Сдвоенный вариатор

Заявляемая полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в приводах машин и механизмов в качестве регулируемой бесступенчатой передачи с независимым регулированием частоты вращения ведомых валов.
Из уровня техники широко известны технические решения, позволяющие передавать вращение от приводного (ведущего) вала к ведомому с бесступенчатым регулированием частоты вращения ведомого вала. Подобные решения, в частности, раскрыты в патентах CN200993217Y «Connecting lever type stepless speed variator», опубликован 19.12.2007, GB2381560 «A CVT arrangement», опубликован 17.08.2005, RU2147701 «Зубчато-рычажный вариатор», опубликован 20.04.2000, RU2604754 «Вариатор», опубликован 22.07.2015.
Общим недостатком подобных решений является тот факт, что вращательное движение может быть передано только одному ведомому валу. В случае, когда машина или механизм содержит более одного ведомого вала, необходимо дополнительно использовать узлы отбора мощности или делители, что усложняет конструкцию, повышает её стоимость и снижает надежность. Подобные решения раскрыты, в частности, в следующих документах: US7213488 «Three way swivel divider gearbox for agricultural drive systems», опубликован 08.05.2007, US9027442 «MULTI-SHAFT DRIVE DEVICE», опубликован 12.05.2015.
Известны также технические решения, в которых вращение с одного приводного вала передается на два ведомых. Например, патент РФ на изобретение RU2279207 «Зерноуборочный комбайн», МПК A01F12/18, A01F12/44, A01D69/00, опубликован 10.07.2006. В указанном документе раскрыто решение, позволяющее регулировать частоту вращения вентилятора и соответствующего ему ротора по отношению друг к другу. Однако это решение не позволяет регулировать частоту вращения ведомых валов независимо друг от друга.
Известно решение, позволяющее осуществлять независимое регулирование частоты вращения ведомых валов, раскрытое в патенте RU143873 «Импульсный вариатор», МПК F16H29/08, опубликован 10.08.2014, выбранное в качестве наиболее близкого аналога. Вращательное движение ведущего вала посредством закрепленного на нем эксцентрика с роликами и гибкой связи преобразуется в колебательное движение, которое с помощью приводной звездочки и обгонной муфты вновь трансформируется во вращательное движение, но уже ведомого вала. Чтобы получить непрерывное вращение ведомого вала и уменьшить неравномерность его вращения, установлено не менее двух последовательно работающих гибких связей для каждого ведомого вала. Для обеспечения возможности изменения передаточного отношения каждого ведомого вала используется отдельный кронштейн регулировочного механизма. Изменение передаточного отношения происходит посредством поворота кронштейна регулировочного механизма, к которому прикреплен один конец гибкой связи, другой конец которой закреплен через пружину на корпусе вариатора.
Общими признаками заявляемого решения и известного аналога являются:
корпус,
закрепленный в корпусе ведущий вал,
закрепленные в корпусе два ведомых вала, с установленными на них обгонными муфтами,
регуляторы частоты вращения каждого из ведомых валов, угол поворота которых определяет передаточное отношение, каждый указанный регулятор частоты вращения выполнен в виде пластины, одним своим концом закрепленной в корпусе с возможностью поворота.
Отличительными признаками заявляемого решения являются:
вращательное движение приводного вала преобразуется в поступательное с помощью кулачкового диска, установленного на приводном валу,
поступательное движение передается с помощью толкателей, с одной стороны закрепленных к обгонным муфтам с помощью шатунов, с другой стороны содержащих ролики, выполненные с возможностью взаимодействовать с регуляторами частоты вращения и кулачковым диском, и возвратные пружины,
регулятор частоты вращения ведомого вала остановлен на оси, установленной в корпусе с возможностью поворота, при этом угол поворота регулятора частоты вращения устанавливают с помощью регулировочного паза путем перемещения в нём винта,
регулировочные паз и винт расположены с внешней стороны корпуса и выполнены с возможностью перемещения винта в указанном пазу.
