МЕХАНИЗМ ПЕРЕДАЧИ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
ROTARY MOVEMENT TRANSFER MECHANISM

Область техники
Изобретение относится к области машиностроения и касается механизмов передачи вращательного движения (редукторов, вариаторов), способных изменять передаточное соотношение.
Предшествующий уровень техники
Известны устройства передачи вращательного движения [1] (редукторы многоступенчатые регулируемые), выполненные в виде ступенчатых механических коробок перемены передач (КПП), где изменение передаточного соотношения происходит с разрывом потока мощности путем перераспределения усилий между разными парами шестерен за счет осевого передвижения кулачковых или шлицевых муфт.
Недостатками таких устройств является низкая надежность и долговечность, обусловленная небольшим ресурсом работы этих муфт, а также недостаточно большая мощность, которую способно передать устройство, что обусловлено недостаточной прочностью муфт, и этот недостаток в особенности сказывается именно в процессе изменения передаточного соотношения (процессе переключения передач).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство передачи вращательного движения, известное как импульсивный вариатор [2]. Здесь вращательное движение на жестко соединенную с ведомым валом центральную шестерню передается через сателлиты и через механизмы свободного хода, которые работают в режиме принудительных колебаний кручения, при этом изменение амплитуды таких колебаний позволяет изменять передаточное соотношение.
Недостатки прототипа следующие:
Импульсивный вариатор имеет небольшую надежность и долговечность, поскольку в процессе передачи усилий в режиме принудительных колебаний постоянно возникают импульсные перегрузки в механизмах свободного хода и шестернях, что ограничивает ресурс их работы. Кроме того, мощность, передаваемая таким вариатором, является ограниченной, поскольку для увеличения мощности необходимо увеличивать обороты ведомого вала путем увеличения амплитуды колебаний, из-за чего импульсные перегрузки только увеличиваются, вследствие чего ускоряется разрушение механизмов свободного хода и зубьев шестерен в местах контакта, при этом неизбежно возрастают энергозатраты, приводящие к уменьшению КПД импульсивного вариатора.
Раскрытие изобретения
Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание механизма передачи вращательного движения, в котором бы отсутствовали указанные выше недостатки.
Техническим результатом является повышение надежности и долговечности механизма передачи вращательного движения, увеличение КПД механизма.
Указанный технический результат достигается с помощью механизма передачи вращательного движения, который содержит корпус, в котором установлены с возможностью вращения эксцентриковый ведущий вал и ведомый вал, установленное на эксцентриковом ведущем валу с возможностью вращения промежуточное звено, при этом механизм содержит механизмы свободного хода с входными и выходными звеньями, центральную шестерню и находящиеся с ней в зацеплении сателлиты, причем центральная шестерня жестко соединена с промежуточным звеном, а входное звено каждого механизма свободного хода соединено с соответствующим сателлитом, а выходное звено каждого механизма свободного хода кинематически соединено с шарниром, установленным на корпусе механизма, причем вращательное движение на выходной вал передается посредством кинематической связи с промежуточным звеном.
Предпочтительные варианты и усовершенствования механизма передачи вращательного движения в соответствии с настоящим изобретением приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
В соответствии с другими вариантами настоящего изобретения на промежуточном звене расположены кольцевидные пазы, с которыми взаимодействуют дугообразные направляющие, соединенные с корпусами сателлитов.
В соответствии с вариантами изобретения механизм дополнительно содержит эксцентриковый механизм управления, установленный на ведущем валу. При этом эксцентриковый механизм управления включает шарнирную тягу управления и ползун управления.
В соответствии с другими вариантами настоящего изобретения каждый сателлит установлен в корпусе, который кинематически соединяет выходное звено каждого механизма свободного хода с шарниром, установленным на корпусе механизма. Упомянутая кинематическая связь может быть выполнена в виде тяги.
В соответствии со следующим предпочтительным вариантом настоящего изобретения кинематическая связь промежуточного звена с выходным валом выполнена в виде карданного вала.
