RU2267673C2 - Transmitting unit and differential speed converter - Google Patents
Transmitting unit and differential speed converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2267673C2 RU2267673C2 RU2002127775/11A RU2002127775A RU2267673C2 RU 2267673 C2 RU2267673 C2 RU 2267673C2 RU 2002127775/11 A RU2002127775/11 A RU 2002127775/11A RU 2002127775 A RU2002127775 A RU 2002127775A RU 2267673 C2 RU2267673 C2 RU 2267673C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- swinging
- washer
- washers
- balls
- rotation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Retarders (AREA)
- Transmission Devices (AREA)
Abstract
Description
Область техники. Изобретение относится к области общего машиностроения, а именно к средствам для передачи вращения с преобразованием скорости, основанным на механизме с качающейся (прецессирующей) шайбой, и может быть использовано в приводах машин и механизмов самого широкого назначения.The field of technology. The invention relates to the field of general engineering, and in particular to means for transmitting rotation with speed conversion, based on a mechanism with a swinging (precessing) washer, and can be used in drives of machines and mechanisms of the broadest purpose.
Предшествующий уровень техники. Известны преобразователи скорости, называемые и классифицируемые по-разному, но основанные на одинаковом принципе зубчатой передачи с качающейся шайбой.The prior art. Known speed converters, called and classified in different ways, but based on the same principle of gear transmission with a swash plate.
К ним относится волновая зубчатая торцевая передача по заявке на патент РФ №94023896, МПК F 16 H 1/00. Передающий узел ее содержит качающуюся шайбу с торцевым зубчатым венцом, который находится в зацеплении с неподвижным торцевым зубчатым колесом. Прецессию шайбы вызывает генератор волн в виде эксцентрика с нажимным роликом. Качающаяся шайба связана с ведомым валом с помощью пространственного (или универсального) шарнира.These include a wave gear end gear according to the patent application of the Russian Federation No. 94023896, IPC F 16
По аналогичной кинематической схеме построена планетарная прецессионная коническая передача (SU СССР №1414976), волновая передача с жесткими звеньями (SU №653458), коническая волновая передача RU №2145016. Подобные кинематические схемы, но с различиями в выполнении отдельных узлов, реализуют преобразователи скорости по патентам США №3525890; №3640154; №4281566; №4841809; №5562560. Некоторые из них имеют два передающих узла, т.е. реализуют двухступенчатую передачу.A planetary precession bevel gear (USSR SU No. 1414976), a wave transmission with rigid links (SU No. 653458), and a conical wave transmission RU No. 2145016 were constructed according to a similar kinematic scheme. Similar kinematic schemes, but with differences in the execution of individual nodes, implement speed converters according to US Pat. No. 3,525,890; No. 3,664,154; No. 4281566; No. 4,841,809; No. 5562560. Some of them have two transmitting nodes, i.e. implement a two-stage transmission.
Все вышеописанные преобразователи скорости обладают общими недостатками, которые определяются используемым в них зубчатым зацеплением. Прежде всего, это большое трение и высокие тепловые потери, особенно при повышенных скоростях вращения. Кроме того, в зацеплении одновременно находится всего несколько зубьев, что ограничивает величину передаваемых этими механизмами моментов. Часть из этих недостатков устраняют преобразователи скорости с нутационными или прецессионными системами передачи момента с кулачковым зацеплением звеньев через тела качения (US №4715249; US №4563915; SU №1427115). Дифференциальный преобразователь скорости с качающейся шайбой по патенту US №4563915 имеет передающий узел из трех звеньев. Качающаяся шайба с двумя периодическими по азимуту кулачковыми элементами в виде гребней и впадин, расположенных на ее противоположных торцах, размещена между двух других звеньев в виде тел вращения. Кулачковые поверхности качающейся шайбы через цепочки шариков взаимодействуют с аналогичными кулачковыми элементами на обращенных к качающейся шайбе поверхностях тел вращения. Шарики удерживаются на фиксированном угловом расстоянии друг от друга тонкостенным сепаратором с отверстиями, введенным между взаимодействующими кулачковыми элементами. Гребни и впадины направлены вдоль оси и сконструированы так, чтобы элементы качения двигались по синусоидальной кривой на поверхности воображаемой сферы с центром, совпадающим с центром качающейся шайбы (и центром прецессии). Однако в этом устройстве расположенные на фиксированном расстоянии шарики будут постоянно сцепляться, и расцепляться с кулачковыми поверхностями, так как направленны вдоль оси гребни, и впадины на торцевых поверхностях находятся на разных расстояниях от центра воображаемой сферы.All of the above speed converters have common disadvantages, which are determined by the gearing used in them. First of all, this is a large friction and high heat loss, especially at high speeds of rotation. In addition, only a few teeth are engaged at the same time, which limits the amount of moments transmitted by these mechanisms. Part of these shortcomings is eliminated by speed converters with nutational or precession systems of torque transmission with cam gear links through rolling bodies (US No. 4715249; US No. 4563915; SU No. 1427115). The differential speed transducer with a swash plate according to US patent No. 4563915 has a transmitting node of three links. A swinging washer with two cam elements in azimuthally periodic elements in the form of ridges and depressions located at its opposite ends is placed between two other links in the form of bodies of revolution. Cam surfaces of the swash plate through chains of balls interact with similar cam elements on the surfaces of the bodies of revolution facing the swash plate. The balls are held at a fixed angular distance from each other by a thin-walled separator with holes introduced between the interacting cam elements. The ridges and depressions are directed along the axis and are designed so that the rolling elements move along a sinusoidal curve on the surface of an imaginary sphere with a center coinciding with the center of the swash plate (and the center of the precession). However, in this device, balls located at a fixed distance will constantly engage and disengage with cam surfaces, since they are directed along the axis of the ridges, and the depressions on the end surfaces are at different distances from the center of the imaginary sphere.
Этот недостаток устранен в патентах US №4620456, а также US №5443428. Передающий узел таких преобразователей скорости также включает три звена, одним из которых является качающаяся шайба, а два других представляют собой тела вращения. Промежуточная качающаяся шайба снабжена, по крайней мере, одной кулачковой поверхностью в виде изогнутой дорожки качения, зацепляющейся через цепочку шариков с дорожкой на одном из тел вращения передающего узла. В патенте №4620456 боковая поверхность качающейся шайбы изогнута по сфере, а трохоидальная дорожка качения выполнена в месте пересечения боковой и торцевой поверхности, либо на торцевой поверхности качающейся шайбы. У противоположного торца качающейся шайбы в случае одноступенчатого преобразователя выполнены лунки, зацепляющиеся через вторую цепочку шариков с лунками на другом теле вращения. Тела вращения связаны с валом отбора мощности или корпусом преобразователя соответственно. Для фиксации углового положения шариков относительно друг друга при прохождении ими одновременно выступов или впадин на сопрягаемых дорожках между сопрягаемыми поверхностями введен тонкостенный сепаратор, в отверстиях которого размещены шарики. В двухступенчатом преобразователе на качающейся шайбе с обеих сторон выполнены эпитрохоидальные дорожки качения с разным числом зубьев, сопрягающиеся с гипотрохоидальными дорожками на корпусной и выходной детали.This disadvantage is eliminated in US patent No. 4620456, as well as US No. 5443428. The transmitting unit of such speed converters also includes three links, one of which is a swinging washer, and the other two are bodies of revolution. The intermediate swinging washer is provided with at least one cam surface in the form of a curved raceway that engages through a chain of balls with a track on one of the rotation bodies of the transmitting unit. In patent No. 4620456, the side surface of the swinging washer is curved in a sphere, and the trochoidal raceway is made at the intersection of the side and end surfaces, or on the end surface of the swinging washer. In the case of a single-stage transducer, at the opposite end of the swinging washer, holes are made that engage through a second chain of balls with holes on another body of revolution. The rotation bodies are connected to the power take-off shaft or converter housing, respectively. To fix the angular position of the balls relative to each other when they simultaneously pass the protrusions or depressions on the mating tracks between the mating surfaces, a thin-walled separator is introduced, in the holes of which the balls are placed. In a two-stage converter on an oscillating washer, epitrochoidal raceways with different numbers of teeth are made on both sides, mating with hypotrochoidal tracks on the body and output parts.
Шайба качается относительно центра прецессии, являющегося центром симметрии системы, а цепочки шариков находятся в нутирующем движении, т.к. их плоскости смещены от центра прецессии. Шарики совершают колебательное движение как в осевом, так и в радиальном направлении, то есть при работе механизма происходит изменение угла смещения зацепляющихся деталей, что для высокоскоростных механизмов приводит к вибрации и вызываемым ею проблемам: шуму и износу. Кроме того, дорожки качения по эпи- и гипотрохоидальным кривым сложны в изготовлении. Понимая это, авторы предложили изготавливать все детали передаточного механизма из пластмассы, на которой дорожки качения сложной формы можно изготавливать штамповкой. Очевидно, что такие передачи не пригодны для силовых механизмов, а могут быть использованы только для приборов, часов и т.п. изделий.The puck swings relative to the center of precession, which is the center of symmetry of the system, and the chains of balls are in nutrating motion, because their planes are offset from the center of the precession. The balls oscillate both in the axial and in the radial direction, i.e. when the mechanism is working, the displacement angle of the engaging parts changes, which for high-speed mechanisms leads to vibration and the problems it causes: noise and wear. In addition, raceways along epi- and hypotrochoidal curves are difficult to manufacture. Understanding this, the authors proposed to manufacture all the details of the transmission mechanism from plastic, on which raceways of complex shape can be made by stamping. Obviously, such gears are not suitable for power mechanisms, but can only be used for devices, watches, etc. products.
В патенте US №5443428 описан преобразователь такой же конструкции, но с еще более сложной в расчете и изготовлении кулачковой периодической поверхностью в виде множества сферически расположенных волнообразных выступов и впадин, разработанной для устранения проскальзывания шариков. Две цепочки шариков, лежащие по разные стороны от экваториальной линии сферы, относительно центра сферы совершают только угловые перемещения, поэтому шум и вибрация уменьшены. Однако каждая цепочка шариков относительно оси передающего узла совершает сложное движение, складывающееся из прецессии относительно точки пересечения плоскости цепочки шариков с осью системы и из планетарного движения относительно оси преобразователя. То есть относительно этой оси шарики совершают радиальные перемещения, что оставляет возможность шума и вибраций. Кроме того, особые требования к форме кулачковых поверхностей делают преобразователь мало пригодным в силовых приводах массового применения и изготовления.In US patent No. 5443428, a transducer of the same design is described, but with an even more complicated calculation and manufacture of a cam periodic surface in the form of a plurality of spherically arranged wave-shaped protrusions and depressions, designed to eliminate the slipping of balls. Two chains of balls lying on opposite sides of the equatorial line of the sphere, relative to the center of the sphere, perform only angular movements, therefore, noise and vibration are reduced. However, each chain of balls relative to the axis of the transmitting unit makes a complex motion, which consists of precession relative to the point of intersection of the plane of the chain of balls with the axis of the system and of planetary motion relative to the axis of the transducer. That is, with respect to this axis, the balls make radial movements, which leaves the possibility of noise and vibration. In addition, the special requirements for the shape of the cam surfaces make the converter of little use in power drives of mass application and manufacturing.
Известен преобразователь скорости (US №1748907), передающий узел которого состоит из двух тел вращения: сферической головки, охватываемой качающейся шайбой. На внутренней сферической поверхности качающейся шайбы вдоль экваториальной линии выполнены лунки. Сферическая головка выполнена с замкнутой периодически изогнутой вдоль оси дорожкой качения на ее наружной боковой поверхности в экваториальной области сферы. В лунках расположены шарики, находящиеся в постоянном зацеплении с изогнутой дорожкой качения. В этом передающем узле центр прецессии цепочки шариков совпадает с центром прецессии качающейся шайбы, поэтому цепочка шариков будет участвовать только в прецессирующем движении, и требования к форме выполнения изогнутой дорожки качения значительно уменьшены. Основным недостатком преобразователя являются значительные потери на трение при проскальзывании шариков относительно лунок на качающейся шайбе.A known speed converter (US No. 1748907), the transmitting node of which consists of two bodies of revolution: a spherical head covered by a swinging washer. Wells are made on the inner spherical surface of the swash plate along the equatorial line. The spherical head is made with a closed periodically curved raceway along the axis on its outer lateral surface in the equatorial region of the sphere. In the holes there are balls that are in constant engagement with the curved raceway. In this transmitting unit, the center of precession of the ball chain coincides with the center of precession of the swinging washer, therefore, the chain of balls will participate only in the precessing movement, and the requirements for the shape of the curved raceway are significantly reduced. The main disadvantage of the converter is significant friction losses when the balls slip relative to the holes on the swash plate.
