Колебательный механизм нефрикционного высокомоментного вариатора



Колебательный механизм нефрикционного высокомоментного вариатора
Колебательный механизм нефрикционного высокомоментного вариатора
Колебательный механизм нефрикционного высокомоментного вариатора
Колебательный механизм нефрикционного высокомоментного вариатора
Колебательный механизм нефрикционного высокомоментного вариатора
Колебательный механизм нефрикционного высокомоментного вариатора
Колебательный механизм нефрикционного высокомоментного вариатора
Колебательный механизм нефрикционного высокомоментного вариатора
Колебательный механизм нефрикционного высокомоментного вариатора
Колебательный механизм нефрикционного высокомоментного вариатора
Колебательный механизм нефрикционного высокомоментного вариатора
Колебательный механизм нефрикционного высокомоментного вариатора
Колебательный механизм нефрикционного высокомоментного вариатора
Колебательный механизм нефрикционного высокомоментного вариатора
Колебательный механизм нефрикционного высокомоментного вариатора
Колебательный механизм нефрикционного высокомоментного вариатора

 


Владельцы патента RU 2409779:

Пылаев Борис Васильевич (RU)

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к колебательным механизмам нефрикционного высокомоментного вариатора. Механизм содержит установленный в корпусе с возможностью однонаправленного вращения кулачок - ведущее звено, ведомое звено, рукоятку управления и устройство преобразования однонаправленного вращения кулачка в колебательное вращение ведомого звена с возможностью плавного изменения размаха его колебаний от рукоятки управления. Устройство преобразования включает в себя установленное в корпусе, контактирующее с кулачком, кинематически связанное с ведомым звеном двухплечевое коромысло, коническое зубчатое колесо, рычаг с коническим зубчатым сектором, а также установленный в корпусе с возможностью поворота от рукоятки управления поворотник с перпендикулярными оси поворота цапфами, на которые посажен рычаг. При этом в двухплечевом коромысле выполнен контактирующий с рычагом кольцеобразный паз. Конический зубчатый сектор рычага соосен цапфам, а коническое зубчатое колесо соосно оси поворота поворотника, сцеплено с коническим зубчатым сектором и является ведомым звеном механизма. Решение направлено на упрощение конструкции и повышение эксплутационных характеристик механизма. 15 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и предназначено для преобразования однонаправленного вращения ведущего звена в колебательное вращение ведомого звена с плавно изменяемым размахом его колебаний, что может быть использовано в нефрикционных высокомоментных вариаторах, объемных регулируемых гидромашинах и других устройствах при большой передаваемой мощности.

Известны колебательные механизмы с плавно изменяемым размахом колебаний ведомого звена, например некулачковый механизм [1], который не позволяет обеспечивать равномерность вращения выходного вала высокомоментного вариатора нефрикционного типа, а обеспечивающие равномерность кулачковые механизмы, например [2-4], конструктивно сложные и материалоемкие.

Примем за прототип наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату колебательный механизм высокомоментного вариатора [5], содержащий корпус, установленный в корпусе с возможностью однонаправленного вращения кулачок - ведущее звено, ведомое звено, рукоятку управления и устройство преобразования однонаправленного вращения кулачка в колебательное вращение ведомого звена с возможностью плавного изменения размаха его колебаний от рукоятки управления, включающее в себя установленное в корпусе двухплечевое коромысло, при этом кулачок выполнен с двумя раздвижными от рукоятки управления вдоль оси вращении профилями, контактирующими с двухплечевым коромыслом, являющимся ведомым звеном.

Признаки известного механизма (прототипа), совпадающие с заявляемым изобретением, следующие. Известный механизм содержит корпус, установленный в корпусе с возможностью однонаправленного вращения кулачок - ведущее звено, ведомое звено, рукоятку управления и устройство преобразования однонаправленного вращения кулачка в колебательное вращение ведомого звена с возможностью плавного изменения размаха его колебаний от рукоятки управления, включающее в себя установленное в корпусе контактирующее с кулачком кинематически связанное с ведомым звеном двухплечевое коромысло.

У известного механизма сложная и громоздкая система изменения размаха колебания ведомого звена. Кулачок имеет пару технологически сложно выполнимых пространственных профилей, которые сильно нагружены из-за точечного пятна контакта с коромыслом.

Цель предлагаемого изобретения - упрощение и удешевление конструкции с повышением эксплуатационных характеристик.

