Приводной механизм для бесступенчатой передачи

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам передач с бесступенчатым регулированием передаточного числа. Устройство вариаторной передачи содержит один или более входных дисков и выходной диск, которые образуют одну или более тороидальных полостей между собой. Несколько роликов расположены в упомянутых тороидальных полостях. Ролики удерживаются в контакте с соответствующими дисками средством для приложения давления торцевой нагрузки. Один из дисков установлен на валу посредством промежуточного относительно гибкого элемента, чтобы обеспечить степень изгиба вала без деформации тороидальной полости. 16 з.п. ф-лы, 6 ил.

Настоящее изобретение относится к устройствам передач с бесступенчатым регулированием передаточного числа типа трения качения по тороидальной орбите, которые в дальнейшем называются вариаторными (вариаторами).

В таком устройстве используется главный вал, который приводится в действие, например, двигателем внутреннего сгорания, которое передается двум входным дискам, установленным на валу. Два выходных диска установлены обратными сторонами друг к другу и между входными дисками и имеют возможность свободного вращения относительно вала.

В таком устройстве движение передается от входных дисков к выходным дискам через несколько роликов, расположенных в тороидальных полостях, которые обеспечены между входными дисками и выходными дисками.

Известны также вариаторы с одной полостью, в которых один входной диск установлен для вращения на входном валу и один выходной диск обращен к входному диску таким образом, что образуется тороидальная полость, в которой расположено несколько роликов силовой передачи. Несмотря на то, что такому устройству менее всего присущи недостатки, описанные здесь, очевидным является, что настоящее изобретение применимо в устройстве с одной полостью.

Ролики подвергаются гидравлическим усилиям средства торцевой нагрузки, так что они входят в контакт с поверхностями соответствующих входных и выходных дисков, чтобы передавать мощность от входных дисков к выходным дискам. Энергия передается от выходных дисков через, например, цепной привод на следующий элемент передачи, например на планетарную передачу.

Привод через цепь создает поперечную нагрузку на вал и при высоких уровнях силовой передачи может привести к изгибу вала. Степень изгиба относительно невелика, но она может оказать значительное воздействие на положение двух выходных дисков, которые могут увеличить нагрузку на некоторых роликах, т. е. создать разрушающее действие, в то время как нагрузка на остальных роликах уменьшится, что не даст возможности приводному усилию передаваться эффективно от входных дисков на выходные диски.

Очевидным является, что воздействие изгиба вала по существу приводит к деформации тороидальных полостей между входными и выходными дисками.

Устранение вышеуказанного недостатка может быть кратко сформулировано как принятие относительно небольшой степени изгиба вала и затем обеспечение некоторой податливости в установке дисков так, чтобы при изгибе вала дискам была обеспечена возможность вращаться в плоскостях, параллельных одна другой, и таким образом сохранять форму полостей.

В заявке GB-A-436363 раскрыт механизм силовой передачи с регулируемой скоростью, имеющий тороидальные диски и ролики, в котором один из дисков установлен на опорном валу посредством одного или более зуба или кулачка на передней поверхности, которые входят в зацепление с муфтой, закрепленной шпонкой на центральном валу. Такое устройство обеспечивает некоторую степень относительно движения между диском и валом, но эту конструкцию можно усовершенствовать.

Целью настоящего изобретения является обеспечение устройства передачи, в котором один или более дисков установлен на валу таким образом, что вращается с валом, но способен занимать положение плоскости вращения, отличной от перпендикулярной.

Соответственно, настоящее изобретение обеспечивает устройство вариаторной передачи, содержащее входной вал, один или более входных дисков, установленных на валу для вращения совместно с ним, узел выходного диска, причем входной диск или диски и узел выходного диска образуют между собой одну или более тороидальных полостей, несколько роликов, расположенных в полости или полостях, и средство для приложения давления торцевой нагрузки для удержания роликов в контакте с соответствующим диском или дисками, чтобы передавать приводное усилие, отличающееся тем, что один из дисков установлен на валу посредством промежуточного относительно гибкого элемента.

Относительно гибкий элемент может быть прикреплен к втулке во внутреннем радиальном местоположении, а втулка прикреплена к валу, чтобы иметь возможность вращения совместно с ним.