Решению задачи получения передающего узла, в котором тела качения контактируют с периодическими дорожками только с чистым качением, без трения скольжения, посвящено изобретение по заявке WO 008201043, выбранное нами за прототип для одного из вариантов передающего узла. В заявке описан передающий узел из двух тел вращения, содержащий охватывающие друг друга обойму и качающуюся шайбу с сопрягаемыми поверхностями, выполненными по сфере. В экваториальной области сферических поверхностей выполнены периодические дорожки качения, по крайней мере, одна из которых является замкнутой и волнообразно изогнутой. Другая дорожка качения может быть выполнена в виде системы разнесенных по окружности канавок, вытянутых по меридианам сферы. В зацеплении с дорожками качения находятся элементы зацепления в виде тел качения. Для тел качения - шариков число периодов дорожек качения на единицу отличается от числа, кратного четырем, и число периодов дорожек качения качающейся шайбы и обоймы отличается на 2. Дифференциальный преобразователь скорости на основе этого передающего узла содержит первый и второй валы и корпус. Качающаяся шайба связана с одним из этих элементов звеном, преобразующим качающееся движение во вращательное, а с другим из этих элементов звеном, передающим вращение качающейся шайбы независимо от ее качающегося движения. Третий из элементов преобразователя связан непосредственно с обоймой. Чистое качение шариков относительно дорожек в этом изобретении получают двумя путями. В передающем узле с меридиональными канавками их выполняют на наружном охватывающем элементе, компенсируя разницей в расстоянии от точек контакта шарика с внутренней и внешней деталью до центра сферы разный путь, проходимый шариком относительно наклонного фронта волны в замкнутой канавке и относительно меридиональной канавки. Второй путь - это изменение формы поперечного сечения дорожек на подъеме и спуске. При этом изменяется эффективный радиус качения на разных участках дорожек качения, и этим выравнивается путь, проходимый шариком относительно дорожек с разной крутизной фронтов. Таким образом, в обоих случаях цель достигается выравниванием пути, проходимого шариком относительно обеих дорожек качения за одно и то же время. Однако, как показали наши исследования, этого условия недостаточно, чтобы заставить шарики при взаимодействии с дорожками качения только катиться, исключая их проскальзывание.The invention of the application WO 008201043, which we selected as a prototype for one of the variants of the transmitting unit, is devoted to solving the problem of obtaining a transmitting unit in which rolling bodies contact periodic tracks only with pure rolling, without sliding friction. The application describes a transmitting unit of two bodies of revolution, comprising a cage covering each other and a swinging washer with mating surfaces made on a sphere. In the equatorial region of the spherical surfaces, periodic raceways are made, at least one of which is closed and curved in waves. Another raceway can be made in the form of a system of grooves spaced around the circumference, elongated along the meridians of the sphere. Engaged with raceways are engagement elements in the form of rolling bodies. For rolling bodies - balls, the number of periods of the raceways per unit differs from a multiple of four, and the number of periods of the raceways of the swinging washer and cage differs by 2. The differential speed transducer based on this transmitting unit contains the first and second shafts and the housing. The swinging washer is connected to one of these elements by a link that converts the swinging motion to rotational, and to the other of these elements, a link that transfers the rotation of the swinging washer regardless of its swinging motion. The third of the elements of the Converter is directly related to the clip. The pure rolling of the balls relative to the tracks in this invention is obtained in two ways. In the transmitting unit with meridional grooves, they are performed on the outer covering element, compensating for the difference in the distance from the points of contact of the ball with the internal and external parts to the center of the sphere, a different path traveled by the ball relative to the inclined wave front in the closed groove and relative to the meridional groove. The second way is to change the shape of the cross section of the tracks on the rise and descent. In this case, the effective rolling radius in different parts of the raceways changes, and this aligns the path traveled by the ball relative to tracks with different steepnesses of the fronts. Thus, in both cases, the goal is achieved by aligning the path traveled by the ball relative to both raceways at the same time. However, as our studies have shown, this condition is not enough to make the balls only roll when interacting with the raceways, excluding their slipping.
Кроме того, прототип, как и каждый из вышеописанных преобразователей скорости с качающейся шайбой, имеет неподвижный корпус, с которым в каждой конкретной конструкции связана вполне конкретная деталь, а передающий узел имеет внутренний объем, ограниченный корпусом. Преобразователь с собственным корпусом, как правило, не встраивается в приводные механизмы, а размещается и компонуется снаружи, что увеличивает габариты устройства в целом. Таким образом, задачей изобретения является разработка универсального, простого в изготовлении, минимального по удельным весогабаритным характеристикам и удобного для встраивания в самые разнообразные машины и механизмы передающего узла и преобразователя скорости.In addition, the prototype, like each of the above speed converters with a swash plate, has a fixed body, with which in each particular design a specific part is connected, and the transmitting unit has an internal volume limited by the body. A converter with its own housing, as a rule, is not built into the drive mechanisms, but is placed and assembled from the outside, which increases the overall dimensions of the device. Thus, the object of the invention is to develop a universal, easy to manufacture, minimum in specific weight and size characteristics and convenient for embedding in a wide variety of machines and mechanisms of the transmitting unit and speed converter.
Найденное нами условие качения шариков оказалось пригодным не только для передающих узлов с периодическими дорожками качения. Применение его в шариковых фрикционно-планетарных передающих узлах позволило создать целый класс простейших передающих механизмов, лишенных главного недостатка всех фрикционных передач, а именно возникновения проскальзывания при изнашивании деталей. Передающий узел известных шариковых фрикционно-планетарных передач (SU №844863, SU №1229484, RU №2010141) содержит два тела вращения с дорожками качения, между которыми в гнездах сепаратора расположены тела качения - шарики. Одно из тел вращения связано с входным валом, другое с корпусом или другим валом, а с выходным валом преобразователя скорости связан сепаратор, который преобразует орбитальное движение шариков во вращение выходного вала. При простоте конструкции, основной проблемой фрикционно-планетарных шариковых передач является необходимость нажимного механизма, который предотвращает проскальзывание шариков при увеличении передаваемого момента или при износе шариков и дорожек качения в процессе эксплуатации. Нажимные механизмы, в основном, используют различные упругие элементы.The ball rolling condition we found turned out to be suitable not only for transmitting units with periodic raceways. Its use in ball-friction-planetary transmission units has allowed to create a whole class of simple transmission mechanisms, devoid of the main drawback of all friction gears, namely the occurrence of slippage during wear of parts. The transmitting unit of the known ball-friction-planetary gears (SU No. 844863, SU No. 1229484, RU No. 2010141) contains two bodies of revolution with raceways, between which rolling elements - balls are located in the seats of the separator. One of the rotation bodies is connected to the input shaft, the other to the housing or another shaft, and a separator is connected to the output shaft of the speed converter, which converts the orbital motion of the balls into rotation of the output shaft. With the simplicity of the design, the main problem of friction-planetary ball gears is the need for a pressure mechanism that prevents the balls from slipping when the transmitted moment increases or when the balls and raceways are worn during operation. Pressure mechanisms mainly use various elastic elements.
Техническим результатом настоящего изобретения является устранение проскальзывания шариков в передающих узлах с качающейся шайбой. При этом для фрикционно-планетарных шариковых передач решается задача автоматического регулирования величины нажатия на шарик без применения специальных механизмов.The technical result of the present invention is the elimination of slipping balls in the transmitting nodes with a swash plate. At the same time, for the friction-planetary ball gears, the problem of automatically controlling the magnitude of pressing the ball is solved without the use of special mechanisms.
Передающие узлы, выполненные по изобретению, являются основой не только для дифференциальных преобразователей скорости, они могут иметь самостоятельное применение, например, в мешалках. Возможно создание механизма, непосредственно преобразующего энергию колебательного движения, (например, морских волн) в энергию вращения с увеличенной или уменьшенной скоростью вращения. Дополнительным техническим результатом, достигаемым отдельными вариантами изобретения, является его компоновка в виде подшипникового узла, без неподвижного корпуса, в котором какая-то из деталей становится неподвижной при посадке преобразователя скорости на его рабочее место.The transmitting nodes made according to the invention are the basis not only for differential speed converters, they can be used independently, for example, in mixers. It is possible to create a mechanism that directly converts the energy of vibrational motion (for example, sea waves) into the energy of rotation with an increased or decreased speed of rotation. An additional technical result achieved by individual variants of the invention is its arrangement in the form of a bearing assembly, without a fixed housing, in which one of the parts becomes stationary when the speed converter is planted at its workplace.
Более просто понять сущность изобретения на примере передающего узла с качающейся шайбой во фрикционно-планетарных шариковых преобразователях скорости, поэтому начнем описание с этого варианта реализации изобретения.It is simpler to understand the essence of the invention by the example of a transmitting unit with a swash plate in friction-planetary ball speed converters, therefore, we will begin the description with this embodiment of the invention.
Сущность изобретения.SUMMARY OF THE INVENTION
В соответствии с изобретением передающий узел содержит два тела вращения, одно из которых выполнено с возможностью двух независимых движений: качаться относительно другого и вращаться вокруг собственной оси, наклонной к оси другого тела вращения и является качающейся шайбой. На обращенных друг к другу поверхностях тел вращения выполнены замкнутые кольцевые дорожки качения, взаимодействующие друг с другом посредством тел качения, находящихся в постоянном контакте с дорожками обоих тел вращения. Угол наклона качающейся шайбы выбран так, чтобы дорожки в месте контакта с телами качения имели друг к другу наклон, меньший или равный углу самозаклинивания тел качения. На практике этот угол для обычных конструктивных материалов можно принять в диапазоне 0,1-10 градусов. При выполнении этого условия тела качения, например шарики, будут зажаты между поверхностями качающейся шайбы и второго тела вращения без проскальзывания и при вращении одного из них будут вовлекаться в орбитальное движение относительно другого. В своем орбитальном движении шарики как кулачки воздействуют на шайбу, вызывая ее качание. Таким образом, передающий узел с качающейся шайбой будет реализовать принцип фрикционно-планетарной шариковой передачи, в которой планетарное движение шарика преобразуется в качающееся движение шайбы или наоборот. Наклон дорожек качения друг к другу будет обеспечивать автоматическую регулировку нажатия на шарик, т.к. при увеличении нагрузки или износе шарика и дорожек качения шарик сместится по азимуту в область меньшего расстояния между дорожками качения.In accordance with the invention, the transmitting unit contains two bodies of rotation, one of which is made with the possibility of two independent movements: swing relative to the other and rotate around its own axis, inclined to the axis of the other body of rotation and is a swinging washer. On the surfaces of the bodies of revolution facing each other, closed circular raceways are made, interacting with each other by means of the rolling bodies that are in constant contact with the tracks of both bodies of revolution. The angle of inclination of the swash plate was chosen so that the tracks at the point of contact with the rolling bodies have an inclination to each other less than or equal to the self-jamming angle of the rolling bodies. In practice, this angle for conventional structural materials can be taken in the range of 0.1-10 degrees. When this condition is met, the rolling bodies, for example balls, will be sandwiched between the surfaces of the swash plate and the second body of rotation without slipping and during rotation of one of them will be involved in orbital motion relative to the other. In their orbital motion, the balls act like fists on the puck, causing it to swing. Thus, the transmitting unit with the swinging washer will implement the principle of friction-planetary ball transmission, in which the planetary motion of the ball is converted into the swinging motion of the washer or vice versa. The inclination of the raceways to each other will provide automatic adjustment of pressing the ball, because as the load and the wear of the ball and raceways increase, the ball will shift in azimuth to a region of a smaller distance between the raceways.
Для расширения диапазона передаточных отношений профили поперечного сечения дорожек качения целесообразно выполнить такой формы, чтобы зоны контакта тела качения с дорожками находились на разном расстоянии от оси вращения тела качения.To expand the range of gear ratios, it is advisable to make profiles of the cross section of the raceways so that the contact areas of the rolling body with the tracks are at different distances from the axis of rotation of the rolling body.
Передающий узел с качающейся шайбой по изобретению можно выполнить в двух конструктивных модификациях: дисковой и коаксиальной. В первой модификации тела вращения выполнены в виде дисков, один из которых качается относительно другого. Кольцевые замкнутые дорожки выполнены на обращенных друг к другу плоских поверхностях дисков и находятся в контакте с одним телом качения, расположенным между дорожками качения. Для выполнения условия наклона дорожек качения друг к другу под углом, меньшим угла самозаклинивания тел качения, угол наклона качающейся шайбы к оси передающего узла должен лежать в пределах 0,2-15 градусов. Тело качения в этом узле само устанавливается в том месте окружности дорожек качения, где расстояние между ними соответствует размеру тела качения.The transmitting unit with a swinging washer according to the invention can be performed in two structural modifications: disk and coaxial. In the first modification, the rotation bodies are made in the form of disks, one of which sways relative to the other. Ring closed tracks are made on the flat surfaces of the disks facing each other and are in contact with one rolling body located between the raceways. To fulfill the condition of the inclination of the raceways to each other at an angle less than the angle of self-jamming of the rolling elements, the angle of inclination of the swash plate to the axis of the transmitting unit must lie within 0.2-15 degrees. The rolling body in this assembly itself is installed in that place of the circumference of the raceways, where the distance between them corresponds to the size of the rolling body.
Для тела качения - шарика боковые стенки дорожки качения любого из дисков целесообразно выполнить упруго подвижными относительно друг друга. При этом радиус кривизны поперечного сечения дорожки качения становится изменяемым, и при изменении нагрузки точка контакта шарика с дорожкой качения будет смещаться от оси вращения шарика. Т.е. получим передающий узел с автоматически изменяющимся передаточным отношением в зависимости от нагрузки.For the rolling body - the ball, the side walls of the raceway of any of the disks are expediently made elastically movable relative to each other. In this case, the radius of curvature of the cross section of the raceway becomes variable, and when the load changes, the point of contact of the ball with the raceway will shift from the axis of rotation of the ball. Those. we get a transmitting unit with an automatically changing gear ratio depending on the load.
В коаксиальной модификации передающего узла тела вращения выполнены в виде охватывающих друг друга обоймы и качающейся шайбы, с боковыми обращенными друг к другу поверхностями в виде сферического пояса с центром сферы в центре прецессии качающейся шайбы. В общем случае каждая из дорожек качения на качающейся шайбе и обойме выполнена в виде системы параллельных друг другу замкнутых кольцевых канавок, лежащих в плоскостях, перпендикулярных оси вращения соответствующей детали. Телами качения служат шарики, расположенные в местах пересечения канавок качающейся шайбы с канавками обоймы.In a coaxial modification of the transmitting unit, the bodies of rotation are made in the form of cages and a swinging washer, each with side surfaces facing each other in the form of a spherical belt with the center of the sphere at the center of the precession of the swinging washer. In the general case, each of the raceways on the swinging washer and cage is made in the form of a system of closed annular grooves parallel to each other, lying in planes perpendicular to the axis of rotation of the corresponding part. The rolling bodies are balls located at the intersection of the grooves of the swash plate with the grooves of the cage.
