Рычажно-кулачковый вариатор

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована для привода в трансмиссиях транспортных, грузоподъемных и прочих машин и механизмов, например привода высевающих аппаратов сеялок.
Известен импульсивный вариатор скорости (А.С. СССР №453519, F16H 37/14 от 15.12.74), содержащий ведущий и ведомый валы, две муфты свободного хода, наружные обоймы которых снабжены коромыслами, а внутренние связаны с ведомым валом, и управляющий рычаг с ползунами, отличающийся тем, что, с целью увеличения его долговечности и обеспечения работы в, режиме автоматического регулирования, коромысла снабжены шарнирно установленными ползунами, ведущий вал снабжен кривошипно-кулисным механизмом, в кулисах которого установлены закрепленные на одной оси ползуны управляющего рычага, подпружиненного в направлении его движения. К недостаткам можно отнести низкую надежность в связи с большим количеством подвижных деталей, невозможность приведения механизма в положение, равное нулевому передаточному отношению, а также сложность в изготовлении.
Известен рычажный вариатор (Патент РФ №2104426, C1 F16H 3/10, F16H 37/12 от 10.02.1998), содержащий кривошип, который посредством шатуна соединен с рычагом, другой конец которого через ось присоединен к коромыслу, на оси которого на обгонных муфтах противоположного направления смонтированы шестерни, связанные между собой конической шестерней. Ось вращения рычага смонтирована в ползуне, имеющем привод, который может перемещаться относительно направляющей, которая параллельна биссектрисе угла качания рычага от одной точки до другой точки, лежащей в одной плоскости. К недостаткам можно отнести остановку выходного вала в момент достижения кривошипа входного вала крайних мертвых точек, что приводит к разрыву крутящего момента и неравномерность вращения выходного вала в процессе движения кривошипа от одной крайней мертвой точки к другой во время работы вариатора, что приводит к нарушению технологического процесса работы машин и механизмов, также во время работы вариатора при максимальной частоте вращения выходного звена на рычаг действует большая изгибающая сила, что приводит к поломке ползуна, рычага и всех узлов соединения рычага с деталями привода, усложняется также кинематика привода машин и механизмов при пользовании данным вариатором, вследствие перпендикулярности входного и выходного механизмов вариатора, что приводит к удорожанию вариатора, при низкой надежности и сложности его в изготовлении.
Известен зубчато-рычажный вариатор (Патент РФ №2147701, С1 F16H 29/08 от 25.02.1998), содержащий входной и выходной валы, рукоятку изменения передаточного отношения, кинематически связанные с выходным валом кулачки, трехвальную зубчатую дифференциальную передачу, вал водила которой составляет единое звено с выходным валом, а два других имеют по паре муфт свободного хода и установленные с возможностью сообщения вращательного движения с относительным фазовым сдвигом на 90° механизмы привода, включающие рычаги, образующие с рычагами поступательные пары кулисы и ползушки, кинематически связанные с рукояткой изменения передаточного отношения с возможностью перемещения оси рычагов, взаимодействующие с кулачками ползуны и связанные с механизмами свободного хода зубчатые рейки, при этом рычаги кинематически связаны с зубчатыми рейками и посредством ползушек с ползунами, отличающийся тем, что оси рычагов смонтированы с образованием вращательных пар с кулисами, а зубчатые рейки соединены с рычагами шарнирно. К недостаткам можно отнести невозможность приведения механизма в положение, равное нулевому передаточному отношению, импульсное вращение выходного вала, низкая надежность, а также сложность в изготовлении.
Известен импульсный вариатор (Патент РФ №2127385, C1 F16H 29/02 от 10.03.1999), содержащий корпус, расположенные в нем ведущий вал с кривошипной шейкой шатун, поворотно установленный на кривошипной шейке, ведомый вал с расположенным на нем механизмом свободного хода, ведущая обойма которого шарнирно связана с одним из концов кулисы, и механизм регулирования, состоящий из ползуна, имеющего возможность перемещения вдоль кулисы по направляющим, изготовленным в корпусе, и шарнирной опоры, поворотно размещенной в цилиндрической расточке ползуна, в отверстии которой свободно установлена кулиса, отличающийся тем, что шатун шарнирно связан с вторым концом кулисы. К недостаткам можно отнести остановку выходного вала в момент достижения кривошипа входного вала крайних мертвых точек, что приводит к разрыву крутящего момента и неравномерность вращения выходного вала в процессе движения кривошипа от одной крайней мертвой точки к другой, низкая надежность в связи с большой изгибающей нагрузкой на кулису.
