ВАРИАТОР СКОРОСТИ Российский патент 1994 года по МПК F16H9/24 

Изобретение относится к механике и может найти применение в различных машинах для плавного изменения скорости вращения ведомого вала.

Известен вариатор, содержащий корпус с ведущим и ведомым валами, конусообразные элементы, узел связи между ведущим и ведомым валами, узел регулирования положения элементов для передачи крутящего момента [1] .

Недостаток данной конструкции вариатора состоит в том, что он не обеспечивает передачу большой мощности, обладает низким КПД и малой долговечностью.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению вариатор, содержащий корпус с ведущим и ведомым валами, конусообразные элементы, установленные под углом один к другому с образованием рабочего зазора между образующими, узел связи между ведущим и ведомым валами, выполненный в виде шестерни, установленной жестко на ведомом валу напротив рабочего зазора, и гибкой бесконечной кольцеобразной шестерни, находящейся в постоянном зацеплении с шестерней ведомого вала с обеспечением обкатывания звеньев гибкой шестерни рабочими поверхностями конусообразных элементов, и узел регулирования, состоящий из механизма ввода гибкой шестерни в рабочий зазор на заданный радиус, выполненного в виде охватывающей гибкую шестерню рамки, соединенной с корпусом и с ползуном, кинематически связанным с ведомым валом, установленным в направляющих корпуса с возможностью перемещения вместе с шестерней вдоль рабочего зазора, и гибкой пластины [2] .

Недостаток данной конструкции состоит в том, что образующие конусообразных элементов расположены под углом одна к другой, и не обеспечивается надежность контакта с их рабочими поверхностями торцовых элементов цевочного зацепления, что ведет к снижению передаваемой мощности и долговечности. Кроме того, для изменения радиуса захода цепи требуется смещение конусообразных элементов по их оси, что ведет к усложнению и использованию дополнительного механизма. Для передачи момента от ведущего вала к ведомому в данном вариаторе используется цевочное зацепление, которое требует точности изготовления и ненадежно в эксплуатации.

Цель изобретения - повышение мощности, долговечности и упрощение конструкции.

Это достигается тем, что образующие конусообразных элементов параллельны друг другу.

На фиг. 1 изображен вариатор, общий вид; на фиг. 2 - то же, план (узел регулирования и верхний ползун условно не изображены); на фиг. 3 - зацепление жесткой шестерни и гибкой бесконечной кольцеобразной шестерни в рабочей зоне; на фиг. 4 - участок гибкой бесконечной кольцеобразной шестерни в увеличенном масштабе; на фиг. 5 и 6 - соответственно звено гибкой бесконечной кольцеобразной шестерни и вид по стрелке А на фиг. 5 с установленными подпружиненными клавишами; на фиг. 7 - узел конусообразных элементов и жесткой и гибкой шестерен; на фиг. 8 - узел I на фиг. 1, на фиг. 9 и 10 - соответственно сечения Б-Б и В-В на фиг. 7.

Вариатор содержит корпус 1, ведущий вал 2 и ведомый вал 3. На ведущем валу 2 в подшипниковой опоре 4 установлен конусообразный элемент 5, связанный кинематически со вторым конусообразным элементом 6, установленным в подшипниковой опоре. Кинематически связь конусообразных элементов 5 и 6 осуществлена посредством выполненных на торцах этих элементов конических шестерен 8, находящихся в зацеплении, благодаря чему обеспечивается синхронное вращение конусообразных элементов 5 и 6 в одном направлении. Конусообразные элементы 5 и 6 ориентированы при установке так, чтобы их образующие были параллельны, образуя рабочий зазор 9 (фиг. 2, 3) постоянной и неизменной ширины а по всей длине образующей.

В рабочем зазоре 9 расположен постоянно участок гибкой бесконечной кольцеобразной шестерни 10, находящейся в постоянном зацеплении с шестерней 11, укрепленной жестко на ведомом валу 3, который установлен в ползунах 12, скользящих в направляющих 13 корпуса 1 таким образом, что шестерня 11 располагается напротив рабочего зазора 9 и вместе с ведомым валом 3 может смещаться вдоль рабочего зазора 9.

Гибкая бесконечная кольцеобразная шестерня 10 состоит из корпусов 14 (фиг. 3-8), имеющих с наружной части зубья 15 с эвольвентным профилем 16. На каждом корпусе 14 выполнены параллельные ушки 17 с отверстиями для соединения с последующим корпусом 14 по средней линии 18 (фиг. 3) зуба 15 с помощью оси 19. Ушки 17 предыдущего корпуса 14 располагаются также в пазах 20 с отверстием, выполненным в корпусах 14 на глубину, равную толщине ушек 17, что позволяет ушкам предыдущего звена находиться в одной плоскости с боковыми поверхностями корпуса 4 последующего звена.

Кроме того, пазы 20 выполняются таким образом, чтобы для ушек 17 создавалось возможность беспрепятственно поворота вокруг осей 19 на некоторый угол.