В частных случаях система канавок качающейся шайбы может быть представлена одной канавкой, выполненной по экваториальной линии качающейся шайбы и пересекающейся с одной или несколькими канавками на обойме. Одна канавка на обойме смещена от линии большого круга сферы на расстояние, равное половине размаха качающейся шайбы и зацепляется с канавкой качающейся шайбы одним шариком.In special cases, the system of grooves of the swinging washer can be represented by one groove made along the equatorial line of the swinging washer and intersecting with one or more grooves on the cage. One groove in the cage is offset from the line of the large circle of the sphere by a distance equal to half the magnitude of the swinging washer and is engaged with the groove of the swinging washer with one ball.
Для получения уравновешенной относительно оси обоймы системы шариков на обойме выполнены две кольцевые канавки, расположенные по разные стороны от большого круга сферы на расстоянии от него, равном половине размаха качающейся шайбы. Кольцевые канавки обоймы зацепляются с канавкой на качающейся шайбе двумя диаметрально расположенными шариками. Такая же уравновешенная система шариков получится, если на обойме выполнить одну канавку по линии большого круга сферы, и в двух диаметрально противоположных точках пересечения этой канавки с канавкой качающейся шайбы разместить два шарика.To obtain a system of balls balanced with respect to the axis of the cage, two annular grooves are made on the cage, located on opposite sides of the large circle of the sphere at a distance from it equal to half the swing-out span of the swash plate. The annular grooves of the cage are engaged with the groove on the swash plate by two diametrically spaced balls. The same balanced system of balls will be obtained if one groove is made along the line of the large circle of the sphere, and two balls are placed at two diametrically opposite points of intersection of this groove with the groove of the swash plate.
Возможно объединение двух вышеописанных вариантов в одной конструкции. На обойме тогда будет три канавки, одна - по линии большого круга сферы и две по разные стороны от нее на расстоянии половины размаха качающейся шайбы. В зацеплении будут находиться четыре попарно диаметральных шарика, расположенных на перпендикулярных друг к другу диаметрах.It is possible to combine the two above options in one design. There will be three grooves on the clip, one on the line of the large circle of the sphere and two on different sides of it at a distance of half the magnitude of the swinging washer. Four pairwise diametrical balls located on diameters perpendicular to each other will be engaged.
Возможно сочетание одной канавки в экваториальной плоскости обоймы с двумя канавками на качающейся шайбе, разнесенными от экваториальной линии шайбы на расстояние, равное половине размаха качающейся шайбы.It is possible to combine one groove in the equatorial plane of the cage with two grooves on the swinging washer spaced from the equatorial line of the washer by a distance equal to half the span of the swinging washer.
Канавки на обойме могут быть выполнены на отдельных и независимо вращающихся кольцевых элементах обоймы.The grooves on the clip can be made on separate and independently rotating annular elements of the clip.
Не следует забывать, что все вышеописанные шариковые фрикционно-планетарные узлы работают только при выполнении условия, накладываемого на угол наклона дорожек друг к другу. Невыполнение этого условия приведет к проскальзыванию шариков, т.е. к нарушению их фрикционной связи с дорожками качения, и нарушению передачи момента.It should not be forgotten that all the above ball-friction-planetary units work only if the condition imposed on the angle of inclination of the tracks to each other is met. Failure to do so will cause the balls to slip, i.e. to the violation of their frictional connection with the raceways, and the violation of the transmission of torque.
Второй вариант изобретения реализован на передающих узлах с качающейся шайбой с периодическими дорожками качения. Для достижения указанного технического результата такой передающий узел, как и прототип, содержит охватывающие друг друга обойму и качающуюся шайбу. Их боковые сопрягаемые поверхности выполнены в форме сферического пояса с центром сферы в центре прецессии качающейся шайбы. В экваториальной области сферического пояса на обращенных друг к другу поверхностях обоймы и качающейся шайбы выполнены периодические по азимуту дорожки качения, по меньшей мере, одна из которых выполнена замкнутой и волнообразно изогнутой в осевом направлении. Дорожки зацепляются друг с другом посредством цепочки шариков, расположенных в местах пересечения дорожек качения. В отличие от прототипа, дорожки в месте контакта с шариками имеют друг к другу наклон, меньший или равный углу самозаклинивания шариков. Это условие выполняется, если угол α наклона фронта периодической дорожки качения к экватору на качающейся шайбе и соответствующий угол β на обойме связаны с углом γ наклона качающейся шайбы соотношениями:The second embodiment of the invention is implemented on transmitting units with a swash plate with periodic raceways. To achieve the indicated technical result, such a transmitting unit, as well as a prototype, comprises a cage and a swinging washer that cover each other. Their lateral mating surfaces are made in the form of a spherical belt with the center of the sphere at the center of the precession of the swash plate. In the equatorial region of the spherical belt, the raceways, periodic in azimuth, are made on the surfaces of the cage and the swash plate, at least one of which is made closed and wave-like curved in the axial direction. The tracks engage with each other through a chain of balls located at the intersection of the raceways. Unlike the prototype, the tracks at the point of contact with the balls have an inclination to each other less than or equal to the angle of self-jamming of the balls. This condition is satisfied if the angle α of the slope of the front of the periodic raceway to the equator on the swinging washer and the corresponding angle β on the cage are connected with the angle γ of the inclination of the swinging washer by the relations:
Углы α и β зависят от числа периодов и амплитуды дорожек качения. Амплитуды, в свою очередь, связаны с углом наклона качающейся шайбы. В любом случае, варьируя этими величинами, можно добиться выполнения условий (1) и (2).The angles α and β depend on the number of periods and the amplitude of the raceways. The amplitudes, in turn, are related to the angle of inclination of the swash plate. In any case, by varying these values, it is possible to achieve the fulfillment of conditions (1) and (2).
По сравнению с прототипом в нашем случае изменяется и условие выбора чисел периодов дорожек качения. Число шариков n может быть любым. Однако при небольшом количестве шариков (в пределах одного - двух десятков) для получения уравновешенной системы шариков желательно, чтобы число шариков было четным. Число периодов дорожек качения N1 и N2 на качающейся шайбе и обойме связаны с числом шариков n соотношениями: N1=kn±1; N2=qn±1, где k и q - целые числа или числа вида 1/m, где m - число, на которое число шариков делится без остатка. Расширение диапазона возможных чисел N1 и N2, не только обеспечивает расширение диапазона передаточных отношений для одного узла с определенным числом шариков, но и увеличивает число комбинаций периодов дорожек качения, при которых выполняется условие самозаклинивания шариков. Здесь уместно заметить, что описанный выше фрикционно-планетарный передающий узел коаксиальной конфигурации является, по сути, частным случаем с числом периодов дорожки качения на качающейся шайбе N1=0 и с числом периодов на обойме N2=1.Compared with the prototype, in our case, the condition for choosing the number of periods of raceways also changes. The number of balls n can be any. However, with a small number of balls (within one to two tens) to obtain a balanced system of balls, it is desirable that the number of balls is even. The number of periods of the raceways N 1 and N 2 on the swash plate and cage are related to the number of balls n by the ratios: N 1 = kn ± 1; N 2 = qn ± 1, where k and q are integers or numbers of the
Периодические дорожки качения на обеих деталях могут быть замкнутыми волнообразно изогнутыми. Дорожку качения на одной из деталей можно выполнить незамкнутой, в виде системы разнесенных по окружности канавок, вытянутых по меридианам сферы.Periodic raceways on both parts can be closed wave-curved. The raceway on one of the parts can be made open, in the form of a system of grooves spaced around the circumference, elongated along the meridians of the sphere.
Для увеличения функциональных возможностей передающего узла обойма разрезана по средней линии изогнутой дорожки качения, образуя два независимо вращающихся элемента обоймы. Дорожка качения на каждом из элементов представляет собой систему полуволн, выполненных с разным числом периодов.To increase the functionality of the transmitting unit, the cage is cut along the midline of the curved raceway, forming two independently rotating cage elements. The raceway on each of the elements is a system of half-waves made with a different number of periods.
Дифференциальный преобразователь скорости на основе описанных передающих узлов содержит три вала. Качающаяся шайба передающего узла связана с одним из валов механизмом для независимого преобразования ее качающегося движения во вращение вала и наоборот, со вторым из валов механизмом передачи ее вращения относительно наклонной оси независимо от ее качающегося движения. С третьим валом непосредственно связано второе тело вращения передающего узла.Differential speed converter based on the described transmitting nodes contains three shafts. The swinging washer of the transmitting unit is connected with one of the shafts by a mechanism for independently converting its swinging motion into rotation of the shaft and vice versa, with a second of the shafts of the transmission mechanism of its rotation about the inclined axis regardless of its swinging motion. A second rotation body of the transmitting unit is directly connected to the third shaft.
Для шариковых фрикционно-планетарных передающих узлов в дисковой конфигурации механизм для преобразования качающегося движения шайбы во вращение вала и наоборот выполнен в виде торцового кулачка, взаимодействующего с качающимся диском через подшипник, а второй вал является корпусом передачи и связан с качающейся шайбой устройством предотвращения ее вращения.For ball-friction-planetary transmitting units in a disk configuration, the mechanism for converting the swaying motion of the washer into rotation of the shaft and vice versa is made in the form of a face cam interacting with the swiveling disk through the bearing, and the second shaft is a gear housing and is connected to the swash plate by a device to prevent its rotation.
Для передающих узлов коаксиального исполнения целесообразно все валы выполнить соосными и полыми, образуя коаксиальную конструкцию из обойм в виде подшипникового узла.For transmitting units of coaxial design, it is advisable to make all shafts coaxial and hollow, forming a coaxial design of the cages in the form of a bearing unit.
Преобразователь с передающим узлом, у которого обойма состоит из независимо вращающихся элементов, снабжен дополнительными валами, которые непосредственно связаны с этими элементами.A converter with a transmitting unit, in which the cage consists of independently rotating elements, is equipped with additional shafts that are directly connected to these elements.
Механизмом для независимого преобразования качающегося движения шайбы во вращательное движение первого вала, и наоборот, может служить косой кривошипный вал, на который качающаяся шайба посажена через подшипник. Механизмом преобразования качающегося движения во вращательное может служить и любой из фрикционно-планетарных шариковых передающих узлов коаксиального исполнения, реализованный на той же качающейся шайбе со стороны, противоположной основному передающему узлу. Тогда первым валом преобразователя будет являться обойма фрикционно-планетарного узла.A mechanism for independent conversion of the swaying motion of the washer into the rotational motion of the first shaft, and vice versa, can be an oblique crank shaft on which the swash plate is seated through the bearing. Any of the friction-planetary ball transmitting units of coaxial design, implemented on the same swinging washer from the side opposite to the main transmitting unit, can also serve as a mechanism for converting a swinging motion into a rotary one. Then the first shaft of the converter will be the holder of the friction-planetary unit.
Механизм независимой передачи вращения качающейся шайбы ко второму валу может быть выполнен в виде крестовины, системы гибких тяг или шарниров, в виде универсального шарнира или конической зубчатой передачи.The mechanism of independent transmission of rotation of the swash plate to the second shaft can be made in the form of a cross, a system of flexible rods or hinges, in the form of a universal joint or bevel gear.
Передающие узлы коаксиального исполнения позволяют без значительного увеличения габаритов создавать двухступенчатые преобразователи скорости. Ступени могут быть расположены последовательно вдоль одной оси или охватывая друг друга (коаксиальное исполнение двухступенчатого преобразователя). Двухступенчатый преобразователь коаксиального исполнения, в свою очередь, может быть выполнен в двух вариантах.Coaxial transmitting units allow the creation of two-stage speed converters without a significant increase in size. The steps can be arranged sequentially along one axis or spanning each other (coaxial design of a two-stage converter). The two-stage coaxial converter, in turn, can be made in two versions.
По первому варианту передающие узлы обеих ступеней используют одну и ту же качающуюся шайбу. Для этого на качающейся шайбе первого передающего узла со стороны, противоположной этому узлу, компонуется передающий узел второй ступени, т.е. образуется система из последовательно охватывающих друг друга трех элементов: обоймы, качающейся шайбы и обоймы. Второй передающий узел в этом случае одновременно выполняет функцию механизма передачи вращательного движения качающейся шайбы к валу преобразователя, связанному непосредственно с обоймой передающего узла второй ступени. В качестве механизма преобразования качающегося движения шайбы во вращательное и наоборот могут использоваться не все вышеописанные средства, так как некоторые из них используют вторую боковую поверхность качающейся шайбы, которая в данном случае занята вторым передающим узлом. Для этого преобразователя разработан специальный механизм, представляющий собой два полых вала, введенных на подшипниках между внутренней и наружной обоймами преобразователя с противоположных торцов. Каждый из валов выполнен с одинаковым косым кривошипом. Качающаяся шайба посажена на оба кривошипных вала с помощью подшипников. Полые валы могут быть выполнены и с торцовыми кулачками, взаимодействующими с торцами качающейся шайбы через упорные подшипники.In the first embodiment, the transmitting nodes of both stages use the same swinging washer. To do this, on the swash plate of the first transmitting unit from the side opposite to this unit, the transmitting unit of the second stage is assembled, i.e. a system is formed of three elements successively covering each other: a clip, a swinging washer, and a clip. The second transmitting unit in this case simultaneously performs the function of a mechanism for transmitting the rotational motion of the swash plate to the converter shaft, which is connected directly to the holder of the transmitting unit of the second stage. As a mechanism for converting the swaying motion of the washer into rotational and vice versa, not all of the above-described means can be used, since some of them use the second side surface of the swash plate, which in this case is occupied by the second transmission unit. A special mechanism has been developed for this converter, which consists of two hollow shafts inserted on bearings between the inner and outer cages of the converter from opposite ends. Each of the shafts is made with the same oblique crank. The swing washer is seated on both crank shafts using bearings. Hollow shafts can also be made with end cams interacting with the ends of the swash plate through thrust bearings.
