Вариатор скорости

(71) Татарский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности(57) Изобретение относится к машиностроению, Цель изобретения - упрощение конструкции, снижение материалоемкости и трудоемкости изготовления. Вариатор со 2стоит из ведущей 1 и ведомой 2 полумуфт, втулки 3, которая установлена на одной из полумуфт с помощью шпонки 5 с воэможностью осевого возвратно-поступательного перемещения. С другой полумуфтой втулка 3 взаимодействует через кулачковый механизм зацеплением пальца 4 с замкнутой винтовой канавкой. Кроме того, втулка образует с одной из полумуфт поршневую пару, включающую поршень 6 с уплотнительным элементом 7 и камеру 8, выполненную в , виде отверстия во втулке или ведущей полу- муфте, а также установленного в калиброванном отверстии 9 регулировочного клапана в виде винта 10 и контргайки 11, 3ил1796824 3Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано а любой отрасли техники для передачи крутящих моментов с регулируемой частотой вращения. Наиболее благоприятные условия и рименения предлагаемого устройства те, когда надо регулировать частоту вращения ведомого вала в пределах величин, определяемых передаточным отношением,близким к единице, - . 10 Известен вариатор скорости, в котором узе,.передающий крутящий момент с ведущей полумуфты, выполненной.в виде колеса с внешним конусом, на ведомую полумуфту,выполненную в виде колеса с внутренним 15корпусом, представляет собой систему роликов с двойным конусом, соединенную сепаратором, Регулирование частотой вращения ведомой полумуфты обеспечива-ется системой управления, сдвигающей ме сто коато роом с оорны оцом, которое они обкатывают.Основным недостатком описанного устройства. является ограничение в передаче крутящих больших крутящих моментов.Другим недостатком является сложность системы управления частотой вращения ведомой полумуфты. Кроме того, для обес. печения давления по линии контакта для передачи движения трением использована З 0 система тарельчатых пружин, жесткость которых, как и других п ружин, пропорциональна их деформации, поэтому при изменении передаточного отношения будет изменяться диапазон передаваемых нагру-. ЗБ зок. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является вариатор скорости с зубчатым зацеплением.В известном устройстве в качестве ведущей полумуфты использован корпус води ла, а в качестве ведомой - зубчатое.колесо с внутренним зацеплением, узлом, предназначснным для перецачи крутящего момента с ведущей полумуфты. на ведомую, служат сателлиты с двумя коническими зубчатыми 45 венцами, один из которых обматывает опорное колесо, а другой - входит в зацепление с ведомой полумуфтой. Управление передаточным отношением вариатора производится осевым перемещением по 80 направляющим опорного колеса при помощи винта со штурвалом, Зубчатый венец опорного колеса набран из Т-образных пластин в специальном ободе; в местах сцепления зубья сателлитов выдавливают в них 55 соответствующие им впадины, сжимая специал ьн ые пружин ы.Использование зубчатых зацеплений сателлитов с опорнымколесом и ведомой полумуфтой позволяет описываемому устройству передавать практически любые крутящие моменты с любыми угловыми скоростями вращения,К недостаткам устройства следует отнести следующие:сложность конструкции и большая трудоемкость изготорления опорного колеса,вызванные использованием обода со сложным пазом и большого количества Т-образных пластин;при передаче больших крутящих моментов для обеспечения прочности зубьев венцов сателлитов необходимо применять их сбольшими модулями, что значительно увеличивает диаметр и массу сателлитов и соответственно габариты и массу устройства вцелом;т,е. сателлиты вращаются с угловой скоростью, превышающей угловую скоростьведущего вала, то при передаче большихугловых скоростей вращения с ведущей лолумуфты сателлиты должны быть сбалансированы в весовом отношении; кроме того,соответствующей весовой балансировкедолжны. быть подвергнута и вся система водило-сателлиты,.т,к. вследствие разнесениясателлитов от общей оси вращения появляются большие центробежные силы, действующие на корпус и опоры водила.Все зто вместе с наличием зубчатых конических венцов сателлитов и ведомой полумуфты требует большой трудоемкостиизготовления известного устройства, включая необходимость иметь специальные ба-.лансировочные станки.Целью изобретения является упрощение конструкции, снижение материалоемкости и трудоемкости изготовления,Указанная цель достигается описываемым устройством, включающим ведущую иведомые полумуфтц и узел, предназначенный для передачи крутящего моментэ с ведущей полумуфты на ведомую,Новым является то, что узел, предназначенный для передачи крутящего момента сведущей полумуфты на ведомую, выполненв.