Автоматический трансформатор вращающего момента шашкина

 

Использование: машиностроение. Сущность изобретения: трансформатор содержит двигатель, корпус, входной и выходной валы, дифференциальный механизм с грузами, выполненный в виде замкнутой передачи, шариковинтовой механизм и центробежный регулятор осевого действия. Двигатель выполнен в виде электродвигателя или гидромотора, каждый с двумя роторами встречного вращения. Замкнутая передача включает ведущий вал три центральных колеса, два водила, первое из которых несет два сателлита, второе выполнено в виде барабана и несет две шестерни сателлита с жестко закрепленными на их ступицах грузами, промежуточный вал с двумя шестернями, замыкающими два центральных колеса. Ведущий вал связан с посредством соединительной муфты с внутренним ротором. Первое водило соединено с шариковинтовым механизмом. Наружный ротор несет шкив и соединен с выходным валом. 1 ил.

Изобретение относится к механизмам, изменяющим плавно, бесступенчато величины момента и угловой скорости выходного звена.

Известен инерционный импульсный автоматический трансформатор вращающего момента грузовых автомобилей, в котором ведущий вал передачи изготовлен заодно целое с передней крышкой ведущего маховика, выполненного разборным и несущего подшипники качения, в которых установлены оси сателлитов с закрепленными на них неуравновешенными грузами, причем сателлиты находятся в зацеплении с центральной шестерней, закрепленной на одном конце карданного вала автомобиля, жестко связанного с внутренней обоймой механизма свободного хода, у которого наружного обойма связана с корпусом передачи, при этом второй конец карданного вала несет маховик [1] Трансформатор имеет следующие недостатки.

Выходной вал вращается неравномерно; за одну половину периода одного колебания импульсатора положительный импульс вращающего момента передается на выходной вал, изменяясь плавно от нуля до максимума и опять до нуля, а на протяжении второй половины периода отрицательный импульс момента не передается на этот вал и вращательное движение на рабочую машину передается только с помощью маховика, что увеличивает неравномерность движения.

2. В нем употребляются механизмы свободного хода.

Близким техническим решением к изобретению является инерционный трансформатор вращающего момента [2] который содержит входной, промежуточный и выходной валы, два одинаковых планетарных ряда с четырьмя центральными колесами и двумя сателлитами с неуравновешенными грузами, два механизма свободного хода, регулирующее устройство, выполненное в виде реверсивного гидромотора, статор и ротор которого связаны с двумя центральными колесами, и управляемую муфту, фиксирующую статор и ротор регулирующего устройства.

Трансформатор имеет следующие недостатки.

Его невозможно использовать в негидрофицированных машинах.

В нем имеют место малая чувствительность и неточность регулирования.

Выходной вал вращается неравномерно; за одну половину периода одного колебания импульсатора положительный импульс вращающего момента передается на выходной вал, плавно изменяясь от нуля до максимума и опять до нуля, а на протяжении второй половины периода отрицательный импульс момента не передается на этот вал, так как гасится неподвижной наружной обоймой механизма свободного хода и вращательное движение на рабочую машину передается только с помощью маховика, что увеличивает неравномерность движения.

4. В нем употребляются механизмы свободного хода.