Предлагаемый колебательный механизм имеет следующие существенные признаки. Он содержит корпус, установленный в корпусе с возможностью однонаправленного вращения кулачок - ведущее звено, ведомое звено, рукоятку управления и устройство преобразования однонаправленного вращения кулачка в колебательное вращение ведомого звена с возможностью плавного изменения размаха его колебаний от рукоятки управления, включающее в себя установленный в корпусе контактирующее с кулачком кинематически связанное с ведомым звеном двухплечевое коромысло, коническое зубчатое колесо, рычаг, выполненный на рычаге конический зубчатый сектор и установленное в корпусе с возможностью поворота от рукоятки управления поворотник с перпендикулярными оси поворота цапфами, на которые посажен рычаг, при этом в двухплечевом коромысле выполнен контактирующий с рычагом кольцеобразный паз, конический зубчатый сектор соосен цапфам, а коническое зубчатое колесо соосно оси поворота поворотника, сцеплено с коническим зубчатым сектором и является ведомым звеном механизма.

Отличительными от прототипа признаками изобретения являются следующие. Предлагаемый колебательный механизм высокомоментного вариатора снабжен коническим зубчатым колесом, рычагом, выполненным на рычаге коническим зубчатым сектором и установленным в корпусе с возможностью поворота от рукоятки управления поворотником с перпендикулярными оси поворота цапфами, на которые посажен рычаг, при этом в двухплечевом коромысле выполнен контактирующий с рычагом кольцеобразный паз, конический зубчатый сектор соосен цапфам, а коническое зубчатое колесо соосно оси поворота поворотника, сцеплено с коническим зубчатым сектором и является ведомым звеном механизма.

На фиг.1-3 дан вариант конструкции предлагаемого механизма; на фиг.4 - кинематическая схема; на фиг.5 и 6 - пример использования колебательного механизма в нефрикционном высокомоментном вариаторе; на фиг.7-9 - характеристики вариатора; на фиг.10-14 - варианты конструкции механизма; на фиг.15 - схема роторного гидронасоса с плавно изменяемой подачей.

Предлагаемый механизм (фиг.1-3) содержит корпус 1, смонтированный в корпусе с возможностью вращения поворотник 2 с парой цапф 3. На поворотнике закреплено червячное колесо 4, сцепленное с червяком 5, установленным в корпусе с возможностью поворота от рукоятки управления 6. На цапфы поворотника 3 посажен рычаг 7 с парой сферических концевиков 8, а на рычаге выполнен конический зубчатый сектор 9 соосно цапфам. На поворотнике установлен соосно ему с возможностью свободного вращения колебательный шкив 10 совместно с закрепленным на нем коническим зубчатым колесом 11, которое сцеплено с коническим зубчатым сектором 9. На поворотнике соосно ему установлен с возможностью свободного вращения шкив привода 12 с закрепленным на нем кулачком 13 трубчатого типа с профилем кулачка 14. В корпусе на подшипниках 15 установлено двухплечевое коромысло 16 с роликами 17, контактирующими с профилем кулачка 14, ось вращения коромысла перпендикулярна оси поворотника. В двухплечевом коромысле выполнен кольцеобразный паз 18, контактирующий с концевиками 8 рычага. Кулачок 13 со шкивом привода 12 - ведущее звено, коническое зубчатое колесо 11 с колебательным шкивом 10 - ведомое звено.

Механизм действует следующим образом. Вращающийся с угловой скоростью ω совместно со шкивом 12 кулачок 13 (ведущее звено) задает колебательное вращение двухплечевому коромыслу 16 со скоростью ω16, которое посредством кольцеобразного паза 18 передает колебательное вращение со скоростью ω7 рычагу 7 с коническим зубчатым сектором 9, а через него - коническому зубчатому колесу 11 с колебательным шкивом 10 (ведомое звено) со скоростью ω10=u ω7, где u - передаточное отношение зубчатой пары 9-11. Скорость рычага ω7, следовательно, и ω10 зависят от скорости кулачка ω и параметров механизма, в котором изменяемым является угол поворота β поворотника 2, 0≤β≤90° (фиг.4), который устанавливается рукояткой управления 6. Профиль кулачка 14 обеспечивает закон поворота двухплечевого коромысла φ=φ(α), где α - угол поворота кулачка, обеспечивая скорость и размах колебаний

и λ=2φmax=const,

угол поворота рычага и размах его колебания

,

,

и зависят от β, при этом размах колебаний ведомого звена λ10=uλ7, следовательно, имеет место плавное изменение скорости ведомого звена ω10

.

