RU2137966C1 - Tooth-lever variable-speed drive - Google Patents
Tooth-lever variable-speed drive Download PDFInfo
- Publication number
- RU2137966C1 RU2137966C1 RU98104581A RU98104581A RU2137966C1 RU 2137966 C1 RU2137966 C1 RU 2137966C1 RU 98104581 A RU98104581 A RU 98104581A RU 98104581 A RU98104581 A RU 98104581A RU 2137966 C1 RU2137966 C1 RU 2137966C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gear
- rack
- lever
- ratio
- input
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Transmission Devices (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и предназначено для плавного изменения передаточного отношения между входным и выходным валами механизмов, включая останов и изменение направления вращения выходного вала, при этом кинематическая связь между валами жесткая и не прерывается при изменении передаточного отношения. The present invention relates to mechanical engineering and is intended to smoothly change the gear ratio between the input and output shafts of the mechanisms, including stopping and changing the direction of rotation of the output shaft, while the kinematic connection between the shafts is rigid and does not interrupt when the gear ratio changes.
Известны вариаторы, в которых усилия от входного к выходному валу передают силы трения, что ограничивает величину рабочего момента (см. [1], стр. 329-356; [2], стр.40). Variators are known in which the forces from the input to the output shaft transmit friction forces, which limits the magnitude of the working moment (see [1], p. 329-356; [2], p. 40).
Известны устройства, в которых используются кулачковые и. рычажные механизмы (см. [1], стр. 357-361; [2], стр. 189-190), зубчатые дифференциальные передачи (см. [1] , стр. 194-204; [2], стр. 98-100), а также двухсторонняя зубчатая рейка (см. [2], стр. 381-382). Known devices that use cam and. link mechanisms (see [1], p. 357-361; [2], p. 189-190), differential gears (see [1], p. 194-204; [2], p. 98- 100), as well as a double-sided gear rack (see [2], pp. 381-382).
Примем за прототип наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату вариатор ( см. [1], стр. 357, рис. 5.60), содержащий установленные на подшипниках в корпусе входной и выходной валы, на каждом из которых установлена пара конических шестерен, содержащий рукоятку изменения передаточного отношения, взаимодействующую с шестернями с возможностью принудительного изменения расстояния между шестернями в каждой паре, содержащий кинематически связывающую пары шестерен замкнутую шарнирную цепь, в звеньях которой выполнены сквозные пазы, а в них установлены пластины с возможностью смещения при взаимодействии с зубьями шестерен. В механизме имеет место жесткая кинематическая связь между входным и выходным валами. We take for the prototype the CVT closest in technical essence and the achieved result (see [1], p. 357, Fig. 5.60), containing input and output shafts mounted on bearings in the housing, each of which has a pair of bevel gears containing a handle changes in the gear ratio, interacting with the gears with the possibility of forcibly changing the distance between the gears in each pair, containing a closed articulated chain kinematically connecting a pair of gears, in whose links the through grooves, and plates are installed in them with the possibility of displacement when interacting with gear teeth. In the mechanism there is a rigid kinematic connection between the input and output shafts.
Признаки известного вариатора (прототипа), совпадающие с заявляемым изобретением, следующие. Известный механизм содержит зубчатые шестерни, рукоятку изменения передаточного отношения, а также установленные на подшипниках в корпусе, кинематически жестко связанные входной и выходной валы. Signs of a known variator (prototype), coinciding with the claimed invention, the following. The known mechanism contains gears, a gear change knob, and kinematically rigidly connected input and output shafts mounted on bearings in the housing.
В известном вариаторе передаваемая мощность существенно ограничена малой прочностью пластин, пределы варьирования передаточного отношения незначительны и невозможен реверс. In the known variator, the transmitted power is substantially limited by the low strength of the plates, the limits of variation of the gear ratio are negligible and reverse is not possible.
Цель предлагаемого изобретения - повышение передаваемой мощности и увеличения диапазона варьирования передаточного отношения. The purpose of the invention is to increase the transmitted power and increase the range of variation of the gear ratio.
