Передаточный механизм

,801209 16 Н 15 50 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ПАТЕНТ как ним 3660553/РСТ/Р К17.10,83710/8218,02,820 К 25-2883/00016 (17.02,83) стояние в между вну дорожками севом направлени енними, так и вн ращения постоянн(22) (31) (32) (33) (46) 1.8 нсс Бюл, Р 4ьскабет Йенс Кугле т- об- ставля лиетыреные сим ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(54)(57) 1. ПЕРЕДАТОЧНЬЙ МЕХАНИЗМ,содержащий два набора шариков, которые образуют соосные кольца, иподдерживающие их в таком виде парувнутренних и пару внешних кольцеобразных дорожек вращения, установленных с возможностью осевого перемещения одна относительно другой в заранее определенных пределах и расположенных соосно с кольцами шариков,последние установлены с возможностьюповорота относительно общей главнойоси при относительном вращении доро"жек вращения, каждый шарик в одномкольце сопряжен с двумя шарикамив другом кольце и наоборот и установ"лен с возможностью дополнительноговращения вокруг своей собственнойоси, проходящей через центр, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью регулирования диапазона изменения передаточного отношения, рас 2. Механизм по п. 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что профили дорожек вращения описаны вогнутыми образующими, при которых собственные оси вращения шариков пересекают внутренние и внешние дорожки или их воображаемые продолжения, идущие внутрь в точках касания шариков с названной дорожкой вращения, рассто ния каждой последней точки от главной оси и собственной оси вращения изменяется противоположно относительному смещению пар дорожек вращения, а соотношение этих расстоя" ний больше для внешних дорожек вращения, чем для внутренних дорожек вращения.3. Механизм по пп. 1 и 2, о л и ч а ю щ и й с я тем, что разующие дорожек вращения пред ют собой аркообразные кривые.4, Механизм по пп. 2 - 3 при двух наборах шариков, имеющих одни и те же размеры, отличающ и й с я тем, что в каждой паре противоположно вращающихся дорожекобразующие симметричны.5. Механизм по п. 4, о тч а ю щ и й с я тем, что чдорожки вращения имеют двойметрйчные образующие.Составитель Г. КузнецоваТехредМ,Надь Корректор В, Бутя едактор Ю. Серед Заказ 315 б 2 ВН 113035, Моск Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, улПроектн Тираж 880 ПИ Государстве делам иэобрет Ж, РаушсПодписноеного комитета СССРний и открытийая наб, д. 4/5120Изобретение относится к машиностроению, в частности к передатоЧным механизмам.Цель изобретения - регулирование диапазона изменения передаточногоотношения,На фиг, 1 представлен механизмв нейтральном положении, поперечноесечение, на фиг. 2 и 3 - тс же, вкрайних положениях; на фиг. 4 - показаны шарики передачи в направленииоси передачи на фиг. 5 и 6 - геометрические фигуры, поясняющие принцип работы; на фиг. 7 - горизонтальное сечение на фиг, 4; на фиг, 8-14 геометрические фигуры, поясняю щиеработу передачи; на фиг. 15 - сечение по оси на фиг. 1.Передаточный механизм (фиг, 1 и 2)содержит входной вал 1, установленныена пем пару внутреппих копьцеобразных дорожек 2 и 3 вращения, парувнешних копьцеобразньгл дорожек 4 и5 вращения, отделенных от дорожек 2и 3 кольцеобразными промежутками 6,Дорожка 4 неподвижна, Дорожка 5,пространственно отделенная от дорожки 4 своГопно вращается, но не имеетвозможности для скольжения в осевомнаправлении и образует выходной эпемент. Профили четырех копьцеобразных дорожек 2 3 и 4, 5 описаны во.гнутыми образующими 7 - 10, которые в предпочтительном варианте представляют собой аркообразные кривые. Расстояние в осевом направлении как между внутренними 2 и 3, так и внешними 4 и 5 дорожками вращения постоянно,11 ежду кольцеобразными дорожками размещены два набора шариков 11 и 12, которые образуют соосные кольца. Каждый парик 11 одного кольца касается образующей 7 внутренней дорожки 2 и образующей 9 внешней дорожки 4 и двух шариков 12 другого кольца, Каждый шарик 12 другого кольца касается образующей 8 внутренней дорожки 3, образующей 10 внешней дорожки 5 и двух шариков 11 первого кольца.Ось У (фиг, 1) является осью симметрии дпя двух фиксированных в осевом направлении дорожек 9 и 10 вращения, Сдвиг по оси Х внутренних дорожек вращения (фиг. 2) приводит к из - менению количественных параметров, которые определяют отношение скорости вращения входного вала 1 к скорос. 