Целью изобретения является создание автоматического трансформатора вращающего момента, в котором отсутствуют механизмы свободного хода, нет импульсатора, выходное звено имеет равномерное, одностороннее движение с возможностью автоматического управления выходной моментной характеристикой.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемый трансформатор вращающего момента, содержащий корпус, входной и выходной валы, снабжен двухроторным электродвигателем с внутренним ротором, имеющим наружную обмотку роторного типа, и наружным ротором, имеющим внутреннюю обмотку статорного типа, и не имеющим неподвижного статора, обмотка обоих роторов связаны друг с другом и с корпусом посредством колец и щеток, внутренний роток располагается в наружном, а наружный ротор располагается в корпусе на подшипниках качения, входной вал внутреннего ротора соединен посредством соединительной муфты с ведущим валом механизма регулирования величины момента инерции внутреннего ротора, выполненного в виде замкнутой дифференциальной передачи, на ведущем валу которой жестко установлено зубчатое колесо, три центральные колеса, из которых первое и второе установлены на ведущем валу свободно, третье жестко, установленное на ведущем валу с возможностью фиксированного поворота первое водило, шарнирно установленные в ней на общей оси и жестко связанные между собой два сателлита, предназначенные для зацепления соответственно с первым и вторым центральными колесами, замыкающие первое и третье центральные колеса и размещенные на промежуточном валу две шестерни, первая из которых предназначена для зацепления с зубчатым колесом, вторая с первым центральным колесом, жестко связанное со ступицей второго центрального колеса второе водило, выполненное в виде барабана, состоящего из двух и жестко связанных с ними двух осей, на последних шарнирно размещены предназначенные для зацепления с третьим центральным колесом две шестерни сателлита, на ступицах которых жестко закреплены грузы, ступица первого водила установлена в корпусе посредством подшипников качения и жестко связана с гайкой шариковинтового механизма, в котором винт расположен соосно с входным валом и связан с помощью подшипников качения с ползуном центробежного регулятора осевого действия, образующим шарнир с двумя шатунами, соединенными жестко с двумя грузами и шарнирно с двумя коромыслами, образующими шарниры с наружным ротором, жестко связанным со шкивом и выходным валом трансформатора, а передаточное отношение от зубчатого колеса до второго центрального колеса при оставленном первом водиле дифференциального механизма регулирования момента инерции внутреннего ротора выбрано равным единице.

На чертеже показана кинематическая схема всего трансформатора.

Он содержит внутренний ротор 1 электродвигателя (или гидромотора) с входным валом 2, соединенным муфтой 3 с ведущим валом 4 механизма регулирования величины момента инерции внутреннего ротора. На этом валу жестко закреплено колесо 5, входящее в зацепление с шестерней 6, сидящей на одном и том же промежуточном валу с шестерней 7, входящей в зацепление с первым центральным колесом 8, сидящим свободно на валу 4 и зацепляющимся с колесом 9 сателлита, на валу 10 которого закреплена шестерня 11. Вал 10 шарнирно закреплен на первом водиле 12, которое сидит свободно на ведущем валу 4 с возможностью фиксированного поворота. Шестерня 11 входит в зацепление со вторым центральным колесом 13, сидящим на одной ступице со вторым водилом 14, выполненным в виде двух дисков 14 и 20 грузового барабана, в котором закреплены одним концом оси 15, на которых шарнирно сидят ступицы 16 и 17 шестерен-сателлитов, с которыми связаны грузы 18 и 19. Оси 15 закреплены вторыми концами в диске 20. Сателлиты 16 и 17 входят в зацепление с третьим центральным колесом 21, жестко связанным с ведущим валом 4. Наружный ротор 22 электродвигателя (или гидромотора) покоится в подшипниках качения 23 в неподвижном корпусе трансформатора и имеет выходной вал 24. Наружный ротор 22 снабжен шкивом 25, масса которого сосредоточена в его ободе. Наружный ротор 22 имеет продолженную ступицу с поперечиной 26 центробежного регулятора осевого типа, с которой шарнирно связаны два коромысла 27 с жестко прикрепленными к ним грузами 28, при этом коромысла 27 образуют шарниры с двумя шатунами, связанными шарнирно с ползуном 29, сопрягающимся с помощью подшипников качения с винтом 30 шариковинтового механизма, в котором гайка 31 жестко соединена со ступицей 32 первого водила 12 и связана с помощью подшипников качения с корпусом трансформатора.

Звенья 5-13 образуют механизм регулирования величины радиуса вращения грузов, в котором звенья 8-13 составляют его дифференциальный механизм с двумя степенями свободы, из которых одна принадлежит первому водилу 12.

Звенья 14-17 образуют дифференциальный механизм грузового барабана с двумя степенями свободы.

Дифференциальный механизм регулирования радиуса вращения грузов 8-13 и дифференциальный механизм грузового барабана 14-17 образуют последовательное соединение, так как второе центральное колесо 13 сидит на одной ступице со вторым водилом 14. Кроме того, в этом последовательном соединении первое центрально колесо 8 и третье центральное колесо 21 замкнуты зубчатыми колесами 5-6-7.

В целом образовался замкнутый дифференциальный механизм регулирования величины момента инерции внутреннего ротора, составленный из звеньев 5-17, 21 и имеющий две степени свободы. Одну степень свободы осуществляет ведущий вал 4, а вторую водило 12. Если сделать неподвижным водило 12, то дифференциальный механизм замкнутого типа 5-13 превращается в обыкновенную зубчатую передачу с неподвижными осями и передаточным отношением, равным единице, т.е. U_5-13=1.

