РЫЧАЖНЫЙ ВАРИАТОР
LEVER VARIABLE-SPEED GEAR

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для привода в трансмиссиях транспортных, грузоподъемных и прочих машин и механизмов, например привода высевающих аппаратов сеялок.
Известен кривошипно-шатунный механизм с регулируемой длиной кривошипа (АС СССР №1193344, F16Н 21/20 от 23.11.85), содержащий основание, ведущий вал, жестко закрепленный на нем кривошип с радиальным пазом, кулачок с фигурным пазом и соединительное звено с роликами. Через шарнир со звеном связан шатун. На валу с возможностью свободного вращения размещена втулка соединительной муфты, полумуфта которой жестко связана с основанием, а другая полумуфта жестко связана с выходным колесом зубчатой передачи, ведущее колесо которой связано или с приводом вала, или с отдельным приводом. Для расширения кинематических возможностей и плавности регулировки зубчатая передача может быть двухскоростной, для чего механизм снабжен коробкой передач. Кулачок связан с втулкой подвижным шлицевым соединением через шлицы. Передаточное число зубчатой передачи подобрано так, чтобы ее выходное колесо имело одинаковую угловую скорость с ведущим валом. К недостаткам можно отнести невозможность приведения механизма в положение, равное нулевому передаточному отношению, сложность изменения частоты вращения выходного звена на большой частоте вращения входного звена за счет изменения длины кривошипа в связи с остановкой кулачка и непрерывным движением вала и кривошипа, малый диапазон изменения радиуса кривошипа, низкая надежность, а также сложность в изготовлении.
Известен кривошипно-кулисный вариатор скорости (АС СССР №540092, F16H 37/12 от 15.02.77), состоящий из ведущего вала, кинематически связанного с кривошипом с помощью, например, зубчатой передачи и реечной передачи. Кривошип, взаимодействуя с кулисой, образует кривошипно-кулисный механизм, причем кулиса кинематически связана с ведомым валом с помощью, например, конической передачи и телескопического вала. Механизм изменения радиуса кривошипа выполнен в виде реечной передачи, к рейке которой прикреплен кривошип, и зубчатых цилиндрических передач, соединенных с шестерней реечной передачи. Механизм изменения расстояния между осями вращения кривошипа и кулисы соединяет кулису с рукояткой регулирования через визирное устройство и устройство, содержащее копир и ролик. Вариатор также снабжен дифференциальным механизмом и кривошипно-шатунным механизмом. Одно центральное колесо дифференциального механизма установлено на ведущем валу, другое центральное колесо на валу механизма для изменения радиуса кривошипа, а водило с парными сателлитами соединено с механизмом изменения расстояний между осями вращения кривошипа и кулисы с помощью кривошипно-шатунного механизма. К недостаткам можно отнести усложнение кинематики привода машин и механизмов при пользовании данным вариатором вследствие перпендикулярности входного и выходного механизмов вариатора, низкая надежность в связи с большим количеством подвижных деталей, а также сложность в изготовлении.
Известен привод с автоматическим бесступенчатым регулированием чисел оборотов (АС СССР №155373, 1963), состоящий из следующих последовательно расположенных элементов: входного вала, пружины кручения, кривошипного диска, шатуна, одним концом соединенного с коромыслом, двух обгонных муфт, одна правого, другая левого вращения, сидящих на валике, двух конических шестерен с равным передаточным числом, соединенных попарно с соответствующими обгонными муфтами и насаженных на выходной вал. Шестерни вращаются в определенном постоянном направлении. Автоматический регулятор находится внутри кривошипного диска и состоит из конической зубчатой пары, одна шестерня которой закреплена на конце входного вала, а другая шестерня насажена на ходовой винт, расположенный на подшипнике и имеющий правую и левую нарезки; противовеса и гайки с кривошипным пальцем, соединенным с другим концом шатуна. К недостаткам можно отнести невозможность принудительного изменения частоты вращения выходного звена без остановки входного звена, что приводит к уменьшению производительности работы, остановку выходного вала в момент достижения входным валом крайних мертвых точек, что приводит к разрыву крутящего момента, неравномерность вращения выходного вала в процессе движения кривошипа от одной крайней мертвой точки к другой, усложнение кинематики привода при пользовании данным вариатором вследствие перпендикулярности входного и выходного механизмов вариатора, низкая надежность, а также сложность в изготовлении.
Из более близких по технической сущности является 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.