Например, втулка может иметь шлицы, чтобы иметь возможность вращения с валом и перемещения по оси относительно вала.

Относительно гибкий элемент может быть прикреплен к втулке с помощью зажимного кольца.

Гибкий элемент может быть прикреплен во внешнем радиальном местоположении к кольцу сцепления.

Кольцо сцепления может быть обеспечено выступами, входящими в зацепление с соответствующими выемками на указанном диске, в качестве альтернативы диск может быть обеспечен выступами, входящими в зацепление с соответствующими выемками на кольце сцепления.

Относительно гибкий элемент может быть жестко закреплен в указанном внешнем радиальном местоположении с помощью наружного зажимного кольца.

На валу может быть установлена реактивная пластина, имеющая два или более набора штырей, причем один из указанных наборов штырей выступает через отверстие с зазором в гибком элементе для контакта с поверхностью указанного одного из дисков, при этом штыри одного из других указанных наборов штырей входят в зацепление с относительно гибким элементом во внутреннем радиальном местоположении.

Устройство может включать в себя узел зажимной гайки, которая установлена с помощью резьбы на валу, чтобы поджимать реактивную пластину для контакта с указанным одним из дисков посредством соответствующего одного из указанных наборов штырей.

Другой из указанных дисков может быть установлен для вращения с валом и обеспечен средствами упора для предотвращения осевого движения.

Узел выходного диска может быть установлен на подшипниковом средстве, которое имеет частично сферические взаимодействующие поверхности, обеспечивающие возможность узлу диска вращаться относительно вала и принимать положение плоскости вращения, отличной от перпендикулярной относительно вала.

В указанной выше конструкции гибкий элемент также может быть жестко закреплен на реактивной пластине механизма торцевой нагрузки.

В указанной выше конструкции гибкий элемент может быть жестко закреплен на реактивной пластине и втулке посредством болтового соединения или заклепки.

В любом устройстве гибкий элемент может быть жестко закреплен на диске посредством устройства болта или заклепки.

В еще одной конструкции гибкий элемент в любом устройстве может быть предварительно сконфигурирован или предварительно нагружен, так что после приложения торцевой нагрузки он является по существу перпендикулярным оси указанного вала.

Настоящее изобретение подробно раскрыто со ссылкой на соответствующие чертежи, на которых: Фиг. 1 - схематический вид устройства передачи с бесступенчатым регулированием передаточного числа такого типа, к которому может относиться настоящее изобретение; Фиг. 2 - вид с пространственной детализацией одного варианта осуществления узла диска согласно настоящему изобретению; Фиг.3 - сечение по линии А-А на фиг.2; Фиг.4 - сечение по линии В-В на фиг.2; и Фиг. 5 и 6 - сечения альтернативного варианта осуществления настоящего изобретения.

Со ссылкой на чертежи показано устройство передачи с бесступенчатым регулированием передаточного числа или вариатор, который содержит входной вал 10, два входных диска 12, 14, два выходных диска 16, 18, два набора роликов 20, 22, которые расположены в тороидальных полостях 24, 26, образованных между входными и выходными дисками, и цепной привод 28, установленный на двух выходных дисках 16, 18.

Два входных диска 12, 14 установлены для вращения с валом 10, например, с помощью шлицевых опор, в то время как выходные диски 16, 18 имеют возможность свободного вращения относительно вала 10.

Входной диск 14 имеет ограниченное осевое перемещение, а диск 12 зафиксирован от осевого движения на валу упором, не показанным на валу 10.

Диск 14 подвергается воздействию нагрузки в направлении влево, как показано на фиг. 1, например, посредством гидравлического давления, так что наборы роликов 20, 22 удерживаются в контакте с тороидальными поверхностями входного и выходного дисков, что дает возможность передачи приводного усилия от источника мощности, например двигателя внутреннего сгорания, через цепной привод 28 на следующий элемент передачи транспортного средства, например не показанную планетарную передачу.

Очевидным является, что цепной привод 28 может накладывать изгибающее воздействие на вал 10 и поэтому может происходить искажение формы тороидальных полостей 24, 26. Поэтому нагрузка на некоторых роликах 20, 22 будет увеличиваться, в то время как нагрузка на остальных роликах может уменьшаться.

