RU2147701C1 - Gear-and-lever variable speed drive - Google Patents
Gear-and-lever variable speed drive Download PDFInfo
- Publication number
- RU2147701C1 RU2147701C1 RU98104500A RU98104500A RU2147701C1 RU 2147701 C1 RU2147701 C1 RU 2147701C1 RU 98104500 A RU98104500 A RU 98104500A RU 98104500 A RU98104500 A RU 98104500A RU 2147701 C1 RU2147701 C1 RU 2147701C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gear
- levers
- cams
- output shaft
- lever
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Friction Gearing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению и предназначено для плавного изменения передаточного отношения при большой передаваемой мощности между входным и выходным валами механизмов, включая останов выходного вала. The invention relates to mechanical engineering and is designed to smoothly change the gear ratio with a large transmitted power between the input and output shafts of the mechanisms, including stopping the output shaft.
Известны вариаторы, в которых усилия от входного к выходному валу передают силы трения, что ограничивает величину рабочего момента (см [1], стр. 329-356; [2], стр. 40). Variators are known in which the forces from the input to the output shaft transmit friction forces, which limits the magnitude of the working moment (see [1], p. 329-356; [2], p. 40).
Известны устройства, в которых используются кулачковые и рычажные механизмы (см. [1], стр. 357-361; [2], стр. 189-190), зубчатые дифференциальные передачи (см. [1], стр. 194-204; [2], стр. 98-100), а также муфты свободного хода (обгонные муфты) (см. [1], стр. 412-423; [2], стр. 408-411, 504-505; [3], стр. 287-348; [4], стр. 319-406). Known devices that use cam and link mechanisms (see [1], p. 357-361; [2], p. 189-190), differential gears (see [1], p. 194-204; [2], pp. 98-100), as well as freewheels (freewheels) (see [1], pp. 412-423; [2], pp. 408-411, 504-505; [3] , p. 287-348; [4], p. 319-406).
Наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату импульсный вариатор (прототип)(см. [3] , стр. 27, рис. 23), содержит установленные на подшипниках в корпусе входной и выходной валы, рукоятку изменения передаточного отношения, смонтированные на входном валу кулачки, а на выходном - муфты свободного хода с коромыслами, содержит также взаимодействующие с кулачками рычаги с осями вращения, смонтированными с возможностью перемещения рукояткой изменения передаточного отношения, при этом рычаги кинематически связаны с выходным валом посредством коромысел и муфт свободного хода. The closest pulsed variator (prototype) in technical essence and the achieved result (prototype) (see [3], p. 27, fig. 23), contains input and output shafts mounted on bearings in the housing, a gear ratio change handle, cams mounted on the input shaft and at the output - free-wheel clutches with rocker arms, also contains levers interacting with cams with rotation axes mounted with the possibility of movement of the gear ratio change handle, while the levers are kinematically connected with the output shaft th through the rocker and freewheels.
Признаки известного механизма (прототипа), совпадающие с заявляемым изобретением, следующие. Известный вариатор содержит рукоятку изменения передаточного отношения, муфты свободного хода, установленные на подшипниках в корпусе входной и выходной валы, установленные на входном валу кулачки, содержит также взаимодействующие с кулачками рычаги с осями вращения, смонтированными с возможностью перемещения рукояткой изменения передаточного отношения, при этом рычаги кинематически связаны с выходным валом посредством муфт свободного хода. Signs of a known mechanism (prototype), coinciding with the claimed invention, are as follows. The known variator comprises a gear change knob, freewheels mounted on bearings in the input and output shaft housing, cams mounted on the input shaft, also contains levers interacting with cams with rotation axes mounted to move the gear ratio change knob, while the levers kinematically connected to the output shaft via freewheels.
В известном вариаторе угловая скорость выходного вала переменная (пульсирующая) при постоянной скорости входного вала, что существенно ограничивает область его применения. In the known variator, the angular velocity of the output shaft is variable (pulsating) at a constant speed of the input shaft, which significantly limits the scope of its application.
