RU2129231C1

RU2129231C1 - Transmission of rotation

Info

Publication number: RU2129231C1
Application number: RU96116581A
Authority: RU
Inventors: Борис Федорович Полторацкий
Original assignee: Борис Федорович Полторацкий
Priority date: 1996-08-12
Filing date: 1996-08-12
Publication date: 1999-04-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: each body of revolution and supporting body have guides at least one of which is periodic in turning angle. Periodic guide has a variable period in turning angle. At least one connecting member is placed in the guides of three bodies at a time. EFFECT: reduced power in the control system, enhanced efficiency and expanded functional abilities. 5 cl, 4 dwg

Description

Предложение относится преимущественно к области транспортной техники, подъемного оборудования и станкостроения, а более конкретно - к регулируемым и программируемым передачам вращательного движения нефрикционного типа для автомобилей, тракторов, тепловозов, лифтов, станков и т.д. Оно может быть использовано также в измерительной технике и приводных системах любых инерционных устройств, например, с асинхронными электродвигателями. The proposal relates primarily to the field of transport equipment, lifting equipment and machine tools, and more specifically to adjustable and programmable non-friction type rotary gears for cars, tractors, diesel locomotives, elevators, machine tools, etc. It can also be used in measuring equipment and drive systems of any inertial devices, for example, with asynchronous electric motors.

Пределы совершенствования шестеренчатой передачи ограничены принципом рычага и последовательной работой соединительных элементов - зубьев, соединенных с рычагами. В то же время известны клиновые передачи вращения с более свободными соединительными элементами (см., например, F.P.Soprunoff, Патент Германии N 236138 от 12.05.1910, kl.: 47h-14). Здесь в основе принципа - взаимодействие трех тел вращения, снабженных направляющими, через дополнительные подвижные соединительные тела. Эти передачи усовершенствованы путем придания телам вращения и системе подачи соединительных элементов более совершенных форм (см., например, L.Mackta, Патент США N 2764030 от 25.09.56 по НКИ 74-216.3), а также выполнением направляющих у двух из трех тел в виде замкнутых синусоид (см., например, Р.М.Игнатищев и др., А.С. СССР N 605926 от 14.01.1975 по МКИ: E 21 B 4/00), в результате чего потребность в системе подачи вообще отпадает. Однако каждая из данных кинематических схем может быть реализована только с фиксированным передаточным отношением. The limits for improving gears are limited by the principle of the lever and the sequential operation of the connecting elements - the teeth connected to the levers. At the same time, wedge gears of rotation with looser connecting elements are known (see, for example, F.P. Soprunoff, German Patent No. 236138 of 05/12/1910, kl .: 47h-14). Here, the principle is based on the interaction of three bodies of revolution equipped with guides through additional movable connecting bodies. These transmissions are improved by giving the bodies of rotation and the feed system of the connecting elements more advanced shapes (see, for example, L. Mackta, US Patent N 2764030 from 09.25.56 according to NKI 74-216.3), as well as the execution of guides in two of the three bodies in in the form of closed sinusoids (see, for example, R.M. Ignatishchev et al., AS USSR N 605926 dated 01/14/1975 according to MKI: E 21 B 4/00), as a result of which the supply system is generally no longer needed. However, each of these kinematic schemes can be implemented only with a fixed gear ratio.

Ближайшим прототипом предложенному устройству является передача с бесступенчатым изменением крутящего момента, предложенная В.Сердюковым и Н.Сесюниным (см. А.С СССР N 1578401 от 10.03.88 по МКИ: F 16 H 25/06). Она содержит два тела вращения, ведущее и ведомое, и третье, опорное, снабженные каждое направляющими, две из которых выполнены периодическими по углу поворота (синусоидальными), а также соединительные элементы, помещенные в направляющие трех тел одновременно. Два из трех тел соединены соответственно с ведущим и ведомым валами. В качестве соединительных элементов использованы шарики. Изменение передаточного отношения производится изменением скорости подвижного опорного тепа, для чего применено дополнительное приводное устройство. The closest prototype of the proposed device is a transmission with a stepless change in torque, proposed by V. Serdyukov and N. Sesyunin (see A. C USSR N 1578401 from 10.03.88 MKI: F 16 H 25/06). It contains two bodies of rotation, the leading and the driven, and the third, supporting, each equipped with guides, two of which are made periodic in the angle of rotation (sinusoidal), as well as connecting elements placed in the guides of the three bodies at the same time. Two of the three bodies are connected respectively to the driving and driven shafts. As connecting elements used balls. The gear ratio is changed by changing the speed of the movable reference heat, for which an additional drive device is used.

