WO2018013007A1 - Импульсная изменяемая передача вращения (далее иипв) - Google Patents

Импульсная изменяемая передача вращения (далее иипв) Download PDF

Info

Publication number
WO2018013007A1
WO2018013007A1 PCT/RU2017/000484 RU2017000484W WO2018013007A1 WO 2018013007 A1 WO2018013007 A1 WO 2018013007A1 RU 2017000484 W RU2017000484 W RU 2017000484W WO 2018013007 A1 WO2018013007 A1 WO 2018013007A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotation
main movement
transmission
kinematic
ministry
Prior art date
Application number
PCT/RU2017/000484
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Владимир Витальевич КИЛИН
Original Assignee
Владимир Витальевич КИЛИН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Витальевич КИЛИН filed Critical Владимир Витальевич КИЛИН
Publication of WO2018013007A1 publication Critical patent/WO2018013007A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H29/00—Gearings for conveying rotary motion with intermittently-driving members, e.g. with freewheel action
    • F16H29/02—Gearings for conveying rotary motion with intermittently-driving members, e.g. with freewheel action between one of the shafts and an oscillating or reciprocating intermediate member, not rotating with either of the shafts
    • F16H29/04—Gearings for conveying rotary motion with intermittently-driving members, e.g. with freewheel action between one of the shafts and an oscillating or reciprocating intermediate member, not rotating with either of the shafts in which the transmission ratio is changed by adjustment of a crank, an eccentric, a wobble-plate, or a cam, on one of the shafts

