ВАРИАТОР
VARIATOR

Область техники
Настоящее изобретение относится к бесступенчатой трансмиссии, а именно к малогабаритному вариатору, в котором выходной крутящий момент может быть автоматически увеличен или уменьшен в зависимости от увеличения или уменьшения нагрузки на выходном вале.
Предшествующий уровень техники
Редукторы, как правило, подразделяются на редукторы с постоянной скоростью, в которых крутящий момент на выходе обеспечивается при постоянной пониженной скорости вращения за счет использования зацепления зубчатых колес различного размера, и на вариаторы, в которых изменение передаточного отношения осуществляется за счет использования, например, конической передачи.
Вращательное усилие от приводной силовой установки типа мотора или двигателя обеспечивается на выходе при высокой скорости вращения, но с низким крутящим моментом. Поэтому в большинстве промышленных механизмов обычно используют редуктор для увеличения крутящего момента.
Здесь редуктор предназначен для снижения числа оборотов от приводной силовой установки с увеличением крутящего момента.
Редуктор снижает число оборотов, но увеличивает выходной крутящий момент. В случае, когда нагрузка, приложенная к выходному валу, выше выходного крутящего момента на выходном вале, такая нагрузка может действовать на выходной вал мотора или двигателя в противоположном направлении, за счет чего снижается ресурс мотора или двигателя.
Нагрузка, которая является более высокой, чем выходной крутящий момент на выходном вале, действует на выходной вал мотора или двигателя в противоположном направлении, что препятствует обеспечению требуемого крутящего момента, передаваемого на выходной вал.
Бесступенчатая передача, раскрытая в патентной заявке KR 2007-0064349, предназначена для преодоления вышеописанных проблем.
Эта известная передача включает рычажный кривошипный механизм, расположенный между входным валом, вращающимся в одном с ним направлении за счет внешнего крутящего момента (от мотора или двигателя), и выходным валом, получающим крутящий момент от входного вала и передающим его к исполнительному органу.
Рычажный кривошипный механизм является известным механизмом, позволяющим выходному валу преобразовывать однонаправленное вращение в возвратно-поступательное движение с определенным угловым диапазоном. Вышеописанный известный механизм, например, используется в приводе стеклоочистителей транспортного средства.
Тем не менее, известная бесступенчатая передача с использованием рычажного кривошипно-шатунного механизма предназначена для того, чтобы передача приводного усилия осуществлялась только в одну сторону для снижения вибрации и шума.
Раскрытие изобретения
В связи с вышеизложенным технической задачей настоящего изобретения является обеспечение малогабаритного вариатора, в котором крутящий момент может автоматически увеличиваться или уменьшаться в зависимости от увеличения или уменьшения нагрузки на выходном вале.
Для достижения поставленной технической задачи предлагается вариатор, включающий: входной вал, к которому прикладывается внешний крутящий момент; множество ведомых зубчатых колес, расположенных вокруг входного вала с определенным углом сдвига фаз и выполненных с возможностью принимать крутящий момент от входного вала; изменяемый кривошип, выполненный с возможностью изменять радиус вращения в зависимости от внешней нагрузки; изменяемое входное звено, соединенное с входным валом с возможностью вращения для передачи крутящего момента от входного вала; однонаправленную муфту, выполненную с возможностью передавать двунаправленный крутящий момент на ведомые зубчатые колеса только в одном направлении и за счет этого приводить во вращение каждое ведомое зубчатое колесо в одном направлении; множество кривошипных валов, которые соединены с однонаправленной муфтой изнутри или снаружи; и множество рабочих тяг, один конец каждой из которых соединен с изменяемым кривошипом с возможностью вращения вместе с изменяемым кривошипом относительно оси вращения изменяемого входного звена, а другой конец каждой из которых соединен с возможностью вращения с каждым из кривошипных валов, соответственно, при этом рабочие тяги имеют одинаковую длину.
Предпочтительно, когда вариатор дополнительно включает устройство противодействия, служащее для поджатия изменяемого кривошипа радиально в направлении от входного вала.
Лучше, когда вариатор дополнительно включает диск, который выполнен с возможностью вращения относительно центральной оси изменяемого входного звена вместе с изменяемым кривошипом, когда один конец каждой из множества рабочих тяг соединен с каждым из множества ведомых зубчатых колес с соответствующим углом сдвига фаз, соответственно.