Известно, что для снижения трения в процессе работы подобные устройства содержат герметичный корпус, заполненный смазочной смесью. В известном решении не раскрыты средства управления углом поворота регулятора вращения приводных валов извне. В такой конструкции процесс регулирования может занимать длительное время, а также исключает возможность тонкой подстройки частоты вращения в процессе работы устройства. Конструкция, содержащая гибкую связь и звездочки, отличается сложностью, громоздкостью и неудобна в обслуживании, а кроме того, предложенная конструкция допускает размещение ведомых валов только с противоположных сторон вариатора, что существенно ограничивает возможности его использования.
Техническая задача заключается в создании компактного устройства, позволяющего осуществлять независимое изменение частоты вращения ведомых валов путем регулирования передаточного отношения извне. Технический результат заявляемого технического решения заключается в улучшении эксплуатационных показателей изделия.
Поставленная задача решается и технический результат достигается тем, что сдвоенный вариатор с бесступенчатым независимым регулированием частоты вращения ведомых валов, содержащий корпус, закрепленный в корпусе ведущий вал, с установленным на нём кулачковым диском, закрепленные в корпусе два ведомых вала, с установленными на них обгонными муфтами и регуляторы частоты вращения каждого из ведомых валов, согласно заявляемому решению, дополнительно содержит не менее двух толкателей, выполненных в виде пластин неправильной формы, с одной стороны закрепленных к обгонным муфтам с помощью шатунов, а с другой стороны закрепленных к корпусу с помощью возвратных пружин и выполненных с возможностью взаимодействовать с регуляторами частоты вращения и кулачковым диском, при этом каждый регулятор частоты вращения выполнен закрепленным на оси, установленной в корпусе с возможностью её поворота с внешней стороны корпуса.
Для каждого ведомого вала может быть установлено не менее двух толкателей.
В одном из вариантов реализации сдвоенного вариатора толкатель содержит ролики, выполненные с возможностью взаимодействия с регулятором частоты вращения ведомого вала и кулачковым диском.
В еще одном варианте реализации сдвоенный вариатор дополнительно содержит рычаг, установленный на внешней стороне корпуса, одним своим концом закрепленный к оси, на которой установлен регулятор частоты вращения ведомого вала и выполненный с возможностью её поворота. При этом угол поворота оси регулятора частоты вращения ведомого вала устанавливают путем перемещения винта, закрепленного на другом конце рычага в регулировочном пазу корпуса. На регулировочном пазу могут быть нанесены метки для фиксирования угла поворота оси регулятора частоты вращения ведомого вала.
В целях описания заявляемого технического решения приняты следующие определения:
Кулачковый диск - узел в виде плоской детали переменной кривизны. В частном варианте исполнения кулачковый диск может представлять собой как эксцентрик, несимметричный относительно оси ведомого вала, так и диск, содержащий несколько «лепестков», ось вращения которого совпадает с ось ведомого вала.
Обгонная муфта (известная также как муфта свободного хода) представляет собой механическое устройство, позволяющее передавать крутящий момент лишь в одну сторону, при вращении в обратную сторону муфта просто прокручивается.
Шатун - деталь, жестко закрепленная к обгонной муфте и шарнирно соединенная с толкателем для передачи колебательных движений и преобразования их во вращательное движение обгонной муфты.
Каждый признак заявляемого решения влияет на возможность достижения технического результата и находится с ним в причинно-следственной связи.
Выполнение конструкции вариатора таким образом, что вращательное движение передается от ведущего вала к ведомому с помощью толкателей, а также форма выполнения толкателей, соединения их с обгонными муфтами и взаимное расположение толкателей относительно других элементов конструкции позволило уменьшить габаритные размеры, снизить металлоемкость при изготовлении и повысить универсальность вариатора, за счёт того, что ведомые валы могут располагаться как с одной, так и с разных сторон корпуса.