Недостатком устройства-прототипа является чрезмерно высокая мощность дополнительного приводного устройства, которая по необходимости равна или соизмерима с мощностью, транслируемой передачей. Здесь по существу использованы дифференциальные свойства передачи для суммирования (вычитания) двух движений. Кроме того, в данном устройстве велики потери на трение и износ направляющих, т. к. условия качения для шаровых соединительных элементов в трех разнонаправленных системах направляющих никогда не могут быть выполнены. The disadvantage of the prototype device is the excessively high power of the additional drive device, which, if necessary, is equal to or commensurate with the power transmitted by the transmission. Here, the differential transmission properties are essentially used to add (subtract) two movements. In addition, in this device, friction and wear of the guides are large, since the rolling conditions for ball joints in three multidirectional guide systems can never be fulfilled.

Целью данного предложения является снижение мощности в системе управления, повышение КПД и расширение функциональных возможностей. The purpose of this proposal is to reduce power in the control system, increase efficiency and expand functionality.

Поставленная цепь достигается тем, что по крайней мере одна периодическая направляющая имеет переменный по углу поворота период. The set chain is achieved in that at least one periodic guide has a period that is variable in angle of rotation.

Она может содержать системы ввода и вывода соединительных элементов, соединенные с органом управления, три тела могут быть расположены соосно, направляющие двух из трех тел могут иметь форму спиралей, по крайней мере одна из которых может иметь переменный по углу поворота шаг. It may contain input and output systems of connecting elements connected to the control, three bodies can be aligned, the guides of two of the three bodies can be in the form of spirals, at least one of which can have a step that is variable in the angle of rotation.

Направляющие двух из трех тел могут быть синусоидальными и по крайней мере одна из них имеет переменный по углу поворота период. The guides of two of the three bodies can be sinusoidal and at least one of them has a period that is variable in angle of rotation.

Ориентация направляющей третьего тела может иметь перпендикулярную вращательному движению компоненту. The orientation of the third body guide may have a component perpendicular to the rotational movement.

Цель достигается также тем, что соединительный элемент содержит три свободных соосных колеса, контактирующих каждое с одной направляющей соответствующего тела. The goal is also achieved by the fact that the connecting element contains three free coaxial wheels, each in contact with one guide of the corresponding body.

На Фиг.1 представлена цилиндрическая передача вращения с двумя спиральными направляющими переменного шага. Figure 1 shows a cylindrical transmission of rotation with two spiral guides of variable pitch.

На Фиг. 2 представлены графики, поясняющие работу передачи с двумя спиральными направляющими по Фиг.1. In FIG. 2 is a graph explaining the operation of the transmission with two spiral guides of FIG. 1.

На Фиг. 3 представлен схематически составной соединительный элемент в плоской системе направляющих трех тел. In FIG. 3 shows a schematic composite connecting element in a flat guide system of three bodies.

На Фиг.4 представлена дисковая передача вращения с двумя синусоидальными направляющими, одна из которых имеет переменный по углу период. Figure 4 presents the disk transmission of rotation with two sinusoidal guides, one of which has a variable period angle.

Цилиндрическая спиральная передача вращения (см. Фиг.1) состоит из ведущего цилиндрического тела 1 со спиральными направляющими, соосного с ним ведомого тела 2, которое имеет форму трубы с направляющей в виде продольного сквозного паза в одной из стенок, а также опорного тела 3, на внутренней цилиндрической поверхности которого расположена спиральная направляющая. В месте пересечения всех трех направляющих расположен соединительный элемент 4. Для обеспечения управления рабочими циклами передача имеет систему ввода соединительных элементов 5 и систему их вывода 6, которые связаны с органом управления 7. Здесь φ - угол поворота вокруг общей оси, x - координатная ось вдоль нее. A cylindrical spiral transmission of rotation (see Figure 1) consists of a leading cylindrical body 1 with spiral guides, a coaxial driven body 2, which has the form of a pipe with a guide in the form of a longitudinal through groove in one of the walls, as well as a supporting body 3, on the inner cylindrical surface of which there is a spiral guide. At the intersection of all three rails there is a connecting element 4. To ensure control of duty cycles, the transmission has an input system of connecting elements 5 and a system of their output 6, which are connected with the control body 7. Here φ is the rotation angle around the common axis, x is the coordinate axis along her.

