АВТОМАТИЧЕСКАЯ БЕССТУПЕНЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 1999 года по МПК F16H15/50 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано, в частности для мотор-вариаторов.

Для определения аналогов был проведен поиск по следующим странам:
Англия - F 2 D (старая), F 16 H 15/28 по 15/54 до мая 1998 г.

ФРГ (патенты и заявки) - F 16 H 15/04 по 15/54 с 1975 г до мая 1998 г. Франция - F 16 H 15/04 по 15/54 с 1965 г до мая 1998 г.

СССР, Россия - F 16 H 15/04 по 15/54 - весь фонд до мая 1998 г.

США - 74-721, 74-207, 74-208, 74-755, 74-772, 74-798, 74-190, 74-202, 74-204, 74-205 - весь фонд до мая 1998 г.

В результате поиска было обнаружено техническое решение, обладающее максимальной совокупностью общих признаков и идентичностью назначения - "Автомобильная бесступенчатая передача" по пат. России N 2091637, F 16 H 15/50, 1997 г. (автор - Н.В.Гулиа), принятое за прототип. Это устройство, включающее планетарный вариатор с быстроходным и тихоходным валами, кинематически связанными соответственно с одним из центральных колес и водилом, регуляторное звено, включающее профильные поверхности и взаимодействие с ними толкатели, поворотные рычаги, кинематически связанные с регуляторным звеном и водилом вариатора, несущие на осях промежуточные диски, радиальное перемещение которых меняет передаточное число вариатора.

Устройству-прототипу присущ недостаток, заключающийся в том, что толкатели подгружены к профильным поверхностям центробежными силами, вызванными неуравновешенностью поворотного рычага относительно его оси вращения. Такое выполнение вызывает весьма неудобные условия нагружения регуляторного звена, сто влечет за собой неточность и ненадежность регулирования. Например, при изменении частоты вращения тихоходного вала в 10 раз (это реальный диапазон изменения передаточного числа данного вариатора) центробежная сила меняется в 100 раз; при этом крутящий момент "противодействующий" в системе регулирования этой силе, меняется примерно в 10 раз и минимальной центробежной силе будет соответствовать как раз максимальный крутящий момент, который на тихоходном валу соответствует минимальной частоте вращения. Опыт показал, что необходимое при этом тысячекратное изменение чувствительности регуляторного звена затруднено.

Описанный недостаток устранен в предлагаемом устройстве, за счет того, что регуляторное звено выполнено со статическими элементами нагружения поворотных рычагов (например пружинами, гидро- или пневмоцилиндрами и т.д.), подгружающими их в сторону поворота, соответствующего уменьшению передаточного числа от быстроходного вала к тихоходному, причем толкатели и профильные поверхности могут быть расположены как на поворотных рычагах, так и на элементе, связанном с тихоходным валом; отмеченные профильные поверхности выполнены по спиралям, направление которых обеспечивает при опережении водилом тихоходного вала угловое перемещение поворотных рычагов в сторону, соответствующую увеличению передаточного числа вариатора; причем профильные поверхности могут быть выполнены переменными (неплоскими) в осевом направлении с возможностью их осевого перемещения относительно толкателей; при этом центр масс поворотных рычагов может находиться как на оси их поворота (рычаги уравновешены), так и быть смещенным в ту сторону, движение которой от центра на периферию вызывает уменьшение передаточного числа вариатора; при необходимости регулярное звено может быть зафиксировано при сохранении постоянным передаточного числа вариатора.

Упомянутый быстроходный, как и тихоходный вал, может быть и ведущим и ведомым каждый.

Устройство представлено на чертеже, где изображена принципиальная схема устройства; слева - продольный, а справа - поперечный разрезы.

Автоматическая бесступенчатая передача содержит быстроходный вал 1, соединенный с внутренними отбуртованными дисками 2, контактирующими с промежуточными дисками 3, в свою очередь, контактирующими с внешними отбуртованными дисками 4, зафиксированными на эпицикле 5. Диски 3 сидят на оси 6, зафиксированной в подшипниках на поворотных рычагах 7, шарнирно связанных с водилом 8 и несущих на сторонах, противоположных дискам 3, противовесы 9, частично или полностью уравновешивающие поворотные рычаги 7 и толкатели 10 (например, роликовые), контактирующие с профильными поверхностями 11 на кулачковом диске 12 (диски 3, оси 6 с подшипниками, поворотные рычаги 7 с противовесами 9 и толкателями 10, а также профильные поверхности 11 представлены для простоты на чертеже в единственном числе, хотя их может быть и несколько, например, шесть, расположенных по окружности). Водило 8 связано с тихоходным валом 13 через посредство кулачкового диска 12 и толкателей 10, причем кулачковый диск 12 зафиксирован с возможностью свободного поворота относительно водила 8 и подпружинен пружиной 14 относительно этого водила с моментом M, направленным в сторону углового перемещения диска 12-ϕ,, которое возникает при перемещении толкателя 10 по профильной поверхности 11 в направлении от центра наружу (на периферию). Пружина 14 одним концом зафиксирована на водиле 8, а другим - на кулачковом диске 12, и при перемещении толкателя 10 под действием пружины из положения а в положение B, т.е. наружу, конец пружины 14, соединенный с диском 12 также переместится из положения а₁, в положение B₁, т.е. в направлении стрелки ϕ, а диски 3 - из положения а₂, в положение B₂, т.е. к центру. При этом передаточное число вариатора от вала 1 к валу 13 уменьшается.

