RU2105911C1

RU2105911C1 - Precessional planetary friction drive

Info

Publication number: RU2105911C1
Application number: RU95121394A
Authority: RU
Original assignee: Лубенское акционерное общество открытого типа Станкостроительный завод "ШЛИФВЕРСТ"
Priority date: 1995-12-27
Filing date: 1995-12-27
Publication date: 1998-02-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: driven cone is installed on oblique crank made integral with input shaft and shank. Driven cone is coupled with output member by means of flexibly yielding member. Driven cone is made of light and strong material with diameter of outer surface not exceeding d = D•cosϑ/2 ,, where D is diameter of friction ring contact surface and ϑ is driven cone vertex angle. Inner diameter of friction ring clamped between two parts of threaded bushing can be changed by turning and axial displacement of threaded bushing along screw slots in housing with resulting change of inner diameter of ring and gear ratio. EFFECT: increased range of speed regulation. 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в различных его областях, где требуется привод с плавным изменением передаточного отношения в диапазоне регулирования до 28 при достаточной для многих случаев передаваемой мощности. The invention relates to mechanical engineering and can be used in various fields where a drive is required with a smooth change in the gear ratio in the control range up to 28 with sufficient transmitted power for many cases.

Известны передачи с плавно изменяемым передаточным отношением, в том числе имеющие конусообразные элементы, расположенные так, что их образующие, находящиеся в контакте с промежуточным внутренним или с центральным охватывающим колесом, параллельны траектории возможного осевого перемещения этих колес, которое используется с целью изменения передаточного отношения. Transmissions with a smoothly variable gear ratio are known, including those having cone-shaped elements arranged so that their generators, which are in contact with an intermediate inner or central female wheel, are parallel to the trajectory of the possible axial movement of these wheels, which is used to change the gear ratio.

К передачам этой разновидности относится передача (авт. св. N 1588948 и двухпоточный вариатор фирмы "Томмазини", изображенный на рис. 130 книги Пронина Б.А. и Ревкова Г.А. Бесступенчатые клиноременные и фрикционные передачи, М. Машиностроение, 1980). Transmissions of this variety include transmission (ed. St. N 1588948 and a two-line variator of the Tommazini company, shown in Fig. 130 by Pronin B.A. and Revkov G.A. Stepless V-belt and friction gears, M. Mechanical Engineering, 1980) .

При очевидных достоинствах перечисленных передач (значительная передаваемая мощность, простота конструкции, высокая надежность) они имеют общий недостаток приемлемый диапазон передаточных отношений не превышает 9. With the obvious advantages of these gears (significant transmitted power, simplicity of design, high reliability), they have a common drawback; the acceptable range of gear ratios does not exceed 9.

В качестве прототипа выбран фрикционный вариатор скорости (авт. св. N 1580096, F 16 H 15/50), который также относится к прецессионным передачам (ось вращения одного из элементов при работе описывает конус), а контактирующая поверхность этого элемента выполнена в виде конуса. As a prototype, a friction speed variator (ed. St. N 1580096, F 16 H 15/50) was selected, which also relates to precession gears (the rotation axis of one of the elements describes a cone during operation), and the contact surface of this element is made in the form of a cone .

Достоинствами данного вариатора являются простота конструкции и несложный механизм изменения передаточного отношения. The advantages of this variator are the simplicity of design and a simple mechanism for changing the gear ratio.

К недостаткам относится небольшой приемлемый диапазон регулирования, невозможность перевода регулирующего механизма при остановленном приводе из-за большого усилия перевода, значительное поперечное скольжение в контакте рабочих поверхностей, приводящее к снижению КПД, и необходимость универсального шарнира и шарнирной муфты с большим ходом в месте сочленения кривошипа с выходным валом, что снижает надежность вариатора. The disadvantages include a small acceptable range of regulation, the impossibility of translating the control mechanism when the drive is stopped due to the large translation effort, significant lateral sliding in the contact of the working surfaces, which leads to a decrease in efficiency, and the need for a universal joint and articulated coupling with a large stroke at the junction of the crank with output shaft, which reduces the reliability of the variator.

