ЗАЦЕПЛЕНИЕ БЕССТУПЕНЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ Российский патент 2000 года по МПК F16H3/42 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для трансформации вращательного движения, в том числе бесступенчатой.

Известна бесступенчатая фрикционная передача (вариатор), содержащая пакет раздвижных конических дисков и пакетов раздвижных дисков с поясками (схема Байера) (Решетов Л. Н. Детали машин. Машиностроение, 1989 г., стр. 271). Регулирование частоты вращения выходного вала осуществляется смещением осей пакетов, которое сопровождается раздвиганием (сдвиганием) дисков и изменением положения пятна контакта относительно осей вращения дисков. При этом изменяется передаточное отношение (коэффициент трансформации). Количество дисков в пакете определяется величиной передаваемой мощности.

Недостатком этого устройства является шум в работе, ограниченный диапазон регулирования (α≤5), а также относительно низкий КПД. В связи с перемещением осей дисков в составе передачи входит зубчатая пара, что усложняет устройство и дополнительно снижает КПД. При перегрузке, в случае проскальзывания, вариатор выходит из строя, т.к. на диске образуются лыски. Это хронический недостаток фрикционного зацепления. Также хроническим недостатком является наличие потерь, связанных с неодинаковым изменением скорости по длине площадки касания (геометрическое скольжение).

Эти недостатки частично устранены в конструкции нефрикционного вариатора (А. С. 954678, МКИ 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 изменения передаточных чисел: 0,383 ≥i≤ 5-0,383 и 1,36 ≥i≤1.

По сравнению с известным устройством (фрикционный вариатор Байера) он имеет больший КПД и меньше шумит в работе. Недостатком этого устройства является то, что оно имеет ограниченный диапазон передаточных отношений. Этот недостаток устранен в техническом решении "Секция вариатора" (патент России N 2064619).

Устройство состоит из трех дисков: ведущего, промежуточного и ведомого. Внутренняя торцевая поверхность ведущего диска выполнена в виде профилированной насечки, а на смежной торцевой поверхности промежуточного диска, установленного под углом к оси ведущего с возможностью радиального перемещения в плоскости этого угла, по кольцу установлены силовые элементы из пружинной проволоки. Противоположная сторона промежуточного диска выполнена с профилированной насечкой, а ведомый диск имеет расположенные по кольцу силовые элементы, свободные концы которых образуют плоскую поверхность.

Недостатком этого устройства является сложность конструкции и относительно низкая удельная мощность (мощность, приходящаяся на единицу объема вариатора).

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции и повышение несущей способности вариатора.

Поставленная задача решается за счет того, что силовые элементы связаны с диском при помощи сферического шарнира.

При этом на диске выполняются упоры, ограничивающие углы поворота силового элемента.

Контактная поверхность упоров может выполняться цилиндрической или сферической.

Ответная поверхность упора на силовом элементе может выполняться цилиндрической или сферической.

Сферический шарнир располагается вблизи центра масс силового элемента.

Центр масс силового элемента может располагаться на большем расстоянии от оси вращения диска, чем сферический шарнир.

Радиус, соединяющий центр масс силового элемента, и ось вращения диска могут составлять с соответствующим радиусом, идущим к проекции рабочей кромки силового элемента на плоскость вращения диска, угол больший, чем составляет радиус, идущий к сферическому шарниру.

Оси вращения дисков могут устанавливаться под углом друг к другу.

Торцевая поверхность зубчатого диска, образованная зубьями диска, может быть плоской.

Торцевая поверхность зубчатого диска, образованная зубьями, может быть конической.

Рабочая поверхность зуба может выполняться плоской.

Рабочая поверхность зуба может быть цилиндрической вогнутой.

В корневой части зуба может выполняться продольная канавка.

В силовом элементе могут выполняться отверстия.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где:
- на фиг. 1 показано продольное сечение зацепляющихся дисков;
- на фиг. 2 показан вид на силовые элементы;
- на фиг. 3 показано радиальное сечение диска по силовым элементам;
- на фиг. 4 показано тангенциальное сечение диска по силовым элементам;
- на фиг. 5 показано поперечное сечение зуба (зубчатого диска);
- на фиг. 6 показан вариант исполнения зубчатого диска.

Предлагаемое устройство состоит из двух дисков 1 и 2 (фиг. 1), один из дисков, например 2, выполняется с профилированными зубьями на торцевой поверхности, а другой - с силовыми элементами 3. Силовые элементы устанавливаются под углом α к плоскости диска 1. Они имеют цилиндрическую рабочую поверхность 4 (фиг. 2) и при помощи сферического шарнира 5 соединяются с диском 1. При этом на диске 1 выполняются упоры 6, 7, 8 и 9 (фиг. 3) ограничивающие углы поворота силового элемента 3 относительно сферического шарнира 5.

