RU2482353C1

RU2482353C1 - Rotary movement transfer mechanism

Info

Publication number: RU2482353C1
Application number: RU2012113483/11A
Authority: RU
Inventors: Сергей Васильевич Юхименко; Александр Станиславович Плискановский; Алексей Геннадиевич Хливняк; Александр Николаевич Шевелев
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-04-09
Publication date: 2013-05-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: rotary movement transfer mechanism includes a housing, in which an eccentric drive shaft, a driven shaft and intermediate link located on the drive shaft are installed with possibility of being rotated. The mechanism housing is provided with a central gear with satellites and free-wheel mechanisms with inlet and outlet links. Central gear is rigidly attached to the intermediate link. The inlet link of each free-wheel mechanism is connected to the corresponding satellite, and the outlet link of each free-wheel mechanism is connected to a hinge installed on the mechanism housing. Rotary movement is transferred to the outlet shaft through kinematic connection to the intermediate link.

EFFECT: improving reliability and durability of rotary movement transfer mechanism and increasing the mechanism efficiency.

8 cl, 5 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области машиностроения и касается механизмов передачи вращательного движения (редукторов, вариаторов), способных изменять передаточное соотношение.The invention relates to mechanical engineering and relates to transmission mechanisms of rotational motion (gearboxes, variators), capable of changing the gear ratio.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Известны устройства передачи вращательного движения [1] (редукторы многоступенчатые регулируемые), выполненные в виде ступенчатых механических коробок перемены передач (КПП), где изменение передаточного соотношения происходит с разрывом потока мощности путем перераспределения усилий между разными парами шестерен за счет осевого передвижения кулачковых или шлицевых муфт.Known devices for transmitting rotary motion [1] (multi-stage adjustable gearboxes) made in the form of step mechanical gearboxes for gear changes (gearboxes), where the change in gear ratio occurs with a break in the power flow by redistributing forces between different pairs of gears due to axial movement of cam or splined couplings .

Недостатками таких устройств является низкая надежность и долговечность, обусловленная небольшим ресурсом работы этих муфт, а также недостаточно большая мощность, которую способно передать устройство, что обусловлено недостаточной прочностью муфт, и этот недостаток в особенности сказывается именно в процессе изменения передаточного соотношения (процессе переключения передач).The disadvantages of such devices are low reliability and durability, due to the small resource of operation of these couplings, as well as the insufficient power that the device is capable of transmitting, due to the insufficient strength of the couplings, and this disadvantage is especially reflected in the process of changing the gear ratio (gear shifting process) .

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство передачи вращательного движения, известное как импульсивный вариатор [2]. Здесь вращательное движение на жестко соединенную с ведомым валом центральную шестерню передается через сателлиты и через механизмы свободного хода, которые работают в режиме принудительных колебаний кручения, при этом изменение амплитуды таких колебаний позволяет изменять передаточное соотношение.Closest to the proposed invention is a device for transmitting rotational motion, known as an impulsive variator [2]. Here, the rotational movement to the central gear rigidly connected to the driven shaft is transmitted through the satellites and through the free-wheeling mechanisms, which operate in the mode of forced torsional vibrations, while changing the amplitude of such vibrations allows you to change the gear ratio.

Недостатки прототипа следующие:The disadvantages of the prototype are as follows:

Импульсивный вариатор имеет небольшую надежность и долговечность, поскольку в процессе передачи усилий в режиме принудительных колебаний постоянно возникают импульсные перегрузки в механизмах свободного хода и шестернях, что ограничивает ресурс их работы. Кроме того, мощность, передаваемая таким вариатором, является ограниченной, поскольку для увеличения мощности необходимо увеличивать обороты ведомого вала путем увеличения амплитуды колебаний, из-за чего импульсные перегрузки только увеличиваются, вследствие чего ускоряется разрушение механизмов свободного хода и зубьев шестерен в местах контакта, при этом неизбежно возрастают энергозатраты, приводящие к уменьшению КПД импульсивного вариатора.An impulsive variator has low reliability and durability, since during the transmission of forces in the forced oscillation mode, pulse overloads constantly occur in freewheel mechanisms and gears, which limits their service life. In addition, the power transmitted by such a variator is limited, because to increase power it is necessary to increase the speed of the driven shaft by increasing the amplitude of the oscillations, due to which the pulse overloads only increase, as a result of which the destruction of freewheel mechanisms and gear teeth at the contact points is accelerated This inevitably increases energy consumption, leading to a decrease in the efficiency of the impulsive variator.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание механизма передачи вращательного движения, в котором бы отсутствовали указанные выше недостатки.Thus, it is an object of the present invention to provide a rotational motion transmission mechanism in which the above disadvantages are absent.