В основу изобретения поставлена задача фрикционный вариатор, один из контактирующих элементов которого выполнен в виде конуса, путем снабжения охватывающим первый вторым контактирующим элементом и цельным косым кривошипом, а также обеспечения минимальной разности большего диаметра конусообразного и охватывающего его элемента, обеспечить широкий диапазон регулирования частот вращения при достаточной передаваемой мощности. The basis of the invention is the task of a friction variator, one of the contacting elements of which is made in the form of a cone, by supplying the first second contacting element and the integral oblique crank, providing the minimum difference between the larger diameter of the cone-shaped and its surrounding element, to provide a wide range of speed control at sufficient transmitted power.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемой передаче, содержащей корпус, входной вал в виде косого кривошипа, установленный на нем с возможностью вращения ведомый конус, связанный с ним выходной элемент, механизм для изменения передаточного отношения и балансирующий груз, согласно изобретению косой кривошип выполнен за одно целое с входным валом и хвостовиком, представляющим собой шейку для второй опоры кривошипа, механизм для изменения передаточного отношения выполнен в виде составной из частей, связанных резьбой, втулки, смонтированной в корпусе, и зажатого между частями втулки с регулируемым усилием кольца из фрикционного материала и с фиксирующим положения частей втулки винта, ведомый конус изготовлен из легкого прочного материала, имеет диаметр наружной поверхности не более

где D диаметр контактирующей поверхности фрикционного кольца;
ρ угол при вершине ведомого конуса, и соединен с выходным элементом посредством упругого податливого элемента.The problem is solved in that in the proposed transmission, comprising a housing, an input shaft in the form of an oblique crank, a driven cone mounted on it with the possibility of rotation, an associated output element, a mechanism for changing the gear ratio and a balancing load, according to the invention, the oblique crank integral with the input shaft and the shank, which is the neck for the second crank support, the mechanism for changing the gear ratio is made in the form of a component of parts connected by a thread, bushings, ted in the housing and sandwiched between the portions of the sleeve with adjustable force ring of friction material and the fixing position of the screw sleeve portions slave cone made of lightweight durable material, the outer surface has a diameter of not more than

where D is the diameter of the contact surface of the friction ring;
ρ is the angle at the apex of the driven cone, and is connected to the output element by means of an elastic compliant element.

Это обеспечивает нужный для многих технических устройств диапазон плавного регулирования передаточных отношений при достаточной передаваемой мощности с помощью несложного, малогабаритного и независимого от других систем машины устройства, что позволяет сократить габариты, упростить конструкцию машины и повысить ее надежность. This provides the range of smooth adjustment of gear ratios that is needed for many technical devices with sufficient transmitted power using simple, small-sized and independent of other machine systems devices, which allows to reduce dimensions, simplify the design of the machine and increase its reliability.

На чертеже показана конструкция предлагаемой планетарной прецессионной передачи без изображения деталей уплотнения валов. The drawing shows the design of the proposed planetary precession gear without image shaft seal parts.

На корпусе 1 с помощью винтов 2 и 3 закреплены крышки 4 и 5. В крышке 4 смонтирован подшипник 6, в котором установлен косой кривошип 7, выполненный за одно целое с входным валом 8, косой шейкой 9 и хвостовиком 10, на котором с помощью гайки 11 закреплены подшипники 12 второй опоры кривошипа, которые посредством втулки 13 и пружинного кольца 14 закреплены относительно выходного элемента 15, установленного в подшипниках 16, закрепленных в крышке 5 пружинными кольцами 17 и 18. On the housing 1, screws 4 and 5 are fixed using screws 2 and 3. A bearing 6 is mounted in the cover 4, in which an oblique crank 7 is installed, made in one piece with the input shaft 8, oblique neck 9 and shank 10, on which with a nut 11, bearings 12 of the second crank support are fixed, which are fixed by means of the sleeve 13 and the spring ring 14 relative to the output element 15 installed in the bearings 16, mounted in the cover 5 by the spring rings 17 and 18.

На подшипниках 19 с применением пружинных колец 20 и 21, смонтированных на косой шейке 9 кривошипа, установлен ведомый конус 22, изготовленный из легкого прочного материала, например, из алюминиевого сплава, который сопряжен с возможностью обкатки по внутренней (контактирующей) поверхности кольца 23 из фрикционного материала, например, из резины, зажатого между частями 24 и 25 составной втулки, сжимающей кольцо 23 с помощью нажимного кольца 26 и имеющей резьбу 27 и винт 28, фиксирующий части втулки в отрегулированном положении сжатия кольца 23. Для свинчивания и развинчивания частей втулки служат расположенные по окружности отверстия 29. On the bearings 19 using spring rings 20 and 21 mounted on an oblique neck 9 of the crank, a driven cone 22 is installed, made of lightweight strong material, for example, of aluminum alloy, which is mated with the possibility of rolling on the inner (contacting) surface of the ring 23 of friction material, for example, from rubber, sandwiched between parts 24 and 25 of the composite sleeve, compressing the ring 23 with the pressure ring 26 and having a thread 27 and a screw 28, fixing the parts of the sleeve in the adjusted compression position of the ring 23. For pigs For opening and unscrewing the parts of the sleeve, circumferential openings 29 are used.