Трансформатор вращающего момента работает следующим образом. При вращении внутреннего ротора 1 электродвигателя (или гидромотора) относительно наружного ротора 22 вращение передается валом 2 и муфтой 3 на ведущий вал механизма регулирования величины момента инерции внутреннего ротора электродвигателя (или гидромотора), на котором закреплены зубчатое колесо 5 и третье центральное зубчатое колесо 21.

При неподвижном первом водиле 12 колесо 5 приводит во вращение ряд колес 6-13, и следовательно, второе водило 14 с осями 15 и ступицами шестерен-сателлитов 16 и 17 грузового барабана, которой вращается вокруг центральной оси трансформатора. При неподвижном первом водиле 12 второе водило 14 и третье центральное колесо 21 имеют одинаковую угловую скорость, звенья 14 и 21 дифференциального механизма грузового барабана вращаются как одно целое, и грузы 18 и 19 имеют постоянные радиусы вращения относительно центрально оси трансформатора. При перемещении на ходу первого водила 12 механизм 8-13 превращается в дифференциальный, и угловая скорость второго водила 14 изменяется. Она не будет равна угловой скорости третьего центрального колеса 21. В этом случае шестерни-сателлиты 16 и 17 поворачивают грузы 18 и 19 вокруг своих осей, радиусы их вращения вокруг центральной оси изменяются, и следовательно, изменяется момент инерции внутреннего ротора 1 относительно центральной оси. Таким образом, при неподвижном первом водиле 12 и при постоянной массе грузов 18 и 19 момент инерции этих грузов относительно центральной оси постоянен. При вращении водила 12 на ходу вручную или от какого-либо механизма с возможностью его фиксации радиус вращения грузов изменяется, и следовательно, момент инерции грузов также изменяется. Когда грузы станут в положение, при котором их центры масс окажутся на центральной оси, радиус вращения будет равен нулю, и момент инерции грузов будет минимальным. Если при движении водила 12 грузы разворачиваются так, что они лежат в одной плоскости, т. е. когда они повернутся на угол 180^o относительно положения, при котором радиус равен нулю, то их радиус вращения будет максимальным, момент инерции грузов относительно центральной оси также будет максимальным. Это положение грузов показано на фиг.1.

Таким образом, в конструкции использован электродвигатель (или гидромотор), в котором нет неподвижного статора.

Электродвигатель является двухроторным, т.е. в предлагаемой конструкции впервые используется взаимодействие двух роторов при отсутствии вообще неподвижного статора. Внутренний ротор, имеющий наружную роторную обмотку, вращается на подшипниках качения относительно наружного ротора, имеющего внутреннюю статорную обмотку, и вместе с ним также на подшипниках качения относительно неподвижного корпуса. При этом обмотки обоих роторов связаны между собой м с корпусом посредством колец и щеток.

Входной вал 2 внутреннего ротора приводит в движение вспомогательную кинематическую цепь механизм регулирования моментов инерции ротора, т.е. эта цепь предназначена для изменения параметров самого внутреннего ротора, и следовательно, замыкается на нем самом. Других кинематических цепей, имеющих самостоятельное значение, в трансформаторе нет. Наружный ротор имеет только выходной вал.

Принцип работы трансформатора заключается в следующем. Внутренний ротор 1 имеет относительное вращательное движение относительно наружного ротора с угловой скоростью ω_1,22=ω_дв, где ω_дв номинальная угловая скорость внутреннего ротора относительно наружного ротора в том случае, когда наружный ротор становится неподвижным, т.е. если он становится неподвижным статором. Вращательное движение наружного ротора 22 относительно неподвижного корпуса, т.е. его абсолютное движение, есть переносное движение для внутреннего ротора 1 с угловой скоростью ω₂₂. Тогда абсолютное движение внутреннего ротора 1 осуществляется с угловой скоростью Так как все внешние силы перпендикулярны центральной оси вращения, то сумма их моментов относительно этой оси равна нулю, и имеет место случай сохранения главного момента количеств движения системы относительно центральной оси. Обозначим: I_пр const момент инерции наружного ротора без дополнительной массы относительно центральной оси; I_ш=const момент инерции дополнительной массы шкива 25 относительно центральной оси; I_ц=const момент инерции центробежной муфты (звенья 26-29) относительно центральной оси; через const момент инерции относительно центральной оси всех вращающийся частей 5-11, 13-17, 20-21; 118,19≠ const момент инерции грузов 18 и 19 относительно центральной оси.

