ФРИКЦИОННЫЙ ВАРИАТОР Российский патент 1998 года по МПК F16H9/00 F16H9/24 F16G13/06 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в устройствах, трансформирующих или передающих крутящий момент или скорость.

Известен фрикционный вариатор, состоящий из двух конусных барабанов с прямолинейными образующими и параллельными осями вращения, расположенных вершинами навстречу друг другу. Барабаны охвачены бесконечным ремнем постоянной длины в виде металлической цепи, который передает крутящий момент от ведущего конуса на ведомый за счет трения между контактирующими поверхностями. Регулирование скорости происходит за счет перемещения цепи вдоль прямолинейных образующих противоположных сторон конусов [1].

Недостатком данной конструкции является то, что происходят значительные потери мощности из-за ее циркулирования в пятне контакта и износ цепи из-за несоответствия скоростей кромок звеньев и различных диаметров конусов, с ними контактирующих. Кроме этого, при изменении передаточного отношения при регулировании скорости необходимо сдвигать цепь без прерывания потока мощности, что требует значительных усилий, а также приводит к интенсивному износу цепи из-за буксования. Для стабилизации контактных напряжений в зонах контакта цепи при различных нагрузках и степени изношенности цепи и барабанов такие конструкции требуют сложных систем регулирования натяжения цепи.

Наиболее близким решением к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является фрикционный вариатор [2]. Устройство содержит два конических барабана с прямолинейными образующими и параллельными осями их вращения, а также приводную цепь с шарнирно соединенными звеньями. Приводная цепь расположена с охватом наружной поверхности двух барабанов, вершины которых обращены одна к другой. Данный вариатор, обладающий свойством самонатяжения цепи при увеличении передаваемого крутящего момента, а также свойством свободного перемещения цепи вдоль образующих конусов без прерывания потока мощности, расходует минимум энергии на трение проскальзования в пятнах контакта, что значительно повышает КПД, надежность и нагрузочную способность вариатора.

Недостатком данной конструкции является то, что изготовление и сборка звеньев цепи, представляющих собой соединение овального ролика со стержнем посредством шарового шарнира, требует специального оборудования и нетрадиционной технологии. Расположение шарнирных соединений звеньев цепи в межзвенном пространстве ограничивает возможность максимального сближения звеньев, что препятствует увеличению их количества с целью увеличения нагрузочной способности вариатора.

Изобретение решает задачу упрощения конструкции приводной цепи и повышения нагрузочной способности (мощности) вариатора, обеспечивающих его применение в трансмиссиях транспортных средств, включая мотоциклы, мотонарты, мини-тракторы и легковые автомобили. Два конусных барабана охватываются приводной цепью. Цепь содержит шарнирно соединенные звенья, каждое звено выполнено в виде ролика овальной формы с круглым поперечным сечением, смонтированного на продольной оси внутри обечайки, имеющей поперечные боковые цапфы, посредством которых звенья цепи соединены между собой соединительными пластинами. Каждое звено имеет возможность ограниченного поворота в плоскости изгиба цепи вокруг барабана, а ролик неограниченно вращается на продольной оси внутри обечайки, перемещаясь вдоль образующей барабана. В предложенном решении цепь состоит из конструктивных элементов, изготовление и сборка которых возможны по общеизвестным технологиям из доступных материалов на универсальном оборудовании. Соединение звеньев цепи посредством соединительных пластин позволяет сократить расстояние между центрами звеньев, что увеличивает число точек контакта цепи с конусами, повышая нагрузочную способность вариатора. Кинематика предложенной конструкции цепи во взаимодействии последней с конусами обеспечивает эффект самонатяжения цепи при возрастании передаваемого крутящего момента и позволяет свободно перемещать цепь вдоль образующих конусов без прерывания потока годности, не допуская при этом проскальзывания в точках контакта, так как они точечные и их траектории и скорости перемещения полностью соответствуют скоростям поверхностей барабанов, контактирующих со звеньями цепи. Указанный эффект достигается тем, что звенья цепи шарнирно соединены друг с другом, например, при помощи изогнутых соединительных пластин. Каждое звено цепи имеет ролик, расположенный в обечайке, который связан с ней также шарнирно и может поворачиваться вместе с обечайкой в плоскости изгиба цепи вокруг барабана, постоянно находясь в контакте с ним. Форма профиля ролика в этом направлении овальная, например эвольвентная или эллипсная, причем независимо от поворота ролика в плоскости изгиба цепи пятно контакта расположено на прямой, соединяющей центры ролика и барабана или вблизи нее, а расстояние между пятном контакта и центром ролика возрастает с увеличением угла поворота ролика. Кроме этого, ролик имеет возможность вращаться вокруг продольной оси, параллельной касательной к окружности сечения барабана (конуса), лежащей в плоскости изгиба цепи, постоянно находясь в контакте с барабаном (конусом) и перекатываясь вдоль его образующей, причем форма профиля ролика в этом направлении круглая.

