RU2136988C1

RU2136988C1 - Toothed variable-speed drive

Info

Publication number: RU2136988C1
Application number: RU97121194A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Савин; А.Г. Савин
Original assignee: Савин Георгий Алексеевич; Савин Алексей Георгиевич
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1997-12-19
Publication date: 1999-09-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering, in particular, machine tool manufacture. SUBSTANCE: toothed variable-speed drive has two main gears coupled through gears mesh, self-braking worm gear and non-self-braking transmission. One main gear is connected with driven shaft by Hooke's joint and with self-braking worm transmission. Second main gear is connected with body through mechanism for transmitting force through gears mesh to body for providing rotation of gears mesh point along circle of adjustable radius, and by means of non-self-braking worm transmission - to shafts of worm gears of self-braking worm transmission. Gear ratios of transmissions are selected so as to provide equal angular speeds of main gears. Such construction provides continuous regulation of rotational speed of driven shaft with efficiency equal to that of gear transmissions. EFFECT: increased efficiency, reduced weight and dimensions, enhanced reliability in operation. 5 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к станкостроению и к транспортным механизмам. The invention relates to the field of engineering, in particular to machine tool industry and to transport mechanisms.

Известны дифференциальные механизмы, в которых один из трех валов регулируется тормозным устройством (см., например, патент Германии N 36331 Кл. F 16 H 3/50; 5/76; F 16 D 55/14, 1932 г). Однако такие конструкции не имеют возможности увеличивать крутящий момент на ведомом валу по мере снижения числа оборотов, не обладают возможностью реверсирования и имеют малый КПД. Differential mechanisms are known in which one of the three shafts is regulated by a brake device (see, for example, German patent N 36331 Cl. F 16 H 3/50; 5/76; F 16 D 55/14, 1932). However, such designs are not able to increase the torque on the driven shaft as the speed decreases, do not have the ability to reverse and have low efficiency.

Известны планетарные передачи с регулируемой скоростью солнечного колеса с помощью гидравлического насоса (см., например, патент США N 3924490, 1975 г.). Однако такая конструктивная схема не позволяет увеличивать выходной момент при снижении числа оборотов, а использование энергии гидравлического насоса усложняет конструкцию вариатора и снижает КПД передачи. Known planetary gears with adjustable speed of the solar wheel using a hydraulic pump (see, for example, US patent N 3924490, 1975). However, this design scheme does not allow to increase the output torque while reducing the number of revolutions, and the use of the energy of the hydraulic pump complicates the design of the variator and reduces the transmission efficiency.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является планетарная зубчатая передача (см. Авторское свидетельство СССР N 62597, Кл. F 16 H 3/68, F 16 H 21/20, 1941 г), которая содержит корпус с подшипниковыми опорами для размещения ведущего и ведомого валов, две жестко связанные шестерни, свободно насаженные на эксцентрик ведущего вала с обеспечением радиального смещения этих шестерен за счет поворота эксцентрика относительно ведущего вала, причем упомянутые шестерни находятся во взаимодействии посредством внутреннего зацепления с двумя другими шестернями, одна из которых свободно насажена на эксцентрик ведущего вала и связана с ведомым валом с помощью промежуточного вала и шарниров Гука, а вторая шестерня снабжена ступицей прямоугольной формы, помещенной в кулисе, способной совершать движение в направлении, перпендикулярном движению ступицы в кулисе. Такой механизм с помощью упомянутой второй шестерни образует зубчатый контур зацепления регулируемого радиуса, но так как эта шестерня не вращается вокруг своей оси, то число зубцов по формируемому контуру зацепления не меняется, а потому данная передача не обеспечивает изменение числа оборотов ведомого вала при изменении эксцентриситета шестерен относительно ведущего вала. The closest analogue of the claimed invention is a planetary gear train (see USSR author's certificate N 62597, Cl. F 16 H 3/68, F 16 H 21/20, 1941), which contains a housing with bearing bearings for placement of the drive and driven shafts two rigidly connected gears freely mounted on the eccentric of the drive shaft to ensure radial displacement of these gears due to the rotation of the eccentric relative to the drive shaft, and said gears are in interaction by internal engagement with the other two esternyami, one of which is freely fitted onto the eccentric drive shaft and connected to the driven shaft via the intermediate shaft and the Hooke's joints, and the second gear is provided with a hub rectangular shape, placed in the wings, able to be moved perpendicular to the movement of the hub in the wings. Such a mechanism with the help of the mentioned second gear forms a gear contour of gearing of adjustable radius, but since this gear does not rotate around its axis, the number of teeth along the formed gear contour does not change, and therefore this gear does not provide a change in the number of revolutions of the driven shaft when the gear eccentricity changes relative to the drive shaft.