По второму варианту двухступенчатый преобразователь компонуется из двух охватывающих друг друга отдельных передающих узлов. Качающиеся шайбы обоих узлов обращены друг к другу. Механизм преобразования качающегося движения каждой из шайб во вращательное представляет собой полый вал, введенный между качающимися шайбами обеих ступеней и имеющий на боковых поверхностях, обращенных к качающимся шайбам, элементы, вызывающие прецессию шайб. Такими элементами могут служить косые кривошипы с одинаковым или противоположным наклоном, на которые через подшипники посажены качающиеся шайбы. При одинаковом наклоне косых кривошипов шайбы качаются синхронно, при противоположном - в противофазе. Элементы, вызывающие прецессию шайб, можно выполнить и по-другому. На обращенных друг к другу боковых поверхностях в каждой паре полый вал - качающаяся шайба, выполнены кольцевая канавка и кольцевой выступ, сопрягающиеся друг с другом посредством двух диаметрально противоположных шариков. Шарики расположены между стенками канавки и выступом с противоположных сторон от последнего. Шайбы обеих ступеней связаны друг с другом узлом передачи вращения, так что передающий узел второй ступени одновременно выполняет функцию механизма передачи вращательного движения качающейся шайбы к валу, непосредственно связанному с обоймой передающего узла второй ступени.In the second embodiment, the two-stage converter is composed of two separate transmitting nodes enclosing each other. The swash plates of both nodes face each other. The mechanism for converting the swinging movement of each of the washers into a rotational one is a hollow shaft inserted between the swinging washers of both stages and having elements on the side surfaces facing the swinging washers that cause the washers to precess. Such elements can be oblique cranks with the same or opposite inclination, on which swinging washers are mounted through bearings. With the same slope of the oblique cranks, the washers swing synchronously, with the opposite - in antiphase. The elements that cause the precession of the pucks can be done differently. On the side surfaces facing each other in each pair, a hollow shaft is a swinging washer, an annular groove and an annular protrusion are made, mating with each other by means of two diametrically opposite balls. Balls are located between the walls of the groove and the protrusion on opposite sides of the latter. The washers of both stages are connected to each other by a rotation transmission unit, so that the transmitting unit of the second stage simultaneously functions as a mechanism for transmitting the rotational motion of the swinging washer to the shaft directly connected to the holder of the transmitting unit of the second stage.
Двухступенчатый преобразователь скорости может быть выполнен из двух передающих узлов коаксиальной конфигурации, расположенных последовательно друг за другом вдоль одной оси. В этом случае качающиеся шайбы обеих ступеней связаны узлом передачи вращения между параллельными валами, а механизмы преобразования качающегося движения шайб во вращение вала могут быть выполнены так же, как и для одноступенчатого преобразователя, и должны обеспечивать синхронную прецессию шайб. В результате, качающиеся шайбы во время прецессии параллельны друг другу. Такой преобразователь при внешней схожести с двухступенчатым преобразователем по патенту US №5443428, принципиально отличается от него тем, что периодические дорожки качения на обеих качающихся шайбах расположены в экваториальной области. То есть, цепочки шариков обеих ступеней участвуют в прецессии относительно точки, лежащей в плоскости цепочки шариков и в их движении отсутствует нутирующая компонента. Это значительно упрощает требования к форме и точности выполнения дорожек качения для полного устранения шума и вибраций.A two-stage speed converter can be made of two transmitting nodes of a coaxial configuration located sequentially one after another along the same axis. In this case, the swinging washers of both stages are connected by a rotation transfer unit between the parallel shafts, and the mechanisms for converting the swinging movement of the washers into rotation of the shaft can be performed in the same way as for a single-stage converter, and must ensure synchronous precession of the washers. As a result, the swinging washers during the precession are parallel to each other. Such a converter with external similarity to the two-stage converter according to US patent No. 5443428 differs fundamentally from it in that the periodic raceways on both swinging washers are located in the equatorial region. That is, the chains of balls of both steps participate in the precession with respect to a point lying in the plane of the chain of balls and there is no nutting component in their motion. This greatly simplifies the requirements for the shape and accuracy of the raceways to completely eliminate noise and vibration.
Узел передачи вращения между параллельными валами может быть выполнен по любой из известных схем. Хорошо подходит для этих целей механизм с параллельными кривошипами. Наиболее предпочтительным с точки зрения уменьшения потерь на трение является механизм с параллельными кривошипами с шариковым зацеплением, как, например, в патентах US №4829851 или US №4643047. Этот же узел может быть выполнен и в виде вала, с которым каждая из качающихся шайб связана крестовиной. Для последнего преобразователя разработан оригинальный механизм для преобразования качающегося движения шайб во вращательное движение и наоборот. Он представляет собой обойму, расположенную по оси между ступенями преобразователя и снабженную наружным кольцевым выступом. Обойма выполнена с двумя косыми параллельными кривошипами, на которых с помощью подшипников посажены качающиеся шайбы. Кольцевой выступ выступает за пределы внешних обойм обоих передающих узлов преобразователя и его наружный венец выполнен как элемент червячной, конической зубчатой или фрикционной передачи. Такой механизм передает качающееся движение шайб к валу, ось которого перпендикулярна к общей оси передающих узлов. То есть преобразователь скорости предназначен для передачи вращения между скрещивающимися валами.The rotation transfer unit between the parallel shafts can be made according to any of the known schemes. A mechanism with parallel cranks is well suited for these purposes. Most preferred from the point of view of reducing friction losses is a mechanism with parallel ball-crank cranks, as, for example, in US patents No. 4829851 or US No. 4643047. The same assembly can also be made in the form of a shaft with which each of the swinging washers is connected by a cross. An original mechanism has been developed for the latter converter to convert the swaying motion of the washers into rotational motion and vice versa. It is a cage located along the axis between the steps of the transducer and provided with an outer annular protrusion. The cage is made with two oblique parallel cranks, on which swing washers are mounted with bearings. The annular protrusion extends beyond the outer casing of both transmitting nodes of the Converter and its outer rim is made as an element of a worm, bevel gear or friction gear. Such a mechanism transfers the swaying movement of the washers to the shaft, the axis of which is perpendicular to the common axis of the transmitting nodes. That is, the speed converter is designed to transmit rotation between the crossing shafts.
Двухступенчатый преобразователь скорости с последовательным расположением ступеней можно выполнить с шайбами, качающимися в противофазе. В этом случае качающиеся шайбы обеих ступеней связаны механизмом передачи вращения между наклонными валами, а механизм передачи качающегося движения обеспечивает противофазную прецессию шайб.A two-stage speed converter with a sequential arrangement of steps can be performed with washers swinging in antiphase. In this case, the swinging washers of both steps are connected by a rotation transmission mechanism between the inclined shafts, and the swinging transmission mechanism provides antiphase precession of the washers.
Следует отметить, что преобразователи скорости, выполненные по изобретению, эффективны только при небольших углах γ наклона качающейся шайбы. В противном случае, для передачи вращения между деталями, наклоненными друг к другу под большими углами, потребуется механизм, который значительно снизит эффект от отсутствия проскальзывания шариков в самом передающем узле. В то же время, для некоторых вариантов передающего узла угол γ для выполнения соотношений (1) и (2) может оказаться достаточно большим. Обойти это противоречие позволяет передающий узел с качающейся шайбой, в котором обе обоймы являются качающимися шайбами. В этом случае в соотношениях (1) и (2) под углом γ следует понимать угол наклона шайб друг к другу. В то же время каждая из шайб имеет наклон к оси передающего узла в два раза меньший. Соответственно уменьшается и угол в механизме передачи вращения.It should be noted that the speed converters made according to the invention are effective only at small angles γ of inclination of the swash plate. Otherwise, to transfer rotation between parts inclined to each other at large angles, a mechanism is required that will significantly reduce the effect of the absence of slipping of balls in the transmitting unit itself. At the same time, for some versions of the transmitting node, the angle γ for fulfilling relations (1) and (2) may turn out to be quite large. To avoid this contradiction allows the transmitting node with a swinging washer, in which both cages are swinging washers. In this case, in relations (1) and (2), the angle γ should be understood as the angle of inclination of the washers to each other. At the same time, each of the washers has an inclination to the axis of the transmitting unit that is two times smaller. Accordingly, the angle in the rotation transmission mechanism decreases.
Такой передающий узел может быть положен в основу множества различных схем дифференциальных преобразователей скорости с разными функциональными возможностями. В общем случае дифференциальный преобразователь скорости содержит по меньшей мере три соосных полых вала, образующих коаксиальную конструкцию из обойм в виде подшипникового узла, а также передающий узел с двумя качающимися шайбами. Качающиеся шайбы связаны с одним из валов механизмом независимого преобразования качающегося движения во вращательное и наоборот, а с другими двумя валами шайбы связаны узлами передачи вращения между наклонными валами.Such a transmitting unit can be the basis of many different schemes of differential speed converters with different functionalities. In general, a differential speed transducer comprises at least three coaxial hollow shafts forming a coaxial cage structure in the form of a bearing assembly, as well as a transmitting assembly with two swinging washers. The swinging washers are connected to one of the shafts by a mechanism for independently converting the swinging motion into rotational motion and vice versa, and with the other two shafts the washers are connected by rotation transmission units between the inclined shafts.
Прецессию качающихся шайб можно возбуждать в противофазе. Преобразователь скорости в этом случае будет работать аналогично преобразователю с одной качающейся шайбой, только угол наклона между шайбами, определяющий угловые характеристики дорожек качения, будет равен сумме углов прецессии каждой из шайб. Такая модификация позволяет уменьшить угол прецессии каждой качающейся шайбы при сохранении прежнего угла наклона шайб друг к другу. Это упрощает требования к механизмам преобразования качающегося движения шайб во вращательного движение вала и улучшает условия их работы. В то же время, уменьшение угла прецессии, т.е. угла наклона каждой шайбы к оси преобразователя, упрощает требования к узлам передачи вращения между наклонными валами и позволяет им передавать более высокий момент при прочих равных условиях.The precession of the swinging washers can be excited in antiphase. The speed converter in this case will work similarly to the converter with one swinging washer, only the angle of inclination between the washers, which determines the angular characteristics of the raceways, will be equal to the sum of the precession angles of each of the washers. This modification allows you to reduce the precession angle of each swinging washer while maintaining the same angle of inclination of the washers to each other. This simplifies the requirements for the mechanisms for converting the oscillating motion of the washers into rotational motion of the shaft and improves their working conditions. At the same time, a decrease in the angle of precession, i.e. the angle of inclination of each washer to the axis of the converter, simplifies the requirements for the transmission units of rotation between the inclined shafts and allows them to transmit a higher moment, all other things being equal.
Механизм преобразования качающегося движения шайб в этом случае может быть выполнен в виде двух коаксиальных связанных друг с другом полых валов, один из которых расположен снаружи внешней качающейся шайбы, а второй внутри внутренней качающейся шайбы. В каждой паре полый вал - качающаяся шайба на их обращенных друг к другу боковых поверхностях выполнены дорожка качения и кольцевой выступ, сопрягающиеся друг с другом посредством двух диаметрально противоположных шариков, расположенных между стенками канавки и выступом с противоположных сторон от последнего. Шарики в каждой паре расположены так, что шайбы имеют противоположный наклон.The mechanism for converting the swinging motion of the washers in this case can be made in the form of two coaxial hollow shafts connected to each other, one of which is located outside the outer swinging washer, and the second inside the inner swinging washer. In each pair, the hollow shaft is a swinging washer on their lateral surfaces facing each other, a raceway and an annular protrusion are made, mating with each other by two diametrically opposite balls located between the walls of the groove and the protrusion on opposite sides of the latter. The balls in each pair are arranged so that the washers have an opposite inclination.
Такого же результата можно добиться, если на обращенных к качающимся шайбам поверхностях связанных друг с другом полых валов выполнить косые кривошипы с противоположным наклоном, взаимодействующие с качающимися шайбами через подшипники.The same result can be achieved if oblique cranks with opposite slope are executed on the surfaces of the hollow shafts facing the swinging washers, interacting with the swinging washers through bearings.
Для расширения функциональных возможностей преобразователя механизм преобразования качающегося движения шайб во вращение вала целесообразно выполнить из двух отдельных, независимых друг от друга элементов, каждый из которых связан с отдельным валом преобразователя. Полученный преобразователь будет иметь дополнительный входной вал. При равенстве фаз и скоростей прецессии качающихся шайб (т.е. двух входных скоростей) на выходе механизма получим нулевую скорость. При противоположном направлении входных скоростей, либо при противоположной фазе прецессии механизм будет работать как преобразователь скорости с двумя входами и двумя выходами с разным соотношением скоростей на них.To expand the functionality of the converter, the mechanism for converting the oscillating motion of the washers into rotation of the shaft should be made of two separate, independent from each other elements, each of which is connected with a separate shaft of the converter. The resulting converter will have an additional input shaft. If the phases and velocities of the precession of the swaying washers (i.e., two input speeds) are equal, we obtain a zero velocity at the output of the mechanism. With the opposite direction of the input speeds, or with the opposite phase of the precession, the mechanism will work as a speed converter with two inputs and two outputs with a different ratio of speeds on them.
Краткое описание фигур чертежей.A brief description of the figures of the drawings.