Предлагаемый зубчато-рычажный вариатор имеет следующие существенные признаки. Он содержит установленные на подшипниках в корпусе входной и выходной валы, содержит рукоятку изменения передаточного отношения, содержит две пары зубчатых реек и две шестерни, каждая из которых смонтирована с возможностью сцепления с рейками пары, содержит каретки с направляющими реек и установленные на входном валу кулачки смещения кареток, взаимодействующих с каретками с возможностью смены зацепления каждой шестерени с одной рейки на другую, содержит зубчатую дифференциальную передачу с двумя степенями свободы, из трех валов которой один, например вал водила, жестко соединен с выходным валом, а каждый из двух других - с одной шестерней, содержит механизмы привода реек, каждый из которых имеет связанный шарнирно с рейкой рычаг с осью вращения, смонтированной с возможностью перемещения рукояткой изменения передаточного отношения, а на входном валу - кулачок качания рычага. The proposed gear lever variator has the following essential features. It contains input and output shafts mounted on bearings in the housing, contains a handle for changing the gear ratio, contains two pairs of gear racks and two gears, each of which is mounted with the possibility of coupling with the racks of the pair, contains carriages with guide rails and displacement cams mounted on the input shaft carriages interacting with carriages with the possibility of changing the engagement of each gear from one rack to another, contains a differential gear with two degrees of freedom, of which three shafts the first one, for example, the carrier shaft, is rigidly connected to the output shaft, and each of the other two to one gear, contains rack drive mechanisms, each of which has a lever pivotally connected to the rack with an axis of rotation mounted to move the gear change handle, and on the input shaft, a lever swing cam.
Отличительными от прототипа признаками изобретения являются следующие. Зубчатый вариатор снабжен двумя парами зубчатых реек и двумя шестернями, каждая из которых смонтирована с возможностью сцепления с рейками пары, снабжен каретками с направляющими реек и установленными на входном валу кулачками смещения кареток, взаимодействующих с каретками с возможностью смены зацепления каждой шестерени с одной рейки на другую, снабжен зубчатой дифференциальной передачей с двумя степенями свободы, из трех валов которой один, например вал водила, кинематически жестко соединен с выходным валом, а каждый из двух других - с одной шестерней, снабжен механизмами привода реек, каждый из которых содержит связанный шарнирно с рейкой рычаг с осью вращения, смонтированной с возможностью перемещения рукояткой изменения передаточного отношения, а на входном валу -кулачок качания рычага. Distinctive features of the prototype features of the invention are the following. The gear variator is equipped with two pairs of gear racks and two gears, each of which is mounted with the possibility of coupling with the racks of the pair, is equipped with carriages with guide rails and cams for shifting the carriages mounted on the input shaft, interacting with the carriages with the possibility of changing the engagement of each gear from one rack to another , equipped with a differential gear with two degrees of freedom, of which three shafts one, for example, the carrier shaft, is kinematically rigidly connected to the output shaft, and each of the other two - with one gear, it is equipped with rack drive mechanisms, each of which contains a lever pivotally connected to the rack with a rotation axis mounted with the possibility of movement by the gear change lever, and on the input shaft there is a lever swing cam.
На фиг. 1-3 представлена предложенная конструкция: на фиг. 1 - общий вид с осевым сечением, на фиг. 2 сечение А-А фиг. 1, на фиг. 3 - сечение Б-Б фиг. 1, на фиг. 4 и 5 показано взаимодействие двухсторонней зубчатой рейки с шестерней, на фиг. 6 - рисунок, поясняющий изменение передаточного отношения вариатора, на фиг. 7 - профили кулачков, на фиг. 8 - графики угловых скоростей шестерен и выходного вала, на фиг. 9 - графики изменения передаточного отношения и отношения моментов на выходном и входном валах, на фиг. 10 - вариант конструкции двухсторонней зубчатой рейки, а на фиг. 11 - вариант конструкции пары зубчатых реек. Зубчато-рычажный вариатор содержит входной 1 и выходной 2 валы, установленные в подшипниках корпуса 3, содержит зубчатую дифференциальную передачу с двумя степенями свободы. Передача имеет два конических колеса 4, сателлит 5 с осью 6, смонтированной на водило 7, а валом водила является выходной вал, связанный с водилом шпонкой 8, двумя другими валами дифференциальной передачи служат ступицы колес 9, установленные на выходном валу с возможностью