Definitions

  • IIPV Pulse variable gear rotation
  • the invention relates to mechanical engineering and can be used in drives of machines and mechanisms, including for continuously variable (variator) or multi-stage controlled transmission of the main power in vehicles, in particular in the automotive industry, including the production of trucks, motor vehicle construction, agricultural production and construction equipment, in the manufacture of drives of the main power of ships, bicycles.
  • the movements of the IIPV elements directly related to the transfer of the main power from the input link to the output will be called the main movements, in contrast, for example, from the movements associated with adjusting the gear ratio.
  • the kinematic chain of the main IIPV movement usually includes one or more free-wheeling mechanisms (MCA), which convert oscillatory movements into rotational motion or vice versa.
  • MCA free-wheeling mechanisms
  • swinging element - meaning that the element is installed with the possibility of making a reciprocating movement, as a subspecies of the oscillatory movement
  • rotational element - meaning that the element is installed with the possibility of making a rotational movement.
  • the means of transmission of rotation included in the kinematic chain of the main movement with a cyclically variable gear ratio but a constant average gear ratio in the description will be called a pulsator.
  • the velocity will be plotted along the ordinate axis in arbitrary units, and all such graphs will imply the operation of the IIPW with a fixed swing amplitude of the swing elements.
  • coaxially connecting elements a swinging element and a rotational element corresponding to the swinging element; selected as a prototype.
  • the prototype is characterized by disadvantages: increased wear of the Ministry of Agriculture and a reduced resource IIPV;
  • the disadvantages are associated with the design feature of the kinematic scheme of the prototype, namely, with a large angular relative acceleration between the oscillating element and the corresponding rotational element during the closure of the Ministry of Agriculture
  • each gear (25) (hereinafter referred to as ZRSh) engaged in the rack, which acts as a rocking element, rotates in one revolution of the crank, when the main movement is transmitted (when the connected MCX is closed), by an angle
  • ⁇ is the number of Pi
  • the curve of the velocity of rotation of the air defense system depending on the phase of rotation of one of the cranks on the graph, will have the form of a sinusoid 1.
  • the curves of motion of the remaining air defense systems are the same sinusoids, but phase shifted by a multiple of 90 degrees (curves
  • ⁇ ' is the relative acceleration module in the prototype between the swinging element and the corresponding rotational element at the moment of switching the MOX of their connecting ones. It is equal to the acceleration between the clips of the overrunning clutch of the prototype, in the period of switching its state;
  • the indicated value is the minimum acceleration of the relative rotation between the oscillating element and its corresponding rotational element at the moment of switching the Ministry of Agriculture in the prototype without a pulsator. Correction of rotation with the help of a pulsator increases the rotation speed of both of these elements by approximately 27%, and therefore, increases their acceleration of relative rotation at the moment of switching the Ministry of Agriculture.
  • the indicated relative acceleration formula characterizes for all previous IIPIs the minimum value of the relative acceleration modulus, which is achieved by at least one pair of the main movement consisting of the oscillating element and the corresponding rotational element during the switching of the MCX mode connecting the specified pair, for any nominal fixed oscillation amplitude of the oscillating element.
  • the relative acceleration formula shows that the relative acceleration increases from the oscillation frequency of the oscillating element according to the quadratic law and, at the frequencies required for transport, is set very significant.
  • all MCA have a finite switching time - closing and opening, and during the switching of the MCA mode, the oscillating element and its corresponding rotational element, due to the large relative acceleration at the moment of switching, find themselves in the connected state through the MOA with a nonzero stray relative angular velocity (POS ), which is extinguished in the Ministry of Agriculture. For a prototype with a pulsator, it looks like this.
  • the first ZRSh Before passing through the moment of switching two MCXs, the first ZRSh, with a speed curve 7, is connected to the output shaft through its closed overrunning clutch, and rotates with an angular speed equal to the angular velocity of the output shaft 8.
  • the bypass clutch of the second ZRSh with a speed curve 9 is open.
  • the angular velocity of rotation of the first ZRSh decreases, which means that the rotation speed of the output shaft decreases.
  • the rotation speed of the second ZRSh begins to exceed the rotation speed of the output shaft, which means that the bursting elements of the overrunning clutch associated with the second ZRSh begin to turn to a closed position.
  • angular rotation between overrunning clutch fg For complete closure of the specified freewheel, angular rotation between overrunning clutch fg.
  • An object of the invention is to achieve technical results: improve the working conditions of the Ministry of Agriculture; reducing depreciation of the Ministry of Agriculture and increasing the life of IIIP; decrease in heating of the Ministry of Agriculture; lower requirements for manufacturing materials of the Ministry of Agriculture and their processing; lower requirements for the switching speed of the Ministry of Agriculture; increase the efficiency of IIIP; IIPV power transmission equalization; reduce requirements for the cooling system of the Ministry of Agriculture; increase the permissible frequency of movement of the swinging elements. Additional technical results achieved in specific versions: removal of restrictions on the use of the Ministry of Agriculture based on non-friction gearing, including ratchet mechanisms; reduction in the size of the Ministry of Agriculture; increase in transmitted torque; elimination of sliding friction in the Ministry of Agriculture.
  • FIG. 1 shows a graph of the speeds of rotation of the rocking element and the rotation of the output shaft of the prototype without a pulsator, depending on the phase of rotation of one of the cranks, plotted along the abscissa in units of ⁇ .
  • FIG. 2 shows a graph of the rotation speeds of the swinging element and the rotation of the output shaft of the prototype with a pulsator, depending on the phase of rotation of the input shaft, plotted along the abscissa in units of ⁇ .
  • FIG. 3 shows the kinematic diagram of the CVT IIIPV (VIIPV) on the cranks and four MAH.
  • FIG. Figure 4 shows a graph of the rotation speeds of the swinging elements of the VIIIW on cranks and four MOA, with a slight slowdown of each swinging element during the opening of the associated MOA, depending on the phase of rotation of the primary shaft, plotted along the abscissa in units of ⁇ .
  • FIG. 5 depicts the kinematic diagram of VIIPV on eccentrics and four Ministry of Agriculture.
  • FIG. 6 shows the kinematic diagram of the IIPIP with cam-planetary pulsators.
  • FIG. 7 shows the kinematic diagram of VIIPV on inclined washers and four Ministry of Agriculture.
  • FIG. 8 is a graph of the rotation speeds of the swinging elements of VIIIPV without the POC, with equal speeds of each swinging element in periods: transmission of the main movement through the specified swinging element; closing and opening of the Ministry of Agriculture associated with the specified swing element; depending on the phase of rotation of the initial link, plotted along the abscissa in units of ⁇ .
  • FIG. 9 is a kinematic diagram of a gear clutch control.
  • FIG. 10 shows a kinematic diagram of a keyway control means with the addition of selected sections of a keyway and keys necessary to reveal the intent of the invention.
  • Example 1 (FIGS. 3, 4) of the VIIIP implementation on cranks and four MOA.
  • VIIIPV includes a primary shaft 10, which acts as an initial link, and a secondary shaft 11, which are interconnected by two identical kinematic sections 12 and 13.
  • Each kinematic section contains a pulsator consisting of a non-circular primary gear 14 mounted on the primary shaft and a non-circular the secondary gear 15 mounted coaxially to the secondary shaft and constantly engaged with the primary gear.
  • the secondary gear is rigidly connected to the crank 16 having a variable shoulder.
  • the crank finger is engaged with a reciprocating slider 17 (forming a Scottish mechanism), on which two gear racks 18 are mounted, the gear racks located on opposite sides of the secondary shaft and directed by teeth to the secondary shaft.
  • Each rail is engaged with its own round tertiary gear 19, and each tertiary gear is connected to the secondary shaft through an overrunning clutch 20 which plays the role of the Ministry of Agriculture.
  • All overrunning clutches are installed to transmit rotation to the secondary shaft in one direction.
  • Tertiary gears act as rocking elements, and the secondary shaft acts as a rotational element corresponding to all tertiary gears.
  • Kinematic sections are configured in such a way as to move with a phase shift of 90 degrees.
  • VIIIPV is equipped with a tool for synchronously changing the arms of cranks 21 in all kinematic sections, for example, as a pair of synchronized mechanisms from RU2185897 or a pair of synchronized mechanisms from the prototype, one mechanism for each crank.
  • an output gear 22 (either an asterisk or a pulley) is installed on it.
  • the rotation applied to the input shaft in each kinematic section is transmitted through a pulsator to the crank, which drives the reciprocating slider, which through the toothed racks provide tertiary gears with a swinging motion.
  • the oscillating movements of all tertiary gears are shifted by a multiple of 90 degrees and are rectified by freewheels in rotation of the secondary shaft.
  • the pulsators are made and installed in such a way that during the shorting period of each overrunning clutch and during the transmission of motion to the secondary shaft in the closed state of the specified overrunning clutch, with a total duration of the indicated periods equal to (360 degrees) / S (equal to 90 degrees for the described option performance) the rotation speed curve of the tertiary gear 23 associated with this overrunning clutch was constant until the 24th start of the switching period (opening) of the specified overrunning clutch.
  • the ability to rotate the tertiary gear at a constant speed is associated with the possibility of uniform movement of the reciprocating slide during the indicated period (I.I. Artobolevsky. Mechanisms in modern technology. Second revised edition. 1980. Volume 4. Mechanism 2269 p. 1 10. and mechanism 2270 p.
  • the pulsators set the rotation speed curve of each tertiary gear after the period of transmission of the main movement through it to the secondary shaft, from the moment the overrunning clutch switching period begins to the moment 25 of the overrunning clutch switching period ends with a conditional duration of 10 degrees in phase, decelerating with an acceleration equal to:
  • ⁇ 2 ' is the relative acceleration modulus between the oscillating element and the corresponding rotational element during the switching period of the MOX of their connecting.
  • the rotation speed curve of the other tertiary gear 26, which will next transmit the movement to the secondary shaft has a constant value during the switching of the Ministry of Agriculture equal to the average rotation speed of the secondary shaft.
  • the closure and opening of both overrunning clutches involved in this switchover occurs with relative angular acceleration between the oscillating element and the corresponding rotational element, not exceeding 0.4 * t? * $ * sya / ⁇ . Since this consideration concerns the rotation speed curves of all tertiary gears, the output extends to all overrunning clutches in the device.
  • the transition period may have a value other than 10 degrees, but it should be equal to or greater than the switching period of the overrunning clutches when the device is operating in normal mode.
  • the acceleration associated with the change in the amplitude of the oscillations of the tertiary gear is added to the acceleration of the tertiary gear associated with it and to the acceleration of the secondary shaft.
  • the acceleration addition is the same for both elements, which means that the instantaneous relative acceleration between the indicated elements does not change, which means that the above technical results are achieved.
  • the indicated technical results are also achieved in all subsequent examples of the implementation of IIIP, for the same reasons. Since the change of the crank arm and, accordingly, the amplitude of the movements of the swinging elements is possible in a continuous (stepless) manner, the described transmission is a variator.
  • All rotational, swinging, slide kinematic pairs can be made using sliding or rolling bearings (the latter is preferable).
  • the means for adjusting the crank arms can be performed automatically.
  • An example of automatic adjustment is the design of V.F. Maltsev. "Mechanical impulse transmission.” M., Mechanical Engineering, 1978 p. 47 Fig. 2 or in A.S. SU 155373.
  • the automatic adjustment means can also be performed, both on the basis of a mechanical drive, and on the basis of hydraulic, pneumatic, electromagnetic drives, or a combination thereof.
  • the automatic adjustment means may comprise an electronic control unit.
  • a balancing tool can be inserted into the IIPV: to balance the crank, for example, a weight with an adjustable radius of rotation, as in RU2185897; for balancing the reciprocating slide, for example, a weight with the opposite movement driven from the reciprocating slide through the gear installed in the housing, according to the well-known scheme of balancing the bolt group in the automatic machine AEK - 971 (ra.wikipedia.org/wiki/%C0%C5 % CA-971.