Изобретение иллюстрируется графическими материалами, где на фиг.1 схематически представлен шариковый фрикционно-планетарный передающий узел в дисковой модификации, а на фиг.2 - схема, иллюстрирующая в развертке взаимодействие дорожек качения и шариков для этого узла. Фиг.3, 4, 5 и 6 показывают различное выполнение профиля дорожек качения для расширения диапазона передаточных отношений. На фиг.7 дан в сечении общий вид преобразователя скорости с таким передающим узлом.The invention is illustrated by graphic materials, in which Fig. 1 schematically shows a ball-friction-planetary transmitting unit in disk modification, and Fig. 2 is a diagram illustrating in a scan the interaction of raceways and balls for this unit. Figures 3, 4, 5, and 6 show various profile designs of raceways to expand the range of gear ratios. In Fig.7 is given in cross section a General view of the speed Converter with such a transmitting node.
Фиг.8-19 иллюстрируют различные конструктивные варианты шарикового фрикционно-планетарного передающего узла в коаксиальном исполнении, причем на фиг.8, 10, 12, 14, 16, 18 дан общий вид вариантов передающего узла, а на фиг.9, 11, 13, 15, 17 и 19 представлены схемы взаимодействия их дорожек качения с шариками.Figs. 8-19 illustrate various structural variants of a ball-friction-planetary transmitting unit in coaxial design, with Figs. 8, 10, 12, 14, 16, 18 showing a general view of variants of the transmitting unit, and Figs. 9, 11, 13 , 15, 17, and 19 are diagrams of the interaction of their raceways with balls.
На фиг.20 изображено осевое сечение передающего узла с периодическими дорожками качения, а на фиг.21 - схема, иллюстрирующая связь угла наклона качающейся шайбы, углов наклона фронтов периодических дорожек качения и угла между дорожками качения в месте контакта с шариком. На фиг 22-27 в боковой развертке представлены схемы взаимодействия дорожек качения и шариков для разных вариантов передающего узла с периодическими дорожками качения. Схемы на фиг.22 и 23 иллюстрируют возможность выполнения углового условия выбором числа периодов дорожек качения при одинаковом угле наклона качающейся шайбы и одинаковых амплитудах дорожек качения. Схемы на фиг.24 и 25 показывают, что можно выполнить угловое условие, изменяя амплитуду дорожек качения при неизменности числа периодов. И, наконец, на схемах 26 и 27 показано, как можно добиться выполнения углового условия, изменяя угол наклона качающейся шайбы. На фиг.28 и 29 представлены соответственно осевое сечение и схема взаимодействия дорожек качения с шариками для передающего узла, в котором одна из периодических дорожек качения выполнена прерывистой, в виде разнесенных по окружности меридиональных канавок. На фиг.30 и 31 показано осевое сечение и схема взаимодействия звеньев передающего узла с обоймой из двух отдельных элементов.In Fig.20 shows an axial section of the transmitting node with periodic raceways, and Fig.21 is a diagram illustrating the relationship of the angle of inclination of the swash plate, the angle of inclination of the fronts of the periodic raceways and the angle between the raceways at the point of contact with the ball. On Fig.22-27 in a side scan presents a diagram of the interaction of the raceways and balls for different versions of the transmitting node with periodic raceways. The diagrams in FIGS. 22 and 23 illustrate the possibility of fulfilling an angular condition by choosing the number of periods of the raceways at the same angle of inclination of the swash plate and the same amplitudes of the raceways. The diagrams in Figs. 24 and 25 show that it is possible to fulfill the angular condition by changing the amplitude of the raceways with the same number of periods. And finally, diagrams 26 and 27 show how you can achieve the fulfillment of the angular condition by changing the angle of inclination of the swash plate. On Fig and 29 are respectively an axial section and a diagram of the interaction of the raceways with balls for the transmitting node, in which one of the periodic raceways is made intermittent, in the form of meridional grooves spaced around the circumference. On Fig and 31 shows an axial section and a diagram of the interaction of the links of the transmitting node with a clip of two separate elements.
На фиг.32, 33, 34, 35 в осевом сечении показаны дифференциальные преобразователи скорости с коаксиальным передающим узлом, отличающиеся друг от друга механизмами преобразования качающегося движения шайбы во вращение вала и узлами передачи вращения качающейся шайбы независимо от ее качающегося движения (узлами передачи вращения между наклонными валами).On Fig, 33, 34, 35 in axial section shows differential speed transducers with a coaxial transmitting node, differing from each other by mechanisms for converting the swaying motion of the washer into rotation of the shaft and the transmission units of rotation of the swash plate regardless of its swinging movement (rotation transfer between inclined shafts).
На фиг.36, 37 изображен двухступенчатый преобразователь с передающими узлами ступеней, реализованных на одной качающейся шайбе. Преобразователи отличаются друг от друга только выполнением механизма преобразования качающегося движения шайбы во вращение вала.On Fig, 37 depicts a two-stage Converter with transmitting nodes of the steps implemented on one swinging washer. The converters differ from each other only in the implementation of the mechanism for converting the oscillating motion of the washer into rotation of the shaft.
Двухступенчатые преобразователи на фиг.38 и 39 состоят из двух охватывающих друг друга передающих узлов и отличаются друг от друга механизмом преобразования качающегося движения во вращение вала.The two-stage converters in Figs. 38 and 39 consist of two transmitting nodes spanning each other and differ from each other in the mechanism for converting the oscillating motion into rotation of the shaft.
Фиг.40, 41, 42, 43 - это различные модификации двухступенчатого преобразователя с последовательным расположением ступеней.40, 41, 42, 43 are various modifications of a two-stage converter with a sequential arrangement of steps.
На фиг.44 схематически представлен предающий узел с двумя качающимися шайбами, а на фиг.45, 46, 47 - принципиальные схемы вариантов преобразователей на основе этого передающего узла.On Fig schematically presents the transmitting node with two swinging washers, and on Fig, 46, 47 - schematic diagrams of the variants of converters based on this transmitting node.
Следует отметить, что все разновидности конструкций преобразователя, соответствующие изобретению, не ограничиваются приведенными чертежами.It should be noted that all types of converter designs corresponding to the invention are not limited to the drawings.
Варианты осуществления изобретения.Embodiments of the invention.
Передающий узел на фиг.1 содержит два тела вращения 1 и 2, выполненные в виде дисков, с кольцевыми замкнутыми дорожками качения 3 и 4 на обращенных друг к другу поверхностях. Диск 2 выполнен с возможностью прецессии. Для этого его ось вращения ОО' наклонена к оси СС' передающего узла, и диск 2 вращается вокруг собственной оси вращения OO', а также качается относительно оси СС' независимо от вращения, т.е. диск 2 является качающейся шайбой. В контакте с дорожками качения 3 и 4 находится тело качения 5, в данном случае шарик. На фиг 2 показана схема взаимодействия шарика 5 с дорожками качения 3 и 4. Цифрами 6 и 7 обозначены линии движения центра шарика 5 относительно дисков 1 и 2. Угол γ наклона качающейся шайбы 2 к диску 1 выбирается таким, чтобы угол φ между дорожками качения 3 и 4 в месте контакта с шариком 5 не превышал угла самозаклинивания шарика. Самозаклинивание тел качения широко применяется в, так называемых, обгонных муфтах или муфтах свободного хода (см., например, Поляков B.C., Барабаш И.Д. Муфты. Л.: Машиностроение, 1973, с.225). Под углом самозаклинивания понимается угол между двумя поверхностями, при котором тело качения за счет фрикционных сил закатывается в узкую часть клина и зажимается между поверхностями. Угол самозаклинивания тел качения зависит от коэффициентов трения тела качения относительно дорожек качения, которые, в свою очередь, зависят от материала и качества обработки поверхности тел и дорожек качения. Как показали наши исследования, угол (целесообразно выбирать из диапазона 0,1-10 градусов. Однако в отдельных случаях, например, для тел качения из упругого материала, или для дорожек качения с фрикционным покрытием он может составлять и 15-17 градусов. При вращении одного из дисков (для примера, диска 1) относительно другого шарик 5 будет закатываться в узкую часть клина между дорожками 3 и 4. В отличие от обгонной муфты, заклинивания шарика в нашем передающем узле не произойдет, так как шайба 2 и шарик 5 имеют по две степени свободы. Под действием давления шарика 5 на дорожку 4 шайба 2 начнет качаться. Перемещение центра шарика по орбите происходит со скоростью, в два раза меньшей, чем скорость точки на поверхности шарика в месте его контакта с дорожкой 3. Планетарное движение шарика вызовет качающееся движение шайбы, которое будет происходить с угловой скоростью, в два раза меньшей входной скорости вращения, т.е. передаточное отношение узла составляет 2:1. Наклонное положение качающейся шайбы 2 приводит к тому, что шарик 5 оказывается постоянно прижатым к поверхности дорожек качения 3 и 4 без дополнительных прижимных механизмов, которые необходимы в обычных шариковых фрикционно-планетарных передающих узлах. При увеличении нагрузки или износе дорожек качения шарик 5 проскальзывает в более узкую часть клина между дорожками 3 и 4, и прижимное усилие автоматически увеличивается. Таким образом, передающий узел работает без проскальзывания шарика, т.к. скорость планетарного перемещения шарика 5 по орбите согласована со скоростью его вращения относительно собственной оси. Угол (наклона качающейся шайбы связан с углом φ между дорожками качения соотношением: tgγ=π/2tgφ, т.е. при выборе угла (из диапазона 0,1-10 градусов, угол наклона качающейся шайбы следует выбирать в диапазоне 0,2-15 градусов.The transmitting node in figure 1 contains two bodies of
Как и в обычной шариковой фрикционно-планетарной передаче, в предлагаемом узле можно увеличить диапазон передаточных отношений, изменяя эффективные радиусы качения R1 и R2 тела качения 5 по дорожкам 3 и 4 (см. фиг.3, 4 и 5). Для этого профили поперечного сечения дорожек 3 и 4 выполняются такими, чтобы радиусы качения шарика R1 и R2 по дорожкам 3 и 4 были не одинаковы. Передаточное отношение i12 от диска 1 к диску 2 составляет i12=R1/R2. Фиг.5 иллюстрирует случай, когда разница возникает при выполнении тела качения в виде ступенчатого ролика, контактирующего с дорожками качения 3 и 4 ступенями 6 и 7 с разным диаметром. Фиг.6 показывает, как можно сделать передающий узел с автоматической регулировкой величины передаваемого момента. Внешняя кольцевая часть любого из дисков (в данном случае диска 1) с дорожкой качения на ней, выполняется так, что боковые стенки 8 дорожки качения упруго подвижны относительно друг друга. Другими словами, дорожка качения в сечении может изменять радиус кривизны. На фиг.6 подвижность боковых стенок 8 дорожки обеспечивается двумя кольцевыми пережимами 9. При увеличении нагрузки на выходном валу шарик 5 перемещается по окружности в более узкую часть клина между дорожками качения, отжимая при этом стенки 8 дорожки качения 3 друг от друга. Точка контакта шарика с дорожкой 3 перемещается из точки В к точке С, увеличивая эффективный радиус качения R1 шарика 5 по дорожке 3. Это увеличение вызовет увеличение передаточного отношения и передаваемого момента.As in a conventional ball friction-planetary gear, in the proposed site, you can increase the range of gear ratios by changing the effective rolling radii R 1 and R 2 of the rolling
Дифференциальный преобразователь скорости с дисковым фрикционно-планетарным узлом (см. фиг.7) содержит вал 10, жестко связанный с телом вращения 1, и вал 11, связанный с качающейся шайбой 2 механизмом преобразования ее качающегося движения во вращение вала 11. Этот механизм в данном случае представляет собой торцевой кулачок 12, взаимодействующий с качающейся шайбой 2 через подшипник 13. Третьим звеном в преобразователе служит корпус, образованный двумя фланцами 14 и 15. Качающаяся шайба 2 связана с корпусом 14 узлом, предотвращающим ее вращение, при сохранении качающегося движения. Этот узел представляет собой стержни 16 проходящие сквозь отверстия в периферийной кольцевой части 17 качающейся шайбы 2. Стержни 16 стягивают фланцы 14 и 15 между собой. Отверстия для стержней 16 в качающейся шайбе имеют размеры, допускающие перекосы при качающемся движении шайбы. Валы 10 и 11 посажены в корпусных фланцах 14 и 15 с помощью подшипников 18 и 19.The differential speed converter with a disk friction-planetary unit (see Fig. 7) contains a
Передающий фрикционно-планетарный узел коаксиальной модификации содержит обойму 20 и качающуюся шайбу 21, которые охватывают друг друга. На фиг.8, 10 и 12 изображены передающие узлы, в которых качающаяся шайба 21 охватывает обойму 20 снаружи. Следует отметить, что вполне работоспособна обращенная компоновка узлов, когда качающаяся шайба 21 размещена внутри обоймы 20. Сопрягающиеся боковые поверхности 22 и 23 обоймы 20 и шайбы 21 выполнены в виде сферического пояса с центром сферы (точка С) в центре симметрии обеих деталей. Качающаяся шайба 21 установлена с возможностью прецессии относительно точки С. На сопрягающихся боковых поверхностях 22 и 23 выполнены дорожки качения 24 и 25. Дорожка 25 на качающейся шайбе 21 представляет собой кольцевую канавку, выполненную по экваториальной линии сферической поверхности качающейся шайбы. Дорожка 24 - это кольцевая канавка, сдвинутая от экваториальной линии сферической поверхности 22 на расстояние, равное половине размаха качающегося движения шайбы 21. Обе канавки в поперечном сечении имеют форму полукруга, и в месте их пересечения расположен шарик 26, находящийся в постоянном контакте с обеими кольцевыми канавками. Цифрами 27 и 28 обозначено местоположение средних линий канавок 24 и 25 в боковой развертке.The transmitting friction-planetary unit of the coaxial modification contains a
В другой модификации этого передающего узла (фиг.10) на обойме 20 выполнены две симметричные параллельные кольцевые канавки 24 и 29, расположенные по обе стороны от экватора на расстоянии от него, равном половине размаха качающейся шайбы 21. В местах пересечения канавок 24 и 29 с канавкой 25 на качающейся шайбе 21 расположены два шарика 26 и 30. В схеме на фиг.11 цифрой 31 обозначена средняя линия канавки 29.In another modification of this transmitting unit (Fig. 10), two symmetrical parallel
На фиг.12 канавка 32 на обойме 20 расположена по ее экватору и зацепляется с канавкой 25 на качающейся шайбе двумя диаметрально противоположными шариками 33, расположенными в местах пересечения дорожек 32 и 25. На фиг.13 это точки пересечения средних линий 28 и 34 канавок 25 и 32.In Fig. 12, the
Узел на фиг.14 объединяет два предыдущих варианта. Здесь на обойме 20 выполнены три кольцевые канавки 24, 29 и 32, параллельные друг другу. Шарики 26, 30 и два шарика 33 расположены в канавках в местах их пересечения с канавкой 25 на качающейся шайбе. Здесь следует отметить, что канавок на обойме может быть и больше, главное, чтобы они были параллельны друг другу и лежали в плоскостях, перпендикулярных оси вращения обоймы 20, а шарики должны быть расположены в местах пересечения этих канавок с канавкой 25 на качающейся шайбе. При этом шарики 33, которые зацепляются с канавкой 32, выполненной по линии большого круга сферы, расположены по окружности кольцевых канавок диаметрально противоположно друг другу. Т.е. система шариков будет уравновешенной. Для остальных канавок шарики не будут уравновешивать друг друга, поэтому для каждой канавки, расположенной по одну сторону экватора на обойме, целесообразно выполнить симметричную ей канавку по другую сторону экватора.The node in Fig. 14 combines the two previous options. Here, on the
На фиг.16 представлен вариант узла, в котором на качающейся шайбе выполнены две кольцевые канавки 35 и 36, расположенные по разные стороны от экваториальной линии шайбы и на расстоянии от нее, равном половине размаха качающейся шайбы. На обойме канавка 32 выполнена по линии большого круга сферической поверхности и зацепляется с канавками 35 и 36 двумя шариками 26 и 30, расположенными в местах пересечения средних линий 37 и 38 дорожек 35 и 36 со средней линией 34 дорожки 32.On Fig presents a variant of the site, in which on the swinging washer made two
В принципе, возможен вариант с системой канавок на качающейся шайбе и системой канавок на обойме. Он увеличивает количество шариков, взаимодействующих с телами вращения. Увеличение количества шариков распределяет силовые потоки на большее количество взаимодействующих элементов и увеличивает предельный момент, передаваемый узлом при прочих равных условиях.In principle, a variant with a groove system on a swash plate and a groove system on a clip is possible. It increases the number of balls interacting with bodies of revolution. An increase in the number of balls distributes the power flows to a larger number of interacting elements and increases the ultimate moment transmitted by the assembly, ceteris paribus.