виде втулки, установленной на одной изполумуфт с помощью шпоночного или шли-цевого соединения с возможностью осевоговозвратно-поступательного перемещенияотносительно нее и взаимосвязанной с другой полумуфтой через кулачковый механизмпоршневой пары, образованной камерой свыполненной в виде отверстия во втулкеили ведущей полумуфте, ось которого совпадает с их осю, расположенным в отверстиивтулки или ведущей полумуфте поршнем,жестко установленным собственно на ведомой или ведущей полумуфте, или втулке, иклапана, установленного соответственно наведомой полумуфте или втулке с возможностью перемещения вдоль их осей; предназ,наченного для взаимодействия камеры с атмосферой.На фиг.1 изображен один иэ возможных вариантов предлагаемого устройства в компоновке вариаторной муфты; на фиг,2 - то же в компоновке отдельного редуктора; на фиг.З - то же в компоновке мотор - редуктора.Кроме отличий по назначению (муфта, редуктор, мотор-редуктор) на чертеже показаны различные схемы компоновки кинематических связей между элементами устройства в системе ведущая полумуфта - втулка - ведомая полумуфта.Устройство состоит из ведущей 1 и ведомой 2 полумуфт, втулки 3, которая образует с одной по полумуфт (на фиг.1, 2 - с ведущей, на фиг.З - с ведомой) кулачковый механизм, в котором палец 4 входит в зацепление с замкнутой винтовой канавкой, выполненной на наружной. поверхности втулки 3 (фиг,1, 3) или ведущей полумуфты 1 (фиг.2). Сдругой полумуфтой втулка 3 входит в соединение при помощи направляющей шпанки 5 по насадке, обеспечивающей осевое возвратно-поступательное движение втулки. Кроме того, втулка 3 образует с одной по полумуфт(на фиг,1 - с ведомой 2, на фиг,2,3 - сведущей 1) поршневую пару, включающую порШень б с уплотнительным элементом 7. Для перетока воздуха из воздушной камеры 8 в атмосферу и обратно (на фиг,1, 2 - в поршне б, на фиг,З - в головке цилиндра) выполнено калиброванное отверстие 9, а для регулирования. расхода воздуха установлен регулировочный клапан в виде винта 10 и, контргайки 11.Устройство работает (см,фиг.1) следующим образом.Крутящий момент привода с ведущей полумуфты 1 через закрепленный в ней палец 4 передается втулке 3 через. контактную поверхность одной из боковых стенок выполненной в ней замкнутой винтовой канавке; при этом передающая крутящий момент сила в месте контакта (теоретически - это контактная линия) раскладывается на две составляющие, соотношение величин которых зависит от угла подьема винтовой линии.Первая составляющая - это осевая сила, заставляющая. втулку 3 перемещаться вдоль продольной оси устройства, а вторая - заставляет втулку вращаться и передавать тем самым через шпанку 5 вращательное движение ведомой полумуфте 2, Замкнутаявинтовая канавка (паз кулачка) выполнена таким образам, что совершив полвитка поодной стороне образующей кулачка, она вращается по другой ее стороне в исходное положение; поэтому при одном обороте ведущей полумуфты 1 относительно втулки 3. последняя совершает одно возвратно-поступательное движение вдоль продольной оси устройства.Таким образом, втулка 3 совершает сложное движение; состоящее иэ: 10 возвратно-поступательного движения с определенной частотой;вращательного движения вокруг своей оси с частотой ведущей полумуфты 1 за вычетом частоты возвратно-поступательного движения, т.к. одно такое движение вперед 15 назад равносильно вращению на один оборот ведущей полумуфты относительно втулки,Первое движение ведомой полумуфты 2 не передается, т.к, втулка свободно сколь 20 зит внутри последней, а второе движение передается ей через направляющую шпанку 5 счастотой вращения втулки, т.е. с частотой вращения ведущей полумуфты за вычетом частоты воэвратно-поступательного движе 25 ния втулкиПри возвратно-поступательном движе- нии втулки 3 воздух из камеры 8 прокачивается в атмосферу и обратно через 30 калиброванное отверстие 9, причем частота этого движения зависит от количества прокачиваемого воздуха в единицу времени итеоретически равна 4 Осекп=Ь пОц движению втулки .и она, как единое целое, вращаясь с ведущей полумуфтой, пегде и - частота возвратно-поступательногодвижения втулки (количество двойных движений в секунду);Осек - количество прокачиваемого в секунду воздуха из камеры в атмосферу и обратно, м /с;и - ход поршня, м;Оц - диаметр цилиндрической полости,М,При полностью открытом клапане воздух из поршневой камеры успевает вытесниться в атмосферу и войти обратно за одиноборот ведущей полумуфты 1, вследствиечего втулка 3 совершает только возвратнопоступательное движение с-частотой, равной частоте вращения ведущей полумуфты;при этом частота вращения втулки, а равно55 и ведомой полумуфты, равна нулю.При полностью закрытом клапане сжатыйвоздух препятствует возвратно-поступательному1796824 20 редает через шпонку 5 ведомой полумуфте . 