Опыт ошибочных конструкций инерционных бесступенчатых передач без механизмов свободного хода

Идея создания конструкций инерционных бесступенчатых передач без механизмов свободного хода чрезвычайно привлекательна, так как именно недостаточная надежность механизмов свободного хода сдерживает широкое использование таких передач. Поэтому достаточно часто появляются схемы и конструкции инерционных передач без механизмов свободного хода, авторы которых утверждают, что эти конструкции и схемы являются работоспособными. Основная идея таких конструкций заключается в попытках исключения обратных импульсов или изоляции их действия на ведомый вал. Как правило, эти передачи при дальнейшем исследовании оказываются неработоспособными. На создание этих ошибочных конструкций тратятся значительные силы и средства, при этом теряется впустую большое количество времени, которое могло бы быть потрачено изобретателями, конструкторами и экспертами на созидательные усилия. Так, например, один из изобретателей только за последние несколько лет получил на свои конструкции бесступенчатых передач свыше двадцати патентов на изобретения, но все эти конструкции, к сожалению, являются ошибочными.

Важным инструментом по определению ошибочности предлагаемых конструкций инерционных передач без механизмов свободного хода явилось доказанное Леоновым А. И. утверждение о невозможности трансформации момента в соосных передачах при действии одностороннего момента сопротивления при отсутствии опоры на корпус. Другими словами, для трансформации момента со стороны корпуса в течение цикла должен действовать момент реакции, направленный против момента полезного сопротивления. Доказательство этого утверждения [94] позволило резко сократить затраты на отсечение неработоспособных конструкций. Тем не менее, ошибочные схемы и конструкции инерционных бесступенчатых передач без механизмов свободного хода, защищенные патентами, в большом количестве появляются и по сей день.

Приведем некоторые примеры, рассмотрение которых необходимо для учета накопленного опыта, что позволит избежать ошибок при создании инерционных передач повышенной нагрузочной способности. Подчеркнем, что все эти примеры ошибочных конструкций защищены патентными документами, а, следовательно, рассмотрение подобных примеров будет полезным не только для конструкторов и изобретателей, но и для экспертов патентных организаций.

В качестве типичного примера попытки исключить действие обратного импульса может служить конструкция [95], схема которой изображена на рис. 1.16.

Схема инерционной передачи с пустотелыми сателлитами

Рис. 1.16. Схема инерционной передачи с пустотелыми сателлитами

Основная идея конструкции заключается в том, что сателлиты 2 импульсного механизма, установленного в корпусе 1, выполнены пустотелыми с эллиптическими профилями поперечных сечений. Во внутренних областях сателлитов размещены подвижные грузы 3, выполненные, например, в виде дроби, металлического порошка или маловязкой тяжелой жидкости. Подвижные грузы заполняют внутренние полости сателлитов на 30 - 40%.

Автор конструкции ошибочно полагает, что при относительном и переносном вращении сателлитов 2 на размещенные в них подвижные грузы 3 действуют центробежные силы, создающие на ведомом валу импульсный вращающий момент. Благодаря эллиптической форме внутреннего профиля сателлитов за каждый их оборот в относительном движении, импульс вращающего момента создается дважды и действует в направлении, что обеспечивает возможность работы передачи в режиме трансформации вращающего момента.

В действительности конструкция не может трансформировать момент, так как является соосной и не имеет опоры на корпус. Тем не менее, автор не останавливается на этой конструкции и совместно с соавторами предлагает аналогичную, но, к сожалению, также ошибочную конструкцию инерционной передачи для трансформации вращающего момента [96].

Рассмотрим следующий пример.

На рис. 1.17 приведена схема, защищенная патентом [97]. Устройство содержит неподвижный корпус 1, ведущий и ведомый валы 2 и 3, маховик 4, уравновешенные грузы 5, конусные зубчатые колеса 6, ось 7, сателлиты с конусными 8 и цилиндрическими 9 венцами и колесо 10.

Схема инерционного устройства

Рис. 1.17. Схема инерционного устройства

Крутящий момент от ведущего вала 2 передается через маховик 4, ось 7, колеса 6, венцы 8 и 9 сателлитов и колесо 10 на ведомый вал 3. Если момент сопротивления вала 3 превышает крутящий момент, то венцы 9