На Фиг. 2 в координатах (x, φ ) графически представлены положения направляющих в исходном состоянии: A1, B1 и C - положения для ведущего, ведомого и опорного тел соответственно. После поворота ведущего тела 1 на угол φ1 его направляющая занимает положение A2, соответственно ведомое тело 2 поворачивается на угол φ2 и его направляющая занимает положение B2. Здесь же в координатах (x, z) изображены графически два варианта программирования изменения коэффициента передачи z: линейный D1 и криволинейный D2, удовлетворяющие и тот и другой требованиям бесфрикционной муфты сцепления. In FIG. 2, in the coordinates (x, φ), the positions of the guides in the initial state are graphically presented: A1, B1, and C are the positions for the leading, driven, and supporting bodies, respectively. After the leading body 1 is rotated by an angle φ1, its guide takes the position A2, respectively, the driven body 2 is rotated by the angle φ2 and its guide takes the position B2. Here, in the coordinates (x, z), graphically depicted are two programming options for changing the gear coefficient z: linear D1 and curved D2, which satisfy both the requirements of a frictionless clutch.

Представленный схематически на Фиг.3 соединительный элемент осуществляет связь между телами следующим образом. Колесо 8 соединительного элемента контактирует только с направляющей ведущего тела 1, а колеса 9 и 10 - с направляющими тел 2 и 3 соответственно, Положение самих колес относительно друг друга ограничено условием соосности. Presented schematically in figure 3, the connecting element communicates between the bodies as follows. The wheel 8 of the connecting element is in contact only with the guide of the driving body 1, and the wheels 9 and 10 are in contact with the guides of the bodies 2 and 3, respectively. The position of the wheels themselves relative to each other is limited by the alignment condition.

На Фиг. 4 представлен дисковый вариант передачи вращения. Здесь ведущим телом является средний диск 1 с направляющей в виде радиальной прорези (см. проекцию A - A). Ведомый диск 2 и опорное тело 3 снабжены синусоидальными направляющими, как указано, соответственно на проекциях B - B и C - C, причем последняя имеет удлиняющийся период. Здесь φ - угол поворота ведущего тела 1, а 4 - соединительный элемент, изображенный схематично. In FIG. 4 shows a disk version of the transmission of rotation. Here, the leading body is the middle disk 1 with a guide in the form of a radial slot (see projection A - A). The driven disk 2 and the supporting body 3 are provided with sinusoidal guides, as indicated, respectively, on the projections B - B and C - C, the latter having an elongated period. Here φ is the angle of rotation of the driving body 1, and 4 is the connecting element, shown schematically.

Устройство, представленное на Фиг. 1, работает следующим образом. При вращении ведущего тела 1 в сторону увеличения угла φ его спиральная направляющая вытесняет соединительный элемент 4 в направлении оси x, т.е. вдоль направляющей ведомого тела 2. При этом соединительный элемент 4, перемещаясь в спиральной направляющей опорного тела 3, вращает ведомое тело 2. Графически в координатах (φ,x) на Фиг.2 спирали с переменным шагом для тел 1 и 3 представлены кривыми A и C. Кривая C связана с опорным телом 3 и стоит на месте, а кривая A при повороте тела 1 на угол φ1 может перемещаться по координате φ из положение A1 в положение A2. При этом направляющая B ведомого тела 2 из положения B1 перемещается в положение B2 с поворотом на угол φ2. Конструктивный выбор шагов спиральных направляющих, т.е. кривых A и C, позволяет варьировать закон изменения передаточного отношения z в широких пределах, от линейного D1 до любого криволинейного, например D2. Данная передача работает циклически. Начало цикла и его конец определяются работой системы ввода 5 и системы вывода 6 соединительных элементов 4. Эти системы могут быть выполнены, например, как и в изобретении L.Mackta, но должны быть снабжены управляемыми перегородками, чтобы действовать по командам от органа управления 7. The device shown in FIG. 1, works as follows. When the driving body 1 rotates in the direction of increasing the angle φ, its spiral guide displaces the connecting element 4 in the x axis direction, i.e. along the guide of the driven body 2. In this case, the connecting element 4, moving in the spiral guide of the supporting body 3, rotates the driven body 2. Graphically in the coordinates (φ, x) in FIG. 2, spirals with variable pitch for bodies 1 and 3 are represented by curves A and C. Curve C is connected to the supporting body 3 and stands still, and curve A, when the body 1 is rotated through an angle φ1, can move along the coordinate φ from position A1 to position A2. In this case, the guide B of the driven body 2 from position B1 moves to position B2 with rotation through an angle φ2. Constructive selection of spiral guide steps, i.e. curves A and C, allows you to vary the law of gear ratio z over a wide range, from linear D1 to any curvilinear, for example D2. This gear works cyclically. The beginning of the cycle and its end are determined by the operation of the input system 5 and the output system 6 of the connecting elements 4. These systems can be performed, for example, as in the invention of L.Mackta, but must be equipped with controlled partitions to act on commands from the control 7.

