ФРИКЦИОННЫЙ ВАРИАТОР

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения в части разработки схем передаточных механизмов с бесступенчатым изменением кинематических характеристик.

Известны технические решения [1, 2], предлагающие бесступенчатое изменение положения вектора угловой скорости вращения ведомого вала в одноступенчатой зубчатой передаче, звенья которой имеют сферическую форму рабочей поверхности. Однако при сохранении несомненных преимуществ кинематической схемы, практическая реализация этих решений затруднена сложностями технологического процесса изготовления зубчатых сферических рабочих поверхностей основных звеньев передачи, что обуславливает, фактически, штучное производство таких передач. При этом выгоды от реализации принципа бесступенчатости существенно снижаются необходимостью снабжения механизма дополнительными вспомогательными элементами конструкции, изготовление каждого из которых создает дополнительные трудности технологического процесса.

Целью предлагаемого технического решения является создание передаточного механизма, содержащего минимальное количество звеньев передачи, при обеспечении возможности бесступенчатого разностороннего изменения кинематических характеристик движения, преобразуемого механизмом.

Согласно предлагаемому изобретению эта задача решается тем, что в механизме, преобразующем вращательное движение, взаимодействие звеньев ступени передачи, расположенной внутри опорного контура передачи, осуществляется в фрикционном контакте сферических рабочих поверхностей, при относительном качении без скольжения сопрягающихся звеньев; при этом бесступенчатое изменение величины и положения вектора угловой скорости преобразованного вращательного движения обеспечивается действием связей, управляющих положением ведомого звена и опорного контура, а усилие давления в контакте рабочих звеньев передачи, обеспечивающее качение без скольжения, создается упругой связью.

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется фиг.1, где:

1 - ведущий вал, 2 - ведущее звено передачи, 3 - ведомое звено передачи, 4 - ведомый вал, 5 - опорная штанга, 6 - сферический подшипник, 7 - упругая связь, 8 - управляющая связь опорного контура, 9 - управляющая связь положения ведомого звена, 10 - стойка, ω₁ - угловая скорость вращения ведущего звена, ω_3var - угловая скорость вращения ведомого звена (варьируемая величина), - вектор угловой скорости ведомого звена (варьируемое положение), φ₈ - угол поворота управляющей связи 8, φ₄ - угол поворота управляющей связи 9, h - ход штанги 5 в плоскости опорного контура.

Ведущий вал 1 составляет со стойкой вращательную кинематическую пару и жестко соединен с ведущим звеном 2, задавая ему угловую скорость вращения ω₁. Ведомое звено передачи 3 составляет с ведущим 2 высшую кинематическую пару, взаимодействуя с ним в точечном контакте, приобретая в этом взаимодействии угловую скорость вращения ω_3var, варьируемую в процессе работы в широком диапазоне значений. Ведомый вал 4 передачи жестко соединен с ведомым звеном 3, составляет сферическую кинематическую пару 6 с опорной штангой 5 и снабжен управляющей связью 9, действием которой задается значение угла φ₄ между осями вращения ведущего 2 и ведомого 3 звеньев, обеспечивая этим варьируемость положения вектора угловой скорости ведомого звена 3; при этом изменение угла φ₄ строго согласовано с изменением величины h хода штанги 5 опорного контура.

Рабочая ступень фрикционной передачи, представленная звеньями 2 и 3, расположена внутри опорного контура передачи, содержащего стойку 10, две управляющие связи 8 и опорную штангу 5. Управляющие связи 8, выполненные, например, в виде тяг-тандеров (талрепов), обеспечивают прижатие ведомого звена 3 к ведущему 2 при посредстве упругой связи 7, расположенной на участке ведомого вала 4 между опорной штангой 5 и ведомым звеном 3 передачи; при этом усилие прижатия обеспечивает значение силы трения в контакте звеньев 2 и 3, не менее чем на 20% превышающей значение окружного усилия от ведущего звена 2, соблюдая, таким образом, условие качения без скольжения в сопряжении звеньев 2 и 3. Кроме того, положением управляющих связей 8 задается величина угла φ₈ поворота плоскости опорного контура относительно оси, перпендикулярной оси вращения ведущего вала 1, сообщая, таким образом, дополнительную варьируемость положения вектора (оси вращения ведомого вала 4). Опорная штанга 5 составляет с управляющей связью 8 вращательную и поступательную кинематические пары, обеспечивающие возможность вращения штанги 5 относительно собственной оси и поступательного перемещения в направлении этой оси (ход h). Принудительное поступательное перемещение штанги 5, а вместе с ним изменение положения осуществляется действием управляющей связи 9 (в соединении с ведомым валом 4 представляет собой аналог колонки рулевого управления), которое обеспечивает возможность кратковременного уменьшения усилия прижатия звена 3 к звену 2, с возможностью плавного или мгновенного изменения положения точки контакта на поверхности звена 3, при сохранении ее положения на поверхности звена 2; этим действием изменяется передаточное число ступени передачи, то есть варьируется значение угловой скорости ведомого звена .

Ожидаемый технический результат реализации предлагаемого решения заключается в обеспечении бесступенчатого варьирования, в широком диапазоне значений, величины угловой скорости вращения ведомого звена передачи, а также положений вектора этой угловой скорости внутри пространства, ограниченного коническими поверхностями, угол при вершине которых равен φ₈ или 2φ₄.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР на изобретение №39499, приоритет №118417 от 11.11.1932 г.

2. Offenlegungsschrift Bundesrepublik Deutschland DE 4420183 A1. Aktenzeichen Ρ 4420183.4. Anmeldetag 09.06.1994.