Цель предлагаемого изобретения - повышение эксплуатационных характеристик вариатора. The purpose of the invention is to increase the operational characteristics of the variator.
Предлагаемый зубчато-рычажный вариатор имеет следующие существенные признаки. Он содержит рукоятку изменения передаточного отношения, муфты свободного хода, установленные на подшипниках в корпусе входной и выходной валы, установленные на входном валу кулачки, взаимодействующие с кулачками рычаги с осями вращения, смонтированными с возможностью перемещения рукояткой изменения передаточного отношения, содержит также зубчатую дифференциальную передачу с двумя степенями свободы, один из трех валов которой, например вал водила, кинематически жестко соединен с выходным валом, а каждый из двух других валов снабжен приводом, содержащим шарнирно связанные с рычагом зубчатые рейки с шестернями, соединенными с этими валами муфтами свободного хода. The proposed gear lever variator has the following essential features. It contains a gear change knob, freewheels mounted on bearings in the input and output shaft housings, cams mounted on the input shaft, levers interacting with cams with rotation axes mounted to move the gear change knob, also contains a gear differential gear with two degrees of freedom, one of the three shafts of which, for example, the carrier shaft, is kinematically rigidly connected to the output shaft, and each of the other two shafts is equipped with a drive containing gear racks pivotally connected to the lever with gears connected to these shafts by freewheels.
Отличительными от прототипа признаками изобретения являются следующие. Предлагаемый зубчато-рычажный вариатор снабжен зубчатой дифференциальной передачей с двумя степенями свободы, один из трех валов которой, например вал водила, кинематически жестко соединен с выходным валом, а каждый из двух других валов снабжен приводом, содержащим шарнирно связанные с рычагами зубчатые рейки с шестернями, соединенными с этими валами муфтами свободного хода. Distinctive features of the prototype features of the invention are the following. The proposed gear-lever variator is equipped with a gear differential transmission with two degrees of freedom, one of the three shafts of which, for example, the carrier shaft, is kinematically rigidly connected to the output shaft, and each of the other two shafts is equipped with a drive containing gear racks pivotally connected to the levers, freewheel couplings connected to these shafts.
На фиг. 1-3 представлена предложенная конструкция: на фиг. 1 - общий вид с осевым сечением; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 показано взаимодействие зубчатой рейки с шестерней; на фиг. 5 - вариант конструкции зубчатой рейки; на фиг. 6 - иллюстрация, поясняющая изменение передаточного отношения вариатора; на фиг. 7 - профиль кулачка; на фиг. 8 - графики угловых скоростей шестерен и выходного вала; на фиг. 9 - графики изменения передаточного отношения и отношения моментов на выходном и входном валах. In FIG. 1-3 presents the proposed design: in FIG. 1 is a general view with an axial section; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1; in FIG. 3 is a section BB in FIG. 1; in FIG. 4 shows the interaction of the rack with gear; in FIG. 5 is an embodiment of a gear rack; in FIG. 6 is an illustration explaining a change in a gear ratio of a variator; in FIG. 7 - cam profile; in FIG. 8 is a graph of angular velocities of gears and output shaft; in FIG. 9 - graphs of changes in the gear ratio and the ratio of the moments on the output and input shafts.