Увеличение нагрузки на некоторых роликах может быть неприемлемо, так как в роликах создаются неоправданно высокие напряжения, в то время как уменьшение нагрузки на остальных роликах приведет к снижению эффективности привода между входными и выходными дисками, так как между входными и выходными дисками может происходить пробуксовка.

Чтобы предотвратить или существенно уменьшить эффект деформации тороидальных полостей 24, 26, который создается изгибающим воздействием, прикладываемым к валу 10, в настоящем изобретении предложена конструкция, которая дает возможность входным и выходным дискам принимать положение плоскостей вращения, которые являются и остаются по существу параллельными одна другой, когда происходит изгиб.

На фиг.2, 3 и 4 показан узел 30, который позволяет устанавливать диск 14 с возможностью вращения с валом 10, чтобы передавать приводное усилие, но также дает возможность плоскости вращения диска быть отличной от перпендикулярной по отношению к валу 10.

Узел 30 содержит относительно гибкий элемент, например диафрагму 32, которая крепится во внутреннем радиальном местоположении к шлицевой втулке 34 посредством зажимного кольца 36 и винтов 38, при этом шлицевая втулка 34 проходит через отверстие с зазором в центре диска 14. Относительно гибкий элемент в этом конкретном устройстве выполнен как прижим из листа пружинной стали (например, пружинной стали BS 1449:CS80). Другие подходящие альтернативные решения однако являются очевидными для специалистов в этой области.

Втулка 34 имеет возможность осевого перемещения на шлицах, выполненных на валу 10, причем осевое перемещение втулки 34 ограничено с помощью уступа 40, выполненного на валу 10. Как показано на фиг.3-6, между диском и валом обеспечен зазор G для требующегося относительного перемещения.

Во внешнем радиальном местоположении диафрагма 32 крепится к кольцу 42 сцепления с помощью зажимного кольца 44 и винтов 46.

Кольцо 42 сцепления выполнено с прямоугольными зубьями 48, расположенными по ее окружности, которые входят в зацепление между соответствующими зубьями 50, обеспеченными по окружности диска 14, например наподобие кулачковой муфты. Зацепление зубьев 48 и зубьев 50 дает возможность передачи приводного усилия от диафрагмы 32 к диску 14, а также устанавливает диск 14 относительно вала 10. Очевидным является, что диск может быть обеспечен выступами, имеющими возможность вхождения в соответствующие выемки на кольце сцепления.

Круглая реактивная пластина 52 установлена на валу 10 и имеет два набора штырей 54, 56, установленных в зенкованных конических отверстиях 58, 60 соответственно в пластине 52. Каждый ряд содержит два штыря, но если требуется, может использоваться большее количество штырей.

Узел 30 предварительно нагружен с помощью узла 62 гайки, который содержит гайку 64 и стопорную планку 66, скрепленную болтами с гайкой 64.

Между гайкой 64 и пластиной 52 расположена шайба 68 Бельвиля.

Вращение гайки 64 оказывает давление через шайбу 68 Бельвиля на пластину 52, и штыри 56 входят в отверстия в зажимном кольце 36, так что пластина 52 вращается с диафрагмой 32.

В то же время штыри 54, которые проходят через отверстия с зазором в диафрагме 32, входят в контакт с задней поверхностью диска 14.

После того как узел был подвергнут предварительной нагрузке таким образом, зажимное кольцо 66 закрепляется на месте для предотвращения вращения гайки 64.

Очевидным является, что на диск 14 действует предварительная нагрузка таким образом, что ролики 22 в полости 26 входят в контакт как с входным диском 14, так и выходным диском 18.

Очевидным также является, что так как зубья 48 кольца 42 сцепления находятся в зацеплении с зубьями 50 на внешней поверхности окружности диска 14, приводное усилие может передаваться от вала 10 на диск 14.

Узел 30 также содержит корпус 63 и торцевую крышку 70, которая удерживается на месте не показанными здесь средствами.

