механическая передача зацеплением с изменяемыми передаточными числами

Формула изобретения

1. Механическая передача зацеплением с изменяемыми передаточными числами, содержащая ведущий конус, входящий в зацепление с узлом передачи вращения; ведомый конус, входящий в зацепление с узлом передачи вращения; узел передачи вращения, входящий в зацепление с ведущим конусом с одной стороны и с ведомым конусом с другой, включающий в себя сателлит ведущего конуса, одной своей стороной входящий в зацепление с ведущим конусом, другой стороной входящий в зацепление с центральной шестерней; центральную шестерню, одной своей стороной входящую в зацепление с сателлитом ведущего конуса, другой стороной в зацепление с сателлитом ведомого конуса, и сателлит ведомого конуса, одной своей стороной входящий в зацепление с центральной шестерней, а другой стороной - с ведомым конусом, отличающаяся тем, что передача вращения между ведущим и ведомым валами осуществляется с помощью полусферических выступов на сателлитах и полусферических углублений на конусах.

2. Передача по п.1, отличающаяся тем, что полусферические углубления и выступы расположены на равном расстоянии друг от друга по поверхности формообразующих фигур.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области механизмов для передачи крутящего момента от ведущего вала к ведомому и может быть использовано в области машино- и приборостроения.

Аналогичные технические решения известны, например передача зацеплением (см. И.И. Мархель "Детали машин", издательство "Машиностроение" 1977 г., гл. 3, где дано описание работы зубчатых передач). В качестве аналога рассмотрим работу цилиндрической прямозубой передачи, которая содержит ведущий вал с закрепленной на нем шестерней, которая своими зубьями входит в зацепление с зубьями ведомой шестерни, закрепленной на ведомом валу. При вращении ведущего вала ведущая шестерня посредством зубьев, расположенных по ее окружности через такие же зубья на ведомой шестерне вращает ведомый вал. При этом соотношение передаточных чисел в передаче определяется соотношениями количества зубьев ведущей и ведомой шестерни.

Общими признаками предлагаемого решения и аналога, описанного выше, является передача вращения от ведущего к ведомому валу с помощью зацепления.

Преимущества передачи с механическим зацеплением:

высокая нагрузочная способность;

высокий КПД;

большая долговечность и надежность в работе;

компактность.

Недостатки передачи с механическим зацеплением: невозможность плавного изменения передаточных чисел передачи.

Технический результат, который невозможно достичь аналогом - невозможность изменения передаточных чисел передачи.

Причиной невозможности получения технического результата является то, что ведущая и ведомая шестерня имеют постоянный диаметр.

Известно также техническое решение, выбранное в качестве прототипа (см. И. И. Мархель "Детали машин", издательство "Машиностроение" 1977 г., гл. 2 стр. 35, рис. 2.6), - конусная фрикционная передача с параллельными осями, которая содержит ведущий вал с закрепленным на нем конусом, параллельный ведущему ведомый вал с закрепленным на нем конусом, с углом конусности, равному углу конусности ведущего конуса, таким образом, что вершины конусов направлены в противоположные стороны и фрикционный каток, закрепленный на собственной оси, расположенной параллельно рабочим поверхностям конусов, посредине их в плоскости, проходящей через оси симметрии валов. Фрикционный каток соприкасается с рабочими поверхностями конусов и расположен перпендикулярно им. При вращении ведущего конуса за счет сил трения между рабочей поверхностью конуса и фрикционного катка происходит вращение катка, который, соприкасаясь с поверхностью ведомого конуса, за счет сил трения между катком и поверхностью ведомого конуса, вращает его. Фрикционный каток может перемещаться на оси по поверхностям конусов, изменяя, тем самым, передаточные числа передачи, что достигается тем, что конус имеет разные диаметры в разных своих сечениях и при перемещении катка на разные участки конусов изменяется соотношение между диаметрами ведущего и ведомого конуса в точке соприкосновения с фрикционным катком.

Преимущество передачи с фрикционным зацеплением:

возможность плавно изменять передаточные числа.

Недостатки передачи с фрикционным зацеплением:

незначительная передаваемая мощность, низкая износостойкость.

Общими признаками предлагаемого решения и аналога, описанного выше, являются параллельные валы - ведущий и ведомый, с закрепленными на них конусами вершинами друг к другу.

Технический результат, который невозможно достичь аналогом, описанным выше, заключается в невозможности передачи вращения между ведущим и ведомым валом зацеплением.

Причиной невозможности получения технического результата является то, что данная компоновочная схема рассчитана на работу с передачей вращения между ведущим и ведомым валом с помощью трения (фрикционный способ). В данной компоновочной схеме мы не можем передать вращение с конуса на промежуточный каток с помощью зубчатой передачи в связи с тем, что профиль зуба, нарезанного на конусе, имеет различную толщину в вершине и у основания конуса.

Учитывая анализ и характеристики аналогичных технических решений можно сделать вывод, что создание передачи с механическим зацеплением с возможностью изменения передаточных отношений на сегодняшний день является актуальной задачей.

Сущность изобретения поясняется нижеследующими описаниями и чертежами, где на фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, на фиг. 2 представлена схема расположения элементов зацепления, на фиг. 3 показан один из конусов механизма.

Технический результат, указанный выше, достигается тем, что конструкция механической передачи зацеплением с изменяемыми передаточными числами представляет собой (фиг. 1):

ведущий конус, 1 жестко закрепленный на ведущей оси, на котором по определенной схеме нанесены полусферические углубления;

ведомый конус 2, установленный параллельно ведущему, жестко закрепленный на ведомой оси, с нанесенными на нем полусферическими углублениями по той же схеме, как и на ведущем конусе; причем направления вершин ведущего и ведомого конуса противоположны;

узел передачи вращения 6, установленный между рабочими поверхностями конусов, одной своей стороной входящий в зацепление с углублениями на поверхности ведущего конуса, другой своей стороной входящий в зацепление с углублениями на поверхности ведомого конуса.

