Колебательный механизм высокомоментного вариатора нефрикционного типа



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

 


Владельцы патента RU 2475663:

Пылаев Борис Васильевич (RU)

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, в частности к колебательным механизмам высокомоментного вариатора нефрикционного типа. Механизм содержит корпус, установленные на подшипниках в корпусе входной вал и перпендикулярный ему колебательный вал, а также механизм качающейся шайбы. Механизм качающейся шайбы включает в себя посаженный на цапфы входного вала кривошип, устройство принудительного изменения угла наклона кривошипа относительно оси входного вала и образующую с кривошипом вращательную пару качающуюся шайбу. В корпусе с возможностью вращения установлена опорная вилка, взаимодействующая с качающейся шайбой посредством цапф. Колебательный вал снабжен коромыслом, а на качающейся шайбе установлена с возможностью вращения скрещивающаяся под прямым углом с осью кривошипа трубчатая направляющая с размещенным в ней шаровым роликом, образующим с коромыслом поступательно-вращательную пару. Техническим результатом является упрощение конструкции и повышение эксплутационных характеристик механизма. 16 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и предназначено для преобразования однонаправленного вращения входного звена механизма в колебательное вращение выходного звена с плавно изменяемым размахом его колебаний, что может быть использовано в высокомоментных вариаторах нефрикционного типа, объемных регулируемых гидромашинах и других устройствах при большой передаваемой мощности.

Известны колебательные механизмы с плавно изменяемым размахом колебаний колебательного вала, являющегося выходным звеном механизма. Такой механизм является необходимым устройством в высокомоментных вариаторах нефрикционного типа. Например, известны кулачковые колебательные механизмы, обеспечивающие равномерность вращения выходного вала высокомоментных вариаторов [1-3], а конструктивно более простые некулачковые колебательные механизмы, например [4], не обеспечивают высокой равномерности вращения выходных валов вариаторов. Известны также механизмы с качающейся шайбой, в которых угол положения шайбы относительно оси входного вала принудительно изменяется на работающем механизме [5 и 6].

Примем за прототип наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату колебательный механизм [7], содержащий корпус, установленные на подшипниках в корпусе входной вал и с перпендикулярной ему осью колебательный вал, механизм качающейся шайбы, включающий в себя посаженный на цапфах входного вала кривошип, в виде втулки, устройство принудительного изменения угла наклона кривошипа относительно оси входного вала и образующий с кривошипом вращательно-поступательную пару качающуюся шайбу, связанную цапфами шайбы с колебательным валом посредством выполненной на нем опорной вилки с возможностью обеспечения одной из центральных осей качающейся шайбы перемещение в плоскости оси входного вала.

Признаки известного механизма (прототипа), совпадающие с заявляемым изобретением, следующие. Известный механизм содержит корпус, установленные на подшипниках в корпусе входной вал и с перпендикулярной ему осью колебательный вал, а также механизм качающейся шайбы, включающий в себя посаженный на цапфах входного вала кривошип, устройство принудительного изменения угла наклона кривошипа относительно оси входного вала и образующую с кривошипом вращательную пару качающуюся шайбу, связанную с корпусом с возможностью обеспечения одной из центральных осей качающейся шайбы перемещение в плоскости оси входного вала, например, с помощью установленной на подшипнике в корпусе с перпендикулярной оси входного вала осью вращения опорной вилки, связанной цапфами шайбы с качающейся шайбой.

В известном механизме колебательный вал в мертвых точках имеет недостаточный выстой для обеспечения высокой равномерности вращения выходного вала высокомоментного вариатора, а так как у механизма один колебательный вал, то для вариатора требуется пара таких механизмов, что усложняет конструкцию вариатора.

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

Предлагаемый колебательный механизм имеет следующие существенные признаки. Он содержит корпус, установленные на подшипниках в корпусе входной вал и скрещивающийся с ним под прямым углом колебательный вал, а также механизм качающейся шайбы, включающий в себя посаженный на цапфы входного вала кривошип, устройство принудительного изменения угла наклона кривошипа относительно оси входного вала и образующую с кривошипом вращательную пару качающуюся шайбу, связанную с корпусом с возможностью обеспечения одной из центральных осей качающейся шайбы перемещение в плоскости оси входного вала, например, с помощью установленной на подшипнике в корпусе связанной цапфами шайбы с качающейся шайбой опорной вилки, с перпендикулярной входному валу осью вращения, при этом колебательный вал снабжен коромыслом, а на качающейся шайбе установлена с возможностью вращения скрещивающаяся под прямым углом с осью кривошипа трубчатая направляющая, с размещенным в ней шаровым роликом, образующим с коромыслом поступательно-вращательную пару.

Отличительными от прототипа признаками изобретения являются следующие. Входной и колебательный валы смонтированы скрещивающимися, колебательный вал снабжен коромыслом, а на качающейся шайбе установлена с возможностью вращения скрещивающаяся под прямым углом с осью кривошипа трубчатая направляющая с размещенным в ней шаровым роликом, образующим с коромыслом поступательно-вращательную пару.

