RU2577966C1 - Shumatov differential mechanism (versions) - Google Patents
Shumatov differential mechanism (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2577966C1 RU2577966C1 RU2014134344/11A RU2014134344A RU2577966C1 RU 2577966 C1 RU2577966 C1 RU 2577966C1 RU 2014134344/11 A RU2014134344/11 A RU 2014134344/11A RU 2014134344 A RU2014134344 A RU 2014134344A RU 2577966 C1 RU2577966 C1 RU 2577966C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- differential
- axis
- cross
- crosspiece
- rotation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H48/00—Differential gearings
- F16H48/12—Differential gearings without gears having orbital motion
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H21/00—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H48/00—Differential gearings
- F16H48/05—Multiple interconnected differential sets
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Retarders (AREA)
Abstract
Description
Широко применяются механизмы с использованием зубчатых передач. К недостаткам таких передач можно отнести высокие требования к физико-механическим характеристикам материала зубчатых колес и точности их взаиморасположения при разных рабочих температурах; шум при работе со значительными скоростями, дороговизну изготовления, критичность смазки. Примером таких механизмов может служить зубчатый механизм дифференциала, изображенный в «Политехническом словаре» под редакцией А.Ю. Ишлинского. М.: Научное издательство «Большая Российская энциклопедия», 2000, с. 147, или в справочном пособии И.И. Артоболевского "Механизмы в современной технике", т. 4, "Наука", 1980, с. 516 по а.с. №579480.Gear mechanisms are widely used. The disadvantages of such gears include high demands on the physico-mechanical characteristics of the material of the gears and the accuracy of their relative position at different operating temperatures; noise when working at significant speeds, the high cost of manufacture, the criticality of the lubricant. An example of such mechanisms is the differential gear mechanism depicted in the Polytechnic Dictionary edited by A.Yu. Ishlinsky. M .: Scientific publishing house "Big Russian Encyclopedia", 2000, p. 147, or in the reference manual II. Artobolevsky "Mechanisms in modern technology", v. 4, "Science", 1980, p. 516 a.s. No. 579480.
Задача предлагаемого технического решения - создание эффективного механизма, преобразующего параметры движения (передачи с вращательным движением ведущего или ведущих (например, входы сумматора) и ведомого или ведомых (например, полуоси дифференциала автомобиля) звеньев на принципе прямой постоянной недискретной передачи мощности с возможностью использования во всех подвижных соединениях стандартных подшипников различных типов в зависимости от условий эксплуатации, включая игольчатые (малое трение и компактность) и скольжения (низкое контактное давление, сопоставимое с давлением в пятне контакта зацепления Новикова).The objective of the proposed technical solution is the creation of an effective mechanism that converts the parameters of movement (transmission with rotational movement of the leading or leading (for example, inputs of the adder) and slave or slave (for example, axle differential of the car differential) links on the principle of direct continuous non-discrete power transmission with the possibility of use in all movable joints of standard bearings of various types depending on operating conditions, including needle (low friction and compactness) and sliding (low contact pressure comparable with the pressure in the contact spot of Novikov gearing).
По доступным данным патентной и научно-технической литературы заявляемая конструкция не обнаружена, что позволяет судить об изобретательском уровне предлагаемого решения.According to the available data of the patent and scientific and technical literature, the claimed design is not found, which allows us to judge the inventive step of the proposed solution.
Промышленная применимость весьма вероятна, поскольку дифференциальный механизм Шуматова (ДМШ) может быть использован в станкостроении, в автомобиле- и тракторостроении и других отраслях, где требуются надежные и экономически эффективные механизмы преобразования движения с высоким коэффициентом полезного действия.Industrial applicability is very likely, since the Shumatov differential mechanism (LMS) can be used in machine tools, automobile and tractor manufacturing, and other industries where reliable and cost-effective motion conversion mechanisms with a high efficiency are required.
Простейший ДМШ представляет собой дифференциал, аналогичный обычному автомобильному.The simplest music school is a differential similar to a conventional automobile.
На Фиг. 1 представлен ДМШ, все подвижные соединения которого выполнены лишь с возможностью вращения сочленяемых звеньев друг относительно друга, то есть шарнирный ДМШ, состоящий из имеющего возможность вращения корпуса 1, который может быть выполнен в виде корпуса, охватывающего внутренние элементы механизма (иногда можно обойтись без дополнительного неподвижного корпуса) или рамы, полуосей 2 и 3, связанных карданными валами (при определенных условиях можно применить валы с шарнирами равных угловых скоростей, гибкие валы и другие средства передачи вращения на ось, расположенную под углом к полуосям дифференциала, поэтому такой ДМШ логично называть осеугловым) с коленчатыми валами передачи вращения (КВПВ) 4, и плоскопараллельно движущихся, сохраняя направление своих осей в пространстве, шатунов 5, соединяющих оба КВПВ, при этом шатунные шейки каждого КВПВ смещены одна относительно другой на угол, обеспечивающий беспрепятственное прохождение мертвых точек (экстремумов расстояния между конкретной шатунной шейкой и осью другого вала) и равномерную передачу крутящего момента, при отсутствии ограничений - на 90 градусов, что гарантирует минимальные нагрузки на шарниры при заданном крутящем моменте, но если, например, существуют проблемы с балансировкой, то возможно частичное взаимное уравновешивание колен вала и шатунов при тупом угле (на иллюстрациях все шейки колен условно показаны в плоскости оси КВПВ).In FIG. 1 shows a DMSH, all of its movable connections are made only with the possibility of rotation of the articulated links relative to each other, that is, a hinged DMSH, consisting of a
