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 два смонтированных на валу конусных диска, один из которых установлен с возможностью осевого и окружного перемещения относительно второго диска, снабжен торцовыми кулачками для взаимодействия с ответными кулачками промежуточной кулачковой втулки, установленной между подвижным диском и жестко закрепленным на валу стаканом с торцовыми кулачками для взаимодействия с кулачками промежуточной втулки, пружину сжатия, расположенную между подвижным диском и стаканом, и ограничители поворота подвижного диска, закрепленные на промежуточной втулке. Угол наклона к оси шкива рабочих поверхностей торцовых кулачков подвижного диска превышает аналогичный угол торцовых кулачков стакана [1].

Известный шкив обладает недостаточно высокой надежностью работы.

Наиболее близким к заявляемому по совокупности признаков является шкив клиноременного вариатора, содержащий установленные на валу два конусных диска, один из которых жестко закреплен на валу, а другой установлен с возможностью вращения и осевого перемещения и снабжен торцовыми кулачками с наклонными к оси шкива рабочими поверхностями для взаимодействия с ответными торцовыми кулачками установленной на валу с возможностью вращения и осевого перемещения промежуточной втулки, закрепленный со стороны подвижного диска на торце вала стакан с торцовыми кулачками, обращенными к кулачкам подвижного диска с углом наклона рабочих поверхностей кулачков, однонаправленным углу наклона к оси шкива рабочих поверхностей торцовых кулачков подвижного диска, для взаимодействия с ответными торцовыми кулачками промежуточной втулки, установленной между подвижным диском и стаканом, ограничитель поворота подвижного диска, выполненный в виде по крайней мере одного выступа на наружном торце подвижного диска и одной угловой канавки, выполненной на участке по наружному диаметру на обращенном к подвижному диску торце стакана, и пружину для поджатия подвижного диска к неподвижному, опирающуюся одним концом на наружный торец подвижного диска, вторым концом - на обращенный к наружному торцу подвижного диска торец промежуточной втулки. Угол наклона к оси шкива рабочих поверхностей торцовых кулачков стакана больше угла наклона рабочих поверхностей торцовых кулачков подвижного диска [2].

Недостаток известного шкива заключается в недостаточно высокой надежности работы, что объясняется увеличением натяжения ремня при перегрузках вследствие дополнительного сжатия пружины.

Цель изобретения - повышение надежности работы шкива клиноременного вариатора.

Поставленная цель достигается тем, что в шкиве клиноременного вариатора, содержащем установленные на валу два конусных диска, один из которых жестко закреплен на валу, а другой, подвижный, установлен с возможностью вращения и осевого перемещения и снабжен торцовыми кулачками с наклонными к оси шкива рабочими поверхностями, закрепленный со стороны подвижного диска на торце вала стакан с торцовыми кулачками, обращенными к кулачкам подвижного диска с углом наклона рабочих поверхностей кулачков, однонаправленным углу наклона к оси шкива рабочих поверхностей торцовых кулачков подвижного диска, установленную на валу с возможностью вращения и осевого перемещения между стаканом и подвижным диском промежуточную втулку с торцовыми кулачками с обоих торцов, обращенными соответственно к торцовым кулачкам подвижного диска и стакана с соответствующими углами наклона рабочих поверхностей кулачков для взаимодействия соответственно между собой. Угол наклона к оси шкива рабочих поверхностей торцовых кулачков стакана больше угла наклона рабочих поверхностей торцовых кулачков подвижного диска. Разность между указанными углами больше величины двойного угла трения между рабочими поверхностями торцовых пар кулачков подвижного диска и промежуточной втулки и стакана и промежуточной втулки. Ограничитель поворота подвижного диска выполнен в виде по крайней мере одного выступа на наружном торце подвижного диска и одной угловой канавки, выполненной на участке по наружному диаметру на обращенном к подвижному диску торце стакана. Имеется пружина для поджатия подвижного диска к неподвижному. Промежуточная втулка выполнена в виде двух частей, связанных между собой в окружном направлении. Пружина установлена между указанными частями, а между подвижным диском и смежной с ним втулкой установлена дополнительная пружина.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема шкива клиноременного вариатора; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - профиль торцовых кулачков частей промежуточной втулки.

Шкив клиноременного вариатора содержит жестко закрепленный на валу 1 конусный диск 2 и подвижный установленный с возможностью вращения и осевого перемещения конусный диск 3. В клиновидной канавке, образованной конусными участками дисков 2 и 3, расположен клиновой ремень 4.

На наружном торце подвижного диска 3 выполнены торцовые кулачки с наклонными к оси шкива рабочими поверхностями, входящие в зацепление с ответными торцовыми кулачками втулки 5, установленной с возможностью вращения и осевого перемещения. Втулка 5 связана в окружном направлении посредством направляющей шпонки 6 с втулкой 7, торцовые кулачки которой с углом наклона рабочих поверхностей, однонаправленным углу наклона к оси шкива рабочих поверхностей торцовых кулачков подвижного диска 3, входят в зацепление с ответными торцовыми кулачками закрепленного со стороны подвижного диска на торце вала 1 стакана 8 (фиг.3). Совокупность втулок 5 и 7 образует промежуточную втулку.

