"вариатор "унвартор б.н.черняева"

 

Использование: в машиностроении. Сущность изобретения: вариатор содержит планетарный фрикционный механизм, включающий ведущее водило с подпружиненной осью, на которых установлены сателлиты с конической рабочей поверхностью , центральное колесо с внутренней рабочей поверхностью и механизмом осевого перемещения относительно корпуса вариатора, и ведомый вал$. соосный ведущему водилу, с зубчатым колесом с внутренними зубьями и дополнительным венцом с наружными зубьями, взаимодействующими с зубьями венцов, размещенных на сателлитах , и размещенном на ведомом валу с возможностью осевого перемещения Г 8 з.п. ф-лы, 11 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я)5 Г 16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР}

1 (21) 4822285/28 (22) 07.05.90 (йб) 07.06,93. Бюл. Р 21 (75) Б.Н.Черняев (56) 1. Авторское свидетельство СССР к 1516687, кл. F 16 H 15/50, 1989, 2. Пронин Б,A. и др, Бесступенчатые клиноременные и фрикционные передачи. - И.: Машиностроение, 1980, с. 290, рис. 178, 3. Кожевников С.Н. и др. Иеханиэмы. - M.: Машиностроение, 1976, с. 360, рис. 5,66. (5É) ВАРИАТОР "YHBAPTOP Б.Н.ЧЕРНЯЕ8Ан (57) Использование: в машиностроении, Сущность изобретения: вариатор содерИзобретение.относится к области машиностроения, а именно, к планетар- ,ным iap atopw с коническими сателлитами.

Известны вариаторы с коническими сателлитами. Например, фрикционный вариатор (1) содержит полпружиненный конический сателлит, обкатывающий центральное колесо-конический эпи-. цикл ведомого вала, Вариатор (2) .со" держит центральное колесо, к которо« му центробежной силой прижимаются конические сателлиты, установленные консольно в подшипниках водила и шестернями соединенные с зубчатым коле" сом ведомого вала.

Эти вариаторы имеют повышенную сложность балансировки и малую належность консольного крепления сателли« тов.,Я 1820097 А1 жит планетарный фрикционный механизм, включающий ведущее водило с подпружиненной осью, .на которых установлены сателлиты с конической рабочей поверхностью, центральное колесо с внутренней рабочей поверхностью и механизмом осевого перемещения относительно корпуса вариатора, и ведомый вал соосный ведущему водилу, с зубчатым колесом с внутренними зубьями и дополнительным венцом с наружными зубьями, взаимодействующими с зубьями венцов, размещенных на сателлитах, и размещенном на ведомом валу с возможностью осевого перемещения.

8 э.п. ф-лы, 11 ил, Наиболее близким к предлагаемому является планетарный конический вариатор $3) принятый эа прототип.

Этот вариатор ссщержит велущий вал с водилом, несущим конические сателлиты, которые обкатывают пластинчатпе центральное колесо и внутренним зацеплением соединяются с ведомым валом.

Недостатком вариатора-прототипа является малая надежность пластинчатого зацепления сателлитов и недостаточная его функциональность, в ча- стности, отсутствие возможности прямого соединения валов.

Целью настоящего изобретения яв« ляется повышение надежности и расширение функциональных возможностей.

Для достижения этой цели оси ко:нических сателлитов установлены шар1820097

На Фиг.1 изображен вариатор в аксонометрии; на фиг.2 - вариант вариа- щ тора для малой рабочей частоты ведущего вала, например велосипедный вариатор; на фиг.3 — в укрупненном масштабе разрез А-А на фиг.2; на

Фиг.4 - в укрупненном масштабе узел . 45

I на фиг..2; на Фиг.5 - в укрупненном масштабе разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.7 - в укрупненном масштабе раз-. рез В-B на фиг.6; на фиг.6 - вариант вариатора для большой рабочей частоты ведущего вала, например.автомо" бильный вариатор; на фиг.8 - вариатор, что и на фиг, 6 в нейтральном положении; на Фиг.9 - то же, в положении прямого соединения валов; на Фиг. 10, 11 - схемы вариаторов для пояснений Формул и расчетов, приведенных в тексте, причем на фиг.11 вариатор имеет расположение