Тогда для указанного случая имеем уравнение Обозначим через Тогда угловая скорость наружного ротора и выходного вала равна Передаточное отношение получим в виде
Если момент инерции груза массы m и радиуса r относительно оси C-C, проходящей через его центр масс, равен , то его же момент инерции относительно центральной оси равен
,
где r₁ действительный радиус вращения центров масс C относительно центральной оси грузов механизмов регулирования величин моментов инерции внутреннего ротора.

Если обозначить через , то получим для передаточного отношения

Пусть, например, заданы следующие моменты инерции при принятых обозначениях
I_ш 15 ед;
Тогда I₂ 20 ед.

Откуда

Пусть задано mr²₁; тогда при тех же прочих данных получим
. Таким образом в рассматриваемом случае передаточное отношение может плавно изменяться в пределах U (1,97 41).

Знак минус показывает, что наружный ротор вместе с внутренним ротором будет вращаться в сторону, противоположную вращению внутреннего ротора.

Величина передаточного отношения трансформатора зависит только от соотношения величин моментов инерции относительно центральной оси грузов барабана механизма регулирования величин моментов инерции внутреннего ротора, а процесс плавного регулирования этой величины осуществляется плавным перемещением первого водила 12 механизма регулирования.

Автоматическое регулирование числа оборотов выходного вала осуществляется следующим образом. При увеличении или уменьшении момента сопротивления на выходном валу 24 угловая скорость наружного ротора (звенья 22, 25 и 26) соответственно уменьшается или увеличивается, что приводит к уменьшению или увеличению центробежной силы инерции грузов 28 и перемещению винта 30 вправо или влево. Тогда гайка 31 поворачивает водило 12 в ту или иную сторону, механизм 5-13 становится дифференциальным, угловые скорости звеньев 14 и 21 становятся не равными друг другу, и грузы 18 и 19 поворачивается на своих осях также в ту или иную сторону, уменьшая или увеличивая радиус вращения r₁ этих грузов до тех пор, пока угловая скорость выходного вала 24 не придет в соответствие с требуемой величиной, определяемой величиной действующего момента сопротивления.

Формула изобретения

Автоматический трансформатор вращающего момента, содержащий двигатель, корпус, входной и выходной валы, отличающийся тем, что двигатель выполнен в виде электродвигателя или гидромотора, каждый с двумя роторами встречного вращения, наружный из которых расположен в корпусе на подшипниках качения и для электродвигателя имеет статорную обмотку, внутренний ротор расположен в наружном и его входной вал соединен посредством соединительной муфты с ведущим валом механизма регулирования величины момента инерции внутреннего ротора, выполненного в виде замкнутой дифференциальной передачи, на ведущем валу которой жестко установлено зубчатое колесо, три центральные колеса, из которых первое и второе установлены на ведущем валу свободно, третье жестко, установленное на ведущем валу с возможностью фиксированного поворота первое водило, шарнирно установленные в нем на общей оси и жестко связанные между собой два сателлита, предназначенные для зацепления соответственно с первым и вторым центральными колесами, замыкающие первое и третье центральные колеса и размещенные на промежуточном валу две шестерни, первая из которых предназначена для зацепления с зубчатым колесом, вторая с первым центральным колесом, жестко связанное со ступицей второго центрального колеса второе водило, выполненное в виде барабана, состоящего из двух дисков и жестко связанных с ними двух осей, на последних шарнирно размещены предназначенные для зацепления с третьим центральным колесом две шестерни сателлита, на ступицах которых жестко закреплены грузы, ступица первого водила установлена в корпусе посредством подшипников качения и жестко связана с гайкой шариковинтового механизма, в котором винт расположен соосно с входным валом и связан с помощью подшипников качения с ползуном центробежного регулятора осевого действия, образующим шарнир с двумя шатунами, соединенными жестко с двумя грузами и шарнирно с двумя коромыслами, образующими шарниры с наружным ротором, жестко связанным со шкивом и выходным валом трансформатора, а передаточное отношение от зубчатого колеса до второго центрального колеса при остановленном первом водиле дифференциального механизма регулирования момента инерции внутреннего ротора выбрано равным единице.

РИСУНКИ

Рисунок 1