Задачей изобретения является создание зубчатого зацепления регулируемого радиуса с непрерывным заклиниванием относительно корпуса точки зацепления силовых шестерен с обеспечением бесступенчатого регулирования числа оборотов ведомого вала с КПД, равным КПД зубчатых передач, а также снижение весогабаритных характеристик бесступенчатых вариаторов с реверсом. The objective of the invention is to create a gearing of adjustable radius with continuous jamming relative to the housing of the gearing point of the power gears to provide stepless control of the number of revolutions of the driven shaft with an efficiency equal to the efficiency of gears, as well as reducing weight and size characteristics of stepless variators with reverse.

Указанный технический результат достигается за счет того, что зубчатый вариатор содержит корпус с подшипниковыми опорами для размещения ведущего и ведомого валов, две основные шестерни, вращающиеся вокруг ведущего вала с регулируемым эксцентриситетом и связанные между собой зубчатым зацеплением, причем одна из шестерен связана с ведомым валом посредством шарниров Гука, а другая связана с корпусом механизмом передачи усилий от взаимного зацепления шестерен на корпус, причем упомянутый механизм обеспечивает вращение точки зацепления шестерен по окружности регулируемого радиуса, при этом одна из шестерен связана с корпусом самотормозящей червячной передачей, а вторая шестерня связана с валами червяков этой передачи с помощью несамотормозящей передачи, причем передаточные числа передач выбраны из условия обеспечения равенства угловых скоростей упомянутых основных шестерен. Основные шестерни могут быть шарнирно закреплены на направляющих для радиального перемещения, которые закреплены на по меньшей мере трех сегментах для каждой шестерни, установленных в корпусе с возможностью вращения относительно ведущего вала, при этом все сегменты разных шестерен попарно соединены между собой посредством валов с консольно установленными дополнительными шестернями, причем с одной стороны этих валов дополнительные шестерни введены в зацепление с дополнительной шестерней, неподвижно закрепленной на корпусе, а с другой стороны этих валов дополнительные шестерни выполнены коническими и введены в зацепление с другими коническими шестернями, жестко скрепленными с валами самотормозящих червяков, контактирующих с червячным колесом, закрепленным на корпусе. The specified technical result is achieved due to the fact that the gear variator contains a housing with bearing supports for accommodating the drive and driven shafts, two main gears rotating around the drive shaft with adjustable eccentricity and connected by gearing, one of the gears being connected to the driven shaft by Hooke hinges, and the other is connected to the housing by a mechanism for transmitting forces from the mutual engagement of the gears to the housing, the mechanism providing rotation of the engagement point Ester adjustable radius of a circle, wherein one of the gears associated with the housing self-locking worm gear and the second gear is connected with the worm shaft of the transmission via nesamotormozyaschey transmission, the gear ratios selected to provide equal angular speeds of said main gears. The main gears can be pivotally mounted on guides for radial movement, which are fixed on at least three segments for each gear installed in the housing with the possibility of rotation relative to the drive shaft, while all segments of different gears are paired together by means of shafts with additional mounted cantilevers gears, moreover, on one side of these shafts, additional gears are engaged with an additional gear fixedly mounted on the housing, and on the other On the first side of these shafts, additional gears are made of bevel gears and engaged with other bevel gears rigidly attached to the shafts of self-locking worms in contact with the worm wheel mounted on the housing.