  • Example 2 (Fig. 5) of the implementation of VIIPV on eccentrics and four MOA, different from VIIIP on cranks and four MOA from Example 1, in that in each kinematic section the crank in the Scottish mechanism is replaced by an eccentric 27 (as shown by I.I. Artobolevsky. Mechanisms in modern technology. Revised second edition. 1980. Volume 5. mechanism 2835) with variable eccentricity, and the eccentricity control 28 of both eccentrics is made of two synchronized mechanisms, each of which is designed as: (II Artobolevsky. Mechanisms in modern technology. Second revised edition. 1980. Volume 1. Mechanism 472); or US 20140123787 A1; or (V.F. Maltsev. "Mechanical impulse transmissions.” M., Mechanical Engineering, 1978 p.
  • This version of the device reduces the acceleration between the tertiary gear and the secondary shaft during the switching of the MOA and, thereby, reduces the load on the MOA, but increases the size, weight, weight, material consumption of the device by several tens of percent. Similarly, a significant number of kinematic sections can be added to the device.
  • This example demonstrates the feasibility of implementing the device on three Ministry of Agriculture, but does not have clear advantages over Wi-Fi in eccentrics and the four Ministry of Agriculture from Example 2.
  • Example 5 (Fig. 6) of the implementation of VIIIPV with cam-planetary pulsators, which differs from VIIIPV on eccentrics and four MAs in that the cam-planetary mechanism performs the role of the pulsator in each kinematic section (II Artobolevsky. Mechanisms in modern technology. Edition the second one was revised 1980. Volume 5.
  • Mechanism 3120 consisting of a carrier 29 mounted on a carrier of a planetary gear satellite 30 engaged in a fixed gear 31, with the same number of teeth as that of a satellite.
  • a cam 32 mounted on the satellite and engaged with a roller 33 mounted on the rocker arm 34 and a spring (not shown in the drawing).
  • An eccentric with variable eccentricity is mounted on the beam.
  • the input shaft is installed inside the hollow output shaft.
  • the pulsator may include two or more identical cams.
  • one of this pair of elements can be partially hollow, and the other element of the pair is inserted into this cavity, that is, the elements will contact one surface of the inner radius and the other surface of the outer radius.
  • the fist of the pulsator may be leading or driven in relation to the rotational link on which it is mounted.
  • the roller can be inserted into the figured groove of the cam.
  • Example 6 (Fig. 7) of the implementation of VIIIPV on inclined washers and four MOA, different from VIIIPV on cranks and four MOA from Example 1, in that each kinematic section consists of a cam-plan of a pulsator 35, a rotating inclined washer 36 of variable inclination, which is connected through a thrust bearing with a swinging washer 37.
  • the swinging washer is connected through a link to two reciprocating sliders with a screw 38, each of which is connected through a ball screw-nut engagement with an intermediate gear 39, which is engaged with gear wheel.
  • Kinematic sections are configured to move tertiary gears with a phase shift of 90 degrees.
  • VIIIPV is equipped with a means of synchronously changing the inclination of the rotating washers, made, for example, on the basis of (V.F. Maltsev. "Mechanical impulse transmissions.” M., Mechanical Engineering, 1978, p. 31.32, Fig. 26).
  • the rotation applied to the input shaft is converted by the pulsator to the pulsating rotation of the inclined washer, then it is converted into the swinging movements of the swinging washer, then into the movement of the reciprocating slide with the screw, which is converted into the swinging movements of the intermediate gear, and then into the swinging movements of the tertiary gear.
  • This example demonstrates the possibility of implementing the invention with different construction of kinematic sections.
  • Example 7 (Fig. 8) of the implementation of VIIIPV without the POCS, which differs from VIIIPV on the eccentrics and four MCA from Example 2 in that the kinematic circuit of the pulsators is designed so that during the MCA switching period (between the time 40 of the beginning of the MCA switching period and the end 41 of the switching period of the Ministry of Agriculture) OTNs (having a rotation speed curve 42) and PTSh (having a rotation speed curve 43) rotate at the same angular speed, that is, they are practically motionless relative to each other and relative to the secondary shaft.
  • OTNs having a rotation speed curve 42
  • PTSh having a rotation speed curve 43
  • This embodiment allows you to virtually eliminate the POUS when switching the MOA, thereby further enhancing all the technical results of the invention.
  • Overrunning clutches can be replaced with friction clutches with a forced drive to control their closure and / or opening from the input shaft: mechanical (for example, the cam mechanism for closing the friction clutch in RU2297565 or other closing or opening cam-lever or cam-pushing mechanisms), or hydraulic, or pneumatic, or electromagnetic, or a combination of these drives.
  • the first half of the period 40-41 closes the friction clutch related to the PTSh, the second half of the period closes the friction clutch related to the PTS.
  • Friction couplings can be made with one or more friction pairs characterized by wet or dry friction.
  • Example 8 (Fig. 9) of the implementation of a multi-stage IIIPV (MIIPV) with non-friction gear rotation transmission, different from the implementation of VIIIW without the POC from Example 7 in that the friction clutches in the main motion transmission circuit are replaced by gear couplings, and the gear coupling closure drive 44 each kinematic section contains a control cam 45 mounted on the input shaft, which is in contact with the roller 46 mounted on the control beam 47.
  • the other end of the control beam through the wings is engaged with the hollow slider 48, mouth mounted over the secondary shaft with the possibility of axial movement.
  • a hollow slider through a double bearing is connected to a longitudinally movable coupling half 49 of the gear coupling, the movable coupling half mounted on the secondary shaft through the splines.
  • the longitudinally stationary coupling half 50 is rigidly connected to the tertiary gear.
  • the hollow slider is squeezed from the longitudinally stationary half-coupling by the spring 51.
  • the roller moves away from itself through the specified gear coupling, this movement is converted by the control beam into the movement of the hollow slide towards the longitudinally stationary half-coupling, and is converted into movement in the same direction of the longitudinally movable coupling half, the gear coupling closes and this kinematic section begins to transmit power to the secondary shaft.
  • stepless rotation transmission is not possible, but only multistage.
  • the mechanism for changing the oscillation amplitude in each kinematic section (crank arm or eccentricity of the eccentric or inclination of the inclined washer) is made stepwise, and this step is coordinated with the pitch of the teeth of the gear coupling, so that if the swing amplitude of the swing elements when the gear coupling is closed, its teeth fall into the troughs.
  • phase of the step change in the amplitude of the oscillations ends before the phase of the onset of closure of the gear clutch.
  • stepper mechanisms are well known in the art, for example, the Maltese mechanism, a stepper motor with a control unit can also be used.
  • the described MIIPV allows gear shifting without interruption of power transmission.
  • the immobility of the gear coupling halves relative to each other during its closure and during its opening allows the teeth and grooves of the coupling halves to be equal in the circumferential direction up to the clearances necessary for the relative axial movement of the coupling halves.
  • This embodiment means non-friction backlashless, in the direction of the transmitted movement, the engagement of the Ministry of Agriculture.
  • This embodiment IIIPW sharply increases the maximum transmitted torque, reduces dimensions, weight, and material consumption, since the relative force transmitted by the gearing is much higher than that of the friction clutch.
  • the part of the control rocker connected to the hollow slider can be made in the form of a fork engaged with the hollow slider from opposite sides of the latter.
  • MIIPV control cams can be installed on a special control shaft driven from the input shaft with a rotation period equal to or a multiple of the rotation period of the input shaft.
  • the kinematics of the control gear drive of the gear clutch can be performed in such a way that the control roller opens the gear clutch and the sliding spring closes the clutch.
  • the kinematics of the gear drive control drive can be made in the form of a desmodrome mechanism, in which one or more cams controls the closure and opening of the gear coupling.
  • the need for a slider spring is eliminated, which dramatically increases the limit frequency of the control mechanism.
  • Example 9 of the implementation of MIIPV with a ratchet mechanism differs from the implementation of MIIPV with gear transmission by the gearing method, in that the gear couplings are replaced by ratchet couplings well known in the art.
  • This option dramatically simplifies the IIEP, reduces its dimensions, weight, material consumption, as it eliminates the need for a locking and / or opening mechanism of the gear clutch.
  • the number of dogs S in the ratchet clutch can be performed differing by one or another small number from the number of recesses Z and teeth for engaging the dogs. In this case, the number of gear ratios P can reach a value.
  • S is the number of dogs in the ratchet mechanism
  • Z is the number of recesses or teeth for engaging dogs.
  • the step-by-step mechanism for controlling the amplitude of vibrations is designed in such a way that, in the phase of closure, at least one dog of the ratchet clutch falls into the corresponding recess.
  • Example 10 of the implementation of MIIPV with a key clutch, different from the implementation of MIIPV with the transmission of rotation by non-friction gearing, in that the gear coupling is replaced by a key coupling 52 with movable keys.
  • the profile of the outer circumferential side of the keyed coupling half rigidly connected to the tertiary gear 53 ( ⁇ ) and the profile of the inner circumferential side of the keyed coupling half rigidly connected to the secondary shaft 54 ( ⁇ ) are serrated, so that these coupling halves would not touch each other during relative rotation.
  • ⁇ teeth are made wider in the axial direction than teeth in ⁇ .
  • Axially movable keys 55 are inserted into the slots evenly spaced around the circumference of the ⁇ .
  • the profile of teeth and recesses of the keys in the open state of the key coupling coincides with the profile of the teeth and recesses of ⁇ .
  • a hollow slider through a double bearing is connected to the dowel control sleeve 56, on which the straight pushers 57 are included in the SHPMVV slots and the return pushers 58.
  • the dowel control sleeve is mounted on the secondary shaft on the splines. In ⁇ opposite to pushers cuts are cut out into which dowels can enter when moving them towards a tertiary gear.
  • the number of dowels and the number of slots in ⁇ differs per unit (or other small number).
  • the control cam In the phase of power transmission through the specified tertiary gear, the control cam, through the control beam and the hollow slider, shift the key control sleeve towards the tertiary gear, the direct pushers shift at least one key that engages with the ⁇ and, thus, closes the key clutch.
  • the control cam In the phase of the absence of power transmission through the specified tertiary gear, the control cam ceases to put pressure on the roller, the slider spring through the hollow slider returns the key control sleeve to the initial position, the reverse pushers return all the keys to the original position, the keys cease to cling to the ⁇ , thereby the keyway opens.
  • This option reduces the mass of movable elements when closing / opening the keyway and, due to the small width of the keys, allows you to significantly increase their number, thereby increasing the number of stages (the number of gear ratios) in the IIPW.
  • the dowels of the keys and ⁇ may have a bevel in the circular section for automatically returning the keys to the initial position and opening the key coupling in case the lag of the tertiary gear lags behind the rotation of the secondary shaft (as is done in ratchet mechanisms), this increases the safety of the MIIGS and allows you to get rid of reverse pushers and slide spring.
  • the keys can have a slight narrowing of their longitudinal section perpendicular to the drawing plane to the side of the tertiary coupling, this narrowing reduces the length of the path of movement of the keys under the main load in the circumferential direction. This reduces the wear of the dowels and keyway, which means that it increases the life of MIIPV.
  • that part of the keys that interacts with the direct pusher can be placed at different distances from the axis of rotation for different keys.
  • the invention can be used in drives of machines and mechanisms, including for stepless (variator) or multi-stage controlled transmission of the main power in vehicles, in particular in the automotive industry, including the production of trucks, in motorcycle manufacturing, in the production of agricultural and construction equipment, production of drives for the main power of ships, bicycles.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к импульсным передачам. Импульсная изменяемая передача вращения (ИИПВ) содержит в кинематической цепи передачи главного движения более двух механизмов свободного хода (МСХ). Каждый МСХ выполнен связывающим соосно установленные качательный элемент и соответствующий качательному элементу вращательный элемент. Относительное угловое ускорение между качательным элементом и вращательным элементом, соединенными через МСХ, не превышает 0,4* π 2 *ϑ* ω a/N, где: π — число Пи; ϑ - частота колебаний указанного качательного элемента; ω a - средняя скорость поворота качательного элемента за период передачи им главного движения, то есть в период, когда МСХ, связанная с данным качательным элементом, замкнута; Ν - количество МСХ в кинематической цепи главного движения. Достигается увеличение КПД ИИПВ.

