ТРАНСПОРТНЫЙ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ВАРИАТОР АВТОМАТИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ "ТРАНСУНВАРТОР-АВТОМАТ" Российский патент 1995 года по МПК F16H15/52 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к вариаторам, предназначается для использования в транспортных средствах в качестве автоматического механизма согласования мощности двигателя с крутящим моментом ведущих колес транспортного средства и регулирования его скорости.

Известен транспортный вариатор, например, унвартор Черняева, содержащий шарнирно установленные относительно ведущего водила подпружиненные конические сателлиты, наклоненные к оси валов и контактирующие с центральным колесом своими образующими, параллельными оси валов. При перемещении контрольного колеса вдоль этих образующих меняется размер работающих диаметров сателлитов и, следовательно, частота ведомого вала [1]
Унвартор Черняева малотехнологичен, а конические сателлиты этого унвартора, контактируя с центральным колесом значительно разнящимися диаметрами, подвержены большому износу. Кроме того, унвартор Черняева имеет ограниченное числом сателлитов количество контактирующих с центральным колесом участков, что ограничивает его мощность.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является вариатор, содержащий корпус, ведущий и ведомый валы, водило, сателлиты в виде валиков с противоположной конической поверхностью, расположенных параллельно оси вала, центральное колесо в виде парных колец с рабочими поверхностями противоположной конусности, размещенное в корпусе с возможностью осевого перемещения, механизм осевого перемещения центрального колеса и зубчатое колесо ведомого вала [2]
Недостатки известного вариатора заключаются в сложности механизма раздвижения колец и дисков, механизм требует пологой конусности валиков, что увеличивает габариты и величину необходимого рабочего натяга, невозможность иметь обратной связи входа и выхода, что затрудняет автоматизацию, скорость ведомого вала во всех режимах неустойчива.

Задачей изобретения является повышение мощности, комфортабельности, коэффициента полезного действия и уровня техники безопасности. Это достигается тем, что в вариаторе, содержащем корпус, ведущий и ведомый валы, водило, сателлиты в виде валиков с противоположной конической поверхностью, расположенных параллельно оси вала, центральное колесо в виде парных колец с рабочими поверхностями противоположной конусности, размещенное в корпусе с возможностью осевого перемещения, механизм осевого перемещения центрального колеса и зубчатое колесо ведомого вала, сателлиты составлены из нескольких валиков с противоположной конической поверхностью, образующих сателлитные блоки и расположенных на общей оси с последними зубчатых венцов, центральное колесо выполнено в виде двух цилиндров, имеющих снаружи ходовую резьбу противоположного направления под ответную резьбу в корпусе, а изнутри на чередующихся связях для возможности встречного перемещения цилиндры, несущие кольца с рабочими поверхностями противоположной конусности, механизм осевого перемещения имеет трос с промежуточной и возвратной пружинами и накладку с симметричными пазами для соединения цилиндров посредством ползуна с педалью управления.

Педальный рычаг ползуна установлен на подпружиненном сухаре и имеет рифление для ответного упора-призмы. Если по какой-либо причине нога водителя будет убрана с педали, педальный рычаг зафиксируется в оставленном положении, что определит эффективное автоматическое торможение при достаточных оборотах вала-водила.

Ползун снабжен эксцентриком, снимающим с ноги водителя избыточное усилие.

Так как направление вращения вала-водила установлено в сторону развода цилиндров центрального колеса, реактивный момент, возникающий при увеличении сопротивления движению, разводит парные кольца, снижая обороты ведомого вала и наоборот. Вал-водило имеет торсионный валик с резьбой, на которую навинчено подшипниковое кольцо с рычагом, плечи которого выведены наружу на рукоятку ручной прокрутки вала-водила и на трос заслонки карбюратора. При увеличении на валу-водиле момента сопротивления торсионный валик, закручиваясь, навинчивает подшипниковое кольцо и перемещает заслонку карбюратора в сторону увеличения мощности. Таким образом осуществляется автоматическое изменение оборотов ведомого вала и автоматическое согласование потребляемой мощности с изменением сопротивления движению, что, естественно, снижает расход горючего, повышает экологичность и т.п.