Техническим результатом является повышение надежности и долговечности механизма передачи вращательного движения, увеличение КПД механизма.The technical result is to increase the reliability and durability of the transmission mechanism of rotational motion, increase the efficiency of the mechanism.

Указанный технический результат достигается с помощью механизма передачи вращательного движения, который содержит корпус, в котором установлены с возможностью вращения эксцентриковый ведущий вал и ведомый вал, установленное на эксцентриковом ведущем валу с возможностью вращения промежуточное звено, при этом механизм содержит механизмы свободного хода с входными и выходными звеньями, центральную шестерню и находящиеся с ней в зацеплении сателлиты, причем центральная шестерня жестко соединена с промежуточным звеном, а входное звено каждого механизма свободного хода соединено с соответствующим сателлитом, а выходное звено каждого механизма свободного хода кинематически соединено с шарниром, установленным на корпусе механизма, причем вращательное движение на выходной вал передается посредством кинематической связи с промежуточным звеном.The specified technical result is achieved using a rotational motion transmission mechanism, which comprises a housing in which an eccentric drive shaft and a driven shaft are mounted rotatably mounted on the eccentric drive shaft with an intermediate link rotatably mounted, the mechanism comprising free-wheeling mechanisms with input and output links, the central gear and the satellites engaged with it, the central gear being rigidly connected to the intermediate link, and the input link to Each freewheel mechanism is connected to a corresponding satellite, and the output link of each freewheel mechanism is kinematically connected to a hinge mounted on the mechanism body, and the rotational movement to the output shaft is transmitted through kinematic communication with the intermediate link.

Предпочтительные варианты и усовершенствования механизма передачи вращательного движения в соответствии с настоящим изобретением приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.Preferred options and improvements of the rotational motion transmission mechanism in accordance with the present invention are given in the dependent claims.

В соответствии с другими вариантами настоящего изобретения на промежуточном звене расположены кольцевидные пазы, с которыми взаимодействуют дугообразные направляющие, соединенные с корпусами сателлитов.In accordance with other variants of the present invention, ring-shaped grooves are located on the intermediate link with which arcuate guides are connected to the satellite bodies.

В соответствии с вариантами изобретения механизм дополнительно содержит эксцентриковый механизм управления, установленный на ведущем валу. При этом эксцентриковый механизм управления включает шарнирную тягу управления и ползун управления.In accordance with embodiments of the invention, the mechanism further comprises an eccentric control mechanism mounted on the drive shaft. In this case, the eccentric control mechanism includes an articulated control rod and a control slider.

В соответствии с другими вариантами настоящего изобретения каждый сателлит установлен в корпусе, который кинематически соединяет выходное звено каждого механизма свободного хода с шарниром, установленным на корпусе механизма. Упомянутая кинематическая связь может быть выполнена в виде тяги.In accordance with other variants of the present invention, each satellite is mounted in a housing that kinematically connects the output link of each freewheel with a hinge mounted on the housing of the mechanism. Mentioned kinematic connection can be made in the form of traction.

В соответствии со следующим предпочтительным вариантом настоящего изобретения кинематическая связь промежуточного звена с выходным валом выполнена в виде карданного вала.In accordance with a further preferred embodiment of the present invention, the kinematic coupling of the intermediate link to the output shaft is in the form of a driveshaft.

В соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения расстояние между осью вращения промежуточного звена и центром шарнира, установленного на корпусе механизма, (R_П) является меньшим, чем радиус делительной окружности центральной шестерни (R_С), а между величинами R_П и R_С должно быть соблюдено следующее соотношение: 0,2·R_С<R_П<R_С.In accordance with another embodiment of the present invention, the distance between the axis of rotation of the intermediate link and the center of the hinge mounted on the mechanism body (R _P ) is smaller than the radius of the pitch circle of the central gear (R _C ), and between the values of R _P and R _C should the following ratio should be observed: 0.2 · R _C <R _P <R _C.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Настоящее изобретение поясняется чертежами, где:The present invention is illustrated by drawings, where:

на фиг.1, 2 показана кинематическая схема механизма передачи вращательного движения;figure 1, 2 shows a kinematic diagram of the mechanism of transmission of rotational motion;

на фиг.3 показан общий вид механизма;figure 3 shows a General view of the mechanism;

на фиг.4 показан разрез А-А на фиг.3;figure 4 shows a section aa in figure 3;

на фиг.5 показан разрез Б-Б на фиг.3.figure 5 shows a section bB in figure 3.

Лучший вариант осуществления изобретенияThe best embodiment of the invention

Механизм передачи вращательного движения (см. фиг.1, 2, 3, 4) включает в себя неподвижный корпус 1, в котором с возможностью вращения установлен эксцентриковый ведущий вал 2, на котором расположен ползун управления 3, соединенный шарнирной тягой управления 4 с ползуном эксцентрикового механизма 5. На эксцентриковом ведущем валу 2 установлено с возможностью вращения промежуточное звено 7, соединенное с помощью карданного вала 8 с ведомым валом 9. На промежуточном звене расположены кольцевидные пазы 10, с которыми взаимодействуют дугообразные ползуны 11, соединенные с корпусами сателлитов 12, при этом с каждым корпусом сателлита соединены два дугообразных ползуна. В каждом корпусе сателлита установлен с возможностью проворачивания сателлит 13, который находится в сцеплении с центральной шестерней 14, жестко соединенной с промежуточным звеном. С каждым сателлитом соединено входное звено механизма свободного хода 15, при этом выходное звено механизма свободного хода 16 соединено с корпусом сателлита 12, на каждом корпусе сателлита расположен шарнир 17, соединенный с помощью шарнирной тяги 18 с одним из корпусных шарниров 19, каждый из которых жестко соединен с корпусом 1.The rotational movement transmission mechanism (see FIGS. 1, 2, 3, 4) includes a fixed housing 1 in which an eccentric drive shaft 2 is mounted rotatably, on which a control slider 3 is located, connected by an articulated control rod 4 to the eccentric slider mechanism 5. On the eccentric drive shaft 2, an intermediate link 7 is mounted rotatably, connected via a cardan shaft 8 to the driven shaft 9. On the intermediate link are ring-shaped grooves 10, with which arcuate crawls interact 11 us connected to housings 12 of satellites, wherein each satellite housing two arcuate slider connected. In each housing of the satellite is installed with the possibility of rotation of the satellite 13, which is in engagement with the Central gear 14, rigidly connected to the intermediate link. An input link of the freewheel mechanism 15 is connected to each satellite, while the output link of the freewheel mechanism 16 is connected to the satellite housing 12, on each satellite housing there is a hinge 17 connected via an articulated rod 18 to one of the hinge joints 19, each of which is rigidly connected to the housing 1.

В дальнейшем будет подробно описана работа механизма, при этом стоит отметить, что кинематическая связь выходного звена механизма свободного хода с шарниром, установленным на корпусе механизма, будет показана на примере, в котором указанная кимематическая связь состоит из корпуса сателлита, в котором расположены сателлит и механизм свободного хода, и тяги, соединяющей корпус сателлита с шарниром, установленным на корпусе механизма. Кинематическое соединение промежуточного вала с выходным валом будет показано на примере карданного вала. Указанные выше примеры не являются единственными для выполнения, и, таким образом, кинематические связи могут включать любые другие элементы.In the future, the operation of the mechanism will be described in detail, while it is worth noting that the kinematic connection of the output link of the freewheel with the hinge mounted on the mechanism case will be shown in an example in which the specified kimematic connection consists of a satellite case in which the satellite and the mechanism are located freewheel, and traction connecting the satellite housing with a hinge mounted on the mechanism housing. The kinematic connection of the countershaft to the output shaft will be shown using the propeller shaft as an example. The above examples are not unique to the implementation, and thus kinematic relationships may include any other elements.

