ВАРИАТОР
VARIATOR

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к машиностроению, в частности к передачам с бесступенчатым регулированием передаточного отношения, и может быть использовано в конструкциях приводов высевающих аппаратов сеялок.
Уровень техники
Изобретение относится к конструкции импульсного вариатора - механической передачи, в которой равномерное вращение входного(ведущего) вала передается на выходной (ведомый) вал непрерывными вращательными импульсами.
Известен рычажно-кулачковый вариатор (см. патент RU 174717, МПК: F16Н37/14, F16Н29/08, опубл. 30.10.2017), содержащий входной вал с двухзвенными кулачками установленными на валу со смещением друг относительно друга на 90°, выходной вал со смонтированными на нем обгонными муфтами, размещенными в обоймах, и передаточные механизмы, каждый из которых включает рычаг с роликом, обкатывающим поверхность соответствующего кулачка, и внутренней прорезью, внутри которой перемещается ползун, связанный одной тягой с обоймой соответствующей обгонной муфты, а другой тягой – с регулировочным механизмом. Силовое замыкание ролика рычага с кулачком обеспечивается пружиной.
Похожую конструкцию имеет и вариатор, раскрытый в патенте RU 2604754, МПК: F16H37/14, опубл. 22.07.2015 г.
К недостаткам обоих вышеупомянутых аналогов можно отнести конструктивную сложность механизмов, передающих движение от кулачков к обгонным муфтам, включающих взаимно-подвижные элементы: рычаг и ползун, большое количество тяг, что усложняет обслуживание и отрицательно сказывается на надежности устройства.
Наиболее близким к заявляемому устройству аналогом, по количеству сходных конструктивных признаков, является  вариатор, конструкция которого раскрыта в патенте Германии № 1941402, МПК: А01С7/00, опубл. 25.02.1971 г.
Упомянутый вариатор содержит размещенные в корпусе ведущий вал, ведомый вал и передаточные механизмы, каждый из которых включает установленный на ведущем валу эксцентрик (кулачок), установленную на ведомом валу обгонную муфту (механизм свободного хода). Передача движения от кулачка к обгонной муфте в этом устройстве осуществляется посредством одного толкателя с роликами, шарнирно закрепленного на внешней обойме обгонной муфты, взаимодействующего одним роликом - с кулачком и вторым роликом – с направляющей, положение которой задается механизмом регулирования, рычаг управления которым выведен на корпус. Силовое замыкание элементов передаточного механизма выполняет пружина, обеспечивающая поджатие роликов толкателя к контактным поверхностям направляющей и кулачка.
Использование трех передаточных механизмов с однозвенными кулачками, смещенными друг относительно друга на 120°, не позволяет добиться высокой плавности передачи и при этом усложняет конструкцию.
К недостаткам ближайшего аналога следует также отнести возможность появления на малых оборотах вариатора мертвых точек, в которых передача вращательного движения от ведущего вала к ведомому прерывается, и механизм не работает. Это обусловлено тем, в положениях механизма регулирования, близких к нулю, сила действия пружины направлена практически параллельно прямой, на которой лежат оси шарнира и роликов толкателя, в результате - не обеспечивается надежность прижатия роликов толкателя к контактным поверхностям кулачка и направляющей.
Предлагаемое изобретение направлено на решение вышеупомянутой проблемы и повышение надежности работы устройства, в том числе на минимальных оборотах.
Достигаемые технические результаты заключаются в повышении надежности работы вариатора за счет исключения появления мертвых точек и обеспечения надежности силового замыкания элементов во всем диапазоне регулирования.
Раскрытие сущности изобретения
Сущность изобретения как технического решения заключается в том, что в конструкции вариатора, содержащего размещенные в корпусе ведущий вал, ведомый вал и передаточные механизмы, каждый из которых включает установленный на ведущем валу кулачок, установленную на ведомом валу обгонную муфту, на внешней обойме которой шарнирно закреплен толкатель с роликами, один из которых взаимодействует с кулачком, а другой – с направляющей, связанной с механизмом регулирования ее положения, и пружину для силового замыкания роликов толкателя с направляющей и кулачком, согласно заявляемому изобретению, форма толкателя выполнена с возможностью размещения осей шарнира и роликов толкателя по углам условного треугольника, при этом пружина закреплена к толкателю на участке, расположенном между роликами.