Основные шестерни могут быть снабжены внешними зубчатыми венцами, контактирующими с зубчатыми червяками, перемещаемыми в радиальном направлении в направляющих корпуса, причем одно из червячных зацеплений шестерен является самотормозящим, а червяки попарно связаны между собой с помощью шестерен. Внешние зубчатые венцы основных шестерен могут одновременно контактировать с одними и теми же зубчатыми червяками, причем одно из этих зубчатых зацеплений является самотормозящим. Зубчатое зацепление между собой основных шестерен может осуществляться одной или двумя жестко связанными между собой шестернями, контактирующими с основными шестернями внутренним или внешним зацеплением и свободно насаженными на сателлитный вал, установленный с возможностью перемещения в радиальном направлении в направляющих ведущего вала. Ведомый вал может быть соединен с помощью промежуточного вала и шарниров Гука с сателлитной шестерней или с основной шестерней, насаженной на эксцентрик сателлитного вала. The main gears can be equipped with external gear crowns in contact with the gear worms radially moved in the guides of the housing, one of the worm gears of the gears being self-braking, and the worms are paired with each other using gears. External gear rims of the main gears can simultaneously contact the same gear worms, one of these gears being self-braking. Toothed gearing between the main gears can be carried out by one or two gears rigidly interconnected, in contact with the main gears by internal or external gearing and freely mounted on the satellite shaft installed with the possibility of radial movement in the guides of the drive shaft. The driven shaft can be connected by means of an intermediate shaft and Hooke's hinges with a satellite gear or with a main gear mounted on the cam shaft eccentric.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема вариатора с зацеплением основных шестерен на сегментах и связью ведомого вала одной из основных шестерен; на фиг 2 - вид А-А на фиг.1; на фиг.3 представлена конструктивная схема вариатора с закреплением основных шестерен на сегментах и связью ведомого вала с сателлитной шестерней; на фиг 4 показан вид Б-Б на фиг.3; на фиг.5 - конструктивная схема вариатора с внешним червячным зацеплением основных шестерен; на фиг. 6 показан вид С-С на фиг.5; на фиг.7 - конструктивная схема вариатора с внешним червячным зацеплением основных шестерен с помощью одной группы зубчатых червяков; на фиг.8 - вид Д-Д на фиг.7. In FIG. 1 shows a structural diagram of a variator with meshing of the main gears on the segments and coupling of the driven shaft of one of the main gears; figure 2 is a view aa in figure 1; figure 3 presents a structural diagram of the variator with the fixing of the main gears on the segments and the connection of the driven shaft with a satellite gear; figure 4 shows a view of BB in figure 3; figure 5 is a structural diagram of a variator with external worm gearing of the main gears; in FIG. 6 shows a view of CC in FIG. 5; Fig.7 is a structural diagram of a variator with external worm gearing of the main gears using one group of gear worms; Fig.8 is a view of DD in Fig.7.

