БЕССТУПЕНЧАТАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ ИМПУЛЬСНАЯ ПЕРЕДАЧА

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к автоматическим бесступенчатым передачам, и может быть использована, например, для привода станков, транспортных средств, сельскохозяйственных и других машин для автоматического и бесступенчатого изменения режимов движения в зависимости от нагрузки.
Известна бесступенчатая механическая передача (патент RU 2294468 С1, МПК F16H 33/14, заявлено 23.08.2005, опубликовано 27.02.2007), содержащая корпус, ведущий вал, импульсный механизм, промежуточный вал, корпусной механизм свободного хода, выходной механизм свободного хода и ведомый вал.
В этой передаче импульсный механизм при вращении ведущего вала создает знакопеременные импульсы крутящего момента, действующие на промежуточный вал. Прямые импульсы передаются через выходной механизм свободного хода на ведомый вал, обратные импульсы через корпусной механизм свободного хода замыкаются на корпус.
Недостаток этой передачи - низкая надежность, связанная с наличием в конструкции корпусного механизма свободного хода. При действии обратных импульсов резкая остановка промежуточного вала, имеющего значительный момент инерции и скорость вращения, вызывает в деталях корпусного механизма свободного хода очень высокие напряжения, являющиеся главным фактором снижения надежности таких передач. Высокая частота включения и выключения корпусного механизма свободного хода приводит к его поломке и, тем самым, также снижает надежность передачи. Кроме того, наличие в конструкции передачи двух механизмов свободного хода приводит к повышенным габаритам и материалоемкости передачи.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому решению является бесступенчатая механическая импульсная передача (патент RU 2383802 С1, МПК F16H 33/14, заявлено 16.10.2008, опубликовано 10.03.2010), содержащая корпус, ведущий вал, импульсный механизм, промежуточный вал, выходной механизм свободного хода и ведомый вал. В этой передаче отсутствует корпусной механизм свободного хода.
Недостаток этой передачи заключается в том, что передача обладает низким коэффициентом полезного действия, узким диапазоном трансформации момента. Действительно, при действии обратных импульсов происходит размыкание выходного механизма свободного хода. Так как в конструкции передачи отсутствует корпусной механизм свободного хода, то обратное движение промежуточного вала ничем не ограничено, поэтому промежуточный вал начинает вращаться в обратную сторону. Под действием обратных импульсов промежуточный вал разгоняется в обратном направлении. Поэтому значительная часть прямых импульсов будет расходоваться на торможение и остановку промежуточного вала. На ведомый вал будет передаваться лишь только часть прямых импульсов, что приведет к снижению коэффициента полезного действия, снижению средней величины передаваемого на ведомый вал крутящего момента, а, следовательно, к более узкому диапазону возможной трансформации момента. Кроме того, эта передача имеет повышенные габариты и материалоемкость, так как не позволяет использовать энергию обратных импульсов для увеличения крутящего момента, действующего на ведомый вал, поэтому нуждается в более массивных звеньях импульсного механизма для создания прямых импульсов необходимой величины.
Техническая задача полезной модели заключается в повышении коэффициента полезного действия, расширении диапазона трансформации момента при одновременном снижении габаритов и материалоемкости передачи.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в бесступенчатой механической импульсной передаче, содержащей корпус, размещенные в нем ведущий вал, импульсный механизм, промежуточный вал, выходной механизм свободного хода и ведомый вал, согласно предложению, промежуточный вал соединен с корпусом в окружном направлении посредством дополнительно установленного упругого звена.
Особенностью передачи является то, что упругое звено снабжено элементом отключения промежуточного вала от корпуса или корпуса от промежуточного вала.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 дана кинематическая схема бесступенчатой механической импульсной передачи; на фиг.2 - схема соединения промежуточного вала с корпусом; на фиг.3 - схема передачи при отключении промежуточного вала от корпуса; на фиг.4 - схема передачи при отключении корпуса от промежуточного вала.
Бесступенчатая механическая импульсная передача (фиг.1) содержит корпус 1, ведущий вал 2, импульсный механизм 3, упругое звено 4, промежуточный вал 5, выходной механизм свободного хода 6 и ведомый вал 7. Упругое звено 4, выполненное, например, в виде пружины (фиг.2), соединяет в окружном направлении промежуточный вал 5 с корпусом 1. Импульсный механизм может быть выполнен, например, в виде планетарного механизма с неуравновешенными сателлитами. Упругое звено 4 может быть снабжено элементом отключения 8 промежуточного вала 5 от корпуса 1 (фиг.3) или корпуса 1 от промежуточного вала 5 (фиг.4). Элемент отключения 8 может быть выполнен, например, в виде тормоза или муфты.
Бесступенчатая механическая импульсная передача работает следующим образом.
