Зубчатый вариатор

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к станкостроению и транспортным механизмам. Зубчатый вариатор содержит две основные шестерни, связанные между собой зубчатым зацеплением, самотормозящую червячную передачу и несамотормозящую передачу. Одна основная шестерня связана с ведомым валом посредством шарниров Гука и с корпусом - самотормозящей червячной передачей. Вторая основная шестерня связана с корпусом механизмом передачи усилий от взаимного зацепления шестерен на корпус с возможностью обеспечения вращения точки зацепления шестерен по окружности регулируемого радиуса, а с помощью несамотормозящей передачи - с валами червяков самотормозящей червячной передачи. Передаточные числа передач выбраны из условия обеспечения равенства угловых скоростей упомянутых основных шестерен. Обеспечивается бесступенчатое регулирование числа оборотов ведомого вала с КПД, равным КПД зубчатых передач, снижены весогабаритные характеристики вариатора. 5 з. п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к станкостроению и к транспортным механизмам.

Известны дифференциальные механизмы, в которых один из трех валов регулируется тормозным устройством (см., например, патент Германии N 36331 Кл. F 16 H 3/50; 5/76; F 16 D 55/14, 1932 г). Однако такие конструкции не имеют возможности увеличивать крутящий момент на ведомом валу по мере снижения числа оборотов, не обладают возможностью реверсирования и имеют малый КПД.

Известны планетарные передачи с регулируемой скоростью солнечного колеса с помощью гидравлического насоса (см., например, патент США N 3924490, 1975 г.). Однако такая конструктивная схема не позволяет увеличивать выходной момент при снижении числа оборотов, а использование энергии гидравлического насоса усложняет конструкцию вариатора и снижает КПД передачи.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является планетарная зубчатая передача (см. Авторское свидетельство СССР N 62597, Кл. F 16 H 3/68, F 16 H 21/20, 1941 г), которая содержит корпус с подшипниковыми опорами для размещения ведущего и ведомого валов, две жестко связанные шестерни, свободно насаженные на эксцентрик ведущего вала с обеспечением радиального смещения этих шестерен за счет поворота эксцентрика относительно ведущего вала, причем упомянутые шестерни находятся во взаимодействии посредством внутреннего зацепления с двумя другими шестернями, одна из которых свободно насажена на эксцентрик ведущего вала и связана с ведомым валом с помощью промежуточного вала и шарниров Гука, а вторая шестерня снабжена ступицей прямоугольной формы, помещенной в кулисе, способной совершать движение в направлении, перпендикулярном движению ступицы в кулисе. Такой механизм с помощью упомянутой второй шестерни образует зубчатый контур зацепления регулируемого радиуса, но так как эта шестерня не вращается вокруг своей оси, то число зубцов по формируемому контуру зацепления не меняется, а потому данная передача не обеспечивает изменение числа оборотов ведомого вала при изменении эксцентриситета шестерен относительно ведущего вала.

Задачей изобретения является создание зубчатого зацепления регулируемого радиуса с непрерывным заклиниванием относительно корпуса точки зацепления силовых шестерен с обеспечением бесступенчатого регулирования числа оборотов ведомого вала с КПД, равным КПД зубчатых передач, а также снижение весогабаритных характеристик бесступенчатых вариаторов с реверсом.

Указанный технический результат достигается за счет того, что зубчатый вариатор содержит корпус с подшипниковыми опорами для размещения ведущего и ведомого валов, две основные шестерни, вращающиеся вокруг ведущего вала с регулируемым эксцентриситетом и связанные между собой зубчатым зацеплением, причем одна из шестерен связана с ведомым валом посредством шарниров Гука, а другая связана с корпусом механизмом передачи усилий от взаимного зацепления шестерен на корпус, причем упомянутый механизм обеспечивает вращение точки зацепления шестерен по окружности регулируемого радиуса, при этом одна из шестерен связана с корпусом самотормозящей червячной передачей, а вторая шестерня связана с валами червяков этой передачи с помощью несамотормозящей передачи, причем передаточные числа передач выбраны из условия обеспечения равенства угловых скоростей упомянутых основных шестерен. Основные шестерни могут быть шарнирно закреплены на направляющих для радиального перемещения, которые закреплены на по меньшей мере трех сегментах для каждой шестерни, установленных в корпусе с возможностью вращения относительно ведущего вала, при этом все сегменты разных шестерен попарно соединены между собой посредством валов с консольно установленными дополнительными шестернями, причем с одной стороны этих валов дополнительные шестерни введены в зацепление с дополнительной шестерней, неподвижно закрепленной на корпусе, а с другой стороны этих валов дополнительные шестерни выполнены коническими и введены в зацепление с другими коническими шестернями, жестко скрепленными с валами самотормозящих червяков, контактирующих с червячным колесом, закрепленным на корпусе.

