Передача с универсальной самоцентрирующейся системой и плавно изменяющимся передаточным отношением, зависящим от нагрузки
TRANSMISSION WITH UNIVERSAL SELF-CENTERING SYSTEM AND SMOOTHLY CHANGING LOAD-DEPENDENT GEAR RATIO

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 вале, 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 изменения передаточного отношения.
Поставленная цель достигается тем, что в  передаче с универсальной самоцентрирующейся системой и плавно изменяющимся передаточным отношением, зависящим от нагрузки,   используют универсальную самоцентрирующуюся систему, содержащую внешнее и внутреннее основания с закрепленными на них звездочками, роликами  или шестернями, соединенными между собой цепью, ремнем или тросом. Вращающий момент прилагают к внешнему  основанию с помощью замкнутой  цепи, соединяющей ведущую звездочку и звездочку, закрепленную на внешнем основании. Смещают ось вращения внешнего основания относительно оси вращения внутреннего основания и вращающий момент на звездочках, роликах или шестернях внутреннего основания передают на выходной вал с помощью шестерен, закрепленных на одной оси с роликами, звездочками или шестернями внутреннего основания.
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 или шестерен вращения. Число роликов на каждом основании одинаково. Каждый ролик может быть заменен на два ролика замены для того, чтобы использовать участок троса, ремня или цепи между роликами 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 не совпадении осей вращения оснований. Это означает, что внутреннее и внешнее основания могут вращаться каждое относительно своих не совпадающих осей вращения при воздействии вращающего момента на одно из оснований.
В примере конкретного исполнения используется универсальная самоцентрирующаяся система, имеющая внутреннее основание 1 и внешнее основание 2. На внутреннем основании 1 закреплены три шестерни 3, 4, 5 с возможностью вращения относительно своих осей. На внешнем основании 2 закреплены четыре шестерни 6, 7, 8, 9 с возможностью вращения относительно своих осей, закрепленных в подшипниках 24. Шестерни 6 и 7 являются шестернями замены. Они установлены вместо шестерни 30, показанной на фигуре 8, где изображена универсальная самоцентрирующаяся система с тремя шестернями на каждом основании. На отрезок цепи 15, находящийся между шестернями 6 и 7 воздействует шестерня  натяжения 10 и при этом не изменяет свойств универсальной самоцентрирующейся системы. Натяжение осуществляется пружиной 23.
При натянутой цепи 15 (как показано на фигуре 8) оси вращения внутреннего и внешнего оснований совпадают. При воздействии вращающего момента на одно из оснований, оба основания будут вращаться с одинаковой угловой скоростью. Цепь 15 не перемещается вдоль своего периметра и все шестерни 3,4, 5, 8, 9, 30 не вращаются. Шестерни 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 последовательно соединены между собой замкнутой цепью 15,как показано на фигурах 3 и 4. При этом шестерни 6, 7, 10 эквивалентны одной шестерне 30, показанной на фигуре 8. На одной оси с шестернями 3, 4, 5, закреплены шестерни 19, 20, 21, передающие вращающий момент на ведомую шестерню 22. Шестерня 22 соединена с выходным валом 29. Вращающий момент прикладывается к звездочке 26, закрепленной на внешнем основании 2 с помощью замкнутой цепи 12, соединяющей звездочку 26 и ведущую звездочку 27. Звездочка 26 соединяется с внешним основанием через стойки 25.
На фигуре 8 показана часть устройства, где оси вращения внутреннего и внешнего оснований совпадают. При наличии вращающего момента на основании 2  основания 1 и 2 вращаются с одинаковой угловой скоростью. При этом цепь 15 не перемещается вдоль своего периметра и все шестерни не вращаются относительно своих осей.
Если сместить ось вращения 16 внутреннего основания относительно оси вращения внешнего основания, как показано на фигуре 3, то цепь 15 начнет перемещаться вдоль своего периметра, при условии, что на внешнее основание 1 или 2 воздействует вращающий момент. Скорость перемещения цепи будет пропорциональна величине смещений осей оснований 1 и 2. Вращающий момент будет передаваться на шестерни 3, 4, 5 и закрепленные на них шестерни 19, 20, 21. В универсальной самоцентрирующейся системе могут быть использованы звездочки, шестерни, ролики с ремнем  или тросом. В приведенном примере входной вал 16, одновременно являющийся осью вращения, закреплен на внутреннем основании. Выходной вал 29 закреплен на шестерне 22. Корпус 18 служит опорой для вала 16 и выходного вала 29. Ползун 13, соединенный с внешней обоймой 11 подшипника  служит для смещения оси внешнего основания 2 в направлении 17, как показано на фигуре 4. Пружина 14 смещает ось внешнего основания относительно оси внутреннего основания. При воздействии вращающего момента на звездочку 26, передаваемого цепью 12 от ведущей звездочки 27, сила натяжения цепи 12 будет направлена противоположно силе пружины 14. Чем больше сила натяжения цепи 12, тем ближе к оси внутреннего основания смещается ось внешнего основания. При этом угловая скорость всех шестерен оснований и, соответственно, выходного вала уменьшается. При совпадении осей входного и выходного оснований скорость выходного вала падает до нуля. Ролик 28 служит для натяжения цепи 12.
На фигуре 7 можно приблизительно оценить величину перемещения цепи 15 за один оборот при конкретных геометрических параметрах универсальной самоцентрирующейся системы. При повороте внешнего основания на угол 120 градусов шестерня 19 займет положение шестерни 21. Шестерня 9 займет положение шестерни 8. Отрезок цепи между шестернями 19 и 9, равный 324,83 займет положение отрезка цепи между шестернями 20 и 8, равного 756,42 . Разница в длине этих отрезков 756,42 - 324,83= 431,59. За полный оборот цепь переместится на 431,59*3=1294,77. Это сравнимо с диаметром внешнего основания 1512,84. При этом центры оснований смещены на 322,66.
При радиусе шестерен 50 шестерни повернутся вокруг своей оси за один оборот внешнего основания на величину 1297,77/100/3,14=4,133 раза. Дальнейшее зависит от соотношения диаметров шестерен 19, 20, 21, и шестерни 22 выходного вала. Передаточное отношение между этими шестернями может быть установлено от 0,1 до 10 в зависимости от того внутренние зубья у ведомой шестерни или наружные. Суммарное передаточное отношение определяется произведением передаточного отношения самой универсальной самоцентрирующейся системы, который в приведенном примере равен 1/4,133=0,242, и передаточным соотношением пары шестерен 22 и 21. В результате получаем, что диапазон плавного изменения передаточного соотношения 0-0,2, или 0-2, если диаметр шестерни 22 в десять раз превосходит диаметр шестерен 19, 20, 21, что на несколько порядков больше, чем в известных передачах. Этот диапазон можно сделать, при необходимости, уже, например 0-0,1 или 0-1.
На фигуре 1 представлена передача с универсальной самоцентрирующейся системой.
На фигуре 2 представлена передача с универсальной самоцентрирующейся системой, вид со стороны выходного вала.
На фигуре 3 представлен разрез устройства с изображением шестерен оснований.
На фигуре 4 представлен разрез с изображением шестерни выходного вала.
На фигуре 5 представлен разрез передачи со стороны звездочки.
На фигуре 6 представлен поперечный разрез передачи.
На фигуре 7 представлены данные для ориентировочной оценки передаточного отношения универсальной самоцентрирующейся системы.
На фигуре 8 представлена универсальная самоцентрирующаяся система без роликов замены и натяжения.