Передача с гибкой связью
Изобретение относится к машиностроению и может найти применение в бесступенчатых приводах технологических и транспортных машин. Передача с гибкой связью содержит ведущий (1) и ведомый (2) валы с установленными на них ведущим и ведомым передающими элементами, каждый из которых состоит их двух дисков (4, 5) с наружными конусами (6, 7) и радиальными пазами, каретки (10), установленные в пазах с возможностью перемещения, гибкую связь (3) и средство изменения величины эффективного диаметра каждого передающего элемента. Диски (4, 5) установлены подвижно в осевом направлении. Наружный торец каждого диска выполнен в виде внутреннего конуса (8, 9), образующая которого параллельна образующей наружного конуса диска. Пазы дисков (4, 5) выполнены сквозными. Каретки (10) имеют удлиненные концы, выступающие за торцы дисков (4, 5), и снабжены роликами (13, 14), взаимодействующими с поверхностью внутренних конусов дисков, сближая или разводя их в осевом направлении, и, таким образом, изменяют величину эффективного диаметра передающих элементов. В передаче расширены эксплуатационные возможности путем обеспечения бесступенчатого изменения передаточного числа на ходу и под нагрузкой. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к машиностроению и может найти применение в бесступенчатых приводах технологических и транспортных машин.
Известен вариатор с гибкой связью (а.с. СССР №1562563, F16Н 9/14, 1990), содержащий ведущий и ведомый валы, установленные на валах ведущий и ведомый шкивы, состоящие каждый из двух подвижных в осевом направлении дисков с наружными конусами на внутренних, обращенных друг к другу торцах, имеющий каждый на конической поверхности глухие радиальные пазы, расположенные напротив пазов соответствующего диска, ползуны, установленные в пазах с возможностью перемещения вдоль них и соединенные попарно между собой посредством валиков с эксцентрично установленными на них роликами, взаимодействующими с охватывающей шкивы гибкой связью.
Недостатком этого вариатора является низкая работоспособность, обусловленная ударным характером входа в контакт элементов зацепления шкивов с гибкой связью, охватывающей последние по многоугольнику, вследствие их разных скоростей. Энергия соударения оказывает отрицательное влияние на работоспособность гибкой связи и элементов передачи, износостойкость которых уменьшается с повышением скорости движения гибкой связи, что ограничивает область его применения.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является передача с гибким тяговым органом (а.с. СССР №1778400, F16Н 9/24, 1992), содержащая ведущий и ведомый валы, установленные на валах ведущий и ведомый передающие элементы, состоящие каждый из двух дисков с наружными конусами на внутренних, обращенных друг к другу торцах, имеющих каждый на конической поверхности два диаметрально противоположных глухих паза, расположенные напротив пазов соответствующего диска, причем накрест расположенные на валах диски подвижны в осевом направлении. В пазах установлены с возможностью перемещения вдоль них две каретки, снабженные зубьями, взаимодействующими с цепью, охватывающей передающие элементы. Концы валов, расположенные у подвижных дисков, снабжены гайками для осевого перемещения дисков при изменении величины эффективного диаметра передающих элементов и, соответственно, передаточного числа.
В этой передаче по сравнению с аналогом цепь опирается торцами валиков на конические поверхности дисков, взаимодействуя при этом с зубьями кареток, что снижает энергию соударения звеньев цепи и зубьев кареток при входе их во взаимный контакт и повышает износостойкость элементов передачи.
Недостатком передачи является то, что изменение величины эффективного диаметра передающих элементов и, соответственно, передаточного числа производится на остановленной и разгруженной передаче, причем дискретно и кратно двум шагам цепи, что снижает область ее применения.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в расширении эксплуатационных возможностей передачи путем обеспечения бесступенчатого изменения передаточного числа на ходу под нагрузкой при постоянном контакте гибкой связи с поверхностью передающих элементов и элементами зацепления во всем диапазоне его изменения.
