Вариатор скорости

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для передачи крутящих моментов с регулируемой частотой вращения. Цель изобретения - обеспечение управления скоростью вращения выходным валом вариатора без остановки его работы. Устройство состоит из ведущей и ведомой полумуфт, втулки, которая с одной из полумуфт образует кулачковый механизм зацепления пальца с замкнутой винтовой канавкой. С другой полумуфтой втулка входит в шпоночное или шлицевое соединение по посадке, обеспечивающей ей осевое возвратно - поступательное движение. Кроме того, втулка образует поршневую пару с помощью камеры, выполненной во втулке в виде глухого отверстия, в котором размещается поршень с уплотнительным элементом, жестко закрепленный на неподвижном элементе устройства. Для перетока рабочего агента (воздух, жидкость) из камеры в наружную среду в поршне выполнено калиброванное отверстие, а для регулирования расхода рабочего агента в поршне установлен регулировочный клапан, взаимодействующий с калиброванным отверстием. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в любой отрасли техники для передачи крутящих моментов с регулируемой частотой вращения.

Известен вариатор скорости с зубчатым зацеплением, в котором в качестве ведущей полумуфты использован корпус водила, в качестве ведомой зубчатое колесо с внутренним зацеплением, узлом, передающим вращательное движение с ведущей полумуфты на ведомую, служат сателлиты с двумя коническими зубчатыми венцами, один из которых обкатывает опорное колесо, а другой входит в зубчатое зацепление с ведомой полумуфтой [1] Устройство сложно по конструкции и требует большой трудоемкости изготовления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является вариатор скорости, включающий ведущую и ведомую полумуфты, а узел, предназначенный для передачи крутящего момента с ведущей полумуфты на ведомую, выполнен в виде втулки, установленной на одной из полумуфт с помощью шпоночного или шлицевого соединения с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения относительно нее и взаимосвязанной с другой полумуфтой через кулачковый механизм поршневой пары, образованной камерой, выполненной в виде отверстия во втулке, ось которого совпадает с их осью, и расположенным в этом отверстии поршнем, жестко установленным на ведомой или ведущей полумуфте, или втулке, а также клапана, установленного на ведомой полумуфте или втулке с возможностью перемещений вдоль их осей [2] Недостаток известного устройства состоит в том, что клапан установлен на подвижном элементе конструкции. Поэтому для изменения скорости вращения ведомой полумуфты необходимо останавливать работу вариатора и всей установки, в цепи которой он установлен. Этот недостаток вызывает особые неудобства в тех случаях, когда тонкой настройкой нужно "поймать" оптимальную скорость для выполняемой технологической операции (намотка, резка, протяжка и т.п.).

Целью изобретения является обеспечение возможности управления скоростью вращения ведомой полумуфты, а следовательно, выходного вала устройства, без остановки его работы.

Цель достигается тем, что в вариаторе, включающем ведущую и ведомую полумуфту, втулку, предназначенную для передачи крутящего момента с ведущей полумуфты на ведомую, установленную на одной из полумуфт с помощью шпоночного или шлицевого соединения с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения относительно нее и взаимосвязанную с другой полумуфтой через кулачковый механизм поршневой пары, образованной камерой, выполненной во втулке в виде глухого отверстия, и расположенным в нем поршнем с калиброванным отверстием, и клапаном, взаимодействующим с последним, вариатор снабжен корпусом, предназначенным для размещения в нем ведущей и ведомой полумуфт, поршень жестко закреплен на корпусе или на подшипниковом узле одной из полумуфт, а клапан установлен в корпусе или подшипниковом узле одной из полумуфт с возможностью перемещения вдоль его оси.

На фиг.1 показан один из возможных вариантов устройства в компоновке открытой цепной передачи; на фиг.2 то же, в компоновке червячного редуктора.