Конструкция нефрикционного высокомоментного вариатора показана на фиг.5, в котором использована пара предлагаемых колебательных механизмов с кулачками 13а и 13b, повернутых относительно друг друга на угол 90° и закрепленных на приводном шкиве 12. Привод вариатора осуществляется от двигателя 19 через ременную передачу 20. От колебательных шкивов 10 колебательное вращение передается на ведущие полумуфты 21 и 22 обгонных муфт 23 и 24 посредством тросов 25 и 26, как показано на фиг.6. Тросы закреплены на колебательных шкивах и ведущих полумуфтах. Ведомые полумуфты 27 обгонных муфт посажены на валы 28, на которых закреплены шестерни 29. Звенья 10, 21-29 образуют механизм выпрямителя колебаний, у которого колебательный шкив - ведущее звено, а шестерня 29 - ведомое. Выпрямитель преобразует колебательное вращение колебательного шкива 10 в однонаправленное вращение шестерни 29. Пара шестерен 29а и 29b сцеплена с зубчатыми колесами 30а и 30b, выполненными совместно с коническими колесами 31а и 31b трехвального дифференциала с сателлитом 32 и водилом 33, закрепленным на выходном валу вариатора 34. На валах 28 выпрямителя посажены маховики 35. Профили кулачков в обоих колебательных механизмах обеспечивают закон поворота двухплечевого рычага ,

где ,

β0 - фиксированный угол положения поворотника,

,

s(α)=2Ф[sin(α)]-1 (Ф(x≥0)=1; Ф(x<0)=-1 - функция Хевисайда).

Вариатор работает следующим образом. От вращающихся со скоростью ω кулачка 13а колебательный шкив 10а колеблется со скоростью

где U1(α)=(2/π)s(α)sin2α, а скорость колебательного шкива 10b

ω10b(α,β)=ω10a(α+0,5π,β).

Скорости колес дифференциала 31а и 31b соответственно равны

ωa(α,β)=|ω10a(α,β)|·u10,30; ωb(α,β)=ωa(α+0,5π,β),

где u10,30 - передаточное отношение между звеньями 10 и 30. Скорость выходного вала вариатора Ω=0,5(ωab).

При 0≤β≤90° ω u·u10,30λ/π≤Ω≤0. На фиг.7 показан при ω=const характер кинематических параметров вариатора. На фиг.8 представлен характер скорости Ω и момента сопротивления МΩ на выходном валу вариатора (сплошные линии при работе обгонных муфт без обгона, заштрихованные области - с обгоном). При уменьшении Ω момент МΩ растет теоретически до бесконечности, а практически при β→90° МΩ в сотни раз больше момента на кулачках Мω.

Неравномерность вращения выходного вала вариатора

,

графически показана на фиг.9, рассчитана без учета обгонного действия обгонных муфт выпрямителя и зависит от β0 - назначаемый при профилировке кулачка угол, где видно достаточно приемлемое для практики значение δ. Следует отметить, что при высоких скоростях Ω имеет место обгон и δ≈0, а при малых скоростях Ω неравномерность не существенна. Благодаря обгону (фиг.8) имеет место автоматическое изменение передаточного отношения вариатора при изменении момента сопротивления МΩ без использования рукоятки управления в диапазоне 0≤β≤βК, а значение βК зависит от инерции звеньев вариатора, чему способствуют маховики 35 (см. [6, 7]).

Способ передачи колебательного вращения от рычага ведомому звену в перпендикулярном направлении не принципиален. На фиг.10 и 11 показана связь рычага с ведомым звеном (колебательный шкив 10) посредством карданного шарнира. На рычаге и колебательном шкиве выполнены вилки 36 и 37, соединенные крестовиной 38, передаточное отношение u=1.

На фиг.12 показан вариант исполнения концевика рычага, который снабжен башмаком 39, посаженным с возможностью вращения относительно оси рычага и взаимодействия с кольцевым пазом.

Вид кулачка не принципиален. На фиг.13 кулачок выполнен сферическим, а профиль кулачка 14 - в виде желоба контактирующего с шаровидным роликом, что понижает контактные напряжения, а также за счет уменьшения длины двухплечевого коромысла минимизируется его момент инерции.

Кулачок, выполненный с двумя повернутыми на 180° относительно друг друга цилиндрическими профилями, показан на фиг.14.