Для достижения указанного технического результата в передаче с гибкой связью, содержащей ведущий и ведомый валы, установленные на валах ведущий и ведомый передающие элементы, гибкую связь, охватывающую передающие элементы, состоящие каждый из двух дисков с наружными конусами на внутренних, обращенных друг к другу торцах, имеющие каждый на конической поверхности радиальные пазы, расположенные напротив пазов соответствующего диска, каретки, установленные в пазах с возможностью перемещения вдоль них и снабженные элементами зацепления с гибкой связью, средство изменения величины эффективного диаметра передающих элементов, согласно изобретению диски передающих элементов установлены на валах подвижно в осевом направлении, наружный торец каждого диска выполнен в виде внутреннего конуса, образующая которого параллельна образующей наружного конуса, пазы дисков выполнены сквозными, каретки имеют удлиненные концы, выступающие за наружные торцы соответствующих дисков, связаны со средством изменения эффективного диаметра передающего элемента и снабжены роликами, взаимодействующими с поверхностью внутренних конусов дисков.
Отличительными признаками заявленного изобретения от прототипа являются новое конструктивное выполнение дисков передающих элементов, кареток и средства изменения величины эффективного диаметра передающих элементов.
Каждый конец кареток связан со средством изменения величины эффективного диаметра передающих элементов, осуществляющим радиальное перемещение кареток. Каретки своими роликами в процессе радиального перемещения воздействуют на поверхности внутренних конусов дисков и сближают или разводят их в осевом направлении, изменяя величину эффективного диаметра передающих элементов на ходу и под нагрузкой. При этом обеспечивается постоянный контакт гибкой связи с поверхностью наружных конусов дисков и элементов зацепления кареток во всем диапазоне его изменения.
Выполнение средства изменения величины эффективного диаметра передающих элементов в виде размещенных у каждого конца кареток и связанных с ними кривошипно-ползунных механизмов с равноплечими рычагами обеспечивает радиальное и перпендикулярное оси вала перемещение кареток.
Пазы каждого диска могут быть выполнены двойными, расположенными симметрично относительно плоскости, проходящей через образующие внутренних конусов и ось вала, и параллельными ей; концы каркток - П-образными, а наружная поверхность роликов - сферической, что повышает технологичность изготовления дисков и кареток и обеспечивает точность их взаимного перемещения.
Кареткам ведущего передающего элемента может быть придана масса, обеспечивающая выполнение ими функций центробежного регулятора, а ведомый передающий элемент может быть снабжен кулачковым регулятором по моменту, что позволяет использовать предлагаемую передачу в бесступенчатых приводах, где передаточное число устанавливается автоматически в зависимости от частоты вращения ведущего вала и момента сил сопротивления на ведомом, например, в авто- и мототехнике.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 - передача с гибкой связью, разрез; на фиг.2 - передача с центробежным регулятором и кулачковым регулятором по моменту, разрез; на фиг.3 - разрез по Б-Б фиг.1, увеличено; на фиг.4 - разрез А-А фиг.1, увеличено (цепь поз.17 не показана); на фиг.5 и 6 - соответственно виды В и Г фиг.2.
Передача с гибкой связью (фиг.1) содержит ведущий 1 и ведомый 2 валы, установленные на валах 1 и 2 ведущий и ведомый передающие элементы, охватывающую их гибкую связь 3 и средство изменения величины эффективного диаметра каждого передающего элемента.
Каждый передающий элемент состоит из двух подвижных в осевом направлении дисков 4 и 5 с наружными конусами 6 и 7 на внутренних, обращенных друг к другу торцах. Наружные торцы дисков 4 и 5 выполнены в виде внутренних конусов 8 и 9, образующие которых параллельны образующим наружных конусов 6 и 7. Диски 4 и 5 снабжены сквозными радиальными пазами, расположенными напротив друг друга. В пазах дисков 4 и 5 установлены с возможностью перемещения вдоль них каретки 10 с удлиненными концами, выступающими за наружные торцы дисков 4 и 5, снабженные установленными на осях 11 и 12 роликами 13 и 14, взаимодействующими с поверхностями внутренних конусов 8 и 9 дисков 4 и 5.
Пазы дисков 4 и 5 могут быть выполнены двойными 15 и 16 (фиг.3), расположенными симметрично плоскости, проходящей через образующие внутренних конусов 8 и 9 дисков 4 и 5 и оси валов 1 и 2, и параллельными ей, концы кареток 10 - П-образными для размещения их в двойных пазах 15 и 16, а наружная поверхность роликов 13 и 14, взаимодействующих с поверхностью внутренних конусов 8 и 9 дисков 4 и 5, - сферической.