Ведомый конус 22 своей внешней поверхностью находится в плотном контакте с внутренней поверхностью кольца 23. Наибольший расчетный диаметр d (у основания) ведомого конуса не может превышать значения

где D диаметр контактирующей поверхности кольца 23;
ρ угол при вершине ведомого конуса.The driven cone 22 with its outer surface is in close contact with the inner surface of the ring 23. The largest design diameter d (at the base) of the driven cone cannot exceed the value

where D is the diameter of the contacting surface of the ring 23;
ρ is the angle at the apex of the driven cone.

Такое ограничение обусловлено тем, что при положении механизма изменения передаточного отношения для получения минимальной частоты вращения выходного элемента с элементарной окружностью на контактирующей поверхности фрикционного кольца должна сопрягаться проекция наибольшей расчетной окружности на поверхности ведомого конуса, представляющая собой эллипс с малой осью, совпадающей с нормалью к поверхности фрикционного кольца. В этом случае дуга с меньшей кривизной, чем обусловлена ограничением, не впишется в окружность контактирующей поверхности фрикционного кольца. This limitation is due to the fact that, when the gear ratio changes, in order to obtain the minimum speed of the output element with an elementary circle on the contacting surface of the friction ring, the projection of the largest calculated circle on the surface of the driven cone should be conjugated, which is an ellipse with a small axis coinciding with the normal to the surface friction rings. In this case, an arc with less curvature than due to the restriction will not fit into the circumference of the contacting surface of the friction ring.

Для обеспечения плотного контакта в сопряжении конуса 22 с кольцом 23 на всей длине перемещения деталей, несущих кольцо, наиболее удаленная от оси вращения 30 кривошипа 7 образующая на конусе параллельна оси 30, а угол оси косой шейки 9 с осью 30, следовательно, составляет половину угла r.
Ведомый конус 22 посредством колец 31 и 32, упруго податливого элемента 33 и винтов 34 соединен с выходным элементом 15, например, с зубчатым колесом.To ensure tight contact in conjugation of the cone 22 with the ring 23 over the entire length of the movement of parts bearing the ring, the farthest from the rotation axis 30 of the crank 7 forming on the cone is parallel to the axis 30, and the angle of the axis of the oblique neck 9 with the axis 30, therefore, is half the angle r.
The driven cone 22 by means of rings 31 and 32, an elastically pliable element 33 and screws 34 is connected to the output element 15, for example, toothed wheel.

Для балансировки неуравновешенных вращающихся масс служит система, состоящая из грузов 35, закрепленных на кривошипе 7 посредством болтов 36 с контргайками 37. Приведенный центр тяжести балансировочной системы расположен противоположно и симметрично приведенному центру тяжести смещенных с оси вращения элементов передачи с целью достижения динамической балансировки. To balance unbalanced rotating masses, a system consisting of weights 35 fixed on the crank 7 by means of bolts 36 with locknuts 37 is used. The reduced center of gravity of the balancing system is located opposite and symmetrical to the center of gravity of the transmission elements displaced from the axis of rotation in order to achieve dynamic balancing.

Механизм изменения передаточного отношения состоит из втулки, образованной ее частями 24 и 25, нажимного кольца 26, фрикционного кольца 23, а также рукоятки 38 и направляющей цапфы 39, находящихся в винтовых пазах 40 корпуса 1, частично закрываемых кольцом 41, которое совместно с пружиной 42 является также тормозом, противодействующим усилию самоперевода механизма изменения передаточного отношения. The gear change mechanism consists of a sleeve formed by its parts 24 and 25, a pressure ring 26, a friction ring 23, as well as a handle 38 and a guide pin 39 located in the screw grooves 40 of the housing 1, partially closed by a ring 41, which together with the spring 42 It is also a brake that counteracts the self-translation force of the gear ratio change mechanism.

Передача работает следующим образом. The transfer works as follows.

При вращении кривошипа 7 ведомый конус 22 обкатывается по внутренней цилиндрической контактирующей поверхности кольца 23 с передаточным отношением

где W₇ частота вращения кривошипа 7;
W₁₅ частота вращения выходного элемента 15;
D диаметр контактирующей поверхности кольца 23;
d расчетный диаметр дорожки качения на ведомом конусе;
K коэффициент, учитывающий скольжения в фрикционной паре.When the crank 7 is rotated, the driven cone 22 is run on the inner cylindrical contacting surface of the ring 23 with the gear ratio

where W _{7 the} frequency of rotation of the crank 7;
W ₁₅ rotation speed of the output element 15;
D is the diameter of the contact surface of the ring 23;
d the calculated diameter of the raceway on the driven cone;
K coefficient taking into account the slip in the friction pair.