сателлитов, обкатывая колесо 10, через венцы 8 приводят во вращение колеса 6 и связанные с ними грузы 5. В результате на грузах 5 возникают центробежные силы инерции относительно оси 7 и валов 2, 3. Однако относительно оси 7 эти силы уравновешены, так как установлены парные грузы 5. Относительно валов 2 и 3 грузы 5, вращаясь вокруг оси 7, циклически удаляются и приближаются к оси трансформатора, что приводит к циклическому изменению момента инерции. Под воздействием центробежных сил грузы 5 стремятся занять и сохранить наиболее удаленное положение от валов 2, 3, соответствующее максимальному моменту инерции. В результате циклически возникающие импульсы сил передаются через колеса 6, венцы 8 и 9 сателлитов колесу 10 и, следовательно, валу 3. С возрастанием частоты вращения вала 2 импульсы сил увеличиваются пропорционально квадрату частоты вращения и в случае превышения или момента сопротивления вала 3 последний вращается с частотой, возрастающей до частоты вращения вала 2, т.е. прямой передачи, когда все звенья трансформатора вращаются как одно целое, а грузы 5 занимают наиболее удаленное положение от оси трансформатора. На режиме трансформации момента устанавливается промежуточное передаточное отношение, соответствующее равновесию сил.

Таким образом, по мнению автора, работает это устройство.

То есть, автор устройства полагает, что это устройство является инерционным трансформатором и способно изменять передаточное отношение. Более того, автор заявляет, что изготовлена модель предложенного устройства, причем проведенные испытания модели показали ее работоспособность.

Не вдаваясь в технические подробности, на основании доказанного Леоновым А.И. утверждения можно сразу сделать вывод о неработоспособности предложенного устройства. Действительно, предложенное устройство является соосным и в нем отсутствует необходимая для трансформации момента опора на корпус.

Следующий пример ошибочной конструкции инерционной передачи без механизмов свободного хода [98] показан на рис. 1.18.

Схема включает ведущее водило 1, ведомое центральное колесо 2, с которым взаимодействуют сателлиты 3 с подвижными неуравновешенными грузами 4, установленными в диаметральной плоскости сателлитов 3 с возможностью вращения относительно осей 5, расположенной перпендикулярно этой плоскости.

Автор схемы считает, что предложенная конструкция работает следующим образом.

Вращение с ведущего водила 1 передается сателлитам 3, которые обкатываются по ведомому центральному колесу 2. Центробежные силы, воздействующие на неуравновешенные грузы 4, создают на ведомом колесе 2 вращающий момент, направленный в сторону вращения ведущего водила 1. Образование знакопостоянного вращающего момента обусловлено тем, что при приближении груза 4 к межцентровой линии сателлита 3, груз 4 отбрасывается центробежными силами в положение максимального удаления от оси вращения ведомого центрального колеса 2. Таким образом, груз 4 постоянно находится по одну сторону от вышеупомянутой межцентровой линии.

Схема ошибочной конструкции инерционной передачи без механизмов свободного хода

Рис. 1.18. Схема ошибочной конструкции инерционной передачи без механизмов свободного хода

Понятно, что предложенная конструкция является соосной и не имеет опоры на корпус, следовательно, такая конструкция инерционной передачи является ошибочной и трансформировать вращающий момент не может.

Другим примером ошибочной конструкции инерционной бесступенчатой передачи является предложение болгарских ученых Добромиром Стояновым и Бранимиром Брангиевым [99], запатентованное во многих странах Европы и Америки, причем авторы утверждают, что предложенное устройство прошло экспериментальную проверку. Схема предложенного устройства изображена на рис. 1.19.

Схема конструкции, заявленной в качестве автоматической бесступенчатой инерционной трансмиссии

Рис. 1.19. Схема конструкции, заявленной в качестве автоматической бесступенчатой инерционной трансмиссии

Ведущий вал 8 планетарной передачи, содержащий эпицикл 9, сателлиты 15, солнечную шестерню и водило 12, установлен в корпусе 7. На осях 10 сателлитов 15 установлены дополнительные модули 11 с двумя неуравновешенными секторами 2, имеющими переменные профили. Соосно с ведущим валом установлен поддерживающий диск 14. Водило планетарного механизма связано с ведомым валом 13.

По мысли авторов, при вращении сателлитов возникают инерционные силы, действующие на неуравновешенные секторы 2. В моменты, когда секторы не контактируют с поддерживающим диском 14, как показано в левой части рис. 1.20, инерционные силы F уравновешены. При контактировании с поддерживающим диском, как показано в правой части рис. 1.20, сектор передвигается в радиальном направлении, при этом инерционная сила другого сектора становится неуравновешенной. Действующая инерционная сила создает крутящий момент на ведомом валу. Авторы предполагают, что таким образом можно исключить влияние обратного импульса, а передавать на ведомый вал лишь прямой импульс, обеспечивая при этом необходимую трансформацию момента.

Димитар Петров из Софийского технического университета (Болгария), используя достаточно сложные выкладки и преобразования, доказал [99], что данная конструкция не способна трансформировать момент. Заметим, что такой же вывод об ошибочности конструкции мы можем сделать и без сложных преобразований, а лишь основываясь на отсутствии в конструкции опоры на корпус.