При работе корпус 1 может оставаться неподвижным, если полуоси 2 и 3 вращаются в противоположные стороны, при этом через карданные валы движение передается на коленчатые валы передачи вращения (КВПВ) 4, чьи оси расположены перпендикулярно полуосям дифференциала (в общем случае сумма углов между полуосями и КВПВ равна 180°; в рассматриваемом варианте: 90° между левой полуосью и КВПВ и 90° между правой и КВПВ). Эти валы связаны друг с другом шатунами 5, благодаря чему параллельно вращаются в одну сторону. Если неподвижна левая полуось 2, а корпус 1 вращается, то при своем вращении он увлекает шарнирно закрепленные в нем КВПВ 4, левый из них приводится во вращение вокруг своей оси карданным валом, кинематически связанным с полуосью 2, и через шатуны 5 передает вращение другому, сочлененному с карданным валом, состыкованным, в свою очередь, с правой полуосью 3. В результате ее скорость вращения равна удвоенной скорости вращения корпуса 1. Вообще, если обозначить скорость вращения корпуса 1 как С, полуоси 2 как L, а полуоси 3 как Р, то справедливо следующее равенство: 2С=L+Р.During operation, the
Более компактен ДМШ, представленный на Фиг. 2 и состоящий из имеющего возможность вращения корпуса 1, полуосей 2 и 3, одновременно являющихся водилами коромысел 6, шарнирно закрепленных на крестовине 7, совершающей возвратно-вращательное движение относительно корпуса 1.The more compact DMS shown in FIG. 2 and consisting of a
Из CN 1063536 A, F16H 21/00, 12.08.1992, известны дифференциалы с кривошипно-ползунным механизмом и с параллелограммным механизмом. Первый из них включает в свой состав шатуны, шарнирно закрепленные на ползуне, совершающем возвратно-поступательное движение относительно корпуса. Второй представляет собой шарнирный дифференциал, содержащий имеющий возможность вращения корпус, полуоси, одновременно являющиеся кривошипами (водилами) шатунов, шарнирно закрепленных на промежуточном кривошипе, образующем благодаря этим шатунам с кривошипом одной из полуосей параллелограмм, а с кривошипом другой - контрпараллелограмм. К достоинствам первого дифференциала, как и любого агрегата с кривошипно-ползунным механизмом в качестве основы кинематической схемы, нельзя отнести наличие паразитной боковой составляющей силового воздействия на ползун; второго - нежелательных циклических нагрузок на трансмиссию вследствие неравномерности передачи движения контрпараллелограммом.From CN 1063536 A, F16H 21/00, 08/12/1992, differentials with a crank-slide mechanism and with a parallelogram mechanism are known. The first of them includes rods pivotally mounted on a slider that makes a reciprocating motion relative to the housing. The second is a hinged differential, containing a rotatable housing, half shafts, simultaneously being cranks (carriers) of connecting rods pivotally mounted on an intermediate crank, which, thanks to these connecting rods, forms one of the parallelograms with the crank and the other with a crank. The advantages of the first differential, as well as any unit with a crank-slide mechanism as the basis of the kinematic scheme, cannot be attributed to the presence of a parasitic side component of the force acting on the slider; the second - undesirable cyclic loads on the transmission due to the uneven transmission of the movement by a counter-parallelogram.
Предлагаемый дифференциальный механизм свободен от недостатков рассмотренных аналогов.The proposed differential mechanism is free from the disadvantages of the considered analogues.
При взгляде вдоль оси поворота крестовины хорошо заметно, что коромысла образуют рычаг, средняя точка которого - проекция оси поворота крестовины, на поперечине которой шарнирно закреплены коромысла. Такой ДМШ целесообразно называть коромысловым (КДМШ).When viewed along the axis of rotation of the crosspiece, it is clearly seen that the rocker arms form a lever, the middle point of which is the projection of the axis of rotation of the crosspiece, on the crossbar of which the rocker arms are pivotally mounted. It is advisable to call such a music school rocker (KMSh).
Оси подшипников водил всегда проходят через центр дифференциала, а расстояние от водил до него постоянно, независимо от положения коромысел и крестовины.The axles of the carrier bearings always pass through the center of the differential, and the distance from the carrier to it is constant, regardless of the position of the rocker arm and the cross.
Корпус этого дифференциала, как и любого другого ДМШ, может быть кинематически связан с помощью эксцентриков 8 с параллельно вращающимся внешним коленчатым валом передачи вращения (КВПВ) 4 с помощью шатунов 5.The case of this differential, like any other DMSh, can be kinematically connected using
При работе крутящий момент с корпуса 1 передается на полуоси 2 и 3 через крестовину 7 и коромысла 6. Если обе полуоси вращаются с одинаковой угловой скоростью, то коромысла 6 не меняют свое положение относительно крестовины 7, а их скорость вращения равна скорости вращения корпуса 1. Если же угловые скорости полуосей 2 и 3 разнятся, то коромысла 6 находятся в возвратно-вращательном движении (качаются) относительно оси поперечины крестовины 7, а сама крестовина аналогично движется в перпендикулярной плоскости относительно корпуса 1. При этом выполняется общее для дифференциалов равенство удвоенной скорости вращения корпуса (играющего роль, аналогичную роли корпуса с шарнирно закрепленными сателлитами в зубчатом коническом дифференциале) сумме угловых скоростей полуосей.During operation, the torque from the
Здесь передача мощности между полуосями тем эффективнее, чем меньше угол между коромыслами, поскольку в этом случае на единичное приращение угла поворота полуоси приходится большее приращение угла поворота крестовины. В момент, когда угол между коромыслами составляет 180°, приращение угла поворота крестовины нулевое; передача мощности не осуществляется. Это положение можно назвать мертвой точкой.Here, the power transfer between the semiaxes is the more efficient the smaller the angle between the rocker arms, since in this case a larger increment of the angle of rotation of the crosspiece per unit increment of the angle of rotation of the semiaxis. At the moment when the angle between the rocker arms is 180 °, the increment of the angle of rotation of the cross is zero; power transmission is not carried out. This position can be called a dead center.
Такой дифференциал может быть использован в передачах, где нет риска обратного хода в мертвых точках, то есть при условии обеспечения возможности безостановочного прохождения коромыслами плоскости, перпендикулярной оси поворота крестовины, например, благодаря инерции ведомой части.Such a differential can be used in transmissions where there is no risk of backtracking at the dead center, that is, provided that the rocker arms can non-stop pass the plane perpendicular to the axis of rotation of the crosspiece, for example, due to the inertia of the driven part.