Отличительная оригинальная форма толкателя, сходная в плане с формой треугольника, позволила разнести в пространстве ролики толкателя, что в совокупности с размещением пружины между роликами толкателя, позволило исключить возможность появления параллельно действующих сил и мертвых точек в любом положении направляющей и обеспечить надежность силового замыкания элементов во всем диапазоне регулирования.
Предложенное конструктивное исполнение толкателя также позволило добиться наиболее оптимального размещения контактирующих пар в корпусе и исключить перекрытие рабочих зон подвижных элементов, имеющее место в ближайшем аналоге. В результате было повышено удобство обслуживания и настройки устройства.
В предпочтительном примере реализации изобретения вариатор содержит два передаточных механизма, в каждом из которых кулачок выполнен в виде двухзвенного кулачка, т.е. кулачка с двумя рабочими поверхностями. Кулачки механизмов установлены на ведущем валу с угловым смещением друг относительно друга на 90°. Форма кулачков подобрана таким образом, чтобы обеспечить в процессе работы перекрытие рабочих поверхностей кулачков для повышения плавности передачи.
Использование двухзвенных кулачков позволило увеличить число рабочих поверхностей до четырех, что способствовало повышению плавности передачи, и при этом, по сравнению с ближайшим аналогом, уменьшить количество передаточных механизмов, благодаря чему упростить конструкцию вариатора и повысить его надежность.
Направляющая может иметь единую контактную поверхность для всех контактирующих с ней роликов, а может быть выполнена в виде совокупности контактных дорожек. Во всех случаях криволинейная контактная поверхность направляющей выполняется по радиусу.
Механизм регулирования положения направляющей включает поворотный рычаг, жестко связанный одним концом с установленным в корпусе с возможностью осевого вращения стержнем, на котором закреплена направляющая. Второй конец поворотного рычага связан посредством зубчато-реечного механизма со шкалой-указателем и снабжен фиксатором положения.
Суть заявляемого технического решения и возможность его промышленного осуществления подтверждается приведенными ниже примерами и чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 – вариатор, общий вид;
на фиг. 2 -  вид А с фиг.1;
на фиг. 3 – показан толкатель, закрепленный на обойме обгонной муфты;
на фиг. 4 –  вид В с фиг. 3;
на фиг. 5 – иллюстрирована работа вариатора.
Осуществление изобретения
Предлагаемый вариатор (см. фиг. 1) содержит размещенные в корпусе 1  ведущий вал 2, ведомый вал 3 и связывающие их передаточные механизмы, каждый из которых включает установленный на ведущем валу 2 двухзвенный кулачок 4, установленную на ведомом валу 3 обгонную муфту 5, и кинематически связывающий их толкатель 6, шарнирно закрепленный на внешней обойме 7 обгонной муфты 5. Толкатель 6 снабжен парой роликов 8 и 9, взаимодействующих с кулачком 4 и направляющей 10, связанной с механизмом регулирования ее положения. Использование роликов обеспечивает снижение сил трения при контакте. Силовое замыкание роликов толкателя с направляющей и кулачком обеспечивается пружиной 11.
Как видно на фиг. 1 и 2, в предпочтительной конструкции вариатора, применено два параллельно работающих передаточных механизма со сдвинутым на 90° циклом работы. Для чего кулачок 4 первого передаточного механизма установлен на валу 2 с угловым смещением относительно кулачка 4´ второго передаточного механизма на 90°.
Форма и размер кулачков подобраны эмпирическим образом так, чтобы рабочие поверхности кулачков в процессе работы перекрывались, что способствует плавности и равномерности вращения ведомого вала 3.
В предпочтительном примере реализации устройства направляющая образована совокупностью контактных дорожек 10 и 10´ для роликов 9 и 9´, соответственно.
При этом приведенный пример не исключает возможности выполнения направляющей 10 в виде единой детали с контактной поверхностью, общей для всех контактирующих с ней роликов, например, как в ближайшем аналоге.
Толкатель 6 (см. фиг. 3 - 4) имеет в плане форму, близкую к форме треугольника, по углам которого размещены ось 12 шарнира, соединяющего толкатель 6 с обоймой 7 обгонной муфты 5, и оси 13 и 14 роликов 8 и 9, соответственно. Между осями 13 и 14 роликов 8 и 9 выполнен выступ для оси 15, обеспечивающей закрепление пружины 11.
Предлагаемый вариатор может быть использован для привода высевающих аппаратов сеялки. В этом случае ведущий вал 2 получает вращение от привода, например, батареи катков через автомат включения, который срабатывает при переводе сеялки в рабочее положение.