Усилие прижима сателлитов выполнено дистанционно регулируемым, в виде соединенных с пружинами консолей, которые имеют возможность поворачиваться на валу-водиле упором, вставленным в косой паз плунжера, перемещаемого дистанционно.

Для обеспечения равнораспределения усилий на сателлиты сателлитных блоков, они установлены с осевой подвижностью на шлицевых валах, а парные кольца снабжены компенсационными пружинными прокладками. Эта мера компенсирует неточность изготовления и сборки.

Гарантию торможения на крутом подъеме дает применение на валу-водиле муфты одностороннего хода, гарантию торможения на крутом спуске и увеличенное сцепление сателлитов и колец центрального колеса определяет установка сателлитных блоков перед штангами поворота подвесок по направлению вращения вала-водила.

Для обеспечения легкости взаимного перемещения цилиндров центрального колеса, их ходовая резьба может быть выполнена в виде многозаходных спиральных канавок, заполненных элементами качения.

На фиг. 1 изображен трансунвартор-автомат, вид сбоку, с частичным вырывом; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1, расположение педали для правостороннего движения транспорта; на фиг.3 в увеличенном масштабе узел I на фиг.1 фрагмент сателлитного блока и центрального колеса; на фиг.4 то же, вариант; на фиг. 5 разрез В-В на фиг.2, механизм совмещенной педали управления; на фиг.6 разрез С-С на фиг.5, механизм фиксации ползуна; на фиг.7 разрез Е-Е на фиг. 1, в увеличенном масштабе механизм дистанционного регулирования усилия пружин подвесок; на фиг.8 разрез Г-Г на фиг.1, в увеличенном масштабе механизм автоматического регулирования потребляемой мощности двигателя.

Транспортный универсальный вариатор автоматического действия cодержит корпус 1, ведущий вал-водило 2 с муфтой 3 одностороннего хода, соединенный с маховиком 4 коленчатого вала двигателя. Вал-водило имеет фланцы 5, соединенные штангами 6На штангах с возможностью поворота установлены подвески 7. Щеки 8 подвесок несут в своих подшипниках 9 шлицевые валы 10, на которых установлены блоками рабочие сателлиты 11 и рабочие-управляющие сателлиты 12. Шлицевые валы 10 заканчиваются зубчатыми венцами 13, находящимися в зацеплении через промежуточные шестерни 14 с зубчатым колесом 15, второй венец которого зацепляется с ускоряющей шестерней 16 ведомого вала 17. В корпус по многозаходной резьбе противоположного направления ввинчено два цилиндра 18, 19 центрального колеса. Изнутри на цилиндрах одной стороной закреплены чередующиеся связи 20, несущие рабочие кольца 21 и рабочие-управляющие кольца 22. Механизм осевого перемещения цилиндров центрального колеса содержит кольцевую накладку 23, в канавке которой размещен трос 24. Трос соединен с возвратной пружиной 25. Второй конец троса направляется через блок 26 к совмещенной педали управления 27, механизм которой управляет как положением цилиндров центрального колеса, так и через гибкую тягу 28 положением заслонки карбюратора 29. Для независимой работы ручного и автоматического регулирования мощности двигателя гибкая тяга закреплена на боуден-оболочке 30 троса 31 автоматического регулирования мощности.

Рабочие и рабочие-управлящие кольца фиг.3 центрального колеса имеют компенсационные пружинные прокладки 32, 33, придающие кольцам некоторую упругую осевую подвижность для компенсации неточности изготовления и введения в работу спиральных канавок 34, которые служат для выжимания сателлитов к центру по пологим скосам 35 при сдвигании парных колец с крутыми уклонами конусных рабочих поверхностей 36. Сателлиты собраны в блоки с зазорами 37, благодаря которым они равномерно самоориентируются на парных кольцах своими рабочими фасками 38.