Механизм работает следующим образом.The mechanism works as follows.

Эксцентриковый ведущий вал 2, оборачиваясь против часовой стрелки с угловой скоростью ω, передает вращательное движение на промежуточное звено 7, при этом расположенная на оси этого звена точка М описывает окружность радиуса е вокруг расположенной на оси эксцентрикового ведущего вала точки О. Величину е, которая является расстоянием между осями вращения эксцентрикового ведущего вала 2 и промежуточного звена 7, назовем эксцентриситетом механизма. Величину е можно изменять путем осевого передвижения ползуна управления 3 эксцентрикового механизма управления 5. Расстояние между точкой М и шарнирами 19, установленными на корпусе механизма, постоянно изменяется. Пусть в данный момент ближе всего к точке М расположился корпусной шарнир K₁, соединенный шарнирной тягой 18 с расположенным на корпусе сателлита 12 шарниром 17, центр которого находится в точке Р. Поскольку промежуточное звено 7 пытается вместе с точкой М и центральной шестерней 14 продвинуться влево, оно тянет за собою корпус сателлита 12, расположенный над точкой М, из-за чего шарнирная тяга 18 [PK₁] испытывает усилие растяжения, при этом вследствие взаимодействия расположенной в этом корпусе 12 сателлитной шестерни 13 с центральной шестерней 14 входное звено механизма свободного хода 15, расположенного в этом корпусе сателлита 12, начинает взаимодействовать с выходным звеном 16 и блокируется, из-за чего мгновенный центр скоростей промежуточного звена оказывается в точке Р, при этом взаимное движение сателлита 13, расположенного на луче [ОМ], и центральной шестерни 14 одномоментно прекращается, взаимного обкатывания зубьев в этой паре шестерен не происходит. На короткий промежуток времени корпус сателлита 12 вместе с заблокированным механизмом свободного хода 15 и 16, сателлитом 13, центральной шестерней 14 и промежуточным звеном 7 образуют в совокупности одномоментное единое звено, расстояния между любыми двумя точками которого в течение указанного промежутка времени остаются постоянными. При этом вращение центральной шестерни 14 вместе с остальными элементами указанного звена относительно корпуса 1 осуществляется с учетом проворачивания шарниров 17 и 19 шарнирной тяги 18 [PK₁]. Остальные корпусы сателлитов 12 могут свободно оборачиваться относительно промежуточного звена 7 против часовой стрелки, не вызывая заблокирования соответствующих механизмов свободного хода, при этом соответствующие шарнирные тяги 18 будут испытывать усилия сжатия.The eccentric drive shaft 2, turning counterclockwise with an angular velocity ω, transfers rotational motion to the intermediate link 7, while the point M located on the axis of this link describes a circle of radius e around the point O located on the axis of the eccentric drive shaft. The value of e, which is the distance between the axes of rotation of the eccentric drive shaft 2 and the intermediate link 7, will be called the eccentricity of the mechanism. The value of e can be changed by axial movement of the control slider 3 of the eccentric control mechanism 5. The distance between the point M and the hinges 19 mounted on the mechanism body is constantly changing. Suppose that at the moment closest to point M is a hinge joint K ₁ connected by a hinge rod 18 with a hinge 17 located on the satellite housing 12, the center of which is at point P. Since the intermediate link 7 is trying to move to the left together with point M and the central gear 14 , it pulls the satellite housing 12 located above the point M, due to which the articulated rod 18 [PK ₁ ] experiences a tensile force, due to the interaction of the satellite gear 13 located in this housing 12 with the central gear 14 in the running link of the freewheeling mechanism 15 located in this satellite housing 12 starts interacting with the output link 16 and is blocked, due to which the instantaneous center of speed of the intermediate link is at point P, while the mutual movement of the satellite 13 located on the beam [OM] , and the central gear 14 stops simultaneously, mutual rolling of the teeth in this pair of gears does not occur. For a short period of time, the housing of the satellite 12 together with the locked freewheel mechanism 15 and 16, the satellite 13, the central gear 14 and the intermediate link 7 together form a single instant link, the distances between any two points of which remain constant over the specified period of time. Moreover, the rotation of the Central gear 14 together with the remaining elements of the specified link relative to the housing 1 is carried out taking into account the rotation of the hinges 17 and 19 of the articulated rod 18 [PK ₁ ]. The rest of the satellite housings 12 can freely rotate counterclockwise relative to the intermediate link 7 without causing blocking of the corresponding freewheel mechanisms, while the corresponding articulated rods 18 will experience compression forces.