Устройство состоит из ведущей 1 и ведомой 2 полумуфт, втулки 3, которая с ведущей полумуфтой образует кулачковый механизм, в котором палец 4 входит в зацепление с замкнутой винтовой канавкой 5, выполненной на наружной поверхности втулки. С ведомой полумуфтой 2 втулка 3 входит в соединение при помощи направляющей шпонки 6 по посадке, обеспечивающей осевое возвратно-поступательное движение втулки (вместо шпоночного соединения может быть использовано шлицевое соединение). Во втулке 3 образована камера 7, выполненная в виде глухого отверстия, ось которого совпадает с осью втулки. В камере 7 размещен поршень 8 с уплотняющим элементом 9, жестко закрепленный (фиг.1) в корпусе 10 устройства, или (фиг.2) в корпусе 11 подшипникового узла ведущей полумуфты 1. По оси поршня выполнено калиброванное отверстие 12, а для регулирования расхода воздуха на фиг.1 или масла на фиг.2 в этом отверстии установлен регулировочный клапан 13. Кроме того, в поршне на фиг.2, а на фиг.1 в регулировочном клапане выполнены отверстия 14, обеспечивающие взаимодействие камеры 7 с наружной средой (атмосферой или внутренней полостью редуктора, заполненной маслом).

В принципе возможны варианты, когда ведущая и ведомая полумуфты взаимно меняют назначения, т. е. ведущая становится ведомой, а ведомая ведущей, на фиг.1 это можно сделать непосредственно, а на фиг.2 для этого на вал полумуфты 1 надо посадить червяк, а снимать обороты с червячного колеса, установленного вместо червяка. Поэтому в таких вариантах втулка 3 образует кулачковый механизм с ведомой полумуфтой, а с ведущей полумуфтой входит в шпоночное или шлицевое соединение.

Работает вариатор следующим образом.

Крутящий момент привода с ведущей полумуфты 1 через закрепленный в ней палец 4 передается втулке 3 через одну из боковых поверхностей замкнутой винтовой канавки 5, при этом передающая крутящий момент сила в месте контакта (теоретически это контактная линия) раскладывается на две составляющие, соотношение величин которых зависит от угла подъема винтовой линии. Первая составляющая это осевая сила, заставляющая втулку 3 перемещаться вдоль продольной оси устройства с определенной частотой, а вторая заставляет втулку вращаться и передавать это вращательное движение через шпонку 6 ведомой полумуфте 2 с частотой, равной частоте ведущей полумуфты за вычетом частоты возвратно-поступательного движения втулки.

При возвратно-поступательном движении втулки 3 воздух (или жидкость, в частности масло) из камеры 7 перекачивается в наружную среду и обратно через калиброванное отверстие 12 и отверстия 14, прием частота этого движения зависит от количества прокачиваемого агента в единицу времени и теоретически равна n где n частота возвратно-поступательного движения втулки (количество движений вперед-назад в секунду); Q количество прокачиваемого агента из камеры в наружную среду и обратно, м³/с; h ход поршня, м; D_п диаметр поршня, м.

При полностью закрытом клапане сжатый поршнем в камере агент препятствует возвратно-поступательному движению втулки и она, вращаясь как единое целое с ведущей полумуфтой, передает через шпонку 6 ведомой полумуфте частоту вращения ведущей полумуфты.

Дросселируя клапаном 13 расход агента через калиброванное отверстие 12, можно получить любую частоту вращения ведомой полумуфты от нуля до частоты вращения ведущей полумуфты, т.е. реализовать передаточное отношение от нуля до единицы, при этом, вследствие того, что поршень с регулировочным клапаном установлены на неподвижном элементе конструкции, менять передаточное отношение можно, не выключая из работы устройство. Это, в свою очередь, увеличивает производительность всей технологической линии, куда включен вариатор скорости, и несколько сокращает затраты энергии, так как исключает пробные пуски, пока не будет достигнута требуемая частота вращения исполнительного органа, с которым связана ведомая полумуфта.

Формула изобретения

ВАРИАТОР СКОРОСТИ, включающий ведущую и ведомую полумуфты, втулку, предназначенную для передачи крутящего момента с ведущей полумуфты на ведомую, установленную на одной из полумуфт с помощью шпоночного или шлицевого соединения с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения относительно нее и взаимосвязанную с другой полумуфтой через кулачковый механизм поршневой пары, образованной камерой, выполненной во втулке в виде глухого отверстия, и расположенным в нем поршнем с калиброванным отверстием и клапаном, предназначенным для взаимодействия с последним, отличающийся тем, что вариатор снабжен корпусом, предназначенным для размещения в нем ведущей и ведомой полумуфт, поршень жестко закреплен на корпусе или на подшипниковом узле одной из полумуфт, а клапан установлен в корпусе или подшипниковом узле одной из полумуфт с возможностью перемещения вдоль его оси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2