55 нирно относительно водила, подйружинены в радиальном направлении и имеют выступ, а ведомый вал — впадину, для взаимодействия с выступом, Подпружинивание осей сателлитов осуществлено рессорами а виде пластинчатых пружин с окнами для опоры свободных концов осей. Рабочая поверхность сателлитов может быть рифленой, чередующейся. с зубчатыми поясками, Центральное колесо снабжено эаходными Фасками, а зубчатое колесо ведомого вала снабжено, кроме венца с внутренними зубьями, венцом 15 с наружными зубьями, числом зубьев кратным числу зубьев шестерен сателлитов, а также механизмом осевого перемещения а виде кольца, сопряженного многозаходной резьбой с корпусом, поводка и шарикового фиксатора. При использовании вариатора в качестве автомобильно-тракторного поволок .механизма осевого перемещения центрального колеса соединен с 25 педалью, имеющей дае степени свободы для независимого управления часто" тами как ведущего так и ведомого валов, а при использовании вариатора а качестве велосипедного, ведущий вал с водилом размещен в ведомом валу, а механизм oceaoro перемещения центрального колеса связан с рулевым управлением гибким тросом. Конические сателлиты могут быть развернуты основаниями в сторону зубчатых вен.цов. конических сателлитов основаниями в сторону зубчатых венцов.

Вариатор содержит корпус 1, ведущий аал 2 с аодилом 3, на котором шарнирно на осях.4 установлены наклонные оси 5 с коническими сателлитами 6. Наклонные оси устанавливают конические сателлиты таким образом, что периферийные образующие их конических поверхностей располагаются параллельно оси ведущего вала. На конических сателлитах закреплены шестерни 7, которые зацепляются с колесом 8 ведомого вала. Наклонные оси в радиальном направлении подпружинены лепестками в аиде пластинчатых пружин рессоры 9 с окнами 10 для предохранения конических сателлитов от тангенциального смещения и окнами 11 для обеспечения зубчатого зацепления при установке переключателя 12 режима работы в режим ускоряющей передачи. Наклонные оси 5 снабжены выступами 13 прямого соединения валов. Центральное колесо 14 может перемещаться вдоль оси вариатора механизмом осевого перемещения

15, состоящим из многозаходной резьбы 16, наклонного сквозного паза 17 и поводка 18. Поводок может быть соединен или с ручкой 19, надвинутой на трубу руля 20 с прорезью 21 и указателем 22 гибким тросом 23, закрепленным на плунжере 24 с винтом 25 или с рычагом 26, управляемым педалью 27.

° Рабочий обод центрального колеса может быть гладким или иметь зубья любого профиля 28, которым соответствуют зубчатые пояски 29 или рифленая поверхность 30 конических сателлитов, Радиальная подвижность конических сателлитов исключает поломку зубьев даже при некотором рассогласо вании зубчатого зацепления, С торцев рабочий обод центрального колеса имеет заходные Фаски 3 1, а конические сателлиты снабжены заходными Фасками 32. Рессора на ведущем валу установлена на шпицах 33 и ее жесткость может регулироваться гайкой 34. При подпружинивании в направлении от оси валов пластинчатые пружины 35 рессо" ры упираются в скосы 36 наклонных осей и создают необходимые усилия контактироаания конических сателлитоа с рабочим ободом центрального колеса. Когда усилие контактирова97

1О

4к» de к" 1с + «1р" 1ы

5 18200 ния обеспечивается центробежными силами, кромки 37 пластинчатых пружин рессоры, упираясь в площадки 38.на.клонных осей. стремят раз бщить 5 контактирующие поверхности. Тангенциальная жесткость пластинчатых пружин достаточно велика, поэтому боковые стенки 39 их окон удерживают концы наклонных осей сателлитов от тангенциального смещения.

