RU2409780C1

RU2409780C1 - Rectifier of oscillations of high-torque variator of non-friction type

Info

Publication number: RU2409780C1
Application number: RU2009125547/11A
Authority: RU
Inventors: Борис Васильевич Пылаев (RU); Борис Васильевич Пылаев
Original assignee: Борис Васильевич Пылаев
Priority date: 2009-07-06
Filing date: 2009-07-06
Publication date: 2011-01-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: mechanism consists of oscillating and driven shafts, of variator shaft kinematically tied with oscillating shaft, and of pair of overrunning gear clutches with driving and driven half-clutches. The driving half-clutches are kinematically coupled with the oscillating shaft and rotate multi-directionally; they are made in form of central gears with rim engaging satellites installed on the driven half-clutches; their axles are spring-loaded to stops on the driven half-clutches. Also, the driven half-clutches are attached to the driven shaft. On the driven shaft there is mounted a slider with holders of the satellite axles. The mechanism also consists of a device for release of the satellite axles from the stops at overrunning. The slider is driven form a cam variator mounted on an input shaft.

EFFECT: raised efficiency of oscillation rectifier.

5 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и предназначено для преобразования колебательного вращения в однонаправленное, что используется в нефрикционных высокомоментных вариаторах при большой передаваемой мощности и плавно изменяемой скорости вращения выходного вала вариатора.The present invention relates to mechanical engineering and is intended to convert oscillatory rotation into unidirectional, which is used in non-friction high-torque variators with high transmitted power and smoothly variable rotation speed of the variator output shaft.

Известны используемые в вариаторах выпрямители колебаний [1, рис.1], в которых колебательный вал, являющийся ведущим валом механизма, через пару обгонных муфт кинематически связан с ведомым валом. Выпрямитель колебаний преобразует колебательное вращение колебательного вала в однонаправленное вращение ведомого вала. Такие выпрямители использованы в высокомоментных вариаторах нефрикционного типа [2], где колебательный вал через колебательный механизм, например кулачковый, кинематически связан с входным валом вариатора, при этом частота n вращения вала вариатора равна частоте колебаний колебательного вала.Known vibration rectifiers used in the variators [1, Fig. 1], in which the oscillating shaft, which is the drive shaft of the mechanism, is kinematically connected to the driven shaft through a pair of overrunning clutches. The vibration rectifier converts the vibrational rotation of the vibrational shaft into unidirectional rotation of the driven shaft. Such rectifiers are used in high-torque non-friction type variators [2], where the oscillating shaft is kinematically connected to the input shaft of the variator via an oscillating mechanism, such as a cam, and the speed n of the variator shaft is equal to the oscillation frequency of the oscillating shaft.

В вариаторах, представленных в [3], рассмотрены выпрямители колебаний с фрикционными обгонными муфтами, показавшие свою неэффективность, так как эти муфты передают вращение силами трения, что уменьшает КПД, ограничивает передаваемый момент и ресурс. Так же неэффективно использование нефрикционных храповых обгонных муфт, из-за наличия большого угла срабатывания и ударных нагрузок.In the variators presented in [3], vibration rectifiers with friction overrunning clutches are considered, which have proved their inefficiency, since these couplings transmit rotation by friction forces, which reduces the efficiency and limits the transmitted moment and resource. The use of non-friction ratchet overrunning clutches is also inefficient, due to the presence of a large response angle and shock loads.

Известны зубчатые обгонные муфты [1, 4-6], в которых момент передается посредством зубчатой планетарной пары сателлит-центральное колесо, а силы трения являются вспомогательными и служат для фиксации сателлита при передаче вращения. Угол срабатывания зубчатых обгонных муфт практически равен нулю, передаваемый момент ограничен прочностью зубчатой пары, а КПД выпрямителя колебаний (η) с этими муфтами зависит от частоты колебаний n колебательного вала вариатора. Как показано в [1, рис.9] η<0,9 при n<3000 об/мин.Known gear overrunning clutches [1, 4-6], in which the moment is transmitted by means of a planet gear planetary satellite-central wheel pair, and friction forces are auxiliary and serve to fix the satellite during transmission of rotation. The angle of operation of the gear overrunning clutches is practically zero, the transmitted moment is limited by the strength of the gear pair, and the efficiency of the vibration rectifier (η) with these couplings depends on the vibration frequency n of the variator vibration shaft. As shown in [1, Fig. 9], η <0.9 at n <3000 rpm.

