Фрикционный торовый вариатор

Изобретение относится к машиностроению, а конкретнее — к вариаторам с непрерывным изменением соотношения вращения ведомого и ведущего валов. Фрикционный торовый вариатор содержит ведущий и ведомый диски, которые выполнены набором колец (2, 3), образующих вместе тороидальную поверхность и соединенных с ведущим и ведомым валами (1, 4) штангами (12, 16) с подпружиненным зазором снаружи штанг. Кольца (2, 3) относительно друг друга и ведущего и ведомого валов имеют возможность перемещения на шлицах параллельно главной оси вариатора. Фрикционным посредником между ними является шар (10), который передает вращение от колец ведущего кольцам ведомого диска и вращается в держателе (5) в задаваемом кольцами направлении и вокруг главной оси вариатора. Каждое кольцо подпружинено так, что имеется постоянный зазор между кольцами и шарами. Исполнительный механизм последовательно прижимает противостоящие кольца ведущего и ведомого дисков для фрикционного контакта. Механизм контроля и управления включает управляющую шестерню (8), работающую в паре с кольцевидной шестерней (7), прикрепленной к держателю (5), плоскую витую пружину, одним концом соединенную с корпусом, а другим — с держателем (5) или с управляющей шестерней (8). Такое выполнение вариатора упрощает контроль и управление передаточным отношением. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к фрикционным передачам с непрерывным изменением передаточного отношения, и более конкретно к передачам, в которых усилие передается за счет качения роликов по дорожкам с тороидальной поверхностью.

Известен вариатор US 3276279, выбранный нами за прототип, в котором изменяют положение фрикционного диска, изменяя угол плоскости его вращения. Вариатор содержит входной и выходной диски с тороидальными дорожками качения. Между тороидальными поверхностями расположены фрикционные ролики. Каждый фрикционный ролик через подшипники свободно посажен на одной из осей крестовины, которая является осью вращения фрикционного ролика. Эта ось представляет собой внутреннее кольцо подшипника. Вторую ось крестовины определяет цилиндр, посаженный боковой поверхностью в держателе, связанном с корпусом. Этот цилиндр выполнен с поршнем двухстороннего действия, соединенным с держателем ролика. Цилиндр соединен с входным и выходным гидравлическими выводами. Изменение разности давлений, действующей на поршень текучей среды, изменяет угол плоскости вращения ролика, а соответственно, передаточное отношение. Давление меняется гидравлическим серводвигателем. Вариатор снабжен устройством контроля передаточного отношения по положению серводвигателя. Основными недостатками прототипа являются сложность механизма контроля передаточного отношения, включающего гидравлическую систему (насос, датчики давления и расхода жидкости, сложную систему трубок подвода жидкости), обуславливающую высокие потери, а также сравнительно небольшой диапазон изменения передаточного отношения, определяемый углом отклонения фрикционного диска (около 50 градусов).

Техническим результатом возможного изобретения является упрощение контроля и управления передаточным отношением с плавным, точным, а при необходимости ускоренным — в одном из вариантов изменением режимов работы вариатора.

Поставленная задача решается тем, что фрикционный торовый вариатор, как и прототип, содержит соосные входной и выходной диски с тороидальными поверхностями и, по меньшей мере, один фрикционный посредник между ними, взаимодействующий с их поверхностями, держатель фрикционных шаров и механизмы для контроля, управления и исполнительный передаточного отношения путем изменения угла отклонения линии 2-х пятен фрикционного контакта для каждого фрикционного посредника, последовательно прижимая противостоящие кольца ведущего и ведомого дисков, и вследствие этого изменения угла вращения фрикционного шара относительного оси входного и выходного дисков.

Исполнительный механизм выполнен в 4-х вариантах:

2-й — штанги 18, направляющие 19, диски 20 вместе с неподвижными в корпусе направляющими 19 для штанг 18, которые меняют посредством дисков 20 противостоящие кольца фрикционного контакта. При одновременном вращении от колец диски 20, двигаясь в плоскости или параллельно оси OO1,нажимают в скольжении следующее «отжатое» от шара 10, своей пружиной зазора, кольцо.

4-й — роль редуктора из шестерен 21-26 третьего варианта исполняет кольцо 32 (фигура 7), которое вращается, при вращении держателя 5, вокруг оси, параллельной OO1, подобно шайбе или на подшипнике, приводится от неподвижно закрепленной в корпусе шестерни 33 и приводит рейку 27, которая приводит цепи 30, 31.

Изобретение иллюстрируется графическими материалами, где на фигуре 1 — вид в продольном разрезе первого варианта, на фигуре 2 — вид в продольном разрезе второго варианта, на фигуре 3 — поперечный вид держателя шаров с кольцевидной шестерней 2-го варианта, на фигуре 4 — поперечный разрез второго варианта, на фигуре 5 — вид в продольном разрезе 3-го варианта, на фигуре 6 — поперечный вид держателя с закрепленным на нем редуктором и неподвижной кольцевидной шестерней за ним, на фигуре 7 — вид в продольном оси OO1 разрезе держателя с заменяющим редуктор кольцом на нем.