9042ти дорожки 5 вращения, являющейсявыходным элементом, т.е. к изменениюпередаточного отношения передаточного механизма.1 а фиг. 4 показаны два кольца 11и 12 которые видны в направлении осимеханизма, Движение шариков рассмотрено в проекции осей Х, У., Х и линийР, идущих под одинаковыми углами и 10 представляющих плоскости, которыепересекают друг друга на оси Х и вкоторых движутся центры шариков при относительных осевых перемещениях колец шариков. Одна из линий Р совпа дает с осью 2:. Угол между двумя соседними плоскостями Р называется центральным углом р и зависит от числа шариков36020 пгде и - число шариков,Если шарики 12 в одном кольцефиг, 2) сдвигаются к главной оси Х2."1 передачи, то шарики 11 в другом кольце будут двигаться от главной оси,как показано пунктирными линиями на(фи 1, 4). Проекция линии ипи воображаемой прямой между центрами двухшариков 11 и 12 остается постоянной, что следует из двух конгруэнтных. треугольников, полученных изпроекции пунктирной линии Б на сплошную пинию. Поскольку все шарики должны непрерывно контактировать друг(с другом, прямое направление, представленное длиной стержня Б междуцентрами шариков донно все времяравняться 2 К гпе К - радиус шарика,Если две плоскости Р в которыхдолжны перемеща",ься центры шариков,параллельно друг другу на расстояниим(нее 2 К, то воэможности движения сР 1дпя центров шариков при поддерживании контакта касания между шариками,может быть представлено двумя кругами С, одного и того же размера(,фиг 5), которые расположены такимобразом, относительно их соответствующих двух плоскостей, чтобы образовать поверхности воображаемого цилиндра С, ось которого перпендикулярна к плоскостям, и в которых во 5 г ображаемьй стержень Б будет выступать между произвольной точкой наодном круге и диаметрально противоположной точкой на другом круге. Точ12 О 9 О 42 4 оси Х, Угол о зависит от "плотности" шариков в нейтральном положении. Таким образом, оси эллипса (фиг. 6 и 7) могут быть определены как: ка касания шариков будет являться центром тяжести этого цилиндра,В действительности две плоскости, в которых движутся центры двух соседних шариков не параллельны, а образуют друг с другом угол р . На фиг. 6 воображаемый цилиндр С и стержень представлены в трех различных положениях между двумя плоскостями Р. Положение, показанное сплошными линиями, соответствует нейтральному положению, в котором центры двух шариков расположены эквидестантно относительно оси Х, а положение,. показанное пунктирными линиями, является крайним положением, в котором разница между расстояниями между центрами шариков от оси Х является максимально возможным. Положение, показанное пунктирньп 4 и линиями, соответствует промежуточному положению. Выше цилиндра показаны проекции стержня на оси Х в трех положениях. Таким образом, относительные перемещения центров шариков сопровождаются осевыми перемещениями цилиндра Сз, и что дорожки, по которым могут пермещаться центры шариков в плоскостях Р соответствуют эллипсам, в которых поверхность цилиндра пересекает плоскости. Один из этих эллипсов показан в качестве фигуры Е (фиг.6) вместе с кругом С; , представляющим цилиндр, причем это показано в том виде, который получается, если смотреть с конца. Половина малой оси эллипса, которая равна радиусу круга, обозначена б , а половина большой оси обозначена буквой о а = К ,эп о На фиг. 4 заштрихованы два соседних шарика 11 и 12, Предположим, что через центры этих шариков проведено сечение, которое параллельно плоскости ХЕ, в результате этого получим изображение, подобное тому, которое представено на фиг. 7, где два радиуса Кшариков, расположенные таким образом, что они являются продолжением друг друга, образуют воображаемый стержень, который составляет угол М с линией, которая параллельна оси Е и выступает через центр шарика 11, являясь внешней образующей воображаемого цилиндра, который виден в направлении оси Х. Оконечная поверхность цилиндра представлена линией, длиной 2 а, которая проходит через центр шарика 12 и параллельна Ъ=а/сов (/2)=К зы о/соя (/2) .