Вал 10 имеет входное отверстие 72, позволяющее прикладывать гидравлическое давление к полости, образованной обратной поверхностью диска 14 и передней поверхностью пластины 52. Диафрагма 32 обеспечена отверстиями, так что гидравлическая среда может заполнять это пространство. Прикладываемая гидравлическая нагрузка заставляет втулку 34 входить в контакт с упором 40, так что между диском 14 и диафрагмой 32 существует зазор.

Узел обеспечен уплотнениями S, чтобы удерживать гидравлическую среду в нужном объеме.

Очевидным является, что когда вал 10 подвергается изгибу, относительно гибкая диафрагма 32 может прогибаться, пока вращается диск 14, что позволяет непрерывно передавать приводимое усилие от вала 10 на диск 14, а также сохранять форму тороидальной полости 26.

Помимо установленного таким образом диска 14, диск 12 может быть установлен обычным образом, т.е. с помощью шлицевого соединения и упора для предотвращения перемещения диска 12 слишком далеко влево, как показано на фиг. 1, так что когда вал 10 подвергается изгибу, плоскость диска 12 будет оставаться перпендикулярной относительно оси вращения вала 10. Очевидным является, что диск 12 можно устанавливать так же, как описано в отношении диска 14.

Можно обеспечить приспособление для выходных дисков 16, 18, установив диски на подшипнике, в котором взаимодействующие поверхности частично сферические, что дает возможность выходным дискам 16, 18 принимать положение плоскости вращения, отличной от перпендикулярной относительно оси вращения вала 10.

Очевидным является, что указанное выше расположение может быть изменено на обратное, так что входные диски 12, 14 становятся выходными дисками, а выходные диски становятся входными дисками. Помимо этого, очевидным является, что настоящее изобретение может быть применимо для вариатора с одной полостью, где имеются подшипниковые опоры, допускающие изгиб вала. Также очевидным является, что когда используется вариатор с двумя полостями, можно обеспечить гибкий привод как для выходных, так и входных дисков, если это необходимо.

Решение, альтернативное вышеизложенному, показано на фиг.5 и 6, каждая из которых является поперечным сечением, взятым с немного разными углами, чтобы показать полностью элементы гибкого привода. В этом устройстве подобные элементы имеют те же цифровые обозначения, как и на фиг.3 и 4, и повторно упоминаются только при необходимости.

В альтернативном варианте осуществления диск 14 также установлен с помощью относительно гибкого элемента 32, но этот элемент закреплен несколько иначе. Например, внешние концы элемента закреплены на диске с помощью глухих заклепок 100, которые жестко закрепляют элемент 32 между парой зажимных колец 102, 104 и к диску 14. Несколько таких заклепок расположены на расстоянии одна от другой по окружности вокруг внешней окружности элемента 32 и вместе обеспечивают достаточную прочность для обеспечения передачи крутящего момента по соединению. Внутренний конец элемента 32 по-прежнему прикреплен к шлицевой втулке 34, но также прикреплен к реакционной пластине 52. В конкретном варианте несколько болтов 106 выступают через втулку 34, гибкий элемент 32 в реактивную пластину 52, в которой обеспечены резьбовые участки 103 для приема соответствующей резьбы 110 на болтах 106. Может использоваться обратная компоновка, в которой болты проходят через реактивную пластину и входят во втулку 34 с помощью винта, снабженного резьбой.

В предпочтительном варианте осуществления гибкий элемент предварительно сконфигурирован или предварительно нагружен, так что после приложения торцевой нагрузки он принимает положение, которое по существу перпендикулярно валу и только отклоняется от него, если вал подвергается изгибу. Фактически компоновка такая, что в положении покоя центральная часть гибкого элемента по фиг.5 и втулка 34 перемещаются в направлении полости на расстояние, равное такому, на которое диск 14 переместится после приложения гидравлической торцевой нагрузки. Компоновка по фиг.5 показана в положении при полной гидравлической торцевой нагрузке, и реактивная пластина 52 показана смещенной от диска 14 до упора в стопорную гайку 64. Перед приложением гидравлической торцевой нагрузки пружина 63 действует для создания нагрузки на диск и тем самым создает небольшой зазор (не показан) между реактивной пластиной и стопорной гайкой 64. Именно этот зазор обеспечивает пространство для необходимого перемещения, когда прикладывается гидравлическая торцевая нагрузка.