Каретки 10 передающих элементов снабжены (фиг.3) элементами зацепления, выполненными, например, в виде пакета пластин 17, каждая из которых может быть подпружинена и ограниченно подвижна в радиальном направлении, а гибкая связь 3 выполнена, например, в виде втулочной цепи 18, на удлиненных концах валиков которой установлены наконечники 19 и 20, взаимодействующие с наружными конусами 6 и 7 дисков 4 и 5.
Каждый конец кареток 10 передающих элементов связан со средством изменения величины их эффективного диаметра, содержащим опорные втулки 21 и 22, неподвижно установленные посредством шпонок 23 и 24 на валах 1 и 2 аксиально наружным торцам дисков 4 и 5. Каждая опорная втулка 21 и 22 имеет цилиндрическую часть и фланец, обращенный к наружному торцу соответствующего диска. На цилиндрических частях опорных втулок 21 и 22 установлены с возможностью осевого перемещения на шлицах ползуны 25 и 26. У каждого конца кареток 10 размещены кривошипно-ползунные направляющие механизмы с равноплечими рычагами 27 и 28, 29 и 30, шарнирно соединенные с осями 11 и 12 роликов 13 и 14 кареток 10, посредством осей 31 и 32 между собой, осей 33 и 34 с фланцами опорных втулок 21 и 22 и осей 35 и 36 с ползунами 25 и 26.
Оси 33 и 34 размещены в кольцевых канавках фланцев опорных втулок 21 и 22, оси 35 и 36 в кольцевых канавках ползунов 25 и 26 и зафиксированы планками 37 (фиг.1 и 3).
Диски 4 и 5 каждого передающего элемента снабжены соосными между собой и параллельными осям валов 1 и 2 отверстиями, а фланцы опорных втулок 21 и 22 соединены между собой направляющими 38, параллельными осям валов 1 и 2 и проходящими через упомянутые отверстия в дисках 4 и 5.
При выполнении передачи с центробежным регулятором на ведущем передающем элементе и кулачковым регулятором по моменту на ведомом кареткам 39 (фиг.2) придана масса, обеспечивающая выполнение ими функций центробежного регулятора, между ползунами 40 и 41 и фланцами опорных втулок 42 и 43 установлены пружины 44 и 45 сжатия, опорные втулки 46 и 47 ведомого передающего элемента и связанные с ними посредством направляющих 48 диски 49 и 50 установлены на ведомом валу 51 подвижно в окружном направлении. Вал 51 дополнительно снабжен неподвижно закрепленными посредством шпонок 52 и 53 и аксиально размещенными у ползунов 54 и 55 кулачками 56 и 57, ползуны 54 и 55 - роликами 58 и 59, взаимодействующими с наклонными поверхностями кулачков 56 и 57 (фиг.2, 5 и 6), а между ползунами 54 и 55 и соответствующими кулачками 56 и 57 установлены пружины 60 и 61 кручения-сжатия.
Работа передачи происходит следующим образом.
Крутящий момент, приложенный к ведущему валу 1 (фиг.1), через опорные втулки 21 и 22, направляющие 38 передается на диски 4 и 5 с каретками 10.
На каретках 10 пластины 17, перемещающиеся радиально под воздействием пружин или центробежной силы, и втулки цепи 18, опирающейся наконечниками 19 и 20 на конические поверхности 6 и 7 дисков 4 и 5, формируют зубья, которые передают тяговое усилие на ведущую ветвь цепи 18 и далее на ведомый передающий элемент, где также формируются аналогичные зубья, и через каретки, диски, направляющие и опорные втулки крутящий момент передается на ведомый вал 2.
Для изменения величины эффективного диаметра передающих элементов ползунам 25 и 26 ведущего и ведомого передающих элементов от управляющего механизма (не показан) сообщается противоположное по направлению синхронное осевое перемещение (на фиг.1 показано стрелками), в результате чего осевое усилие от ползунов 25 и 26 через рычаги 27 и 28, 29 и 30 кривошипно-ползунных направляющих механизмов передается на концы кареток 10, которые, перемещаясь радиально в направлении, перпендикулярном оси валов 1 и 2, роликами 13 и 14 воздействуют на поверхности внутренних конусов 8 и 9 дисков 4 и 5 передающих элементов, обеспечивая тем самым синхронное радиальное перемещение кареток 10 и осевое перемещение дисков 4 и 5, сближая или разводя их, и устанавливают, таким образом, величину эффективного диаметра каждого передающего элемента, причем пластины 17 кареток 10 и валики цепи 18, наконечники 19 и 20 которой взаимодействуют с коническими поверхностями дисков 4 и 5, находятся в постоянном взаимном контакте, формируя зубья для передачи тягового усилия во всем диапазоне изменения передаточного числа.