Схема действия сил во время прямого и обратного импульсов момента

Рис. 1.20. Схема действия сил во время прямого и обратного импульсов момента

Аналогичный пример ошибочной конструкции автоматической инерционной импульсной передачи [100] изображен на рис. 1.21.

Не вдаваясь в конструктивные особенности, заметим, что идея конструкции состоит в том, что в зоне действия положительных импульсов устройство работает как обычная инерционная передача, в зоне же действия отрицательных импульсов инерционные силы воспринимаются дополнительно установленным кольцом, поэтому они не передаются на ведомый вал.

Ошибочность конструкции очевидна, так как эта конструкция является соосной, но опора на корпус с созданием момента реакции относительно оси конструкции не обеспечена.

Еще одним примером ошибочной конструкции инерционной бесступенчатой передачи может служить устройство [101], схема которого показана на рис. 1.22.

Это устройство состоит из ведущего вала 1 с импульсным механизмом 2, промежуточного вала 3 с установленным на нем выходным механизмом 4 свободного хода и ведомого вала 5 с маховиком. На промежуточном валу 3 размещен датчик 6 скорости, соединенный с блоком 7 управления. В качестве выходного механизма свободного хода установлена муфта дистанционного управления с возможностью включения при помощи блока 7 управления. Импульсный механизм включает в себя шестерню 8 внутреннего зацепления, солнечную шестерню 9 и сателлиты 10 с неуравновешенными грузами 11.

По мнению авторов, устройство работает следующим образом.

Схема ошибочной конструкции автоматической инерционной импульсной передачи

Рис. 1.21. Схема ошибочной конструкции автоматической инерционной импульсной передачи

Схема инерционного устройства без корпусного механизма свободного хода

Рис. 1.22. Схема инерционного устройства без корпусного механизма свободного хода

В период положительного импульса, когда направление вращения промежуточного вала 3 также условно положительно, блок 7 управления выдает сигнал на включение выходного механизма свободного хода. В момент появления отрицательного импульса и, следовательно, в момент смены направления крутящего момента промежуточного вала 3 выходной механизм 4 свободного хода отключается блоком 7 управления, то есть валы 3 и 5 разомкнуты, промежуточный вал 3 начинает вращаться в обратную сторону. В момент начала вращения вала 3 в положительном направлении выходной механизм 4 свободного хода вновь замыкается блоком 7 управления. Далее процесс повторяется. При этом в зависимости от частоты смены направления промежуточного вала 3 блок 7 управления может давать сигнал на включение выходного механизма 4 свободного хода не сразу с появлением положительного импульса, а с пропуском нескольких таких импульсов, что снижает нагрузку на выходной механизм 4 свободного хода, хотя и увеличивает время разгона импульсной передачи.

Данное устройство не содержит корпусного механизма свободного хода, а содержит лишь выходной механизм свободного хода, но который не обеспечивает необходимую для изменения момента опору на корпус. Недостаток этого устройства заключается в том, что передача является неработоспособной. Действительно, по мысли авторов во время действия прямых импульсов крутящий момент передается через выходной механизм свободного хода на ведомый вал, а при действии обратных импульсов происходит размыкание выходного механизма свободного хода и промежуточный вал начинает вращаться с обратную сторону. То есть, при действии обратных импульсов промежуточный вал не тормозится. Однако отсутствие корпусного механизма свободного хода лишает промежуточный вал возможности опираться на корпус при действии обратных импульсов. Авторы предполагают включение выходного механизма свободного хода во время действия прямых импульсов, но в данном устройстве прямых импульсов не будет вообще. Не испытывая сопротивления своему вращению в обратном направлении, промежуточный вал будет вращаться лишь этом направлении, ускоряя и замедляя свое вращение вплоть до мгновенных остановок.

Предложенное устройство является соосным и не имеет опоры на корпус. Таким образом, данное устройство в принципе не является бесступенчатой передачей, оно не может изменять крутящий момент, следовательно, является неработоспособной конструкцией.

В последнее время широко обсуждаются конструкции так называемого зубчатого вариатора [102], схема которого изображена на рис. 1.23.

Схема ошибочной конструкции зубчатой бесступенчатой передачи

Рис. 1.23. Схема ошибочной конструкции зубчатой бесступенчатой передачи

Устройство выполнено в виде планетарного механизма и содержит входной механизм подачи мощности с двумя степенями свободы и с наложенной дифференциальной связью и выходную кинематическую цепь. Механизм подачи мощности выполнен в виде одного входного звена (водила Hi) и сателлита 2. Выходная кинематическая цепь содержит блок солнечных колес 1,4, блок эпициклических колес 3, 6, сателлит 5 с выходным водилом #2 и выполнена с разными по величине отношениями радиусов в блоках солнечных и эпициклических колес и с геометрическими и инерционными параметрами, обеспечивающими преодоление выходного стартового момента сопротивления при допускаемом ускорении выходного сателлита. При передаче крутящего момента на старте также создают дифференциальную связь между звеньями механизма подачи мощности.