Колесо ведомого вала имеет зубчатые ободы внутреннего 40 и наружнего

41 зацепления. Ступица колеса снабжена шпицами 42, благодаря которым ко", 15 лесо .ведомого вала переключателем .режима работы может быть установлено в положение зацепления шестерен конических сателлитов с любым из зубчатых ободов. Переключатель режима работы состоит из механизма осевого хода колеса в виде поводка 43, который закреплен в кольце 44 с многозаходной резьбой через наклонный паз 45 в корпусе, а наконечником установлен .в колъцевои проточке 46 ступицы коле.се, и шарикового фиксатора, е виде диаметрально противоположных шариков

47, размещенных е отверстиях 48 ступицы колеса и прижатым пружинящим 30 кольцом 49 к поверхностям фиксирующих лунок 50 ведомого вала 51. Переключение зацепления шестерен конических сателлитов возможно только в местах совпадения зубьев и впадин 35 зубчатых венцов колеса ведомого вала.

Именно в этих местах на его цилиндрической поверхности выполнены впадины 52, в которые в моменг переключения западают выступы 13 наклонных 40 осей конических сателлитов, Особенностью автомобильйо-тракторного исполнения вариатора является возможность передачи крутящего момента фрикционным контактированием 45 конических сателлитов с гладким рабочим пояском 53 центрального колеса, так как на роторе возникают значительные центробежные силы. В нейтраЛьном положении поводок централь- ф) ного колеса такого вариатора фиксируется шариком 54, который усилием .пружины 55 западает в лунку 56 наклонного паза 17. Педаль.27 механизма осевого перемещения центрального в колеса обладвет двумя степенями свободы. Перемещение педали с поворотом рычага 26 и возврат рычага пружиной

57 изменяет частоту ведомого вала, а поворот педали относительно рычага 27 и возврат ее пружиной 58 через полиспаст 59 тросиком 60 управляет положением поводка 61 с возвратной пружиной 62 дроссельной заслонки 63 корбюратора автомобильного двигателя

64, то есть поворот педали изменяет частоту ведущего вала. Механизм ускоряющей передачи е этом исполнении вариатора обычно не нужен.

При вращении ведущего вала 2 вместе с ним вращается водило 3 и рессора 9 с коническими сателлитами 6, На фиг. 1-11 эта группа, в дальнейшем называемая ротором, содержит два конических сателлита, однако, их может быть любое количество, необходимо только, чтобы все элементы ротора были взаимно сбалансированы, что . обеспечивается равномерным размещением конических сателлитов по окружности„ Поворачиваясь вокруг осей 4 под действием центробежных сил или усилий пластинчатых пружин рессоры 9, конические сателлиты прижимаются к рабочему пояску центрального колеса 14 и обкатываются вокруг него с определенной скоростью, определенной диаметрами рабочих поясков конических сателлитов. При этом окружные скорости шестерен конических сателлитов е общем случае не совпадают с соотношением окружной скорости ротора на зубчатом ободе колеса ведомого вала. Рассогласование окружных скоростей элементов системы приводит к вращению в ту или другую сторону ко" леса ведомого вала 51 При вращении ротора по часовой стрелке (фиг.1) сателлиты при зацеплении по ободу 40 вращаются против часовой стрелки. Их окружная скорость вычитается из окружной скорости ротора и разность этих скоростей передается на обод .40, т.е . осуществляется редукция. При обкатке шестерен сателлитов по ободу

41 наружнего зацепления, сателлиты вращаются однонаправленно с ротором, по часовой стрелке. Их скорости складываются со скоростью ротора, т.е. осуцествляется мультипли ка ция. Передаточное число i определяется формулой где dk. — рабочий диаметр обода наружнего или внутреннего зацепления;

1820097

d - диаметр рабочего пояска кос нического сателлита;

d — диаметр рабочего пояска центрального колеса; 5 и - диаметр шестерни сателлита, Знак "+" для ускоряющего режима работы.