Изменяемое входное звено может входить во внешний или внутренний контакт с входным валом.
Входной вал входит во внутренний контакт с выходным зубчатым колесом с возможностью вращения, при этом выходное зубчатое колесо имеет возможность вращаться в зацеплении с множеством ведомых зубчатых колес, соответственно.
Выходное зубчатое колесо может быть выполнено за одно целое вместе с выходным валом кольцевого поперечного сечения, ось вращения которого совпадает с осью вращения входного вала.
Устройство противодействия может быть выполнено в виде пружины, гидравлического цилиндра или пневматического цилиндра.
Преимущества изобретения
В вышеописанном техническом решении множество рабочих тяг, каждая из которых действует по отдельности в диапазоне определенных углов сдвига фаз, расположены симметрично слева и справа вокруг изменяемого входного звена, за счет чего снижается число деталей и вес, что приводит к уменьшению габаритов конструкции. Благодаря тому, что крутящий момент на входном валу не действует в противоположную сторону, такая конструкция способствует увеличению срока службы, за счет чего достигается надежная передача мощности и крутящего момента, при этом точная синхронизация рабочих тяг позволяет легко переключать вращение из направления по часовой стрелке в направление против часовой стрелки, и наоборот.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение станет более понятным за счет использования ссылок на сопровождающие чертежи, которые представлены только для целей иллюстрации, не ограничивающие настоящее изобретение, и на которых представлено:
фиг.1 - вид в перспективе вариатора по первому варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.2 - вид сзади в перспективе вариатора с фиг.1;
фиг.3 - вид в вертикальном разрезе вариатора с фиг.1;
фиг.4 - вид сзади в перспективе вариатора по второму варианту осуществления настоящего изобретения; и
фиг.5 - вид в вертикальном разрезе вариатора по второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Цифровые обозначения на чертежах: 1, 1' - вариатор; 15 - входной вал; 21, 22, 23, 24 - ведомые зубчатые колеса; 31 - изменяемый кривошип; 35 - устройство противодействия; 41 - изменяемое входное звено; 51, 52, 53, 54 - однонаправленные муфты; 61, 62, 63, 64 - кривошипные валы; 71, 72, 73, 74 - рабочие тяги; 81 - шип; 85 - диск; 91 - выходное зубчатое колесо; 95 - выходной вал.
Варианты осуществления изобретения
Далее настоящее изобретение будет описано со ссылками на приложенные чертежи.
В следующих примерах вариантов осуществления настоящего изобретения одинаковые элементы обозначены одними и теми же цифровыми обозначениями и описаны в качестве примера для первого варианта осуществления, а остальные варианты осуществления описываются лишь в части конструктивных отличий.
На фиг.1-3 показан вариатор по первому варианту осуществления настоящего изобретения. Здесь вариатор 1 по настоящему изобретению включает входной вал 15, множество ведомых зубчатых колес 21, 22, 23 и 24, изменяемый кривошип 31, устройство противодействия 35, изменяемое входное звено 41, однонаправленные муфты 51, 52, 53 и 54, множество кривошипных валов 61, 62, 63 и 64 и множество рабочих тяг 71, 72, 73 и 74.
Входной вал 15 установлен с возможностью вращения в корпусе 11 для передачи на него внешнего крутящего момента.
Обеспечиваются четыре ведомых зубчатых колеса 21, 22, 23 и 24. Ведомые зубчатые колеса 21, 22, 23 и 24 расположены вокруг входного вала 15 на одном радиусе так, чтобы располагаться попарно с обоих сторон от входного вала 15. Каждое из ведомых зубчатых колес 21, 22, 23 или 24 смещено относительно другого с углом сдвига фаз 90° и установлено с возможностью передачи на них крутящего момента от входного вала 15 в положении, когда входной вал 15 установлен с возможностью вращения в корпусе 11.
Изменяемый кривошип 31 устроен в изменяемом входном звене 41, а его радиус вращения изменяется в зависимости от внешней нагрузки.
