кулачковый импульсный вариатор

Формула изобретения

Кулачковый импульсный вариатор, содержащий корпус, расположенные в нем ведущий вал с жестко установленным на нем кулачком, преобразующий механизм, включающий в себя ведомый вал с расположенным на нем механизмом свободного хода и имеющий возможность качаться вокруг оси шарнирно опоры толкатель, находящийся с помощью пружины в постоянном контакте с кулачком и шарнирно связанный с ведущей обоймой механизма свободного хода, и механизм регулирования, состоящий из ползуна, имеющего возможность перемещения вдоль толкателя по направляющим, изготовленным в корпусе, и шарнирной опоры, поворотно размещенной в цилиндрической расточке ползуна, в отверстии которой свободно установлен толкатель, отличающийся тем, что параллельно первому преобразующему механизму установлен второй преобразующий механизм, толкатель которого расположен с противоположной стороны относительно кулачка ведущего вала и связан с толкателем первого преобразующего механизма прижимающим оба толкателя к кулачку прижимным устройством состоящим из свободно установленного в сквозных пазах обоих толкателей стержня с упорами на его концах и двух пружин, расположенных между соответствующим упором и толкателем, а ведомый вал второго преобразующего механизма связан с ведомым валом первого преобразующего механизма зубчатой передачей.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, в частности к передачам для бесступенчатого регулирования скорости движения выходного звена, и может быть использовано, например, в машинах пищевой, химической, хлопкоочистительной и др. промышленности.

Известен кулачковый импульсный вариатор (см., например, авт. свид. N 697771 СССР, БИ N 42, 1979), содержащий ведущий вал с задающим закон движения кулачком, ведомый вал с установленным на нем механизмом свободного хода, качающийся толкатель, связанный одним концом с ведущим элементом механизма свободного хода, а другим - с задающим закон движения кулачком, и регулирующий механизм, выполненный в виде поворотного сухарика, ограничивающего угол качания толкателя.

Но в этом вариаторе вращение выходного вала на всех режимах работы (кроме режима с максимально возможной частотой вращения выходного вала) осуществляется прерывисто (с выстоем), вследствие чего известный вариатор обладает большой неравномерностью движения, что очень нежелательно во многих технологических процессах. Кроме того, прерывистое вращение выходного вала приводит к дополнительным динамическим нагрузкам (ударам) в момент входа в соприкосновение профиля кулачка с толкателем со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Известен также кулачковый импульсный вариатор (см., например, авт. свид. N 712577 СССР, БИ N 4, 1980), принятый нами за прототип, содержащий корпус, расположенные в нем ведущий вал с жестко установленным на нем кулачком, ведомый вал с расположенным на нем механизмом свободного хода, ведущая обойма которого шарнирно связана с толкателем, взаимодействующим с помощью пружины с кулачком, и механизм регулирования, состоящий из ползуна, имеющего возможность перемещения вдоль толкателя по направляющим, изготовленным в корпусе, и шарнирной опоры, поворотно размещенной в цилиндрической расточке ползуна и в отверстии которой свободно установлен толкатель, причем профиль кулачка изготовлен в соответствии с заданной неравномерностью движения ведомого вала на всем диапазоне регулирования скоростей.

Однако известный кулачковый импульсный вариатор имеет относительно сложную конструкцию, что объясняется необходимостью для каждого преобразующего механизма (толкателя) наличия своего отдельного кулачка. А для обеспечения постоянного контакта толкателя с профилем кулачка необходимо применять пружину сжатия (или растяжения), которая, опираясь на корпус вариатора, будет прижимать толкатель к кулачку, при этом деформация пружины при таком ее расположении будет относительно большой, так как величина этой деформации зависит от величины хода конца толкателя, обусловленного разностью между минимальным и максимальным радиусом-вектором профиля кулачка. При традиционном расположении пружины между толкателем и корпусом из-за значительной величины этой разности между радиусами деформация пружины также будет значительной, что приведет к ее относительно быстрому износу, а в конечном итоге к снижению надежности и долговечности вариатора в целом. Кроме того, это обстоятельство препятствует повышению быстроходности кулачковых импульсных вариаторов.

Цель предлагаемого изобретения - упрощение конструкции, повышение быстроходности, увеличение надежности и срока службы, а также повышение конкурентоспособности.

Поставленная цель достигается тем, что предложенный кулачковый импульсный вариатор содержит корпус, расположенные в нем ведущий вал о жестко установленным на нем кулачком, преобразующий механизм, включающий в себя ведомый вал с расположенным на нем механизмом свободного хода и имеющий возможность качаться вокруг оси шарнирной опоры толкатель, находящийся с помощью пружины в постоянном контакте с кулачком и шарнирно связанный с ведущей обоймой механизма свободного хода, и механизм регулирования, состоящий из ползуна, имеющего возможность перемещения вдоль толкателя по направляющим, изготовленным в корпусе, и шарнирной опоры, поворотно размещенной в цилиндрической расточке ползуна и в отверстии которой свободно установлен толкатель, причем параллельно первому преобразующему механизму установлен второй преобразующий механизм, толкатель которого расположен с противоположной стороны относительно кулачка ведущего вала и связан с толкателем первого преобразующего механизма прижимающим оба толкателя к кулачку прижимным устройством, состоящим из свободно установленного в сквозных пазах обоих толкателей стержня с упорами на его концах и двух пружин, расположенных между соответствующим упором и толкателем, а ведомый вал второго преобразующего механизма связан с ведомым валом первого преобразующего механизма зубчатой передачей.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что заявляемый вариатор отличается тем, что толкатель второго преобразующего механизма расположен с противоположной стороны относительно кулачка ведущего вала и связан с толкателем первого преобразующего механизма, прижимающим оба толкателя к кулачку прижимным устройством, состоящим из свободно установленного в сквозных пазах обоих толкателей стержня с упорами на его концах и двух пружин, расположенных между соответствующими упором и толкателем, а ведомый вал второго преобразующего механизма связан с ведомым валом первого преобразующего механизма зубчатой передачей.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором изображена конструкция предложенного вариатора.

