ШКИВ КЛИНОРЕМЕННОГО ВАРИАТОРА Российский патент 1995 года по МПК F16H55/56 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к бесступенчатым передачам с гибкой связью.

Известен шкив клиноременного вариатора, содержащий вал, размещенные на нем жестко закрепленный и подвижный в осевом и окpужном направлениях конусные диски, причем подвижный конусный диск подпружинен пружиной сжатия-кручения, концы которой связаны с диском и опорной шайбой, закрепленной на валу [1].

Известное устройство имеет низкую надежность работы.

Наиболее близким к заявляемому по совокупности признаков является шкив клиноременного вариатора, содержащий вал, установленные на нем с возможностью осевого и окружного перемещения конусные диски. Один диск подпружинен ко второму диску пружиной сжатия-кручения, связанный с диском и валом, второй диск подпружинен к первому диску пружиной сжатия [2].

Недостаток шкива - невысокая надежность работы вследствие чрезмерного увеличения осевой силы на дисках при перегрузке.

Цель изобретения - повышение надежности и долговечности шкива клиноременного вариатора путем ограничения осевой силы при перегрузке.

Поставленная цель достигается тем, что шкив клиноременного вариатора, содержащий вал, установленные на нем конусные диски, один из которых установлен с возможностью осевого и окружного перемещения и связан с пружиной сжатия-кручения, пружину сжатия и опорную шайбу, жестко закрепленную на валу, снабжен промежуточным элементом, установленным с возможностью осевого перемещения относительно вала и связанным с пружиной сжатия-кручения. Пружина сжатия расположена между опорной шайбой и промежуточным элементом. Промежуточный элемент установлен между пружинами. Средний диаметр витка пружины сжатия-кручения выбирается из условия:
D < где d - посадочный диаметр промежуточного элемента;
t - минимальный шаг витков пружины сжатия-кручения;
f - коэффициент трения в сочленении вала и промежуточного элемента.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема шкива клиноременного вариатора; на фиг. 2 и 3 - расчетные схемы пружины сжатия-кручения.

Шкив клиноременного вариатора содержит вал 1, на котором жестко закреплен конусный диск 2. Конусный диск 3 установлен с возможностью осевого и окружного перемещения относительно вала 1. В клиновидной канавке, образованной конусными участками дисков 2 и 3, расположен клиновой ремень 4. Пружина сжатия-кручения 5 связана одним концом с конусным диском 3, вторым концом - с промежуточным элементом, выполненным в данном примере в виде диска 6. Диск 6 связан с валом 1 посредством направляющей шпонки 7 и имеет возможность осевого перемещения относительно вала. Пружина сжатия 8 установлена между диском 6 и опорной шайбой 9, жестко закрепленной на валу 1, следовательно, диск 6 расположен между пружинами 5 и 8. Шкив клиноременного вариатора работает следующим образом. Пружины 5 и 8 поставлены с предварительным натяжением, равным начальному усилию, обеспечивающему пуск передачи при исходном натяжении ремня 4.

Половина крутящего момента шкива передается от вала 1 на ремень 4 непосредственно конусным диском 2. Вторая половина крутящего момента передается от вала 1 на ремень 4 посредством шпонки 7, диска 6, пружины 5 и конусного диска 3. Описанная последовательность дана для случая, когда вал 1 является ведущим. В противном случае передача нагрузки осуществляется в обратном порядке.

Направление навивки пружины 5 выбирается таким, чтобы под воздействием передаваемого крутящего момента происходило закручивание ее витков. При закручивания пружины 5 происходит увеличение осевой силы сжатия пропорционально величины передаваемого крутящего момента. Параметры элементов устройства выбираются такими, чтобы величина прироста осевой силы пружины 5 при закручивании превышала силу трения на шпонке 7. Поскольку в статическом состоянии (при отсутствии нагрузки) начальные усилия сжатия пружин 5 и 8 взаимно уравновешиваются, диск 6 при передаче нагрузки переместится влево. При этом увеличивается сила сжатия пружины 8 и уменьшается сила сжатия пружины 5. Перемещение диска 6 влево будет продолжаться до тех пор, пока при передаче номинальной нагрузки действующие на диск 6 силы (сила сжатия пружины 8, сила трения в шпоночном соединении и сила сжатия пружины 5 с учетом осевой силы от ее закручивания) не будут уравновешены. После этого диск 6 занимает новое положение равновесия в соответствии с передаваемым номинальным крутящим моментом.

Следовательно, рассматриваемая конструкция обеспечивает зажатие ремня 4 в соответствии с передаваемой нагрузкой, не превышающей номинальную, что позволяет поддерживать в ремне оптимальное натяжение, позволяющее повысить его долговечность.