2 частоту вращения ведущей полумуфтыДросселируя проходное сечение калиб- рованного отверстия 9 при помощи винта 10 в пределах между описанными. крайними положениями; на ведомой полумуфте 2 мож-, но получать любую частоту вращения от нуля до частоты вращения ведущей полумуфты.В устройстве, изображенном на фиг,2, крутящий момент привода с ведущей полумуфтьг 2 на втулку 3 также передается через контактную лийию мекду пальцем 4 и одной из боковых стенок замкнутой винтовой ка"навки: однако, в этой схеме палец 4 установлен во втулке 3, а канавка выполнена на цилиндрической поверхности ведущей полумуфгы 1, В корпусе ведущей полумуфты выполнена цилиндрическая полость, с которой образует систему пневмоцилиндра (поршневую пару) поршень 6 с уплотнительным кольцом 7 втулки 3, Вызывающая крутящий момент сила, как и в первом случае, в месте контакта раскладывается на две составляющие, обуславливающие возвратно- поступательное и вращательное движения: втулки, последнее из которых через шпонку 5 передается ведомой полумуфте 2. Остальное идентично описанию устройства, помещенного на фиг,1, В этой схеме (фиг,2) вместо шпоночного соединения можно применить шлицевое соединение с посадкой, обеспечивающей втулке 3 возвратно-поступательное движение относительно ведомой полумуфты 2.Схема устройства, изображенного на фиг.3, отличается некоторыми особенностями от описанных выше, а именно;крутящий момент с ведущей полумуфты 1 передается втулке 3 через шпоночное соединение 5, и поэтому втулка вращается с той же частотой, что и ведущее звено;вращательное движение втулки.3 на ведомую полумуфту 2 передается в месте зацепления пальца 4, установленного в корпусе ведомой полумуфты; с винтовым Ф о р мул а и зоб рете н и я Вариатор скорости, содержащий веду-: щую и ведомую полумуфты и узел, предназначенный для передачи крутящего момента с ведущей полумуфты на ведомую, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения конструкции, уменьшения материалоемкости и трудоемкости изготовления, узел,предназначенный для передачи крутящего момента с ведущей полумуфтой на ведомую, выполнен в виде втулкй, установленной на пазом, выполненным на наружной поверхности втулки 3, и именно здесь сила, передающая крутящий момент на ведомую полумуфту, раскладывается на две состав 5 ляющие, одна из которых заставляет втулку 3 совершать возвратно-поступательное движение с частотой, зависящей от расхода воздуха, перетекаемого через калиброван. ное отверстие 9, а другая составляющая пе редает ведомой полумуфте 2 вращательное движение со своей частотой.(а равно и частотой вращения ведущей полумуфтц) за вычетам частоты возвратно-поступательногодвижения,15 Возможны и другие варианты кинематических связей в системе ведущая полумуфта- втулка - ведомая полумуфта. Все они равнозначны в смысле работоспособности устройства, как и описаннйе выше три схемы,и выбор той или иной схемы зависит от особенностей компоновки вариатора в общей схеме применения привод- вариатор скорости - исполнительный механизм.Технико-экономическую эффективность при использовании предлагаемого устройства создают следующие факторы: размещение вращающихся элементов вблизи оси их вращения позволяет значительно уменьшить поперечные размеры устройства, что обуславливает его компактность и меньшую материалоемкость; кроме того, избавляет эти элементы от жестких требований их весовой балансировки, что, в свою очередь, уменьшает трудоемкость их изготовления, Последнее также избавляет от необходимости использования дорогостоящего оборудования по весовой балансировке деталей; уменьшает трудоемкость изготовления устройства также использование широкоосвоенных промышленностью и требующих исполнителей средней квалификации таких технологических операций, как изготовление шпоночного или шлицевото соединения, кулачксвого механиз.ма и т,п. одной иэ полумуфт с помощью шпоночного или шлицевого соединения с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения относительно нее и взаимосвязанный с другой полумуфтой через кулачковый механизм поршневой пары, образованной камерой, выполненной в виде отверстия во втулке или ведущей полумуфте, ось которого совпадает с их осью, расположенным в отверстии втулки или ведущей полумуфты поршнем, жестко установленным соответственно на ведомой или ведущей по1796824 10 9лумуфте, или втулке, и клапана, установленного соответственно на ведомой полумуфте . или втулке с возможностью осевого переме-. щения вдоль осей, предназначенного длявзаимодействия камерм с атмосферой.1796824 Фиг Составитель Р.ГатауллинТехред М.Моргентал . Корректор Н.Слободяни дакто Заказ 639 Тираж . , ПодписноеВНИИПИ Государственйого комитета по изобретениям и открыти113035, Москва, Ж, Рэушская наб., 4/5 ри ГКН Г СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101