На фиг.1-7 дан вариант конструкции предлагаемого колебательного механизма; на фиг.8 графики γ(α) и φ(α); на фиг.9-12 представлен пример использования колебательного механизма в высокомоментном вариаторе нефрикционного типа; на фиг.13 и 14 показаны кинематические характеристики вариатора; на фиг.15 - графики Ω(β) и М(β); на фиг.16 - вариант исполнения входного вала.

Предлагаемый механизм (фиг.1-7) содержит корпус 1, установленные на подшипниках в корпусе с осью Z входной вал 2 и скрещивающийся с ним под прямым углом колебательный вал 3 с коромыслом 4 (Х1 - ось колебательного вала), а также механизм качающейся шайбы, включающий в себя посаженный посредством двух цапф 5 входного вала кривошип 6 (z - пересекающаяся с осью Z в точке О ось кривошипа) и установленную на подшипниках 7 кривошипа качающуюся шайбу 8 с цилиндрическими проушинами 9 с шипами 10, на которые с возможностью вращения установлена с осью АВ, скрещивающейся с осью кривошипа z под прямым углом, трубчатая направляющая 11 с шаровым роликом 12. О - центр качающейся шайбы, Oxyz - связанная с качающейся шайбой декартова система координат. На качающейся шайбе выполнены противовес 13 и соосно центральной оси шайбы x пара цапф шайбы 14, а также закреплены соосно оси z два стакана 15 подшипников 7. В корпусе с возможностью вращения установлена опорная вилка 16, взаимодействующая с качающейся шайбой посредством цапф шайбы 14, Y - ось вращения опорной вилки, проходящая через центр O перпендикулярно осям Z и x, OXYZ - связанная с корпусом декартова система координат.

Механизм снабжен устройством принудительного изменения угла β наклона оси z кривошипа 6 относительно оси Z входного вала 2. Это устройство содержит образующие винтовую пару винт 17 с рукояткой управления 18 и закрепленную на корпусе гайку 19. На винте с возможностью вращения с осевой фиксацией установлен ползун 20, связанный штифтом 21 с поворотником 22. В поворотнике выполнены прямоугольный паз 23 и цилидрический палец 24, в пазу размещена с возможностью вращения в кривошипе 6 планка 25, образующая с поворотником поступательную пару. Поворотник 22 с ползуном 20 установлены внутри входного вала с возможностью осевого перемещения за счет направляющей 26 и цилиндра 27, при этом поворотник фиксирован от поворота относительно входного вала плоской направляющей 28.

Механизм действует следующим образом. Вращающийся с угловой скоростью ω входной вал 2 совместно с кривошипом 6 сообщает качающейся шайбе 8 движение относительно неподвижного центра O. Характер движения различных точек качающейся шайбы зависит от их положения. Перемещения точек на оси x возможно только в плоскости OXZ, из-за кинематической связи с опорной вилкой 16. α - угол поворота входного вала. Колебательное вращение колебательного вала 3 с угловой скоростью ωка осуществляется от качающейся шайбы через коромысло 4, взаимодействующее с шаровым роликом 12, посаженным в трубчатую направляющую 11. Такая особенность конструкции позволяет перемещать контактную точку E в центральной плоскости Oxy качающейся шайбы, что влияет на характер колебаний колебательного вала, то есть на функцию угла поворота γa(α), которая зависит от параметров механизма (см. фиг.1, 4 и 5):

1) положение колебательного вала 3 (YD);

2) положение коромысла 4 (XD, τ);

3) ориентация оси AB трубчатой направляющей 12 (yA и µ).

Размах колебаний колебательного вала λ=2|γa|max зависит от угла β наклона оси z кривошипа 6 к оси Z входного вала, который можно изменять вращением рукоятки управления 18. При этом винт 17 перемещается вдоль оси входного вала вместе с ползуном 27 и поворотником 22. Поворотник своим прямоугольным пазом 23, контактируя с планкой 25, поворачивает кривошип. При β=0 скорость колебательного вала ωка=0, а при максимальном перемещении винта h угол βmax и размах колебаний λ максимальны.

Зависимость угла поворота колебательного вала γa(α) при полуобороте входного вала показана на фиг.8, где пунктиром дана функция угла поворота опорной вилки φ(α) при β=28,8°. φ - угол поворота колебательного вала в механизме [7], принятом за прототип. На представленных графиках видно, что в окрестности мертвой точки k имеем сравнительно более продолжительный выстой колебательного вала предлагаемого устройства, чем у прототипа, так как кривизна γa(α=90°) меньше кривизны φ(α=90°). Это позволяет иметь меньшую более чем в два раза в сравнении с прототипом неравномерность вращения выходного вала вариатора при использовании предлагаемого механизма.