Из формулы видно, что с увеличением диаметра рабочего пояска кони- fp ческого сателлита передаточное число . уменьшается, что и происходит при перемещении центрального колеса 14 в сторону оснований конических сателлитов. центральное колесо перемещает- f5 ся вдоль оси вариатора с поворотом вокруг своей оси по резьбе 16, что резко снижает усилие перемещения, так как конические сателлиты, поворачиваясь, не оказывают заклинивающего сопротивления. Заходные Фаски 31 так же способствуют преодолению сопротивления зубчатых поясков конических сателлитов. Если, например, зуб рабо- чего пояска 28 центрального колеса 25 окажется напротив зуба 29 конического сателлита, взаимного торцевого упора зубьев не произойдет, так как заход" ная фаска 31 отожмет конический сателлит и установит зацепление в поло" 3О жение "зуб на зуб", и далее зацепление будет восстановлено после вза" имного проскальзывания зубьев, Когда центральное колесо смещено в положение контактирования с максимальным диаметром основания конических сател" литов, передаточное число вариатора приобретает значение близкое к единице. При дальнейшем перемещении центрального колеса конические сателли- щ ты сползают с его рабочего пояска. . При этом под пружинящим действием рессоры наклонные оси поворачиваются, выбирая люфт зазора зубчатого зацепления шестерен 7 и зубчатого обода 40 до контактирования выступов 13 с внутренней цилиндрической поверхностью обода колеса 8, а затем, проскальзывая по этой поверхности, выступы западают во впадины 52. В 5 > этом положении конические сателлиты разобщаются с центральным колесом, и ведущий и ведомый валы соединяются напрямую. Именно в этом положении возможен осевой ход колеса ведомого вала, так как зубья и впадины шесте-, 55 рен 7 и зубчатого обода 41 совпадают

Поворот поводка 43 переключателя режима работы ведет к осевому перемещению кольца 44 по многозаходной резьбе совместно с колесом 8. Подпружиненные Фиксирующие шарики 47, переместившись вместе со ступицей колеса, устанавливаются в смежных фиксирующих лунках 50 ведомого вала, шестерни 7 выходят из зацепления с зубчатым ободом 40 и входят в зацепление с зубчатым ободом 41. Таким образом, вариатор подготавливается к ускоряющему режиму работы, оставаясь в положении прямого соединения валов, Пластинчатые пружины рессоры 9, пружинящие в радиальном направлении, имеют достаточную жесткость в тангенциальном направлении, то есть наклонные оси 5 имеют надежное двухопорное крепление, обеспечивающее работу конических сателлитов без перекоса.

Для большой рабочей частоты ведущего вала, например, для автомобильного привода, подпружинивание наклонных осей конических сателлитов выполняется в направлении оси вариатора. В этом случае, как показано ниже, развиваемые ротором ведущего вала центробежные силы оказываются значительными и достаточными для.обеспечения Фрикционной передачи крутящего момента.

Автомобильный двигатель внутреннего сгорания — ДВС-, как общеизвестно, имеет примерно параболическую зависимость мощности и частоты. На некотором участке параболы мощность, определяемая количеством реализованного за единицу времени топлива, пропорциональна частоте ДВС. Практически, мощность РВС оптимально реализуется при частоте "n" рэвной 4500 об./мин и еще достаточна для использования при малых сопротивлениях движению при 450 об,/мин.

Крутящий момент на валу QBC на этом участке параболы определяется общеизвестной формулой

И (кГм) = 716,2 N (л.с.) и (об/мин), Таким образом, максимальный момент

flHC при п = 4500 об„/мин равен M„„=

= 0,16 N. Если для автомобильного

ДВС средней мощности 100 л.с, принять массу каждого конического сателлита М за 1 кг, а радиус к ротора по осям сателлитов за 0,1 и, что в общем соответствует практически средним параметрам такого вариатора, 9 1820097 10 и если учесть, чт» коэФфициент трения Г металла по металлу в условиях жидкой смазки равен 0,05,„.0,15, максимальный крутящий момент, который может быть передан этим вариатором с двумя гладкими коническими сателлитами, равен:

Импекс 2м 4»1 К и f = 44 кГ м, 10

Kl =- Г + Ос — Р -- 0 где О - усилие подпружинивания; и - центробежная сила;