Зубчато-рычажный вариатор содержит входной 1 и выходной 2 валы, установленные в подшипниках корпуса 3, также зубчатую дифференциальную передачу с двумя степенями свободы. Передача имеет два конических колеса 4 и 5, сателлит 6 с осью 7, смонтированной на водиле 8, а валом водила является выходной вал, связанный с водилом шпонкой 9, двумя другими валами дифференциальной передачи служат ступицы колес 10 и 11, установленные на выходном валу с возможностью вращения в подшипниках относительно вала. Вариатор снабжен двумя механизмами привода ступиц: I и II - соответственно для ступиц 10 и 11. Каждый механизм привода ступиц содержит установленные на ступице на подшипниках 12 и 13 две цилиндрические шестерни: внутреннюю 14 и внешнюю 15, связанные со ступицей муфтами свободного хода 16 и 17, сцепленные с шестернями 14 и 15 зубчатые рейки 18 и 19, а также связанные с зубчатыми рейками пальцами 20 рычаги 21, установленные в кулисах 22, цапфы 23 которых служат осями вращения рычагов. Зубчатые рейки имеют хвостовики 24, смонтированные в направляющих 25, другими направляющими реек служат ролики 26. На двух закрепленных на корпусе направляющих 27 установлена с рукояткой изменения передаточного отношения 28 траверса 29, на которой установлены с помощью цапф 23 кулисы 22. На входной вал на шпонках 30 посажены две ступицы 31, на которых жестко смонтированы кулачки качания рычагов 32 и 33 соответственно для привода внутренних 14 и внешних 15 шестерен. Кулачки контактируют с роликами 34 ползунов 35, связанных с рычагами цапфами 36 ползушек 37, установленных с возможностью осевого перемещения на рычагах. Направляющими ползунов 35 являются ступицы 31 и выполненные в корпусе направляющие 38. Используемые в данной конструкции муфты свободного хода - храповые механизмы с выполненными на шестернях храповыми колесами и подпружиненными собачками 40 и 41, смонтированными в ступицах 10 и 11. Toothed-lever variator contains
Зубчато-рычажный вариатор работает следующим образом. Входной вал, нагруженный внешним моментом M1, преодолевая момент M2 на выходном валу, вращает кулачки с угловой скоростью ω1. Каждый кулачок сообщает возвратно-поступательное движение ползунам 35, которые качают рычаги 21, а рычаги возвратно-поступательно перемещают зубчатые рейки. Каждая рейка, взаимодействуя со своей шестерней, поворачивает ее, как показано на фиг. 4, при работе механизма 1 привода ступицы 10 для внешней шестерни 15 (ω15 - угловая скорость шестерни, V - скорость рейки, ω10 - угловая скорость ступицы 10). Благодаря муфте свободного хода ω10 равна ω15 при движении рейки вверх (рабочий ход), а при движении рейки вниз вращение ступице от шестерни не передается (холостой ход), но при этом ступицу вращает внутренняя шестерня 14 аналогичным образом. Другая ступица 11 приводится во вращение описанным способом с угловой скоростью ω11 от механизма 11 привода ступицы.Toothed-lever variator works as follows. The input shaft, loaded with an external moment M 1 , overcoming the moment M 2 on the output shaft, rotates the cams with an angular velocity ω 1 . Each cam reports a reciprocating movement to the
В рассматриваемой конструкции вариатора (фиг. 1-4) в каждом механизме привода ступиц использованы по два рычага, действующих в противофазе, что позволяет осуществлять вращение ступицы при полном повороте входного вала. Аналогичную функцию обеспечит механизм привода ступицы с одним рычагом и одним кулачком, но с зубчатыми рейками, объединенными в одну деталь, как показано на фиг. 5. В этом случае рабочий ход будет осуществляться при движении пальца 20 вверх для шестерни 14, и вниз - для шестерни 15. In the design of the variator under consideration (Figs. 1-4), two levers operating in antiphase are used in each hub drive mechanism, which allows the hub to rotate when the input shaft is completely rotated. A similar function will be provided by the hub drive mechanism with one lever and one cam, but with gear racks combined in one part, as shown in FIG. 5. In this case, the working stroke will be carried out when the
Скорость водила дифференциальной передачи, следовательно и выходного вала составит
ωв = ω1= 0,5(ω10+ω11). (1)
Внешний момент M2, действующий на выходной вал, направлен противоположно ω2.