При вращении ведущего вала 2 импульсный механизм 3 создает знакопеременные импульсы крутящего момента, действующие на промежуточный вал 5. Промежуточный вал 5 связан в окружном направлении посредством упругого звена 4 с корпусом 1 и под воздействием знакопеременных импульсов совершает колебания. Прямые импульсы с помощью выходного механизма свободного хода 6 передаются на ведомый вал 7. При этом промежуточный вал поворачивается в прямом направлении. При действии обратных импульсов промежуточный вал 5 начинает поворачиваться в обратном направлении. Выходной механизм свободного хода 6 размыкается, промежуточный вал 5, поворачиваясь в обратном направлении, сжимает упругое звено 4, накапливая потенциальную энергию. При этом промежуточный вал 5 через упругое звено 4 опирается на корпус 1. Сжимаясь, упругое звено 4 ограничивает поворот промежуточного вала, поэтому промежуточный вал 5 замедляет свой поворот в обратном направлении до полной остановки. В момент остановки промежуточного вала 5 упругое звено 4 является максимально сжатым с максимальной величиной накопленной потенциальной энергии. Затем промежуточный вал под действием прямого импульса и сжатой пружины опять начинает вращаться в прямом направлении. Выходной механизм свободного хода 6 замыкается и передает положительный импульс и накопленную потенциальную энергию упругого звена на ведомый вал 7. Таким образом, промежуточный вал совершает колебательное движение, передавая в прямом направлении крутящий момент через выходной механизм свободного хода на ведомый вал и опираясь на корпус через упругое звено при повороте в обратном направлении, при этом накапливая потенциальную энергию упругого звена и отдавая ее при действии прямых импульсов.
При изменении момента сопротивления на ведомом валу 7 изменяется его скорость вращения, амплитуда колебаний промежуточного вала меняется, меняется величина импульсов, генерируемых импульсным механизмом, и величина накопленной потенциальной энергии пружины. Происходит автоматическое и бесступенчатое регулирование передаваемого на ведомый вал крутящего момента.
Связь в окружном направлении промежуточного вала с корпусом посредством упругого звена обеспечивает полную передачу прямых импульсов на ведомый вал, так как, в отличие от прототипа, замедление и остановка промежуточного вала при повороте в обратном направлении происходит не за счет прямых импульсов, а за счет сжатия упругого звена. Более того, в предложенной конструкции, в отличие от прототипа, для совершения полезной работы используются не только прямые, но и обратные импульсы, так как энергия обратных импульсов накапливается в упругом звене и отдается упругим звеном на ведомый вал при действии прямых импульсов. Более полное использование прямых импульсов и использование для совершения полезной работы обратных импульсов повышает коэффициент полезного действия передачи, приводит к расширению диапазона трансформации момента и, кроме того, позволяет снизить габариты и материалоемкость передачи, так как позволяет применить в конструкции передачи импульсный механизм с меньшими размерами при обеспечении одинаковых силовых характеристик на выходе передачи.
Вместе с тем, положительная особенность прототипа, а именно, отсутствие ненадежного корпусного механизма свободного хода, в предложенной конструкции передачи проявляется в полной мере. Функцию по ограничению поворота промежуточного вала в обратном направлении в предложенной конструкции выполняет не корпусной механизм свободного хода, а упругое звено, например, выполненное в виде обычной пружины. Но пружины давно доказали на практике свою высокую работоспособность и надежность, отлично работая в тяжелонагруженных подвесках различных транспортных средств, включая танки и вагоны, в конструкциях отбойных молотков и т.д. В предложенной конструкции передачи упругое звено не подвергается, в отличие от корпусного механизма свободного хода, высокочастотному включению и выключению, а работает постоянно, что также способствует надежной работе передачи. В качестве упругого звена может выступать торсионный вал, резина и другие упругие элементы, также доказавшие на практике свою высокую работоспособность и надежность.
В конструкции бесступенчатой механической импульсной передачи, изображенной на фиг.1, дополнительное упругое звено 4 постоянно связано с корпусом 1 и промежуточным валом 5, позволяя промежуточному валу совершать колебания и работать на режиме трансформации момента, но, при этом, препятствуя промежуточному валу совершать одностороннее вращение на режиме прямой передачи. Режим прямой передачи характеризуется односторонним вращением промежуточного вала в прямом направлении.
Для обеспечения работы передачи не только на режиме трансформации момента, но и на режиме прямой передачи, упругое звено 5 может быть выполнено с возможностью отключения от корпуса, или наоборот, от промежуточного вала, например, с помощью обычного тормоза или муфты. При этом на режиме трансформации момента промежуточный вал через упругое звено связан в окружном направлении с корпусом, работая, как было описано ранее, а на режиме прямой передачи промежуточный вал отключается с помощью тормоза или муфты от корпуса, имея при этом возможность вместе с ведомым валом вращаться в одном направлении.