Устройство противодействия 35 служит для поджатия изменяемого кривошипа 31 радиально в направлении от оси входного вала 15. В этом варианте осуществления обеспечивается пружина с определенной силой упругости, которая используется в качестве устройства противодействия 35. Устройство противодействия 35 может быть выполнено в виде пневматического или гидравлического цилиндра, соединенного с пневмоприводом или гидроприводом, благодаря которым перемещение цилиндра вперед или назад может зависеть от нагрузки, передаваемой на устройство противодействия 35, в отличие использования для этого действия пружины.
Изменяемое входное звено 41, в котором размещены изменяемый кривошип 31 и устройство противодействия 35, принимает крутящий момент от входного вала 15 и соединено с входным валом 15 с возможностью вращения вместе с ним. В этом варианте осуществления, как показано на фиг.3, внутренняя поверхность изменяемого входного звена 41 входит в неподвижный контакт в внешней поверхностью концевого участка входного вала 15. Хотя это и не показано, изменяемое входное звено 41 также может входит в неподвижный контакт с внутренней поверхностью входного вала 15.
Однонаправленные муфты 51, 52, 53 и 54 обеспечены на внутренней поверхности каждого из ведомых зубчатых колес 21, 22, 23 или 24 и воспринимают двунаправленный вращающий момент, который при этом может передаваться на каждое из ведомых зубчатых колес 21, 22, 23 и 24 только в одном направлении. Каждая из однонаправленных муфт 51, 52, 53 или 54 сцепляется с ведомым зубчатым колесом 21, 22, 23 или 24 для вращения в одном определенном направлении, а именно в направлении по часовой стрелке или против часовой стрелки, вращая за счет этого ведомое зубчатое колесо 21, 22, 23 или 24 в направлении по часовой стрелке или против часовой стрелки.
Четыре кривошипных вала 61, 62, 63 и 64 обеспечены для соответствующих ведомых зубчатых колес 21, 22, 23 и 24, эти кривошипные валы 61, 62, 63 и 64 соединены с однонаправленными муфтами 51, 52, 53 и 54 внутри них и установлены с возможностью вращения в корпусе 11. Далее, для удобства описания, условно полагается, что кривошипный вал, расположенный в правой верхней части на фиг.2, будет называться первым кривошипным валом 61, кривошипный вал, расположенный слева от первого кривошипного вала 51, будет называться вторым кривошипным валом 62, кривошипный вал, расположенный ниже первого кривошипного вала 61, будет называться третьим кривошипным валом 63, а кривошипный вал, расположенный по диагонали от первого кривошипного вала 61, будет называться четвертым кривошипным валом 64, соответственно.
Четыре рабочие тяги 71, 72, 73 и 74 обеспечены для соответствующих ведомых зубчатых колес 21, 22, 23 и 24 так, что одни концы рабочих тяг соединены вместе с помощью шипа 81, выполненного на изменяемом кривошипе 31, а другие концы каждой из тяг соединены с возможностью вращения с каждым из кривошипных валов 61, 62, 63 и 64, соответственно. Одни концы каждой из рабочих тяг 71, 72, 73 и 74, соединенные с помощью шипа 81, могут свободно вращаться относительно центральной оси вращения изменяемого звена 41 вместе с изменяемым кривошипом 31.
Выходное зубчатое колесо 91, вращающееся в зацеплении с четырьмя ведомыми зубчатыми колесами 21, 22, 23 и 24, входит в контакт с передним концом входного вала 15 с возможностью вращения относительно него.
Выходное зубчатое колесо 91 неподвижно соединено с выходным валом 95 с кольцевым поперечным сечением, выступающим из переднего конца входного вала 15, и имеет ту же ось вращения, что и ось входного вала 15.
Ведущая звездочка, приводной патрон или ведущий шкив (не показаны) закреплены на выходным вале 95 в качестве элемента для приведения в движение внешних устройств.
Процессы передачи внешней мощности и крутящего момента, а также изменения скорости вращения вариатором, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения будут описаны далее для вышеописанной конструкции вариатора.
Входной вал 15, который вращается в одном направлении за счет приложения к нему внешнего крутящего момента, приводит во вращение изменяемое входное звено 41 и изменяемый кривошип 31, расположенный с эксцентриситетом относительно изменяемого входного звена 41, при этом за счет крутящего момента изменяемый кривошип 31 приводит во вращение конец каждой из четырех рабочих тяг 71, 72, 73 и 74, соединенных с возможностью вращения с изменяемым кривошипом 31, относительно оси вращения изменяемого входного звена 41.