П
С
П
С
С
П
С
В соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения расстояние между осью вращения промежуточного звена и центром шарнира, установленного на корпусе механизма, (R) является меньшим, чем радиус делительной окружности центральной шестерни (R), а между величинами R и R должно быть соблюдено следующее соотношение: 0,2·R<R<R.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение поясняется чертежами, где:
на фиг.1, 2 показана кинематическая схема механизма передачи вращательного движения;
на фиг.3 показан общий вид механизма;
на фиг.4 показан разрез А-А на фиг.3;
на фиг.5 показан разрез Б-Б на фиг.3.
Лучший вариант осуществления изобретения
Механизм передачи вращательного движения (см. фиг.1, 2, 3, 4) включает в себя неподвижный корпус 1, в котором с возможностью вращения установлен эксцентриковый ведущий вал 2, на котором расположен ползун управления 3, соединенный шарнирной тягой управления 4 с ползуном эксцентрикового механизма 5. На эксцентриковом ведущем валу 2 установлено с возможностью вращения промежуточное звено 7, соединенное с помощью карданного вала 8 с ведомым валом 9. На промежуточном звене расположены кольцевидные пазы 10, с которыми взаимодействуют дугообразные ползуны 11, соединенные с корпусами сателлитов 12, при этом с каждым корпусом сателлита соединены два дугообразных ползуна. В каждом корпусе сателлита установлен с возможностью проворачивания сателлит 13, который находится в сцеплении с центральной шестерней 14, жестко соединенной с промежуточным звеном. С каждым сателлитом соединено входное звено механизма свободного хода 15, при этом выходное звено механизма свободного хода 16 соединено с корпусом сателлита 12, на каждом корпусе сателлита расположен шарнир 17, соединенный с помощью шарнирной тяги 18 с одним из корпусных шарниров 19, каждый из которых жестко соединен с корпусом 1.
В дальнейшем будет подробно описана работа механизма, при этом стоит отметить, что кинематическая связь выходного звена механизма свободного хода с шарниром, установленным на корпусе механизма, будет показана на примере, в котором указанная кимематическая связь состоит из корпуса сателлита, в котором расположены сателлит и механизм свободного хода, и тяги, соединяющей корпус сателлита с шарниром, установленным на корпусе механизма. Кинематическое соединение промежуточного вала с выходным валом будет показано на примере карданного вала. Указанные выше примеры не являются единственными для выполнения, и, таким образом, кинематические связи могут включать любые другие элементы.
Механизм работает следующим образом.
1
1
1
Эксцентриковый ведущий вал 2, оборачиваясь против часовой стрелки с угловой скоростью ω, передает вращательное движение на промежуточное звено 7, при этом расположенная на оси этого звена точка М описывает окружность радиуса е вокруг расположенной на оси эксцентрикового ведущего вала точки О. Величину е, которая является расстоянием между осями вращения эксцентрикового ведущего вала 2 и промежуточного звена 7, назовем эксцентриситетом механизма. Величину е можно изменять путем осевого передвижения ползуна управления 3 эксцентрикового механизма управления 5. Расстояние между точкой М и шарнирами 19, установленными на корпусе механизма, постоянно изменяется. Пусть в данный момент ближе всего к точке М расположился корпусной шарнир K, соединенный шарнирной тягой 18 с расположенным на корпусе сателлита 12 шарниром 17, центр которого находится в точке Р. Поскольку промежуточное звено 7 пытается вместе с точкой М и центральной шестерней 14 продвинуться влево, оно тянет за собою корпус сателлита 12, расположенный над точкой М, из-за чего шарнирная тяга 18 [PK] испытывает усилие растяжения, при этом вследствие взаимодействия расположенной в этом корпусе 12 сателлитной шестерни 13 с центральной шестерней 14 входное звено механизма свободного хода 15, расположенного в этом корпусе сателлита 12, начинает взаимодействовать с выходным звеном 16 и блокируется, из-за чего мгновенный центр скоростей промежуточного звена оказывается в точке Р, при этом взаимное движение сателлита 13, расположенного на луче [ОМ], и центральной шестерни 14 одномоментно прекращается, взаимного обкатывания зубьев в этой паре шестерен не происходит. На короткий промежуток времени корпус сателлита 12 вместе с заблокированным механизмом свободного хода 15 и 16, сателлитом 13, центральной шестерней 14 и промежуточным звеном 7 образуют в совокупности одномоментное единое звено, расстояния между любыми двумя точками которого в течение указанного промежутка времени остаются постоянными. При этом вращение центральной шестерни 14 вместе с остальными элементами указанного звена относительно корпуса 1 осуществляется с учетом проворачивания шарниров 17 и 19 шарнирной тяги 18 [PK]. Остальные корпусы сателлитов 12 могут свободно оборачиваться относительно промежуточного звена 7 против часовой стрелки, не вызывая заблокирования соответствующих механизмов свободного хода, при этом соответствующие шарнирные тяги 18 будут испытывать усилия сжатия.