При наступлении перегрузки, превышающей номинальный крутящий момент, увеличивается закручивание пружины 5, что приводит к возрастанию осевой силы ее сжатия. Осевое равновесие диска 6 нарушается и он перемещается влево. При этом уменьшается сила сжатия пружины 5, что ограничивает перегрузку передачи за счет ограничения силы зажатия ремня 4.

По окончании перегрузки система возвращается в исходное положение.

Для установления силовых факторов в пружине 5 воспользуемся расчетной схемой, представленной на фиг.2.

Начальная сила сжатия Р пружины 5 приводит к возникновению в любом сечении ее витка момента М, который можно разложить на составляющие: изгибающий момент М_и и крутящий момент Т_к.

Окружная сила F_t (от момента закручивания) создает момент М', который можно разложить на изгибающий момент М_и' и крутящий момент Т_к'.

Пренебрегая, ввиду незначительности, моментом М_и, расчет проводим, учитывая действие только моментов Т_к и Т_к'. Принимая во внимание одинаковую направленность векторов моментов Т_к и Т_к', получаем:
P + P₁= (1) где Р₁ - дополнительная осевая сила от закручивания пружины 5;
D - средний диаметр витка пружины 5;
α- угол подъема витка пружины 5.

Учитывая, что
T_к = cosα
T = M′·sinα = · sinα получим с учетом (1):
Р + Р₁ = Р + F_t ˙tg α. (2)
Но
F_t = где Т - крутящий момент, передаваемый конусным диском 3. Тогда (2) запишется в следующем виде
P + P₁= P + · tgα (3)
Схема разложения силы Р + Р₁ на составляющие приведена на фиг.3 (масштаб сил по сравнению с фиг.2 увеличен).

Второе слагаемое в правой части (3), представляющее собой дополнительную осевую силу от закручивании пружины 5, является функцией Т и α.

Для установления условия перемещения диска 6 под действием приложенных к нему сил запишем неравенство:
Р + Р₁ > Р₂ + Р_тр (4) где Р₂ - начальная сила сжатия пружины 8;
Р_тр. - сила трения на шпонке 7:
P_тр = f (5) где f - коэффициент трения в шпоночном соединении;
d - диаметр вала 1 в зоне сочленения с диском 6.

Подставив в (4) значения (3) и (5), получим:
D < (6)
При получении условия (6) принято, в соответствии с начальным условием, Р = Р₂, а также
tgα = где t - шаг витков пружины 5.

Таким образом, при выполнении условия (6) обеспечивается при перегрузке отход влево диска 6 и ограничение перегрузки.

Поскольку при регулировании передаточного отношения вариатора ремень 4 переходит на меньшие диаметры конусных дисков 2 и 3, а диск 3 при этом перемещается влево, сжимая пружину 5, величина t уменьшается. Поэтому при определении D в выражение (6) должна быть подставлена минимальная величина t, т.е. соответствующая максимальному раздвиганию конусных дисков 2 и 3. В этом положении (при постоянном Т) минимальная величина Р₁ должна обеспечивать при наступлении перегрузки перемещение влево диска 6, т.е. выполнение условия (4).

Принимаемая минимальная величина D должна удовлетворять условию сборки устройства, т.е.

D≥d₁ + d₂ + h, где d₁ - диаметр вала 1 (ступиц дисков 3 или 6) в зоне установки пружины 5;
d₂ - диаметр проволоки пружины 5;
h - минимальный зазор между пружиной 5 и валом 1 (ступицей дисков 3 или 6) в зоне установки пружины (h = 5-10 мм).

Использование изобретения позволит повысить надежность и долговечность устройства за счет ограничения действующих нагрузок.

Использование: в машиностроении, в передачах с гибкой связью. Сущность изобретения: на валу установлены конусные диски - неподвижный 2 и подвижный 3, связанный с концом пружины сжатия-кручения 5. Второй конец пружины 5 связан с диском 6, соединенным с валом 1 посредством шпонки 7. Пружина сжатия 8 размещена между диском 6 и опорной шайбой 9. 3 ил.

ШКИВ КЛИНОРЕМЕННОГО ВАРИАТОРА, содержащий вал, установленные на нем два конусных диска, один из которых установлен с возможностью осевого и окружного перемещения относительно вала, установленную на валу пружину сжатия-кручения, закрепленную одним концом на конусном диске, установленном с возможностью осевого и окружного перемещения относительно вала, жестко закрепленную на валу опорную шайбу и установленную на валу пружину сжатия, отличающийся тем, что он снабжен установленным на валу с возможностью осевого перемещения промежуточным элементом, связанным первым торцом с вторым концом пружины сжатия-кручения, пружина сжатия установлена между опорной шайбой и вторым торцом промежуточного элемента, а средний диаметр витка пружины сжатия-кручения выбран из условия

где d - посадочный диаметр промежуточного элемента;
t - минимальный шаг витков пружины сжатия-кручения;
f - коэффициент трения в контактной паре вал - промежуточный элемент.