Изменяемый кривошип 31 служит для приведения во вращение четырех кривошипных валов 61, 62, 63 и 64 на определенные углы в прямом и обратном направлениях за счет соединения с рабочими тягами 71, 72, 73 и 74, где эти четыре рабочие тяги 71, 72, 73 и 74 соединены с изменяемым кривошипом 31 с возможностью свободного вращения, при этом за счет поворота изменяемого кривошипа 31 на угол 0-90° первый кривошипный вал 61 поворачивается в прямом и обратном направлении, четвертый кривошипный вал 64, имеющий угол сдвига фазы -180° относительно первого кривошипного вала 61, поворачивается в прямом направлении, первый кривошипный вал 61, имеющий угол сдвига фазы -180° относительно второго кривошипного вала 62, поворачивается в прямом направлении, второй кривошипный вал 62, имеющий угол сдвига фазы +180° относительно первого кривошипного вала 61, поворачивается в прямом направлении, а третий кривошипный вал 63, имеющий угол сдвига фазы более 180° относительно первого кривошипного вала 61, поворачивается в обратном направлении.
Четыре кривошипных вала 61, 62, 63 и 64 поворачиваются на определенные углы в прямом и обратном направлениях за счет дальнейшего поворота изменяемого кривошипа 31 на угол 91-180° так, что второй кривошипный вал 62, имеющий угол сдвига фазы +90° относительно первого кривошипного вала 61, поворачивается в прямом и обратном направлениях, первый кривошипный вал 61, имеющий угол сдвига фазы -180° относительно второго кривошипного вала 62, поворачивается в прямом направлении, третий кривошипный вал 63, имеющий угол сдвига фазы +180° относительно второго кривошипного вала 62, поворачивается в прямом направлении, а четвертый кривошипный вал 64, имеющий угол сдвига фазы более 180° относительно второго кривошипного вала 62, поворачивается в обратном направлении.
За счет дальнейшего поворота изменяемого кривошипа 31 на угол 181-270° четыре кривошипных вала 61, 62, 63 и 64 поворачиваются на определенные углы в прямом и обратном направлениях так, что третий кривошипный вал 63, имеющий угол сдвига фазы +90° относительно второго кривошипного вала 62, поворачивается в прямом и обратном направлениях, второй кривошипный вал 62, имеющий угол сдвига фазы -180° относительно третьего кривошипного вала 63, поворачивается в прямом направлении, четвертый кривошипный вал 64, имеющий угол сдвига фазы +180° относительно третьего кривошипного вала 63, поворачивается в прямом направлении, а первый кривошипный вал 61, имеющий угол сдвига фазы более 180° относительно третьего кривошипного вала 63, поворачивается в обратном направлении.
За счет дальнейшего поворота изменяемого кривошипа 31 на угол 271-360° четыре кривошипных вала 61, 62, 63 и 64 поворачиваются на определенные углы в прямом и обратном направлениях так, что четвертый кривошипный вал 64, имеющий угол сдвига фазы +90° относительно третьего кривошипного вала 63, поворачивается в прямом и обратном направлениях, третий кривошипный вал 63, имеющий угол сдвига фазы -180° относительно четвертого кривошипного вала 64, поворачивается в прямом направлении, четвертый кривошипный вал 64, имеющий угол сдвига фазы +180° относительно третьего кривошипного вала 63, поворачивается в прямом направлении, а первый кривошипный вал 61, имеющий угол сдвига фазы более 180° относительно третьего кривошипного вала 63, поворачивается в обратном направлении.
Однонаправленные муфты 51, 52, 53 и 54 расположены между кривошипным валом и ведомыми зубчатыми колесами 21, 22, 23 и 24 и служат для передачи вращения на ведомые зубчатые колеса 21, 22, 23 и 24 только при вращении кривошипных валов 61, 62, 63 и 64 в прямом направлении, за счет чего выходное зубчатое колесо 91 постоянно вращается в прямом направлении при вращении входного вала 15.