Передаточное отношение вариатора
i = ω2/ω1, (2)
зависит от профилирования кулачков и соотношения плеч рычагов. Плечи рычагов можно изменять перемещением траверсы 29 рукояткой изменения передаточного отношения 28, расстояние z определяет положение рукоятки. На фиг. 6 показан рычаг при двух положениях рукоятки. Перемещение цапф 36 h = h(α) зависит от профиля кулачка (α - угол поворота кулачка), H - максимальное перемещение. Перемещение пальца 20 и, следовательно, рейки S = S(α), а также максимальное перемещение S зависят от z, и имеет место соотношение
s = (L/z-1)h (3),
т. е. s пропорционально h. При значениях z от минимального zmin до L передаточное отношение i будет уменьшаться, при максимальном z, равном L, станет нулевым, то есть вращение от входного вала к выходному передаваться не будет. L и zmin - конструктивные параметры вариатора.The speed of the differential gear carrier, and therefore the output shaft, will be
ω in = ω 1 = 0.5 (ω 10 + ω 11 ). (1)
The external moment M 2 acting on the output shaft is directed opposite to ω 2 .
CVT gear ratio
i = ω 2 / ω 1 , (2)
Depends on cam profiling and leverage ratio. The shoulders of the levers can be changed by moving the
s = (L / z-1) h (3),
i.e., s is proportional to h. With values of z from the minimum z min to L, the gear ratio i will decrease, with a maximum z equal to L, it will become zero, that is, rotation from the input shaft to the output will not be transmitted. L and z min are the design parameters of the variator.
Рассмотрим частный случай профилирования кулачков. Для механизма привода 1 ступицы 10 и кулачка 32, вращающего внутреннею шестерню 14, примем следующий закон перемещения цапф 36:
На фиг. 7 показаны: G - геометричеcкое место точек центра ролика 34, K - профиль кулачка. Расстояние от оси входного вала O до точек G
R(α) = h(α)+OA. (5)
Используя (3) и (4), найдем угловую скорость шестерни
где параметр вариатора (Rш - радиус начальной окружности шестерни). При установке кулачка 33, вращающего внешнюю шестерню 15, и с таким же профилем, как у кулачка 32, но повернутым относительно кулачка 32 на 180o, будем иметь угловую скорость ступицы 10
ω10 = 2ω1W(L/z-1)sin2α, (7)
для любого углового положения входного вала.Consider a special case of cam profiling. For the
In FIG. 7 shows: G is the geometrical location of the points of the center of the
R (α) = h (α) + OA. (5)
Using (3) and (4), we find the angular velocity of the gear
Where variator parameter (R W - radius of the initial gear circumference). When installing the
ω 10 = 2ω 1 W (L / z-1) sin 2 α, (7)
for any angular position of the input shaft.
Рассмотрим работу механизма II привода ступицы 11, в котором кулачки 32 и 33 установлены по отношению к аналогичным кулачкам механизма 1 со сдвигом по фазе на 90o. Учитывая, что
sin2(α+90°) = cos2α,
имеем
ω11 = 2ω1W(L/z-1)cos2α, (8)
и в этом случае угловая скорость выходного вала из соотношения (1) с учетом (7) и (8)
ω2 = ω1W(L/z-1), (9)
следовательно, при постоянной скорости входного вала имеем постоянную скорость выходного вала, которую можно изменять (варьировать) в широком диапазоне рукояткой изменения передаточного отношения. На фиг. 8 показаны графики угловых скоростей шестерен и выходного вала, а на фиг. 9 - изменение в зависимости от z приведенного передаточного отношения
а также приведенного отношения моментов на выходном M2 и входном M1 валах
Показанный на фиг. 7 кулачок имеет постоянный диаметр
что позволило в рассматриваемой конструкции использовать два диаметрально расположенных ролика 34.Consider the operation of the mechanism II of the drive of the
sin 2 (α + 90 ° ) = cos 2 α,
we have
ω 11 = 2ω 1 W (L / z-1) cos 2 α, (8)
and in this case, the angular velocity of the output shaft from relation (1) taking into account (7) and (8)
ω 2 = ω 1 W (L / z-1), (9)
therefore, at a constant speed of the input shaft, we have a constant speed of the output shaft, which can be changed (varied) in a wide range by the handle of changing the gear ratio. In FIG. 8 shows graphs of angular velocities of gears and output shaft, and FIG. 9 - change depending on z reduced gear ratio
as well as the reduced ratio of moments on the output M 2 and input M 1 shafts
Shown in FIG. 7 cam has a constant diameter
which allowed the use of two diametrically located
На кулачке (см. фиг. 7) точки A и B соответствуют мертвым точкам рычага, и при этих положениях рычагов происходит перераспределение нагрузок с одной муфты свободного хода на другую. Динамические усилия в муфтах при этом незначительны, так как относительные угловые скорости полумуфт практически равны нулю. On the cam (see Fig. 7), points A and B correspond to the dead points of the lever, and at these positions of the levers, the loads are redistributed from one freewheel to another. The dynamic forces in the couplings are negligible, since the relative angular velocities of the coupling halves are practically zero.
