СЕКЦИЯ ВАРИАТОРА Российский патент 1996 года по МПК F16H15/04 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для бесступенчатого изменения скорости вращения приводного вала.

Известна бесступенчатая фрикционная передача (вариатор), содержащее пакет раздвижных дисков и пакеты раздвижных дисков с поясками (схема Байера) (Решетов Д.Н. Детали машин. М. Машиностроение, 1989, с. 271). Регулирование частоты вращения осуществляется смещением осей пакетов дисков, которое сопровождается раздвиганием (сдвиганием) дисков и изменением расстояния пятна контакта от оси вращения. Количество дисков в пакете определяется величиной передаваемой мощности.

Недостатком этой схемы является шум в работе, ограниченный диапазон регулирования (d≅5), а также относительно низкий КПД. Кроме того, при перегрузке в случае проскальзывания вариатор выходит из строя, т.к. на дисках образуются лыски.

Эти недостатки частично устранены в конструкции нефрикционного вариатора непрерывного действия (авт. св. N 954678, кл. F 16 H). Он состоит из вала с цилиндрическим шарниром, на котором установлена плоская поворотная шайба с промежуточным диском, имеющим на обоих торцах зубья. С обеих сторон этот диск взаимодействует с упругими элементами, выполненными в виде пружинных пластин и установленными на соответствующих дисках. Этот вариатор имеет два варианта исполнения с диапазонами передаточных чисел
0,383 ≥d≥ -0,383 и
1,360 ≥d≥ 1.

По сравнению с аналогом он имеет больший КПД и меньше шумит в работе.

Недостатком этого устройства является то, что оно может быть выполнено либо как мультипликатор (ускоритель), либо как редуктор (замедлитель). Кроме того, оно, имея в основе конструкции обгонную муфту, не может работать в режиме торможения или реверса.

Задачей настоящего изобретения является расширение диапазона передаточных отношений от ускоряющих до замедляющих, а также обеспечение возможности работать в режиме торможения и реверса.

Поставленная задача достигается тем, что зубья на торцовой поверхности ведущего диска выполнены в виде профилированной насечки, а на смежной торцовой поверхности промежуточного диска, установленного под углом μ к оси ведущего с возможностью радиального перемещения в плоскости этого угла по кольцу, установлены упругие элементы из пружинной проволоки, свободные концы которых образуют коническую поверхность с углом полураствора , причем противоположная торцовая поверхность промежуточного диска выполнена также конической с углом полурастворов β, имеет профилированную насечку, при этом ведомый диск имеет на внутренней торцовой поверхности расположенные по кольцу упругие элементы из пружинной проволоки, свободные концы которых образуют плоскую поверхность.

В зависимости от требований ресурса, КПД и габаритных ограничений возможны варианты исполнения вариатора: промежуточный диск установлен на поворотном кронштейне и перемещается по дуге окружности, причем ось вращения поворотного кронштейна промежуточного диска смещена относительно плоскости симметрии вариатора; упругие элементы установлены с наклоном вперед по направлению движения (γ>0); часть упругих элементов устанавливается под углом γ>0, а часть под углом γ<0 для обеспечения возможности работы в тормозном и реверсивном режимах.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство, продольное горизонтальное сечение; на фиг. 2 то же, продольное вертикальное сечение; на фиг.3 то же, поперечное сечение; на фиг.4 вариант исполнения упругих элементов; на фиг.5 вариант установки промежуточного диска.

Предлагаемое устройство состоит из корпуса 1 (фиг.1, 2, 3), в котором расположены ведущий 2, промежуточный 3 и ведомый 4 диски. Ведущий 2 и ведомый 4 диски закреплены на соответствующих валах, установленных на подшипниках непосредственно в корпусе 1. Промежуточный диск 3 при помощи подшипника 5, закрепленного на ползуне 6 (фиг.3), связан с корпусом 1 посредством направляющих 7.

Плоскость, образованная верхними и нижними направляющими 7, перпендикулярна оси ведущего (ведомого) вала, а плоскость промежуточного диска 3 составляет с ней (плоскостью направляющих 7) угол μ<0>00>0.

Перемещение ползуна 6, а значит и промежуточного диска 3, осуществляется при помощи специального привода, например винтового 8 (фиг.3).

Торцовая поверхность ведущего диска 2, которая контактирует с промежуточным диском 3, выполнена рифленой с профилированной насечкой. Смежная торцовая поверхность промежуточного диска 3 образуется свободными концами упругих элементов 9, установленных концентрическими кругами в несколько рядов, образует коническое кольцо 10 с углом полураствора . Упругие элементы выполняются, например, из пружинной проволоки и устанавливаются по нормали к торцовой поверхности диска 3 или под углом γ>0 (вперед по ходу (фиг. 4).

В этом случае часть упругих элементов может устанавливаться под углом γ<0 (наклон "назад по ходу") для обеспечения работы в режиме торможения или реверса.

Противоположный торец промежуточного диска 3 выполнен в виде конуса с углом полураствора и также имеет профилированную насечку.

Ведомый диск 4 выполнен с плоским торцом, образованным свободными концами упругих элементов, закрепленных на нем в виде кольца 11 аналогично промежуточному диску.

Все три диска прижаты друг к другу осевой силой затяжки гайки 12. При этом упругие элементы 9 свободными концами проникают в углубления насечки и, упираясь в выступы, осуществляют упругое зацепление дисков в зоне пятна контакта 13 (фиг.3), площадь которого (или угол охвата 2α) определяется глубиной насечки и углом наклона m промежуточного диска 3.