Предложенный кулачковый импульсный вариатор содержит корпус 1, расположенные в нем ведущий вал 2 с жестко установленным на нем кулачком 3, ведомый вал 4 с расположенным на нем механизмом свободного хода, и толкатель 5, шарнирно связанный с ведущей обоймой 6 механизма свободного хода и находящийся в постоянном контакте с кулачком 3. В направляющих 7 корпуса 1 смонтирован ползун 8, в цилиндрической расточке которого поворотно размещена шарнирная опора 9, причем в отверстии опоры 9 свободно установлен толкатель 5. Параллельно толкателю 5 с противоположной стороны кулачка 3 расположен толкатель 5", шарнирно связанный с ведущей обоймой 6" механизма свободного хода, находящегося на ведомом валу 4", причем толкатель 5" также свободно установлен в отверстии шарнирной опоры 9", поворотно смонтированной во второй цилиндрической расточке ползуна 8. Толкатели 5 и 5" связаны между собой прижимным устройством, обеспечивающим постоянный контакт обоих толкателей с кулачком, профиль которого изготовлен в соответствии с заданным законом движения выходного вала вариатора. Прижимное устройство состоит из свободно установленного в сквозных пазах обоих толкателей стержня 10 с упорами 11 и 11" на его концах и двух пружин сжатия 12 и 12", расположенных между соответствующими упорами 11 или 11" и толкателем 5 или 5". Ведомые валы 4 и 4" кинематически связаны между собой зубчатыми колесами 13 и 13", причем выходным валом вариатора является, например, ведомый вал 4. Ползун 8 связан резьбовым соединением с винтом 14, на наружном конце которого, выступающем из корпуса неподвижно смонтирован маховик 15.

Предложенный кулачковый импульсный вариатор работает следующим образом.

Ведущий вал 2 с жестко установленным на нем кулачком 3 приводится во вращение в любую сторону. Вращательное движение вала 2 с кулачком преобразуется в качательное движение толкателей 5 и 5", имеющих возможность совершать это движение вокруг осей шарнирных опор 9 и 9". Это качательное движение с помощью ведущих обойм 6 и 6" и механизмов свободного хода в целом преобразуется в однонаправленное вращательное движение соответствующих ведомых валов 4 и 4". Поскольку толкатели 5 и 5" находятся с противоположных сторон относительно одного и того же кулачка, то на фазе удаления толкателя 5 рабочий ход совершает механизм свободного хода ведомого вала 4, одновременно для толкателя 5" происходит фаза сближения, и механизм свободного хода ведомого вала 4" в это время совершает холостой ход. И соответственно на фазе сближения толкателя 5 механизм свободного хода вала 4 совершает холостой ход, а для толкателя 5" эта фаза соответствует фазе удаления, и механизм свободного хода вала 4" совершает уже рабочий ход. Благодаря тому, что ведомые валы 4 и 4" кинематически связаны между собой зубчатыми колесами 13 и 13", ведомый вал 4, являющийся выходным валом вариатора, получает два импульса вращательных движения за один оборот ведущего вала 2 с кулачком 3. Профиль кулачка 3 спроектирован и изготовлен таким образом, чтобы фаза удаления обоих толкателей была более 180 ^o поворота кулачка, и поэтому ведомый вал 4 будет получать непрерывное вращательное движение.

Регулирование частоты вращения ведомых валов 4 и 4" осуществляется вращением маховика 15, который, поворачиваясь, вместе с винтом 14 заставляет перемещаться по направляющим 7 корпуса 1 ползун 8 вдоль толкателей 5 и 5", причем вместе с ползуном 8 перемещаются и шарнирные опоры 9 и 9". Когда оси шарнирных опор 9 и 9" совпадают с соответствующими центрами шарниров, соединяющих толкатели с ведущими обоймами механизмов свободного хода, то ведомые валы не вращаются. При перемещении ползуна 8 вместе с шарнирными опорами 9 и 9" (на чертеже - влево) угол размаха (качания) толкателей 5 и 5", а следовательно, и ведущих обойм 6 и 6" механизмов свободного хода увеличивается, а значит, увеличивается и частота вращения ведомых валов 4 и 4" и выходного вала вариатора в частности.

Как видно из описания конструкции и принципа действия, в предложенном кулачковом импульсном вариаторе два его преобразующих механизма приводятся в действие только от одного кулачка, что ведет к упрощению конструкции и снижению затрат на изготовление. Кроме того, поскольку оба толкателя преобразующих механизмов теперь связаны между собой одним общим прижимным устройством, обеспечивающим постоянный контакт толкателей с профилем одного и того же кулачка, то такое расположение и конструкция прижимного устройства позволило избежать больших деформаций пружин при работе вариатора. В известных вариаторах эти деформации были относительно очень большими, так как пружины, как правило, находились между толкателем и корпусом, то есть опирались на корпус вариатора. В предложенном же вариаторе в случае, если профиль кулачка изготовлен, например, по окружности, то у пружин 12 и 12" вообще не будет никаких рабочих деформаций (не считая предварительного их сжатия).

Эти обстоятельства приводят к повышению быстроходности и надежности предложенных вариаторов, к увеличению срока их службы и соответственно к повышению конкурентоспособности и расширению области их применения.