Из более близких по технической сущности является рычажный вариатор (Патент РФ №2467227, C1 F16H 37/14 от 15.03.2011), вариатор содержит ведущее звено - кривошип с шатуном, выходное звено - выходной вал, на котором смонтированы обгонные муфты, две обоймы, рычаг с ползуном и регулятор. Внутри каждой обоймы установлены обгонные муфты. Качательное движение обойм посредством обгонных муфт преобразуется в непрерывное вращательное движение выходного вала. Рычаг является кулисой, в круговой прорези которой установлен ползун. Один конец рычага установлен на неподвижной оси вращения, а другой конец рычага соединен с шатуном ведущего звена. Центр ползуна соединен двумя тягами с двумя обоймами и одной тягой ползун соединен с регулятором. Техническим результатом является обеспечение плавной регулировки частоты вращения выходного вала, увеличение диапазона изменения передаточных отношений, повышение надежности механизма
Вариатор работает следующим образом: вращение кривошипа через шатун преобразуется в качательное движение рычага, которое передается тягами на обоймы, сообщая им также качательные движения, и посредством обгонных муфт качательное движение обойм преобразуется в непрерывное вращательное движение выходного вала. Бесступенчатое регулирование передаточного отношения вариатора осуществляется в соответствии с заданным режимом работы механизма изменением величины плеча колебания рычага относительно неподвижной оси при перемещении ползуна в круговой прорези рычага за счет воздействия регулятора на тягу. При совмещении центра ползуна и неподвижной оси плечо равно нулю, при этом тяги не получают колебаний от рычага, а обоймы остаются неподвижными, выходной вал также остается неподвижен, то есть вариатор выключен. Выходной вал блокируется от обратного хода, так как в этом режиме обоймы заперты. Бесступенчатое регулирование передаточного отношения вариатора и выключение вариатора осуществляется как при включенном, так и при выключенном положении ведущего звена.
К недостаткам можно отнести остановку выходного вала в момент достижения кривошипа входного вала, крайних мертвых точек, что приводит к разрыву крутящего момента и неравномерности вращения выходного вала, в процессе движения кривошипа от одной крайней мертвой точки к другой во время работы вариатора, что приводит к нарушению технологического процесса работы машин и механизмов, а также во время работы вариатора при максимальной частоте вращения входного звена наблюдается сильная вибрация всего механизма, что приводит к поломке ползуна, рычага, обгонных муфт и тяг привода рычажного вариатора.
Заявленная полезная модель направлена на устранение выше описанных недостатков и при его использовании получен следующий результат: при установке рычажно-кулачкового вариатора, в качестве привода машин и механизмов стало возможно воспроизведение практически любого закона движения выходного вала, при этом плавно регулируется частота вращения выходного вала вариатора, повысилась равномерность вращения выходного вала вариатора, уменьшились вибрации механизмов вариатора, упростилась кинематика привода машин и механизмов при использовании данным вариатором вследствие малого количества деталей (кулачок и ролик), высокая надежность, а также простота в изготовлении.
Указанный технический результат достигается за счет применения заявленного рычажно-кулачкового вариатора, содержащий ведущее звено и выходное звено, являющееся выходным валом, обгонные муфты, рычаг с ползуном. Ведущее звено выполнено в виде двухзвенного кулачка, вращающегося вокруг неподвижной оси, при этом на свободном конце рычага с ползуном установлен ролик, обкатывающий профиль двухзвенного кулачка. На вариаторе установлено дополнительное ведущее звено, выполненное в виде двухзвенного кулачка, вращающегося вокруг неподвижной оси, а также установлен дополнительный рычаг с ползуном, при этом на свободном конце дополнительного рычага с ползуном установлен ролик, обкатывающий профиль двухзвенного кулачка дополнительного ведущего звена. Ведущие звенья вариатора, выполненные в виде двухзвенных кулачков, установлены с относительным фазовым сдвигом на 90° вокруг неподвижной оси их вращения. Точки крепления двух тяг, соединяющих ползуны рычагов с двумя обоймами обгонных муфт, расположены ниже оси выходного вала. Для обеспечения силового замыкания двухзвенных кулачков и роликов установлены пружины.