1
По мере дальнейшего проворачивания ведомого вала вокруг точки О (на Фиг.2-4 соответствует проворачиванию луча [ОМ]) ближе всего к точке М окажется корпусной шарнир 19, связанный шарнирной тягой 18 с ближайшим (по направлению движения точки М) корпусом сателлита 12, и теперь уже на этом корпусе сателлита 12 произойдет одномоментное блокирование механизма свободного хода 15 и 16, после чего механизм свободного хода корпуса сателлита, связанного с шарнирной тягой 18 [PK], разблокируется. Чем больше количество корпусов сателлитов 12, тем равномернее будет работать механизм, поскольку равномерность обусловлена процессами блокирования и разблокирования механизмов свободного хода 15 и 16 корпусов сателлитов 12, при этом в любой момент времени одномоментно заблокирован только один механизм свободного хода, а все остальные механизмы свободного хода являются разблокированными, позволяя соответствующим корпусам сателлитов 12 проворачиваться относительно центральной шестерни 14 по часовой стрелке. Процессы блокирования и разблокирования механизмов свободного хода полностью обусловлены пространственным расположением точки М, которое изменяется при проворачивании эксцентрикового ведущего вала 2. Вращательное движение промежуточного звена 7 передается с помощью карданного вала 8 на ведомый вал 9. При этом передача вращательного движения на ведомый вал 9 может осуществляться также с помощью шарниров равных угловых скоростей, кулисного механизма.
П
П
П
С
p
p
П
С
p
С
С
p
Таким образом, вращательное движение промежуточного звена 7 вместе с центральной шестерней 14 полностью соответствует вращательному движению круга радиуса R, где Р - центр шарнира, установленного на корпусе механизма, с центром в точке М, который обкатывается без скольжения в середине неподвижной окружности радиуса (R+e) с центром в точке О, при этом мгновенный центр скоростей промежуточного звена 7 каждый раз будет располагаться в шарнире 17 именно того корпуса сателлита 12, который будет находиться на луче [ОМ]. Если обозначить соотношение (R/R) как k (то есть k=R/R), где k является коэффициентом редукции, a R - радиус делительной окружности центральной шестерни, то передаточное соотношение i предлагаемого редуктора будет таким: i=(R·k+e)/e. Указанное передаточное отношение выведено заявителем после экспериментальных исследований.
С
П
Видим, что фактически полюс зацепления предлагаемого механизма будет находиться не в полюсе зацепления центральной шестерни 14 с сателлитом 13, который расположен на расстоянии R от точки О, а намного ближе к точке О, то есть в точке Р, которая находится на расстоянии R от точки О.
Как уже отмечалась, передача усилий в предлагаемом механизме происходит через одномоментно заблокированный механизм свободного хода и при полном отсутствии взаимной обкатки зубьев центральной шестерни 14 и нагруженного сателлита 13, что уменьшает энергозатраты и минимизирует нагрузку основных передающих элементов механизма, вследствие чего увеличивается КПД предлагаемого механизма и повышается его надежность и долговечность.
Источники информации
1. Харитонов С.А. Автоматические коробки передач. Г.: Астрель - ACT, 2003, 479 с.
2. Мальцев В.Ф. Импульсивные вариаторы. М.: Машгиз, 1963, 278 с.