Колебательный вал, установленный симметрично показанному на фиг.4, имеет сдвинутые по фазе 90° кинематические характеристики. Угол поворота этого колебательного вала γb(α) показан на фиг.8. Это свойство позволяет использовать предлагаемый механизм в высокомоментном вариаторе нефрикционного типа с одной качающейся шайбой и с парой колебательных валов 3а и 3b. Конструкция такого вариатора показана на фиг.9-12, где 2 - входной, а 29 - выходной валы. На выходном валу смонтирован дифференциал с парой установленных с возможностью относительного вращения зубчатых колес 30, и на этом валу закреплено водило 31 с сателлитом 32, сцепленным с зубчатыми колесами. На шпонках 33 каждой из зубчатых колес посажена пара обгонных муфт 34 с ведущими полумуфтами 35 и 36, выполненных в виде шкивов. На каждом колебательном валу выполнена пара шкивов 37 и 38, связанных с ведущими полумуфтами соответственно 35 и 36, закрепленными на шкивах тросами 39, с возможностью передачи от колебательных валов через обгонные муфты однонаправленного вращения зубчатым колесам со скоростями

ωa=|ωка|(r/R) и ωb=|ωкb|(r/R),

где r и R - радиусы шкивов (фиг.10).

Скорость водила 31 дифференциала, следовательно, выходного вала 29 вариатора

Ω=0,5(ωab).

Коэффициент неравномерности вращения выходного вала

,

где - среднее значение скорости выходного вала;

M - передаваемый выходным валом момент.

Коэффициент неравномерности δ существенно зависит от параметров колебательного механизма (фиг.13). Минимальное значение δ=0,07 достигается при угле наклона оси AB цилиндрической направляющей µ=30°.

На фиг.14 даны кинематические параметры вариатора при частоте вращения входного вала n=1000 об/мин (ω=104,7 рад/с) и β=20°.

При изменении угла β от 0° до 20° рукояткой управления 18 варьируются передаваемый момент M и скорость Ω выходного вала 29 от 0 до 18,4 рад/с, и в стоповом режиме (при β~0°) имеем на выходном валу пиковый передаваемый момент Mst (фиг.15).

Применение предлагаемого колебательного механизма в высокомоментном вариаторе нефрикционного типа позволяет упростить его конструкцию за счет отсутствия сложных кулачковых колебательных механизмов [1-3], при этом обеспечивается достаточно высокая равномерность вращения выходного вала, которая может быть уменьшена до нуля за счет обгона в обгонных муфтах. Благодаря обгону (фиг.15) имеет место автоматическое изменение передаточного отношения вариатора (эффект саморегулирования [8 и 9]): при уменьшении передаваемого момента M скорость выходного вала Ω возрастает при фиксированной рукоятке управления 18.

Статическая балансировка механизма осуществляется противовесом 13 на качающейся шайбе, а динамическая - применением двух маховиков 40 и 41, посаженных на концах входного вала 2 (фиг.16).

В вариаторах данного типа следует применять зубчатые нефрикционные обгонные муфты [10-12], у которых угол срабатывания равен нулю при большом передаваемом моменте.

Информация о высокомоментных вариаторах нефрикционного типа дана на сайте [13].

Источники информации

1. DE 3309044, F16H 29/08, 14.03.83.

2. RU 2242654 С2, F16H 29/08, 20.01.2003 (Б.В.Пылаев).

3. RU 2409779 С1, F16H 29/08, 06.07.2009 (Б.В.Пылаев).

4. RU 2250400 С1, F16H 29/08,06.10.2003 (Б.В.Пылаев).

5. DE 2659958, F16H 23/08, 30.07.76.

6. SU 1096417 А, F16H 23/04, 03.06.82.

7. RU 2207463 С2, F16H 23/04, 06.03.2001 (Б.В.Пылаев).

8. RU 2313019 С2, F16H 29/08, 28.12.2005 (Б.В.Пылаев).

9. Б.В.Пылаев. Приспособляемость нефрикционного высокомоментного вариатора к внешней нагрузке // Вестник машиностроения. 2009. №5. С.12-16.

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

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

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

13. http://vmvp.ru

Колебательный механизм высокомоментного вариатора нефрикционного типа, содержащий корпус, установленные на подшипниках в корпусе входной вал и с перпендикулярной ему осью колебательный вал, а также механизм качающейся шайбы, включающий в себя посаженный на цапфы входного вала кривошип, устройство принудительного изменения угла наклона кривошипа относительно оси входного вала и образующую с кривошипом вращательную пару качающуюся шайбу, связанную с корпусом с возможностью обеспечения одной из центральных осей качающейся шайбы перемещение в плоскости оси входного вала, например, с помощью установленной на подшипнике в корпусе, связанной цапфами шайбы с качающейся шайбой опорной вилки, с перпендикулярной входному валу осью вращения, отличающийся тем, что входной и колебательный валы смонтированы скрещивающимися, колебательный вал снабжен коромыслом, а на качающейся шайбе установлена с возможностью вращения скрещивающаяся под прямым углом с осью кривошипа трубчатая направляющая с размещенным в ней шаровым роликом, образующим с коромыслом поступательно-вращательную пару.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к колебательным механизмам нефрикционного высокомоментного вариатора. .

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 импульсным вариаторам транспортного средства
Наверх