Работа вариатора осуществляется следующим образом. Вал 2 вращает кулачки 4 и 4´. Ролики 8 и 8´ толкателей 6 и 6´ обкатывают поверхности соответствующих кулачков, ролики 9 и 9´ толкателей 6 и 6´ взаимодействуют с контактными дорожками направляющей (10 и 10´).
Движение толкателя 6 (аналогично и для 6´) в предлагаемой конструкции задается двумя элементами: кулачком 4 (формой его рабочей поверхности) и направляющей 10 – положением ее контактной поверхности, под воздействием которых толкатель совершает сложное движение и поворачивает обойму 7, передавая вращение через обгонную муфту 5 на ведомый вал 3, который поворачивается на некоторый угол.
1
1
2
2
1
2
2
1
1
Рабочая поверхность каждого двухзвенного кулачка (4, 4´) состоит (см. фиг.5) из двух набегающих (рабочих) участков А-Б и А-Би двух возвратных (нерабочих) участков Б- А и Б-А. Так как рабочие поверхности кулачков 4 и 4´ перекрываются, то еще до момента выхода ролика 8 за пределы рабочего участка А кулачка 4, ролик 8´ начинает взаимодействие с рабочим участком кулачка 4´, и перемещает толкатель 6´, который в свою очередь поворачивает вал 3 на некоторый угол. Обратное движение вала 3 исключается, благодаря использованию механизма свободного хода, т.е. обгонной муфты 5, конструктивное исполнение которой может быть любым.
Кулачки обеспечивают циклически постоянное воздействие на толкатели. Изменение угла поворота ведомого вала 3, а значит, передаточного отношения редуктора производится за счет регулирования положения направляющей 10.
При использовании вариатора для привода высевающих аппаратов, передаточное отношение определяется нормой высева семян, которая устанавливается перед началом работы.
Механизм регулирования положения направляющей включает поворотный рычаг 16, жестко связанный одним концом со стержнем (осью) 17, установленным в корпусе 1 с возможностью осевого вращения, на котором жестко закреплена направляющая 10. Второй конец поворотного рычага 16, выведенный за пределы корпуса 1, связан посредством зубчато-реечного механизма со шкалой 18, показывающей норму высева. Для фиксации положения рычага 16 служит гайка-фиксатор 19.
В «нулевом положении» механизма регулирования (см. фиг.1) направляющая 10 занимает свое исходное (нижнее) положение, в котором центр кривизны контактной поверхности направляющей 10 совпадает с осью вращения С шарнира толкателя 6 (см. фиг. 5). Так как величина радиуса кривизны контактной поверхности изначально задается равной расстоянию от оси С вращения шарнира до внешней (контактной) поверхности ролика 9, то в «нулевом» положении направляющей 10 толкатель 6 совершает простое качательное движение на оси 12 шарнира. Обойма 7 обгонной муфты 5 в этом случае стоит неподвижно, не приводя в движение ведомый вал 3.
При переводе механизма регулирования в промежуточное положение (см. фиг. 5) ролики 8 (8´) обкатывают сопряженные с ними поверхности кулачков 4 (4´), также как и при «нулевом» положении, при этом изменяется положение направляющей 10, которая  поворачивается на угол α относительно оси вращения стержня 17.
При повороте направляющей 10 центр кривизны ее контактной поверхности смещается относительно центра оси С вращения толкателя 6, и по мере поворота толкателя 6 расстояние L от оси С вращения до контактной поверхности направляющей 10 уменьшается. В результате толкатель 6 вынужден совершать сложное возвратно-поступательное движение, проворачивая при этом обойму 7 вместе с обгонной муфтой 5, а с ней и вал 3 на некоторый угол β.
При увеличении нормы высева, увеличивается угол α поворота направляющей 10, что приводит к увеличению угла β поворота обоймы 5.
В процессе работы вариатора, благодаря конструктивному исполнению толкателей 6 (6ґ) и размещению пружин 11 между роликами толкателей исключено появление мертвых точек и обеспечена надежность силового замыкания во всем диапазоне регулирования, в том числе в положениях, близких к нулю.
Предлагаемый вариатор может быть использован как для новых конструкций сеялок, так и для модернизации уже существующих машин.
Вариатор обеспечивает плавное регулирование числа оборотов ведомого вала 3 при установке нормы высева, позволяя точно настроить его на требуемую норму высева.