Вариатор работает следующим образом: вращение кривошипа через шатун преобразуется в качательное движение рычага, которое передается на коромысло, сообщая ему качательное движение, и посредством обгонных муфт и шестерен преобразуется в непрерывное вращательное движение шестерен. Бесступенчатое регулирование передаточного отношения осуществляется перемещением ползуна посредством гидроцилиндра или червячной пары по закону регулирования, оптимальному для каждого конкретного механизма вдоль направляющей между точками, причем при совмещении оси крепления коромысла и оси ползуна выходное звено останавливается и блокируется от обратного хода, т.к. коромысло заперто.
К недостаткам можно отнести остановку выходного вала в момент достижения входным валом крайних мертвых точек, что приводит к разрыву крутящего момента, а 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 в изготовлении.
Заявленное изобретение направлено на устранение вышеописанных недостатков и при его использовании получен следующий результат: при установке вариатора в качестве привода машин и механизмов стало возможно плавно регулировать частоту вращения выходного вала, устанавливать вариатор в положение, равное нулевому передаточному отношению, изменение частоты вращения выходного вала происходит за счет изменения положения регулятора как при работе механизма, так и в положении покоя, увеличился диапазон изменения передаточных отношений, не усложняется кинематика привода машин и механизмов при пользовании данным вариатором вследствие параллельности входного и выходного вала вариатора, высокая надежность, а также простота в изготовлении.
Указанный технический результат достигается за счет применения заявленного вариатора, содержащего ведущее звено кривошип с шатуном, выходной вал, обоймы, обгонные муфты, рычаг с ползуном и регулятор. Рычаг, являющийся кулисой, в круговой прорези которого установлен ползун, причем один конец рычага установлен на неподвижной оси вращения, а другой конец рычага соединен с шатуном ведущего звена, при этом центр ползуна соединен двумя тягами с двумя обоймами и одной тягой ползун соединен с регулятором, причем внутри каждой обоймы установлена обгонная муфта. Точки крепления двух тяг, соединяющих две обоймы с ползуном, лежат на одной окружности, проведенной радиусом из центра выходного вала, причем точки крепления двух тяг, соединяющих две обоймы и ползун, расположены симметрично относительно оси, соединяющей центр ползуна и центр выходного вала.
Графические материалы
На фиг.1 изображена схема рычажного вариатора.
2
4
4
4
Рычажный вариатор (фиг.1) состоит из кривошипа 1, который посредством шатуна 2 соединен с одним концом рычага 3, а другой конец рычага 3 смонтирован на неподвижной оси О, внутри круговой прорези А рычага 3 установлен ползун 4, который тягами 5, закрепленными в центре В ползуна 4, соединен с обоймами 6 и 7, внутри которых установлены обгонные муфты 8 и 9, смонтированные на выходном валу 10, при этом ползун 4 также соединен тягой 11 с регулятором 12, состоящим из неподвижно соединенных звеньев CO, OD, DE, при этом на конце звена DE установлена стрелка-указатель 13, при этом регулятор 12 смонтирован на неподвижной оси O, а выше стрелки-указателя 13 нанесена шкала 14.
2
2
2
2
4
Вариатор работает следующим образом: вращение кривошипа 1 через шатун 2 преобразуется в качательное движение рычага 3, которое передается тягами 5 на обоймы 6 и 7, сообщая им также качательные движения, и посредством обгонных муфт 8 и 9 качательное движение обойм 6 и 7 преобразуется в непрерывное вращательное движение выходного вала 10. Бесступенчатое регулирование передаточного отношения вариатора осуществляется в соответствии с заданным режимом работы механизма изменением величины плеча ОВ колебания рычага 3 относительно неподвижной оси О при перемещении ползуна 4 в круговой прорези А рычага 3 за счет воздействия регулятора 12 на тягу 11. При совмещении центра В ползуна 4 и неподвижной оси О плечо ОВ равно нулю, при этом тяги 5 не получают колебаний от рычага 3, а обоймы 6 и 7 остаются неподвижными, выходной вал 10 также остается неподвижен, то есть вариатор выключен. Выходной вал 10 блокируется от обратного хода, так как в этом режиме обоймы 6 и 7 заперты. Бесступенчатое регулирование передаточного отношения вариатора и выключение вариатора осуществляется как при включенном, так и при выключенном положении ведущего звена. Положение оси О определяется конструктивными соображениями и кинематическими возможностями данной схемы.
Установка дополнительной обоймы, внутри которой установлена обгонная муфта, дала возможность повысить равномерность вращения выходного вала и производительность вариатора. Рычаг, являющийся кулисой, позволил изменять частоту вращения выходного вала как при включенном, так и при выключенном положении ведущего звена, а также рычаг, являющийся кулисой, позволил бесступенчато регулировать обороты выходного вала за счет изменения положения ползуна в круговой прорези рычага, что упростило конструкцию вариатора и повысило надежность механизма в целом. Регулятор, соединенный с ползуном, 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.