Description

Импульсная изменяемая передача вращения (далее ИИПВ).
Область техники.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах машин и механизмов, в том числе, для бесступенчатой (вариаторной) или многоступенчатой регулируемой передачи основной мощности в транспортных средствах, в частности, в автомобилестроении, включая производство грузовиков, в мотоцикл остроении, при производстве сельскохозяйственной и строительной техники, при производстве приводов основной мощности судов, велосипедов. Движения элементов ИИПВ, непосредственно связанные с передачей основной мощности от входного звена на выходное, будут называться главными движениями, в отличие, например, от движений, связанных с регулировкой передаточного отношения. Кинематическая цепь главного движения ИИПВ обычно включает в себя один или несколько механизмов свободного хода (МСХ), преобразующих колебательные движения во вращательное движение или наоборот. В описании будут использоваться понятия: качательный элемент - означающее, что элемент установлен с возможностью совершения возвратно-качательного движения, как подвида колебательного движения; вращательный элемент - означающее, что элемент установлен с возможностью совершения вращательного движения. Включенное в кинематическую цепь главного движения средство передачи вращения с циклически изменяемым передаточным отношением, но постоянным средним передаточным отношением в описании будет назваться пульсатором. В графиках скоростей поворота/вращения, скорость будет откладываться по оси ординат в условных единицах, причем все такие графики будут подразумевать работу ИИПВ при фиксированной амплитуде качаний качательных элементов.
Предшествующий уровень техники.
Известна (А.с. 1414990 СССР, F16H 29/04) ИИПВ содержащая в кинематической цепи передачи главного движения более двух МСХ, каждый из которых выполнен
связывающим соосно установленные элементы: качательный элемент и соответствующий качательному элементу вращательный элемент; выбранная как прототип. Для прототипа характерны недостатки: повышенный износ МСХ и уменьшенный ресурс ИИПВ;
повышенный нагрев МСХ; повышенные требования к материалам изготовления МСХ и их обработке; повышенные требования к скорости переключения МСХ; пониженный КПД ИИПВ; неравномерность передачи мощности ИИПВ; повышенные требования к системе охлаждения МСХ; ограничение на частоту движения качательных элементов; ограничение на использовании МСХ на основе нефрикционного зацепления, в том числе храповых механизмов. Недостатки связаны с конструктивной особенностью кинематической схемы прототипа, а именно - с большим угловым относительным ускорением между качательным элементом и соответствующим ему вращательным элементом в период замыкания МСХ
связывающего указанные элементы. Рассмотрим вариаторную часть прототипа без пульсатора. При вращении кривошипов, каждая зацепленная за рейку шестерня (25) (далее ЗРШ), выполняющая роль качательного элемента, за один оборот кривошипа поворачивается, при передаче главного движения (когда связанный с ней МСХ замкнут), на угол
Figure imgf000004_0001
где:
\ - угол поворота ЗРШ, при передаче через нее главного движения;
R-i- плечо кривошипа;
R-2- делительный радиус ЗРШ;
π - число Пи;
Ν - количество МСХ в передаче главного движения (в прототипе равно 4).
При этом кривая скорости поворота ЗРШ в зависимости от фазы поворота одного из кривошипов на графике будет иметь вид синусоиды 1. Кривые движения остальных ЗРШ являются такими же синусоидами, но смещенными на фазу кратную 90 градусам (кривые
2, 3, 4). Средняя скорость поворота ЗРШ за период, когда связанная с ней МСХ замкнута, равна
ша = 2*Ri/R2*N*9*sin(jt/N);
где:
(оа - средняя скорость поворота качательного элемента за период передачи им главного движения, то есть в период, когда МСХ связанная с данным качательным элементом замкнута;
3 - частота колебаний качательного элемента.
Заметим, что coa совпадает со скоростью вращения промежуточного и выходного вала прототипа, которые выполняют роли вращательных элементов соответствующих качательным элементам. Кривая скорости вращения выходного вала 5 в прототипе без пульсатора является огибающей синусоид 1,2,3,4. В момент 6 переключения двух МСХ (одна обгонная муфта размыкается, другая замыкается) и после ЗРШ движется с замедлением, а соответствующий ей вращательный элемент ускоряется, так как приводится уже другой ЗРШ. Таким образом, относительное ускорение между ЗРШ и выходным валом составляет
ω' = 4*P4/R2* π2 *»2 *sin(7t/N); где
ω' - модуль относительного ускорения в прототипе между качательным элементом и соответствующим ему вращательным элементом в момент переключения МСХ их связывающих. Он же равен ускорению между обоймами обгонной муфты прототипа, в период переключения ее состояния;
или иначе:
Figure imgf000005_0001
(далее - формула относительного ускорения), указанная величина является минимальным ускорением относительного поворота между качательным элементом и соответствующим ему вращательным элементом в момент переключения МСХ в прототипе без пульсатора. Коррекция вращения с помощью пульсатора увеличивает скорость поворота обоих указанных элементов ориентировочно на 27%, а значит, увеличивает их ускорение относительного поворота в момент переключения МСХ. Указанная формула относительного ускорения характеризует для всех предшествующих ИИПВ минимальное значение модуля относительного ускорения, которое достигается хотя бы одной парой главного движения состоящей из качательного элемента и соответствующего ему вращательного элемента в период переключения режима МСХ связывающего указанную пару, при любой штатной фиксированной амплитуде колебаний качательного элемента. Формула относительного ускорения показывает, что относительное ускорение возрастает от частоты колебаний качательного элемента по квадратичному закону и, при требуемых для транспорта частотах, ставится весьма значительным. С другой стороны все МСХ имеют конечное время переключения - замыкания и размыкания, и за время переключения режима МСХ качательный элемент и соответствующий ему вращательный элемент из-за большого относительного ускорения в момент переключения оказываются в подключенном состоянии через МСХ с ненулевой паразитной относительной угловой скоростью (ПОУС), которая гасится в МСХ. Для прототипа с пульсатором это выглядит так. До прохождения момента переключения двух МСХ первая ЗРШ, со скоростной кривой 7 связана с выходным валом через свою замкнутую обгонную муфту, и вращается с угловой скоростью равной угловой скорости выходного вала 8. Обгонная муфта второй ЗРШ со скоростной кривой 9 разомкнута. Сразу после прохождения момента переключения двух МСХ угловая скорость поворота первой ЗРШ падает, а значит, падает скорость вращения выходного вала. Скорость поворота второй ЗРШ начинает превышать скорость вращения выходного вала, а значит, распирающие элементы обгонной муфты связанной со второй ЗРШ начинают поворачиваться к замкнутому положению. Для полного замыкания указанной обгонной муфты требуется угловой поворот между обоймами обгонной муфты фг . Причем модуль ускорения между второй ЗРШ и соответствующей ей вращательным элементом не меньше, чем ω' = 2*π2 *θ * ω/Ν. Согласно известному из школьной программы соотношению между пройденным путем, ускорением и скоростью, к моменту полного замыкания указанной обгонной муфты ПОУС составит для прототипа - ПОУС = (2* ω'* ф2)0,5
где:
фг - угловой поворот между обоймами обгонной муфты, требуемый для ее замыкания. Таким образом, чем больше относительное ускорение между соответствующими друг другу качательным и вращательным элементами в момент переключения обгонной муфты, тем больше ПОУС. Эта ПОУС погашается в обгонной муфте, с выделением тепловой энергии. Данный эффект характерен для всех ИИПВ с качательными элементами (например В.Ф.Мальцев. «Механические импульсные передачи». М., Машиностроение, 1978 стр. 26 рис. 21), а не только для реечных ИИПВ, и приводит к: повышенному износу МСХ и уменьшенному ресурсу ИИПВ; повышенному нагреву МСХ; повышенным требованиям к материалам изготовления МСХ и их обработке; повышенные требования к скорости переключения МСХ; понижению КПД прототипа, из-за потерь энергии связанных с переводом ПОУС в тепло; неравномерности передачи мощности ИИПВ, которая связана с тем, что когда в прототип набирает указанную ПОУС в этот момент он использует подводимую к нему мощность полностью или частично на набор ПОУС, а не на передачу этой части мощности потребителю; ограничению на частоту колебаний качательных элементов для предотвращения разрушения МСХ; повышению требований к системе охлаждения МСХ; ограничению на использовании МСХ на основе нефрикционного зацепления, в том числе храпового механизма, так как при погашении ПОУС в таких МСХ возникают ударные нагрузки, которые быстро разрушают МСХ.
Раскрытие изобретения.
Технической задачей изобретения является достижение технических результатов: улучшения условий работы МСХ; уменьшения износа МСХ и увеличение ресурса ИИПВ; уменьшения нагрева МСХ; понижения требований к материалам изготовления МСХ и их обработке; понижения требований к скорости переключения МСХ; увеличения КПД ИИПВ; выравнивания передачи мощности ИИПВ; уменьшения требований к системе охлаждения МСХ; повышения допустимой частоты движения качательных элементов. Дополнительные технические результаты, достигаемые в конкретных вариантах исполнения: снятие ограничения на использовании МСХ на основе нефрикционного зацепления, в том числе храповых механизмов; уменьшение размеров МСХ; увеличение передаваемого крутящего момента; устранение трения скольжения в МСХ.