Основные шестерни могут быть снабжены внешними зубчатыми венцами, контактирующими с зубчатыми червяками, перемещаемыми в радиальном направлении в направляющих корпуса, причем одно из червячных зацеплений шестерен является самотормозящим, а червяки попарно связаны между собой с помощью шестерен. Внешние зубчатые венцы основных шестерен могут одновременно контактировать с одними и теми же зубчатыми червяками, причем одно из этих зубчатых зацеплений является самотормозящим. Зубчатое зацепление между собой основных шестерен может осуществляться одной или двумя жестко связанными между собой шестернями, контактирующими с основными шестернями внутренним или внешним зацеплением и свободно насаженными на сателлитный вал, установленный с возможностью перемещения в радиальном направлении в направляющих ведущего вала. Ведомый вал может быть соединен с помощью промежуточного вала и шарниров Гука с сателлитной шестерней или с основной шестерней, насаженной на эксцентрик сателлитного вала.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема вариатора с зацеплением основных шестерен на сегментах и связью ведомого вала одной из основных шестерен; на фиг 2 - вид А-А на фиг.1; на фиг.3 представлена конструктивная схема вариатора с закреплением основных шестерен на сегментах и связью ведомого вала с сателлитной шестерней; на фиг 4 показан вид Б-Б на фиг.3; на фиг.5 - конструктивная схема вариатора с внешним червячным зацеплением основных шестерен; на фиг. 6 показан вид С-С на фиг.5; на фиг.7 - конструктивная схема вариатора с внешним червячным зацеплением основных шестерен с помощью одной группы зубчатых червяков; на фиг.8 - вид Д-Д на фиг.7.

Зубчатый вариатор содержит корпус 1 с подшипниковыми опорами для размещения ведущего 2 и ведомого 3 валов, две основные шестерни 4, 5, шарнирно закрепленные на направляющих 6 для радиального перемещения, которые в свою очередь закреплены на по меньшей мере трех сегментах 7 для каждой шестерни, установленных в корпусе с возможностью вращения вокруг ведущего вала, при этом все сегменты разных шестерен попарно соединены между собой посредством валов c консольно установленными дополнительными шестернями 9, 10, причем с одной стороны этих валов дополнительные шестерни 9 введены в зацепление с дополнительной шестерней 11, неподвижно закрепленной на корпусе, а с другой стороны этих валов дополнительные шестерни 10 выполнены коническими и введены в зацепление с другими коническими шестернями 12, жестко скрепленными с валами самотормозящих червяков 13, закрепленных на сегментах 7 и контактирующих с червячным колесом 14, закрепленным на корпусе 1. Сегменты 7, шарнирные опоры, шестерни 5 и червяки 13 образуют механизм передачи усилий от взаимного зацепления шестерен на корпус через червячное колесо 14 с возможностью обеспечения вращения точки зацепления шестерен 15, 5 и 15, 4 по окружности регулируемого радиуса, за счет вращения шестерни 4 на эксцентрике 19 с регулируемым эксцентриситетом.

Основные шестерни связаны между собой зубчатым зацеплением одной или двумя жестко связанными между собой шестернями 15, контактирующими с основными шестернями внутренним или внешним зацеплением (не показано) и свободно насаженными на сателлитный вал 16, перемещаемый в радиальном направлении в направляющих 17 ведущего вала 2. Ведомый вал 3 соединен с помощью промежуточного вала 18 и шарниров Гука с основной шестерней 4, насаженной на эксцентрик 19 сателлитного вала или с сателлитной шестерней 15.

Основные шестерни могут быть снабжены внешними зубчатыми венцами 20, 21, контактирующими с зубчатыми червяками 22, 23, перемещаемыми в радиальном направлении в направляющих корпуса 24, причем одно из червячных зацеплений шестерен 20-22 является самотормозящим, а червяки попарно связаны между собой с помощью шестерен 25, 26. Внешние зубчатые венцы 20, 21 основных шестерен могут одновременно контактировать с одними и теми же зубчатыми червяками 27, причем одно из этих зубчатых зацеплений 20-27 является самотормозящим при изготовлении зубчатых венцов из разных материалов (например, из стали и фторопласта).

Кроме того, для обеспечения синхронного перемещения противоположно расположенных зубчатых червяков 23, 27 в направляющих корпуса 24 могут быть применены рамы 28, показанные условно на фиг. 6, 8.

