ПЕРЕМЕННАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 1998 года по МПК B62M9/08 

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, трансмиссии транспортных средств, а именно к переменным передачам, которые могут быть использованы в автомобиле- и тракторостроении.

Известна зубчатая передача Куклина (авт. свид. СССР N 1190115) выполнена в виде двух шкивов со сферической поверхностью, снабженных соответственно один выступами, а другой углублениями, образованными поверхностями вращения с образующей эвольвентой, причем оси симметричных выступов и углублений расположены радиально и установлены с возможностью вращения двух взаимно перпендикулярных осей так, что центр каждого шкива совпадает с точкой пересечения осей, кроме того, каждый установлен с возможностью вращения вокруг оси, проходящей через шкив перпендикулярно двум другим осям.

Совпадающими с предлагаемым устройством признаками являются шкивы со сферической поверхностью, расположенные радиально выступы и углубления, образованные поверхностью вращения с образующей эвольвентой.

К недостаткам данного устройства относится то, что оно не предназначено для передачи широкого диапазона передаточных отношений, ввиду отсутствия между шкивами шарового сателлита.

Известна также переменная передача (патент США N 3333479 от 1976), содержащая с перпендикулярными осями ведущий и ведомый шкивы и взаимодействующие через сателлит с углублениями, при этом указанные шкивы имеют полусферическую поверхность, на которой радиально расположены равноудаленные выступы. Выступы на ведущем и ведомом шкивах и углубления на сателлите выполнены в виде шестиугольных фигур. Кроме того, каждый из полусферических шкивов имеет возможность вращения вокруг собственной оси и перемещения вдоль нее, а ось сателлита еще и возможность изменять свое положение относительной осей ведущего и ведомого шкивов.

Совпадающими с предлагаемым устройством признаками являются ведущий и ведомый шкивы с полусферической поверхностью и возможностью вращения вокруг собственной оси и перемещения вдоль нее, выступы и углубления, сателлит, который имеет возможность изменять положение оси.

Но данное устройство излишне усложнено за счет наличия шестиугольных фигур и механизмов перемещения шкивов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому устройству является переменная передача (авт. свид. СССР N 1691213, кл. B 62 M 9/08 от 1989), содержащая ведущий и ведомый шкивы, а также связующий шаровой элемент-сателлит, расположенные с возможностью взаимного перемещения и вращения вокруг осей. Шкивы и элемент-сателлит взаимодействуют с помощью выступов и углублений, образованных поверхностями вращения с образующейся эвольвентой. Выступы на рабочей поверхности шкивов и углубления на шаровом элементе-сателлите расположены равноудаленно друг относительно друга. Шаровой элемент-сателлит поддерживается четырьмя опорными роликами с гиперболоидной поверхностью вращения, а орган управления представляет собой механизм переключения передач, включающий зубчатую рейку, зубчатые колеса, валы и рычаг переключения передач.

Общими с предлагаемым техническим решением признаками являются ведущий и ведомый шкивы, шаровой элемент-сателлит, расположенные с возможностью взаимного перемещения и вращения вокруг осей и взаимодействующие между собой зацеплением в виде равноудаленных друг относительно друга и радиально направленных выступов и углублений, образованных поверхностью вращения с образующей эвольвентой, а также орган управления передачей, представляющий собой механизм переключения передач, включающий в себя зубчатую рейку, связанную через зубчатое колесо и ось с рычагом переключения передач.

Устройство конструктивно усложнено ввиду наличия выступов на рабочей поверхности шкивов и использования в качестве связующего звена шарового элемента-сателлита с равноудаленными углублениями, поддерживаемого четырьмя опорными роликами с гиперболоидной поверхностью вращения. Кроме того, выступы на рабочей поверхности шкивов приводят к излишней металлоемкости и способствуют снижению надежности функционирования, т.к. могут захватывать посторонние предметы и усложняют визуальный контроль работоспособности.

В основу изобретения поставлена задача создавать такую переменную передачу, в которой новое конструктивное выполнение ведущего и ведомого шкивов и шарового элемента-сателлита, а также элементов их поддержания и перемещения позволило получить переменную передачу упрощенной конструкции повышенной надежности и с расширенной динамикой задания диапазона передаточных отношений.