Технические результаты достигаются совокупностью ограничительных признаков, а именно - ИИПВ содержащая в кинематической цепи передачи главного движения более двух МСХ, каждый из которых выполнен связывающим соосно установленные элементы: качательный элемент и соответствующий качательному элементу вращательный элемент. И отличительных признаков - кинематическая схема ИИПВ характеризуется, при любой штатной фиксированной амплитуде колебаний качательных элементов, для любого МСХ главного движения в период его замыкания и в период его размыкания, относительным угловым ускорением между качательным элементом и вращательным элементом, соединенными через указанный МСХ, не превышающим величины
Figure imgf000007_0001
Действительно, все ранее указанные недостатки прототипа связаны с большим относительным ускорением между соосными качательным и вращательным элементами связанными через МСХ в период замыкания МСХ. Уменьшение относительного ускорения между ними, в указанный период, уменьшает проявление всех недостатков, а значит, улучшает условия работы МСХ.
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 изображен график скоростей поворота качательного элемента и вращения выходного вала прототипа без пульсатора, в зависимости фазы вращения одного из кривошипов, отложенной по оси абсцисс в единицах π.
На фиг. 2 изображен график скоростей поворота качательного элемента и вращения выходного вала прототипа с пульсатором, в зависимости от фазы вращения входного вала, отложенной по оси абсцисс в единицах π.
На фиг. 3 изображена кинематическая схема вариаторной ИИПВ (ВИИПВ) на кривошипах и четырех МСХ.
На фиг. 4 изображен график скоростей поворота качательных элементов ВИИПВ на кривошипах и четырех МСХ, с небольшим замедлением каждого качательного элемента в период размыкания связанной с ним МСХ, в зависимости фазы вращения первичного вала, отложенной по оси абсцисс в единицах π.
На фиг. 5 изображена кинематическая схема ВИИПВ на эксцентриках и четырех МСХ. На фиг. 6 изображена кинематическая схема ВИИПВ с кулачково-планетарными пульсаторами.
На фиг. 7 изображена кинематическая схема ВИИПВ на наклонных шайбах и четырех МСХ. На фиг. 8 изображен график скоростей поворота качательных элементов ВИИПВ без ПОУС, с равными скоростями каждого качательного элемента в периоды: передачи главного движения через указанный качательный элемент; замыкания и размыкания МСХ связанной с указанным качательным элементом; в зависимости фазы вращения начального звена, отложенной по оси абсцисс в единицах π.
На фиг. 9 изображена кинематическая схема средства управления зубчатой муфтой.
На фиг. 10 изображена кинематическая схема средства управления шпоночной муфтой с добавлением выделенных сечений шпоночной муфты и шпонок, необходимых для раскрытия замысла изобретения.
Осуществление изобретения.
Пример 1 (фиг 3, 4) реализации ВИИПВ на кривошипах и четырех МСХ. ВИИПВ включает в себя первичный вал 10, выполняющий роль начального звена, и вторичный вал 11, которые связаны между собой двумя одинаковыми кинематическими секциями 12 и 13. Каждая кинематическая секция содержит пульсатор, состоящий из некруглой первичной шестерни 14, установленной на первичный вал, и некруглой вторичной шестерни 15 установленной соосно вторичному валу и постоянно зацепленной с первичной шестерней. Вторичная шестерня жестко соединена с кривошипом 16, имеющим переменное плечо. Палец кривошипа зацеплен возвратно-поступательным ползуном 17 (образуя шотландский механизм), на котором установлены две зубчатые рейки 18, причем зубчатые рейки расположены по разные стороны от вторичного вала и направлены зубцами к вторичному валу. Каждая рейка зацеплена со своей круглой третичной шестерней 19, а каждая третичная шестерня связана с вторичным валом через обгонную муфту 20 выполняющую роль МСХ. Все обгонные муфты установлены для передачи вращения на вторичный вал в одном направлении. Третичные шестерни выполняют роли качательных элементов, а вторичный вал выполняет роль вращательного элемента соответствующего всем третичным шестерням. Кинематические секции настроены таким образом, что бы двигаться со сдвигом фазы в 90 градусов. ВИИПВ снабжен средством синхронного изменения плечей кривошипов 21 во всех кинематических секциях, например в виде пары синхронизированных механизмов из RU2185897 или пары синхронизированных механизмов из прототипа, по одному механизму на каждый кривошип. Для снятия вращения с вторичного вала на него установлена выходная шестерня 22 (или звездочка, или шкив). Вращение, поданное на первичный вал, в каждой кинематической секции передается через пульсатор на кривошип, который приводит в движение возвратно-поступательный ползун, который через зубчатые рейки обеспечивают третичным шестерням качательное движение. Качательные движения всех третичных шестерен смещены на фазу кратную 90 градусов и выпрямляются обгонными муфтами во вращение вторичного вала. Пульсаторы, выполнены и установлены таким образом, что бы в период замыкания каждой обгонной муфты и в период передачи движения на вторичный вал в замкнутом состоянии указанной обгонной муфты, с суммарной длительностью указанных периодов равной (360 градусов)/Ы (равной 90 градусам для описываемого варианта исполнения) кривая скорости поворота третичной шестерни 23, связанной с этой обгонной муфтой была постоянной до момента 24 начала периода переключения (размыкания) указанной обгонной муфты. Возможность поворота третичной шестерни с постоянной скоростью связана с возможностью равномерного движения возвратно-поступательного ползуна в указанный период (И.И.Артоболевский. Механизмы в современной технике. Издание второе переработанное. 1980. Том 4. механизм 2269 стр 1 10. и механизм 2270 стр. 1 1 1). Так же пульсаторы задают кривую скорости поворота каждой третичной шестерни после периода передачи через нее главного движения на вторичный вал, с момента начала периода переключения обгонных муфт до момента 25 окончания периода переключения обгонных муфт с условной длительностью в 10 градусов по фазе, замедляющуюся с ускорением равным:
Figure imgf000009_0001
где
ω2'- модуль относительного ускорения между качательным элементом и соответствующим ему вращательным элементом в период переключения МСХ их связывающих.
При этом кривая скорости поворота другой третичной шестерни 26, которая будет следующей передавать движение на вторичный вал, имеет в период переключения МСХ постоянное значение, равное средней скорости вращения вторичного вала. Таким образом, замыкание и размыкание обоеих участвующих в данном переключении обгонных муфт происходит с относительным угловым ускорением между качательным элементом и соответствующим ему вращательным элементом, не превышающим значения 0,4*т? *$ * сйа/Ν. Так как указанное рассмотрение касается кривых скорости поворота всех третичных шестерней, то вывод распространяется на все обгонные муфты в устройстве. Переходный период может иметь отличное от 10 градусов значение, но он должен быть равен или превышать период переключения обгонных муфт, при работе устройства в штатном режиме. Так же такой период, с точки зрения кинематики, должен быть меньше 90 градусов. Рассмотрим переходный период переключения МСХ подробнее. Назовем третичную шестерню, которая до выбранного переходного периода замкнута с вторичным валом через свою обгонную муфту, а после переходного периода ее обгонная муфта разомкнута - отключаемой третичной шестерней (ОТШ). И назовем третичную шестерню, которая до выбранного переходного периода не связана с вторичным валом, а после выбранного переходного периода ее обгонная муфта замкнута - подключаемой третичной шестерней (ПТШ). Сразу после момента начала периода переключения обгонных муфт ПТШ начинает поворачиваться быстрее, чем ОТШ, а значит быстрее, чем вращается вторичный вал. Заклинивающие элементы обгонной муфты ПТШ начинают поворачиваться в замыкающее положение. К моменту завершения замыкания обгонной муфты связанной с ПТШ ПОУС между ПТШ и выходным валом становится равным:
ПОУС = (2* ω2'* фг)Л0,5
