Передача с универсальной самоцентрирующейся системой с изменяемой геометрией
TRANSMISSION WITH UNIVERSAL SELF-CENTERING SYSTEM WITH VARIABLE GEOMETRY

Изобретение относится к зубчатым передачам для сообщения вращательного движения.
Изобретение может быть использовано в машиностроении при создании оборудования и устройств для всех областей промышленности, транспорте, приборостроении, строительстве.
Известна  планетарная коробка передач с внутренним расположением тормозной муфты.
Планетарная коробка передач с внутренним расположением тормозной муфты содержит одинаковое количество тормозных и планетарных шестерен, причем планетарные шестерни закреплены на валу, имеющем возможность поворота относительно двух параллельных осей, а тормозные шестерни имеют возможность вращения относительно собственной оси и возможность торможения с помощью тормозной муфты, солнечная шестерня закреплена на входном валу, а выходной вал соединен с водилом, тормозные шестерни выполнены кольцевыми с зубьями на внутренней поверхности и опираются с помощью подшипников на корпус коробки передач, а тормозная муфта взаимодействует с внутренней поверхностью цилиндрических частей тормозных шестерен (RU 2014130927 A.
Недостатком такой планетарной передачи является дискретность переключения передач.
Известна цепная передача для транспортного средства с изменяемым передаточным отношением, зависящим от нагрузки, содержащая ведущий диск с расположенными по окружности звездочками с возможностью смещения относительно центра ведущего диска, охваченными цепью вместе с ведомой звездочкой, звездочки заменены секторами звездочек, установленных на эксцентричных осях, при этом секторы звездочек на эксцентричных осях имеют возможность синхронного поворота относительно эксцентричных осей при возникновении нагрузки на цепь( RU 2014108946 A).
Недостатком этой передачи является ограниченный диапазон изменения передаточного отношения.
Целью изобретения является расширение диапазона плавного изменения передаточного отношения.
Поставленная цель достигается тем, что в  передаче с универсальной самоцентрирующейся системой с изменяемой геометрией, имеющей входной и выходной валы, используют универсальную самоцентрирующуюся систему, содержащую внешнее и внутреннее основания с закрепленными на них звездочками, роликами или шестернями, соединенными между собой цепью, ремнем или тросом. Геометрические изменения основания осуществляются за счет смещения шестерен основания. Ролики, шестерни или звездочки на одном из оснований имеют возможность смещения  относительно центра вращения основания  под воздействием нагрузки на передачу. Величина смещения обратно пропорциональна нагрузке на передачу. Начальное положение подпружиненных смещаемых роликов, шестерен или звездочек обеспечивает не совпадение осей вращения оснований. Такая конструкция позволяет не смещать подшипники оснований, которые соединяют основания с корпусом.
Универсальная самоцентрирующаяся система известна  из изобретений : RU      2014106630 A , RU 2014106628 A, RU 2014106627 A, RU 2014106146 A, RU 2013157051 A, RU 2013154311 A, RU 2013153163A, RU 2013152649 A, RU 2013148896 A, RU 2013145988 A, RU 2013145987 A, RU 2013145253 A, RU 2013144445 A, RU 2013144444 A, RU 2013142690 A, RU 2013142204 A, RU 2013142203 A, DE102013019629A1, DE102013019628A1, DE102013019627A1, DE102013019593A1, DE102013019592A1, DE102013019404A1, DE102013019402A1, DE102012018132A1, DE102012018131A1, DE102012017180A1, DE102012016380A1, DE102012016314A1, DE102012013308A1, DE102012012586A1, DE102012002076A1, DE102012001232A1, DE102012000316A1.