Примем за прототип наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату выпрямитель колебаний с зубчатыми обгонными муфтами [1, рис.10, 11], содержащий колебательный и ведомый валы, кинематически связанный с колебательным валом входной вал вариатора, пару зубчатых обгонных муфт, ведущие полумуфты которых кинематически связанны с колебательным валом с возможностью разнонаправленного вращения и выполнены в виде центральных колес с зубчатым венцом, сцепленным с установленными на ведомых полумуфтах сателлитами с подпружиненными к упорам на ведомых полумуфтах осями, при этом ведомые полумуфты закреплены на ведомом валу.Let us take as a prototype the closest oscillator with gear overrunning clutches [1, Fig. 10, 11], which is closest in technical essence and the achieved result, containing oscillatory and driven shafts, the input shaft of the variator kinematically connected to the vibrating shaft, a pair of gear overrunning clutches, leading half of which kinematically connected with the oscillating shaft with the possibility of multidirectional rotation and are made in the form of central wheels with a gear ring coupled to satellites mounted on driven half couplings with a spring loaded E the stops on the slave axes coupling parts, wherein the driven coupling half fixed to the driven shaft.

Признаки известного механизма (прототипа), совпадающие с заявляемым изобретением, следующие. Известный механизм содержит колебательный и ведомый валы, кинематически связанный с колебательным валом входной вал вариатора, пару зубчатых обгонных муфт, ведущие полумуфты которых кинематически связаны с колебательным валом с возможностью разнонаправленного вращения и выполнены в виде центральных колес с зубчатым венцом, сцепленным с установленными на ведомых полумуфтах сателлитами с подпружиненными к упорам на ведомых полумуфтах осями, при этом ведомые полумуфты закреплены на ведомом валу.Signs of a known mechanism (prototype), coinciding with the claimed invention, are as follows. The known mechanism comprises oscillatory and driven shafts kinematically connected to the oscillating shaft of the input shaft of the variator, a pair of gear overrunning clutches, the leading coupling halves of which are kinematically connected to the oscillating shaft with the possibility of multidirectional rotation and are made in the form of central wheels with a gear ring coupled to mounted on the driven half-couplings satellites with axles spring-loaded to the stops on the driven coupling halves, while the driven coupling halves are mounted on the driven shaft.

У известного механизма вращающиеся сателлиты зубчатых обгонных муфт при обгоне контактируют с упорами, что из-за работы сил трения ведет к потере энергии, особенно при большой частоте колебания колебательного вала, например, при n=6000 об/мин η=0,67 [1, рис.9].In a known mechanism, the rotating satellites of gear overrunning clutches contact with stops when overtaking, which, due to the work of friction forces, leads to energy loss, especially at a high vibrational frequency of the vibration shaft, for example, at n = 6000 rpm η = 0.67 [1 , fig. 9].

Целью предлагаемого изобретения является повышение КПД выпрямителя колебаний.The aim of the invention is to increase the efficiency of the rectifier.