Так как ω2', как минимум, в 5 раз меньше, чем ω' в прототипе, то в обгонной муфте ВИИПВ погасится ПОУС в 2.24 раза меньше чем ПОУС в прототипе и выделится энергии, как минимум, в 5 раз меньше, чем в прототипе. То же рассуждение верно для всех переходных периодов переключения МСХ в рассмотренном примере реализации ВИИПВ на кривошипах и четырех МСХ. И это автоматически означает: улучшение условий работы МСХ; уменьшение износа МСХ и увеличение ресурса ИИПВ; уменьшение нагрева МСХ; понижение требований к материалам изготовления МСХ и их обработке; понижение требований к скорости переключения МСХ; увеличение КПД ИИПВ - так как уменьшается ПОУС; выравнивание передачи мощности ИИПВ - на ПОУС тратится меньшая мощность, а значит, колебания передачи мощности уменьшаются; уменьшение требований к системе охлаждения МСХ; повышение допустимой частоты движения качательных элементов - так как, при прочих равных условиях, ВИИПВ можно использовать на больших частотах вращения. В приведенном примере реализации при изменении амплитуды колебаний качающихся элементов, в период переключения МСХ, к ускорению связанной с ним третичной шестерни и к ускорению вторичного вала добавляется ускорение связанное с изменением амплитуды колебаний третичной шестерни. Но добавка ускорения одинаковая для обоих элементов, а значит, мгновенное относительное ускорение между указанными элементами не меняется, а значит, достигаются вышеприведенные технические результаты. Указанные технические результаты так же достигаются во всех последующих примерах реализации ИИПВ, по тем же основаниям. Так как изменение плеча кривошипа и, соответственно, амплитуды движений качательных элементов возможно непрерывным (бесступенчатым) образом, то описанная передача является вариатором. Все вращательные, качательные, ползунковые кинематические пары могут быть выполнены с использование подшипников скольжения или качения (последнее предпочтительнее). Для автоматизации подстройки передаточного отношения ИВ к параметрам внешнего привода и/или к параметрам внешней нагрузки средство регуляции плечей кривошипов может быть выполнено автоматическим. Примером автоматической регулировки может служить конструкция В.Ф.Мальцев. «Механические импульсные передачи». М., Машиностроение, 1978 стр. 47 рис 2 или в А.С. SU 155373 . Средство автоматической регулировки так же может быть выполнено, как на основе механического привода, так и на основе гидравлического, пневматического, электромагнитного приводов или их комбинации. Так же средство автоматической регулировки может содержать блок электронного управления. Для уменьшения дисбаланса, в ИИПВ может быть вставлено средство балансировки: для балансировки кривошипа, например, грузик с регулируемым радиусом его вращения, как в RU2185897; для балансировки возвратно-поступательного ползуна, например грузик с оппозитным движением, приводимым от возвратно-поступательного ползуна через шестерню, установленную в корпусе, по известной схеме балансировки затворной группы в автомате АЕК - 971 (ra.wikipedia.org/wiki/%C0%C5%CA-971.
Пример 2 (фиг. 5) реализации ВИИПВ на эксцентриках и четырех МСХ, отличающийся от ВИИПВ на кривошипах и четырех МСХ из примера 1 тем, что в каждой кинематической секции кривошип в шотландском механизме заменен на эксцентрик 27 (как показано И.И.Артоболевский. Механизмы в современной технике. Издание второе переработанное. 1980. Том 5. механизм 2835) с переменным эксцентриситетом, а средство управления эксцентриситетом 28 обоих эксцентриков выполнено из двух синхронизированных механизмов, каждый из которых выполнен как: (И.И.Артоболевский. Механизмы в современной технике. Издание второе переработанное. 1980. Том 1. механизм 472); или US 20140123787 А1; или (В.Ф.Мальцев. «Механические импульсные передачи». М., Машиностроение, 1978 стр. 122 рис. 9 в). Такая замена позволяет снимать вращение непосредственно с вторичного вала без выходной шестерни (или звездочки или шкива). Вторичный вал может быть выведен из устройства в любую сторону или в обе стороны. Заметим, что ключевым условием достижения технического результата является наличие в ИИПВ пульсаторов в количестве не меньшим, чем округленная вверх до целого числа половина количества МСХ. Добавлением двух пульсаторов можно достичь того же технического результата в устройствах не имеющих зубчатых реек или винтов, например в устройстве (В.Ф.Мальцев. «Механические импульсные передачи». М., Машиностроение, 1978 стр. 26 рис. 21).
Пример 3 реализации ВИИПВ на эксцентриках и шести МСХ, отличающийся от ИИПВ на эксцентриках и четырех МСХ тем, что в него добавлена еще одна идентичная предыдущим кинематическая секция, а движение всех кинематических секций настроено таким образом, что бы движение третичных шестерен различалось по фазе на величину кратную 60 градусам. Такой вариант устройства уменьшает ускорение между третичной шестерней и вторичным валом в период переключения МСХ и, тем самым, уменьшает нагрузку на МСХ, но увеличивает размер, вес, массу, материалоемкость устройства на несколько десятков процентов. Аналогичным образом можно добавлять в устройство значительное количество кинематических секций.
Пример 4 реализации ВИИПВ на эксцентриках и трех МСХ, отличающийся от ВИИПВ на эксцентриках и шести МСХ тем, что в каждой кинематической секции убрана одна из зубчатых реек, третичная шестерня и обгонная муфта. А движение всех кинематических секций настроено таким образом, что бы движение третичных шестерен различалось по фазе на величину кратную 120 градусам. Данный пример демонстрирует возможность реализации устройства на трех МСХ, но не имеет явных преимуществ перед ВИИПВ на эксцентриках и четырех МСХ из примера 2.
Пример 5 (фиг. 6) реализации ВИИПВ с кулачково-планетарными пульсаторами, отличающийся от ВИИПВ на эксцентриках и четырех МСХ тем, что роль пульсатора в каждой кинематической секции выполняет кулачково-планетарные механизм (И.И.Артоболевский. Механизмы в современной технике. Издание второе переработанное. 1980. Том 5. механизм 3120), состоящий из водила 29, установленного на водило планетарного зубчатого сателлита 30, зацепленного за неподвижную шестерню 31, с тем же количеством зубцов, что и у сателлита. Кулачка 32, установленного на сателлит и зацепленного с роликом 33, установленного на коромысло 34, и пружины (не показана на чертеже). На коромысло установлен эксцентрик с переменным эксцентриситетом. Первичный вал установлен внутри полого вторичного вала. Использование такого пульсатора позволяет упростить изготовление ВИИПВ, увеличить его КПД, упростить проектирование и взаимосогласование элементов ВИИПВ, уменьшить размеры ввиду того, что первичный вал и вторичный вал установлены соосно.
Для уменьшения габаритов пульсатора и уменьшения контактного давления на каждый кулачек пульсатор может включать два или более одинаковых кулачка. С целью увеличения площади контакта кулачка и ролика и уменьшения давления в области контакта один из этой пары элементов может быть выполнен частично полым, а другой элемент пары вставлен в эту полость, то есть элементы будут контактировать один поверхностью внутреннего радиуса, а другой поверхностью внешнего радиуса. В различных вариантах исполнения кулачек пульсатора может быть ведущим или ведомым по отношению к вращательному звену, на который он установлен. Для увеличения частоты работы пульсатора и избавления от пружины ролик может быть вставлен в фигурный паз кулачка.
Пример 6 (фиг. 7) реализации ВИИПВ на наклонных шайбах и четырех МСХ, отличающийся от ВИИПВ на кривошипах и четырех МСХ из примера 1 тем, что в каждая кинематическая секция состоит из кулачково-плане арного пульсатора 35, вращающейся наклонной шайбы 36 переменного наклона, которая связана через упорный подшипник с качающейся шайбой 37. Качающаяся шайба через кулису связана с двумя возвратно поступательными ползунами с винтом 38, каждый из которых через шариковое винто- гаечное зацепление связан с промежуточной шестерней 39, которая зацеплена с третичной шестерней. Кинематические секции настроены для движения третичных шестерней со смещением по фазе на 90 градусов. ВИИПВ снабжен средством синхронного изменения наклонения вращающихся шайб, выполненным, например, на основе (В.Ф.Мальцев. «Механические импульсные передачи». М., Машиностроение, 1978 стр. 31,32 рис. 26). Вращение, поданное на первичный вал, преобразуется пульсатором в пульсирующее вращение наклонной шайбы, далее преобразуется в качательные движения качательной шайбы, далее в движение возвратно-поступательного ползуна с винтом, которое преобразуется в качательные движения промежуточной шестерни, и далее в качательные движения третичной шестерни. Данные пример демонстрирует возможность реализации изобретения с различным построением кинематических секций. При размещении наклонных и качающихся шайб с одной стороны от блока с обгонными муфтами, появляется возможность вывода вторичного вала из устройства и снятия вращения непосредственно с него.
Пример 7 (фиг. 8) реализации ВИИПВ без ПОУС, отличающийся от ВИИПВ на эксцентриках и четырех МСХ из примера 2 тем, что кинематическая схема пульсаторов выполнена таким образом, что в период переключения МСХ (между моментом 40 начала периода переключения МСХ и моментом 41 окончания периода переключения МСХ) ОТШ (имеющая кривую скорости поворота 42) и ПТШ (имеющая кривую скорости поворота 43) поворачиваются с одинаковой угловой скоростью, то есть практически неподвижны относительно друг друга и относительно вторичного вала. Такой вариант исполнения позволяет практически исключить ПОУС при переключении МСХ, тем самым дополнительно усилить все технические результаты изобретения. Описанное изменение кинематической схемы возможно для всех примеров реализации ВИИПВ с 1 по 6. Обгонные муфты могут быть заменены на фрикционные муфты с принудительным приводом управления их замыкания и/или размыкания от первичного вала: механическим (например, кулачковый механизм замыкания фрикционной муфты в RU2297565 или другие замыкающие или размыкающие кулачково-рычажные или кулачково-толкательные механизмы), или гидравлическим, или пневматическим, или электромагнитным, или комбинацией указанных приводов. Первую половину периода 40-41 замыкается фрикционная муфта относящаяся к ПТШ, вторую половину периода размыкается фрикционная муфта относящаяся к ОТШ. Фрикционные муфты могут быть выполнены с одной или несколькими фрикционными парами, характеризуемыми мокрым или сухим трением. В этом варианте ВИИПВ достигаются: увеличение предельной частоты работы ВИИПВ (ввиду внешнего принудительного управления МСХ); возможность обратной передачи вращения от вторичного вала на первичный вал; уменьшение габаритов, массы, материалоемкости, увеличение предельного крутящего момента так как, фрикционные муфты, особенно многодисковые имеют больший удельный крутящий момент на единицу объема и массы, чем обгонные муфты.