Рабочие сателлиты имеют зубчатые венцы 39 для ответных зубчатых венцов 40 "нулевой" и "максимальной" скорости. При работе сателлитов на зубчатых венцах, опорные пояски 41 рабочих-управляющих сателлитов, опираясь на опорные пояски 42 рабочих-управляющих колец, обеспечивают нормальный рабочий зазор зубчатого зацепления.

При нечетном количестве сателлитов в блоке последний может содержать только один управляющий сателлит (фиг.4). На венцы "нулевой" и "максимальной" скорости выполнены на сателлитах, и применена только одна пара рабочих-управляющих колец, которые штырями 43 соединены через наклонные пазы 44 в связях с наклонными пазами 45 в кольцевой накладке. Механизм осевого перемещения цилиндров в варианте выполнен на элементах качения. В многозаходные винтовые канавки корпуса и цилиндров помещены опорные элементы качения в виде сепараторных лент 46 с шариками. Сепараторные ленты подпружинены с двух сторон пружинами 47 на величину хода цилиндров.

Трос механизма осевого перемещения цилиндров центрального колеса соединен со стойкой 48 ползуна 49 через промежуточную пружину 50. На стойке ползуна размещена педаль, ось поворота которой установлена на подпружиненном сухаре 51 и имеет рифление 52 для ответного упора-призмы 53. При перемещении ползуна вперед, сухарь смещается в пазу стойки, освобождая ось поворота педали. При освобождении педали ось фиксирует ее поворот, а ползун под действием пружины 54 возвращается в положение "нулевой" скорости, когда шарик 55 закрепленного в кронштейне 56 фиксатора 57 западает в лунку 58 ползуна. Скорость возвращения ползуна в исходное положение определяется настройкой демпфера 59.

Ползун может быть зафиксирован в любом положении с различной степенью жесткости тормозом-фиксатором 60. Для этого рычагом 61 на оси 62 поворачивается колодка 63, и ее эксцентриковая поверхность 64 нажимает ползун в направляющих кронштейнах.

В вариаторе применена дистанционная настройка усилия прижима сателлитов. На вал-водило надет цилиндр 65 с консолями 66, на которых закреплены пружины 67. Вторые концы пружин соединены со щеками подвесок сателлитных блоков. Поворот цилиндра осуществляется фиксируемым рычагом 68 через втулку 69, подшипник 70 которой, не препятствуя вращению вала-водила, через шток 71 косым пазом 72 плунжера 73 воздействует на штырь 74, закрепленный на цилиндре, перемещая его в поперечном пазу вала-водила.

Для автоматизации согласования мощности двигателя с моментом сопротивления служит торсионный валик 75, закрепленный шлицевым соединением 76 в перемычке вала-водила, а со стороны двигателя снабженный резьбой 77. На резьбу навинчена гайка 78, установленная внутри вала-водила на шлицах 79. На гайку одета подшипниковая втулка 80, в проточку которой помещены сухари рычага 81. Второе плечо рычага соединено с тросом заслонки карбюратора, а третье плечо 82 служит рукояткой для ручной прокрутки вала-водила.

Работает вариатор следующим образом.

Изменение частоты ведомого вала трансунвартора-автомата осуществляется по принципу трансунвартора, принятого за прототип. При вращении ведущего вала-водила его окружная скорость, приведенная к соответствующему диаметру, вычитается из противоположно-направленной окружной скорости сателлитов и в зависимости от величины и знака разности скоростей на зубчатом колесе ведомого вала образуется результирующая величина окружной скорости. То есть скорость ведомого вала и направление его вращения зависит от соотношения работающих диаметров сателлитов 11, 12, работающих диаметров колец 21, 22, диаметров зубчатых венцов 13 и диметра центрального зубчатого колеса 15 (ускоряющая передача на ведомый вал не учитывается). При равенстве произведений диаметра зубчатого колеса 15 на работающий диаметр сателлитов 11, 12 и работающего диаметра колец 21, 22 на диаметр зубчатых венцов 13 происходит свободная обкатка промежуточными шестернями 14 зубчатого колеса 15 без передачи ему вращения. При других соотношениях диаметров на ободе зубчатого колеса 15 возникает результирующая разница окружных скоростей сателлитов и зубчатых венцов сателлитных блоков.