Угол наклона к оси шкива рабочих поверхностей торцовых кулачков втулки 7 и стакана 8 больше угла наклона рабочих поверхностей торцовых кулачков подвижного диска 3 и втулки 5. Разность между указанными углами больше величины двойного угла трения между рабочими поверхностями торцовых пар кулачков подвижного диска 3 и втулки 5, а также втулки 7 и стакана 8. Между взаимообращенными торцами втулок 5 и 7 установлена с предварительным сжатием пружина 9 для поджатия подвижного диска 3 к неподвижному диску 2.

Ограничитель поворота подвижного диска 3 выполнен в виде, по крайней мере, одного выступа 10 на наружном торце подвижного диска и одной угловой канавки 11, выполненной на участке по наружному диаметру на обращенном к подвижному диску торце стакана 8. Между подвижным диском 3 и втулкой 5 установлена дополнительная пружина сжатия с предварительным натяжением.

Шкив клиноременного вариатора работает следующим образом. Первоначальное усилие зажатия ремня 4 между дисками 2 и 3 обеспечивается пружиной 9, что позволяет производить пуск передачи без буксования ремня. В том случае, когда шкив является в передаче ведущим, половина крутящего момента от вала 1 на ремень 4 передается диском 2 за счет трения. Вторая половина момента передается от вала 1 на стакан 8, втулку 7 (посредством торцовых кулачков), посредством шпонки 6 на втулку 5 и далее на ремень 4 посредством торцовых кулачков и подвижного диска 3. Если шкив является ведомым, передача крутящего момента осуществляется в обратном порядке.

При передаче нагрузки, не превышающей номинальную, подвижный диск 3 сместится в окружном направлении относительно втулки 5, в результате чего на торцовых кулачках втулок 5 и 7 возникнут осевые реакции. Параметры торцовых кулачков втулок 5 и 7 (угол наклона рабочих поверхностей кулачков к оси шкива, средний диаметр расположения кулачков и др.) выбираются такими, чтобы при передаче номинального крутящего момента осевые реакции на торцовых кулачках втулок (с учетом терния между кулачками) были больше, чем сумма силы сжатия пружины 9 и силы трения на шпонке 6. В результате этого втулка 5 сместится влево, а втулка 7 - вправо на величину, при которой увеличившееся усилие сжатия пружины 9 и сила трения на шпонке 6 уравновесят осевые реакции на торцовых кулачках втулок и силу сжатия пружины 12. Поскольку угол наклона рабочих поверхностей торцовых кулачков втулки 7 к оси шкива больше, чем аналогичный угол торцовых кулачков втулки 5, поворот подвижного диска 3 на определенный угол приводит к неодинаковому осевому перемещению втулок 5 и 7.

Осевое равновесие втулки 5 для установившегося периода работы шкива запишется в следующем виде:
F₅ = F₉ + F_тр. - F₁₂, (1) где F₅ - осевая сила на торцовых кулачках втулки 5 и подвижного диска 3, необходимая для перемещения вправо втулки 5;
F₉ - сила сжатия пружины 9 для указанного периода работы;
F_тр. - сила трения на шпонке 6;
F₁₂ - сила сжатия пружины 12 для указанного периода работы.

Осевое равновесие втулки 7 для того же периода работы запишется в следующем виде:
F₇ = F₉ + F_тр. (2) где F₇ - осевая реакция на кулачках втулки 7.

Уравнения (1) и (2) отражают совместное условие равновесия втулок 5 и 7. Решая совместно уравнения (1) и (2) и учитывая, что
F₅ = F_ttg(α+ρ),
F₇ = F_ttg(β-ρ), получим
F_ttg( β-ρ) = F_ttg( α+ρ) + F₁₂, (3) где α- угол наклона рабочих поверхностей торцовых кулачков втулки 5 к оси шкива;
β- угол наклона рабочих поверхностей торцовых кулачков втулки 7 к оси шкива;
ρ- угол трения между рабочими поверхностями торцовых кулачков;
F_t - тангенциальная сила на кулачках.

При наступлении перегрузки увеличивается передаваемый крутящий момент, что приводит к возрастанию осевых реакций на торцовых кулачках втулок 5 и 7, а также силы трения на шпонке 6. В результате этого прирост осевой реакции на кулачках втулки 7, отнесенный к определенному приросту крутящего момента на подвижном диске 3, будет больше, чем прирост осевой реакции на кулачках втулки 5. Следовательно, равенство (3) нарушается и втулка 7 переместится вправо, увеличивая силу сжатия пружины 9. Кулачки втулки 5 будут проскальзывать по кулачкам подвижного диска 3, и она сместится вправо, при этом уменьшается сила сжатия пружины 9 и увеличивается сила сжатия пружины 12. Поскольку прижатие подвижного диска 3 к неподвижному диску 2 осуществляется пружиной 9, пружина 12 является вспомогательной и ее усилие, определяемое равенством (3), мало по сравнению с силой пружины 9. Поэтому увеличение силы сжатия пружины 12 оказывает лишь незначительное влияние на силу прижатия диска 3 к диску 2.