В кинематической схеме КДМШ возможно применение дополнительных звеньев, позволяющих сгладить кривую зависимости максимального допустимого передаваемого крутящего момента от положения коромысел относительно плоскости, перпендикулярной оси поворота крестовины. В качестве таких дополнительных звеньев можно использовать сочетания шарнирного направляющего механизма или ползуна с шатунами или с эксцентриками.In the KDMSh kinematic scheme, additional links can be used to smooth the curve of the maximum permissible transmitted torque on the position of the rocker arm relative to a plane perpendicular to the axis of rotation of the cross. As such additional links, combinations of an articulated guide mechanism or slide with connecting rods or eccentrics can be used.
На фиг. 3 показан КДМШ с ползуном 9, движущимся вдоль оси поворота крестовины 7, шарнирно закрепленной в корпусе 1, и шатунами 5, связывающими ползун 9 и коромысла 6, соединенные через радиальные подшипники с полуосями 2 и 3.In FIG. Figure 3 shows a KMSh with a
При работе возвратно-вращательное движение коромысел относительно поперечины крестовины посредством шатунов преобразуется в возвратно-поступательное движение ползуна, происходит и обратное преобразование. Вследствие этого, находясь в перпендикулярной оси поворота крестовины относительно корпуса плоскости, одно коромысло воздействует на другое через шатуны и ползун, компенсируя отсутствующий в данном положении крутящий момент относительно оси поворота крестовины.During operation, the reciprocating movement of the rocker arm relative to the cross member of the crosspiece is converted by means of connecting rods into the reciprocating movement of the slider, and the inverse transformation occurs. As a result, being in the perpendicular axis of rotation of the crosspiece relative to the body of the plane, one rocker acts on the other through the connecting rods and the slider, compensating for the missing torque in this position relative to the axis of rotation of the cross.
На фиг. 4 показан КДМШ с ползуном 9 и контактирующими с ним расположенными на полуосях 2 и 3 эксцентриками 8. Альтернативно, возможно выполнять ролики или эксцентрики расположенными на коромыслах.In FIG. 4 shows the KDMSh with the
При работе движение между коромыслами передается как благодаря повороту крестовины 7, так и за счет поступательного движения ползуна, задействуя ролики, что особенно важно в момент, когда коромысла находятся в плоскости, перпендикулярной оси возвратно-вращательного движения крестовины.During operation, the movement between the rocker arms is transmitted both due to the rotation of the
Решает проблему прохождения мертвых точек и применение сдвоенного дифференциала, состоящего из двух показанных на Фиг. 2 КДМШ (далее здесь - полудифференциалы), поэлементно связанных между собой, чем обеспечивается попарно синхронное вращение корпусов и полуосей обоих полудифференциалов. При этом поворотные оси крестовин полудифференциалов взаимно перпендикулярны, что гарантирует постоянство передачи крутящего момента.Solves the problem of blind spots and the use of a double differential, consisting of two shown in FIG. 2 KDMSh (hereinafter referred to as semi-differentials), element-wise interconnected, which ensures pairwise synchronous rotation of the bodies and semiaxes of both semi-differentials. In this case, the rotary axes of the crosspieces of the half-differentials are mutually perpendicular, which guarantees a constant transmission of torque.
На Фиг. 5 показан параллельно сдвоенный КДМШ, где левые полуоси 2, правые полуоси 3 и корпуса полудифференциалов 1 соединены с помощью одинаковых коленчатых валов передачи вращения (КВПВ) 4. При этом оси поворота крестовин 7 взаимно перпендикулярны.In FIG. 5 shows a parallel twin KMSh, where the
При работе, когда взаиморасположение крестовины и коромысел одного из полудифференциалов является наихудшим для передачи крутящего момента (ось поворота крестовины относительно корпуса перпендикулярна коромыслам; угол между коромыслами равен 180°), спаренный с ним полудифференциал передает крутящий момент наилучшим образом (угол между коромыслами наиболее далек от 180°; моментальная угловая скорость возвратно-вращательного движения крестовины максимальна). Таким образом, независимо от взаимного расположения элементов рассматриваемого ДМШ передача движения между связанными с помощью КВПВ корпусами полудифференциалов и полуосями всегда непрерывна.When working, when the relative position of the cross and the beam of one of the half-differentials is the worst for transmitting torque (the axis of rotation of the cross relative to the body is perpendicular to the arms, the angle between the arms is 180 °), the half-differential coupled with it transfers the torque in the best way (the angle between the arms is farthest from 180 °; the instantaneous angular velocity of the back and forth movement of the cross is maximum). Thus, regardless of the relative position of the elements of the considered LMS, the transmission of motion between the half-differential housings connected with the help of the CWPW and the half-axes is always continuous.
Принимая во внимание требования компоновки, полудифференциалы рассмотренного КДМШ можно расположить и несоосно, например, в ряд параллельно друг другу.Taking into account the requirements of the layout, the half-differentials of the considered KDMSh can also be arranged misaligned, for example, in a row parallel to each other.
Если допустима некоторая несоосность полуосей дифференциала, может быть целесообразным применение схемы встречно сдвоенного КДМШ, показанной на Фиг. 6. В этом варианте правая полуось одного полудифференциала и левая полуось другого полудифференциала выполнены как одно целое, что позволяет использовать меньшее количество деталей.If some misalignment of the axles of the differential is permissible, it may be appropriate to use the counter-dual KDMSh scheme shown in FIG. 6. In this embodiment, the right half-axis of one half-differential and the left half-axis of the other half-differential are made as a whole, which allows using fewer parts.
