Автоматическая бесступенчатая передача

Автоматическая бесступенчатая передача

Реферат

 

Использование: в механических приводах. Сущность изобретения: в корпусе 1 передачи размещены соосные ведущий 2 и ведомый 3 валы, им соосно закреплена обойма механизма свободного хода 4. Ведущее звено выполнено в виде закрепленного на ведущем валу 2 водила 5 с роликами 6. Ролики 6 установлены на осях 7 водила 5 с возможностью вращения вокруг них и имеют клиновую канавку 8 по окружности. Пружины кручения 9 установлены на осях 10 ступицы 11 ведомого вала 3 предварительно закрученными на некоторый угол, а их свободные концы 12 поджаты в осевом направлении к обойме 4, на свободных концах 12 пружин 9 установлены зубья 13. Зубья 13 имеют возможность поступательного перемещения вдоль осей свободных концов пружины 9. Зубья 13 находятся в среднем положении под действием пружины сжатия 14. От раскручивания под действием момента упругости свободные концы 12 пружин 9 фиксируются упорами 15, закрепленными на ступице 11. Контактируя со специальными скосами упоров 15, свободные концы 12 пружин 9 занимают такое положение, при котором имеющиеся на них зубья 13 не касаются обоймы 4. Участок 16 пружины 9, предназначенный для взаимодействия с роликами 6, имеет профиль кулачка. Достигаемый технический результат: повышение долговечности передачи. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в механических приводах для автоматического бесступенчатого регулирования крутящего момента и угловой скорости ведомого вала в зависимости от нагрузки на нем.

Известны автоматические бесступенчатые импульсные передачи механического типа, использующие для трансформации вращающего момента силы упругости [1, 2] Они содержат размещенные в корпусе соосные ведущий и ведомый валы и закрепленное соосно им торцовое храповое колесо, ведущее звено, связанное с ведущим валом, рычагом для взаимодействия с ведущим звеном, установленные на ступице ведомого вала и упруго связанные с ней, и собачки, установленные на концах рычагов для взаимодействия с храповым колесом.

Недостатками этих передач является следующее: повышенный уровень шума, интенсивный износ зубьев собачек и храповика и высокая частота нагружений упругих элементов поджима собачек к храповому колесу, что приводит к выходу из строя поджимных упругих элементов. Долговечность таких передач оказывается низкой.

Известна автоматическая бесступенчатая передача [3] содержащая корпус, размещенные в нем соосные ведущий и ведомый валы, торцовое храповое колесо, закрепленное в корпусе, ведущее звено, связанное с ведущим валом, пружины кручения, расположенные на ведомом валу и предназначенные для взаимодействия с храповым колесом и ведущим звеном, кулачки и закрепленные на ведомом валу упоры по числу пружин. Основные пружины кручения взаимодействуют с храповым колесом посредством рычагов, на концах которых расположены собачки и поджимающие их к храповику вспомогательные упругие элементы.

Недостатком такой передачи является следующее. При создании такой конструкции передачи габариты поджимных упругих элементов весьма ограничены, а создаваемое ими усилие поджима для обеспечения надежного и своевременного зацепления собачек с храповым колесом должно быть сравнительно большим. Поэтому в процессе работы поджимные упругие элементы испытывают деформации, близкие к предельно допустимым при высокой частоте нагружений, что приводит к недостаточной долговечности поджимных упругих элементов.

Плохие передаточные свойства передачи обусловлены наличием в конструкции рычагов, имеющих большой момент инерции. При больших передаточных отношениях установленные на концах рычагов собачки не успевают войти в зацепление с зубьями храпового колеса до момента взаимодействия рычагов с соответствующими упорами. Запасенная рычагом и основной пружиной в результате взаимодействия с ведущим звеном полная механическая энергия рассеивается при ударе рычага об упор и не передается на ведомый вал.

Известна автоматическая бесступенчатая передача, принятая за прототип [4] Автоматическая бесступенчатая передача содержит корпус, размещенные в нем соосные ведущий и ведомый валы, обойму механизма свободного хода, выполненную в виде торцевого храпового колеса и закрепленную в корпусе, ведущее звено, выполненное в виде водила с роликами, имеющими кольцевую клиновую канавку, пружины кручения, одними концами связанные с ведомым валом и предназначенные для взаимодействия с обоймой механизма свободного хода, кулачки по числу пружин кручения, каждый из которых выполнен в виде предназначенного для взаимодействия с соответствующим роликом витка пружины, изогнутого в соответствии с профилем канавки ролика, и храповой зуб, выполненный на конце пружины, предназначенный для взаимодействия с обоймой. Основные пружины кручения взаимодействуют с обоймой. Основные пружины кручения взаимодействуют с обоймой механизма свободного хода посредством храповых зубьев, закрепленных на свободных концах пружин.

