ВЫПРЯМИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ ВЫСОКОМОМЕНТНОГО ВАРИАТОРА НЕФРИКЦИОННОГО ТИПА
RECTIFIER OF OSCILLATIONS OF HIGH-TORQUE VARIATOR OF NON-FRICTION TYPE

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и предназначено для преобразования колебательного вращения в однонаправленное, что используется в нефрикционных высокомоментных вариаторах при большой передаваемой мощности и плавно изменяемой скорости вращения выходного вала вариатора.
Известны используемые в вариаторах выпрямители колебаний [1, рис.1], в которых колебательный вал, являющийся ведущим валом механизма, через пару обгонных муфт кинематически связан с ведомым валом. Выпрямитель колебаний преобразует колебательное вращение колебательного вала в однонаправленное вращение ведомого вала. Такие выпрямители использованы в высокомоментных вариаторах нефрикционного типа [2], где колебательный вал через колебательный механизм, например кулачковый, кинематически связан с входным валом вариатора, при этом частота n вращения вала вариатора равна частоте колебаний колебательного вала.
В вариаторах, представленных в [3], рассмотрены выпрямители колебаний с фрикционными обгонными муфтами, показавшие свою неэффективность, так как эти муфты передают вращение силами трения, что уменьшает КПД, ограничивает передаваемый момент и ресурс. Так же неэффективно использование нефрикционных храповых обгонных муфт, из-за наличия большого угла срабатывания и ударных нагрузок.
Известны зубчатые обгонные муфты [1, 4-6], в которых момент передается посредством зубчатой планетарной пары сателлит-центральное колесо, а силы трения являются вспомогательными и служат для фиксации сателлита при передаче вращения. Угол срабатывания зубчатых обгонных муфт практически равен нулю, передаваемый момент ограничен прочностью зубчатой пары, а КПД выпрямителя колебаний (η) с этими муфтами зависит от частоты колебаний n колебательного вала вариатора. Как показано в [1, рис.9] η<0,9 при n<3000 об/мин.
Примем за прототип наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату выпрямитель колебаний с зубчатыми обгонными муфтами [1, рис.10, 11], содержащий колебательный и ведомый валы, кинематически связанный с колебательным валом входной вал вариатора, пару зубчатых обгонных муфт, ведущие полумуфты которых кинематически связанны с колебательным валом с возможностью разнонаправленного вращения и выполнены в виде центральных колес с зубчатым венцом, сцепленным с установленными на ведомых полумуфтах сателлитами с подпружиненными к упорам на ведомых полумуфтах осями, при этом ведомые полумуфты закреплены на ведомом валу.
Признаки известного механизма (прототипа), совпадающие с заявляемым изобретением, следующие. Известный механизм содержит колебательный и ведомый валы, кинематически связанный с колебательным валом входной вал вариатора, пару зубчатых обгонных муфт, ведущие полумуфты которых кинематически связаны с колебательным валом с возможностью разнонаправленного вращения и выполнены в виде центральных колес с зубчатым венцом, сцепленным с установленными на ведомых полумуфтах сателлитами с подпружиненными к упорам на ведомых полумуфтах осями, при этом ведомые полумуфты закреплены на ведомом валу.
У известного механизма вращающиеся сателлиты зубчатых обгонных муфт при обгоне контактируют с упорами, что из-за работы сил трения ведет к потере энергии, особенно при большой частоте колебания колебательного вала, например, при n=6000 об/мин η=0,67 [1, рис.9].
Целью предлагаемого изобретения является повышение КПД выпрямителя колебаний.
Предлагаемый выпрямитель колебаний имеет следующие существенные признаки. Он содержит колебательный и ведомый валы, кинематически связанный с колебательным валом входной вал вариатора, пару зубчатых обгонных муфт, ведущие полумуфты которых кинематически связанны с колебательным валом с возможностью разнонаправленного вращения и выполнены в виде центральных колес с зубчатым венцом, сцепленным с установленными на ведомых полумуфтах сателлитами с подпружиненными к упорам на ведомых полумуфтах осями, при этом ведомые полумуфты закреплены на ведомом валу, содержит также устройство отжима осей сателлитов от упоров при обгоне, включающее в себя смонтированный на ведомом валу ползун с фиксаторами осей сателлитов, и привод ползуна, например, от установленного на входном валу вариатора кулачка.
Отличительными от прототипа признаками изобретения являются следующие. Предлагаемый выпрямитель колебаний снабжен устройством отжима осей сателлитов от упоров при обгоне, включающим в себя смонтированный на ведомом валу ползун с фиксаторами осей сателлитов, и привод ползуна, например, от установленного на входном валу вариатора кулачка.