Обгонные муфты выпрямителей вариатора работают при высокой частоте срабатывания и большой нагрузке, поэтому известные фрикционные обгонные муфты, например роликовые, непригодны. Следует использовать зубчатые обгонные муфты [8-11]. Реверсивная зубчатая обгонная муфта [11] обеспечивает реверс вариатора без использования реверсивного механизма.

Предложенный колебательный механизм применим в устройствах, параметры которых необходимо плавно изменять. На фиг.15 дана схема роторного гидронасоса с плавно регулируемой подачей. В корпусе насоса 40 размещен ротор 41, соединенный с ведомым звеном колебательного механизма и совершает вместе с ним колебательное вращение. Патрубки 42 и 43 посредством клапанов 44 соединены с баком 45 и полостями насоса. Колебательный механизм позволяет плавно изменять подачу насоса от нулевой до максимальной.

Нефрикционный высокомоментный вариатор с заявленным колебательным механизмом изготовлен и продемонстрировал свою работоспособность.

Источники информации

1. RU 2263240 С2, F16Н 29/08, 25.11.2003 (Б.В.Пылаев).

2. DE 3309044, F16Н 29/08, 14.03.83 (Rindfleisch В.).

3. RU 2204749 C1, F16Н 29/08, 05.11.2001 (Б.В.Пылаев).

4. RU 2304734 С2, F16Н 29/08, 14.03.2005 (Б.В.Пылаев).

5. RU 2242654 С2, F16Н 29/08, 20.01.2003 (Б.В.Пылаев).

6. RU 2313019 С2, F16Н 29/08, 28.12.2005 (Б.В.Пылаев).

7. Б.В.Пылаев. Приспособляемость нефрикционного высокомоментного вариатора к внешней нагрузке // Вестник машиностроения. 2009. №5. С.16-22.

8. Б.В.Пылаев, А.А.Шамин. Зубчатая обгонная муфта для нефрикционного высокомоментного вариатора // Вестник машиностроения. 2008. №6. С.3-6.

9. RU 2298711 С2, 22.07.2005 (Б.В.Пылаев, А.А.Шамин).

10. RU 2353835 С2, F16D 41/08, 27.03.2007 (Б.В.Пылаев, А.А.Шамин).

11. RU 2353836 С2, F16D 41/08, 27.03.2007 (Б.В.Пылаев, А.А.Шамин).

Колебательный механизм нефрикционного высокомоментного вариатора, содержащий корпус, установленный в корпусе с возможностью однонаправленного вращения кулачок - ведущее звено, ведомое звено, рукоятку управления и устройство преобразования однонаправленного вращения кулачка в колебательное вращение ведомого звена с возможностью плавного изменения размаха его колебаний от рукоятки управления, включающее в себя установленное в корпусе контактирующее с кулачком кинематически связанное с ведомым звеном двухплечевое коромысло, отличающийся тем, что снабжено коническим зубчатым колесом, рычагом, выполненным на рычаге коническим зубчатым сектором и установленным в корпусе с возможностью поворота от рукоятки управления поворотником с перпендикулярными оси поворота цапфами, на которые посажен рычаг, при этом в двухплечевом коромысле выполнен контактирующий с рычагом кольцеобразный паз, конический зубчатый сектор соосен цапфам, а коническое зубчатое колесо соосно оси поворота поворотника, сцеплено с коническим зубчатым сектором и является ведомым звеном механизма.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах машин и механизмов в качестве регулируемой бесступенчатой передачи. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах машин и механизмов в качестве регулируемой бесступенчатой передачи. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для плавного изменения передаточного отношения в трансмиссии машин при большой передаваемой мощности, включая останов ведомого вала под нагрузкой и реверс.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах машин и механизмов в качестве регулируемой бесступенчатой передачи. .

Изобретение относится к машиностроению, а именно к передачам для сообщения вращательного движения с прерывисто действующими приводными элементами, в которых передаточное число изменяется посредством регулирования пути движения, расположения шарнира или рабочей длины качающегося соединительного элемента.

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.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к механизмам для преобразования вращения ведущего вала в колебательное вращение ведомого вала с плавно измененяемой амплитудой, и может быть использовано в нефрикционных вариаторах, объемных регулируемых гидравлических машинах и других устройствах.

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.

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.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам бесступенчатой передачи вращательного движения. .

Изобретение относится к импульсным вариаторам транспортного средства
Наверх