Зубчатый вариатор содержит корпус 1 с подшипниковыми опорами для размещения ведущего 2 и ведомого 3 валов, две основные шестерни 4, 5, шарнирно закрепленные на направляющих 6 для радиального перемещения, которые в свою очередь закреплены на по меньшей мере трех сегментах 7 для каждой шестерни, установленных в корпусе с возможностью вращения вокруг ведущего вала, при этом все сегменты разных шестерен попарно соединены между собой посредством валов c консольно установленными дополнительными шестернями 9, 10, причем с одной стороны этих валов дополнительные шестерни 9 введены в зацепление с дополнительной шестерней 11, неподвижно закрепленной на корпусе, а с другой стороны этих валов дополнительные шестерни 10 выполнены коническими и введены в зацепление с другими коническими шестернями 12, жестко скрепленными с валами самотормозящих червяков 13, закрепленных на сегментах 7 и контактирующих с червячным колесом 14, закрепленным на корпусе 1. Сегменты 7, шарнирные опоры, шестерни 5 и червяки 13 образуют механизм передачи усилий от взаимного зацепления шестерен на корпус через червячное колесо 14 с возможностью обеспечения вращения точки зацепления шестерен 15, 5 и 15, 4 по окружности регулируемого радиуса, за счет вращения шестерни 4 на эксцентрике 19 с регулируемым эксцентриситетом. The gear variator comprises a housing 1 with bearing supports for accommodating the leading 2 and driven 3 shafts, two main gears 4, 5 pivotally mounted on the guides 6 for radial movement, which in turn are mounted on at least three segments 7 for each gear installed in the housing with the possibility of rotation around the drive shaft, while all segments of different gears are paired together by means of shafts with cantilevered additional gears 9, 10, and on one side of these shafts The additional gears 9 are engaged with the additional gear 11 fixedly mounted on the housing, and on the other side of these shafts the additional gears 10 are bevelled and engaged with other bevel gears 12 rigidly attached to the shafts of the self-locking worms 13 fixed to the segments 7 and in contact with the worm wheel 14 mounted on the housing 1. Segments 7, articulated bearings, gears 5 and worms 13 form a mechanism for transmitting forces from the mutual engagement of the gears on the housing through the worm to Wood 14 with the possibility of rotation of the point of engagement of gears 15, 5 and 15, 4 around the circumference of an adjustable radius, due to the rotation of the gear 4 on the eccentric 19 with adjustable eccentricity.

Основные шестерни связаны между собой зубчатым зацеплением одной или двумя жестко связанными между собой шестернями 15, контактирующими с основными шестернями внутренним или внешним зацеплением (не показано) и свободно насаженными на сателлитный вал 16, перемещаемый в радиальном направлении в направляющих 17 ведущего вала 2. Ведомый вал 3 соединен с помощью промежуточного вала 18 и шарниров Гука с основной шестерней 4, насаженной на эксцентрик 19 сателлитного вала или с сателлитной шестерней 15. The main gears are connected by gearing by one or two gears 15 rigidly interconnected, in contact with the main gears by internal or external gearing (not shown) and freely mounted on the satellite shaft 16, radially moved in the guides 17 of the drive shaft 2. The driven shaft 3 is connected by means of an intermediate shaft 18 and Hooke's hinges to the main gear 4 mounted on the cam 19 of the satellite shaft or to the satellite gear 15.

Основные шестерни могут быть снабжены внешними зубчатыми венцами 20, 21, контактирующими с зубчатыми червяками 22, 23, перемещаемыми в радиальном направлении в направляющих корпуса 24, причем одно из червячных зацеплений шестерен 20-22 является самотормозящим, а червяки попарно связаны между собой с помощью шестерен 25, 26. Внешние зубчатые венцы 20, 21 основных шестерен могут одновременно контактировать с одними и теми же зубчатыми червяками 27, причем одно из этих зубчатых зацеплений 20-27 является самотормозящим при изготовлении зубчатых венцов из разных материалов (например, из стали и фторопласта). The main gears can be equipped with external gear crowns 20, 21 in contact with the gear worms 22, 23, radially moved in the guides of the housing 24, and one of the worm gears of the gears 20-22 is self-braking, and the worms are paired with each other using gears 25, 26. The external gear rims 20, 21 of the main gears can simultaneously contact the same gear worms 27, one of these gears 20-27 being self-braking in the manufacture of gear rims from p basic materials (e.g. steel and fluoroplastic).

Кроме того, для обеспечения синхронного перемещения противоположно расположенных зубчатых червяков 23, 27 в направляющих корпуса 24 могут быть применены рамы 28, показанные условно на фиг. 6, 8. In addition, to ensure synchronous movement of opposed toothed worms 23, 27, frames 28, conventionally shown in FIG. 6, 8.