Заявляемая передача с гибкой связью может найти применение в машинах, где передаточное число привода изменяется в соответствии с технологическим процессом, например машины для производства бумаги, намоточные аппараты и т.п.
При выполнении передачи с гибкой связью, у которой ведущий передающий элемент снабжен центробежным регулятором, а ведомый - кулачковым регулятором по моменту, работа передачи при использовании ее, например, в качестве элемента трансмиссии автомобиля происходит следующим образом.
При отключенной трансмиссии и отсутствии вращения ведущего вала 62 (фиг.2, 5, 6) ползуны 40 и 41 ведущего передающего элемента под воздействием пружин 44 и 45 находятся в положении, максимально удаленном от фланцев опорных втулок 42 и 43, каретки 39 максимально приближены к оси вала 62, а диски 63 и 64 максимально разведены, что соответствует минимальной величине эффективного диаметра ведущего передающего элемента. В этот момент ползуны 54 и 55 ведомого передающего элемента под воздействием осевых сил от усилия предварительного сжатия и закрутки пружин 60 и 61 максимально приближены к фланцам опорных втулок 46 и 47, каретки 65 максимально удалены от оси вала 51, а диски 49 и 50 максимально сведены, что соответствует максимальной величине эффективного диаметра ведомого передающего элемента и, соответственно, максимальному передаточному числу передачи.
В начальный момент движения двигатель, соединенный с ведущим валом 62 передачи, вращается с частотой, соответствующей его максимальному крутящему моменту, в результате чего каретки 39 под воздействием центробежной силы, соответствующей этой частоте, через ролики 66 и 67 создают осевые усилия на дисках 63 и 64, вследствие чего при равенстве окружных усилий на ведущем и ведомом передающих элементах каретки 39 максимально приближены к оси вала 62, а диски 63 и 64 максимально разведены, что соответствует минимальной величине эффективного диаметра ведущего передающего элемента; при этом осевые силы от окружного усилия, действующие на диски 49 и 50 ведомого передающего элемента, уравновешиваются осевыми силами от предварительного усилия сжатия и закрутки пружин 60 и 61 и окружного усилия от момента сил сопротивления на ведомом валу 51 в точках контакта роликов 58 и 59 ползунов 54 и 55 с наклонными поверхностями кулачков 56 и 57 (фиг.2, 5 и 6). Под воздействием этих осевых сил ползуны 54 и 55 максимально приближены к фланцам опорных втулок 46 и 47, каретки 65 максимально удалены от оси вала 51, а диски 49 и 50 максимально сведены, что соответствует максимальной величине эффективного диаметра ведомого передающего элемента и, соответственно, максимальному передаточному числу передачи.
Таким образом, при движении автомобиля в начальный момент и при дальнейшем движении с максимальным моментом сил сопротивления передача автоматически устанавливает максимальное передаточное число, соответствующее частоте вращения двигателя и моменту сил сопротивления на ведомом валу, что обеспечивает разгон автомобиля или преодоление постоянного дорожного сопротивления при его движении.
При уменьшении момента сил сопротивления на ведомом валу 51 уменьшается крутящий момент двигателя, в результате чего в соответствии с внешней характеристикой двигателя (ДВС) увеличиваются его частота вращения и центробежная сила, воздействующая на каретки 39, которые, преодолевая сопротивление пружин 44 и 45, перемещаются радиально от оси вала 62 и, воздействуя через ролики 66 и 67 на поверхности внутренних конусов 68 и 69 дисков 63 и 64, сводят их, увеличивая таким образом величину эффективного диаметра ведущего передающего элемента; при этом на ведомом валу 51 уменьшаются осевые силы от момента сил сопротивления, действующие на ползуны 54 и 55, которые, преодолевая сопротивление пружин 60 и 61, перемещаются относительно наклонных поверхностей кулачков 56 и 57, удаляясь от фланцев опорных втулок 46 и 47, в результате чего каретки 65 перемещаются к оси вала 51, диски 49 и 50 разводятся, уменьшая таким образом величину эффективного диаметра ведомого передающего элемента и, соответственно, уменьшая передаточное число трансмиссии.