Подвижный диск 3 поворачивается относительно стакана 8, сохраняя осевое положение. В результате этого упоры 11 стакана 8 вступают в контакт с ограничителями 10 подвижного диска 3, что приводит к ограничению силы зажатия ремня 4 между дисками 2 и 3 и, следовательно, повышает надежность работы устройства.

Условие F₅ > F₉ должно в соответствии с равенством (1) выполняться при максимальном отходе влево втулки 5 в результате регулирования шкива и перехода ремня 4 на меньшие диаметры дисков 2 и 3. Пружины 9 и 12 для уменьшения величины перегрузок выбираются с малой жесткостью.

Таким образом, в устройстве-прототипе перегрузка сопровождается увеличением силы сжатия пружины, что приводит к возрастанию натяжения ремня. В рассматриваемом шкиве при перегрузке происходит перемещение вправо одновременно втулок 5 и 7, следовательно, сжатия пружины 9 при этом не происходит либо оно невелико, что не приводит к увеличению натяжения ремня 4.

Усилие сжатия пружины 12 F₁₂ определяется из равенства (3), в соответствии с которым втулка 5 находится в состоянии осевого равновесия при передаче номинального крутящего момента, и должно быть равно разности F₇ - F₅, т. е. может быть невелико. Так, при α= 30^о, β= 45^о, ρ= 6^о (это удовлетворяет условию β> α+ 2ρ ), F₁₂ = 0,08 F_t, а F₉ = 0,81 F_t, т.е. F₁₂ << F₉ и практически не оказывает влияние на дополнительное натяжение ремня 4 при наступлении перегрузки.

Для уменьшения трения между одним из концов пружины 12 и смежным с ним элементом (подвижным диском 3 или втулкой 5) может быть установлен упорный подшипник (не показан).

Использование изобретения позволит повысить надежность работы шкива клиноременного вариатора.

Использование: в машиностроении, в бесступенчатых передачах с гибкой связью. Сущность изобретения: на валу 1 установлены жестко закрепленный диск 2 и подвижный диск 3 с возможностью вращения и осевого перемещения. Втулка 5 связана с диском 3 посредством торцовых кулачков с наклонными к оси шкива рабочими поверхностями. Стакан 8 закреплен на торце вала 1 и связан посредством торцовых кулачков с втулкой 7, которая связана в окружном направлении с втулкой 5 посредством направляющей шпонки 6. Между втулками 5 и 7 установлена пружина 9, а между диском 3 и втулкой 5 - пружина 12. Устройство снабжено ограничителем поворота диска 3 в виде закрепленного на нем выступа 10 и угловой канавки 11, выполненной по наружному диаметру стакана 8. 3 ил.

ШКИВ КЛИНОРЕМЕННОГО ВАРИАТОРА, содержащий установленные на валу два конусных диска, один из которых жестко закреплен на валу, другой установлен с возможностью вращения и осевого перемещения относительно вала с торцевыми кулачками с наклонными к оси шкива рабочими поверхностями, закрепленный со стороны подвижного диска на торце вала стакан с торцевыми кулачками, обращенными к кулачкам подвижного диска с углом наклона рабочих поверхностей кулачков, однонаправленных углу наклона к оси шкива рабочих поврехностей торцевых кулачков подвижного диска, установленную на валу с возможностью вращения и осевого перемещения между стаканом и подвижным диском промежуточную втулку с торцевыми кулачками с обоих торцов, обращенными соответственно к торцевым кулачкам подвижного диска и стакана с соответствующими углами наклона рабочих поверхностей кулачков для взаимодействия между собой, угол наклона к оси шкива рабочих поверхностей торцевых кулачков стакана больше угла наклона рабочих поверхностей торцевых кулачков подвижного диска, а разность между указанными углами больше величины двойного угла трения между рабочими поверхностями торцевых пар кулачков подвижного диска и промежуточной втулки и стакана и промежуточной втулки, ограничитель поворота подвижного диска в виде по крайней мере одного выступа на наружном торце подвижного диска и одной угловой канавки, выполненной на участке по наружнему диаметру на обращенном к подвижному диску торце стакана, для взаимодействия с выступом и пружину, установленную на валу для поджатия подвижного диска к неподвижному, отличающийся тем, что промежуточная втулка выполнена в виде двух частей, связанных между собой в окружном направлении, пружина для поджатия подвижного диска к неподвижному установлена между частями промежуточной втулки, а шкив клиноременного вариатора снабжен дополнительной пружиной, установленной на валу между наружным торцом подвижного диска и обращенным к нему торцом части промежуточной втулки.