Обойма 20 может быть выполнена из отдельных колец 39, 40, 41, на каждом из которых выполнена одна дорожка качения (см. фиг.18 и 19). Кольца могут вращаться вокруг общей оси независимо друг от друга. У такого передающего узла увеличивается число входных и выходных элементов, что расширяет его функциональные возможности. Особенности работы преобразователей с такими передающими узлами будут рассмотрены ниже.The
Передающий узел с качающейся шайбой с периодическими дорожками качения представляет собой две охватывающие друг друга обоймы 42 и 43. Обойма 43 выполнена с возможностью вращения вокруг оси BB1, наклонной к оси ОО1 передающего узла, и с возможностью прецессии относительно точки С, являющейся точкой пересечения осей. То есть, обойма 43 является качающейся шайбой. Боковые, обращенные друг к другу поверхности обоймы 42 и качающейся шайбы 43, выполнены в виде сферического пояса радиуса R, с центром сферы в точке С. На этих поверхностях в экваториальной области выполнены периодические по азимуту дорожки качения 44 и 45, зацепляющиеся друг с другом посредством цепочки шариков 46. Одна или обе дорожки качения представляют собой замкнутые периодически изогнутые в осевом направлении канавки полукруглого поперечного сечения. Угол γ наклона качающейся шайбы 43, а также формы периодических дорожек 44 и 45 выбраны такими, чтобы углы наклона дорожек друг к другу в месте соприкосновения их с телами качения 46 не превышали угла самозаклинивания тел качения. На фиг.21 схематически показаны фронты 47 и 48 дорожек качения 44 и 45. При одном полном качающемся движении шайбы 43 цепочка шариков 46 прецессирует вместе с качающейся шайбой, и каждый шарик, взаимодействуя с фронтом 48 волновой дорожки 45, перемещается по окружности относительно обоймы 42 на угол, соответствующий периоду дорожки качения 45. В то же самое время шарики 46 как кулачки давят на фронт 47 волновой дорожки 44 на обойме 42 и вызывают ее поворот относительно цепочки шариков 46 на угол, соответствующий периоду дорожки качения 44. Общий поворот одной из обойм относительно другой при полном цикле качающегося движения шайбы будет происходить на угол, равный сумме или разности этих поворотов, в зависимости от того, на какой фронт действуют шарики. Таким образом, передаточное отношение i узла определяется выражением:The transmitting unit with a swinging washer with periodic raceways is two
где N1 и N2 - числа периодов дорожек качения 44 и 45. Выполнение углового условия обеспечивает нахождение каждого шарика в клиновидной щели между двумя наклонными поверхностями S1 и S2 с углом между ними, меньшим угла самозаклинивания шариков. При перемещении одной из них, например, при скольжении S2 относительно S1, (что соответствует качающемуся движению шайбы 43) шарики 46 закатываются в узкую часть клина между поверхностями S1 и S2 без проскальзывания и давят на фронт 47 волновой дорожки 44, заставляя ее поворачиваться, как это было описано выше. В то же время, возникающие при качении заклинивающегося шарика фрикционные силы взаимодействия его с одной из поверхностей заставляют ее поворачиваться относительно цепочки шариков. Так как цепочка шариков 46 и качающаяся шайба 43 имеют по две степени свободы, то обкатное движение шариков по орбите и перемещения обойм под действием фрикционных сил и сил давления согласованы друг с другом, т.е. шарики будут катиться в волновых дорожках 44 и 45 без скольжения.where N 1 and N 2 are the number of periods of the
В заявке WO 008201043 в качестве условия чистого качения шарика принято выравнивание пути, проходимого шариком относительно дорожки 45 на качающейся шайбе 43 и относительно дорожки 44 на обойме 42. Однако это условие не является достаточным. При углах между дорожками качения в месте контакта с шариками больших, чем угол самозаклинивания шариков, (как это изображено на чертежах и схемах в заявке WO 008201043) шарик выскользнет из клина и будет удерживаться в месте пересечения дорожек только их противоположными стенками 49 и 50, т.е. шарик будет являться только кулачком. На фиг.21 область нахождения шарика в этом случае показана штриховкой. Очевидно, что в этом случае шарик будет обязательно проскальзывать относительно какой-либо из поверхностей (47, 48, 49 или 50), а наличие допустимой области, большей чем размеры шариков, вызовет их биения и повышенный износ.In WO 008201043, as a condition for the ball to roll cleanly, the alignment of the path traveled by the ball with respect to track 45 on the
Угол φ наклона дорожек качения друг к другу зависит от углов α и β наклона фронтов 47 и 48 дорожек качения 44 и 45 к экваториальной линии на обойме 42 и качающейся шайбе 43 соответственно и от угла наклона γ качающейся шайбы, и определяется как:The angle φ of the inclination of the raceways to each other depends on the angles α and β of the inclination of the
или or
Как было показано выше, для обычных конструкционных материалов угол самозаклинивания лежит в пределах 0,1-10°, поэтому для угла φ должно выполняться условие As shown above, for ordinary structural materials, the self-jamming angle lies in the range 0.1–10 °; therefore, the condition φ must be satisfied
В общем случае углы α и β зависят от амплитуд изгиба и от числа периодов дорожек качения. Числа периодов N1 и N2 дорожек качения на обойме 42 и качающейся шайбе 43 связаны друг с другом, так как целое число периодов должно укладываться на одной и той же окружности радиуса R. В заявке WO 008201043 указано, что числа периодов дорожек качения должны отличаться от числа шариков на единицу, а друг от друга на 2, при этом число шариков должно быть кратным 4. Наши исследования показали, что число периодов N1 и N2 дорожек качения и число шариков n связаны соотношениями:In the general case, the angles α and β depend on the amplitudes of the bend and on the number of periods of the raceways. The numbers of periods N 1 and N 2 of the raceways on the
где k и q - целые числа или числа вида 1/m, где m - число, на которое число шариков делится без остатка. Число шариков, как уже было сказано ранее, может быть любым.where k and q are integers or numbers of the
Таким образом, в нашем случае из всего многообразия сочетаний чисел N1 и N2, удовлетворяющих условию (7), следует выбрать такие, при которых выполняется неравенство (6). Фиг.22 и 23 иллюстрируют возможность изменением N1 и N2 добиться уменьшения угла φ. Цифрами 51 и 52 обозначены средние линии дорожек качения 44 и 45 на обойме 42 и качающейся шайбе 43 соответственно. 53 - это линия, по которой перемещается точка на поверхности качающейся шайбы при ее прецессии. Цифрой 54 показана траектория перемещения шариков 46. Амплитуда дорожек качения и угол наклона качающейся шайбы 43 на обеих фигурах одинаковы. В первом случае при N1=3, N2=13 и n=4 углы между дорожками качения, по крайней мере, в двух местах расположения шариков 46 превышают углы самозаклинивания. На фиг.23 средние линии дорожек качения 51 и 52 во всех местах расположения шариков 46 пересекаются под углами, меньшими, чем угол самозаклинивания. Числа периодов дорожек качения и число шариков составляют соответственно 3, 9 и 4.Thus, in our case, from the whole variety of combinations of numbers N 1 and N 2 satisfying condition (7), one should choose those for which inequality (6) holds. Figures 22 and 23 illustrate the possibility by changing N 1 and N 2 to achieve a decrease in the angle φ. The
Регулировать угол φ можно также изменением амплитуд дорожек качения, либо изменяя угол наклона качающейся шайбы при одном и том же числе периодов дорожек качения. Эти ситуации иллюстрируют фиг.24, 25, 26 и 27. На фиг.24 и 25 показаны средние линии 51 и 52 дорожек качения с числом периодов 15 и 9 и числом шариков 8. Минимальный из углов пересечения дорожек качения на первой из фигур превышает 10 градусов, т.е. больше угла самозаклинивания. На фиг.25, при уменьшении амплитуды А1 изгиба дорожки качения на обойме 42 максимальный из углов пересечения дорожек не превышает угла самозаклинивания. В этом случае все шарики 46 будут работать в режиме самозаклинивания, т.е. без скольжения. Фиг.26 и 27 отличаются друг от друга только углом наклона γ качающейся шайбы 43. Очевидно, что в передающем узле по схеме 27 выполняется условие (4), и шарики будут двигаться без проскальзывания.You can also adjust the angle φ by changing the amplitudes of the raceways, or by changing the angle of inclination of the swash plate for the same number of periods of the raceways. These situations are illustrated in Figs. 24, 25, 26 and 27. In Figs. 24 and 25, the
Дорожка качения на одной из обойм может быть незамкнутой. На фиг.28 изображен передающий узел, у которого периодическая дорожка качения на обойме 42 выполнена в виде системы разнесенных по окружности отрезков канавок 55, расположенных вдоль меридианов сферической поверхности. На фиг.29 так же, как и на предыдущих схемах, цифрами 51 и 52 обозначены средние линии соответствующих дорожек качения. Очевидно, что такой передающий узел будет работать без проскальзывания шариков 46 при очень крутом фронте изгиба дорожки качения 45 и малых углах наклона качающейся шайбы 43, так как соответствующее условие в этом случае трансформируется в выражение φ=90°-α+γ<10. При этом не для всех шариков 46 будет выполняться условие чистого качения. Для шариков, находящихся в точках Е и F, условие самозаклинивание невыполнимо ни при каких значениях α, β или γ. Таким образом, в отличие от утверждения в описании заявки WO 008201043, что узел с меридиональными канавками на охватывающей детали будет работать без проскальзывания, мы утверждаем, что отдельные шарики в этой конструкции будут проскальзывать в любом случае. Если незамкнутая дорожка качения выполнена на качающейся шайбе 43, а замкнутая дорожка на обойме 42, то соответствующее угловое условие: φ=90°-β-γ<10 расширяет возможности для выбора углов β и γ, однако рассуждения о проскальзывании шариков в точках Е и F остаются в силе и для этого случая.The raceway on one of the cages may be open. On Fig depicts the transmitting node, in which the periodic raceway on the
В передающем узле на фиг.30 цепочка шариков 46 взаимодействует одновременно с тремя периодическими дорожками качения. Дорожка 45 на качающейся шайбе 43 незамкнутая и представляет собой разнесенные по окружности отрезки канавок. Обойма выполнена из двух отдельных независимо вращающихся частей, представляющих собой состыкованные торцами обоймы 56 и 57 одинакового диаметра. На внутренней боковой поверхности обойм по окружности их торцевого контакта выполнены периодические дорожки 58 и 59, имеющие разные периоды. На схеме фиг.31 средние линии дорожек 58 и 59 обозначены цифрами 60 и 61. Цифрой 52 обозначена средняя линия периодической дорожки качения 45 на качающейся шайбе 43. В данной модификации передающего узла эта дорожка качения выполнена прерывистой. Очевидно, что не все шарики 46 будут взаимодействовать с обоймами 56 и 57 одновременно. Шарики, расположенные слева и справа от зоны I на фиг.31 будут взаимодействовать с обоймой 56, а шарики в зоне I - с обоймой 57. Передаточное отношение узла зависит от соотношения чисел периодов всех трех дорожек качения, что расширяет диапазон его изменения.In the transmitting assembly of FIG. 30, a chain of
