Импульсный механический вариатор

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к вариаторам, и может быть использовано в трансмиссиях дорожно-строительных, транспортных и подъемно-транспортных машин. На ведущем валу закреплена шестерня, зацепляющаяся с шестернями промежуточных валов. В шейке промежуточного вала запрессован палец, с которым шарнирно соединен преобразующий механизм, состоящий из установленной с возможностью качания втулки, на наружной поверхности которой коаксиально закреплены посредством подшипников обойма и каретка. Каретка предназначена для взаимодействия с линейными направляющими корпуса. В корпусе с возможностью осевого перемещения установлен стакан, с дном которого взаимодействует толкатель кулачка. Концы упругого элемента связаны соответственно с донным торцом стакана и кареткой. При вращении ведущего вала крутящий момент передается через шестерни на оба промежуточных вала. Система, включающая втулку, обойму и каретку, начинает совершать колебательные движения в плоскости направляющих, периодически сжимая упругий элемент. При полностью сжатом упругом элементе угол наклона втулки равен нулю. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к вариаторам, и может быть использовано в трансмиссиях дорожно-строительных, транспортных и подъемно-транспортных машин.

Известны импульсные вариаторы, содержащие корпус, размещенные в нем ведущие и ведомые валы, преобразующий механизм, взаимодействующие с ним механизмы свободного хода, связывающие их с ведомым валом зубчатые передачи и регулирующее устройство. Преобразующий механизм выполнен в виде кинематически связанного с ведущим валом полого вала с размещенными в нем опорами, установленного в опорах и кинематически связанного с ведущим валом кривошипного вала, имеющего наклонные к его оси участки, на которых размещены шайбы, взаимодействующие с шайбами кулис, воздействующих на механизмы свободного хода. Регулирующее устройство выполнено в виде кинематически соединенных с полым валом зубчато-винтовых передач, связанных с опорами, размещенной в полом валу наклонно к его оси скалки и имеющий возможность перемещения вдоль нее серьги, воздействующий на кривошипный вал [1] .

В известном вариаторе вращение ведущего вала посредством зубчатой передачи передается обеим частям полого вала, а также шестерням регулирующего устройства. От полого вала во вращательное движение относительно продольной оси вариатора, совпадающей с осью ведомого вала, приводится в движение кривошипный вал. Одновременно кривошипный вал, связанный с карданным валом, приводится во вращение относительно собственной продольной оси с определенной угловой скоростью. Одновременно приводится в действие преобразующий механизм вариатора. Шайбы, установленные на наклонных участках кривошипного вала, совершая планетарное движение, приводит в возвратно-поступательное движение кулисы, которые посредством реек через механизмы свободного хода передают вращательное движение ведомому валу. При смещении опор кривошипного вала, серьга, перемещаясь по скалке, вызывает смещение кривошипного вала относительно шайб, удерживаемых от максимального смещения совместно с кривошипным валом.

Несмотря на преимущество известного вариатора, он имеет и существенные недостатки: низкий КПД и небольшую надежность из-за наличия в преобразующем устройстве непрямолинейного кривошипного вала и наклонных шайб.

Эти недостатки устранены в известном вариаторе, содержащем корпус, установленные в нем соосные ведущий и ведомый валы, опорный диск, шарнирно установленный на ведущем валу, зубчатую передачу, ведомое звено которой закреплено на ведомом валу, зубчатую передачу, ведомое звено которой закреплено на ведомом валу, а ведущие звенья расположены равномерно по окружности ведомого звена, механизмы свободного хода по числу ведущих звеньев, преобразующие механизмы, связанные с опорным диском и через соответствующие механизмы свободного хода - с ведущими звеньями зубчатой передачи, и механизм изменения передаточного отношения, при этом ведомое звено зубчатой передачи выполнено в виде червячного колеса, ведущие звенья - в виде червяков и конических зубчатых колес, предназначенных для последовательного соединения червяков между собой, а каждый преобразующий механизм выполнен в виде зубчато-реечной передачи, при этом механизм изменения передаточного отношения выполнен в виде винта, установленного с возможностью вращения и зубчатого сегмента, жестко связанного с ведущим валом и предназначенного для взаимодействия с винтом [2] .