à — усилие контактирования; а,Ь,с — плечи приложения усилий„

Вп-вторых, такой автомобильно-тракторный вариатор позволяет транспортному средству обойтись без механизма сцепления, 1 ак и из вестные планетарноконические вариаторы, этот вариатор 40 обладает свойством нейтрального состояния. Когда в редукционном режиме

d„ ° Л „ = Л cl» — передаточное число становится бесконечно большим, т.е. скорость обкатывания центрального ко" 45 леса коническими сателлитами уравнивается со скоростью обкатывания шестернями конических сателлитов зубчатого венца колеса ведомого вала. То есть при нейтральном положении центрального колеса двигатель и ведомый вал разобщены, и механизм сцепления не нужен. Однако, для инерционного пробега необходимо разобщать ведомый вал и двигатель в любом положении центрального колеса. Эту задачу решает противоположно-направленное подпружинивание. Волителю достаточно снизить обороты ЛВС, что нарушит выЭтим вариатором может быть реализована мощность 44/0,16 - 275 л.с., т.е. почти в 3 раза больше мощности РВС.

Противоположно направленное подпружинивание наклонных осей конических сателлитов в автомобильно-тракторном исполнении вариатора преследует две цепи.

Вс -ïåpâûõ, избыточная центробеж- щ ная сила, развиваемая ротором, не является полезной, так как приводит к завышенным нагрузкам на подшипники и контактируемые поверхности, Противоположно направленное подпру- 25 жинивание приводит центробежные силы

B соответствие с реализуемой мощностью, что показано на фиг. 10. По условию равновесия моментов: шеприведенное равенство мсчонт< я и приведет к разобщению центральнгго колеса и конических сателлитов, а следовательно, к разобщению вала flR(: с ведомым валом.

"Нейтральное" положение (h«r,

Педаль 27 освобождена. Пружины 57 и 58, преодолевая действ«с пружины

62, перевели поводок 61 карбюратора

s положение минимальных оборотов вала

ЛВС и ведущего вала вариатора. Пружина 57 повернула рычаг 26 и поводком

18 установила центральное колесо 14 в нейтральное положение. В этом положении шариковый Фиксатор затормозил поводок. Так как обороты ведущего вала минимальны„ конические сателлиты пластинчатыми пружинами рессоры 9 отведены от центрального колеса„ При движении автомобиля "нейтральное положение соответствует инерционному пробегу при малых оборотах ДВС и резкому торможенйю при форсаже ЛВС.

Положение "трогание с места" (фиг, 6).

Итак, в предыдущем положении включение "зажигания" и поворот педали определяют пуск .ВВС и его прогрея, Для троган«я с места педаль 27 слегка поворачивается и сдвигBE .тся влево, Рычаг 26 перемещает поводок 18 и по многозаходной резьбе разворачивает с перемещением вдоль »си влево центральное колесо 14. Так как ЛВС те1 перь развивает достаточны". обороты, центробежные силы прижимают сателлиты к бору центрального колеса с лостаточным усилием дпя обкатки, Вращение сателлитов передается разницей скоростей.на карданный вал, и автомобиль плавно трогается с места, Манипуляция скоростью движения автомобиля в прелелах величины сопротивления движению возможна как совмес,«ûì перемещением и поворотом педали 27, так и обособленным ее перемещен«ем или поворотом, Положение "максимальная скорость" (фиг. 9) .

Педаль наж=та и перемещена в крайнее левое положение. Рычаг 26 поводком- 18 сместил центральное колесо в крайнее левое положение, разобщив

0F 0 с сателлитами, оси котор.;х Bb c тупами 13 через впадины 5? колеса ведомого вала соединили напрямую ..арданный Ddfl и вал г ВС . Сл . "с:.i отметить, что поворот рыча. — а 26

1820097

12 перемещением педали 27 вызывает изменение положения поводка карбюратора менее интенсивно, чем поворот педали относительно рычага, так как в последнем случае работает полиспаст 59.