вращения в подшипниках относительно вала, а на ступицах 9 жестко смонтированы две цилиндрические шестерни 10. In FIG. 1-3 presents the proposed design: in FIG. 1 is a general view with an axial section, in FIG. 2 section AA of FIG. 1, in FIG. 3 is a section BB of FIG. 1, in FIG. 4 and 5 show the interaction of a double-sided gear rack with a gear; FIG. 6 is a drawing explaining a change in the gear ratio of the variator; FIG. 7 - cam profiles, FIG. 8 is a graph of angular velocities of gears and an output shaft; FIG. 9 is a graph of changes in the gear ratio and the ratio of the moments on the output and input shafts, FIG. 10 is a design view of a double-sided gear rack, and in FIG. 11 is a design variant of a pair of gear racks. Toothed-lever variator contains input 1 and
Вариатор снабжен двумя одинаковыми механизмами привода реек (I и II), каждый из которых содержит сцепленную с шестерней двухстороннею зубчатую рейку 11 с зубчатыми венцами 12 и 13, содержит рычаг 14, установленный в состоящей из двух половин кулисе 15, цапфы 16 которой служат осью вращения рычага, пальцем 17 с рычагом шарнирно связана серьга перемещения рейки 18, установленная в направляющих 19, выполненных в выступах корпуса 20, на рычаге установлена ползушка 21, цапфами 22 шарнирно соединенная с ползуном качания рычага 23, направляющей которого служит паз корпуса 24, а на входной вал: на шпонке 25 посажена ступица 26, являющеяся второй направляющей ползуна 23 и одной из опор каретки 27 смещения рейки, второй опорой которой является ступица 9, на ступице 26 жестко смонтированы кулачок качания рычага 28 и кулачок 29 каретки 27 смещения рейки, каретка 27 снабжена роликовыми направляющими 30 рейки, а рейка шарнирно соединена с серьгой 18 пальцем 31, кулачок 28 взаимодействует со своим ползуном 23 посредством двух роликов 32, а кулачок 29 взаимодействует со своей кареткой 27 с помощью двух роликов 33. The variator is equipped with two identical rack drive mechanisms (I and II), each of which contains a double-
На двух закрепленных на корпусе направляющих 34 смонтирована траверза 35 с рукояткой изменения передаточного отношения 36. Две кулисы 15 установлены на траверзе с помощью цапф 16, а в траверзе выполнены два паза 37. On two guides fixed on the
Зубчато-рычажный вариатор работает следующим образом. Входной вал 1 вращает кулачки 28 и 29 двух механизмов привода шестерен с угловой скоростью ω1 . Кулачок 28 сообщает возвратно-поступательное движение ползуну 23, который качает рычаг 14 в цапфах 16, а рычаг возвратно-поступательно перемещает серьгу 18, а с ней - рейку II. Рейка взаимодействуя с шестерней пово рачивает ее с угловой скоростью ωш в одном направлении, как по казано на фиг. 4 и 5 (V - скорость рейки), при движении рейки вверх (фиг. 4) в зацеплении с шестерней находится венец 12 рейки, а при движении рейки вниз (фиг.5) - венец 13. Смещение рейки вместе с кареткой 27 в радиальном по отношению к шестерне направлении осуществляется кулачком 29 в момент останова ползу на 18. Для обеспечения жесткой кинематической связи входного и выходного вала необходимо, чтобы при смещении рейки не нарушалось зацепление ее с шестерней, что выполняется при зазоре d между рейкой и шестерней, меньшим высоты головки зуба b. Вхождение зубьев шестерни в соответствующие впадины зубьев рейки при смещении ее возможно, потому что появляются зазоры в зацеплении, а наибольшее отклонение зуба относительно впадины незначительно - не превышает половины шага зубьев венцов. Концы головок зубьев следует выполнять скругленными.Toothed-lever variator works as follows. The input shaft 1 rotates the
Угловая скорость водила и, следовательно, выходного вала равна
ω2= 0,5(ωш1+ωш2), (1)
где ωш1 и ωш2 - угловые скорости шестерен, взаимодействующих соответственно с I и II механизмами привода реек. Передаточное отношение вариатора
i = ω2/ω1, (2)
где ω1 - скорость вращения входного вала, i зависит от профиля кулачка 28 и соотношения плеч рычага, которое можно изменять перемещением траверзы 35 рукояткой изменения передаточного отношения 36, расстояние z определяет положение рукоятки. На фиг. 8 показан рычаг при трех положениях рукоятки. Перемещение цапф 22 h = h(α) зависит от профиля кулачка, H - амплитуда перемещения - постоянная величина (α - угол поворота кулачка). Перемещение пальца 17 и, следовательно, рейки s = s(α), а также амплитуда перемещения S зависят от z, и имеет место соотношение
s=(L/z-1)h.The angular velocity of the carrier and, therefore, the output shaft is
ω 2 = 0.5 (ω ш1 + ω ш2 ), (1)
where ω ш1 and ω ш2 are the angular velocities of the gears interacting with I and II, respectively, of the rack drive mechanisms. CVT gear ratio
i = ω 2 / ω 1 , (2)
where ω 1 is the speed of rotation of the input shaft, i depends on the profile of the
s = (L / z-1) h.