Вариатор работает следующим образом. При вращении ведущего вала 2 относительно оси O₁ с эксцентриситетом ε (фиг.6) сателлитного вала 16 шестерни 4, 5 с осью O_4,5 и шестерня 15 с осью вращения O₁₅ имеют точку зацепления K₁, которая вращается вокруг оси O₁, образуя контур зацепления K_зц, радиус которого изменяется при изменении эксцентриситета ε за счет радиального смещения сателлитного вала 16 в направляющих 17 ведущего вала 2. В начальный момент движения шестерня 5 неподвижна, т.к. усилие в точке зацепления K передается через направляющие 6 на сегменте 7 и через самотормозящий зубчатый червяк 13 и замыкается на корпус через неподвижное червячное колесо 14. В итоге точка К оказывается неподвижной относительно корпуса и является мгновенным центром вращения для шестерен 15 и для контактирующих с этими шестернями шестерен 4, 5. Движение шестерни 4 передается на валы червяков 13 через направляющие 6, сегменты 7, на которых закреплена шестерня 4, шестерни 9, вал 8, шестерни 10, 12, заставляя шестерню 5 точно повторять движение шестерни 4, т. е. формировать зубчатый контур зацепления K_зц с неподвижной относительно корпуса точкой зацепления K, перемещаемой по контуру K_зц с угловой скоростью ведущего вала. При ε > 0 направления вращения ведущего и ведомого валов противоположные, при ε = 0 угловая скорость ведомого вала равна нулю, при ε < 0 направления вращения валов совпадают.

При диаметре контура K_зц, равном диаметру делительной окружности шестерни 4, все детали вариатора неподвижны кроме вращающихся валов и шестерен 15 и КПД вариатора будет равно КПД зубчатой передачи шестерен 4 и 15 (режим прямой передачи транспортных средств). В промежуточных режимах могут быть потери на трение в подвижных элементах, в т.ч. в червячных парах. Но червячная пара, находящаяся в зоне контакта K, имеет нулевое или незначительное перемещение, а с противоположной стороны при максимальных перемещениях отсутствуют нагрузки, в результате чего КПД будет приближаться к КПД зубчатой передачи шестерен 4 и 15.

С целью повышения КПД и увеличения ресурса для передач с малой угловой скоростью ведомого вала (подьемно-транспортные средства) ведомый вал целесообразно сочленять с шестерней 4 (фиг 1), а при больших угловых скоростях на основных режимах работы - с шестернями 15 (фиг.З).

При исполнении вариатора с радиальным перемещением червяков (фиг. 5 - 8) схема работы аналогична вышеприведенной. Усилия на корпус со стороны шестерни 5 передаются через зубчатые венцы 20 на червяки 22 (фиг.5, 6) или 27 (фиг. 7, 8), а движение шестерни 5 от шестерни 4 обеспечивается через зубчатый венец 21, червяк 23 (фиг.5, 6) или через зубчатый несамотормозящий венец 21 непосредственно на червяк 27 (фиг.7,8) с самотормозящим венцом 20.

Формула изобретения

1. Зубчатый вариатор, содержащий корпус с подшипниковыми опорами для размещения ведущего и ведомого валов, две основные шестерни, установленные с возможностью вращения вокруг ведущего вала с регулируемым эксцентриситетом и связанные между собой зубчатым зацеплением, прячем одна из шестерен связана с ведомым валом посредством шарниров Гука, а другая связана с корпусом механизмом передачи усилий от взаимного зацепления шестерен на корпус с возможностью обеспечения вращения точки зацепления шестерен по окружности регулируемого радиуса, отличающийся тем, что одна из шестерен связана с корпусом самотормозящей червячной передачей, а вторая шестерня связана с валами червяков этой передачи с помощью несамотормозящей передачи, причем передаточные числа передач выбраны из условия обеспечения равенства угловых скоростей упомянутых основных шестерен.

2. Вариатор по п. 1, отличающийся тем, что основные шестерни шарнирно соединены с направляющими для радиального перемещения, которые закреплены на по меньшей мере трех сегментах для каждой шестерни, установленных в корпусе с возможностью вращения вокруг ведущего вала, при этом все сегменты разных шестерен попарно соединены между собой посредством валов с консольно установленными дополнительными шестернями, причем с одной стороны этих валов дополнительные шестерни введены в зацепление с дополнительной шестерней, неподвижно закрепленной на корпусе, а с другой стороны этих валов дополнительные шестерни выполнены коническими и введены в зацепление с другими коническими шестернями, жестко скрепленными с валами самотормозящих червяков, контактирующих с червячным колесом, закрепленным на корпусе.

3. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что зубчатое зацепление между собой основных шестерен осуществлено посредством одной или двух жестко связанных между собой шестерен, контактирующих с основными шестернями внутренним или внешним зацеплением и свободно насаженных на сателлитный вал, установленный с возможностью перемещения в радиальном направлении в направляющих ведущего вала.

4. Вариатор по п. 3, отличающийся тем, что ведомый вал соединен с сателлитной шестерней или с основной шестерней, насаженной на эксцентрик сателлитного вала.

5. Вариатор по п. 1, отличающийся тем, что основные шестерни снабжены внешними зубчатыми венцами, контактирующими с зубчатыми червяками, установленными с возможностью перемещения в радиальном направлении в направляющих корпуса, причем одно из червячных зацеплений шестерен является самотормозящим, а червяки попарно связаны между собой с помощью шестерен.

6. Вариатор по п.5, отличающийся тем, что внешние зубчатые венцы шестерен одновременно контактируют с одними и теми же зубчатыми червяками, причем одно из этих зубчатых зацеплений является самотормозящим.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8