Пример 8 (фиг.9) реализации многоступенчатой ИИПВ (МИИПВ) с передачей вращения методом нефрикционного зацепления, отличающийся от реализации ВИИПВ без ПОУС из примера 7 тем, что в цепи передачи главного движения фрикционные муфты заменены на зубчатые муфты, а привод замыкания зубчатой муфты 44 в каждой кинематической секции содержит управляющий кулачок 45 установленный на первичный вал, который контактирует с роликом 46 установленным на управляющее коромысло 47. Другой конец управляющего коромысла через кулису зацеплен с полым ползуном 48, установленным поверх вторичного вала с возможностью осевого перемещения. Полый ползун через двойной подшипник связан с продольно-подвижной полумуфтой 49 зубчатой муфты, причем подвижная полумуфта установлена на вторичный вал через шлицы. Продольно- неподвижная полумуфта 50 жестко связана с третичной шестерней. Полый ползун отжимается от продольно-неподвижной полумуфты ползунной пружиной 51. При вращении первичного вала кулачек в фазе соответствующей передаче мощности через указанную зубчатую муфту перемещает ролик от себя, это движение преобразуется управляющим коромыслом в движение полого ползуна в сторону продольно- неподвижной полумуфты, и преобразуется в движение в ту же сторону продольно- подвижной полумуфты, зубчатая муфта замыкается и данная кинематическая секция начинает передавать мощность на вторичный вал. По окончании фазы передачи движения через данную кинематическую секцию кулачек перестает давить на ролик, ползунная пружина отжимает полый ползун и вместе с ним продольно-подвижную полумуфту от продольно-неподвижной полумуфты, что приводит к размыканию зубчатой муфты и прекращению передачи мощности через эту зубчатую муфту. В данном варианте реализации невозможна бесступенчатая передача вращения, а возможна только многоступенчатая. Механизм изменения амплитуды колебаний в каждой кинематической секции (плеча кривошипа или эксцентриситета эксцентрика или наклона наклонной шайбы) выполнен шаговым, причем указанный шаг согласован с шагом зубцов зубчатой муфты, таким образом, что бы при изменении амплитуды качаний качательных элементов при замыкании зубчатой муфты ее зубцы попадали во впадины. Кроме того, фаза изменения шага амплитуды колебаний заканчивается до фазы начала замыкания зубчатой муфты. Подобные шаговые механизмы хорошо известны в технике, например мальтийский механизм, так же может быть использован шаговый электродвигатель с блоком управления. Описанная МИИПВ допускает переключение передач без разрыва передачи мощности. Неподвижность полумуфт зубчатой муфты относительно друг друга в период ее замыкания и в период ее размыкания позволяет выполнить зубцы и углубления полумуфт равными в окружном направлении с точностью до зазоров необходимых для относительного осевого движения полумуфт. Такое выполнение означает нефрикционное безлюфтовое, в направлении передаваемого движения, зацепление МСХ. Такой вариант выполнения ИИПВ резко увеличивает предельные передаваемый крутящий момент, уменьшает габариты, массу, и материалоемкость, так как относительное усилие передаваемое зацеплением значительно выше такового у фрикционной муфты. Для уравновешивания нагрузок часть управляющего коромысла, соединяемая с полым ползуном, может быть выполнена в виде вилки зацепляемой с полым ползуном с противоположных сторон последнего. Для упрощения изготовления и сборки МИИПВ управляющие кулачки могут быть установлены на специальном управляющем валу, приводимом от первичного вала, с периодом обращения равным или кратным периоду вращения первичного вала. Кинематика привода управления зубчатой муфты может быть выполнена таким образом, что бы управляющий ролик размыкал зубчатую муфту, а замыкала муфту ползунная пружина. Так же кинематика привода управления зубчатой муфты может быть выполнена в виде десмодромного механизма, в котором и замыканием и размыканием зубчатой муфты управляет один или несколько кулачков. В таком варианте устраняется необходимость в ползунной пружине, что резко повышает предельную частоту работы управляющего механизма.
Пример 9 реализации МИИПВ с храповым механизмом отличающийся от реализации МИИПВ с передачей вращения методом зацепления, тем, что зубчатые муфты заменены общеизвестным в технике храповыми муфтами. Такой вариант резко упрощает МИИПВ, уменьшает его габариты, вес, материалоемкость, так как устраняет необходимость в механизме замыкания и/или размыкания зубчатой муфты. Для увеличения количества ступеней МИИПВ количество собачек S в храповой муфте может быть выполнено отличающимся на единицу или другое небольшой число от количества углублений Z иж зубцов для зацепления собачек. В этом случае количество передаточных отношений Р может достигать значения.
P=|S*Z (S-Z)|
где:
Р - количество передаточных отношений в МИИПВ;
S - количество собачек в храповом механизме;
Z - количество углублений или зубцов для зацепления собачек.
Шаговый механизм управления амплитуды колебаний выполнен таким образом, что бы в фазе замыкания хотя бы одна собачка храповой муфты попадала в соответствующее углубление.
Пример 10 (фиг. 10) реализации МИИПВ со шпоночной муфтой, отличающаяся от реализации МИИПВ с передачей вращения методом нефрикционного зацепления тем, что зубчатая муфта заменена шпоночной муфтой 52 с подвижными шпонками. Профиль внешней окружной стороны шпоночной полумуфты жестко связанной с третичной шестерней 53 (ШПМТШ) и профиль внутренней окружной стороны шпоночной полумуфты жестко связанной с вторичным валом 54 (ШПМВВ) выполнены зубчатыми, причем так, что бы указанные полумуфты не задевали друг друга при относительном повороте. Зубцы ШПМТШ выполнены шире в осевом направлении, чем зубцы в ШПМВВ. В равномерно размещенные по окружности ШПМТШ прорези вставлены подвижные в осевом направлении шпонки 55. Профиль зубцов и углублений шпонок в незамкнутом состоянии шпоночной муфты совпадает с профилем зубцов и углублений ШПМТШ. Полый ползун через двойной подшипник соединен с втулкой управления шпонками 56, на которой равномерно по окружности установлены прямые толкатели 57 входящие в прорези ШПМВВ и обратные толкатели 58. Втулка управления шпонками установлена на вторичном валу на шлицах. В ШПМВВ напротив толкателей вырезаны прорези в которые могут входить шпонки при перемещении их в сторону третичной шестерни. Количество шпонок и количество прорезей в ШПМВВ различается на единицу (или другое небольшое число). В фазе передачи мощности через указанную третичную шестерню управляющий кулачек, через управляющее коромысло и полый ползун сдвигает втулку управления шпонками в сторону третичной шестерни, прямые толкатели сдвигают по крайне мере одну шпонку, которая входит в зацепление с ШПМВВ и, тем самым замыкает шпоночную муфту. В фазе отсутствия передачи мощности через указанную третичную шестерню, управляющий кулачек перестает давить на ролик, ползунная пружина через полый ползун возвращает втулку управления шпонками в первоначальное положение, обратные толкатели возвращают все шпонки в первоначальное положение, шпонки перестают зацепляться за ШПМВВ, тем самым шпоночная муфта размыкается. Данный вариант уменьшает массу перемещаемых элементов при замыкании/размыкании шпоночной муфты и, ввиду незначительной ширины шпонок, позволяет значительно увеличить их количество, тем самым увеличить количество ступеней (количество передаточных отношений) в МИИПВ. Зубцы шпонок и ШПМВВ могут иметь скос в окружном сечении для автоматического возвращения шпонок в первоначальное положение и размыкания шпоночной муфты в случае отставания поворота третичной шестерни от поворота вторичного вала (как это делается в храповых механизмах), это увеличивает безопасность МИИГШ и позволяет избавиться от обратных толкателей и ползунковой пружины. Для уменьшения трения в процессе замыкания и размыкания шпоночной муфты шпонки могут иметь небольшое сужение своего продольного сечения перпендикулярного плоскости чертежа сторону третичной муфты, такое сужение уменьшает длину пути движения шпонки под основной нагрузкой в окружном направлении. Что уменьшает износ шпонок и шпоночной муфты, а значит, увеличивает ресурс МИИПВ. Для упрощения размещения большого количества шпонок, с целью увеличить количество ступеней передаточного отношения, та часть шпонок, которая взаимодействует с прямым толкателем, может быть размещена на разных расстояниях от оси вращения для разных шпонок.
Промышленная применимость.
Изобретение может быть использовано в приводах машин и механизмов, в том числе, для бесступенчатой (вариаторной) или многоступенчатой регулируемой передачи основной мощности в транспортных средствах, в частности, в автомобилестроении, включая производство грузовиков, в мотоциклостроении, при производстве сельскохозяйственной и строительной техники, при производстве приводов основной мощности судов, велосипедов.