При работе корпуса 1 левого и правого полудифференциалов вращаются синхронно благодаря КВПВ с шатунами, соединяющими его с эксцентриками корпусов. Полуось 2 левого полудифференциала и полуось 3 правого полудифференциала связаны аналогично, а другие полуоси полудифференциалов объединены в общую полуось 10, сочетающую в себе и функции водил и коленчатого вала передачи движения; вращение с нее передается на КВПВ 4, играющий роль полуоси сдвоенного ДМШ. Крестовины 7, шарнирно закрепленные в корпусах 1, совершают возвратно-вращательное движение во взаимно перпендикулярных плоскостях.When housing 1 of the left and right half-differentials rotate synchronously due to the KVPV with rods connecting it to the eccentrics of the housings. The half-
На Фиг. 7 изображен параллельно сдвоенный КДМШ, где полудифференциалы выполнены в едином имеющем возможность вращения корпусе, а коленчатые валы передачи вращения (КВПВ), связывающие их полуоси, вращаются в подшипниках, закрепленных на этом корпусе.In FIG. Figure 7 shows a parallel dual KMSh, where the half-differentials are made in a single rotatable housing, and the crankshafts of rotation transmission (KVPV) connecting their half-axes rotate in bearings mounted on this housing.
Такой КДМШ предполагает наличие имеющего возможность вращения корпуса 1; левых полуосей 2 и правых полуосей 3, одновременно являющихся водилами коромысел 6, шарнирно закрепленных на крестовинах 7 со взаимно перпендикулярно установленными в корпусе 1 осями; полуоси связаны шатунами 5 с КВПВ 4, которые установлены на корпусе 1 и оси их вместе с ним могут вращаться вокруг оси КДМШ.Such KDMSh assumes the presence of a
При работе, если корпус 1 неподвижен, оси КВПВ соответственно не вращаются вокруг полуосей; при вращении же корпуса КВПВ движутся орбитально, сохраняя синхронность вращения полуосей.During operation, if the
Для повышения надежности, уменьшения диаметра корпуса возможно применение более двух полудифференциалов. Если в состав КДМШ входят три полудифференциала, целесообразно их крестовины равномерно расположить в корпусе, то есть так, чтобы плоскости, образованные их осями с осью КДМШ, располагались одна относительно другой под углом 120 градусов.To increase reliability, reduce the diameter of the housing, it is possible to use more than two half-differentials. If the KDMSh includes three half-differentials, it is advisable to arrange their crosses evenly in the body, that is, so that the planes formed by their axes with the KDMSH axis are located one relative to the other at an angle of 120 degrees.
На Фиг. 8 изображен встречно сдвоенный однокорпусный КДМШ, отличающийся от описанного выше параллельно сдвоенного однокорпусного КДМШ тем, что правая полуось одного полудифференциала и левая полуось другого полудифференциала выполнены как одно целое. При работе корпус 1, вращаясь, увлекает шарнирно закрепленные в нем крестовины 7, передающие движение на коромысла 6, воздействующие на водила полуосей 2, 3 и 10, причем полуось 10 - общая для обоих полудифференциалов. Синхронность вращения полуосей 2 и 3, 10 и КВПВ 4, играющего роль полуоси сдвоенного ДМШ, обеспечивается коленчатыми валами передачи вращения, связанными с ними шатунами 5.In FIG. 8 depicts a counter-dual single-body KDMSh, different from the parallel-double single-body KMSH described above in that the right half-axis of one half-differential and the left half-axis of the other half-differential are made as a whole. During operation, the
Меньшее минимальное расстояние между полуосями при равной передаваемой мощности имеет ДМШ, показанный на Фиг. 9 и состоящий из корпуса 1, имеющего возможность вращения относительно полуосей 2 и 3, шарнирно закрепленных в корпусе 1 крестовины 7 с коромыслами 6 меньшего полудифференциала (может быть выполнена в виде поворотной рамы) и охватывающей крестовины 11 (выполнена в виде поворотной рамы) с коромыслами 12 большего полудифференциала, зона перемещений которых охватывает зону перемещений крестовины 7 и коромысел 6, причем полуоси 2 и 3 одновременно являются водилами коромысел 6 и 12, поскольку их законцовки, расположенные внутри корпуса 1, выполнены в виде коленчатых валов с двумя шейками, оси которых направлены в центр дифференциала (точку пересечения оси поворота крестовин и осей коромысел) и образуют с его главной осью (осью полуосей КДМШ) взаимно перпендикулярные плоскости. При работе каждая из полуосей водит пару коромысел: одно шарнирно закреплено в крестовине 7 (коромысло 6), другое зашарнирено в охватывающей крестовине 11 (коромысло 12).A smaller minimum distance between the half shafts with equal transmitted power has the SPS shown in FIG. 9 and consisting of a
Траектории движения сочленений водил и коромысел обоих полудифференциалов геометрически принадлежат сферам с общим центром (являющимся центром дифференциала), поэтому такой дифференциал целесообразно называть концентричным. Рассматриваемый вариант КДМШ позволяет реализовать сдваивание полудифференциалов без использования дополнительных КВПВ.The trajectories of the articulations of the carriers and the rocker arms of both half-differentials belong geometrically to spheres with a common center (which is the center of the differential); therefore, it is advisable to call such a differential concentric. The considered variant of KDMSh allows to realize the doubling of half-differentials without the use of additional KVPV.