В каждом корпусе 14 с обоих его торцов установлены клавиши 21, под которыми расположены пружины 22. Клавиши 21 имеют внутренние поверхности 23, являющиеся параллельными и выходящие в глухой паз 24, выполненный с одной внутренней стороны корпуса 14, а с противоположной стороны его выполнен фиксирующий выступ (зуб) 25 с боковыми сторонами 26, являющимися также параллельными. Толщина клавиш 21, глубина их кода и ширина выступов 25 выбираются так, чтобы при утапливании клавиш 21 в рабочем зазоре за счет воздействия рабочих поверхностей конусообразных элементов 5 и 6 наружные поверхности клавиш 21 были на одном уровне с торцовыми поверхностями корпусов 14, при этом обеспечивается силовое сжатие выступов 25 с обеих сторон 26 внутренними поверхностями 23 клавиш 21.

Для изменения радиуса R₁ гибкой бесконечной кольцеобразной шестерни 10 в рабочем зазоре 9 постоянной ширины а служит механизм, состоящий из рамки 27 (фиг. 8), имеющий основание 28, на котором установлен элемент качения - ролик 29 с осью 30, которая несколько смена по ходу звеньев гибкой бесконечной кольцеобразной шестерни 10 для создания условий лучшего прохождения звеньев. К рамке 27 со стороны кода звеньев гибкой бесконечной кольцеобразной шестерни 10 прикреплена жестко гибкая пружинящая консольная пластина 31 (фиг. 1 и 8), имеющая на конце заходный участок (плавный загиб) с установленным на нем роликом 32.

Элементы качения, подобные роликам 29 и 32, могут быть установлены по всей длине пластины 31. Рамка 27 через шарнир 33 соединена со штангами-рычагами 34 и 35 (фиг. 1), один из которых - рычаг 34 соединен с корпусом 1 посредством шарнира 36, а другой рычаг 35 установлен на шарнире 37 одного из регулировочных ползунов 38, расположенных в направляющих 39. Оба ползуна 38 жестко соединены с регулировочной штангой 40, выполненной симметричной. Ползуны 38 жестко соединены с ползунами 12 посредством опор 41.

С внешней стороны конусообразных элементов 5 и 6 на уровне рабочей зоны зацепления (фиг. 2, 3 и 7) могут быть установлены опорные конусообразные ролики 42, укрепленные на стойках 43, соединенных жестко с корпусом 1. Ролики 42 служат для более надежного фиксирования величины а - ширины рабочего зазора 9 по всей длине его рабочей поверхности.

Для лучшего сцепления поверхности 44 конусообразных элементов 5 и 6 торцы корпусов 14, а также поверхности клавиш 21 имеют рифления 45 (фиг. 5, 6, 9 и 10).

Вариатор работает следующим образом.

В исходном состоянии, до начала вращения ведущего вала 2 и при фиксированном положении регулировочной штанги 40, соответствующем определенному передаточному отношению = , а также определенному положению ведомого вала 3 и рамки 27, несколько звеньев гибкой бесконечной кольцеобразной шестерни 10 зажаты в рабочем зазоре 9 на определенном радиусе R₁. Основная часть гибкой бесконечной кольцеобразной шестерни 10, звенья которой не участвуют в зацеплении, располагается свободно вне рабочего зазора 9, занимая некоторое произвольное положение (фиг. 1).

После приложения крутящего момента к валу 2 с угловой скоростью вращения ω₁ происходит синхронное вращение конусообразных элементов 5 и 6 и обкатывание с торцов корпусов 14 звеньев гибкой бесконечной кольцеобразной шестерни 10 с обеспечением при этом жесткого силового зажима в рабочей зоне (фиг. 1, 3). В этой зоне имеет место силовое замыкание таких элементов гибкой бесконечной кольцеобразной шестерни 10 как клавиш 21 и выступов 25. Этому предшествует следующие этапы в работе гибкой бесконечной кольцеобразной шестерни 10. В свободном состоянии, т. е. вне пределов рабочей зоны, клавиши 21, будучи отжатые пружинами 22, выступают за торцовые поверхности корпусов 14. При движении гибкой бесконечной кольцеобразной шестерни 10 ее звенья заходят сначала на пластину 31, далее - в створ рамки 27 и попадают в зону зацепления выступающих внешних поверхностей клавиш 21 с поверхностями 44 конусообразных элементов 5 и 6, плавно сужающимися, переходящими в постоянной ширины а рабочий зазор 9, в результате чего происходит плавное и постепенное сжатие клавиш 21 с обеих сторон, их утапливание.

Рамка 27 своим положением определяют точку захода звеньев гибкой бесконечной кольцеобразной шестерни 10 в рабочий зазор 9 на требуемый радиус R₁. При подходе звеньев гибкой бесконечной кольцеобразной шестерни 10 к рабочей зоне и непосредственно в ней обеспечивается жесткая фиксация корпусов 14, и на этом участке происходит формирование сегмента стандартной шестерни с зубьями с эвольвентным профилем, находящимися в зацеплении с зубьями шестерни 11 (фиг. 3). В результате момент с ведущего вала 2 передается на ведомый вал 3, причем передача происходит без проскальзывания поверхностей таких участвующих в передаче деталей вариатора как конусообразные элементы 5 и 6 и корпуса 14 и клавиши 21 одна относительно другой.