Угол конусности ведущего и ведомого конусов одинаков.

Узел передачи вращения состоит из:

сателлита ведущего конуса 4, представляющего собой шар, свободно вращающийся вокруг своего центра, имеющий на своей поверхности полусферические выступы, расположенные по определенной схеме, установленный в обойме, препятствующей осевым перемещениям шара, входящий своими выступами с одной стороны в зацепление с углублениями на поверхности ведущего конуса 1, а с другой стороны в зацепление с центральной шестерней 5;

центральной шестерни 5, входящей в зацепление с выступами на поверхности сателлита ведущего конуса 4 с одной стороны, а с другой стороны - с выступами на поверхности сателлита ведомого конуса 3;

сателлита ведомого конуса 3, имеющего устройство, аналогичное устройству сателлита ведущего конуса 4, с одной стороны входящего в зацепление своими выступами с центральной шестерней 5, а с другой стороны - с углублениями на поверхности ведомого конуса 2.

Обоймы сателлитов и центральная шестерня закреплены в корпусе узла передачи вращения, при этом оси шестерни и сателлитов лежат в плоскости, проходящей через оси ведущего и ведомого валов. Ось, проходящая через центры обоих сателлитов перпендикулярна рабочим поверхностям конусов. Узел передачи вращения может перемещаться вдоль рабочих поверхностей конусов, причем ось A этого перемещения лежит в плоскости, проходящей через оси симметрий ведущего и ведомого конусов, и расположена посредине на равном расстоянии между рабочими поверхностями C и B конусов.

Передача вращательного момента в передаче осуществляется путем зацепления полусферических углублений на конусах и полусферических выступов на сателлитах. Причем расположение выступов и углублений должно соответствовать единой схеме. Сущность данной схемы состоит в том (фиг.2), что расстояние между всеми углублениями на ведущем и ведомом конусе равно и равно расстоянию между осями полусферических выступов на сателлитах, т.е. оси углублений и выступов расположены в вершине равносторонних треугольников, расположенных по поверхности формообразующих фигур (в данном случае подразумевается, что формообразующая фигура для ведущего и ведомого конуса - конус, а для сателлитов - шар), т.е. AB=BC=AC. Причем внешний диаметр полусферических выступов сателлитов равен внутреннему диаметру полусферических углублений на поверхности конусов с учетом технологических допусков. При этом углубления на поверхности конуса расположены так, что углубления по линии A-D (фиг.2) расположены по окружности сечения конуса A-A (фиг.3), соответственно углубления по линии C-E (фиг.2) расположатся по окружности сечения B-B (фиг.3), причем если количество углублений по сечению A-A равно (z), то количество углублений по сечению B-B равно (z-1).

Предлагаемая механическая передача зацеплением с изменяемыми передаточными числами работает следующим образом (фиг. 1):

Вращательный момент с двигателя через ведущий вал передается на ведущий конус 1 передачи. При вращении ведущего конуса углубления на его поверхности имеют зацепление с выступами на поверхности сателлита ведущего конуса 4, что приводит к вращению сателлита в плоскости, перпендикулярной рабочей поверхности C ведущего конуса 1. Посредством центральной шестерни 5, зубья которой находятся в зацеплении с выступами сателлита ведущего конуса 4 с одной стороны и с выступами сателлита ведомого конуса 3 с другой стороны, вращение передается на сателлит ведомого конуса 3. Посредством зацепления выступов сателлита ведомого конуса 3 с углублениями на поверхности ведомого конуса 2 вращательный момент передается на ведомый конус.

При этом передаточное соотношение (при условии равенства диаметра сателлитов) будет равно z₁/z₂, где, z₁ - количество углублений на поверхности ведущего конуса по сечению в месте контакта сателлитом, z₂ - количество углублений на поверхности ведомого конуса по сечению в месте контакта с сателлитом. Данная формула приведена для случая прохождения центра полусферических выступов сателлитов через центр полусферических углублений конусов. При необходимости изменения передаточного числа передачи узел передачи вращения 6 перемещается по оси A на расстояние, равное расстоянию между соседними рядами углублений на поверхности цилиндров, причем возможность этого перемещения предусматривает схема расположения выступов и углублений в зацеплении - в связи с равным расстоянием между осями сфер выступов и углублений перемещение может осуществляться в любом направлении по поверхности конуса.

После перемещения узла передачи вращения 6 на один шаг изменится передаточное соотношение в передаче - если перемещение произошло в сторону уменьшения количества выступов на поверхности ведущего конуса (с сечения A-A на сечение B-B (фиг. 3), то передаточное соотношение будет равно

Причем перемещение узла передачи вращения 6 в пошаговом режиме необязательно и может осуществляться постепенно в связи с особенностями данного вида зацепления. Особенность зацепления полусферическое углубление - полусферический выступ состоит в том, что в этом зацеплении линейный контакт, имеющий место в обычных передачах зацеплением, заменен точечным, переходящим под нагрузкой в контакт с хорошим прилеганием. Исходя из этого передача вращательного момента в данном виде зацепления возможна при любом взаиморасположении осей выступов и углублений.

Таким образом предлагаемая механическая передача зацеплением с изменяемыми передаточными числами позволяет плавно изменять передаточные числа при передаче крутящего момента зацеплением от одного вала к другому, чем и достигается технический результат. Применение предложенного технического решения позволяет создавать машины и механизмы с более высокими техническими характеристиками.