Вращение конуса 22 через упруго податливый элемент 33 передается выходному элементу 15, направление вращения которого, как и конуса 22, противоположно направлению 45 вращения кривошипа 7. The rotation of the cone 22 through the elastically flexible element 33 is transmitted to the output element 15, the direction of rotation of which, like the cone 22, is opposite to the direction of rotation 45 of the crank 7.

Изменение передаточного отношения производится воздействием на рукоятку 38 с усилием, достаточным для преодоления действия тормоза, состоящего из кольца 41 и пружины 42, и трения (в случае отсутствия вращения) в сопряжении фрикционной пары. В результате происходит поворот и осевое перемещение деталей, несущих кольцо 23, по пазам 40 в корпусе 1. Диаметр дорожки качения на конусе 22 при этом изменяется, что приводит к изменению передаточного отношения. The gear ratio is changed by acting on the handle 38 with a force sufficient to overcome the action of the brake, consisting of a ring 41 and a spring 42, and friction (in the absence of rotation) in conjugation of the friction pair. As a result, rotation and axial movement of parts carrying the ring 23 occurs along the grooves 40 in the housing 1. The diameter of the raceway on the cone 22 changes, which leads to a change in the gear ratio.

Регулировка усилия нажима в сопряжении контактирующих поверхностей конуса 22 и кольца 23 осуществляется изменением степени сжатия кольца 23 частями 24 и 25 составной втулки, которое ведет к изменению внутреннего диаметра кольца. The adjustment of the pressure in conjugation of the contacting surfaces of the cone 22 and the ring 23 is carried out by changing the degree of compression of the ring 23 by the parts 24 and 25 of the composite sleeve, which leads to a change in the inner diameter of the ring.

Проверка диапазона регулирования для передачи с реальными параметрами. Checking the control range for transmission with real parameters.

Исходные данные. Initial data.

W₇=n=1470 об/мин частота вращения входного вала;
D=100 мм диаметр контактирующей поверхности фрикционного кольца;
ρ = 30^° угол при вершине ведомого конуса;

максимальный расчетный диаметр дорожки качения на ведомом конусе;
d_min=D/2=50 мм то же минимальный диаметр;
K= 0,968 коэффициент, учитывающий скольжение в передаче (K-1-$=1-0,032= 0,968. $ определен на основании формул 169 и 174, приведенных в книге Бесступенчатые клиноременные и фрикционные передачи).W ₇ = n = 1470 rpm rotational speed of the input shaft;
D = 100 mm diameter of the contact surface of the friction ring;
ρ = 30 ^° angle at the top of the driven cone;

maximum design diameter of the raceway on the driven cone;
d _min = D / 2 = 50 mm the same minimum diameter;
K = 0.968 coefficient taking into account the slip in the gear (K-1 - $ = 1-0.032 = 0.968. $ Is determined on the basis of formulas 169 and 174 given in the book Stepless V-belt and friction gears).

Используя вышеприведенное выражение для передаточного отношения, получаем формулу для определения частоты вращения выходного элемента 15

а с учетом W₇=n=1470 об/мин максимальная и минимальная частоты будут:

Диапазон регулирования

Using the above expression for the gear ratio, we obtain a formula for determining the speed of the output element 15

and taking into account W ₇ = n = 1470 rpm, the maximum and minimum frequencies will be:

Control range

Claims

A planetary processional friction gear comprising a housing, an input shaft, an input element in the form of an oblique crank, a driven cone mounted on it with the possibility of rotation, an associated output element, a mechanism for changing the gear ratio and a balancing load, characterized in that the oblique crank is made for integral with the input shaft and the shank, which is the neck for the second support of the crank, the mechanism for changing the gear ratio is made in the form of a component of parts connected by a sleeve thread, with mounted in the housing with the possibility of rotation and axial movement along the screw grooves in the housing, and sandwiched between the parts of the sleeve with an adjustable ring force of friction material and the fixing position of the parts of the screw sleeve, the driven cone is made of lightweight durable material, has an outer surface diameter of not more than
d = Dcosρ / 2,
where D is the diameter of the contact surface of the friction ring;
ρ angle at the top of the driven cone,
and connected to the output element by means of a resiliently flexible element.