Также возможен показанный на Фиг. 10 ДМШ, представляющий собой дифференциал с крестовиной-ползуном 13, совершающей возвратно-поступательное движение относительно корпуса 1, подобно челноку (поэтому такой ДМШ целесообразно называть челночным - ЧДМШ). Вместо ползуна допустимо использование шарнирного направляющего механизма, например, расположенного в плоскости, перпендикулярной полуосям дифференциала. Одновременно крестовина-ползун совершает возвратно-вращательное движение относительно корпуса 1, причем поперечина этой крестовины трубчатая. Внутри трубчатой поперечины находятся сферические концы водил, выполненных как единое целое с полуосями 2 и 3, шарнирно связанными с имеющим возможность вращения корпусом 1.Also shown in FIG. 10 DMSh, which is a differential with a
При работе крутящий момент с корпуса 1 передается на полуоси 2 и 3 через шарнирно закрепленную в нем направляющую 14 и крестовину-ползун 13, взаимодействующую с концами водил полуосей посредством своей трубчатой поперечины. Если заневолить одну из полуосей, например полуось 2, и приложить крутящий момент к другой полуоси, в рассматриваемом случае - к полуоси 3, то усилие будет передано поперечине крестовины-ползуна 13 в виде комбинации крутящего момента относительно оси направляющей 14 и силы, действующей вдоль этой оси.During operation, the torque from the
Для уменьшения потерь на трение ползун может быть выполнен с использованием комбинации из цилиндрических шарниров с подшипниками качения, фиксирующих направляющую ползуна в корпусе, и роликов или плоских подшипников качения, обеспечивающих перемещение ползуна по направляющей, также можно применить трубчатый линейно-поворотный шарикоподшипник.To reduce friction losses, the slider can be made using a combination of cylindrical hinges with rolling bearings that fix the slide guide in the housing, and rollers or flat rolling bearings that move the slide along the guide, and a tubular linear-rotary ball bearing can also be used.
Вместо сфер на концах водил могут быть расположены ролики, как это показано на Фиг. 11. Здесь при работе ролики 15 движутся по внутренней поверхности трубчатой поперечины крестовины-ползуна 13, возвратно-поступательно движущейся по шарнирно закрепленной в корпусе 1 направляющей 14 и совершающей возвратно-вращательное движение вокруг ее оси.Instead of spheres, rollers can be located at the ends of the carrier, as shown in FIG. 11. Here, during operation, the
На Фиг. 12 изображен ЧДМШ, отличающийся тем, что на поперечине крестовины с каждой стороны расположен сферический шарнир 16, соединяющий крестовину-ползун 13 с водилом 17, на другом конце которого находится цилиндрический шарнир, связывающий водило с полуосью 2 или 3. При работе корпус 1 вращается вместе с шарнирно закрепленной в нем направляющей 14 крестовины-ползуна 13.In FIG. 12 shows the ChDMSh, characterized in that on the cross of the cross on each side there is a
На Фиг. 13 показан ЧДМШ, отличающийся тем, что сферические шарниры заменены на переходники 18 с цилиндрическими шарнирами, один из которых расположен на оси поперечины крестовины-ползуна 13 и позволяет переходнику вращаться вокруг этой оси, а другой - перпендикулярно ей на переходнике и позволяет водилу 17 менять угол относительно поперечины крестовины-ползуна, оставаясь кинематически связанным с ней. При работе шарнирно закрепленные в корпусе 1 полуоси 2 и 3 вращаются симметрично центра дифференциала (середины траектории возвратно-поступательного движения крестовины-ползуна) благодаря тому, что переходники 6 движутся симметрично центра крестовины-ползуна 13, а возвратно-поступательное движение крестовины-ползуна равновелико преобразуется во вращение полуосей 2 и 3, что особенно важно в момент, когда центр ползуна совпадает с центром дифференциала, поскольку в этом положении поперечина крестовины-ползуна не работает в качестве рычага (нулевое приращение угла ее поворота относительно оси направляющей).In FIG. 13 shows the ChDMSh, characterized in that the spherical hinges are replaced with
Базируясь на характерных качествах описанных выше дифференциалов, целесообразно рассмотреть сложные из них механизмы.Based on the characteristic qualities of the differentials described above, it is advisable to consider the complex mechanisms of them.
Фиг.14 на примере шарнирного сумматора, состоящего из двух осеугловых ДМШ, иллюстрирует принцип упрощенного отображения кинематической схемы в блочном виде (в нижней части изображения). Здесь первый и второй дифференциалы обозначены соответственно как d1 и d2.Fig. 14, using an example of a hinged adder consisting of two axis-angled DMS, illustrates the principle of simplified display of the kinematic scheme in block form (at the bottom of the image). Here, the first and second differentials are denoted by d1 and d2, respectively.
Дифференциальный редуктор на основе рассмотренных ранее механизмов при определенных условиях вполне конкурентоспособен зубчатым и другим функциональным аналогам.A differential gearbox based on the mechanisms previously considered under certain conditions is quite competitive with gear and other functional analogues.
Близким к изобретению по технической сущности представляется редуктор, защищенный патентом на изобретение №2380595 по заявке №2008138113/11, от 24.09.2008, опубликованным 27.01.2010, Мухина Валерия Александровича, для изготовления которого также не требуются зубонарезные станки и дорогой инструмент к ним. Однако функцию зубьев в указанном редукторе выполняют ролики, что не избавляет его от таких недостатков зубчатых аналогов, как трение скольжения, высокое контактное давление в зонах соприкосновения роликов, поскольку в данном случае обязательно имеют место высшие кинематические пары, и значительный уровень шума от смены входящих в зацепление роликов.Close to the invention in technical essence, it seems that the gearbox is protected by patent No. 2380595 for application No. 2008138113/11, dated September 24, 2008, published January 27, 2010 by Valery Aleksandrovich Mukhin, for the manufacture of which gear cutting machines and expensive tools are also not required. However, the function of the teeth in the specified gearbox is performed by rollers, which does not relieve it of such disadvantages of gear analogs as sliding friction, high contact pressure in the contact areas of the rollers, since in this case higher kinematic pairs necessarily occur, and a significant noise level from the change in gearing of the rollers.
Предлагаемый вариант редуктора свободен от названных недостатков.The proposed version of the gearbox is free from these drawbacks.
Все подвижные соединения в этом случае могут быть выполнены с использованием стандартных подшипников качения, подобранных с учетом условий работы, а малошумность обеспечивается постоянством состава передающих усилие элементов: нет смены нагруженных роликов, как в изобретении Мухина Валерия Александровича, или смены входящих в зацепление зубьев, как в шестеренчатых редукторах.In this case, all movable joints can be made using standard rolling bearings, selected taking into account the working conditions, and low noise is ensured by the constant composition of the force-transmitting elements: there is no change of loaded rollers, as in the invention of Valery Aleksandrovich Mukhin, or change of teeth entering the gearing, as in gear reducers.