Как только внешняя нагрузка на выходном вале 95, снабженного выходным зубчатым колесом 91, возрастает, то она передается на устройство противодействия 35 через ведомые зубчатые колеса 21, 22, 23 и 24, кривошипные валы 61, 62, 63 и 64, рабочие тяги 71, 72, 73 и 74 и изменяемый кривошип 31. В этом случае изменяемый кривошип 31 перемещается ближе к центральной оси изменяемого входного звена 41, радиус вращения изменяемого кривошипа 31 уменьшается, и углы поворота, и возвратно-поступательное перемещение кривошипных валов 61, 62, 63 и 64 уменьшаются, в результате чего ведомые зубчатые колеса 21, 22, 23 и 24 работают в режиме пониженной скорости. И наоборот, когда меньшая внешняя нагрузка передается с выходного вала 95 на устройство противодействия 35, как описано выше, то изменяемый кривошип 31 отдаляется от центральной оси изменяемого входного звена 41, радиус вращения изменяемого кривошипа 31 увеличивается, а угол поворота и возвратно-поступательное движение кривошипных валов 61, 62, 63 и 64 соответственно увеличиваются, в результате чего ведомые зубчатые колеса 21, 22, 23 и 24 переходят на работу в режиме повышенной скорости.
Когда внешняя нагрузка, приложенная к выходному валу 95, приводит к такому сжатию устройства противодействия 35, что изменяемый кривошип 31 располагается на центральной оси изменяемого входного звена 41, то изменяемый кривошип 31 будет свободно вращаться в положении, при котором радиус вращения равен нулю, таким образом угол поворота возвратно-поступательного движения кривошипных валов 61, 62, 63 и 64 становится равным нулю, в результате чего скорость ведомых зубчатых колес 21, 22, 23 и 24 также становится равной нулю. При этом, поскольку возможна минимальная скорость, равная нулю, то передаточное отношение вариатора может изменяться от 0 до бесконечности, поэтому вариатор по настоящему изобретению имеет возможность бесступенчато изменять скорость.
На фиг.4 и 5 показан вариатор по второму варианту осуществления настоящего изобретения. Здесь, вариатор ±1' по второму варианту осуществления настоящего изобретения отличается от вариатора, рассмотренного в первом варианте осуществления, тем, что один конец каждой из рабочих тяг 71, 72, 73 и 74 соединен с диском 85.
Один конец каждой из рабочих тяг 71, 72, 73 и 74 соединен с диском 85 с определенным углом сдвига фаз ведомых зубчатых колес 21, 22, 23 и 24, соответственно, а именно с углом сдвига фаз 90°.
Центр диска 85 соединен с шипом 81, расположенным на изменяемом кривошипе 31 так, чтобы диск 85 мог свободно вращаться относительно оси вращения изменяемого входного звена 41, вместе с изменяемым кривошипом 31.
Процессы передачи крутящего момента и изменения скорости вариатором 1' по второму варианту осуществления настоящего изобретения такие же, как и в первом варианте осуществления, поэтому их описание опущено.
В вышеописанных вариантах осуществления настоящего изобретения продемонстрировано, что имеются четыре кривошипных вала, которые соединены через рабочие тяги с изменяемым кривошипом с углом смещения фазы 90° и на удалении в радиальных направлениях от входного вала, между тем здесь может использоваться десяток или более, или менее кривошипных валов, расположенных с определенным угловым шагом вокруг входного вала, в частности, в случае, когда имеются два кривошипных вала, соединенных с изменяемым кривошипом, то угол смещения фаз при их расположении вокруг входного вала составит 180°, когда имеются три кривошипных вала, соединенных с изменяемым кривошипом, то угол смещения фаз при их расположении вокруг входного вала составит 120°, когда имеются пять кривошипных валов, соединенных с изменяемым кривошипом, то угол смещения фаз при их расположении вокруг входного вала составит 60°, или когда имеются шесть кривошипных валов, соединенных с изменяемым кривошипом, то угол смещения фаз при их расположении вокруг входного вала составит 50°. Таким образом для специалиста очевидно, что возможно присоединение к изменяемому кривошипу любого числа кривошипных валов, располагаемых вокруг входного вала с определенным углом смещения фаз.
Хотя в вышеописанных вариантах осуществления настоящего изобретения было продемонстрировано, что множество кривошипных валов соединяются с однонаправленными муфтами, контактируя с ними изнутри, возможен вариант, когда множество кривошипных валов соединяются с однонаправленными муфтами, контактируя с ними снаружи.