Рассмотрим теперь преобразователи скорости с вышеописанными передающими узлами. Преобразователь на фиг.32 реализован на передающем узле с замкнутыми периодическими дорожками качения на обойме 42 и качающейся шайбе 43. Он содержит три соосных полых вала 62, 63 и 64. Вал 62 связан с качающейся шайбой 43 механизмом преобразования вращения вала 62 в качающееся движение шайбы 43. Он представляет собой кольцевой выступ 65 на наружной боковой поверхности вала 62, сопрягающийся с кольцевой канавкой 66 на качающейся шайбе 43. Между противоположными стенками канавки 66 диаметрально противоположно друг другу и с разных сторон от кольцевого выступа 65 расположены два шарика 67. При вращении вала 62 шарики 67 катятся каждый по своей дорожке, образованной кольцевым выступом 65 и противоположными стенками канавки 66, вызывая качающееся движение шайбы 43. Механизм работает и в обратном направлении, т.е. качание шайбы вызовет вращение вала 62. Следует отметить, что в отличие от торцового кулачка в заявке WO 8201043, который передает усилие только в один полупериод качания шайбы, описанный выше механизм работает в оба полупериода. Вал 63 связан с качающейся шайбой 43 механизмом передачи ее вращения независимо от качающегося движения. В данной конструкции этот механизм представляет собой коническую зубчатую передачу 68. Третий вал преобразователя является непосредственно обоймой передающего узла с дорожкой качения 44 на его боковой поверхности. Полый вал 64 посажен на вал 62 с помощью подшипника 69. Вал 63 центрирован между валами 62 и 64 подшипниками 70 и 71. Цифрой 72 обозначен тонкостенный сепаратор, который необходим в отдельных передающих узлах для удержания шариков на одинаковом угловом расстоянии друг от друга в тех местах, где касательные к дорожкам качения в месте их пересечения параллельны (в точках В и D на фиг.23, 25 и 27). Сепаратор повторяет форму сопрягающихся поверхностей, т.е. также представляет собой сферический пояс. Гнезда сепаратора 72 образованы сквозными отверстиями. Здесь следует отметить, что сепаратор является необходимым элементом только для отдельных вариантов изготовления передающего узла. В частности, сепаратор не нужен для передающих узлов с высоким передаточным отношением и с высокой точностью изготовления дорожек качения. Преобразователь представляет собой дифференциальный механизм с двумя входами и одним выходом. В режиме редуктора входом является вал 62, один оборот которого вызывает одно полное качание шайбы 43. Если при этом один из валов 63 или 64 закрепить неподвижно, т.е. соединить с корпусом приводного механизма, то другой вал будет выходным. Если же один из валов 63 или 64 вращать со скоростью, отличающейся от скорости входного вала, то выходная скорость будет зависеть от соотношения скоростей на входах. В режиме мультипликатора входным должен быть любой из валов 63 или 64.We now consider speed converters with the above-described transmitting nodes. The converter in Fig. 32 is implemented on a transmitting unit with closed periodic raceways on a
Рассмотрим работу преобразователя в режиме редуктора. Для определенности пусть с корпусом будет соединен вал 64. Входным валом является вал 62, при вращении которого шарики 67 вовлекаются в обкатное движение по орбите и вызывают прецессию шайбы 43. Т.к. в передающем узле преобразователя обойма 42 неподвижна, то взаимодействие шариков 46 с дорожками качения 44 и 45 вызовет вращение шайбы 43 с передаточным отношением, определяемым выражением (3). Вращение шайбы через коническую зубчатую передачу 68 передается к выходному валу 63. Поскольку передающий узел преобразователя работает в условиях чистого качения шариков, то потери на трение, шум и износ минимальны. Следует отметить, что преобразователь с фрикционно-планетарным узлом будет работать так же, изменится только его передаточное отношение. В схеме преобразователя с передающими узлами, выполненными в соответствии с фиг.18 или 30, появляются дополнительные валы, непосредственно связанные с элементами обоймы. При этом увеличивается число возможных режимов работы преобразователя.Consider the operation of the converter in gear mode. For definiteness, let
В конструкции преобразователя на фиг.33 вал 63 является корпусной деталью и образован двумя фланцами 73 и 74, связанными друг с другом и корпусом. Качающаяся шайба 43 связана с фланцами 73 и 74 двумя торцевыми зубчатыми передачами 75 и 76. Использование двух зубчатых передач в качестве передающего вращение механизма повышает количество зубьев, находящихся во взаимодействии и увеличивает передаваемый момент. Валы 62 и 64 установлены во фланцах 73 и 74 с помощью подшипников 77, 78, 79, 80. В качестве механизма преобразования качающегося движения шайбы 43 во вращение вала 62 и наоборот использован коаксиальный фрикционно-планетарный передающий узел, аналогичный узлу, изображенному на фиг.10. В нем две кольцевых канавки 24 и 29 на валу 62 зацепляются посредством двух шариков 26 и 30 с канавкой 25 на качающейся шайбе 43. Вместо этого узла может быть использован любой из описанных выше коаксиальных фрикционно-планетарных узлов.In the construction of the converter of FIG. 33, the
Варианты преобразователей на фиг.34 и 35 отличаются друг от друга механизмами преобразования вращения вала 62 в качающееся движение шайбы 43 и механизмами передачи вращения от качающейся шайбы 43 к валу 63 независимо от качания шайбы. В преобразователе на фиг.34 первый из указанных механизмов выполнен на основе косого кривошипа 81 на валу 62, на который с помощью подшипника 82 посажена шайба 43. Для передачи усилия от косого кривошипа в оба полупериода качания шайбы подшипник 82 целесообразно выполнить радиально-упорным четырехточечным. Механизм передачи вращения представляет собой крестовину 83, с помощью которой качающаяся шайба 43 связана с полым валом 63. Подшипники 69 и 84 центрируют валы 62, 63 и 64 относительно друг друга. Механизм преобразования качающегося движения шайбы 43 во вращение вала 62 на фиг.35 подобен механизму на фиг 32, только кольцевой выступ 85 выполнен на шайбе 43, а кольцевая дорожка 86 - на боковой поверхности вала 62. В качестве механизма передачи вращения на фиг.35 использована система гибких тяг или шарниров 87, которая позволяет шайбе 43 качаться независимо от вращения вала 63.The versions of the converters in Figs. 34 and 35 differ from each other by mechanisms for converting the rotation of the
В двухступенчатых коаксиальных преобразователях скорости на фиг.36 и 37 передающие узлы обеих ступеней реализованы на одной качающейся шайбе 43. Один из передающих узлов образован периодическими дорожками качения 45 и 44 на боковых поверхностях качающейся шайбы 43 и полого вала 64, являющегося обоймой передающего узла, и цепочкой шариков 46. Узел преобразования вращения вала 62 в качающееся движение шайбы 43 представляет собой косой кривошип 81, на который через радиально-упорный четырехточечный подшипник 88 буртиком 89 посажена качающаяся шайба 43. Для надежной посадки шайбы с противоположного торца преобразователя введен аналогичный вал 90 с косым кривошипом 91, на который через такой же подшипник 92 буртиком 93 посажен противоположный торец шайбы 43. Передающий узел второй ступени образован периодическими дорожками 94, 95 и цепочкой шариков 96. Дорожка 95 выполнена на боковой поверхности шайбы 43, противоположной поверхности с дорожкой 45 первого передающего узла. Дорожка 94 выполнена на боковой поверхности полого вала 97, обращенной к качающейся шайбе 43. Цифрами 72 и 98 обозначены сепараторы передающих узлов обоих ступеней. Валы 62, 64, 90 и 97 преобразователя собраны в единый узел посредством подшипников 99, 100, 101 и 102, расположенных по торцам преобразователя. Валы 62 и 90 вращаются как один вал и вызывают качающееся движение шайбы 43.In the two-stage coaxial speed converters in FIGS. 36 and 37, the transmitting nodes of both stages are implemented on one
Вариант преобразователя скорости, изображенный на фиг.37, отличается от варианта на фиг.36 только механизмом преобразования качающегося движения шайбы 43 во вращение вала 62 и наоборот. Он представляет собой торцевые кулачки 103 и 104 на обращенных друг к другу торцах валов 62 и 90, взаимодействующие с торцами качающейся шайбы 43 через упорные торцевые подшипники 105 и 106. Использование двух противоположно лежащих торцевых кулачков также обеспечивает передачу усилия в оба полупериода качания шайбы 43. Этим описываемый преобразователь выгодно отличается от преобразователей в заявке WO 8201043, где все механизмы качания шайбы работают только в одном полупериоде.The embodiment of the speed converter shown in FIG. 37 differs from the embodiment in FIG. 36 only in the mechanism for converting the oscillating movement of the
Работает двухступенчатый преобразователь следующим образом. При вращении от внешнего привода одного из валов, например вала 62 (вместе с валом 90), шайба 43 начинает качаться. Вращение входного вала не передается качающейся шайбе, т.к. она развязана с валом подшипниками 88, 92 или 105, 106. Это движение шайбы 43 за счет взаимодействия дорожек качения 44 и 45 с шариками 46 вызовет поворот качающейся шайбы 43 относительно вала 64 на угол, определяемый соотношением периодов дорожек качения 44 и 45. При соблюдении условия самозаклинивания шариков 46 относительно дорожек 44 и 45 они будут катиться по дорожкам без проскальзывания. Передающий узел второй ступени, образованный периодическими дорожками качения 94 и 95 и шариками 96, будет работать аналогичным образом, только входным звеном для него будет качающаяся шайба 43, которая одновременно качается и вращается. Таким образом, для первой ступени преобразователя функцию узла, передающего вращение качающейся шайбы 43, будет выполнять передающий узел второй ступени. Выходным валом преобразователя в этом случае будет вал 97, скорость вращения которого относительно входного вала 62 будет определяться скоростью вращения вала 64 и соотношением чисел периодов дорожек качения передающих узлов первой и второй ступеней. Следует отметить, что входными или выходными валами могут быть любые из валов 62 (он же 90), 64 и 97. Преобразователь при этом будут работать как мультипликатор или редуктор (при неподвижном одном из валов), либо как дифференциальный преобразователь скорости в зависимости от соотношения скоростей на двух входных валах.The two-stage converter operates as follows. When rotating from an external drive of one of the shafts, for example shaft 62 (together with shaft 90), the
Коаксиальные двухступенчатые преобразователи на фиг.38 и 39 образованы двумя передающими узлами, расположенными один внутри другого. Передающий узел первой ступени образован качающейся шайбой 43 с периодической дорожкой качения 45, полым валом-обоймой 64 с периодической дорожкой 44 и цепочкой шариков 46. Механизм преобразования качающегося движения шайбы во вращение вала 62 представляет собой косой кривошип 81 с радиально-упорным четырехточечным подшипником 88, на который посажена шайба 43. Противоположная боковая поверхность вала 62 выполнена с косым кривошипом 107, внутри которого на таком же подшипнике 108 посажена качающаяся шайба 109 второй ступени. На внутренней боковой поверхности шайбы 109 реализован передающий узел второй ступени, образованный периодическими дорожками 110 и 111 на шайбе 109 и полом валу 112 и цепочкой шариков 113. Косые кривошипы 81 и 107 могут иметь противоположный наклон, как это показано на фиг.38, или одинаковый наклон. Соответственно шайбы 43 и 109 будут качаться в противофазе, либо синхронно. Первый вариант более предпочтителен, так как в нем шайбы сбалансированы по массе относительно оси преобразователя. Шайбы 43 и 109 связаны друг с другом узлом передачи вращения, независимо от их качающегося движения. На приведенных фигурах этот узел представляет собой гибкое кольцо 114. Валы 62, 64 и 112 на торцах соединены подшипниками 101 и 102.The coaxial two-stage converters in Fig. 38 and 39 are formed by two transmitting nodes located one inside the other. The transmitting unit of the first stage is formed by a swinging
Преобразователь на фиг.39 отличается механизмами преобразования качающегося движения шайб 43 и 109 во вращение вала 62. Эти механизмы выполнены в виде фрикционно-планетарных передающих узлов с дорожками качения 115 на противоположных боковых поверхностях вала 62, с двумя параллельными экватору дорожками качения 116 и 117 на каждой из качающихся шайб, и двумя парами диаметрально противоположных шариков 118 и 119 в этих дорожках. Цифрами 120 и 121 обозначены подшипники, посредством которых валы 62, 64 и 112 преобразователя фиксируются друг относительно друга.The converter in Fig. 39 differs in mechanisms for converting the oscillating motion of the
Работа этих двухступенчатых преобразователей аналогична предыдущим.The operation of these two-stage converters is similar to the previous ones.