Техническое решение, принятое за прототип, несмотря на ряд преимуществ, обладает существенными недостатками. Во-первых, низкий КПД из-за наличия минимум четырех червяков, входящих в зацепление с одни червячным колесом; во-вторых, большая трудоемкость сборки и повышенные требования по точности к червякам и червячному колесу; в-третьих, невозможность автоматизировать поворот диска и тем самым отсутствие связи между величиной крутящего момента на входном валу и скоростью вращения выходного вала; в-четвертых, сложность устройства.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение КПД механизма.

Указанная цель достигается тем, что импульсный механический вариатор, содержащий корпус, установленные в нем ведущий вал, кинематически связанные с ним по крайней мере два промежуточных вала, механизмы свободного хода по числу промежуточных валов, кинематически связанный с промежуточными валами ведомый вал и преобразующий механизм, установленный в линейных направляющих корпуса, кинематическая связь между ведущим валом и промежуточными валами выполнена в виде трех шестерен, одна из которых установлена на ведущем валу, а две других - на одних концах соответствующих промежуточных валов, преобразующий механизм выполнен в виде двух втулок, установленных с возможностью качания на других концах соответствующих промежуточных валов посредством пальцев, двух обойм, коаксиально закрепленных посредством подшипников на наружных поверхностях соответствующих втулок, и двух кареток, также коаксиально закрепленных посредством подшипников на наружных поверхностях соответствующих втулок и предназначенных для взаимодействия с соответствующими линейными направляющими корпуса, снабжен двумя стаканами, установленными в корпусе с возможностью осевого перемещения, двумя кулачковыми механизмами, толкателями которых предназначены для взаимодействия с доньями соответствующих стаканов, двумя упругими элементами, одни концы которых связаны с донными торцами соответствующих стаканов, а другие - с соответствующими каретками преобразующего механизма, дополнительным ведомым валом, установленным соосно основному и кинематически связанным с одним из промежуточных валов, валом, установленным параллельно ведомым валам, и четырьмя шестернями, две из которых установлены на обращенных в противоположные стороны концах соответствующих ведомых валов, а две другие на концах вала предназначены для взаимодействия с соответствующими шестернями ведомых валов, механизмы свободного хода установлены на обращенных один к другому концах соответствующих ведомых валов, кинематическая связь между ведомыми и промежуточными валами выполнена в виде двух водил, которые жестко связаны с ведущими обоймами соответствующих механизмов свободного хода и шарнирно связаны с соответствующими обоймами преобразующего механизма, а пальцы промежуточных валов расположены под прямым углом один к другому.

На фиг. 1 показан импульсный механический вариатор, общий вид; на фиг. 2 - кинематическая схема вариатора.

Импульсный механический вариатор содержит связанный с двигателем ведущий вал 1 и два промежуточных вала 2 (на фиг. 1 показан один промежуточный вал), смонтированных в корпусе 3. На ведущем валу 1 закреплена зубчатая шестерня 4, входящая в зацепление с зубчатыми шестернями 5, посаженными на валах 2. В шейке вала 2 запрессован палец 6, с которым шарнирно соединен преобразующий механизм, состоящий из качающейся втулки 7, на которой коаксиально закреплены посредством подшипников 8 обойма 9 и каретка 10. Палец 6 на втором валу 2 расположен под углом 90^о к первому. Каретка 10 помещена в вертикальные направляющие 11, выполненные, например, в отливах корпуса 3. В корпусе 3 с возможностью осевого перемещения закреплен стакан 12, подпертый регулировочными толкателями 13, удерживаемым кулачком 14. Кулачок 14 закреплен на оси 15, связанной с рычагом управления. Между верхней опорой поверхностью стакана 12 и кареткой 10 расперт силовой упругий элемент 16, например цилиндрическая винтовая пружина. Каретка 10, размещенная в пазах 11, и силовой упругий элемент 16 образуют регулирующий механизм. На цапфе обоймы 9 преобразующего механизма установлено водило 17, жестко связанное с ведущей обоймой 18 механизма 19 свободного хода, установленного на выходном валу 20. На этом же валу установлена зубчатая шестерня 21, входящая в зацепление с шестерней 22, выполненной с таким же количеством зубьев и посаженной на общий вал 23. На втором конце вала 23 выполнена вторая шестерня 22, входящая в зацепление с шестерней 21 другого преобразующего механизма.