Толкатели 10 могут быть закреплены и на противоположной стороне поворотного рычага 7, вблизи оси 6. Тогда момент пружины должен как бы стягивать толкатели 10 к центру, что также связано с уменьшением передаточного числа вариатора. Иногда удобно использование вместо пружин кручения пружин растяжения-сжатия, причем по пружине на каждый поворотный рычаг (не показано). Усилие этих пружин, как и пружин кручения, или в более общей форме - статических элементов нагружения, должно быть направлено, как уже было отмечено, на такое угловое перемещение поворотного рычага 7, которое вызывает уменьшение передаточного числа вариатора. Статический элемент нагружения, особенно растяжения-сжатия, может быть выполнен и с регулируемой зависимостью силы от перемещения, например, в виде пневмоцилиндра (с пружиной или без нее), в который подается газ под регулируемым давлением, например от неподвижного ресивера через коллектор.

При этом спиральные профильные поверхности 11 выполнены так, что при принудительном вращении диска 12 в направлении перемещения ϕ, при остановленном водиле 8 во всех случаях толкатели 10 перемещаются в направлении, вызывающем угловое перемещение поворотных рычагов 7 в направлении, увеличивающем передаточное число вариатора. Нетрудно заметить, что торможение тихоходного вала 13 при вращении вала 1, а стало быть и водила 8 в направлении, противоположном стрелкам M и ϕ (стрелка ω), вызывает опережение тихоходного вала 13 водилом 8, как и в предыдущем случае принудительного вращения диска 12 в противоположном направлении, что также вызывает увеличение передаточного числа вариатора.

Следует заметить, что иногда из условий компоновки профильные поверхности и толкатели удобно поменять местами и закрепить толкатели на элементе (крестовине, диске и пр.), связанном с валом 13, а профильные поверхности выполнить на рычагах 7, например, на противовесах (на чертеже этот случай не представлен). Однако приведенное выше правило действия усилий и моментов статических элементов нагружения в различных случаях и изменение передаточного числа вариатора, связанное с этим, остается неизменным.

Профильные поверхности могут быть выполнены спиральными плоскими или объемными, т. е. с изменяющимся профилем в осевом направлении, с возможностью перемещения по ним толкателей в осевом направлении, т.е. с регулируемым таким образом передаточным числом вариатора.

Кулачковый диск 12 выполнен с возможностью соединения его непосредственно с водилом 8 (стопорения его относительно водила) с помощью, например муфты 15 с ручным или дистанционным (например, электромагнитным) приводом. Это необходимо для поддержания передаточного числа вариатора постоянным, т. е. блокировки регуляторного звена.

Работа устройства происходит следующим образом. Быстроходный вал 1 приводится во вращение, например, от асинхронного двигателя с жесткой механической характеристикой, т.е. зависимостью момента от частоты вращения. Пока нагрузка (момент сопротивления) на тихоходном валу 13 невелика, превалирует действие статических элементов нагружения (пружин, цилиндров) и поворотные рычаги 7 находятся в положении, соответствующем минимальному передаточному числу вариатора от быстроходного вала 1 к тихоходному 13. Например при заторможенном эпицикле 5 диски 3 занимают наиболее близкое к оси вращения валов 1 и 13 положение; при этом отбуртованные диски 2 контактируют с дисками 3 по малому радиусу последних, а диски 4 - по наибольшему (реально минимальное передаточное число около 1,2-1,5).

По мере увеличения момента сопротивления на валу 13 толкатели 10 начинают, преодолевая действие статических элементов нагружения, например пружины 14, (на чертеже) перемещаться по профильным поверхностям 11, переводя поворотные рычаги 7 в положение, соответствующее увеличению передаточного числа вариатора. При максимальном моменте сопротивления толкатели 10 доходят до конца профильных поверхностей 11, и статический элемент нагружения (например, пружина 14) деформирован полностью. Диски 3 занимают максимально отдаленное от оси положение, что при заторможенном эпицикле 5 соответствует максимальному передаточному числу вариатора (реально это 6-11). Следует заметить, что если тормозить вал 1, а вращение двигателя подавать на эпицикл 5, что допускают планетарные схемы, описанная выше логика принципа действия устройства остается той же, только положения дисков 3 при максимальном и минимальном передаточных числах меняются местами.

При уменьшении момента сопротивления на валу 13 происходит процесс, обратный описанному, и передаточное число вариатора снова уменьшается. Таким образом "жесткая" характеристика двигателя превращается в "мягкую", характерную, например для двигателей постоянного тока с последовательным или смешанным возбуждением и для привода с гидротрансформатором.