Поставленная задача решается устройством, содержащим ведущий и ведомый шкивы, шаровой элемент-сателлит, расположенные с возможностью взаимного перемещения и вращения вокруг осей и взаимодействующие между собой зацеплением в виде равноудаленных друг относительно друга и радиально направленных выступов и углублений, образованных поверхностью вращения с образующей эвольвентой, а также орган управления передачей, представляющий собой механизм переключения передач, включающий в себя зачатую рейку, связанную через зубчатое колесо и ось с рычагом переключения передач, рабочие поверхности шкивов образованы поверхностью вращения, причем углубления расположены на рабочей поверхности ведущего и ведомого шкивов, а выступы на поверхности шарового элемента-сателлита, имеющего неизменное пространственное положение с полной свободой направления вращения и удерживаемого в пространстве с помощью сферических планок, при этом рабочие поверхности шкивов могут быть выполнены сферическими, либо в виде усеченного однополюсного гиперболоида, либо рабочая поверхность одного из них выполнена бочкообразной, а второго гиперболоидной, либо рабочая поверхность одного из них выполнена сферически выпуклой, а второго сферически вогнутой.

Отличительными признаками этого устройства является то, что углубления расположены на рабочей поверхности ведущего и ведомого шкивов, а выступы на поверхности шарового элемента сателлита, удерживаемого в пространстве с помощью сферических планок, при этом рабочие поверхности шкивов могут быть выполнены сферическими, либо в виде усеченного однополюсного гиперболоида, либо рабочая поверхность одного из них выполнена бочкообразной, а вторая - гиперболоидной, либо рабочая поверхность одного из них выполнена сферически выпуклой, а вторая сферически вогнутой.

Совокупность перечисленных признаков позволяет получить технический результат, который заключается в упрощении конструкции и повышении надежности за счет отсутствия выступов на рабочей поверхности шкивов и наличия сферической планки для поддержания шарового элемента-сателлита, а расширение динамики задания диапазона передаточных отношений за счет использования рабочей поверхности шкивов различной геометрии. На фиг. 1 изображена кинематическая схема переменной передачи со сферическими шкивами; на фиг. 2 - шаровой элемент-сателлит во взаимодействии со шкивами и сферическими планками; на фиг. 3 зубчатое колесо механизма переключения передач, вид сбоку; на фиг. 4 зубчатое колесо механизма переключения передач, вид спереди; на фиг. 5 - шар с элементами крепления; на фиг. 6 элементы крепления шарообразной вершины выступа; на фиг. 7 кинематическая схема взаимодействия шарового элемента-сателлита со шкивами с геометрической поверхностью усеченного однополюсного гиперболоида; на фиг. 8 кинематическая схема взаимодействия шарового элемента-сателлита со шкивами с гиперболоидной и бочкообразной геометрическими поверхностями; на фиг. 9 кинематическая схема взаимодействия шарового элемента-сателлита со шкивами с выпуклой и вогнутой сферическими геометрическими поверхностями. на фиг. 10 кинематическая схема взаимодействия шарового элемента-сателлита со шкивами с выпуклой сферической геометрической поверхностью.

Переменная передача (фиг. 1, 2, 7, 8, 9, 10) состоит из ведущего 1 и ведомого 2 шкивов со степенью свободы параллельного перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях, на рабочей поверхности которых расположены (фиг. 1, 2) равноудаленные углубления 3, образованные поверхностью вращения с образующей эвольвентой и сферической вершиной. Параллельность рабочих поверхностей шкивов обеспечивается прижатием их, например, с помощью пружин, к шаровому элементу-сателлиту 4 (фиг. 1, 4, 7, 8, 9, 10), на наружной поверхности которого расположены (фиг. 2, 5) равноудаленные выступы с поверхностью вращения с образующей эвольвентой с вершинами в виде шара 5. Шаровой элемент-сателлит 4 фиксируется в пространстве (фиг. 1, 2) двумя сферическими планками 6, прикрепленными к основанию 7 (фиг. 1). Ведущий шкив 1 посажен на вал с цилиндрическим зубчатым колесом 8, которое взаимодействует с цилиндрическим зубчатым колесом 9 и через его вал с парой конусных колес 10. В зубчатом колесе 10 одним концом жестко закреплен профильный вал 11, свободный конец которого пропущен через профильное центральное отверстие зубчатого колеса 12, которое через зубчатое колесо 13, вал двигателя 14 связано с двигателем 15. Перемещение шкива 1 относительно шкива 2 осуществляется зубчатой рейкой 10 с впрессованным подшипником, через который проходит вал шкива 1 и зубчатого колеса 8. Зубчатая рейка 16 приводится в движение зубчатым колесом 17 через вал и рукоятку рычага переключения передач 18. В свою очередь, ведомый шкив 2 с осью через цилиндрические зубчатые колеса 19, 20 и конусные зубчатые колеса 21 взаимодействует через многогранный вал 22, зубчатое колесо 12 с зубчатым колесом 23, которое валом связано с зубчатым колесом 24 дифференциала ведущих колес 25 транспортного средства. Крепление шаров 5 в шаровой элемент-сателлит 4 осуществляется с помощью (фиг. 2, 5, 6) нижних 27 и верхних 28 обойм, прикрепляемых к основанию 29 шарового элемента-сателлита 4 (фиг. 5) винтами 26. Обоймы в центре имеют развальцованные отверстия под сферическую поверхность шара 5, а обоймы 27, 28 могут быть выполнены, например, в виде (фиг. 6) пятиугольника с отверстиями 30 и 31 для винтов 26 крепления шара 5. Для уменьшения массы шкивов 1 и 2 и шарового элемента-сателлита 4 они могут быть выполнены пустотелыми. На фиг. 2 показан шаровой элемент-сателлит 4 с полостью 32.