Это сделано специально, чтобы оставался резерв мощности на трудные участки дороги. Таким образом, даль-: нейшее изменение скорости в этом по- 1р ложении центрального колеса 14 возможно только изменением скорости РВС при повороте педали 27.

Положение "задний хор".

Изменение.вращения ведомого вала на противоположное возможно только переводом центрального колеса через

"нейтральное" положение, что соответствует условиям техники безопасности. При смещении центрального колеса вправо от "нейтрали", когда в положении редукции Й Й „ > дk дс> передаточное число согласно ранее приведенной формуле приобретает отрицательное значение, Автомобиль дви- 25 жется "задним ходом" со скоростью, определяемой положением педали 27.

Формула изобретения

1. Вариатор, сорержащий корпус, ведущее водило с осями, установленные на последних сателлиты с конической рабочей поверхностью и зубчатым венцом, центральное колесо с 35 внутренней рабочей поверхностью и механизмом осевого перемещения относительно корпуса, ведомый вал, соосный с верущим водилом, с зубчатым колесом с внутренними зубьями для 40 взаимодействия с зубчатыми венцами сателлитов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей, оси сателлита установ- 45 лены шарнирно относительно водила, подпружинены в радиальном направлении и имеют выступ, а ведомый валвпарину pflR взаимодействия с высту50

2, Вариатор по и.!, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения КПЛ при малой рабочей частоте вращения ведущего водила, порпружинивание осуществлено рессорами в виде пластинчатых пружин, одним концом закрепленных на ведущем водиле, другим взаимодействующим с осями сателлитов, рабочая поверхность конических сателлитов выполнена рифленой, чередующейся с зубчатыми поясками, внутренняя рабочая поверхность центрального колеса имеет зубья, ответные зубьям конического сателлита, и с торцов заходные Фаски высотой, превышающей высоту зубьев сателлита.

3, Вариатор по п„1, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей при большой частоте вращения ведущего водила, на свободных концах пластинчатых пружин рессоры выполнены окна, в которых расположены оси сателлитов, 4; Вариатор по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования, зубчатое колесо с внутренними зубьями установлено на ведомом валу с возможностью осевого перемещения, на. нем выполнен зубчатый венец с наружными зубьями lAFI взаимодействия с зубчатым венцом сателлитов и числом зубьев, кратным числу зубьев последних.

Вариатор по и,1, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения эксплуатационных воэможностей, он,снабжен шариковым фиксатором, размещенным межру зубчатым колесом с внутренними зубьями и ведомым валом.

6. Вариатор по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности, механизм перемещения зубчатого колеса с внутренними зубьями выполнен в виде кольца, сопряженного многозаходной резьбой с корпусом, и поводка, размещенного в пазу последнего и одним концом связанного с кольцом„

7. Вариатор по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью использования его в качестве автомобильного вариатора, обеспечения инерционного пробега и работоспособности устройства беэ механизма сцепления, поводок механизма осевого перемещения центрального колеса предназначен для соединения с педалью„. имеющей две степени свободы для независимости управления частотой как ведущего, так и ведомого валов, и связанной с шариковым фиксатором.

1 I

8,. Вариатор пп и,1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью исполь— зования его в ка естве велосипедного

1820097 вариатора, ведомый вал выполнен полым, ведущее водило размещено в последнем, а механизм nceenrn перемещения центрального колеса с внутренней рабочей поверхностью связан с рулевым уп5 равлением гибким тросом.

9„ Вариатор по п,1, о ю щ и и с Fl тем, ч ir) .. ц. ль n,:,nè 1.рения диапазона регулир<.е. ни», конусы конических сателлит - в р.-,; . рн л ы нованиями к зубчатым венц,.м посл .дних.

> 820097

Л

1820097

4 -A ло&рлую 8мсчу

Риг Е.77

18? 0097

1820097

)820097

Составитель Б.Черняев

Редактор В.Трубченко Техред И.Иоргентал Корректор М.Самборская

Заказ 2017 Тираж Подписное

ВНИИВИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, 3l-35, Раушская наб., д. 4/5

Проиэводственно"иэдатепьский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101