Вариатор работает следующим образом. При вращении ведущего вала 2 относительно оси O₁ с эксцентриситетом ε (фиг.6) сателлитного вала 16 шестерни 4, 5 с осью O_4,5 и шестерня 15 с осью вращения O₁₅ имеют точку зацепления K₁, которая вращается вокруг оси O₁, образуя контур зацепления K_зц, радиус которого изменяется при изменении эксцентриситета ε за счет радиального смещения сателлитного вала 16 в направляющих 17 ведущего вала 2. В начальный момент движения шестерня 5 неподвижна, т.к. усилие в точке зацепления K передается через направляющие 6 на сегменте 7 и через самотормозящий зубчатый червяк 13 и замыкается на корпус через неподвижное червячное колесо 14. В итоге точка К оказывается неподвижной относительно корпуса и является мгновенным центром вращения для шестерен 15 и для контактирующих с этими шестернями шестерен 4, 5. Движение шестерни 4 передается на валы червяков 13 через направляющие 6, сегменты 7, на которых закреплена шестерня 4, шестерни 9, вал 8, шестерни 10, 12, заставляя шестерню 5 точно повторять движение шестерни 4, т. е. формировать зубчатый контур зацепления K_зц с неподвижной относительно корпуса точкой зацепления K, перемещаемой по контуру K_зц с угловой скоростью ведущего вала. При ε > 0 направления вращения ведущего и ведомого валов противоположные, при ε = 0 угловая скорость ведомого вала равна нулю, при ε < 0 направления вращения валов совпадают.The variator works as follows. When the drive shaft 2 rotates relative to the axis O ₁ with eccentricity ε (Fig. 6) of the satellite shaft 16, gears 4, 5 with the axis O _4.5 and gear 15 with the axis of rotation O ₁₅ have an engagement point K ₁ that rotates around the axis O ₁ , forming an engagement contour K _zts , the radius of which changes when the eccentricity ε changes due to the radial displacement of the satellite shaft 16 in the guides 17 of the drive shaft 2. At the initial moment of movement, the gear 5 is stationary, because the force at the engagement point K is transmitted through the guides 6 on the segment 7 and through the self-locking gear worm 13 and closes to the housing through the fixed worm gear 14. As a result, the point K is fixed relative to the housing and is an instantaneous center of rotation for gears 15 and for those in contact with these gears gears 4, 5. The movement of gear 4 is transmitted to the shafts of the worms 13 through the guides 6, segments 7, on which the gear 4 is fixed, gears 9, the shaft 8, gears 10, 12, forcing gear 5 to accurately repeat the movement of the gear 4, i.e., to form a gear engagement contour K _ss with a fixed point K relative to the body, moved along the contour K _ss with the angular velocity of the drive shaft. For ε> 0, the directions of rotation of the driving and driven shafts are opposite; for ε = 0, the angular velocity of the driven shaft is zero; for ε <0, the directions of rotation of the shafts are the same.

При диаметре контура K_зц, равном диаметру делительной окружности шестерни 4, все детали вариатора неподвижны кроме вращающихся валов и шестерен 15 и КПД вариатора будет равно КПД зубчатой передачи шестерен 4 и 15 (режим прямой передачи транспортных средств). В промежуточных режимах могут быть потери на трение в подвижных элементах, в т.ч. в червячных парах. Но червячная пара, находящаяся в зоне контакта K, имеет нулевое или незначительное перемещение, а с противоположной стороны при максимальных перемещениях отсутствуют нагрузки, в результате чего КПД будет приближаться к КПД зубчатой передачи шестерен 4 и 15.When the diameter of the loop K _ss is equal to the diameter of the pitch circle of gear 4, all parts of the variator are stationary except for the rotating shafts and gears 15 and the efficiency of the variator will be equal to the efficiency of the gear transmission of gears 4 and 15 (direct transmission mode of vehicles). In intermediate modes, there can be friction losses in moving elements, including in worm pairs. But the worm pair located in the contact zone K has zero or slight displacement, and on the opposite side there are no loads at maximum displacements, as a result of which the efficiency will approach the efficiency of the gear transmission of gears 4 and 15.