Вариатор работает следующим образом.

При вращении ведущего вала 1 крутящий момент от двигателя передается на оба вала 2 через шестерни 4 и 5. Вместе с валом 2 начинают вращаться качающаяся втулка 7, так как они соединены посредством пальцев 6. В то же время обойма 9 и каретка 10 не вращаются относительно собственной продольной оси, так как посажены на цилиндрическую часть качающейся втулки посредством подшипников 8. Поскольку положение пальца 6 в пространстве меняется, а каретка 10 расположена между направляющими 11 корпуса 3, система, включающая втулку 7, обойму 9 и каретку 10, начинает совершать колебательные движения в плоскости направляющих 11, периодически сжимая упругий элемент 16. Колебания обеих систем идут в противофазе, так как оси пальцев 6 ориентированы на угол 90^о друг относительно друга, но частота колебаний одинакова, так как валы 2 вращаются с одинаковой скоростью, будучи связанными шестернями 4 и 5. При полностью сжатом упругом элементе 16 угол наклона качающейся втулки 7 равен нулю. При дальнейшем повороте ведущего вала 2 упругий элемент 16 разжимается, увеличивая угол наклона качающейся втулки 7, при этом максимальное значение угла качающейся втулки 7 ограничивается лишь геометрическими размерами упругого элемента 16 в ненагруженном состоянии. При разжатии упругого элемента 16 происходит поворот качающейся втулки 7 вокруг пальца 6 промежуточного вала 2. При этом обойма 9 и связанная с ней посредством цапфы через водило 17 ведущая обойма 18 поворачивает путем давления на заклиненные ролики механизма 19 свободного хода связанный с ним ведомый вал 20. Поскольку преобразующие механизмы совершают колебания в противофазе, два независимых ведомых вала 20 поочередно поворачиваются, приводя во вращение шестерни 21, которые, в свою очередь, вращают шестерни 22. Объединяющий ведомые валы 20 общий вал 23 имеет при этом непрерывное вращение. При возрастании сопротивления вращению (увеличении нагрузки) вала 23 возрастает окружное усиление на один из заклиненных в данный момент времени механизм 19 свободного хода, которое через обойму 9 преобразующего механизма передается на качающуюся втулку 7 соответствующего промежуточного вала 2. При этом качающаяся втулка 7 стремится уменьшить свой угол наклона и, воздействуя на каретку 9 регулирующего механизма, сообщает дополнительное сжатие упругому элементу 16, за счет чего уменьшаются амплитуда колебаний обоймы 9 и угловая скорость вращения ведомого вала 20. Благодаря этому возрастает крутящий момент на валу 23. При неограниченном возрастании крутящего момента на валу 23 окружное усилие на цапфе обоймы 8 возрастает настолько, что упругий элемент 16 сжимается полностью. Угол наклона качающейся втулки 7 становится равным нулю, и колебания обоймы 9 прекращаются. В результате вал 23 останавливается, а промежуточный вал 2 вращается вхолостую. При уменьшении нагрузки на валу 23 уменьшается окружное усилие на цапфе обоймы 9 преобразующего механизма. Упругий элемент 16 уменьшает давление, автоматически уравновешивая нагрузку на обойме 9. Тогда угол наклона качающейся втулки 7 увеличивается и возрастает амплитуда колебаний обоймы 9, что приводит к возрастанию угловой скорости вращения вала 23 и уменьшению крутящего момента на нем.