В исходном состоянии совмещенной педали управления 27 ползун а, следовательно, и цилиндры 18, 19 находятся в положении "нулевой" скорости, то есть в состоянии вышеописанного соотношения элементов передачи. В этом положении ползун 49 фиксируется фиксатором 57.

При запуске двигателя, если вал-водило 2 развил достаточные обороты, сателлиты обкатывают зубчатые венцы "нулевой" скорости, не передавая вращения на ведомый вал. При перемещении педали 27 с ползуном 49 вперед трос 24 поворачивает кольцевую накладку 23. При этом пазы 45 накладки штырями 43 сближают рабочие-управляющие кольца 22 по пазам 44. Рабочие-управляющие сателлиты 12 по пологим скосам 35 входят в спиральные канавки 34 и увлекаются ими на некоторую величину к центру, увлекая за собой сателлитные блоки и освобождая рабочие кольца 21 для их сближения. Так как спиральные канавки располагаются на конических поверхностях колец, сателлиты могут подниматься по ним только при их постоянном сближении. При остановке рабочих-управляющих колец пружинные прокладки 32 отжимают их сателлиты оставляют зону спиральных канавок. При полном сведении колец ведомый вал приобретает максимальные обороты, сателлиты входят в зацепление с зубчатыми венцами 40. Дальнейшее увеличение частоты ведомого вала возможно только за счет увеличения частоты вала-водила, при этом резерв мощности может включаться автоматически.

При увеличении сопротивления движению возросший момент сопротивления на шлицевом соединении 76 увеличивает закрутку торсионного валика 75, то есть увеличивается фазовый сдвиг винтового соединения гайки 78 на резьбе 77. Подшипниковая втулка смещается в осевом направлении и поворачивает рычаг 81, вытягивая трос 31 автоматического регулирования мощности двигателя. Дальнейшее увеличение сопротивления движению ведет к автоматическому снижению частоты ведомого вала. Возросший реактивный момент на цилиндрах 18, 19 центрального колеса разводит их по резьбе противоположного направления и переводит сателлитные блоки к периферии. При этом, если ползун сильно зажат, растягивается промежуточная пружина 50.

Если водитель по каким-либо причинам освобождает педаль, осуществляется автоматическое аварийное торможение. Подпружиненный сухарь 51 при этом смещается, отводя колодку 63, если она фиксировала ползун, отводящий кулачок не показан, а ось поворота педали рифлением стопорится на призме-упоре 53. Освобожденный ползун перемещается под действием пружин 54, 50, 25 со скоростью установленной демпфером до срабатывания фиксатора 57, кольца 21, 22 при этом разводятся в положение "нулевой" скорости.

Направление вращения вала-водила не имеет существенного значения, однако, при вращении его подвесками вперед обеспечивается, как показали испытания, лучшее фрикционное сцепление сателлитов с кольцами центрального колеса.

Вал-водило 2 соединен с коленчатым валом двигателя через муфту одностороннего хода 3. При вынужденной остановке транспортного средства на очень крутом подъеме эта муфта предохраняет двигатель от обратной раскрутки коленчатого вала и, вместе с тем, позволяет при остановленном двигателе вывести транспортное средство на обочину дороги с помощью рукоятки 82.

Вариатор повышает экологичность, безопасность и комфортабельность даже комфортабельных автомобилей и незаменим при малоопытном водителе или водителе-инвалиде.