С целью повышения КПД и увеличения ресурса для передач с малой угловой скоростью ведомого вала (подьемно-транспортные средства) ведомый вал целесообразно сочленять с шестерней 4 (фиг 1), а при больших угловых скоростях на основных режимах работы - с шестернями 15 (фиг.З). In order to increase the efficiency and increase the resource for gears with a low angular speed of the driven shaft (handling vehicles), it is advisable to couple the driven shaft with gear 4 (Fig. 1), and at high angular speeds in the main operating modes, with gears 15 (Fig. 3) )

При исполнении вариатора с радиальным перемещением червяков (фиг. 5 - 8) схема работы аналогична вышеприведенной. Усилия на корпус со стороны шестерни 5 передаются через зубчатые венцы 20 на червяки 22 (фиг.5, 6) или 27 (фиг. 7, 8), а движение шестерни 5 от шестерни 4 обеспечивается через зубчатый венец 21, червяк 23 (фиг.5, 6) или через зубчатый несамотормозящий венец 21 непосредственно на червяк 27 (фиг.7,8) с самотормозящим венцом 20. When performing a variator with radial movement of the worms (Fig. 5 - 8), the operation scheme is similar to the above. The forces on the housing from the gear 5 side are transmitted through the gear crowns 20 to the worms 22 (Fig. 5, 6) or 27 (Fig. 7, 8), and the movement of the gear 5 from the gear 4 is provided through the gear ring 21, the worm 23 (Fig. 5, 6) or through a gear non-self-locking crown 21 directly to the worm 27 (Fig. 7,8) with a self-locking crown 20.

Claims

1. A gear variator, comprising a housing with bearing supports for accommodating the drive and driven shafts, two main gears mounted rotatably around the drive shaft with adjustable eccentricity and connected by gearing, hiding one of the gears connected to the driven shaft via Hook joints, and the other is connected to the housing by a mechanism for transmitting forces from the mutual engagement of the gears to the housing with the possibility of providing rotation of the gearing point of the gears around a circle of adjustable radius, characterized in that one of the gears is connected to the housing by a self-braking worm gear, and the second gear is connected to the shafts of the worms of this gear using a non-self-braking gear, the gear ratios of the gears being selected from the condition of ensuring equal angular speeds of the mentioned main gears.

2. The variator according to claim 1, characterized in that the main gears are pivotally connected to the guides for radial movement, which are mounted on at least three segments for each gear mounted in the housing with the possibility of rotation around the drive shaft, while all segments are different gears pairwise interconnected by means of shafts with cantilever mounted additional gears, and on one side of these shafts additional gears are engaged with an additional gear fixedly mounted on the housing, and on the other side of these shafts, the additional gears are bevel gears and engaged with other bevel gears rigidly attached to the shafts of the self-locking worms in contact with the worm wheel mounted on the housing.

3. The variator according to claim 1, characterized in that the gearing between the main gears is carried out by means of one or two gears rigidly interconnected, in contact with the main gears by internal or external gearing and freely mounted on the satellite shaft, mounted for radial movement direction in the guides of the drive shaft.

4. The variator according to claim 3, characterized in that the driven shaft is connected to the satellite gear or to the main gear mounted on the cam shaft eccentric.

5. The variator according to claim 1, characterized in that the main gears are provided with external gear rims in contact with the gear worms mounted for radial movement in the housing guides, one of the gear worm gears being self-braking and the worms pairwise interconnected using gears.

6. The variator according to claim 5, characterized in that the outer gear crowns of the gears are in contact with the same gear worms at the same time, one of these gears being self-braking.