В силовой схеме ДМШ все элементы рабочей цепи передачи движения, включая шарниры между звеньями, задействованы постоянно.In the DMSh power circuit, all elements of the working chain of motion transmission, including the hinges between the links, are constantly engaged.
В качестве примера на Фиг. 15 изображен ДМШ, являющийся шарнирным редуктором с коэффициентом редуцирования угловой скорости или передаточным числом 1, (6) (или 5/3) и представляющий собой трехблочную комбинацию из двух дифференциалов (d1 и d2) и одного реверс-блока (R). Кинематическая связь между блоками осуществляется с помощью коленчатых валов передачи вращения и шатунов. Реверс-блок выполнен в виде сочетания карданных звеньев (вместо карданных могут быть применены гибкие валы), поворачивающего поток движения на 180 градусов, при этом выходной вал вращается зеркально входному, то есть в противоположном направлении и синхронно, благодаря тому, что число имеющих угловое смещение относительно входного и выходного валов карданных звеньев (с универсальными шарнирами с обеих сторон) нечетно, а удерживающие крестовины универсальных шарниров вилки каждого нечетного вала с обеих сторон расположены в одной плоскости. Вместо такого исполнения можно применить другие средства разворота потока движения, например шарниры равных угловых скоростей или гибкие валы. Заменой реверс-блоку может служить любой из описанных выше дифференциалов с неподвижным ("заземленным") корпусом, что обеспечивает разнонаправленность вращения его полуосей.As an example in FIG. Figure 15 shows the LMS, which is an articulated gearbox with a coefficient of reduction of angular velocity or
При работе крутящий момент, подаваемый на вход редуктора, приводит в движение левую полуось дифференциала d1, чей корпус напрямую связан с выходным валом, а его правая полуось вращается совместно с корпусом дифференциала d2 и верхним валом реверс-блока R, нижний вал которого соединен с правой полуосью дифференциала d2, чья левая полуось, как и корпус дифференциала d1, вращает выходной вал редуктора. Передаточное отношение можно рассчитать следующим образом. Как известно, сумма скоростей вращения полуосей дифференциала равна удвоенной скорости вращения его корпуса; это можно сформулировать как Li+Pi=2Ci, где Li - скорость вращения левой полуоси, Pi - скорость вращения правой полуоси, a Ci - скорость вращения корпуса дифференциала i. Математическое описание функции реверс-блока: U=-D, где U - скорость вращения верхнего вала, a D - скорость вращения нижнего вала реверс-блока. Таким образом, рассматриваемый редуктор может быть охарактеризован следующей системой уравнений:During operation, the torque supplied to the input of the gearbox drives the left axis of the differential d1, whose housing is directly connected to the output shaft, and its right axis rotates together with the differential housing d2 and the upper shaft of the reverse unit R, the lower shaft of which is connected to the right the semi-axis of the differential d2, whose left axis, like the differential case d1, rotates the output shaft of the gearbox. The gear ratio can be calculated as follows. As you know, the sum of the speeds of rotation of the axles of the differential is equal to twice the speed of rotation of its body; this can be formulated as Li + Pi = 2Ci, where Li is the rotation speed of the left axis, Pi is the rotation speed of the right axis, and Ci is the rotation speed of the differential housing i. The mathematical description of the function of the reverse block: U = -D, where U is the rotation speed of the upper shaft, and D is the rotation speed of the lower shaft of the reverse block. Thus, the gearbox in question can be characterized by the following system of equations:
L1+P1=2C1; P1=C2=U=-D=-P2; L2+P2=2C2; L2=C1,L1 + P1 = 2C1; P1 = C2 = U = -D = -P2; L2 + P2 = 2C2; L2 = C1,
решив которую, получаем, что скорость вращения на выходе (С1) и скорость вращения на входе редуктора (L1) так зависят друг от друга: С1=(3/5)L1.having decided which, we obtain that the rotation speed at the output (C1) and the rotation speed at the gearbox input (L1) are so dependent on each other: C1 = (3/5) L1.
Если в схему редуктора ввести дополнительные связи и управляемые коммутирующие элементы для смены передаточных отношений, например муфты сцепления, то получим вариант ДМШ, представляющий собой блочную коробку переключения передач или, в общем случае, коробку скоростей. В качестве аналога блочной коробки скоростей можно рассмотреть последовательно-модульный механизм.If additional links and controlled switching elements are introduced into the gearbox circuit to change gear ratios, for example, clutches, we get a variant of the children’s school, which is a block gearbox or, in general, a gearbox. As an analog of a block gearbox, a sequentially modular mechanism can be considered.
Патент RU №2280794 решает задачу получения разных передаточных отношений методом двоичной логики, используя различные сочетания последовательно включаемых модулей.Patent RU No. 2280794 solves the problem of obtaining different gear ratios using the binary logic method using various combinations of series-connected modules.
Настоящее изобретение предусматривает различные варианты включений базовых блоков (дифференциалов и, при целесообразности, реверс-блоков), не ограничиваясь только последовательным включением, что делает возможным получение значительно большего количества передаточных отношений.The present invention provides various options for the inclusion of base units (differentials and, if appropriate, reverse blocks), not limited to sequential inclusion, which makes it possible to obtain a significantly larger number of gear ratios.
На Фиг. 16 показан ДМШ, являющийся десятиступенчатой коробкой скоростей. В нем предусматривается применение двух шарнирных дифференциалов d1 и d2, реверс-блока R1 и девяти коммутирующих элементов (муфт сцепления), обозначенных на блочной схеме порядковыми номерами в окружностях.In FIG. 16 shows a music school, which is a ten-speed gearbox. It provides for the use of two hinged differentials d1 and d2, a reverse block R1 and nine switching elements (clutches), indicated on the block diagram by serial numbers in circles.