По мере дальнейшего проворачивания ведомого вала вокруг точки О (на Фиг.2-4 соответствует проворачиванию луча [ОМ]) ближе всего к точке М окажется корпусной шарнир 19, связанный шарнирной тягой 18 с ближайшим (по направлению движения точки М) корпусом сателлита 12, и теперь уже на этом корпусе сателлита 12 произойдет одномоментное блокирование механизма свободного хода 15 и 16, после чего механизм свободного хода корпуса сателлита, связанного с шарнирной тягой 18 [PK₁], разблокируется. Чем больше количество корпусов сателлитов 12, тем равномернее будет работать механизм, поскольку равномерность обусловлена процессами блокирования и разблокирования механизмов свободного хода 15 и 16 корпусов сателлитов 12, при этом в любой момент времени одномоментно заблокирован только один механизм свободного хода, а все остальные механизмы свободного хода являются разблокированными, позволяя соответствующим корпусам сателлитов 12 проворачиваться относительно центральной шестерни 14 по часовой стрелке. Процессы блокирования и разблокирования механизмов свободного хода полностью обусловлены пространственным расположением точки М, которое изменяется при проворачивании эксцентрикового ведущего вала 2. Вращательное движение промежуточного звена 7 передается с помощью карданного вала 8 на ведомый вал 9. При этом передача вращательного движения на ведомый вал 9 может осуществляться также с помощью шарниров равных угловых скоростей, кулисного механизма.With the further rotation of the driven shaft around the point O (Fig. 2-4 corresponds to the rotation of the beam [OM]), the closest hinge 19 will be closest to the point M, connected by the articulated rod 18 to the nearest (in the direction of the point M movement) satellite body 12, and now, on this satellite housing 12, the freewheel mechanism 15 and 16 will be simultaneously locked, after which the freewheel mechanism of the satellite housing associated with the articulated rod 18 [PK ₁ ] will be unlocked. The larger the number of satellite housings 12, the more uniformly the mechanism will work, since the uniformity is due to the processes of locking and unlocking the freewheel mechanisms 15 and 16 of the satellite housings 12, while at any time only one freewheel is simultaneously blocked, and all other freewheel mechanisms are unlocked, allowing the respective housing of the satellites 12 to rotate relative to the Central gear 14 clockwise. The processes of locking and unlocking the freewheel mechanisms are completely determined by the spatial location of the point M, which changes when the eccentric drive shaft 2 is rotated. The rotational movement of the intermediate link 7 is transmitted using the driveshaft 8 to the driven shaft 9. In this case, the rotation motion can be transmitted to the driven shaft 9 also with the help of hinges of equal angular speeds, rocker mechanism.

Таким образом, вращательное движение промежуточного звена 7 вместе с центральной шестерней 14 полностью соответствует вращательному движению круга радиуса R_П, где Р - центр шарнира, установленного на корпусе механизма, с центром в точке М, который обкатывается без скольжения в середине неподвижной окружности радиуса (R_П+e) с центром в точке О, при этом мгновенный центр скоростей промежуточного звена 7 каждый раз будет располагаться в шарнире 17 именно того корпуса сателлита 12, который будет находиться на луче [ОМ]. Если обозначить соотношение (R_П/R_С) как k_p (то есть k_p=R_П/R_С), где k_p является коэффициентом редукции, a R_С - радиус делительной окружности центральной шестерни, то передаточное соотношение i предлагаемого редуктора будет таким: i=(R_С·k_p+e)/e. Указанное передаточное отношение выведено заявителем после экспериментальных исследований.Thus, the rotational motion of the intermediate link 7 together with the central gear 14 fully corresponds to the rotational motion of a circle of radius R _P , where P is the center of the hinge mounted on the mechanism body, with the center at point M, which is rolled without sliding in the middle of a fixed circle of radius (R _P + e) centered at point O, while the instantaneous speed center of the intermediate link 7 will each time be located in the hinge 17 of that particular satellite housing 12, which will be on the beam [OM]. If we denote the ratio (R _P / R _C ) as k _p (i.e., k _p = R _P / R _C ), where k _p is the reduction coefficient, and R _C is the radius of the pitch circle of the central gear, then the gear ratio i of the proposed gearbox will be such: i = (R _С · k _p + e) / e. The specified gear ratio was derived by the applicant after experimental studies.