При значениях z от минимального zmin до L передаточное отношение i будет уменьшаться, при z равном L станет равным нулю (выходной вал вращаться не будет и зафиксируется относительно корпуса), а при z большем L - станет отрицательным, то есть изменится направление вращения выходного вала.With z values from the minimum z min to L, the gear ratio i will decrease, with z equal to L it will become zero (the output shaft will not rotate and will be fixed relative to the housing), and with z greater than L it will become negative, that is, the direction of rotation of the output shaft will change .
Рассмотрим частный случай профилирования кулачка 28, обеспечивающего следующий закон перемещения цапфы 22
На фиг. 9 для механизма привода шестерни 1 показаны: G - геометрическое место точек центра ролика 32, Kp и Kk - профили кулачков 28 и 29. Расстояние от оси входного вала О до точек G равно
R(α) = h(α)+OA. (5)
Используя (3) и (4), найдем угловую скорость шестерни
где параметр вариатора (Rш - радиус начальной окружности шестерни). При установке кулачка 28 механизма привода реек II со сдвигом по фазе на 90o относительно кулачка I механизма, учитывая, что sin2(α+90°) = cos2α, имеем ωш2= 2ω1W(L/z-1)cos2α, (7) в этом случае угловая скорость выходного вала из соотношения (1), с учетом (6) и (7), равна
ω2= ω1W(L/z-1), (8)
следовательно, при постоянной скорости входного вала имеем постоянную скорость выходного вала, которую можно изменять (варьировать) в широком диапазоне рукояткой изменения передаточного отношения. На фиг. 8 показаны графики угловых скоростей, а на фиг. 9 - изменение в зависимости от z приведенного передаточного отношения
а также приведенного отношения моментов на выходном M2 и входном M1 валах
Показанный на фиг. 7 кулачок имеет постоянный диаметр
что позволило в рассматриваемой конструкции использовать два диаметрально расположенных ролика 32.Consider the special case of profiling
In FIG. 9 for the gear drive mechanism 1 are shown: G is the geometric location of the points of the center of the
R (α) = h (α) + OA. (5)
Using (3) and (4), we find the angular velocity of the gear
Where variator parameter (R W - radius of the initial gear circumference). When installing the
ω 2 = ω 1 W (L / z-1), (8)
therefore, at a constant speed of the input shaft, we have a constant speed of the output shaft, which can be changed (varied) in a wide range by the handle of changing the gear ratio. In FIG. 8 shows graphs of angular velocities, and FIG. 9 - change depending on z reduced gear ratio
as well as the reduced ratio of moments on the output M 2 and input M 1 shafts
Shown in FIG. 7 cam has a constant diameter
which allowed the use of two diametrically located
На кулачке (см. фиг. 7) точки A и B соответствуют мертвым точкам рычага, смещение рейки происходит при положениях роликов 32 на участках AoAo и BoB0 а роликов 33 - на участках D1D2. Для удлинения периода выстаивания рычага, то есть для увеличения угла 2γ, возможно выполнение участков AoAo и BoBo дугами окружностей, соответственно радиусами (OA) и (OB) (изменения кривой G показаны пунктиром).On the cam (see Fig. 7), points A and B correspond to the dead points of the lever, the shift of the rail occurs at the positions of the
Для уменьшения динамических нагрузок в зацеплении при смещении зубчатой рейки в радиальном направлении по отношению к шестерне предлагается вариант конструкции рейки, представленной на фиг. 10. В рейке выполнены два паза 38, в которых с зазором 39 размещены и подпружинены пружинами 40 зубчатые венцы 12 и 13 с возможностью перемещения в продольном направлении, при этом величина перемещения Δ может быть, например, не превышающей шага зубьев венцов. To reduce the dynamic loads in engagement when the gear rack is shifted in the radial direction with respect to the gear, a variant of the rack construction shown in FIG. 10. In the rail there are two
Необходимое требование к зубчатой реечной передаче - пропорциональность угла поворота шестерни перемещению рейки s. Профиль зуба шестерни не принципиален, может быть, например, эвольвентным, а зуб - прямым, косым или шевронным. A necessary requirement for gear rack transmission is the proportionality of the angle of rotation of the gear to the movement of the rack s. The tooth tooth profile is not fundamental, it can be, for example, involute, and the tooth can be straight, oblique or chevron.
Двухсторонняя зубчатая рейка может быть выполнена смещаемой по отношению к шестерне параллельно ее оси, как, например, в конструкции, представленной в [2] на стр. 381-382. A double-sided gear rack can be made offset with respect to the gear parallel to its axis, as, for example, in the design presented in [2] on pages 381-382.
