Зацепление бесступенчатой передачи

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к бесступенчатым передачам. Зацепление вращательной передачи осуществляется двумя дисками. На торцевой поверхности одного диска по окружности при помощи сферических шарниров установлены под углом к плоскости вращения диска силовые элементы. Смежная поверхность другого диска выполнена зубчатой. Силовые элементы выполнены круглыми с тороидальной рабочей поверхностью. Технический результат - уменьшение потерь трения и износа силового элемента и рабочей поверхности зуба в зоне их контакта. 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для трансформации вращательного движения, в том числе бесступенчатой.

Известна бесступенчатая фрикционная передача (вариатор), содержащая пакет раздвижных конических дисков и пакет раздвижных дисков с поясками (схема Байера) (Решетов Л. Н. "Детали машин". Машиностроение, 1989 г., стр. 271). Регулирование частоты вращения выходного вала осуществляется смещением осей пакетов, которое сопровождается раздвиганием (сдвиганием) дисков и изменением положения пятна контакта относительно осей вращения дисков. При этом изменяется передаточное отношение (коэффициент трансформации). Количество дисков в пакете определяется величиной передаваемой мощности.

Недостатком этого устройства являются шум в работе, ограниченный диапазон регулирования (a≤5), а также относительно низкий кпд. В связи с перемещением осей дисков в состав передачи входит зубчатая пара, что усложняет устройство и дополнительно снижает кпд. При перегрузке, в случае проскальзывания, вариатор выходит из строя, т.к. на диске образуются лыски. Это хронический недостаток фрикционного зацепления. Также хроническим недостатком является наличие потерь, связанных с неодинаковым изменением скорости по длине площадки касания (геометрическое скольжение).

Эти недостатки частично устранены в конструкции нефрикционного вариатора (А. С. 954678, МКИ F 16 H). Он состоит из вала с цилиндрическим шарниром, на котором установлена плоская поворотная шайба с промежуточным диском, имеющим на обоих торцах зубья. С обеих сторон этот диск взаимодействует с упругими элементами, выполненными в виде пружинных пластин и установленными на соответствующих дисках. Этот вариатор имеет два варианта исполнения с диапазонами изменения передаточных чисел: 0,383≥i≤-0,383 и 1,36≥i≥1.

По сравнению с известным устройством (фрикционный вариатор Байера) он имеет больший кпд и меньше шумит в работе. Недостатком этого устройства является то, что оно имеет ограниченный диапазон передаточных отношений. Этот недостаток устранен в техническом решении "Секция вариатора" (патент России 2064619).

Устройство состоит из трех дисков: ведущего, промежуточного и ведомого. Внутренняя торцевая поверхность ведущего диска выполнена в виде профилированной насечки, а на смежной торцевой поверхности промежуточного диска, установленного под углом к оси ведущего с возможностью радиального перемещения в плоскости этого угла, по кольцу установлены силовые элементы из пружинной проволоки. Противоположная сторона промежуточного диска выполнена с профилированной насечкой, а ведомый диск имеет расположенные по кольцу силовые элементы, свободные концы которых образуют плоскую поверхность.

Недостатком этого устройства является относительно низкая удельная мощность (мощность, приходящаяся на единицу объема вариатора).

Известно зацепление бесступенчатой передачи, в которой силовые элементы выполнены в виде жестких прямоугольных пластин с цилиндрической рабочей поверхностью, при помощи сферических самоустанавливающихся подшипников закрепленных на одном диске и находящихся в зацеплении со смежным диском с профилированными зубьями (патент РФ 2153614 "Зацепление бесступенчатой передачи").

Недостатком известного технического решения является то, что: - во-первых, при радиальном относительном движении силового элемента по рабочей поверхности зуба смежного диска имеет место трение скольжения, а значит, потеря энергии и износ контактирующих деталей; - во-вторых, в силовом элементе, имеющем относительно большие габариты, работает (изнашивается) только одна поверхность, что нерационально.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение потерь трения и износа силового элемента и рабочей поверхности зуба в зоне их контакта.

Поставленные задачи решаются за счет того, что силовые элементы выполняются круглыми с тороидальной рабочей поверхностью.

При этом силовые элементы могут выполняться переменной толщины от центра к периферии.

Упор исходного положения может выполняться упругим.

Диск с силовыми элементами может быть выполнен с упругими фиксаторами исходного положения силовых элементов.

Рабочая поверхность зуба в поперечном сечении может быть образована отрезком прямой.

Рабочая поверхность зуба в поперечном сечении может быть образована вогнутой дугой.

Рабочая поверхность зуба в поперечном сечении может быть образована двумя отрезками, образующими вогнутый угол.

Рабочая поверхность зуба в поперечном сечении может быть образована двумя вогнутыми дугами.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где: - на фиг.1 показана схема зацепления двух дисков; - на фиг. 2 укрупненно показано зацепление силового элемента и зуба смежного диска; - на фиг.3 показаны силовой элемент и схема его установки на диск; - на фиг.4 показан вариант исполнения фиксатора исходного положения; - на фиг.5 показан вариант поперечного сечения зуба; - на фиг.6 показан вариант поперечного сечения зуба; - на фиг.7 показан вариант поперечного сечения зуба.

Предлагаемое устройство состоит из двух дисков 1 и 2 (фиг.1, 2). Один из них, например 2, выполняется с профилированными зубьями 3, а другой - с силовыми элементами 4. Силовые элементы 4 устанавливаются под углом α к плоскости вращения (фиг. 1, 3) при помощи сферического шарнира 5 с возможностью вращения в своей плоскости и отклонения на угол Δα из этой плоскости (см. фиг.3).