Недостатком прототипа является следующее: люфт в зацеплении, удар в радиальном направлении, потеря упругого момента при включении механизма свободного хода, разрушение контактирующих поверхностей зубьев из-за удара в осевом направлении вследствие сильного предварительного поджима свободных концов пружины к храповому колесу в осевом направлении, потеря работоспособности передачи из-за скрещивания храповых зубьев и храпового колеса.

Изобретением решается следующая задача: создание механического привода для автоматического бесступенчатого регулирования крутящего момента и угловой скорости ведомого вала в зависимости от нагрузки на нем.

Технический результат, получаемый от использования изобретения, заключается в повышении долговечности передачи.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной автоматической бесступенчатой передаче, содержащей корпус, размещенные в нем соосные ведущий, ведомый валы, обойму механизма свободного хода, закрепленную в корпусе, ведущее звено, выполненное в виде водила с роликами, имеющими кольцевую клиновую канавку, пружины кручения, каждая из которых одним концом связана с ведомым валом и предназначены для взаимодействия с обоймой механизма свободного хода посредством храповых зубьев, и кулачки по числу пружин кручения, каждый из которых выполнен в виде предназначенного для взаимодействия с соответствующим роликом витка пружины, изогнутого в соответствии с профилем канавки ролика, обойма механизма свободного хода выполнена в виде гладкого кольца из полиуретана, а каждый из храповых зубьев установлен на другом конце пружины кручения с возможностью поступательного перемещения вдоль его оси.

По сравнению с прототипом заявленное техническое решение имеет следующие отличительные признаки: обойма механизма свободного хода выполнена в виде гладкого кольца из полиуретана; каждый из храповых зубьев установлен на другом конце пружины кручения с возможностью поступательного перемещения вдоль его оси.

В предлагаемой автоматической бесступенчатой передаче в отличии от прототипа отсутствует храповое колесо. Храповые зубья, установленные на другом конце пружины, взаимодействуют с обоймой механизма свободного хода, выполненной в виде гладкого кольца из полиуретана. При взаимодействии храповых зубьев с кольцом из полиуретана происходит погружение храповых зубьев в полиуретановое кольцо за счет его упругой деформации, таким образом осуществляется замыкание механизма свободного хода и передача крутящего момента. В результате устраняются недостатки прототипа: люфт в зацеплении, удар в радиальном направлении, потеря упругого момента при включении механизма свободного хода, разрушение контактирующих поверхностей зубьев из-за удара в осевом направлении вследствие сильного предварительного поджима свободных концов пружины к храповому колесу в осевом направлении, потеря работоспособности передачи из-за скрещивания храповых зубьев и храпового колеса. При передаче основной пружиной крутящего момента выходной вал поворачивается и вместе с ним поворачивается ось вращения основной пружины. Вследствие этого изменяется расстояние от оси вращения основной пружины до точки контакта храпового зуба с полиуретановым кольцом. Изменение этого расстояния происходит за счет смещения храпового зуба вдоль его оси. Если бы храповой зуб был неподвижно закреплен на свободном конце основной пружины, то после поворота оси вращения основной пружины происходило бы перемещение храпового зуба по полиуретановому кольцу, что вело бы к повреждению этого кольца. В результате происходит повышение долговечности передачи. Таким образом, сравнение изобретения с прототипом позволило установить соответствие ее критерию "новизна".

При анализе уровня техники в данной области не было выявлено влияние предписываемых этим изобретением преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками, на достижение технического результата и, следовательно, заявляемая совокупность существенных признаков обеспечивает изобретению соответствие критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображена автоматическая бесступенчатая передача; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

В корпусе 1 передачи размещены соосные ведущий 2 и ведомый 3 валы, им соосно закреплена на корпусе 1 обойма механизма свободного хода 4, представляющая собой гладкое кольцо из полиуретана. Ведущее звено выполнено в виде закрепленного на ведущем валу 2 водила 5 с роликами 6. Ролики 6 установлены на осях 7 водила 5 с возможностью вращения вокруг них и имеют клиновую канавку 8 по окружности. Пружины кручения 9 установлены на осях 10 ступицы 11 ведомого вала 3 предварительно закрученными на некоторый угол, а их свободные концы 12 поджаты в осевом направлении к обойме 4. Храповые зубья 13 установлены на концах 12 пружины кручения 9 с возможностью поступательного перемещения вдоль своих осей. Храповые зубья 13 находятся в среднем положении под действием пружин сжатия 14. От раскручивания под действием момента упругости свободные концы 12 пружин 9 фиксируются упорами 15, закрепленными на ступице 11. Контактируя со специальными скосами упоров 15, свободные концы 12 пружин 9 занимают такое положение, при котором имеющиеся на них храповые зубья 13 не касаются обоймы 4 механизма свободного хода. Виток 16 пружины 9, предназначенный для взаимодействия с роликами 6, имеет профиль кулачка.