Для динамического уравновешивания следует применять для каждой шестерни пару односторонних реек с механизмами привода каждой рейки пары, работающими в противофазе. На фиг. 11 дан вариант такой конструкции в момент передачи вращения зубчатым венцом 12 при движении его вверх. При останове рычагов в мертвых точках каретки смещения реек (на фиг. 11 не показаны), работающие в противофазе, изменят сцепленные с шестерней зубчатые венцы, так же как и при работе двухсторонней зубчатой рейки. For dynamic balancing, a pair of one-sided rails for each gear should be used with antiphase drive mechanisms of each rack of the pair. In FIG. 11, a variant of such a design is given at the moment of transmission of rotation by the
Тип применяемой в конструкции зубчатой дифференциальной передачи не принципиален, и может быть другим, например, с цилиндрическими зубчатыми колесами (см. [2], стр. 98-100), а выходной вал можно соединять с любым из трех валов передачи. The type of gear differential gear used in the design is not fundamental, and may be different, for example, with cylindrical gears (see [2], p. 98-100), and the output shaft can be connected to any of the three gear shafts.
Вариатор позволяет задавать циклически изменяющуюся скорость выходного вала при постоянной скорости входного, для чего следует использовать специально спрофилированные кулачки 28. The variator allows you to set a cyclically changing speed of the output shaft at a constant input speed, for which you should use specially profiled
Автор располагает демонстрационной моделью предлагаемого вариатора. The author has a demonstration model of the proposed variator.
Источники информации:
1. С.Н. Кожевников, Я. И. Есипенко, Я.М. Раскин. Механизмы. Справочник.- 4-е изд. под ред. С.Н. Кожевникова. М.: Машиностроение, 1976.Sources of information:
1. S.N. Kozhevnikov, Y. I. Esipenko, Y. M. Ruskin. The mechanisms. Handbook. - 4th ed. under the editorship of S.N. Kozhevnikova. M .: Mechanical Engineering, 1976.
2. А.Ф. Крайнев. Словарь- справочник по механизмам.- 2-е изд. М.:Машиностроение, 1987. 2. A.F. Krainev. Dictionary - a guide to mechanisms. - 2nd ed. M.: Mechanical Engineering, 1987.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98104581A RU2137966C1 (en) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | Tooth-lever variable-speed drive |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98104581A RU2137966C1 (en) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | Tooth-lever variable-speed drive |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2137966C1 true RU2137966C1 (en) | 1999-09-20 |
Family
ID=20203315
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98104581A RU2137966C1 (en) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | Tooth-lever variable-speed drive |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2137966C1 (en) |
-
1998
- 1998-02-25 RU RU98104581A patent/RU2137966C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Мальцев В.Ф. Механические импульсные передачи. - М.: Машиностроение, 1978, с. 16, рис. 11. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6499373B2 (en) | Stack of gears and transmission system utilizing the same | |
US20060154774A1 (en) | Rotor controlled transmission | |
GB2423121A (en) | Variator with output driven by orbiting pivotal mountings which supports rollers | |
RU2137966C1 (en) | Tooth-lever variable-speed drive | |
US4843899A (en) | Gear drive with infinitely variable transmission ratio | |
CN111692306B (en) | Rolling type stepless speed changer | |
RU2054592C1 (en) | Dynamic joint for transmission of rotary motion between two shafts | |
WO1982001043A1 (en) | Motion transmitting devices | |
GB2085994A (en) | Device for Transmitting Rotary Motion at Changed Speed | |
RU2204749C1 (en) | High-torque variable-speed drive | |
CN211398451U (en) | Gear ring eccentric rotation stepless speed change mechanism | |
RU2147701C1 (en) | Gear-and-lever variable speed drive | |
JPH076571B2 (en) | Double planetary gear transmission | |
RU2242654C2 (en) | High-torque variator | |
CN113090716A (en) | Fixed few tooth difference reduction gearing of fluted disc | |
RU2757327C1 (en) | Rocker oscillating mechanism of non-friction high-torque variator | |
RU2193127C1 (en) | Conversion differential gear | |
RU2304734C2 (en) | Variator | |
SU1753101A1 (en) | Planetary precision gear | |
GB2137724A (en) | Toothed Gear Element, and Cam and Link Arrangement | |
RU2805893C1 (en) | Disc-type variable drive | |
RU2263240C2 (en) | Vibratory mechanism for high-torque variable-speed drive | |
CN109282005A (en) | A kind of stepless transmission | |
RU37169U1 (en) | FLEXIBLE VARIATOR | |
RU2712714C1 (en) | Planetary gear with controlled gear ratio |