Импульсный вариатор
PULSE VARIATOR

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах машин и механизмов, в том числе в передаче основной мощности в транспортных средствах, в качестве регулируемой бесступенчатой передачи, в частности в автомобилестроении, мотоциклостроении, при производстве сельскохозяйственной, строительной техники, велосипедов. Импульсные регулируемые передачи (вариаторы) обычно включают в свой состав следующие функционально связанные механизмы: генератор механических колебаний (ГМК),  средство регуляции амплитуды ГМК и выпрямитель механических колебаний (выпрямитель) с механизмами свободного хода (МСХ). Далее в описании движения элементов импульсных вариаторов (ИВ), непосредственно связанных с передачей мощности от входного на выходное звенья, будут называться главным движением, в отличие от движений, связанных с регулировкой амплитуды ГМК, которая обеспечивает изменение передаточного отношения.
Известен ИВ (В.Ф.Мальцев. «Механические импульсные передачи». М., Машиностроение, 1978, с.11, рис.7), выбранный как аналог. Недостатками аналога являются паразитные колебания мгновенного передаточного отношения (МПО), осложненные тем, что форма кривой паразитных колебаний отношения МПО к среднему передаточному отношению меняется при изменении амплитуды колебаний ГМК, что значительно затрудняет полную компенсацию паразитных колебаний МПО для всех штатных передаточных отношений, удается полностью устранить паразитные колебания МПО только для одного передаточного отношения.
Известен (А.с. 1414990 СССР, F16H 29/04) ИВ, содержащий: ГМК, включающий два кривошипа или эксцентрика;  средство регуляции  амплитуды колебаний ГМК; выпрямитель с МСХ; выбранный как прототип. Преимуществом прототипа является постоянная форма кривой паразитных колебаний отношения МПО к среднему передаточному отношению для всех амплитуд колебаний ГМК, связанная с синусоидальным движением возвратно-поступательного ползуна шотландского механизма по отношению к вращению зацепленного с ним кривошипа или эксцентрика. Недостатком прототипа являются повышенные габариты, что связанно с конструктивной  особенностью, а именно – выпрямитель прототипа включает в себя два вала главного движения, причем оба вала не совмещены с валом, соединяющим кривошипы или эксцентрики.
Техническая задача изобретения заключается в достижении  технического результата – уменьшения габаритов ИВ. Технический результат достигается совокупностью ограничительных и отличительных признаков. Ограничительные признаки - ИВ, содержащий: ГМК, включающий два кривошипа или эксцентрика;  средство регуляции  амплитуды колебаний ГМК; выпрямитель с МСХ. Отличительные признаки - выпрямитель включает в себя единственный вал главного движения (выпрямительный вал), причем выпрямительный вал выполнен полым и установлен поверх вала, соединяющего кривошипы или эксцентрики.
Действительно, из-за того что выпрямительный вал единственный и, кроме того, установлен поверх вала, соединяющего кривошипы или эксцентрики,  габариты ИВ в проекции на плоскость перпендикулярной выпрямительному валу значительно сокращаются.
На фиг. 1 показана кинематическая схема ИВ.
Пример 1 реализации ИВ на двойном кривошипе (фиг 1): ИВ содержит ГМК, включающий входное коромысло 1, закрепленное на первичном валу 2, приводящее в движение двойной кривошип 3 с согласованно регулируемыми плечами. Средство регулировки длины плеч двойного кривошипа обозначено как 4 и может быть выполнено как в прототипе. Плечи двойного кривошипа разнесены на 90 градусов. Каждый палец двойного кривошипа 5 зацеплен с возвратно-поступательным ползуном 6. Двойной кривошип с возвратно-поступательными ползунами образует пару шотландских механизмов переменной амплитуды. На каждом возвратно-поступательном ползуне вырезаны или установлены зубчатые рейки 7 по разные стороны от вала, соединяющего кривошипы, причем вершины зубцов зубчатых реек направлены к этому валу. Каждая зубчатая рейка сцеплена со своей шестерней главного движения (ШГД) 8. ШГД могут иметь полную или неполную (из двух зубчатых секторов) зубчатую окружность. Каждая ШГД соединена через обгонную муфту 9, выполняющую роль МСХ, с выпрямительным валом 10. Все обгонные муфты установлены для передачи вращения от ШГД на выпрямительный вал в одном направлении. Обгонные муфты и выпрямительный вал образуют выпрямитель ИВ. Для снятия вращения с выпрямительного вала служит зубчатое колесо или звездочка 11.