Таким образом, с уменьшением момента сопротивления на ведомом валу уменьшается и передаточное число передачи, вплоть до минимального его значения, соответствующего максимальной частоте вращения двигателя.
С увеличением момента сил сопротивления на ведомом валу 51 увеличиваются осевые силы от этого момента, действующие на ползуны 54 и 55 со стороны кулачков 56 и 57, которые перемещаются относительно их наклонных поверхностей к фланцам опорных втулок 46 и 47, в результате чего каретки 65 перемещаются от оси вала 51 к периферии дисков 49 и 50, которые сводятся, увеличивая таким образом величину эффективного диаметра ведомого передающего элемента; при этом с увеличением момента сил сопротивления уменьшается частота вращения двигателя, вследствие чего уменьшается центробежная сила, действующая на каретки 39 ведущего передающего элемента, которые под воздействием осевых сил от окружного усилия и пружин 44 и 45 перемещаются к оси вала 62, а диски 63 и 64 разводятся, уменьшая таким образом величину эффективного диаметра ведущего передающего элемента и, соответственно, увеличивая передаточное число передачи.
При дальнейшем увеличении момента сил сопротивления передаточное число передачи автоматически увеличивается до максимального, соответствующего минимальной частоте вращения и максимальному крутящему моменту двигателя.
Таким образом, исполнение заявляемой передачи обеспечивает бесступенчатое изменение передаточного числа в зависимости от частоты вращения ведущего вала и момента сил сопротивления на ведомом, что позволяет использовать ее в трансмиссиях транспортных машин и расширяет ее эксплуатационные возможности.
1. Передача с гибкой связью, содержащая ведущий и ведомый валы, установленные на валах ведущий и ведомый передающие элементы, каждый из которых состоит из двух дисков с наружными конусами на их внутренних, обращенных друг к другу торцах, имеющие каждый на конической поверхности радиальные пазы, расположенные напротив пазов соответствующего диска, каретки, установленные в пазах с возможностью перемещения вдоль них и снабженные элементами зацепления с гибкой связью, охватывающей передающие элементы, и средство для изменения величины эффективного диаметра передающих элементов, отличающаяся тем, что диски передающих элементов подвижны в осевом направлении, наружные торцы каждого диска выполнены в виде внутреннего конуса, образующая которого параллельна образующей наружного конуса диска, пазы дисков выполнены сквозными, каретки имеют удлиненные концы, выступающие за наружные торцы соответствующих дисков, снабжены установленными на осях роликами, взаимодействующими с поверхностью внутренних конусов дисков, и связаны со средством изменения величины эффективного диаметра передающих элементов.
2. Передача по п.1, отличающаяся тем, что пазы дисков выполнены двойными, расположенными симметрично относительно плоскости, проходящей через образующую внутреннего конуса и ось вала, и параллельными ей, концы кареток - П-образными, а наружная поверхность роликов - сферической.
3. Передача по п.1, отличающаяся тем, что средство изменения величины эффективного диаметра передающих элементов содержит опорные втулки, неподвижно установленные на каждом валу аксиально наружным торцам дисков, каждая из которых имеет цилиндрическую часть и фланец, обращенный к наружному торцу соответствующего диска; ползуны, установленные на цилиндрической части каждой опорной втулки с возможностью осевого перемещения, и размещенные у каждого конца кареток кривошипно-ползунные направляющие механизмы с равноплечими рычагами, шарнирно соединенными между собой, с осями роликов кареток, с фланцами опорных втулок и ползунами.
4. Передача по п.3, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, кареткам ведущего передающего элемента придана масса, обеспечивающая выполнение ими функций центробежного регулятора, ползуны ведущего передающего элемента подпружинены относительно фланцев опорных втулок, а опорные втулки ведомого передающего элемента установлены на ведомом валу с возможностью окружного перемещения, ведомый вал дополнительно снабжен аксиально размещенными у ползунов и закрепленными на нем кулачками, ползуны снабжены роликами, взаимодействующими с наклонными поверхностями кулачков, причем между каждым ползуном и кулачком установлены пружины сжатия-кручения.