Claims

ФОРМУЛА
1. Импульсная изменяемая передача вращения (ИИПВ) содержащая в кинематической цепи передачи главного движения более двух механизмов свободного хода (МСХ), каждый из которых выполнен связывающим соосно установленные элементы:
качательный элемент и соответствующий качательному элементу вращательный элемент; отличающаяся тем, что кинематическая схема ИИПВ характеризуется, при любой штатной фиксированной амплитуде колебаний качательных элементов, для любого МСХ главного движения в период его замыкания и в период его размыкания, относительным угловым ускорением между качательным элементом и вращательным элементом, соединенными через указанный МСХ, не превышающим величины
Figure imgf000018_0001
где:
π - число Пи;
Э - частота колебаний указанного качательного элемента;
оэа - средняя скорость поворота качательного элемента за период передачи им главного движения, то есть в период, когда МСХ связанная с данным качательным элементом замкнута;
Ν - количество МСХ в кинематической цепи главного движения.
2. Устройство по п. 1 отличающееся тем, что включает в каждую из двух или более параллельных кинематических цепей передачи главного движения средство передачи вращения с циклически изменяемым передаточным отношением но, с фиксированным средним передаточным отношением (пульсатор).
3. Устройство по п. 1 отличающееся тем, что содержит в кинематической цепи главного движения 3 или 4 или 6 или более МСХ.
4. Устройство по п. 1 отличающееся тем, пульсаторы выполнены в виде кулачково- планетарного механизма.
5. Устройство по п. 1 отличающееся тем, что содержит в кинематической цепи главного движения синусоидальные механизмы: шотландские механизмы на кривошипах или на эксцентриках или механизмы с наклонной вращающейся шайбой и толкателем.
6. Устройство по п. 1 отличающееся тем, что кинематическая схема характеризуется, при любой штатной фиксированной амплитуде колебаний качательных элементов, в периоды замыкания и размыкания каждого МСХ главного движения, равной скоростью поворота качательного элемента и вращательного элемента связанных через указанный МСХ.
7. Устройство по п. 6 отличающееся тем, что кинематическая схема характеризуется, при любой штатной фиксированной амплитуде колебаний качательных элементов, в периоды замыкания, размыкания каждого МСХ и передачи через него главного движения, равной и постоянной скоростью поворота качательного элемента и вращательного элемента связанных через указанный МСХ.
8. Устройство по п. 1 отличающееся тем, что каждый МСХ главного движения выполнен в виде управляемой муфты, а устройство дополнено средством управления муфты.
9. Устройство по п. 1 отличающееся тем, что выполнено в виде вариатора или
многоступенчатой передачи.
10. Устройство по п. 6 отличающееся тем, что МСХ главного движения характеризуется передачей вращения методом нефрикционного безлюфтового, в направлении
передаваемого движения, зацепления.
11. Устройство по п. 6 отличающееся тем, что каждое МСХ главного движения вьшолнено в виде храпового механизма.
12. Устройство по п. 6 отличающееся тем, что управляемые муфты выполнены в виде: фрикционной муфты или зубчатой муфты или шпоночной муфты с подвижными шпонками.
PCT/RU2017/000484 2016-07-10 2017-07-04 Импульсная изменяемая передача вращения (далее иипв) WO2018013007A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016127646A RU2629765C2 (ru) 2016-07-10 2016-07-10 Импульсная изменяемая передача вращения
RU2016127646 2016-07-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018013007A1 true WO2018013007A1 (ru) 2018-01-18

Family

ID=57955778

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2017/000484 WO2018013007A1 (ru) 2016-07-10 2017-07-04 Импульсная изменяемая передача вращения (далее иипв)

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2629765C2 (ru)
WO (1) WO2018013007A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2757326C1 (ru) * 2021-03-04 2021-10-13 Борис Васильевич Пылаев Планетарная храповая обгонная муфта

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1013664A1 (ru) * 1980-02-06 1983-04-23 Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола Инерционный импульсатор
SU1414990A1 (ru) * 1985-07-22 1988-08-07 Ленинградский Технологический Институт Им.Ленсовета Механический вариатор скорости вращени
US6840884B2 (en) * 2001-11-14 2005-01-11 Xiaochun Wang Fluctuating gear ratio limited-slip differential
RU2438057C1 (ru) * 2010-07-21 2011-12-27 Юрий Феликсович Черняков Вариатор
RU2453740C1 (ru) * 2011-03-30 2012-06-20 Комаров Владимир Михайлович Подшипник качения
RU2475667C1 (ru) * 2011-08-09 2013-02-20 Юрий Феликсович Черняков Импульсный вариатор транспортного средства

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
UA81066U (en) * 2012-11-05 2013-06-25 Одесская Национальная Академия Пищевых Технологий Pulse reducer

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1013664A1 (ru) * 1980-02-06 1983-04-23 Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола Инерционный импульсатор
SU1414990A1 (ru) * 1985-07-22 1988-08-07 Ленинградский Технологический Институт Им.Ленсовета Механический вариатор скорости вращени
US6840884B2 (en) * 2001-11-14 2005-01-11 Xiaochun Wang Fluctuating gear ratio limited-slip differential
RU2438057C1 (ru) * 2010-07-21 2011-12-27 Юрий Феликсович Черняков Вариатор
RU2453740C1 (ru) * 2011-03-30 2012-06-20 Комаров Владимир Михайлович Подшипник качения
RU2475667C1 (ru) * 2011-08-09 2013-02-20 Юрий Феликсович Черняков Импульсный вариатор транспортного средства

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016127646A (ru) 2017-01-10
RU2629765C2 (ru) 2017-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2096331B1 (en) Transmission and gear changing method
US20220128143A1 (en) Continuously variable transmission
KR20180069853A (ko) 인터메싱 변속 메커니즘
RU2629765C2 (ru) Импульсная изменяемая передача вращения
US5108352A (en) Modified cranking mechanism for epicyclic transmission
EP1475555A1 (en) Continuously driving transmission, and equipment having continuously driving transmission
US4116083A (en) Variable speed transmission
US6641499B1 (en) Transmission
KR20180031691A (ko) 토션 스프링을 가지는 변속기 및 변속기의 작동방법
US6296589B1 (en) Gear engaging stepless speed variator with orientational on-off device
Al-Hamood et al. Modeling and theoretical analysis of a novel ratcheting-type cam-based infinitely variable transmission system
US4194407A (en) Variable speed transmission
US4188831A (en) Automatic transmission
RU74430U1 (ru) Зубчатая передача
WO2004040168A1 (ja) 無段変速装置
US4333555A (en) Variable speed transmission
WO2017206951A1 (zh) 无极变速装置
RU2391587C1 (ru) Способ бесступенчатого изменения передачи движения и устройство для его осуществления
CN112762149A (zh) 行星齿轮弹性传动装置及应用
RU2397388C2 (ru) Бесступенчатая импульсная механическая передача
CN105937591B (zh) 无级变速器
RU2617227C2 (ru) Импульсный вариатор
RU2731830C1 (ru) Кулисный колебательный механизм с кареткой высокомоментного вариатора нефрикционного типа
Čavić et al. Dynamic optimization of the pulse continuously variable transmission
RU2400661C1 (ru) Импульсный вариатор с управляемыми переходными режимами

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17828039

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17828039

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1