Работает предлагаемое устройство следующим образом. При вращении ведущего диска 2 упругие элементы 9 промежуточного диска 3, которые находятся в зоне пятна контакта 13, воспринимают тангенциальное усилие F (фиг.3) и приводят во вращение промежуточный диск 3, на котором они установлены. Диск 3, в свою очередь, находясь другим своим рифленым торцом в контакте со свободными концами упругих элементов 9 ведомого диска 4, передает вращение ему (фиг.1).

Передаточное отношение вариатора определяется из выражения:

где R₂ радиус средней линии пятна контакта дисков 2 и 3 на диске 2;
R₃ радиус средней линии пятна контакта дисков 2 и 3 на диске 3;
R'₃ радиус средней линии пятна контакта дисков 3 и 4 на диске 3;
R₄ радиус средней линии пятна контакта дисков 3 и 4 на диске 4.

В исходном положении центры всех трех дисков (2, 3 и 4) лежат по одной прямой и имеет место соотношение
R₂=R₃=R'₃=R₄
Таким образом, передаточное отношение i=1.

Для изменения передаточного отношения ползун 6 (с подшипником 5 и промежуточным диском 3) при помощи специального привода 8 перемещается в направляющих 7 на величину Δx вправо (+) или влево (-) от среднего положения.

Если Δx>0, то получаем:
т.е. i>1.

Если же Δx<0, то:
т.е. i<1.

Таким образом обеспечивается изменение передаточного отношения от больших единиц до мелких единиц, т.е. реализуется как режим замедления, так и режим ускорения. Для расширения диапазона передаточных отношений вариатор может выполняться многосекционным путем последовательной установки нескольких секций в одном корпусе. Износ упругих элементов 9 в процессе эксплуатации компенсируется затягиванием гайки 12 (фиг.1, 2).

Вместо направляющих 7 ползун 6 может выполняться в виде кронштейна 14 и устанавливаться шарнирно на оси 15 (фиг. 5), параллельной оси ведущего вала. Для выравнивания усилий натяга между дисками кронштейн 14 устанавливается на оси 15 с возможностью осевого перемещения.

Усилие приводного механизма 8 определяется разностью сил в пятнах контакта дисков 2-3 и 3-4. Для создания усилия необходимой величины и знака ось 15 сдвинута относительно плоскости симметрии вариатора на величину ΔΖ (фиг. 5).

Крепление упругих элементов 9 под углом g к плоскости диска позволяет повысить несущую способность вариатора. В этом случае они работают не только на изгиб, но и на сжатие, обеспечивая самозатягивание дисков. Кроме того, это повышает плавность работы вариатора.

По сравнению с прототипом предлагаемый вариатор обладает рядом преимуществ: имеет широкий диапазон регулирования в одной секции, т.е. обеспечивает как ускорительный, так и замедлительный режим работы; обеспечивает работу в режиме торможения исполнительного устройства, может быть реверсирован; имеет более высокие удельные характеристики (объем на единицу мощности) при одинаковом ресурсе; в отличие от прототипа по мере износа упругих элементов в процессе эксплуатации его характеристики изменяются в меньшей степени, т. к. длина упругого элемента не входит в выражение для передаточного отношения (в отличие от прототипа).

Использование: машиностроение, приводы вращательного действия различных машин и механизмов. Сущность изобретения: секция вариатора содержит предназначенные для установки на ведущем и ведомых валах два диска, один из которых на рабочей стороне имеет упругие элементы, а второй - зубья. Взаимодействующий с дисками и установленный под углом к ним промежуточный диск имеет на одной стороне зубья для взаимодействия с упругими элементами, а на другой упругие элементы. Одна из свободных поверхностей всех дисков выполнена конической. Промежуточный диск установлен с возможностью перемещения. Свободные концы упругих элементов, взаимодействующие с конической поверхностью, образует плоскую поверхность, а взаимодействующие с плоской поверхностью образуют коническую поверхность. Все зубья выполнены в виде профилированной насечки. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Секция вариатора, содержащая предназначенные для установки на ведущем и ведомых валах два диска, один из которых на рабочей стороне имеет упругие элементы, взаимодействующий с дисками и установленный под углом к ним промежуточный диск, имеющий на одной стороне зубья для взаимодействия с упругими элементами, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными упругими элементами, расположенными на второй стороне промежуточного диска, одна из свободных поверхностей всех дисков выполнена конической, на рабочей стороне второго диска выполнены зубья, промежуточный диск установлен с возможностью перемещения, свободные концы упругих элементов, взаимодействующие с конической поверхностью, образуют плоскую поверхность, взаимодействующие с плоской поверхностью образуют коническую поверхность, а все зубья выполнены в виде профилированной насечки. 2. Секция вариатора по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена поворотным кронштейном, ось вращения которого смещена относительно плоскости симметрии секции вариатора, а промежуточный диск установлен на поворотном кронштейне. 3. Секция вариатора по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что упругие элементы установлены с наклоном вперед относительно заданного направления вращения. 4. Секция вариатора по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что часть упругих элементов установлена с наклоном вперед относительно заданного направления вращения, а часть с наклоном назад. 5. Секция вариатора по пп. 1-4, отличающаяся тем, что упругие элементы выполнены в виде отрезков пружинной проволоки.