Предлагаемый выпрямитель колебаний имеет следующие существенные признаки. Он содержит колебательный и ведомый валы, кинематически связанный с колебательным валом входной вал вариатора, пару зубчатых обгонных муфт, ведущие полумуфты которых кинематически связанны с колебательным валом с возможностью разнонаправленного вращения и выполнены в виде центральных колес с зубчатым венцом, сцепленным с установленными на ведомых полумуфтах сателлитами с подпружиненными к упорам на ведомых полумуфтах осями, при этом ведомые полумуфты закреплены на ведомом валу, содержит также устройство отжима осей сателлитов от упоров при обгоне, включающее в себя смонтированный на ведомом валу ползун с фиксаторами осей сателлитов, и привод ползуна, например, от установленного на входном валу вариатора кулачка.The proposed vibration rectifier has the following essential features. It contains oscillatory and driven shafts kinematically connected to the oscillating shaft of the input shaft of the variator, a pair of gear overrunning clutches, the leading coupling halves of which are kinematically connected to the oscillating shaft with the possibility of multidirectional rotation and are made in the form of central wheels with a gear ring coupled to the satellites mounted on the driven coupling halves with axles spring-loaded to the stops on the driven half-couplings, while the driven half-couplings are fixed on the driven shaft, also contains a device for squeezing the satellite axes from when overtaking ditch including a driven shaft mounted on the slide axes of the satellites with clamps and a slider drive, for example, mounted on the input shaft of the variator cam.

Отличительными от прототипа признаками изобретения являются следующие. Предлагаемый выпрямитель колебаний снабжен устройством отжима осей сателлитов от упоров при обгоне, включающим в себя смонтированный на ведомом валу ползун с фиксаторами осей сателлитов, и привод ползуна, например, от установленного на входном валу вариатора кулачка.Distinctive features of the prototype features of the invention are the following. The proposed vibration rectifier is equipped with a device for squeezing the axis of the satellites from the stops during overtaking, including a slider mounted on the driven shaft with clamps of the axles of the satellites, and a slider drive, for example, from a cam variator mounted on the input shaft.

На фиг.1-3 дан вариант конструкции предлагаемого выпрямителя колебаний; на фиг.4 - графики скоростей; на фиг.5 - пример выполнения привода ползуна.Figure 1-3 gives a design option of the proposed rectifier; figure 4 - graphs of speeds; figure 5 is an example of the execution of the drive slider.

Предлагаемый механизм (фиг.1-3) содержит установленные на подшипниках в корпусе 1 колебательный 2 и ведомый 3 валы, пару зубчатых обгонных муфт ЗОМ₁ и ЗОМ₂, каждая из которых включает в себя ведущую полумуфту 4, выполненную центральным колесом в виде шкива с внутренним зубчатым венцом 5, посаженным с возможностью свободного вращения на центровую шайбу 6, а ведомая полумуфта смонтирована из двух фланцев 7 и 8, сцентрированных центровой шайбой и скрепленных шпильками 9 вместе с ведомой полумуфтой другой зубчатой обгонной муфты. На установленных шарнирно на фланце 7 и с зазором на фланце 8 осях 10 посажены сцепленные с зубчатым венцом 5 сателлиты 11 с парой конических поверхностей 12. Оси 10 подпружинены пружинами 13 к упорам 14 на фланцах 7 и 8, с возможностью контакта пары упоров с каждой конической поверхностью. Колебательный вал 2 связан с колебательным механизмом вариатора (не показан), на этом валу закреплен колебательный шкив 15 и, с возможностью свободного вращения, установлен паразитный шкив 16, соединенные с ведущими полумуфтами 4 закрепленным на них тросом 17. На направляющих 18 ведомых полумуфт установлен подпружиненный пружиной 19 ползун 20 с фиксаторами осей сателлитов 21 и штоком 22, контактирующим с коромыслом 23, который опирается другим концом на кулачок 24, посаженный на входной вал 25 вариатора (не показан). Кинематические связи механизма обеспечивают одинаковую частоту n колебаний колебательного вала и вращения кулачка.The proposed mechanism (Figs. 1-3) comprises oscillatory 2 and driven 3 shafts mounted on bearings in the housing 1, a pair of gear overrunning clutches ZOM ₁ and ZOM ₂ , each of which includes a driving coupling half 4 made by a central wheel in the form of a pulley with an internal gear rim 5, mounted with the possibility of free rotation on the center washer 6, and the driven half-coupling is mounted from two flanges 7 and 8, centered by the central washer and fastened with pins 9 together with the driven half-coupling of another gear overrunning clutch. On the pivots mounted on the flange 7 and with a clearance on the flange 8, the axles 10 are fitted with satellites 11 coupled to the ring gear 5 with a pair of conical surfaces 12. The axles 10 are spring loaded 13 to the stops 14 on the flanges 7 and 8, with the possibility of a contact of a pair of stops with each conical surface. Oscillation shaft 2 is connected to the oscillatory mechanism of the variator (not shown), an oscillating pulley 15 is fixed to this shaft and, with the possibility of free rotation, a parasitic pulley 16 is mounted, connected to the driving coupling halves 4 by a cable fixed to them 17. A spring-loaded spring is mounted on the guides 18 of the driven coupling halves spring 19, the slider 20 with the clamps of the axles of the satellites 21 and the rod 22 in contact with the beam 23, which rests on the other end on the cam 24, mounted on the input shaft 25 of the variator (not shown). Kinematic connections of the mechanism provide the same frequency n of the oscillations of the oscillatory shaft and the rotation of the cam.