Соединительный элемент, представленный на Фиг.3, выполняет те же функции, что и обычный шар. Однако во время движения колесо 8 катится только по направляющей тела 1, а колеса 9 и 10 - по направляющим тел 2 и 3 соответственно, что исключает трение скольжения, которое очень велико у шара. The connecting element shown in figure 3, performs the same functions as a conventional ball. However, during movement, the wheel 8 rolls only along the guide of the body 1, and the wheels 9 and 10 along the guides of the bodies 2 and 3, respectively, which eliminates sliding friction, which is very large for the ball.

Дисковая передача, представленная на Фиг. 4, работает аналогично цилиндрической передаче. Здесь ведущий средний диск 1 перемещает соединительный элемент 4 в синусоидальных направляющих тел 2 и 3. Там, где периоды синусоид отличаются мало, передаточное отношение z минимально, а с возрастанием разницы к концу цикла доходит до 1. По сравнению с передачей, представленной на Фиг.1, здесь имеются две принципиальных особенности. Во-первых, для исключения кинематических неопределенностей это устройство требует параллельного включения двух или более передач с разными начальными фазами синусоид, что усложняет весь механизм. Во-вторых, замкнутый характер направляющих позволяет обходиться без систем ввода и вывода соединительных элементов, что, наоборот, упрощает его. Что же касается таких конкретных характеристик, как количество оборотов тел вращения на цикл, то они зависят от выбора параметров направляющих и схемы их расположения с учетом того, что тела 1, 2 и 3 кинематически симметричны относительно их функциональных перестановок. The disk drive shown in FIG. 4, operates similarly to a cylindrical gear. Here, the leading middle disk 1 moves the connecting element 4 to the sinusoidal guide bodies 2 and 3. Where the periods of the sinusoids differ little, the gear ratio z is minimal, and with increasing difference towards the end of the cycle it reaches 1. Compared to the gear shown in FIG. 1, there are two fundamental features. Firstly, to eliminate kinematic uncertainties, this device requires the parallel inclusion of two or more gears with different initial phases of sinusoids, which complicates the whole mechanism. Secondly, the closed nature of the guides allows you to do without input and output systems of connecting elements, which, on the contrary, simplifies it. As for such specific characteristics as the number of revolutions of bodies of revolution per cycle, they depend on the choice of the parameters of the guides and their layout, taking into account the fact that bodies 1, 2 and 3 are kinematically symmetric with respect to their functional permutations.

Claims

1. The rotation transmission, containing two bodies of rotation - the leading and the driven, and the third, supporting, each equipped with guides, at least one of which is periodic in the angle of rotation, and at least one connecting element placed in the guides of the three bodies at the same time, characterized in that the periodic guide has a variable period of rotation angle.

2. The transmission according to claim 1, characterized in that it contains input and output systems of connecting elements connected to the control body, three bodies are aligned, the guides of two of the three bodies have the form of spirals, at least one of which has a variable angle of rotation step.

3. The transmission according to claim 1, characterized in that the three bodies are aligned, the guides of two of the three bodies are sinusoidal and at least one of them has a period that is variable in angle of rotation.

4. The transmission according to claims 1 to 3, characterized in that the orientation of the guide of the third body has a component perpendicular to the rotational movement.

5. The transmission according to claim 1, characterized in that the connecting element contains three free coaxial wheels, each in contact with one guide of the corresponding body.