На фиг. 1 изображена схема конусного вариатора с цепью; на фиг. 2 - сечение конусного вариатора с самонатяжной цепью в плоскости изгиба цепи вокруг барабана.

Фрикционный вариатор содержит два конусных барабана 1 и 2 с прямолинейными образующими, с параллельными осями вращения и вершинами, обращенными друг к другу. Барабаны охвачены цепью 3, звенья которой соединены между собой шарнирно при помощи соединительных пластин 4, например, изогнутой формы. Каждое звено имеет ролик 5, установленный на продольной оси б внутри обечайки 7. Профиль поверхности ролика в плоскости цепи овальный, например эвольвентный или эллипсный, а в сечении цепи - круглый. Обечайка 7 имеет боковые цапфы 8 для шарнирного соединения звеньев между собой посредством соединительных пластин 4. Каждая цапфа 8 имеет две ступени разного диаметра, оси которых смещены относительно друг друга вдоль продольной оси звена, что предотвращает самопроизвольный поворот звеньев вокруг осей цапф 8. Звенья цепи, состоящие из ролика 5 и обечайки 7, имеют возможность ограниченного поворота в плоскости изгиба цепи вокруг конусов, а ролик 5 внутри обечайки 7 имеет возможность неограниченного вращения вокруг продольной оси 6.

Вариатор работает следующим образом.

Под действием тангенциальных сил в пятне контакта происходит поворот звеньев цепи (ролик с обечайкой) в плоскости ее изгиба вокруг барабанов 1 и 2. При этом оси цапф 8 поднимаются над поверхностью барабанов 1 и 2, что вызывает автоматическое натяжение цепи, тем большее, чем больше передаваемый момент. При регулировании скорости путем сдвигания цепи вдоль образующей барабанов 1 и 2 происходит перекатывание ролика 5 вокруг оси 6 в направлении перемещения цепи.

Использование: машиностроение, устройства, трансформирующие крутящий момент или скорость. Сущность изобретения: вариатор содержит два конусных барабана 1 и 2, охватываемые приводной цепью 3. Каждое звено цепи 3 выполнено в виде ролика 5 овальной формы с круглым поперечным сечением, смонтированного на продольной оси 6 внутри обечайки 7. Звенья цепи 3 соединяются между собой соединительными пластинами 4 посредством боковых цапф 8. Каждое звено имеет возможность ограниченного поворота в плоскости изгиба цепи 3 вокруг барабанов 1 и 2, обеспечивая автоматическое натяжение цепи. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Фрикционный вариатор, содержащий два конусных барабана с прямолинейными образующими и параллельными осями их вращения, а также приводную цепь со звеньями, соединенными шарнирно, при этом приводная цепь расположена с охватом наружной поверхности двух барабанов, вершины которых обращены одна к другой, каждое звено цепи выполнено в виде ролика овальной формы с круглым поперечным сечением, отличающийся тем, что ролик смонтирован на продольной оси внутри обечайки, имеющей поперечные боковые цапфы, посредством которых звенья цепи связаны между собой соединительными пластинами. 2. Вариатор по п. 1, отличающийся тем, что каждая боковая цапфа имеет две ступени, смещенные одна относительно другой вдоль оси звена.