В двухступенчатом преобразователе с последовательньм расположением ступеней на фиг.40 передающий узел первой ступени образован качающейся шайбой 43 и валом-обоймой 64 с шариками 46 в дорожках качения 44, 45. Узел второй ступени образован качающейся шайбой 122, посаженной на второй косой кривошип 123 на валу 62 с помощью радиально-упорного четырехточечного подшипника 124. Шайбы 43 и 122 параллельны друг другу. Шайбу 122 охватывает полый вал 125, являющийся обоймой передающего узла второй ступени. На обращенных друг к другу поверхностях качающейся шайбы 122 и обоймы 125 выполнены периодические дорожки качения 126 и 127. В дорожках качения расположена цепочка шариков 128. Оси прецессии ОО1 и CC1 качающихся шайб 43 и 122 параллельны друг другу и эксцентрично смещены относительно друг друга. Поэтому механизм передачи вращения от одной шайбы к другой в данной конструкции представляет собой узел передачи вращения между параллельными валами в виде шарикового параллельного кривошипа. Он представляет собой лунки 129 и 130 на торцевых поверхностях качающихся шайб 43 и 122, которые зацепляются друг с другом посредством шариков 131. Оси лунок равномерно расположены по окружности каждой шайбы, а диаметры лунок больше диаметра шариков 131 на величину смещения друг относительно друга осей качающихся шайб 43 и 122 при их синхронной прецессии относительно точек А и В. При прецессии шайб шарики 131, обкатывая лунки 129 и 130, позволяют шайбам 43 и 122 смещаться, но не позволяют им поворачиваться друг относительно друга. Таким образом, вращение одной из шайб вызывает поворот другой, при этом шарики 131 позволяют поверхностям шайб смещаться друг относительно друга, сохраняя возможность прецессии каждой из них относительно своего центра. Полые валы 64 и 125 могут вращаться независимо друг от друга благодаря наличию подшипников 132 между ними. Все три вала 62, 64 и 125 преобразователя собраны в единый узел с помощью подшипников 133 и 134. Цифрой 135 обозначен сепаратор передающего узла второй ступени.In the two-stage converter with the sequential arrangement of steps in Fig. 40, the transmitting unit of the first stage is formed by a
Следующая конструкция двухступенчатого преобразователя, изображенная на фиг.41, отличается механизмом преобразования вращения вала 62 в качающееся движение шайб 43 и 122. Этот механизм содержит два диаметрально противоположных шарика 136 и 137, которые расположены между дорожкой качения 138 на наружной боковой поверхности вала 62 и кольцевыми выступами 139 и 140 шайб 43 и 122. Для упрощения сборки обойма 125 выполнена разъемной по линии, делящей периодическую дорожку качения 126 на две симметричные части. Валы 62, 64 и 125 соединяются подшипниками 132, 133, 134.The next construction of the two-stage converter shown in Fig. 41 differs by a mechanism for converting the rotation of the
Вариант двухступенчатого преобразователя на фиг.42 имеет шайбы 43 и 122, качающиеся в противофазе. Для этого на валу 62 выполнены косые кривошипы 141 и 142 с противоположным наклоном. Связь между обоймами осуществляется с помощью конических зубчатых колес 143 и 144. Все остальные обозначения на фиг.42 соответствуют обозначениям фиг.40 и 41.The embodiment of the two-stage converter in FIG. 42 has
Двухступенчатый преобразователь на фиг.43 отличается оригинальными конструкциями механизма преобразования вращения вала 62 в качающееся движение шайб 43 и 122 и узла передачи вращения между шайбами 43 и 122 независимо от их прецессии. Вал 62 выполнен в виде обоймы с косыми кривошипами 81 и 123 на наружной боковой поверхности и имеет в средней части наружный кольцевой выступ 145, выступающий за пределы валов 64 и 125. Наружный венец кольцевого выступа 145 выполнен в виде конического зубчатого колеса 146, связанного с колесом 147 на валу 148. Таким механизмом передается вращение между скрещивающимися валами 62 и 148. В этом преобразователе отбор мощности можно производить одновременно от обойм 64 и 125, поэтому преобразователь очень эффективен в качестве редуктора заднего моста автомобиля. Внутри вала 62 и качающихся шайб 43 и 122 проходит полый вал 149, который двумя крестовинами 150 и 151 связан с шайбами 43 и 122. Крестовины позволяют шайбам свободно качаться, передавая вращение от шайбы к шайбе. Цифрами 133 и 134, как и на предыдущих чертежах, обозначены подшипники, соединяющие элементы преобразователя друг с другом.The two-stage converter in FIG. 43 is distinguished by original designs of a mechanism for converting the rotation of the
Двухступенчатый преобразователь с последовательным расположением ступеней работает следующим образом. Допустим, что неподвижно закреплен вал-обойма 64 передающего узла первой ступени. При вращении вала 62 с угловой скоростью ω1 качающаяся шайба 43 совершает прецессию с той же скоростью и, воздействуя на шарики 46, заставляет их обкатывать без скольжения неподвижную дорожку качения 44 на обойме 64 со скоростью ω2, зависящей от числа периодов этой дорожки качения. Обкатное движение шариков 46, в свою очередь, вызовет поворот шайбы 43 относительно цепочки шариков, который зависит от числа периодов дорожки качения 45 качающейся шайбы 43. Относительно неподвижной обоймы 64 (относительно корпуса) шайба 43 будет вращаться с угловой скоростью ω3, являющейся функцией числа периодов дорожек качения 44 на обойме 64 и 45 на шайбе 43. Шариками 131 параллельного кривошипа, зубьями колес 143 и 144 или валом 149 с крестовинами 150 и 151 это вращение передается шайбе 122, которая одновременно с вращением прецессирует с угловой скоростью ω1. Шарики 128 второго передающего узла, взаимодействуя с дорожкой качения 126 на шайбе 122 и дорожкой 127 на обойме 125, вызовут поворот последней относительно шайбы 122, на угол, определяемый соотношением периодов дорожек качения 126 и 127. Общий поворот ведомого вала-обоймы 125 будет зависеть от ω1, ω2, ω3 и, в конечном счете, будет определяться числами периодов всех четырех дорожек качения на качающихся шайбах и обоймах передающих узлов обеих ступеней. Если вал 64 будет вращаться, т.е. будет вторым входным валом, то выходная скорость будет зависеть, кроме всего прочего, и от соотношения входных скоростей валов 62 и 64. Центром прецессии цепочки шариков 46 является точка А, а центром прецессии цепочки шариков 128 - точка В, которые совпадают с центрами симметрии соответствующих шайб. То есть, прецессия каждой цепочки шариков осуществляется относительно точки, лежащей в плоскости этой цепочки, что значительно упрощает требования к профилю периодической дорожки качения.A two-stage converter with a sequential arrangement of steps works as follows. Assume that the
Обратимся теперь к фиг.44, на которой изображен передающий узел, в котором обе обоймы 152 и 153 выполнены с возможностью прецессии и являются качающимися шайбами. Так же, как и в передающем узле на фиг.20, на обращенных друг к другу боковых поверхностях обойм в форме сферического пояса выполнены периодические дорожки качения 154 и 155, в пересечении которых размещена цепочка шариков 156. В таком передающем узле при общем угле наклона между шайбами, равном γ, угол наклона каждой шайбы к оси ОО1 составляет γ/2. То есть, угол прецессии каждой шайбы уменьшен в два раза, что создает более благоприятные условия для работы механизма, возбуждающего прецессию шайб, а также узла передачи вращения.Turning now to FIG. 44, which depicts a transmitting assembly in which both
На фиг.45 и 46 приведены схемы преобразователей скорости, в которых шайбы 152 и 153 качаются навстречу друг другу, т.е. прецессируют в противофазе. Такую прецессию обеспечивает механизм, представляющий собой два полых вала 157 и 158, соединенных между собой фланцем 159. Вал 157 расположен внутри передающего узла, а вал 158 - снаружи. На боковых обращенных друг к другу поверхностях вала 157 и шайбы 152 выполнены замкнутые кольцевая канавка 159 и кольцевой выступ 160. Аналогичные канавка 161 и выступ 162 выполнены на обращенных друг к другу поверхностях другой пары вал 158 - качающаяся шайба 153. Между боковой стенкой канавки 159 и кольцевым выступом 160 с одной стороны шайбы 152 и между противоположной стенкой канавки 159 и противоположной стороной выступа 160 на диаметрально противоположной стороне шайбы введены два шарика 163. Точно так же между канавкой 161 и выступом 162 введены два шарика 164. Шарики 163 и 164 расположены друг относительно друга так, что обеспечивают противоположный наклон шайб 152 и 153. Шайбы 152 и 153 связаны с полыми валами 165 и 166 узлами передачи вращения между несоосными валами. На фиг.45 это система рычагов или гибких тяг 167 и 168, а на фиг.46 и 47 эти узлы выполнены в виде конической зубчатой передачи 169 и 170.Figures 45 and 46 are diagrams of speed converters in which the
Механизм для преобразования качающегося движения шайб 152 и 153 во вращательное движение связанных друг с другом валов 157 и 158 на фиг.46 представляет собой два косых кривошипа с противоположным наклоном 171 и 172 на обращенных к качающимся шайбам боковых поверхностях валов 157 и 158. Качающиеся шайбы 152 и 153 посажены на кривошипные валы 171 и 172 с помощью радиально-упорных четырехточечных подшипников 173 и 174.The mechanism for converting the oscillating movement of the
Работа преобразователей скорости на фиг.45 и 46 практически не отличается от работы преобразователя, изображенного на фиг.33 или 34. Один из валов 165 или 166 является выходным звеном, а другой закрепляется неподвижно. Отбор мощности всегда производится через узел передачи вращения между несоосными валами, и этот узел рассчитан на меньший угол наклона валов, чем в преобразователе с одной качающейся шайбой. Кроме того, в два раза уменьшен угол прецессии каждой из качающихся шайб при прочих равных условиях, т.е. механизм преобразования качающегося движения шайбы во вращательное движение вала и наоборот работает при меньших углах.The operation of the speed converters in FIGS. 45 and 46 is practically no different from the operation of the converter shown in FIG. 33 or 34. One of the
Преобразователь скорости на фиг.47 имеет два независимо вращающихся полых вала 175 и 176 с косыми кривошипами, расположенных внутри и снаружи передающего узла. Качающиеся шайбы 152 и 153 посажены на косые кривошипы посредством подшипников 173 и 174. Кривошипные валы 175 и 176 образуют два входа преобразователя, а обоймы 165 и 166 могут служить выходами. Если входные валы вращаются с одинаковой скоростью и в одном направлении и косые кривошипы имеют одинаковый наклон, то шайбы 152 и 153 будут качаться без вращения в одном направлении как одно целое. Друг относительно друга они будут неподвижны, и выходная скорость преобразователя будет равна нулю. При изменении направления вращения одного из входных валов на противоположное, преобразователь передает момент вращения с передаточным отношением, определяемым соотношением периодов дорожек качения на каждой из шайб. Таким образом, преобразователь скорости приобретает дополнительно функцию сцепной муфты.The speed converter in FIG. 47 has two independently rotating
Таким образом, в описанных в заявке передающих узлах с качающейся шайбой отсутствует трение скольжения зацепляющихся элементов, что повышает кпд, уменьшает шум и износ дорожек и тел качения. Разнообразные схемы преобразователей скорости с такими передающими узлами построены по принципу подшипника, т.е. состоят из нескольких соосных обойм, каждая из которых может служить входным (или входными), выходным (или выходными) валами или корпусом, изменяя при этом режим работы и функции преобразователя. Каждый из описанных выше элементов может применяться порознь или вместе, формируя конструкции разнообразного применения, но все они не выходят за пределы сущности настоящего изобретения.Thus, in the transmission units described in the application with a swash plate, there is no sliding friction of the engaging elements, which increases the efficiency, reduces the noise and wear of the tracks and rolling bodies. A variety of circuits of speed converters with such transmitting nodes are built on the basis of a bearing, i.e. consist of several coaxial cages, each of which can serve as input (or input), output (or output) shafts or housing, changing the operating mode and functions of the converter. Each of the elements described above can be used separately or together, forming structures for various applications, but all of them do not go beyond the essence of the present invention.
Claims (47)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002127775/11A RU2267673C2 (en) | 2001-11-13 | 2001-11-13 | Transmitting unit and differential speed converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002127775/11A RU2267673C2 (en) | 2001-11-13 | 2001-11-13 | Transmitting unit and differential speed converter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002127775A RU2002127775A (en) | 2005-02-10 |
RU2267673C2 true RU2267673C2 (en) | 2006-01-10 |
Family
ID=35207960
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002127775/11A RU2267673C2 (en) | 2001-11-13 | 2001-11-13 | Transmitting unit and differential speed converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2267673C2 (en) |
-
2001
- 2001-11-13 RU RU2002127775/11A patent/RU2267673C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2002127775A (en) | 2005-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0077490B1 (en) | Gearing mechanism | |
US6348021B1 (en) | Variable speed power transmission | |
GB1600646A (en) | Power transmission having a continuously variable gear ratio | |
US20050221937A1 (en) | Transmission unit provided with a swash plate (variants) and differential speed converter (variants) based thereon | |
US7632208B2 (en) | Continuously variable transmissions | |
US4620456A (en) | Nutating drive mechanisms having spherical ball driving elements | |
US4563915A (en) | Wobble type axial speed reducer apparatus | |
RU2267673C2 (en) | Transmitting unit and differential speed converter | |
EP0048593A1 (en) | Motion transmitting devices | |
WO1992021895A1 (en) | Variable transmission | |
US7344467B2 (en) | Self-regulating continuously variable transmission | |
GB2085994A (en) | Device for Transmitting Rotary Motion at Changed Speed | |
RU2179272C1 (en) | "reduction gear - bearing" speed differential converter | |
RU2242654C2 (en) | High-torque variator | |
EP1426659B1 (en) | "gear-bearing" differential speed transducer | |
RU2304734C2 (en) | Variator | |
RU2198330C2 (en) | Differential speed transducer (versions) | |
EP0105248A1 (en) | Motion transmitting devices | |
US2883882A (en) | Variable speed transmission | |
EP0935083A1 (en) | Continuously variable transmission | |
WO2006085793A1 (en) | Internal eccentric planetary gear | |
JP2002031206A (en) | Toroidal type continuously variable transmission and continuously variable transmission | |
RU2341710C1 (en) | Eccentric ball gearing (versions) | |
RU2210015C2 (en) | Stepless train engagement | |
WO1999040344A1 (en) | Continuously variable transmission |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HE4A | Notice of change of address of a patent owner | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081114 |