Варианты исполнения

2. Фигуры 2, 3, 4 — управляющая двойная шестерня 8 работает в паре с шестерней 7 держателя 5 и полукольцевидной штангой 18 с зубчатым нарезом, могущей двигаться в направляющей 19. Штанга 18 на концах имеет нажимные вращающиеся диски 20.

4. Фигура 7 — роль редуктора из шестерен 21, 22, 23, 25, 26 выполняет кольцо 32, огибающее шар 10 на держателе 5.

Ориентирование при описании работы вариатора: со стороны ведущего вала 1, вращение ведущего вала 1 вправо, кроме второго варианта. Исходное положение держателя 5 и колец всех вариантов — это «А» (фигуры 1, 2, 5), при котором фрикционный шар 10 зажат между кольцом диска 3 наименьшего диаметра и кольцом диска 2 наибольшего «А» вм/вд=1/z, "Б"=1/1, "B«=z/1, где вм — ведомый вал, z — число изменения передаточного отношения в одну сторону. Для данных кинематических схем z≥4.

В положении «А» сопротивление пружины 14 минимально, в положении «В» — максимально.

Для всех четырех вариантов исполнения данный вариатор работает следующим образом. Исходное положение «А» — так как при высвобождении от нагрузки ведомого диска 3 и/ или ведущего 2 (если противостоящие кольца не были в этом положении до этого) пружина 14, связанная с держателем 5 непосредственно или редукцией шестерни 8, раскручивается (высвобождается от напряжения), вместе с держателем 5, который, вращаясь, приводит исполнительный механизм, последовательно меняющий прижатые к шару 10 противостоящие кольца (в дисках 2, 3), при этом точка фрикционного контакта на диске 2 передвигается от наименьшего радиуса к наибольшему, а на диске 3 наоборот — к положению «А».

При начале вращения вала 1 и наличии штатной нагрузки на валу 4, трогании транспорта с места, из положения «А» вм/вд=1/z диск 2 кольцом на фрикционном контакте вращает шар 10, т.к. вал 4 испытывает сопротивление вращению от шара 10, а сопротивление пружины 14 в положении «А» минимально, увлекается во вращение шаром 10 держатель 5, диск 3 стоит..., по мере вращения от двигателя вала 1 с диском 2 шара 10 и от него держателя 5 сопротивление закручивающейся пружины 14 увеличивается, исполнительный механизм, связанный редукцией, как правило (варианты 2, 3, 4), с держателем 5, при его вращении приводится в действие, последовательно меняя противостоящие кольца фрикционного контакта от положения «А» к «В» — N⇒z/1, в момент, когда возрастающее сопротивление пружины 14 попутному вращению держателя 5 и изменившееся соотношение уравновешивают и превышают сопротивление на валу 4, меняется соотношение сил, приостанавливается вращение держателя 5, начинается ращение диска 3, дискретно устанавливается новое соотношение вращения валов.

Действие пружины 14 при работе вариатора — это противодействие вращению держателя 5 в направлении вращению двигателя, при заданных соотношениях редукции, червячной пары... его сопротивление определенное в каждом соотношении соответственно заложенным характеристикам.

Для варианта 1:

Для варианта 2:

Для варианта 3, 4:

Редуктор 21-й шестерней приводится от закрепленной в корпусе 15 неподвижно шестерни 33 при вращении держателя 5. Цепи 30, 31 могут двигаться внутри «тоннеля» — в неподвижных (относительно своих валов) штангах 12, 16, переходящего в валы 1, 4. Нажимные ролики цепей 30, 31 прикреплены к одному из звеньев, для хода ролика прорезь в штангах 12, 16.

Окончание и начало работы вариатора во всех выше описанных вариантах в положении «А» или близком к нему обеспечит плавное начало и окончание работы вариатора, а так как изменение N происходит только при относительном набегании фрикционных шаров — вращении держателя 5 — то и продолжение.

2. Фрикционный торовый вариатор по п.1, отличающийся тем, что исполнительный механизм изменения передаточного отношения включает в себя отклоняемые штанги колец, образующих диски, также каждая штанга подпружинена с усилием в сторону фрикционных шаров, держатель фрикционных шаров может фронтально передвигаться на общей оси ведущего и ведомого валов независимо от своего вращения, а также две управляющие шестерни, одна из них редукционно соединена с внешней шестерней держателя, другая — с резьбой наружного кольца держателя.

4. Фрикционный торовый вариатор по п.1, отличающийся тем, что механизм изменения передаточного отношения включает в себя редуктор, прикрепленный к держателю фрикционных шаров, приводящийся от закрепленной в корпусе шестерни при вращении относительно нее держателя, который приводит зубчатую круглого сечения рейку с возможностью передвижения вдоль оси, цепи с зубьями для соединения с зубчатой рейкой, находящиеся внутри штанг колец и ведущего, ведомого валов и соединенные через прорези в штангах с прижимными роликами.