Шкивы 1 и 2 могут быть выполнены различной геометрической формы, например, усеченного однополюсного гиперболоида, гиперболоидной, бочкообразной, сферической. Углубления 3 могут пересекать рабочую поверхность (стенку) пустотелого шкива, образовывая в ней сквозные отверстия.

Переменная передача работает следующим образом. Вращательное движение рукоятки рычага переключения передач 18 через вал, жестко посаженный в зубчатом колесе 17, преобразуется в поступательное движение рейки 16. Рабочий конец зубчатой рейки 16 с подшипником перемещает вал шкива 1 по направлению от центра к периферии шарового элемента-сателлита 4. При этом происходит вертикальное перемещение рабочей поверхности шкива 1 в сторону удаления его центра от шарового элемента-сателлита 4. Соответственно, углубления 3, расположенные на рабочей поверхности шкива 1, взаимодействуют с шарами 5 выступов шарового элемента-сателлита 4, заставляя его осуществлять вращательное движение. В результате происходит их взаимодействие с углублениями 3, расположенными на рабочей поверхности шкива 2, что вызывает синхронное перемещение шкива 2 в противоположном направлении движению шкива 1. В связи с кривизной рабочей поверхности шкивов 1 и 2, происходит их одновременное перемещение в горизонтальной плоскости. При этом происходит горизонтальное перемещение вала шкива 1 относительно подшипника в рейке 16 и вала шкива 2 относительно корпуса переменной передачи. Соответственно, зубчатые колеса 8 и 19 перемещаются относительно зубчатых колес 9 и 20. Взаимное встречно вертикальное перемещение шкивов 1 и 2 через зубчатое колесо 9 и 20 с валами, зубчатые колеса 10 и 21 заставляют встречно перемещаться валы 11 и 22, которые скользят по внутренней поверхности профильных осевых отверстий в зубчатых колесах 12. Взаимное перемещение шкивов 1 и 2 происходит до тех пор, пока не подберется требуемое передаточное отношение за счет образования дорожек различного диаметра на шкивах 1 и 2 в зоне контакта их с шаровым элементом-сателлитом 4.

Работа устройства в динамике отличается тем, что вращательный момент от двигателя 15, который взаимодействует с валом 14 непосредственно, либо через муфту сцепления, через зубчатые колеса 8, 9, 10, 12, 13, через вал 11 и осевой вал передается на шкив 1, который вращается с угловой скоростью вращения вала двигателя. Для включения первой (самой низкой) передачи, производят взаимное перемещение шкивов 1 и 2 до момента достижения позиции нейтральной передачи в центре шкива 1. Для этого, с помощью рычага 18 через вал, зубчатое колесо 17, рейку 16 перемещается вал шкива 1 в обратную сторону, т.е. в сторону зацепления шарового элемента-сателлита 4 с углублениями 3 шкива 1 и образования на нем наименьшей из концентрических окружностей, что и обеспечивает требуемое передаточное отношение. При этом в соответствии с кривизной рабочих поверхностей шкивов 1 и 2 происходит синхронное встречное перемещение их валов. Требуемая динамика изменения передаточных отношений достигается пространственным смещением валов шкивов, т.е. при нейтральной передаче; центр шкива 1 не должен находится в одной плоскости, перпендикулярной рейке 16, с валом шкива 2. Свободное скольжение шарового элемента-сателлита 4 по сферической поверхности направляющих 6 обеспечивается соответствующим вращением шаров 5 на вершинах его выступов. При включении высших передач, шкив 1 перемещается в сторону образования на нем дорожек большего диаметра. При этом существенно, что рабочие концентрические дорожки могут образовываться в любой зоне взаимодействия рабочих поверхностей шкивов и шарового элемента-сателлита независимо от положения выступов относительно углубления 3, т.е. достигается выбранная динамика образования передаточных отношений. Подтверждением сказанного является то, что контрольной операцией проверки работоспособности устройства является свободное перекатывание шарового элемента-сателлита 4 по рабочей поверхности любого из шкивов 1 и 2, а также взаимное свободное перемещение всех взаимодействующих рабочих поверхностей шкивов и шарового элемента-сателлита.

