зацеплений, способных вращаться только вокруг собственных геометрических осей.