Использование: машиностроение для применения в транспортных средствах. Сущность изобретения: вариатор содержит ведущий вал-водило с параллельными сателлитными блоками на подпружиненных подвесках, имеющих промежуточные шестерни, защепляемые с венцами сателлитных блоков и с зубчатым колесом ведомого вала, центральное колесо, выполненное в виде двух цилиндров с ходовой резьбой противоположного направления подпружиненных со стороны их развода реактивным моментом. Вал водило имеет торсион, плечо-рукоятку для ручной прокрутки и устройство дистанционного регилирования величины усилия прижима сателлитов. Кроме того, ползун педали имеет фиксатор промежуточных положений, а конические поверхности колец центрального колеса имеют спиральные канавки, направленные наружу по ходу вращения вала-водила. 10 з. п. ф-лы, 8 ил.

1. Транспортный универсальный вариатор автоматического действия, содержащий корпус, ведущий и ведомый валы, водило, сателлиты в виде валиков с противоположной конической поверхностью, расположенных параллельно оси вала, центральное колесо в виде парных колец с рабочими поверхностями противоположной конусности, размещенное в корпусе с возможностью осевого перемещения, механизм осевого перемещения центрального колеса и зубчатое колесо ведомого вала, отличающийся тем, что сателлиты составлены из нескольких валиков с противоположной конической поверхностью, образующих сателлитные блоки, и расположенных на общей оси с последними зубчатых венцов, центральное колесо выполнено в виде двух цилиндров, имеющих снаружи ходовую резьбу противоположного направления под ответную резьбу в корпусе, а изнутри на чередующихся сваях для возможности встречного перемещения цилиндры, несущие парные кольца с рабочими поверхностями противоположной конусности, механизм осевого перемещения имеет трос с промежуточной и возвратной пружинами и накладку с симметричными пазами для соединения цилиндров посредством ползуна с педалью управления. 2. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что ось поворота педального рычага совмещенной педали управления установлена на подпружиненном сухаре и имеет рифление для ответного упора-призмы, а ползун совмещенной педали управления имеет тормоз-фиксатор его промежуточных положений. 3. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что направление вращения вала-водила выбрано в сторону развода реактивным моментом парных колец центрального колеса по резьбе противоположного направления. 4. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен подпружиненными подвесками, установленными с возможностью поворота на штангах фланцев водила, несущих промежуточные шестерни, зацепленные с венцами сателлитных блоков и зубчатым колесом ведомого вала, а для изменения усилия подпружинивания пружины закреплены на консолях цилиндра, имеющего возможность поворота на валу водила посредством упора, вставленного в косой паз плунжера, размещенного внутри вала водила с выведенным наружу рычагом дистанционного управления. 5. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что сателлиты каждого сателлитного блока и соответственно их парные кольца функционально подразделены на рабочие и рабочие-управляющие, из которых рабочие сателлиты имеют торцевые рабочие фаски и зубчатые венцы "нулевой" скорости и минимальной редукции, рабочие-управляющие сателлиты имеют рабочие фаски и опорные пояски, рабочие парные кольца имеют конусные рабочие поверхности и ответные зубчатые венцы, рабочие-управляющие парные кольца имеют опорные пояски, конусные рабочие поверхности и спиральные канавки со скосами в пределах угла трения, направленные наружу по ходу вращения вала-водила, а количество равномерно распределенных спиральных канавок равно или кратно количеству сателлитных блоков. 6. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что вал-водило имеет торсионный валик с участком резьбы, ответную гайку, установленную внутри вала-водила с возможностью осевого перемещения и подшипниковое кольцо с рычагом, выведенным наружу на трос автоматического регулирования мощности двигателя. 7. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что сателлиты установлены на шлицевых валах с подвижностью в осевом направлении в пределах компенсационных зазоров, а парные кольца центрального колеса имеют компенсационные пружинные прокладки. 8. Вариатор по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен муфтой одностороннего хода, установленной на ведущем валу-водиле. 9. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что сателлитные блоки установлены перед штангами поворота подвесок по направлению вращения вала-водила. 10. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что между ходовой резьбой цилиндров центрального колеса и ответной резьбой корпуса размещены опорные элементы качения. 11. Вариатор по п.6, отличающийся тем, что рычаг подшипникового кольца имеет третье плечо-рукоятку для ручной прокрутки ведущего вала-водила.