После прохождения рабочей зоны клавиши 21 плавно возвращаются в исходное положение и после этого звенья-корпуса 14 гибкой бесконечной кольцеобразной шестерни 10 приходят в расфиксированное состояние.

Для изменения передаточного отношения перемещают регулировочную штангу 40 вдоль корпуса 1, например влево. При этом происходит подъем рамки 27 и смещение звеньев гибкой бесконечной кольцеобразной шестерни 10 на другое значение радиуса R₁, в данном случае - большее, чем предыдущее, а также смещение (влево по чертежу фиг. 1) ползунов 12 ведомого вала 3.

Происходит формирование сектора стандартной шестерни из звеньев гибкой бесконечной кольцеобразной шестерни 10 на новом, большем радиусе R₁, а поскольку радиус R₂ шестерни 11 постоянен, то угловая скорость ω₂ ведомого вала 3 увеличивается. Для уменьшения скорости вращения ведомого вала 3 штангу 40 смещают по сравнению с выше описанным первоначальным направлением смещения в противоположном направлении - вправо по чертежу - в итоге происходит заход звеньев гибкой бесконечной кольцеобразной шестрени 10 на меньшем значении радиуса R₁.

В данном вариаторе передача усилий осуществляется по линии, причем в постоянном и неизменном рабочем зазоре, полученном за счет фиксированного и неизменяемого независимо от передаточного отношения положения образующих конусообразных элементов, с помощью постоянной шестерни и формируемых непосредственно в рабочем зазоре в жесткий шестеренчатый сектор звеньев гибкой бесконечной кольцеобразной шестерни, что обеспечивает простоту и надежность работы конструкции.

Благодаря жесткой силовой связи передача момента происходит надежно и в значительном диапазоне мощностей.

Регулирование передачи момента происходит плавно и бесступенчато при помощи малого числа основных конструктивно простых элементов и при обеспечении значительного диапазона регулирования.

Конструкция позволяет изменять в достаточном широком диапазоне габариты как самого вариатора, так и габариты (толщины) шестерен по ширине а рабочего зазора. (56) Кожевников С. М. Механизмы. - М. : Машиностроение, 1976, с. 333, рис. 523.

Заявка ФРГ N OS 3429122, кл. F 16 H 9/24, 1986.

Изобретение относится к механике и может найти применение в различных машинах для изменения скорости вращения ведомого вала. Цель изобретения - повышение мощности и долговечности вариатора. Это достигается тем, что в вариаторе, содержащем корпус, ведущий и ведомый валы, конусообразные элементы, установленные под углом друг к другу с образованием зазора между образующими, узел связи между ведущим и ведомым валами и узел регулирования, выполняют образующие конусообразных элементов параллельными друг другу. 6 з. п. ф-лы, 10 ил.

1. ВАРИАТОР СКОРОСТИ, содержащий корпус, ведущий и ведомый валы, конусообразные элементы, установленные под углом друг к другу с образованием рабочего зазора между образующими, узел связи между ведущим и ведомым валами, выполненный в виде шестерни, установленной жестко на ведомом валу напротив рабочего зазора, и гибкой бесконечной кольцеобразной шестерни, находящейся в постоянном зацеплении с шестерней ведомого вала с обеспечением обкатывания звеньев гибкой шестерни рабочими поверхностями конусообразных элементов, и узел регулирования, состоящий из механизма ввода гибкой шестерни в рабочий зазор на заданный радиус, выполненного в виде охватывающей гибкую шестерню рамки, соединенной с корпусом и с ползуном, кинематически связанным с ведомым валом, установленным в направляющих корпуса с возможностью перемещения вместе с шестерней вдоль рабочего зазора, и гибкой пластины, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности и долговечности, образующие конусообразных элементов параллельны одна другой. 2. Вариатор по п. 1, отличающийся тем, что гибкая шестерня выполнена со звеньями-корпусами, каждое из которых имеет в вершине эвольвентный профиль, а в нижней части - скосы и снабжено соединительными ушками, подпружиненными клавишами и фиксирующими выступами. 3. Вариатор по п. 1, отличающийся тем, что пластина выполнена с роликовыми элементами. 4. Вариатор по п. 1, отличающийся тем, что на торцах конусообразных элементов со стороны рабочего зазора выполнены конические шестерни, находящиеся в зацеплении одна с другой. 5. Вариатор по пп. 1, 4, отличающийся тем, что на внешних сторонах конусообразных элементов установлены опорные ролики. 6. Вариатор по пп. 1, 4 и 5, отличающийся тем, что рабочие поверхности конусообразных элементов выполнены с рифлением. 7. Вариатор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что торцевые поверхности звеньев-корпусов гибкой шестерни и внешние поверхности клавиш выполнены с рифлением.