Для принудительной остановки и задания начального режима с помощью рычага управления поворачивается ось 15 кулачка 14, имеющего два фиксированных положения: рабочее - крайнее верхнее (горизонтальное по фиг. 1), нейтральное - крайнее нижнее (вертикальное по фиг. 1). В рабочем положении регулировочный толкатель 13 приподнимает стакан 12, придавая упругому элементу 16 начальную деформацию. В нейтральном положении упругий элемент 16 возвращается к номинальным размерам и угол наклона качающейся втулки 7 уменьшается до нуля, что приводит к холостым оборотам промежуточного вала 2.

Предлагаемый импульсный механический вариатор имеет ряд преимуществ в сравнении с прототипом: значительно повышается КПД механизма за счет существенного снижения потерь на трение, что снижает эксплуатационные потери и приводит к экономическому эффекту на стадии эксплуатации; снижаются трудоемкость сборки и требования к точности изготовления отдельных деталей, что приводит к экономическому эффекту на стадии изготовления; возможность автоматического снижения числа оборотов ведомого вала при повышении нагрузки позволяет, наряду с экономической эффективностью, повысить комфортабельность эксплуатации машины с предлагаемым вариатором; простота устройства позволяет расширить область его применения и класс заводов для его изготовления.

При реализации такого конструктивного решения значительно расширяются возможности машин, в которых оно применяется, особенно в классе строительно-дорожных машин. Быстрота реагирования на изменение нагрузки по величине позволяет эксплуатировать узлы машин в щадящем режиме, что повышает их долговечность. Автоматическое протекание процесса изменения скорости улучшения условия управления машиной. Простота конструкции существенно снижает ее себестоимость.

Эффективность предлагаемого конструктивного решения оценена по реализованному проекту коробки переключения скоростей автогрейдера, выпускаемого Орловским заводом строительных и дорожных машин. Применение предлагаемой конструкции позволяет снизить затраты на изготовление на 50% , повысить производительность машины на 20% (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 932023, кл. F 16 H 29/04, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР N 1469232, кл. F 16 H 29/04, 1987.

Формула изобретения

ИМПУЛЬСНЫЙ МЕХАНИЧЕСКИЙ ВАРИАТОР, содержащий корпус, установленные в нем ведущий вал, кинематически связанные с ним по крайней мере два промежуточных вала, механизмы свободного хода по числу промежуточных валов, кинематически связанный с промежуточными валами ведомый вал и преобразующий механизм, отличающийся тем, что в корпусе выполнены две пары линейных направляющих, кинематическая связь между ведущим валом и промежуточными валами выполнена в виде трех шестерен, одна из которых установлена на ведущем валу, а две другие - на одних концах соответствующих промежуточных валов, преобразующий механизм выполнен в виде двух втулок, установленных с возможностью качания на других концах соответствующих промежуточных валов посредством пальцев, двух обойм, коаксиально закрепленных посредством подшипников на наружных поверхностях соответствующих втулок, и двух кареток, также коаксиально закрепленных посредством подшипников на наружных поверхностях соответствующих втулок и предназначенных для взаимодействия с соответствующими линейными направляющими корпуса, вариатор снабжен двумя стаканми, установленными в корпусе с возможностью осевого перемещения, двумя кулачковыми механизмами, толкатели которых предназначены для взаимодействия с доньями соответствующих стаканов, двумя упругими элементами, одни концы которых связаны с донными торцами соответствующих стаканов, а другие - с соответствующими каретками преобразующего механизма, дополнительным ведомым валом, установленным соосно с основным и кинематически связанным с одним из промежуточных валов, валом, установленным параллельно ведомым валам, четырьмя шестернями, две из которых установлены на обращенных в противоположные стороны концах соответствующих ведомых валов, а две другие - на концах вала и предназначены для взаимодействия с соответствующими шестернями ведомых валов, механизмы свободного хода установлены на обращенных один к другому концах соответствующих ведомых валов, кинематическая связь между ведомыми и промежуточными валами выполнена в виде двух водил, которые жестко связаны с ведущими обоймами соответствующих механизмов свободного хода и шарнирно связаны с соответствующими обоймами преобразующего механизма, а пальцы промежуточных валов расположены под прямым углом один к другому.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2