Размещение регуляторов частоты вращения ведомых валов на осях, закрепленных в корпусе с возможностью поворота извне, способствует снижению трудоемкости в процессе эксплуатации при регулировании угла поворота регулятора для установки передаточного отношения вариатора отдельно для каждого ведомого вала.
Для уменьшения неравномерности вращения ведомых валов и непрерывности их вращения для каждого из ведомых валов установлено не менее двух толкателей. Для более равномерной и плавной передачи вращательного движения ведущего вала в поступательное и далее опять во вращательное, уже ведомых валов, толкатели могут быть выполнены с роликами, взаимодействующими с кулачковым диском и регулятором частоты вращения.
Поворот осей, на которых установлены регуляторы частоты вращения ведомых валов, с помощью рычага с внешней стороны корпуса, позволяет быстро и эффективно устанавливать требуемый угол поворота и, соответственно, передаточное отношение частоты вращения. Рычаг, при этом, может содержать на одном своем конце винт, установленный в регулировочном пазу с нанесенными метками, что позволяет фиксировать значение угла поворота.
Далее заявляемое техническое решение поясняется на фигурах на примере предпочтительного варианта исполнения. На фигуре 1 представлен чертеж общего вида сдвоенного вариатора со снятой крышкой. На фигуре 2 представлен чертеж вариатора со снятой крышкой в прямой проекции. На фигуре 3 представлен чертеж вариатора с закрытой крышкой. На фигуре 4 представлен чертеж вариатора с внешней стороны в одном из вариантов реализации.
На фигурах представлены следующие элементы устройства: крышка (1 и 1а) корпуса, боковая поверхность (2) корпуса, валики (3, 3а) для крепления возвратных пружин, упоры (4, 4а) нулевых положений, ведущий вал (5), кулачковый диск (6), ведомые валы (7, 7а), обгонные муфты (8, 8а), толкатели (9, 9а), шатуны (10, 10а), возвратные пружины (11, 11а), регуляторы (12, 12а) частоты вращения ведомых валов, поворотные оси (13, 13а) регуляторов (12, 12а) частоты вращения, оси (14, 14а), ролики (15, 15а), рычаги (16, 16а), винты (17, 17а), регулировочные пазы (18, 18а), регулировочные метки (19, 19а).
Для наглядной демонстрации заявляемого технического решения далее со ссылками на фигуры 1-4 описан предпочтительный вариант изготовления сдвоенного вариатора. Основными узлами сдвоенного вариатора являются корпус, ведущий вал, закрепленный в корпусе, с установленным на нем кулачковом диском, закрепленные в корпусе ведомые валы, с закрепленными на них обгонными муфтами, толкатели и регуляторы частоты вращения для каждого из ведомых валов.
Корпус содержит крышки (1, 1а), боковую поверхность (2) с заливной и сливной крышками, валики (3, 3а) для крепления возвратных пружин, упоры (4, 4а) нулевых положений. В корпусе закреплены ведущий вал (5) с установленным на нем кулачковым диском (6), а также два ведомых вала (7, 7а) с закрепленными на них обгонными муфтами (8, 8а). Толкатели (9, 9а) выполнены в виде пластин неправильной формы, с одной стороны закрепленных к обгонным муфтам (8, 8а) с помощью шатунов (10, 10а), а с другой стороны закрепленных к корпусу с помощью возвратных пружин (11, 11а) и выполненных с возможностью взаимодействовать с регуляторами (12, 12а) частоты вращения и кулачковым диском (6), при этом каждый регулятор (12, 12а) частоты вращения выполнен закрепленным на поворотной оси (13, 13а), установленной в корпусе с возможностью поворота с внешней стороны крышки (1, 1а) корпуса. Для каждого ведомого вала (7, 7а) установлено не менее двух толкателей (9, 9а). Толкатели (9, 9а) соединены с шатунами (10, 10а) шарнирно, с помощью, например, оси (14, 14а). Со стороны возвратной пружины (11, 11а) толкатели (9, 9а) содержат ролики (15, 15а), выполненные с возможностью взаимодействия с регулятором (12, 12а) частоты вращения и кулачковым диском (6). Для поворота оси (13, 13а) регулятора (12, 12а) частоты вращения сдвоенный вариатор содержит рычаг (16, 16а), установленный на внешней стороне корпуса, одним своим концом закрепленный к оси (13, 13а), на которой установлен регулятор (12, 12а) частоты вращения и выполненный с возможностью её поворота. На регулировочном пазу (18, 18а) могут быть нанесены метки (19, 19а) для фиксирования угла поворота оси (13, 13а) регулятора (12, 12а) частоты вращения ведомого вала (7, 7а).