На практике смещения шариковобеспечивается смещением в осевомнаправлении одного набора формующихколец относительно другого набора.При этом предполагается, что воображаемый цилиндр С ц сдвигается в направлении, перпендикулярном его оси15и параллельном оси механизма Х, Таким образом, центры шариков совершают сложное движение с радиальным иосевым компонентами вдоль результи 20рующей траектории, которая определяет поперечное сечение траекториивращения в плоскостях, содержащейось механизма,Теоретически может быть использо 25вано произвольно большое количествоформ кривых, но только одна формакривой удовлетворяет требованию,связанному с тем, что для достижения наибольшего возможного изменения плеч сил, определяемых распоЗ 0 ложением точек контактирования шариков на дорожках вращения, необходимо обеспечить симметричное перемещение этих точек касания как в радиальном, так и в осевом направлени 35 ях, В связи с двойным симметричнымперемещением точек касания шариковпо дорожками качения, соотношениемежду противоположно направленнымисмещением в радиальном направлении40 и общим смещением в осевом направле- .нии центров двух шариков должнобыть таким, чтобы траектории смещения центров шариков также оказывались симметричными.Требуемые условия симметрии удовлетворяются в случае циклоиды. Циклоида, получаемая вращением. круга,имеющего радиус прямой линии, представлена на фиг. 8. Противоположно50 направленные перемещения центровшариков вдоль кромок воображаемогоцилиндра и их общее смещение в осевом направлении вместе с цилиндром,могут быть описаны двумя половинами55 циклоиды в биссектральной плоскостицентрального угла, как показанона фиг. 9, где ось, параллельная осиХ и перпендикулярная оси цилиндра, 1209042обозначена Х, В диапазоне а=у=-а, где у берется на оси Х, кривые могут быть выражены уравнениемуя 1 п ( а )1 7.ах = а-у +180Центры шариков могут быть зафиксированы на этих однородных кривых,симметричных относительно оси 1 спомощью идентичных кривых, которыесимметричны первой кривой, относительно оси Х, сдвига одной пары кривых относительно другой пары кривыхвдоль оси Х, как показано пунктирными линиями на фиг. 10,Эти, обладающие двойной симметрией кривые, обеспечивают геометрическую основу для получения профилейдорожек вращения, Однако кривые построены на плоскости, образующейгол, равный половине центральногоугла ф с плоскостями Р, в которыемогут перемещаться центры 01 и 01шариков. Поэтому кривые должны проектироваться на одну из этих плоскостей для того, чтобы создать базудля желаежх профилей, Координатыу. этих кривых должны поэтому бытьподелены на косинус половины центрального угла, что приводит к получению конфигурации, показанной нафиг. 11. В диапазоне с = у = -с,где с соответствует выбранной величине максимального сдвига в радиаль 1ном направлении, т.е, в направленииоси У кривые могут быть выражены следующим уравнением:х= аг (у сои /2)21 та180Как следует из рассматриваемого ниже материала, диапазон регулирования передаточного механизма определяется максимальным различием, получа" емым между расстояниями от оси механизма к точкам касания между шарикам 11 и 12 и дорожками 8 - 10 вращения и расстояниями от собственных осей Ои О вращения шариков 11 и 12 к тем самым точкам к%сания, равно как и между радиусами от последних осей к тачке взаимного касания шариков 11 и 12, путем сдвига шариков в кольцах, образованных шариками 11 и 12, Соотношение этих расстояний больше для внешних дорожек 9 и 10 вращения, чем для внутренних дорожек 7и 8 вращения, Поскольку максимальнаяразница в расстояниях определяетсяне только количеством шариков, значением угла о( и величиной С, а такжерадиусом г перемещения основной цик О лоиды, радиус г может быть использован при расчете диапазона регулирования, если это необходимо, Радиусперемещения циклоиды определяетсякак15( 1 Га - (с соя Я/2) - т) 180ссох 2 хагде ш - соответствует значению у201для случая, когда х = -с, так чтогечерализованная формула кривойсдвига центров шариков в диапазонес = у = -с будет иметь вид25х= Га - (у соя ф/2) +у соя Р/2Гяз.