Положение силового элемента 4, соответствующее максимальному значению угла α, ограничивается специальным упором 6 (см. фиг.2, 3).

Рабочая поверхность 7 силового элемента выполняется скругленной (радиусом r₀) тороидальной (см. фиг.3).

Рабочая поверхность 8 зубьев 3 в поперечном сечении может иметь форму отрезка прямой (см. фиг.2).

Передаточное отношение может изменяться путем относительного перемещения дисков эквидистантно (или близко к этому) рабочей поверхности диска с зубьями. При этом не нарушается контакт силового элемента с зубом, а только изменяется радиус пятна их контакта относительно оси вращения зубчатого диска и, следовательно, передаточное отношение.

Работает предлагаемое зацепление следующим образом. При вращении диска 1 силовые элементы 4 прижимаются к упору 6 под действием аэродинамических сил или усилий специальных упругих элементов. Силовые элементы поочередно входят в зацепление с зубьями 3 смежного диска 2, передавая на него окружное усилие. При этом благодаря сферическому шарниру 5 силовой элемент 4 под действием контактных усилий самоустанавливается относительно зуба 3. Рациональное (относительно диска 2) смещение силового элемента реализуется качением по зубу. Пятно контакта - точечное, а с учетом контактных деформаций - в виде эллипса.

Для повышения упругости силового элемента 4 он может выполняться переменной от центра к периферии толщины.

Упор 6 исходного положения силового элемента 4 может выполняться упругим в виде специальной пружины (см. фиг.2, 3).

Исходное положение силового элемента 4 (т.е. положение, при котором угол α = α_max) может обеспечиваться при помощи специального упругого фиксатора 9 (см. фиг.3).

Фиксатор исходного положения 9 (см. фиг.4) может выполняться заодно с упругим упором исходного положения 6 (см. фиг.4) в виде упругой рессоры. В исходном положении силового элемента 4 последний находится в равновесии при условии, что они равны между собой и противоположно направлены.

Если ось 10 сферического подшипника 5 не перпендикулярна радиусу, соединяющему ось вращения диска 1 с центром сферического шарнира, то для уменьшения влияния составляющей F_x центробежной силы силового элемента на сферический подшипник 5 фиксатор 9 и упругий упор 6 исходного положения следует размещать с внешней относительно оси вращения диска стороны, т.е. на большем радиусе, так, чтобы усилия от них были направлены в противоположную сторону силе F_x, уравновешивая ее.

Рабочая поверхность 8 зуба 3 может быть выполнена в виде вогнутой дуги (фиг.5).

Рабочая поверхность 8 зуба 3 может быть образована двумя отрезками прямой (фиг.6) образующими вогнутый угол.

Рабочая поверхность 8 зуба 3 может быть образована (фиг.7) двумя вогнутыми дугами.

Последние три варианта исполнения формы зуба обеспечивают увеличение несущей способности зацепления, причем два последних обеспечивают это за счет двухточечного контакта силового элемента и зуба.

Главный технический результат настоящего изобретения состоит в том, что все смещения силового элемента относительно зуба осуществляются качением. Скольжение исключено. Это обеспечивает повышение кпд зацепления и уменьшение износа как силовых элементов, так и зубьев.

Предлагаемое изобретение может эффективно использоваться в бесступенчатых передачах, например, по патентам РФ 2064619 и 2071686.

Формула изобретения

1. Зацепление бесступенчатой передачи, содержащее силовые элементы, расположенные по окружности на диске, под углом к плоскости вращения, связанные с ним при помощи сферических шарниров и взаимодействующие с ними профилированные зубья, расположенные на поверхности другого диска, отличающееся тем, что силовые элементы выполнены круглыми.

2. Зацепление бесступенчатой передачи по п.1, отличающееся тем, что рабочая поверхность силового элемента выполнена тороидальной.

3. Зацепление бесступенчатой передачи по пп.1 и 2, отличающееся тем, что силовой элемент выполнен переменной толщины от центра к рабочей поверхности.

4. Зацепление бесступенчатой передачи по пп.1-3, отличающееся тем, что упор исходного положения силового элемента выполняется упругим.

5. Зацепление бесступенчатой передачи по пп.1-4, отличающееся тем, что имеет упругий фиксатор исходного положения силового элемента.

6. Зацепление бесступенчатой передачи по пп.4 и 5, отличающееся тем, что фиксатор исходного положения выполнен заодно с упругим упором исходного положения в виде упругой рессоры, расположенной по диаметру силового элемента.

7. Зацепление бесступенчатой передачи по пп.5 и 6, отличающееся тем, что фиксатор исходного положения располагается с внешней относительно оси вращения диска стороны силового элемента.

8. Зацепление бесступенчатой передачи по пп.1 и 2, отличающееся тем, что рабочая поверхность зуба в поперечном сечении образована отрезком прямой.

9. Зацепление бесступенчатой передачи по пп.1 и 2, отличающееся тем, что рабочая поверхность зуба в поперечном сечении образована вогнутой дугой.

10. Зацепление бесступенчатой передачи по пп.1 и 2, отличающееся тем, что рабочая поверхность зуба в поперечном сечении образуется двумя отрезками, образующими вогнутый угол.

11. Зацепление бесступенчатой передачи по п.1, отличающееся тем, что рабочая поверхность зуба в поперечном сечении образована двумя вогнутыми дугами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7