В предлагаемой конструкции вариатора в качестве муфт свободного хода были использованы храповые механизмы, у которых угол срабатывания (включения) не превосходит углового шага зубьев β (см. фиг. 4). Для уменьшения динамических нагрузок в храповом механизме можно группу работающих совместно собачек 39 установить по отношению к другой группе собачек 40 со сдвигом, что сделает угол срабатывания меньшим β в два и более раз. In the proposed design of the variator, ratchet mechanisms were used as freewheels, in which the angle of operation (inclusion) does not exceed the angular pitch of the teeth β (see Fig. 4). To reduce dynamic loads in the ratchet mechanism, it is possible to set the group of dogs working together 39 in relation to the other group of
Тип муфт свободного хода в вариаторе не принципиален. Можно использовать фрикционные муфты с заклинивающимися элементами, например роликами (см. [1], [2] , [3] ), но следует отметить, что у этих муфт передаваемый момент ниже, чем у аналогичных по габаритам храповых механизмов. The type of freewheel in the variator is not critical. It is possible to use friction clutches with jammed elements, for example, rollers (see [1], [2], [3]), but it should be noted that these couplings have a lower transmitted moment than ratchets of similar dimensions.
Необходимое требование к зубчатой передаче шестерня-рейка - это пропорциональность угла поворота шестерни перемещению рейки s. Профиль зуба шестерни не принципиален, может быть, например, эвольвентным, а зуб - прямым, косым или шевронным. A necessary requirement for the gear-rack gear transmission is the proportionality of the angle of rotation of the gear to the movement of the rack s. The tooth tooth profile is not fundamental, it can be, for example, involute, and the tooth can be straight, oblique or chevron.
Тип применяемой в конструкции зубчатой дифференциальной передачи может быть другим, например, с цилиндрическими зубчатыми колесами (см. [2], стр. 98-100), а выходной вал можно соединять с любым из трех валов передачи. The type of gear differential gear used in the design may be different, for example, with spur gears (see [2], pages 98-100), and the output shaft can be connected to any of the three gear shafts.
В вариаторе скорость выходного вала может опережать скорость водила, но направление вращения конкретное, зависящее от муфт свободного хода, а направление вращения входного вала может быть любым. In the variator, the speed of the output shaft can be ahead of the speed of the carrier, but the direction of rotation is specific, depending on the freewheels, and the direction of rotation of the input shaft can be any.
Для изменения направления вращения выходного вала (реверса) можно использовать, например, реверсивные муфты свободного хода (см. [3], стр. 295, рис. 7). To change the direction of rotation of the output shaft (reverse), you can use, for example, reversible freewheels (see [3], page 295, Fig. 7).
Вариатор позволяет задавать циклически изменяющуюся скорость выходного вала при постоянной скорости входного, для чего следует использовать специально спрофилированные кулачки. The variator allows you to set the cyclically changing speed of the output shaft at a constant input speed, for which purpose, specially profiled cams should be used.