Сдвоенный вариатор работает следующим образом. Вращательное движение ведущего вала (5) посредством закрепленного на нем кулачкового диска (6) и толкателей (9, 9а) преобразуется в колебательное движение, которое с помощью шатунов (10, 10а) и обгонных муфт (8, 8а) вновь трансформируется во вращательное движение, но уже ведомых валов (7, 7а). Вращение каждого из ведомых валов (7, 7а) происходит за счёт того, что толкатели (9, 9а), получая движение от кулачков кулачкового диска (6), поочередно поворачивают обгонные муфты (8, 8а) на заданный угол, в предпочтительном варианте исполнения, данный угол, при максимальном положении регулятора (12) частоты вращения, составляет 40 град. Чтобы получить непрерывное вращение ведомых валов (7, 7а) и уменьшить неравномерность их вращения, установлено не менее двух толкателей (9, 9а) для каждого ведомого вала (7, 7а). Для обеспечения возможности независимого изменения передаточного отношения для каждого ведомого вала (7, 7а), используется отдельный регулятор (12, 12а) частоты вращения. Бесступенчатое регулирование частоты вращения ведомых валов (7, 7а) обеспечивается тем, что в зависимости от величины угла поворота регулятора (12, 12а), закрепленного на поворотной оси (13, 13а) от нулевого положения, который может изменяться, например, в диапазоне от 0 до 40 градусов, изменяется угол поворота ведомого вала (7, 7а). В нулевом положении регулятора (12, 12а) толкатель (9, 9а) при воздействии на него кулачка кулачкового диска (6) совершает вращательное движение вокруг оси (14, 14а) и обкатывает регулятор (12, 12а), не передавая при этом усилия на шатун (10, 10а). При изменении угла наклона регулятора (12, 12а), путем поворота оси (13, 13а), толкатель (9, 9а) не только совершает вращательное движение вокруг оси (14, 14а) и обкатывает регулятор (12, 12а), но и совершает толчок шатуна (10, 10а). При этом угол наклона регулятора (12, 12а) устанавливают путем поворота оси (13, 13а), перемещая винт (17, 17а), закрепленный на рычаге (16, 16а) в регулировочном пазу (18, 18а) с внешней стороны корпуса. Регулировочные метки (19, 19а), нанесенные вдоль паза (18, 18а), позволяют фиксировать угол поворота оси (13, 13а). Таким образом, конкретный угол поворота оси (13, 13а) можно не подбирать каждый раз опытным путем, а использовать известные значения для конкретных режимов работы.
Представленные фигуры и описание конструкции не исчерпывают возможные варианты исполнения и не ограничивают каким-либо образом объем заявляемого технического решения. Возможны иные варианты исполнения в объеме заявляемой формулы.
Разработанная конструкция обладает высокими производственными и эксплуатационными показателями: вариатор имеет простую конструкцию, небольшие габаритные размеры, компактен, универсален, удобен и надежен в эксплуатации. Регулирование частоты вращения ведомых валов возможно независимо для каждого вала, частота вращения устанавливается за короткое время и допускает подстройку в процессе использования.