Формула изобретения

1. Устройство вариаторной передачи, содержащее входной вал (10), один или более входных дисков (12, 14), установленных на валу (10) для вращения с ним, набор (16, 18) выходных дисков, причем входной диск или диски (12, 14) и набор (16, 18) выходных дисков образуют одну или более тороидальных полостей (24, 26) между собой, несколько роликов (20, 22), расположенных в полости или в полостях (24, 26), и средство для приложения давления торцевой нагрузки для удержания роликов в контакте с соответствующим диском или дисками (12, 14, 16, 18), чтобы передавать приводное усилие, отличающееся тем, что один из дисков (12, 14) или диск набора (16, 18) выходных дисков установлен на валу посредством промежуточного гибкого элемента (32).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что гибкий элемент (32) прикреплен к втулке (34) во внутреннем радиальном местоположении, а втулка (34) прикреплена к валу (10) с возможностью вращения совместно с ним.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что втулка (34) имеет шлицы, посредством чего обеспечена возможность ее вращения совместно с валом (10) и перемещения по оси относительно вала (10).

4. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что гибкий элемент (32) прикреплен к втулке (34) зажимным кольцом (36).

5. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что гибкий элемент (32) выполнен с возможностью крепления во внешнем радиальном местоположении к кольцу (42) сцепления.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что кольцо (42) сцепления содержит выступы (48), а диск содержит соответствующие выемки, так что выступы входят в зацепление между соответствующими выступами (50) на указанном диске.

7. Устройство по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что гибкий элемент (32) жестко закреплен в указанном внешнем радиальном местоположении посредством наружного зажимного кольца (44).

8. Устройство по любому из пп. 1-7, отличающееся тем, что содержит реактивную пластину (52), установленную на валу (10), причем реактивная пластина (52) имеет два или более наборов штырей (54, 56), причем один из указанных наборов штырей (54) выступает через отверстия с зазором в гибком элементе для того, чтобы контактировать с поверхностью указанного одного из дисков (14), а штыри одного из других указанных наборов штырей (56) входят в зацепление с гибким элементом (32) во внутреннем радиальном местоположении.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что содержит узел (64) зажимной гайки, который установлен с помощью резьбы на валу (10), чтобы поджимать реактивную пластину (52) для контакта с указанным одним из дисков (14) посредством соответствующего из указанных наборов штырей (54, 56).

10. Устройство по любому из пп. 1-8, отличающееся тем, что другой из указанных дисков (12) установлен для вращения с валом (10) и содержит средство упора для предотвращения осевого перемещения.

11. Устройство по любому из пп. 1-10, отличающееся тем, что узел (16, 18) выходного диска установлен на подшипниковом средстве, которое имеет частично сферические взаимодействующие поверхности, посредством чего узлу диска обеспечена возможность вращения относительно вала (10) и принятия плоскости вращения, отличной от перпендикулярной относительно вала (10).

12. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что гибкий элемент (32) жестко прикреплен к реактивной пластине (52) механизма торцевой нагрузки.

13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что гибкий элемент (32) жестко прикреплен к реактивной пластине (52) и втулке посредством болтового соединения (106) или заклепки.

14. Устройство по любому из пп. 1-13, отличающееся тем, что гибкий элемент (32) жестко прикреплен к диску (14) посредством болтового соединения (46) или заклепки.

15. Устройство по любому из пп. 1-14, отличающееся тем, что гибкий элемент предварительно сконфигурирован или предварительно нагружен, так что при приложении торцевой нагрузки он является по существу перпендикулярным оси указанного вала.

16. Устройство по любому из пп. 1-15, отличающееся тем, что вариатор содержит два входных диска и выходные диски, причем указанные выходные диски расположены друг к другу обратными сторонами и находятся между двумя входными дисками.

17. Устройство по любому из пп. 1-15, отличающееся тем, что вариатор содержит два входных диска и два выходных диска, причем указанные входные диски расположены друг к другу обратными сторонами и находятся между двумя выходными дисками.

РИСУНКИ

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