На фиг.1-3 дан вариант конструкции предлагаемого выпрямителя колебаний; на фиг.4 - графики скоростей; на фиг.5 - пример выполнения привода ползуна.
1
2
Предлагаемый механизм (фиг.1-3) содержит установленные на подшипниках в корпусе 1 колебательный 2 и ведомый 3 валы, пару зубчатых обгонных муфт ЗОМ и ЗОМ, каждая из которых включает в себя ведущую полумуфту 4, выполненную центральным колесом в виде шкива с внутренним зубчатым венцом 5, посаженным с возможностью свободного вращения на центровую шайбу 6, а ведомая полумуфта смонтирована из двух фланцев 7 и 8, сцентрированных центровой шайбой и скрепленных шпильками 9 вместе с ведомой полумуфтой другой зубчатой обгонной муфты. На установленных шарнирно на фланце 7 и с зазором на фланце 8 осях 10 посажены сцепленные с зубчатым венцом 5 сателлиты 11 с парой конических поверхностей 12. Оси 10 подпружинены пружинами 13 к упорам 14 на фланцах 7 и 8, с возможностью контакта пары упоров с каждой конической поверхностью. Колебательный вал 2 связан с колебательным механизмом вариатора (не показан), на этом валу закреплен колебательный шкив 15 и, с возможностью свободного вращения, установлен паразитный шкив 16, соединенные с ведущими полумуфтами 4 закрепленным на них тросом 17. На направляющих 18 ведомых полумуфт установлен подпружиненный пружиной 19 ползун 20 с фиксаторами осей сателлитов 21 и штоком 22, контактирующим с коромыслом 23, который опирается другим концом на кулачок 24, посаженный на входной вал 25 вариатора (не показан). Кинематические связи механизма обеспечивают одинаковую частоту n колебаний колебательного вала и вращения кулачка.
к
1
1
2
2
2
1
1
к
к
Выпрямитель колебаний действует следующим образом. Вращающийся с угловой скоростью ω входной вал кулачка 25 передает колебательное вращение с той же частотой n колебательному валу 2 посредством колебательного механизма (не показан), ω - угловая знакопеременная скорость колебательного вала (фиг.4). Как показано на фигурах 1-3, колебательный шкив 15 тросом 17 передает вращение ведущей полумуфте ЗОМ, в которой сателлиты 11 своими коническими поверхностями 12 прижаты к упорам 14 силой от зацепления зубчатой пары 5-11, что фиксирует сателлиты от поворота относительно осей 10, и обе ведомые полумуфты вращаются со скоростью Ω совместно с ведомым валом 3 выпрямителя, ЗОM совершает рабочий ход при повороте входного вала вариатора на угол α=0°…180°. При этом кулачок 24 коромыслом 23 перемещает и удерживает в левом положении (фиг.1) ползун 20, который фиксаторами 21 отжимает от упоров сателлиты ЗОМ, а ведущей полумуфте этой муфты вращение передается от паразитного шкива 16 в направлении, противоположном вращению выходного вала выпрямителя, ЗОМ совершает обгон, при котором отсутствует контакт конических поверхностей с упорами, что минимизирует потери энергии при обгоне. При повороте входного вала вариатора на угол α=180°…360° ЗОМ совершает рабочий ход, a ЗОМ - обгон, при этом ползун пружиной 19 перемещается в правое положение (фиг.1), фиксируя оси сателлитов ЗОМ. Представленный механизм выпрямляет колебания колебательного вала, при этом скорость ведомого вала зависит от параметров механизма. При отсутствии обгона в передающей вращение муфте скорость Ω=|ω|(R/R), на фиг.4 - сплошная линия, при передаче вращения с обгоном - пунктирная.
Конструктивное исполнение кинематической связи колебательного вала не принципиально и может быть другим (см. [1, 2]). Исполнение привода ползуна также может быть другим, например, как показано на фиг.5, где шток 22 контактирует с сердечником электромагнита 26, подключенного проводами 27 к источнику тока 28 через переключатель 29, смонтированный на входном валу вариатора.
Источники информации
1. Б.В.Пылаев, А.А.Шамин. Зубчатая обгонная муфта для нефрикционного высокомоментного вариатора//Вестник машиностроения. 2008. №6. С.3-61.
2. RU 2242654 С2, F16Н 29/08, 20.01.2003 (Б.В.Пылаев).
3. А.А.Благонравов. Механические бесступенчатые передачи нефрикционного типа. - М. Машиностроение, 1977.
4. RU 2298711 С2, 22.07.2005 (Б.В.Пылаев, А.А.Шамин).
5. RU 2353835 С2, F16D 41/08, 27.03.2007 (Б.В.Пылаев, А.А.Шамин).
6. RU 2353836 С2, F16D 41/08, 27.03.2007 (Б.В.Пылаев, А.А.Шамин).