Автоматическая бесступенчатая передача работает следующим образом.

При произвольной угловой скорость ведомого вала 3 (фиг.1) и непрерывном вращении ведущего вала 2 по часовой стрелке вместе с водилом 5 установленные на его осях 7 ролики 6 впадинами своих клиновых канавок 8 входят в контакт с одной парой пружин кручения 9, обкатываясь по их виткам 16, имеющим профиль кулачка. В результате пружины 9 закручиваются в направлении вращения ведущего вала 2 на некоторый угол, величина которого зависит от момента сопротивления на ведомом валу 3. Свободные концы 12 этой пары пружин 9 вместе с храповыми зубьями 13 выходят из контакта с упорами 15, но по-прежнему не касаются обоймы механизма свободного хода 4, удерживаясь в таком положении клиновыми канавками 8 соответствующих роликов 6.

При достаточном моменте сопротивления на ведомом валу 3 свободные концы 12 пружин 9 поворачиваются на расчетный угол и ролики 6 теряют контакт с кулачковыми профилями витков 16 пружин 9. Далее свободные концы 12 пружин 9 вместе с храповыми зубьями 13 продолжают двигаться под действием сил упругости и инерции, пока их зубья не прекратят свободный ход над обоймой механизма свободного хода 4 и не заклинятся в ней. С этого момента времени пружины 9 отдают накопленную энергию ведомому валу 3. При передаче пружиной 9 крутящего момента выходной вал 3 поворачивается и вместе с ним поворачивается ось вращения 10 пружины 9. Вследствие этого изменяется расстояние от оси вращения 10 пружины 9 до точки контакта храпового зуба 13 с обоймой механизма свободного хода 4. Изменение этого расстояния происходит за счет поступательного перемещения храпового зуба 13 вдоль его оси по свободному концу 12 пружины 9 посредством пружин сжатия 14. Если бы храповой зуб 13 был неподвижно закреплен на свободном конце 12 пружины 9, то после поворота оси вращения 10 пружины 9 происходило бы перемещение храпового зуба 13 по обойме механизма свободного хода 4, что вело бы к ее повреждению.

Ролики 6, продолжая движение вместе с водилом 5 и ведущим валом 2, входят в контакт с кулачковыми профилями витков 16 следующей пары пружин 9, после чего процесс деформации повторяется.

В последующих циклах на некоторых режимах работы передачи ролики 6 могут войти в контакт с очередной парой пружин 9, еще не отдавших полностью накопленную энергию ведомому валу 3. Свободные концы 12 этих пружин 9 еще не успели войти в контакт с упорами 15, поэтому их храповые зубья 13 находятся в зацеплении с обоймой механизма свободного хода 4. В этом случае кулачковые профили витков 16 пружин 9 входят в контакт с правыми скосами клиновых канавок 8 роликов 6. Под действием горизонтальной составляющей силы нормального давления со стороны скосов витки 16 пружин 9 перемещаются в центры клиновых канавок 8 роликов 6 до контакта с впадинами канавок 8. В результате храповые зубья 13, установленные на свободных концах 12 пружин 9, выводятся из контакта с обоймой механизма свободного хода 4 и возвращаются в исходное положение пружинами сжатия 14. Дальнейший процесс деформации пружин 9 аналогичен описанному выше.

Использование предложенной передачи в механических приводах для автоматического бесступенчатого регулирования крутящего момента и угловой скорости ведомого вала в зависимости от нагрузки на нем позволит наряду с увеличением долговечности передачи улучшить надежность работы механизма свободного хода.

Формула изобретения

Автоматическая бесступенчатая передача, содержащая корпус, размещенные в нем соосные ведущий и ведомый валы, обойму механизма свободного хода, закрепленную в корпусе, ведущее звено, выполненное в виде водила с роликами, имеющими кольцевую клиновую канавку, пружины кручения, каждая из которых одним концом связана с ведомым валом, храповые зубья, каждое из которых установлено на другом конце пружины кручения и предназначено для взаимодействия с обоймой механизма свободного хода, и кулачки по числу пружин кручения, каждый из которых выполнен в виде предназначенного для взаимодействия с соответствующим роликом витка пружины, изогнутого в соответствии с профилем канавки ролика, отличающаяся тем, что обойма механизма свободного хода выполнена в виде гладкого кольца из полиуретана, а каждый из храповых зубьев установлен на другом конце пружины кручения с возможностью поступательного перемещения вдоль его оси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2