Существенным моментом возможности функционирования устройства является то, что шкивы 1 и 2 должны иметь свободу синхронного горизонтального и вертикального перемещения в пределах их нахождения в параллельных плоскостях, т. е. как бы не перемещались шкивы друг относительно друга их рабочие поверхности, относительно шарового элемента-сателлита 4, шкивы должны быть равноудалены. Это можно достичь различными способами, в т.ч. тем, что шкивы прижимаются через шаровой элемент-сателлит друг к другу с помощью цилиндрических пружин, либо они перемещаются по параллельно расположенным направляющим. Указанные выше конструктивные элементы (пружины, направляющие) не приведены, а направления взаимного перемещения шкивов показаны стрелками на фиг. 1. При использовании шкивов 1 и 2 с сферическими поверхностями, т.е. когда их валы расположены навстречу друг другу, возможно получение реверсивности передаточных отношений, в т.ч. наличие нейтральной "нулевой" передачи. Так расположение шарового элемента-сателлита 4 относительно центра рабочей поверхности одного из шкивов 1 и 2 соответствует включение нейтральной "нулевой" передачи. При этом в центре шкивов должно быть сферическое углубление в виде сектора с размером, соответствующим наружную диаметру шарового элемента-сателлита. Оно необходимо для предотвращения зубчатого зацепления шкивов 1 и 2 при этой передаче. В остальных случаях реверсивность и наличие нейтральной передачи обеспечивается дополнительным редуктором. Но в случае использования шкивов 1 и 2 с параллельно расположенными валами, имеется возможность более широкого выбора динамики изменения передаточных отношений.

Таким образом, по сравнению с известными техническими решениями, предлагаемая переменная передача обеспечивает широкий диапазон передаточных отношений при высокой надежности функционирования, снижении металлоемкости (за счет отсутствия выступов на шкивах) и упрощенном креплении шарового элемента-сателлита. для предотвращения зубчатого зацепления шкивов 1 и 2 при этой передаче. В остальных случаях реверсивность и наличие нейтральной передачи обеспечивается дополнительным редуктором. Но в случае использования шкивов 1 и 2 с параллельно расположенными валами, имеется возможность более широкого выбора динамики изменения передаточных отношений.

Таким образом, по сравнению с известными техническими решениями, предлагаемая переменная передача обеспечивает широкий диапазон передаточных отношений при высокой надежности функционирования, снижение металлоемкости /за счет отсутствия выступов на щкивах/ и упрощенном креплении шарового элемента-сателита.

Использование изобретения в области транспортного машиностроения, в трансмиссиях транспортных средств, а именно, в переменных передачах. Сущность изобретения - в создании переменной передачи упрощенной конструкции повышенной надежности и с расширением диапазона передаточных отношений, переменная передача имеет ведущий и ведомый шкивы, шаровой элемент - сателлит, механизм переключения, при этом рабочие поверхности шкивов образованы поверхностью вращения, углубления расположены на рабочей поверхности ведущего и ведомого шкивов, а выступы - на поверхности шарового элемента - сателлита, удерживаемого в пространстве с помощью сферических планок. 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Переменная передача, содержащая ведущий и ведомый шкивы, шаровой элемент-сателлит, расположенные с возможностью взаимного перемещения и вращения вокруг осей и взаимодействующие между собой зацеплением в виде равноудаленных друг относительно друга и радиально направленных выступов и углублений, образованных поверхностью вращения с образующей эвольвентой, а также орган управления передачей, представляющий собой механизм переключения передач, включающий в себя зубчатую рейку, связанную через зубчатое колесо и ось с рычагом переключения передач, при этом рабочие поверхности шкивов образованы поверхностью вращения, отличающаяся тем, что углубления расположены на рабочей поверхности ведущего и ведомого шкивов, а выступы на поверхности шарового элемента-сателлита с возможностью удерживания в пространстве с помощью сферических планок. 2. Передача по п.1, отличающаяся тем, что рабочие поверхности шкивов выполнены сферическими. 3. Передача по п.1, отличающаяся тем, что рабочие поверхности шкивов выполнены в виде усеченного однополюсного гиперболоида. 4. Передача по п.1, отличающаяся тем, что рабочая поверхность одного из шкивов выполнена бочкообразной, а второго гиперболоидной. 5. Передача по п.1, отличающаяся тем, что рабочая поверхность одного из шкивов выполнена выпуклой, а второго вогнутой. 6. Передача по п.1, отличающаяся тем, что вершины выступов выполнены в виде шара. 7. Передача по п.1, отличающаяся тем, что шаровой элемент-сателлит выполнен полым. 8. Передача по п.1, отличающаяся тем, что углубления выполнены сквозными. 9. Передача по пп.1 и 6, отличающаяся тем, что вершины углублений выполнены сферическими.