Видим, что фактически полюс зацепления предлагаемого механизма будет находиться не в полюсе зацепления центральной шестерни 14 с сателлитом 13, который расположен на расстоянии R_С от точки О, а намного ближе к точке О, то есть в точке Р, которая находится на расстоянии R_П от точки О.We see that in fact the pole of engagement of the proposed mechanism will not be in the pole of engagement of the central gear 14 with the satellite 13, which is located at a distance R _C from point O, but much closer to point O, that is, at point P, which is located at a distance R _P from point O.

Как уже отмечалась, передача усилий в предлагаемом механизме происходит через одномоментно заблокированный механизм свободного хода и при полном отсутствии взаимной обкатки зубьев центральной шестерни 14 и нагруженного сателлита 13, что уменьшает энергозатраты и минимизирует нагрузку основных передающих элементов механизма, вследствие чего увеличивается КПД предлагаемого механизма и повышается его надежность и долговечность.As already noted, the transmission of forces in the proposed mechanism occurs through a simultaneously locked freewheel and in the complete absence of mutual rolling of the teeth of the central gear 14 and the loaded satellite 13, which reduces energy consumption and minimizes the load of the main transmission elements of the mechanism, as a result of which the efficiency of the proposed mechanism increases and increases its reliability and durability.

Источники информацииInformation sources

1. Харитонов С.А. Автоматические коробки передач. Г.: Астрель - ACT, 2003, 479 с.1. Kharitonov S.A. Automatic gearboxes. G .: Astrel - ACT, 2003, 479 p.

2. Мальцев В.Ф. Импульсивные вариаторы. М.: Машгиз, 1963, 278 с.2. Maltsev V.F. Impulsive variators. M .: Mashgiz, 1963, 278 p.

Claims

1. The mechanism of transmission of rotational motion, comprising a housing in which an eccentric drive shaft and a driven shaft are mounted rotatably, an intermediate link mounted on the eccentric drive shaft rotatably, the mechanism comprising freewheeling mechanisms with input and output links, a central gear and satellites engaged with it, characterized in that the central gear is rigidly connected to the intermediate link, the input link of each freewheel is connected to the corresponding satellite, and the output link of each freewheel is kinematically connected to a hinge mounted on the housing of the mechanism, and the rotational movement to the output shaft is transmitted through kinematic communication with the intermediate link.

2. The rotational motion transmission mechanism according to claim 1, characterized in that it further comprises an eccentric control mechanism mounted on the drive shaft.

3. The rotational motion transmission mechanism according to claim 2, characterized in that the eccentric control mechanism includes articulated traction and a control slider.

4. The rotational motion transmission mechanism according to claim 1, characterized in that the output link of each freewheel via a satellite housing is connected kinematically with a hinge mounted on the housing.

5. The rotational motion transmission mechanism according to claim 4, characterized in that the kinematic connection of the satellite housing with a hinge mounted on the mechanism housing is made in the form of traction.

6. The rotational motion transmission mechanism according to claim 4, characterized in that on the intermediate link there are ring-shaped grooves with which arcuate guides connected to the satellite bodies interact.

7. The rotational motion transmission mechanism according to claim 1, characterized in that the kinematic connection of the intermediate shaft with the output shaft is made in the form of a cardan shaft, either in the form of hinges of equal angular speeds, or in the form of a rocker mechanism.

8. The rotational motion transmission mechanism according to claim 1, characterized in that the distance between the axis of rotation of the intermediate link and the center of the hinge mounted on the mechanism body (R _P ) is smaller than the radius of the pitch circle of the central gear (R _C ), and between the values of R _P and R _C must be observed the following ratio: 0.2 · R _C <R _P <R _C.