Универсальная самоцентрирующаяся система имеет внешнее и внутреннее основания, расположенные в одной плоскости. Внешнее основание охватывает внутреннее основание. На каждом основании закреплены три или более роликов, звездочек или шестерен вращения. Число роликов, шестерен или звездочек на каждом основании одинаково. Каждый ролик, шестерня или звездочка может быть заменен на два ролика, шестерни или звездочки замены для того, чтобы использовать участок троса, ремня или цепи между роликами, шестернями или звездочками для натяжения. Воздействие силы натяжения на участок троса, цепи или ремня между роликами замены не влияет на свойства универсальной самоцентрирующейся системы. Способ натяжения ремня, троса или цепи известен из изобретения (RU 2013147711 A). В приведенных изобретениях использовались статические свойства универсальной самоцентрирующейся системы. В заявляемом изобретении использовано одно из динамических свойств универсальной самоцентрирующейся системы: совместное вращение связанных между собой внутреннего и внешнего оснований возможно даже при несовпадении осей вращения оснований. Это означает, что внутреннее и внешнее основания могут вращаться каждое относительно своих несовпадающих осей вращения при воздействии вращающего момента на одно из оснований. В дальнейшем описании вместо роликов, шестерен или звездочек будет использоваться только термин шестерня.    В примере конкретного исполнения передача с универсальной самоцентрирующейся системой с изменяемой геометрией содержит универсальную самоцентрирующуюся систему, имеющую внутреннее основание 1 и внешнее основание 2. На внутреннем основании 1 закреплены  шестерни 3, 4, 5 с возможностью вращения их осей в подшипниках 23. На одной оси с подшипниками 3, 4, 5 закреплены шестерни 6, 7, 8, передающие вращающий момент шестерне 14 выходного вала 19. На внешнем основании 2 закреплены шестерни 9, 10, 11 с возможностью вращения. Оси шестерен 10 и 11 имеют возможность перемещаться в пазах 17 и 18. Пружины 12 и 13 удерживают шестерни 10 и 11 на максимальном расстоянии от  оси вала 19. В этом положении геометрический центр основания 2 не совпадает с геометрическим центром основания 1.  Вал 19 закреплен в подшипнике 24 на внутреннем основании 1.  Внешнее основание 2 опирается на корпус 16 с помощью втулок 20 и подшипников 21. Втулка 22 закреплена на внутреннем основании 1 коаксиально с выходным валом 19. Втулка 22 является входным валом передачи. На фигуре 10 представлено возможное применение передачи для велосипеда или велорикшы. Вращающий момент передается через цепь 26 на звездочку 25, закрепленную на втулке 22, выполняющей роль входного вала. Выходной вал 19 передает вращающий момент на колеса.
В исходном положении шестерни 10 и 11 отодвигаются пружинами 12 и 13 на максимальное расстояние от геометрического центра внутреннего основания, совпадающего с осью выходного вала 19. В этом случае при наличии вращающего момента на входном валу 22 цепь 15 перемещается вдоль своего периметра и все шестерни оснований 1 и 2 вращаются. Вращающий момент от шестерен 6, 7, 8 передается на шестерню 14, соединенную с выходным валом 19. При воздействии на выходной вал 19 нагрузки шестерни 10 и 11 будут сдвигаться к центру основания 1. Скорость перемещения цепи, скорость вращения шестерен и выходного вала 19 будут снижаться. При совпадении геометрического центра основания 2 с геометрическим центром основания 1, как показано на фигурах 2, 4 и 8, угловая  скорость выходного вала будет нулевой и цепь 15 не будет перемещаться вдоль своего периметра при любой угловой скорости входного вала 22.
На фигуре 6 приведены данные для ориентировочной оценки передаточного отношения передачи. Через 120 градусов поворота основания 1 шестерня 9 займет положение шестерни 11, шестерни 3 и 6 займут положение шестерен 5 и 8. Отрезок цепи 15 длиной 387.41 удлинится до 642.26. За полный оборот основания 1 цепь переместится на (642.26-387.41)*3=764.55. При радиусе шестерен 100 они повернутся за один оборот основания 1 на 764.55/3.14*200=1.22 оборота. При этом выходной вал повернется на 80*1.22/108.37=0.9 оборота, где 80/108.37 соотношение размеров шестерен 8 и 14.  Если радиус колеса велосипеда, показанного на фигуре 10, 0.4 метра, то для достижения скорости в 25 км/час оно должно повернуться 25000/(3.14*0.8)=9952 раза или 2.8 раза в секунду. Если велосипедные педали возможно крутить с одним оборотом в секунду, то радиус ведущей звездочки должен в 2.8 раза превышать радиус ведомой звездочки. При радиусе 4 см ведомой звездочки радиус ведущей звездочки должен быть 11.2 см.
Меняя соотношение диаметров шестерен и звездочек, можно получить любое значение передаточного числа. При этом передаточное число изменяется плавно и минимальная угловая скорость на выходном валу может достигать нулевого значения при любой угловой скорости входного вала, при этом диапазон изменения передаточного отношения на порядок выше, чем в известных передачах.
На фигуре 1 представлена передача с универсальной самоцентрирующейся системой с изменяемой геометрией.
На фигуре 2 представлена передача с универсальной самоцентрирующейся системой с изменяемой геометрией при нулевой скорости выходного вала, изометрический вид.
На фигуре 3 представлена передача с универсальной самоцентрирующейся системой с изменяемой геометрией со стороны входного вала.
На фигуре 4 представлен разрез передачи с универсальной самоцентрирующейся системой с изменяемой геометрией со стороны входного вала.
На фигуре 5 представлен поперечный разрез передачи с универсальной самоцентрирующейся системой с изменяемой геометрией.
На фигуре 6 представлены данные для ориентировочной оценки передаточного отношения.
На фигуре 7 представлена передача с универсальной самоцентрирующейся системой с изменяемой геометрией без корпуса.
На фигуре 8 представлен разрез передачи с универсальной самоцентрирующейся системой с изменяемой геометрией со стороны выходного вала.
На фигуре 9 представлено положение пружин при нулевой скорости выходного вала.
На фигуре 10 представлено возможное применение передачи с  универсальной самоцентрирующейся системой с изменяемой геометрией.