Источники информации
1. С.Н. Кожевников, Я.И. Есипенко, Я.М. Раскин. Механизмы. Справочник - 4-е изд. под ред. С.Н. Кожевникова. - М.: Машиностроение, 1976.Sources of information
1. S.N. Kozhevnikov, Y.I. Esipenko, Y.M. Ruskin. The mechanisms. Directory - 4th ed. under the editorship of S.N. Kozhevnikova. - M.: Mechanical Engineering, 1976.
2. А.Ф. Крайнев. Словарь-справочник по механизмам. - 2-е изд. - М.: Машиностроение, 1987. 2. A.F. Krainev. Dictionary reference to mechanisms. - 2nd ed. - M.: Mechanical Engineering, 1987.
3. В.Ф. Мальцев. Механические импульсные передачи. - 3-е изд. - М.: Машиностроение, 1978. 3. V.F. Maltsev. Mechanical impulse transmissions. - 3rd ed. - M.: Mechanical Engineering, 1978.
4. И.И. Артоболевский. Механизмы в современной технике. - 2-е изд., 4-й том. - М.: Наука, 1980. 4. I.I. Artobolevsky. Mechanisms in modern technology. - 2nd ed., 4th volume. - M.: Science, 1980.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98104500A RU2147701C1 (en) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | Gear-and-lever variable speed drive |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98104500A RU2147701C1 (en) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | Gear-and-lever variable speed drive |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU98104500A RU98104500A (en) | 1999-12-20 |
RU2147701C1 true RU2147701C1 (en) | 2000-04-20 |
Family
ID=20203258
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98104500A RU2147701C1 (en) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | Gear-and-lever variable speed drive |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2147701C1 (en) |
-
1998
- 1998-02-25 RU RU98104500A patent/RU2147701C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Мальцев В.Ф. Механические импульсные передачи. - М.: Машиностроение, 1978, с.27, рис.23. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8425364B2 (en) | Cam-based infinitely variable transmission | |
US6068570A (en) | Variable speed transmission system and differential | |
EP1442235B1 (en) | Improvements relating to continuously variable transmissions | |
US5108352A (en) | Modified cranking mechanism for epicyclic transmission | |
US11098791B2 (en) | Continuously variable transmission with uniform input-to-output ratio that is non-dependent on friction | |
US11339859B2 (en) | Infinitely variable transmission with uniform input-to-output ratio that is non-dependant on friction | |
RU2352840C1 (en) | Cam pulse variator | |
CA1282265C (en) | Frictionless continuously variable transmission | |
US5860320A (en) | Variable ratio power transmission | |
CN114423966A (en) | Infinitely continuously variable transmission with uniform input-output ratio independent of friction | |
RU2147701C1 (en) | Gear-and-lever variable speed drive | |
US5134894A (en) | Inertial masses mediated rotational energy coupler | |
RU2729847C1 (en) | Wide-range reversible transmission | |
US20070238568A1 (en) | Cam-based infinitely variable transmission | |
RU2204749C1 (en) | High-torque variable-speed drive | |
RU2242654C2 (en) | High-torque variator | |
RU2169870C2 (en) | High-torque variable-speed drive | |
EP0547802A2 (en) | Variable speed drive transmission | |
RU2788238C1 (en) | Rocker oscillator mechanism of non-friction type high torque cvt | |
RU2731830C1 (en) | Link oscillating mechanism with carriage of high-torque variator of non-friction type | |
RU2304734C2 (en) | Variator | |
RU2263240C2 (en) | Vibratory mechanism for high-torque variable-speed drive | |
RU2091643C1 (en) | Gear-and-lever variable-speed drive | |
RU2763619C1 (en) | Base variator of wide-range transmission | |
RU2757327C1 (en) | Rocker oscillating mechanism of non-friction high-torque variator |