При работе, используя различные комбинации включенных муфт, возможно управлять потоками движения (называемыми также потоками силы), получая требуемые передаточные отношения.During operation, using various combinations of engaged clutches, it is possible to control the flow of motion (also called the flow of force), obtaining the required gear ratios.
В таблице 1 приведены комбинации включений муфт для получения различных передаточных отношений.Table 1 shows the combinations of clutch engagement to obtain different gear ratios.
Эффективность предлагаемого технического решения обусловлена тем, что его осуществление может привести к разным множественным положительным результатам (в зависимости от требований к механизму) различными путями. Если стоит задача минимизации расходов на получение ДМШ, даже в ущерб массовым и динамическим характеристикам (например, при использовании в стационарных установках, где большую часть времени ДМШ работает при постоянном числе оборотов), то возможно применение дешевых материалов с низкими физико-механическими характеристиками; если же необходим высокий коэффициент массового совершенства и низкая инерционность механизма, могут быть применены материалы с высокими прочностными и жесткостными характеристиками, в частности композиты, получаемые методом намотки, дающие возможность получения требуемых качеств в заданных направлениях.The effectiveness of the proposed technical solution is due to the fact that its implementation can lead to different multiple positive results (depending on the requirements of the mechanism) in various ways. If the task is to minimize the cost of obtaining DMS, even to the detriment of mass and dynamic characteristics (for example, when used in stationary installations, where DMS is operating most of the time at a constant speed), then it is possible to use cheap materials with low physical and mechanical characteristics; if a high coefficient of mass perfection and a low inertia of the mechanism are required, materials with high strength and stiffness characteristics, in particular composites obtained by the winding method, making it possible to obtain the required qualities in given directions, can be used.
Общим положительным результатом во всех случаях применения ДМШ является снижение потерь на трение по сравнению с зубчатыми механизмами.A common positive result in all cases of the use of DMS is the reduction of friction losses in comparison with gear mechanisms.
Возможно изготовление ДМШ с высокой степенью ремонтопригодности благодаря использованию во всех подвижных соединениях широко распространенных подшипников. За счет этого возможно и снижение себестоимости производства механизмов преобразования параметров движения без снижения потребительских свойств.It is possible to manufacture a music school with a high degree of maintainability due to the use of widespread bearings in all moving joints. Due to this, it is possible to reduce the cost of production of mechanisms for converting motion parameters without reducing consumer properties.
Конструктивная многовариантность возможного применения ДМШ создает предпосылки к его использованию в достаточно широком диапазоне механических приводов в различных областях техники.The constructive multivariance of the possible use of DMSh creates the prerequisites for its use in a fairly wide range of mechanical drives in various fields of technology.
Широкомасштабная реализация предлагаемого технического решения гарантирует значительную экономию материальных ресурсов и трудозатрат.The large-scale implementation of the proposed technical solution guarantees significant savings in material resources and labor.
Краткое описание чертежей:Brief Description of the Drawings:
- Фиг. 1 - Осеугловой дифференциальный механизм Шуматова (ДМШ);- FIG. 1 - Shoumatov Oseuglovnaya differential mechanism (DMSh);
- Фиг. 2 - Коромысловый ДМШ (КДМШ);- FIG. 2 - Rocker DMSh (KDMSh);
- Фиг. 3 - КДМШ с ползуном и шатунами;- FIG. 3 - KDMSh with a slider and connecting rods;
- Фиг. 4 - КДМШ с ползуном и эксцентриками;- FIG. 4 - KDMSh with a slider and eccentrics;
- Фиг. 5 - Параллельно сдвоенный КДМШ;- FIG. 5 - Parallel dual KMSh;
- Фиг. 6 - Встречно сдвоенный КДМШ;- FIG. 6 - Counter dual KDMSh;
- Фиг. 7 - Однокорпусный параллельно сдвоенный КДМШ;- FIG. 7 - Single-case parallel twin KDMSh;
- Фиг. 8 - Однокорпусный встречно сдвоенный КДМШ;- FIG. 8 - Single hull counter-dual KDMSh;
- Фиг. 9 - Концентричный КДМШ;- FIG. 9 - Concentric KDMSh;
- Фиг. 10 - Челночный ДМШ (ЧДМШ) с трубчатой поперечиной крестовиной и сферическими концами водил;- FIG. 10 - Shuttle DMSh (ChDMSh) with a tubular cross-piece cross and spherical ends drove;
- Фиг. 11 - ЧДМШ с трубчатой поперечиной крестовиной и роликами на концах водил;- FIG. 11 - ChDMSh with a tubular cross-piece with a cross and rollers at the ends of the carrier;
- Фиг. 12 - ЧДМШ со сферическими шарнирами на поперечине крестовины и цилиндрическими шарнирами в сочленениях полуосей и водил;- FIG. 12 - ChDMSh with spherical joints on the cross member of the cross and cylindrical joints in the joints of the axle shafts and the carrier;
- Фиг. 13 - ЧДМШ с цилиндрическими шарнирами на поперечине крестовины и в сочленениях полуосей и водил;- FIG. 13 - ChDMSh with cylindrical joints on the crosspiece of the cross and in the joints of the axles and drove;
- Фиг. 14 - ДМШ - сумматор;- FIG. 14 - DMSh - adder;
- Фиг. 15 - ДМШ - редуктор;- FIG. 15 - DMSh - gear;
- Фиг. 16 - ДМШ - коробка скоростей.- FIG. 16 - DMSh - gearbox.