При подаче вращения на первичный вал и далее на двойной кривошип через входное коромысло, пальцы кривошипа приводят в движение возвратно-поступательные ползуны. Возвратно-поступательные ползуны через зубчатые рейки приводят в колебательное движение ШГД, которое передается на обгонные муфты. Обгонные муфты переводят колебательные движения ШГД во вращение выпрямительного вала. Вращательные и возвратно-поступательные кинематические пары могут быть связаны через подшипники скольжения или качения.
Данный пример демонстрирует решение технической задачи, а именно:  за счет того, что выпрямительный вал единственный и, кроме того, установлен поверх вала, соединяющего кривошипы или эксцентрики,  габариты ИВ в проекции на плоскость, перпендикулярной выпрямительному валу, значительно сокращаются.
Пример 2 реализации ИВ на двойном эксцентрике, который отличается от реализации ИВ на двойном кривошипе тем, что двойной кривошип заменен на двойной эксцентрик, а средство регуляции  амплитуды колебаний ГМК выполнено, как описано в В.Ф.Мальцев. «Механические импульсные передачи». М., Машиностроение, 1978 стр. 122 рис. 9 в.
Для устранения паразитных колебаний МПО при фиксированной амплитуде колебаний ГМК, ИВ, как и прототип,  может быть дополнен средством выравнивания МПО. Для уменьшения габаритов ИВ в направлении оси первичного вала ШГД могут быть  вырезаны или установлены непосредственно на внешней обойме обгонных муфт. ГМК может быть выполнено с возможностью плавной регулировки амплитуды колебаний вплоть до нулевого значения амплитуды. Этот частный результат достигается в том случае, если центр кривошипных пальцев при регулировке достигает оси вращения кривошипа или центр эксцентриков при регулировке  достигает оси вращения эксцентриков, что позволяет начинать движение без каких-либо рывков и без проскальзываний в трансмиссии и в контакте между движетелями и поверхностью передвижения. Для автоматизации подстройки передаточного отношения ИВ к параметрам внешнего привода и/или внешней нагрузки средство регуляции  амплитуды колебаний ГМК может быть выполнено автоматическим. Одним из примеров автоматической регулировки может служить вариатор, описанный в книге В.Ф.Мальцев. «Механические импульсные передачи». М., Машиностроение, 1978, стр. 124, рис. 11 или в А.С. SU155373. Средство автоматической регулировки также может быть выполнено как на основе механического привода, так и на основе гидравлического, пневматического, электромагнитного приводов или их комбинации. Также средство автоматической регулировки может содержать блок электронного управления. Для уменьшения дисбаланса в ИВ может быть вставлено средство балансировки: для балансировки кривошипа, например, грузик с регулируемым радиусом его вращения, как в  RU2185897; для балансировки рамок, например, грузик, двигающийся возвратно-поступательно и оппозитно возвратно-поступательному ползуну, приводимый от возвратно-поступательного ползуна через шестерню, установленную в корпусе так же, как балансир для затворной группы в автомате AEK 971 (ru.wikipedia.org/wiki/%C0%C5%CA-971). Для повышения максимальной частоты работы ИВ обгонные муфты могут быть заменены на управляемые фрикционные муфты с принудительным приводом их замыкания и/или размыкания от первичного вала механическим (например, кулачковый механизм замыкания  фрикционной муфты в RU2297565 или другие замыкающие и/или размыкающие кулачково-рычажные или кулачково-толкательные механизмы), или гидравлическим, или пневматическим, или электромагнитным способами или комбинацией указанных приводов. При этом управляющие кулачки могут крепиться на двойной кривошип, или на вал, соединяющий кривошипы или эксцентрики, или на специальный управляющий вал, вращающийся синхронно кривошипу или первичному валу с периодом обращения равным или кратным периоду вращения первичного вала. Фрикционные муфты могут быть выполнены с одной или несколькими фрикционными парами, характеризуемыми мокрым или сухим трением. Заметим, что ИВ с МСХ, в виде фрикционных муфт с принудительным приводом, обладают свойством обратимости, то есть ИВ может передавать вращение от выпрямительного вала на первичный вал.