п а (1 а - (с соя Р/2 -ш)с соя Р/2я 1 п30 аНа фиг. 12 представлен примериспользования радиуса г перемещения,который меньше, чем радиус а воображаемого цилиндра,Формы кривых, найденные в данномрешении, приводят к профилям дорожеквращения, которые оказываются достаточно трудно изготовить на практике,но сегменты кривых, которые необходимы в качестве основы для такихпрофилей весьма близки к дугам окружности, что приводит к возможностиполучения профилей, которые оказываются простыми в изготовлении. Можнорассчитать, что максимальные отклонения имеют величину, которая менее порядка неточности изготовления, обычно принятой при производстве шариков.К этому необходимо добавить, что5 О влияние неточностей в выполнении кривых на два контактирующих шарика фактически нейтрализуют друг другавследствие симметрии кривой.На фиг, 13 представлено изображение, соответствующее фиг. 11, где траектории перемещения центров шариков являются дугами окружности С, и С, имеющих радиусы соответст 1209042венно 1 и С, на одном и том же1 расстоянии от малой оси или оси Х и на том же расстоянии Хс от и на соответствующих сторонах оси У, которое совпадает с большой осью показанного сплошной линией эллипса Е, соответствующего воображаемому цилиндру в его нейтральном положении, Кроме того, на фиг. 13 сделано упрощение, которое заключается, в. том, что пунктирный эллипс, представляющий крайнее положение воображаемого цилиндра, пересекает ось У в точках у = + с. В нейтральном поло. жении проекция на ось Х воображаемого стержня Б образует малую ось эллипса. Проекция стержня на ось Х в крайнем положении цилиндра, обозначена как с 1. 10 2 /2 Следующие три еизвестными вел огут быть вывед ых на фиг, 13 уравнения с тремячинами К, Х и Ъс,ны на основании данЕсли сдвиг происходит влево, а не вправо в ситуации, показанной на фиг. 13, центры шариков будут следовать за продолжениями дуг окружности относительно дуги С; вниз 25 к линии у = -с, которая пересекает ось У, а в отношении дуги С, - вверх к линии у=с.Если центр правого шарика (фиг.13) в процессе перемещения эллипса вправо, движется вниз,. а не вверх, как показано, и в случае сдвига влево перемещается вверх, две другие дугообразные траектории С; и С;э перемещаются так, что в результате образуется картина, являющаяся зеркальным отображением ситуации, образованной дугами С 1 и С , как показано на фиг. 14. В процессе относительных перемещений один набор1 дуг смещается в направлении оси Х относительно другого набора. Центры шариков будут постоянно находиться в их соответствующих точках взаимного пересечения между верхней и ниж ней дугообразными траекториями.Как видно на фиг. 14, максимальный относительный сдвиг набор дуг равняется й, На основе формулы эллипса формулу для определения Й можно составить с использованием осей эллипса и величины сК - (Ус + с) + Х К =2 + (Х +а)2 еК=(, - Р + (Х + а) Отсюда координаты центра шарика С, и радиус дуги окружности С, выражаются как Х,=(2 а - 2 С - сР )/(ай - 4 а) Ус = (2 Хс д + сР)/4 с Когда образованы профили с радиусом К, =К +К , как показано нафиг. 15, то сдвиг внутренних и внешних дорожек по отношению друг к другу обеспечит требуемую эллиптическуютраекторию перемещения центров шариков и тем самым будет гарантировать,что контакт касания между шариками идорожками качения и между шарикамибудет сохраняться,На фиг, 15 отмечен радиус Ктакже как это было сделано вчае, представленном на фиг. 6.вина длины проекции воображаемстержня, показанного сплошнойна фиг. 4, равняется К соз ( иотсюда 1 слу- Полоого линией К соя дп 727 Таким образом, все размеры переда очного механизма могут быть рассчианы из вышеприведенных уравнений.Когда все шарики имеют одинаковые ном механизме имеют образующие 1 и8, 9 и 1 О, которые симметричны по- . парно. Наибольшее изменение диапазона передаточного отношения может быт получено в том случае, когда четыре дорожки вращения имеют двойные симметричные образующие 7 и 8, 9 и 10.Передаточный механизм работает следующим образом.Вращение входного вала 1 передается на внутренние кольцеобразные орожки 2 и 3, которые посредством двух наборов шариков 11 и 12 вращаютвнешнюю дорожку 5, являющуюся выходным элементом. Благодаря смещениюдорожек 2 и 3 от нейтрального положения в правое и левое положение обеспечивается бесступенчатое изменениепередаточного отношения. размеры, дорожки вращения в передаточ 1209042,