Claims (15)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014134344/11A RU2577966C1 (en) | 2014-08-21 | 2014-08-21 | Shumatov differential mechanism (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014134344/11A RU2577966C1 (en) | 2014-08-21 | 2014-08-21 | Shumatov differential mechanism (versions) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2577966C1 true RU2577966C1 (en) | 2016-03-20 |
Family
ID=55648109
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014134344/11A RU2577966C1 (en) | 2014-08-21 | 2014-08-21 | Shumatov differential mechanism (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2577966C1 (en) |
Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU349829A1 (en) * | А. К. Скумбин Калининский политехнический институт | |||
| SU381826A1 (en) * | 1970-08-18 | 1973-05-22 | И. ЮбреГСИ | LEVER DIFFERENTIAL MECHANISM |
| SU744172A1 (en) * | 1978-06-05 | 1980-06-30 | Предприятие П/Я В-8288 | Lever-and-joint differential mechanism |
| US4255989A (en) * | 1978-01-06 | 1981-03-17 | Dino Dinelli | Converting rotary motion into variable-amplitude reciprocation |
| SU1093843A1 (en) * | 1981-08-12 | 1984-05-23 | Предприятие П/Я В-8683 | Differential gear |
| CN1063536A (en) * | 1991-01-21 | 1992-08-12 | 西安交通大学 | Differential mechanism with planar bar linkage |
| RU2134829C1 (en) * | 1997-01-28 | 1999-08-20 | Абрамцев Евгений Петрович | Differential leverage |
| RU2190790C2 (en) * | 2000-09-01 | 2002-10-10 | Дубовский Леонид Яковлевич | Mechanism to convert rotation into complex motion |
| RU2236620C2 (en) * | 2001-07-13 | 2004-09-20 | Дианзи ЧЖОУ | Universal differential transmission |
| RU2251040C2 (en) * | 2002-12-19 | 2005-04-27 | Митянин Александр Петрович | Device for infinite variation of gearing ratio |
| RU2294848C2 (en) * | 2002-11-04 | 2007-03-10 | Открытое акционерное общество "Курганмашзавод" | Hydromechanical transmission |
| RU2408177C2 (en) * | 2009-01-11 | 2011-01-10 | Николай Николаевич Белов | Electric motor cultivator |
| RU2462632C2 (en) * | 2010-12-20 | 2012-09-27 | Открытое акционерное общество "Специальное конструкторское бюро машиностроения" | Automotive gearbox |
| CN103195914A (en) * | 2012-01-06 | 2013-07-10 | 王金 | Long-stroke mechanical reversing speed reducer |
-
2014
- 2014-08-21 RU RU2014134344/11A patent/RU2577966C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU349829A1 (en) * | А. К. Скумбин Калининский политехнический институт | |||
| SU381826A1 (en) * | 1970-08-18 | 1973-05-22 | И. ЮбреГСИ | LEVER DIFFERENTIAL MECHANISM |
| US4255989A (en) * | 1978-01-06 | 1981-03-17 | Dino Dinelli | Converting rotary motion into variable-amplitude reciprocation |
| SU744172A1 (en) * | 1978-06-05 | 1980-06-30 | Предприятие П/Я В-8288 | Lever-and-joint differential mechanism |
| SU1093843A1 (en) * | 1981-08-12 | 1984-05-23 | Предприятие П/Я В-8683 | Differential gear |
| CN1063536A (en) * | 1991-01-21 | 1992-08-12 | 西安交通大学 | Differential mechanism with planar bar linkage |
| RU2134829C1 (en) * | 1997-01-28 | 1999-08-20 | Абрамцев Евгений Петрович | Differential leverage |
| RU2190790C2 (en) * | 2000-09-01 | 2002-10-10 | Дубовский Леонид Яковлевич | Mechanism to convert rotation into complex motion |
| RU2236620C2 (en) * | 2001-07-13 | 2004-09-20 | Дианзи ЧЖОУ | Universal differential transmission |
| RU2294848C2 (en) * | 2002-11-04 | 2007-03-10 | Открытое акционерное общество "Курганмашзавод" | Hydromechanical transmission |
| RU2251040C2 (en) * | 2002-12-19 | 2005-04-27 | Митянин Александр Петрович | Device for infinite variation of gearing ratio |
| RU2408177C2 (en) * | 2009-01-11 | 2011-01-10 | Николай Николаевич Белов | Electric motor cultivator |
| RU2462632C2 (en) * | 2010-12-20 | 2012-09-27 | Открытое акционерное общество "Специальное конструкторское бюро машиностроения" | Automotive gearbox |
| CN103195914A (en) * | 2012-01-06 | 2013-07-10 | 王金 | Long-stroke mechanical reversing speed reducer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10865853B2 (en) | Multi-crankshaft cycloidal pin wheel reducer | |
| US6119539A (en) | Infinitely and continuously variable transmission system | |
| US20190390736A1 (en) | Thickness-variable transmission structure for robot joint | |
| CN106662230B (en) | With the stepless transmission for being uniformly input to output speed ratio independent of friction | |
| JP4388566B2 (en) | 3D cam mechanism | |
| CN110561489A (en) | Three-degree-of-freedom parallel driving joint | |
| RU2577966C1 (en) | Shumatov differential mechanism (versions) | |
| US11339859B2 (en) | Infinitely variable transmission with uniform input-to-output ratio that is non-dependant on friction | |
| CN101225876A (en) | Double-moment action gear train method and device | |
| CN103867671B (en) | Precession steel ball reducer in parallel | |
| US7344467B2 (en) | Self-regulating continuously variable transmission | |
| RU2304734C2 (en) | Variator | |
| JP5796499B2 (en) | Continuously variable transmission with adjustable gear ratio through oscillating motion | |
| US860155A (en) | Mechanical movement. | |
| SU707793A1 (en) | Manipulator gripper indexing device | |
| GB2085994A (en) | Device for Transmitting Rotary Motion at Changed Speed | |
| RU2242654C2 (en) | High-torque variator | |
| CN207983399U (en) | One kind thickens joint of robot drive mechanism | |
| US1788815A (en) | Variable-speed gear mechanism | |
| JP3220154U6 (en) | Multi Crankshaft Cycloid Pin Gear Reducer | |
| US2506693A (en) | Connecting rod system for crankshafts | |
| KR20100034066A (en) | Continuously variable transmission | |
| RU2204749C1 (en) | High-torque variable-speed drive | |
| KR20080053929A (en) | Gear mechanism, in particular linkage mechanism | |
| RU2713662C1 (en) | Six-link hinge-and-arm mechanism |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170822 |