Сборочный чертеж предложенной конструкции изображен на рис. 1.24.

Сборочный чертеж предполагаемого вариатора

Рис. 1.24. Сборочный чертеж предполагаемого вариатора

Авторы полагают, что их конструкция обеспечивает любой требуемый диапазон изменения скорости вращения выходного вала в зависимости от нагрузки на нем, что не соответствует истине, так как передача, как и все предыдущие конструкции, является соосной и не имеет опоры на корпус.

Аналогичная ошибочная конструкция зубчатого вариатора [103] приводится на рис. 1.25. Отметим, что на это устройство получен также европейский патент ЕР 2348231.

Схема ошибочной конструкции зубчатого вариатора

Рис. 1.25. Схема ошибочной конструкции зубчатого вариатора

Зубчатая передача включает центральный вал 1 с солнечной шестерней 2, центральный вал 3 с солнечной шестерней 4, планетарные двухвенцовые шестерни 5 на осях 6 водила 7 первой ступени, центральную шестерню 8, планетарные шестерни 9, на осях 10 водила 11 второй ступени, центральную шестерню 12.

Автор конструкции предполагает, что устройство работает следующим образом.

С центрального вала 1 через солнечную шестерню 2 вращение одновременно передается двумя потоками:

  • - первый - планетарным шестерням 5, установленным на осях 6, на водило 7, от которого на центральную шестерню 8 и далее к планетарным шестерням 9, установленным на осях 10 и с последних на солнечную шестерню 4 и центральный вал 3;
  • - второй - планетарным шестерням 5, на центральную шестерню 12, с которого передается водилу 11 и далее к планетарным шестерням 9, установленным на осях 10 и с последних на солнечную шестерню 4 и центральный вал 3.

Таким образом, два потока движения сходятся на планетарных шестернях 9 и солнечной шестерне 4 и находятся во временном «силовом равновесии», зависящем от нагрузки на ведомом валу 3. А изменение

«силового равновесия» ведет к изменению режима работы с перераспределением положения передающих звеньев и изменения передаточного отношения, при этом планетарные шестерни 5, водило 7, центральная шестерня 8, планетарные шестерни 9, могут менять направления вращения и скорость вращения от различия до совпадения.

При работе зубчатой передачи и увеличении нагрузки на (ведомом) центральном валу 3 при неизменном вращении центрального вала 1 происходит перераспределение сбалансированного ранее соотношения потоков движения, а именно - снижение скорости вращения вала 3, соответственно снижение вращения планетарных шестерней 9, вращения водила 11 и центральной шестерни 8 и, соответственно, сопряженных с ними центральной шестерни 12 и водила 7. Изменение вращения двух последних инициирует изменение положения двухвенцовой шестерни 5 относительно центральной шестерни 12 и солнечной (ведущей) шестерни 2, с обкатыванием двухвенцовой шестерни 5 вокруг последних и перераспределение передаваемой нагрузки по первому и второму потокам в соответствии вышеприведенному описанию. При этом происходит перераспределение сил и крутящих моментов с изменением передаточного отношения.

Увеличение нагрузки на солнечной (ведомой) шестерне 4 ведет к снижению оборотов всех составляющих звеньев, в том числе центральной шестерни 12. При этом солнечная (ведущая) шестерня 2 сохраняет постоянные обороты, а разница оборотов воспринимается двухвенцовой шестерней 5, что приводит к компенсации разницы оборотов за счет изменения скорости обкатки вокруг солнечной шестерни 2 и центральной 12, инициируя изменение оборотов между центральной шестерней 12 и водилом 7. Таким образом, изменяется передаточное отношение и перераспределяется нагрузка.

Доказанное Леоновым А.И. утверждение о невозможности трансформации момента в соосных конструкциях без опоры на корпус сразу позволяет определить ошибочность таких рассуждений.

Приведенные примеры далеко не исчерпывают список ошибочных конструкций бесступенчатых передач без механизмов свободного хода, защищенных российскими и зарубежными патентами. Многие из этих конструкций предложены недавно. Тем более, этот факт подчеркивает необходимость учета ошибочного опыта при создании новых схем инерционных бесступенчатых передач повышенной нагрузочной способности. Учет такого опыта, несомненно, поможет в экономии ресурсов и времени в процессе создания надежных бесступенчатых передач.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >