ВАРИАТОР С ПЕРЕДАЧЕЙ УСИЛИЯ РОЛИКАМИ ПО ТОРОИДАЛЬНЫМ ПОВЕРХНОСТЯМ Российский патент 1997 года по МПК F16H15/38 

Это изобретение относится к передаче с тягой качения тороидально-дорожечного типа. Оно относится, в частности, к компонентам изменения передаточного отношения, или "вариаторам" для такой передачи, при этом вариаторы таковы, что каждый из наборов роликов, передающих тягу между входным диском и выходным диском соединен с гидравлическим механизмом, с помощью которого он располагается в нужном положении, причем положение ролика является ключевым фактором в установлении передаточного отношения.

Вариаторы этого типа хорошо известны в предшествующем уровне техники и патентные публикации GB-A-1395319, GB-B-2107009, EP-B-0078125 и EP-B-0133330
некоторые из множества патентов, в которых такая система позиционирования ролика проиллюстрирована и описана. Каждый из этих четырех патентов показывает набор из трех роликов, передающих тягу от вращающегося входного диска к соосному, вращающемуся в обратном направлении выходному диску, причем каждый ролик повернут по отношению к другим на 120^o относительно общей оси дисков. В каждом из четырех патентов передаточное отношение от входного диска к выходному по каждому из роликов принудительно изменяется посредством изменения положения этого ролика преимущественно в направлении касательной к центру круга общего тора, образованного дорожками качения входного и выходного дисков. В каждом из четырех названных патентов механизм или сообщения такого движения по касательной, по крайней мере, некоторым из роликов включает поршни, выполненные на противоположных концах суппорта ролика, т.е. структуры, несущей подшипники, на которых ролик вращается и подвижны в гидравлических цилиндрах.

Ясно, что такой механизм включает в себя много составных частей, поскольку каждый из двух цилиндров, связанный с каждым поршнем требует устойчивого механизма для поддержания их положения фиксированным, несмотря на движение поршня внутри цилиндра и несмотря на изменения взаимодействия между поршнем и цилиндром. Кроме того, каждый цилиндр должен быть соединен с входным и выходным гидравлическими выводами. Эти выводы и их присоединения к цилиндрам должны быть достаточно прочным для того, чтобы выдержать давление жидкости, которому они будут подвергнуты, и симметричное расположение вокруг осей передачи, означает, что выводы также будут расположены по окружности передачи, например, заделаны внутрь корпуса передачи или даже, возможно, выступить из него. Это создает множество трудностей. Например, стоимость полного формирования каналов внутри отливки корпуса, трудность изготовления уплотненных для высокого давления соединений с такими каналами, необходимость максимизировать диаметр всех каналов с целью минимизации сопротивления течению, защита от повреждения этих частей, если какой-либо из каналов выставлен и блокировка доступна для сборки роликов и суппортов.

Было также предложено, например, в патенте GB-A-1600972 и, более детально, в нашем Международном патенте N W 0 90/05860, контролировать касательное положение и угол отношения каждого ролика посредством только одной поршень-цилиндр компоновки, расположенной только на одном из концов суппорта ролика. Для типичного набора из трех роликов ясно, что это уменьшит число цилиндров в два раза, и, следовательно, уменьшаются проблемы защиты от повреждения и доступа, которые уже упоминались, но ни в одном из патентов не указывается, что три оперирующих цилиндра должны были бы располагаться иначе, чем через интервал в 120^o по дуге вокруг осей дисков, точно так же, как расположены сами ролики. Упомянутые выше проблемы, следовательно, сохраняются.

Настоящее изобретение основано на положении, что если каждый ролик позиционируется только одним гидравлическим оперирующим механизмом, как только что описано, то это дает возможность модифицировать расположение трех механизмов так, что все они в общем лежат только по одну сторону общих осей дисков, что дает возможность решить некоторые из проблем уже упомянутых выше. Изобретение применяется, в частности, к вариаторам, как показано во всех предшествующих патентных публикациях до настоящего времени, обозначенных соответствующими номерами, в которых конфигурация тороидальных беговых дорожек, выполненных на входном и выходном дисках такова, что радиус от оси диска до точки контакта между каждой из дорожек и роликом может изменяться по всему диапазону, включая значения большие и меньшие, чем расстояния от оси диска до центра окружности общего тора.

Изобретение определено формулой, содержание которой должно считаться включенной в раскрытие этого патента и изобретение будет теперь описано на примере со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых: фиг. 1 изображает схематически вариатор, частичный разрез по линии 1-1 на фиг. 2; фиг. 2 в упрощенном виде вариатор, разрез по линии 11-11 на фиг. 3; фиг. 3 упрощенный вид в плане шести оперирующих цилиндров "двухконцевой" бесступенчато регулируемой передачи (БРП) с тягой качения тороидально-дорожечного типа; фиг. 4 схематично варианты 6' и 6" цилиндра, контролирующего ролик, показанного на фиг. 1, будут размещены среди шести цилиндров, изображенных на фиг. 3.

На фиг. 1 ролик 1 для использования в вариаторе тороидально-дорожечной БРП установлен посредством подшипника 2 на суппорте 3, один конец которого сужается и переходит в стержень 4, на дальнем конце которого образован поршень 5 двойного действия, который движется внутри полости цилиндра 6, контролирующей ролик, сформированной в блоке 7 цилиндра. Закругленные конечные кромки 8 поршня 5 позволяют поршню 5 немного наклоняться внутри цилиндра 6, а также двигаться возвратно-поступательно вдоль оси 9 цилиндра так, что центр 10 ролика 1 способен двигаться не только вверх-вниз по той же оси, но и отклоняться от нее, хотя расстояние от центра 10 ролика до центра 11 поршня 5 остается фиксированным. Передний конец цилиндра 6 закрыт прокладкой 12, удерживаемой на месте стопорным пружинным кольцом 13, а центральный элемент 14 прокладки 12 способен на ограниченное радиальное движение относительно оси 9 цилиндра так, чтобы позволить центру 10 ролика 1 совершать только что описанные движения. Поршень 5 делит цилиндр 6 на две камеры 15 и 16. Для цилиндра 6 на фиг. 1 является совмещенным видом, показывающим этот цилиндр в двух различных вариантах: в одном (6') выше, и в другом (6") ниже оси 9 цилиндра. В обоих этих вариантах камера 15 формируется с кольцевой канавкой 17, а камера 16 с аналогичной канавкой 18. Позиция 19 схематично показывает подходящий кольцевой элемент, присоединенный к левой стороне поршня 5 в обеих вариантах (6' и 6") цилиндра 6, и к правой стороне поршня только в варианте 6'. Там, где имеется подобное присоединение, элемент 19 предотвращает прямой контакт между поршнем и внутренней стенкой 20 прокладки 12, как только поршень 1 выходит за заданный левый предел его движения внутри цилиндра, и между поршнем и конечной стенкой 21 цилиндра, если поршень 1 выходит за заданный правый своего движения.

Типичный вариатор, такой как БРП, будет включать в себя набор из трех таких роликов 1, причем каждый ролик контролируется комбинацией поршень-цилиндр 5/6, при этом три цилиндра включены в общий гидравлический контролирующий контур. И все же более типичным, как показано на фиг. 3, 4, является случай, когда два таких набора, составляющих вместе шесть роликов, контролируются общим гидравлическим контуром. Этот контур, являющийся в общем случае типа, описанного детально в патенте N W 0 90002277, содержит два насоса 25 и 26, два клапана давления 27 и 28 и вывод 29. Относительная установка клапанов давления 27 и 28 контролируется способом, хорошо известным в предшествующем уровне техники, посредством общего электронного устройства контроля 30, которое получает входной сигнал запуска привода, частоты вращения двигателя, скорость движения и все другие необходимые параметры. Через одну из камер 15 или 16 каждого из цилиндров 6 насос 25 связывается с клапаном 27 давления и выводом 29. Через другую из камер 16 или 15 каждого из цилиндров 6 другой насос 26 связывается с другим клапаном давления 28 и также с выводом 29. На фиг. 1 в одном примере показана камера 15, присоединенная к насосу 25, камера 16 к насосу 26 и к клапану давления 28 и вывод 28. Однако, способ, в котором все камеры 15 и 16 скомбинированы в группы между насосами 25 и 26 и их соответствующими клапанами давления 27 и 28 так, чтобы обеспечить правильное и единообразное действие всех шести роликов в традиционной "двухконцевой" системе, как показано на фиг. 3, 4, будет описан далее со ссылкой на эти фигуры. В каждом цилиндре 6, смонтированным в соответствии с вариантом 6', камера 15 цилиндра связана с одним из насосов (как показано, насосом 26) с помощью канавки 18 и клапана 32. Впрочем, в варианте 6" цилиндра утолщение 33 на конце стержня 4 сделано так, чтобы подходить к кромке 34 со снятой фаской полости 35, сделанной на крайней стенке 21 цилиндра. Камера 15 также соединена с одним из насосов 25 и 26 посредством канавки 17 и канала 31. Однако, камера 16 соединена не только с другим насосом с помощью канала 32, но также с помощью полости 35 и канала 37 с соответствующим клапаном давления (27 или 28) и, таким образом, с выводом 29. Когда поршень 5 находится в нормальных пределах своего перемещения внутри цилиндра 6", то полость 35 не закрыта, и количество жидкости, текущее через камеру 16, определяется подачей присоединенного насоса (25 или 26), и установкой соответствующего датчика давления (27 или 28). Поршень 5 должен был бы выйти за пределы нормальной величины своего хода при движении направо в цилиндре 6", однако, приближение утолщения 33 к кромке 34 ограничивает течение жидкости в канале 37 и, таким образом, повышает давление жидкости в камере 16, обеспечивая эффект "гидравлической остановки", стремясь противодействовать дальнейшему движению поршня 5 направо. Если не удается таким образом проконтролировать излишнее движение поршня, то утолщение 33 встречает кромку 34, что осуществляет физическую остановку.

Фиг. 1 также показывает частично (ссылка 38) фрагмент тороидальной беговой дорожки одного из дисков (40, см. фиг. 2 и 3), между которыми ролик 1 будет передавать тягу.

Комбинация ролика, суппорта и операционного механизма двойного действия поршень-цилиндр, только что описанная со ссылкой на фиг. 1, очень похожа на механизм двойного действия, описанный а патенте N 0 90/05860. В соответствии с настоящим изобретением, как показано на фиг. 2, блоки 7 каждого из наборов из трех роликов 1, передающих тягу между входным диском (не показанным на чертежах) и входным диском 40, смонтированы на единой устойчивой несущей структуре 41, в общем случае прямоугольной формы и имеющей плоскую верхнюю поверхность 42 так, что три блока (отмеченные на фиг. 3 как 7a, 7b и 7c) лежат на одной стороне общей плоскости 43a, содержащей общую ось 43 дисков, и все они пересечены другой общей плоскостью (как показано, являющейся поперечной плоскостью 43b к секущей линии 1-1), которая по существу параллельная оси 43 и смещена относительно нее. Как показано на фиг. 1, блоки 7 фиг. 2 будут также соединены с насосами 25 и 26 и с датчиками давления 27 и 28 с помощью каналов 31, 32 и 37, но теперь эти каналы большей частью содержатся в структуре 41, как показано схематически на примере 31a, 32a и 37a. Если эти структуры твердые, то каналы можно сформировать просверливанием в самой структуре, одно из таких сверлений 44 показано на фиг. 2. Насосы 25 и 26 и датчики давления 27 и 28 могут быть размещены внутри структуры, как показано схематично на фиг. 2, этим далее упрощается гидравлическое соединение, которое должно быть сделано.

Другое преимущество изобретения показано на фиг. 2. Если стрелка 45 показывает направление вращения выходного диска 40, то, очевидно, ролик 1a следует за цилиндром относительно этого направления и что ролик 1b аналогичным образом следует за своим цилиндром 6a. Сохраняется комбинация ролик/цилиндр 1c/6c, однако порядок изменен на противоположный: цилиндр 6c следует за своим роликом 1c относительно направления 45. Это, однако, не представляет особой проблемы для роликов с гидравлическим оперирующим механизмом двойного действия, который показан на фиг. 1; все, что требуется, это, чтобы камеры 15 16 цилиндра 6c были соединены с теми же насосами, что камеры 16 15 цилиндров 6a и 6b. На фиг. 2 линии 46 и 47 показывают внутреннюю и внешнюю радиальные оконечности частично тороидальной беговой дорожки 48, образуемой на выходном диске 49, по которому ролики 1a, b, c будут катиться, и линия 49 показывает линию полурадиуса, то есть радиус (49a) равен радиусу общего тора. Это есть радиус, по которому каждый из роликов будет катиться, когда он находится в положении ролика 1a, когда ось вращения ролика пересекает ось 43 дисков, и ролик передает тягу с передаточным отношением 1, так что выходной диск 40 вращается с той же скоростью, что и соответствующий входной диск (51, фиг. 3), но в противоположном направлении.

Фиг. 3 показывает цилиндры 6a, b и c, а также соответствующие цилиндры 6d, e и f для второго набора роликов "двухконцевой" тороидально-дорожечной БРП, и контурной линией показывает части входного и выходного дисков. Как принято в таких двухконечных блоках, входной диск 50 на одном конце вариатора присоединен входным валом 53 к входному диску 51 на другом конце, и выходной диск 40 лежит между ними и снабжен с цилиндрическим отверстием 54 так, что он может свободно вращаться вокруг вала 53. Шлицевое соединение 39 между валом 53 и диском 51 допускает осевое движение между валом и диском, отвечающее концевым нагревающим силам, как это понятно из предыдущего уровня техники. Ролики 1a, b и c (фиг. 2) передают тягу между беговой дорожкой 55 на диске 51 и беговой дорожкой 48 на одной стороне выходного диска 40, и три ролика (не показанные, но на которые производится ссылка как на 1d, e и f) другого набора (контролируемого цилиндрами 6d, e и f) передают тягу между входным диском 50 и беговой дорожкой на противоположной стороне выходного диска 40. Эффективность действия такой двухконцевой тороидально-дорожечной БРП требует достижения среди прочих, трех особых целей. Во-первых, конечно, каждый из роликов от 1a до 1f должен передавать то же передаточное отношение между их соответствующими входными и выходными дисками, которые требуют, чтобы соответствующий поршень 5 был подвержен той же чисто гидравлической силе через объем жидкости внутри камер 15 и 16, что и его соответствующий цилиндр 6. Во-вторых, так как соединения между камерами 15, 16 и насосами 25, 26 на фиг. 2 изменены на противоположные для цилиндра 6c в сравнении с цилиндрами 6a и 6b, то один из цилиндров 6d, e, f должен быть аналогично реверсирован относительно двух других. В-третьих, полный гидравлический контур будет требовать четыре цилиндра варианта 6' и два цилиндра варианта 6", при этом последние из вышеуказанных цилиндров реверсированы друг относительно друга так, что первый из них производит гидравлическую остановку, если ролики стремятся преодолеть один из допустимых пределов их диапазона передаточного отношения, а второй производит аналогичный эффект на другом допустимом пределе. Такое воплощение показано на фиг. 4. Как и на фиг. 2, один из цилиндров (6c) первого набора из трех роликов реверсирован в направлении по отношению к двум другим цилиндрам 6a и 6b. Аналогично для второго набора роликов цилиндр 6f реверсирован в направлении по отношению к цилиндрам 6d и 6e. Следовательно, цилиндры 6a, 6b, 6d и 6e направлены в одну сторону (относительно направления вращения по стрелке 45 выходного диска 40), а цилиндры 6c и 6f направлены в противоположную сторону. Общий коллектор 52 соединен с подачей насоса 25 и, следовательно, соединен с камерами 15 цилиндров 6a, b, d, c и камерами 16 цилиндров 6c и f, обеспечивая таким образом одинаковое давление во всех этих шести камерах. Аналогично, коллектор 56, соединенный с насосом 26, соединен также с камерами 16 цилиндров 6a, b, d, e и с камерами 15 цилиндров 6c и f. Чтобы оформить два гидравлических контура насосов 25 и 26, надо лишь, чтобы два из шести цилиндров были осуществлены в варианте 6", оставшиеся же четыре - в упрощенном варианте 6'. В целях произведения эффекта гидравлической остановки, когда ролики могут выйти за допустимые пределы нормальной величины из передаточного отношения, два цилиндра варианта 6" могут быть реверсированы по направлению. На фиг. 4 двумя такими цилиндрами являются цилиндры 6c и 6e. Камера 16 цилиндра 6c завершает контур между насосом 25 и соответствующим датчиком давления 27, при этом камера 16 цилиндр 6е завершает контур между насосом 26 и соответсвующим датчиком 28. Если поршни стремятся выйти за левый допустимый предел нормальной величины их хода, ограничение течения в канале 37 из камеры 16 цилиндра 6c будет производить эффект гидравлической остановки и таким образом увеличит давление в коллекторе 52 и, если поршни стремятся выйти за правый допустимый предел нормальной величины их хода, эффект гидравлической остановки произойдет в камере 16 цилиндра 6e, таким образом увеличивая давление в коллекторе 56.

Фиг. 3 показывает наилучшим образом, что оси 9 цилиндров 6 расположены пол углом относительно поперечных плоскостей 57, которые включают в себя окружность общего тора дисков, между которыми ролики, позиционированные с помощью своих цилиндров, передают тягу. Угол наклона, известный в предшествующем уровне техники как отливочный угол, будет, конечно, одинаковым для всех шести цилиндров, любая видимость противоположного на фиг. 3 при этом обязана перспективе. Наличие отливочного угла помогает сделать возможным монтирование блоков 7 цилиндров 6a, 6c и 6d, 6f близко один вдоль другого, как показано на фиг. 3; если бы угол был мал или равен нулю, то было бы очевидно, что блоки цилиндров сталкивались бы один с другим, если попытаться, как на фиг. 3, смонтировать три блока в единой общей плоскости на поверхности 42 структуры 41. С малыми или нулевыми отливочными углами, следовательно, альтернативное расположение этих цилиндров должно было бы быть найдено так, чтобы избежать их столкновения одного с другим. Вырез 58, сделанный на углу каждого из блоков 7 цилиндров, показанный на фиг. 2 и 3, дает свободное пространство для внешних кромок дисков 50, 51 и 40. Хотя была описана твердая или пористая и в общем случае прямоугольная конструкция для структуры 41, альтернативные варианты возможны в рамках изобретения. Например, более открытая рама, включающая в себя две параллельные и соединенные балки, одна из которых поддерживает блоки цилиндров 6a, 6c, 6d и 6f (фиг. 3), и другая - блоки цилиндров 6b и 6e. Такая конструкция снова имела бы эффект расположения всех шести цилиндров и их блоков по одну сторону оси 43 скорее, чем симметричного расположения цилиндров вокруг нее и предлагала бы некоторые возможности защиты гидравлических каналов, которыми снабжены цилиндры.

Использование: машины механизмы с изменением передаваемого крутящего момента. Сущность изобретения: вариатор содержит входной и выходной диски, взаимодействующий с ними набор роликов, каждый из которых соединен с поршнем двухстороннего действия, установленным внутри гидравлического цилиндра. Все гидравлические цилиндры лежат по одну сторону плоскости, проходящей через ось дисков. 6 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Вариатор с передачей усилия роликами по тороидальным поверхностям, содержащий входной и выходной диски, взаимодействующий с ними набор роликов, каждый из которых соединен с поршнем двустороннего действия, установленным внутри гидравлического цилиндра, отличающийся тем, что все гидравлические цилиндры лежат по одну сторону плоскости, проходящей через ось дисков. 2. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что все гидравлические цилиндры расположены на общем основании. 3. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что все гидравлические цилиндры пересекаются одной плоскостью, параллельной оси вариатора. 4. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что набор роликов состоит из трех роликов, одинаково отстоящих друг от друга в окружном направлении, а направление линии, соединяющей поршень с центром одного из роликов, относительно направления вращения одного из дисков противоположно направлению, соответствующему двум другим роликам из этого набора. 5. Вариатор по п.4, отличающийся тем, что все гидравлические цилиндры трех роликов смещены от плоскости, включающей центральную окружность общего тора двух дисков, и установлены к ней под углом. 6. Вариатор по п.5, отличающийся тем, что два гидравлических цилиндра из трех лежат по одну сторону плоскости, включающей центральную окружность общего тора двух дисков, а третий гидравлический цилиндр по другую сторону. 7. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что общее основание имеет форму прямоугольного блока с расположенными в нем гидравлическими каналами, подсоединенными к гидравлическим цилиндрам.