Выпрямитель колебаний действует следующим образом. Вращающийся с угловой скоростью ω входной вал кулачка 25 передает колебательное вращение с той же частотой n колебательному валу 2 посредством колебательного механизма (не показан), ω_к - угловая знакопеременная скорость колебательного вала (фиг.4). Как показано на фигурах 1-3, колебательный шкив 15 тросом 17 передает вращение ведущей полумуфте ЗОМ₁, в которой сателлиты 11 своими коническими поверхностями 12 прижаты к упорам 14 силой от зацепления зубчатой пары 5-11, что фиксирует сателлиты от поворота относительно осей 10, и обе ведомые полумуфты вращаются со скоростью Ω совместно с ведомым валом 3 выпрямителя, ЗОM₁ совершает рабочий ход при повороте входного вала вариатора на угол α=0°…180°. При этом кулачок 24 коромыслом 23 перемещает и удерживает в левом положении (фиг.1) ползун 20, который фиксаторами 21 отжимает от упоров сателлиты ЗОМ₂, а ведущей полумуфте этой муфты вращение передается от паразитного шкива 16 в направлении, противоположном вращению выходного вала выпрямителя, ЗОМ₂ совершает обгон, при котором отсутствует контакт конических поверхностей с упорами, что минимизирует потери энергии при обгоне. При повороте входного вала вариатора на угол α=180°…360° ЗОМ₂ совершает рабочий ход, a ЗОМ₁ - обгон, при этом ползун пружиной 19 перемещается в правое положение (фиг.1), фиксируя оси сателлитов ЗОМ₁. Представленный механизм выпрямляет колебания колебательного вала, при этом скорость ведомого вала зависит от параметров механизма. При отсутствии обгона в передающей вращение муфте скорость Ω=|ω_к|(R_к/R), на фиг.4 - сплошная линия, при передаче вращения с обгоном - пунктирная.The vibration rectifier operates as follows. Rotating with an angular speed ω, the input shaft of the cam 25 transmits oscillatory rotation with the same frequency n to the oscillating shaft 2 by means of an oscillating mechanism (not shown), ω _k is the angular alternating speed of the oscillating shaft (Fig. 4). As shown in figures 1-3, the vibrational pulley 15 with a cable 17 transmits rotation to the leading coupling half of ZOM ₁ , in which the satellites 11 are pressed against the stops 14 by their forces from the gearing pair 5-11, which fixes the satellites from rotation relative to the axes 10, and both driven half-couplings rotate with speed Ω together with the driven shaft 3 of the rectifier, ЗОМ ₁ makes a working stroke when the input shaft of the variator is rotated through an angle α = 0 ° ... 180 °. In this case, the cam 24 moves the rocker 20 and holds it in the left position (Fig. 1), the slider 20, which pushes the clamps 21 from the stops of the satellite ЗОМ ₂ , and the rotation of the drive coupling half of this clutch is transmitted from the parasitic pulley 16 in the opposite direction to the rotation of the output shaft of the rectifier, ZOM ₂ overtakes, in which there is no contact between the conical surfaces and the stops, which minimizes energy losses during overtaking. When the input shaft of the variator is rotated through an angle α = 180 ° ... 360 °, ZOM ₂ makes a working stroke, and ZOM ₁ overtakes, while the slider spring 19 moves to the right position (Fig. 1), fixing the axis of the ZOM ₁ satellites. The presented mechanism straightens the vibrations of the oscillating shaft, while the speed of the driven shaft depends on the parameters of the mechanism. In the absence of overtaking in the rotation transferring coupling, the speed is Ω = | ω _k | (R _k / R), Fig. 4 is a solid line, when transmitting rotation with overtaking, it is dashed.