При объемных профильных поверхностях и осевом перемещении толкателей относительно них механическая характеристика на валу 13 становится регулируемой путем осевого перемещения толкателей относительно профильных поверхностей.

В случае использования регулируемых статических элементов нагружения, например пневмоцилиндров вместо пружин растяжения-сжатия, в них подается сжатый газ (воздух) под регулируемым давлением, например от неподвижного ресивера через регулятор давления и коллектор, позволяющий передачу сжатого газа от неподвижного трубопровода во вращающиеся цилиндры. В этом случае механическая характеристика на валу 13 также становится регулируемой.

В случае необходимости фиксации регуляторного звена в каком-нибудь положении, а следовательно, и передаточного числа, включается муфта 15, стопорящая, например кулачковый диск 12 относительно водила 8.

В случае частичного уравновешивания поворотных рычагов 7 противовесами 9, поворот рычагов 7, связанный с их неуравновешенностью при вращении водила 8, должен происходить в том же направлении что и под действием статического элемента нагружения, например, пружины. Тогда эта частичная неуравновешенность при низких передаточных числах вариатора, а следовательно, высоких частотах вращения водила 8, может либо усилить действие статических элементов нагружения, либо при тех же усилиях уменьшить их размеры и массу. При этом, если, например, ведущим является вал 1, то центр масс рычага 7 должен быть смещен в сторону противовеса 9, а при ведущем эпицикле 5 - в сторону промежуточных дисков 3, то есть в ту сторону, движение которой от центра на периферию вызывает уменьшение передаточного числа вариатора.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано, частности в мотор-вариаторах. Автоматическая бесступенчатая передача содержит планетарный вариатор, регуляторное звено и поворотные рычаги. Регуляторное звено выполнено со статическими элементами нагружения поворотных рычагов, подгружающими их в сторону поворота, соответствующего уменьшению передаточного числа от быстроходного вала к тихоходному. Профильные поверхности регуляторного звена могут быть расположены на поворотных рычагах или на элементе, связанном с тихоходным валом. Профильные поверхности выполнены по спиралям, направление которых обеспечивает при опережении водилом планетарного вариатора тихоходного вала угловое перемещение поворотных рычагов в сторону, соответствующую увеличению передаточного числа вариатора. Профильные поверхности могут быть также выполнены с переменным в осевом направлении профилем и с возможностью их осевого перемещения относительно толкателей. Повышена точность и надежность передачи. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Автоматическая бесступенчатая передача, включающая планетарный вариатор с быстроходным и тихоходным валами, кинематически связанными соответственно с одним из центральных колес и водилом, регуляторное звено, включающее профильные поверхности и взаимодействующие с ними толкатели, поворотные рычаги, кинематически связанные с регуляторным звеном и водилом вариатора, несущие на осях промежуточные диски, отличающаяся тем, что регуляторное звено выполнено со статическими элементами нагружения поворотных рычагов, погружаемыми их в сторону поворота, соответствующего уменьшению передаточного числа от быстроходного вала к тихоходному. 2. Автоматическая бесступенчатая передача по п.1, отличающаяся тем, что толкатели расположены на поворотных рычагах, а профильные поверхности выполнены на кулачковом диске, кинематически связанном с тихоходным валом. 3. Автоматическая бесступенчатая передача по п.1, отличающаяся тем, что толкатели расположены на элементе, связанном с тихоходным валом, а профильные поверхности выполнены на поворотных рычагах. 4. Автоматическая бесступенчатая передача по п.1, отличающаяся тем, что профильные поверхности выполнены по спиралям, направление которых обеспечивает при опережении водилом тихоходного вала угловое перемещение поворотных рычагов в сторону, соответствующую увеличению передаточного числа вариатора. 5. Автоматическая бесступенчатая передача по п.1, отличающаяся тем, что статический элемент нагружения поворотных рычагов выполнен в виде, как минимум, одной пружины, подпружинивающей кулачковый диск, кинематически связанный с тихоходным валом, относительно водила. 6. Автоматическая бесступенчатая передача по п.1, отличающаяся тем, что статический элемент нагружения выполнен в виде, как минимум, одной пружины, подпружинивающей поворотный рычаг в его угловом перемещении относительно водила. 7. Автоматическая бесступенчатая передача по п.1, отличающаяся тем, что кулачковый диск выполнен с возможностью стопорения его относительно водила. 8. Автоматическая бесступенчатая передача по п.1, отличающаяся тем, что поворотные рычаги выполнены неуравновешенными, причем центр масс рычагов смещен от осей их поворота в ту сторону, движение которой от центра на периферию вызывает уменьшение передаточного числа вариатора. 9. Автоматическая бесступенчатая передача по п.1, отличающаяся тем, что статический элемент нагружения выполнен с регулируемой зависимостью силы от перемещения. 10. Автоматическая бесступенчатая передача по п.1, отличающаяся тем, что профильные поверхности выполнены с переменным в осевом направлении профилем и с возможностью их осевого перемещения относительно толкателей.