Графические материалы.
На фиг. 1, изображена схема рычажно-кулачкового вариатора.
1
2
4
4
4
Рычажно-кулачковый вариатор (фиг. 1) состоит из двух двухзвенных кулачков 1, вращающихся на неподвижной оси О, возвратных пружин 2 осуществляющих силовое замыкание двухзвенных кулачков 1 и роликов 3 установленных на свободных концах рычагов 4, при этом противоположные концы рычагов 4 смонтированы на неподвижной оси O, при этом внутри круговой прорези A рычагов 4 установлены ползуны 5, при этом центры В ползунов 5, соединены с обоймами 7 и 8 тягами 6, при этом внутри обойм 7 и 8 установлены обгонные муфты 9 и 10, при этом обгонные муфты 9 и 10 смонтированы на выходном валу 11, при этом тяги 6 расположены ниже оси выходного вала 11, при этом ползуны 5 рычагов 4 соединены тягами 12 с регулятором 13, состоящим из неподвижно соединенных звеньев CO, OD, DE, при этом на конце звена DE установлена стрелка-указатель 14, при этом регулятор 13 смонтирован на неподвижной оси O, а выше стрелки-указателя 14 нанесена шкала 15.
2
2
2
2
4
Вариатор работает следующим образом: вращение двухзвенных кулачков 1 через ролики 3 преобразуется в качательное движение рычагов 4, которое передается тягами 6 на обоймы 7 и 8, сообщая им так же качательные движения, и посредством обгонных муфт 9 и 10, качательное движение обойм 7 и 8, преобразуется в непрерывное вращательное движение выходного вала 11, при этом силовое замыкание двухзвенных кулачков 1 и роликов 3 осуществляется пружинами 2. Бесступенчатое регулирование передаточного отношения вариатора осуществляется в соответствии с заданным режимом работы механизма, изменением величины, плеча OВ колебания рычагов 4 относительно неподвижной оси O, при перемещении ползуна 5 в круговой прорези А рычага 4 за счет воздействия регулятора 13 на тягу 12. При совмещении центра В ползуна 5 и неподвижной оси O плечо OВ равно нулю, при этом тяги 6 не получают колебаний от рычага 4, а обоймы 7 и 8 остаются неподвижными, выходной вал 11 также остается неподвижен, при этом вариатор выключен. Выходной вал 11 блокируется от обратного хода, так как в этом режиме обоймы 7 и 8 заперты муфтами обратного хода. Бесступенчатое регулирование передаточного отношения вариатора и выключение вариатора осуществляется как при включенном, так и при выключенном положении ведущего звена. Положение оси O определяется конструктивными соображениями и кинематическими возможностями данной схемы.
Установка ведущих звеньев, выполненных в виде двух двухзвенных кулачков, дополнительного рычага с ползуном, роликов на свободных концах рычагов с ползунами, пружины обеспечивающей силовое замыкание двухзвенных кулачков и роликов и смещение точек крепления двух тяг, соединяющих обоймы обгонных муфт и ползунов, ниже оси выходного вала, дала возможность повысить равномерность вращения выходного вала, производительность вариатора и надежность механизма в целом, а также воспроизведения практически любого закона движения выходного вала при плавном регулировании частоты вращения выходного вала вариатора, при этом конструкция вариатора стала проще в изготовлении. Регулятор, соединенный с ползунами, позволил мгновенно, с минимальным усилием, изменять настройку оптимального режима работы вариатора в приводах трансмиссий транспортных, грузоподъемных и прочих машин и механизмов, например привода высевающих аппаратов сеялок.