Конструктивное исполнение кинематической связи колебательного вала не принципиально и может быть другим (см. [1, 2]). Исполнение привода ползуна также может быть другим, например, как показано на фиг.5, где шток 22 контактирует с сердечником электромагнита 26, подключенного проводами 27 к источнику тока 28 через переключатель 29, смонтированный на входном валу вариатора.The design of the kinematic connection of the oscillatory shaft is not fundamental and may be different (see [1, 2]). The execution of the slider drive can also be different, for example, as shown in Fig. 5, where the rod 22 is in contact with the core of an electromagnet 26 connected by wires 27 to a current source 28 through a switch 29 mounted on the input shaft of the variator.

Источники информацииInformation sources

1. Б.В.Пылаев, А.А.Шамин. Зубчатая обгонная муфта для нефрикционного высокомоментного вариатора//Вестник машиностроения. 2008. №6. С.3-61.1. B.V. Pylaev, A.A. Shamin. Overrunning clutch for non-friction high-torque variator // Vestnik mashinostroeniya. 2008. No. 6. S.3-61.

2. RU 2242654 С2, F16Н 29/08, 20.01.2003 (Б.В.Пылаев).2. RU 2242654 C2, F16H 29/08, 01/20/2003 (B.V. Pylaev).

3. А.А.Благонравов. Механические бесступенчатые передачи нефрикционного типа. - М. Машиностроение, 1977.3. A.A. Blagonravov. Non-friction mechanical stepless gears. - M. Mechanical Engineering, 1977.

4. RU 2298711 С2, 22.07.2005 (Б.В.Пылаев, А.А.Шамин).4. RU 2298711 C2, 07.22.2005 (B.V. Pylaev, A.A.Shamin).

5. RU 2353835 С2, F16D 41/08, 27.03.2007 (Б.В.Пылаев, А.А.Шамин).5. RU 2353835 C2, F16D 41/08, 03/27/2007 (B.V. Pylaev, A.A.Shamin).

6. RU 2353836 С2, F16D 41/08, 27.03.2007 (Б.В.Пылаев, А.А.Шамин).6. RU 2353836 C2, F16D 41/08, 03/27/2007 (B.V. Pylaev, A.A.Shamin).

Claims

The high-torque variator of non-friction type vibrations rectifier containing oscillatory and driven shafts, kinematically connected to the oscillating shaft of the input shaft of the variator, a pair of overrunning clutch couplings, the leading coupling halves of which are kinematically connected with the oscillating shaft with the possibility of multidirectional rotation and are made in the form of central wheels with a gear ring engaged with satellites mounted on the driven coupling halves with axles spring-loaded to the stops on the driven coupling halves, while the driven coupling halves are fixed on and a driven shaft, characterized in that it is equipped with a device for squeezing the axles of the satellites from the stops during overtaking, including a slider mounted on the driven shaft with clamps of the axles of the satellites, and a slider drive, for example, from a cam variator mounted on the input shaft.