Передаточное отношение может изменяться путем радиального или близкого по направлению перемещения одного из дисков относительно другого.

Зубья 10 (фиг. 1) образуют торцевую поверхность диска 2 в виде плоскости. Рабочая поверхность 11 зубьев 10 выполняется плоской (фиг. 2).

Работает предлагаемое зацепление следующим образом. При вращении ведущего диска 1 силовые элементы 3 прижимаются к упорам 6 и 8 (или 9) под действием центробежных, аэродинамических сил или усилий специальных упругих элементов. При реверсивной нагрузке силовые элементы прижимаются к упорам 7 и 9. Силовые элементы поочередно входят в зацепление с зубьями 10 смежного диска 2, передавая на него окружное усилие. При этом, благодаря сферическому шарниру 5 силовой элемент 3 под действием контактных усилий так ориентируется относительно рабочей поверхности 11 зуба 10, что их контакт осуществляется по цилиндрической рабочей поверхности 4 силового элемента. Пятно контакта - линейное, а с учетом контактных деформаций - в виде прямоугольника.

Положение центра масс силового элемента 3 относительно сферического шарнира 5 определяет ориентацию силового элемента в свободном положении под действием центробежных сил. Расположение его на большем радиусе относительно оси вращения диска, чем сферического шарнира (см. фиг. 3), а также вариант, когда угол между радиусом к рабочей кромке 4 силового элемента 3 и радиусом к его центру масс больше, чем угол между радиусами к рабочей кромке 4 и сферическим шарниром 5, обеспечивают оптимальную ориентацию силового элемента 3 в свободном положении. В этом случае он прижимается к упорам 6 и 8.

На упорах контактная поверхность может выполняться цилиндрической (фиг. 4) или сферической.

Возможно выполнение цилиндрической или сферической контактной поверхности на силовых элементах 3.

Рабочая поверхность 11 зуба 10 для повышения несущей способности зацепления может выполняться вогнутой цилиндрической (фиг. 5).

В корне зуба 10 может выполняться канавка 12.

В зависимости от назначения передачи торцевая поверхность зубчатого диска может быть плоской (см. фиг. 1) или конической (фиг. 6).

Соответственно и оси вращения дисков 1 и 2 могут быть не параллельны и составлять угол γ (фиг. 1).

Для обеспечения и эффективного перераспределения напряжений в силовом элементе могут выполняться отверстия (фиг. 3) или вырезы.

Главным техническим результатом настоящего изобретения является повышение несущей способности вариатора и упрощение конструкции диска с силовыми элементами.

Предлагаемое зацепление может эффективно применяться в бесступенчатых передачах, например, по патентам РФ N 2064619 и N 2071688.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для трансформации вращательного движения. Зацепление происходит между двумя дисками. На внутренней торцевой поверхности одного из дисков размещены силовые элементы с цилиндрической рабочей поверхностью, которые связаны с диском сферическими шарнирами. Другой диск имеет на торцевой поверхности профилированные зубья для взаимодействия с упомянутыми силовыми элементами. Оси вращения диском могут располагаться под углом друг к другу. На диске с силовыми элементами выполнены упоры крайних положений. Упрощена конструкция диска с силовыми элементами, обеспечена возможность увеличения количества силовых элементов при неизменном диаметре диска, повышены равномерность хода, несущая способность и долговечность. 15 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Зацепление бесступенчатой передачи, содержащее силовые элементы с цилиндрической рабочей поверхностью, расположенные на торцевой поверхности диска, и взаимодействующие с ними профилированные зубья, расположенные на торцевой поверхности другого диска, отличающееся тем, что силовые элементы связаны со своим диском при помощи сферического шарнира. 2. Зацепление бесступенчатой передачи по п.1, отличающееся тем, что на диске с силовыми элементами выполнены ограничительные упоры крайних положений силовых элементов. 3. Зацепление бесступенчатой передачи по п.2, отличающееся тем, что контактная поверхность одного из упоров выполнена цилиндрической. 4. Зацепление бесступенчатой передачи по п.2, отличающееся тем, что контактная поверхность одного из упоров выполнена сферической. 5. Зацепление бесступенчатой передачи по п.2, отличающееся тем, что ответная поверхность одному из упоров на силовом элементе выполнена цилиндрической. 6. Зацепление бесступенчатой передачи по п.2, отличающееся тем, что ответная поверхность одному из упоров на силовом элементе выполнена сферической. 7. Зацепление бесступенчатой передачи по п.1, отличающееся тем, что сферический шарнир расположен вблизи центра масс силового элемента. 8. Зацепление бесступенчатой передачи по п.1, отличающееся тем, что центр масс силового элемента расположен на большем расстоянии от оси вращения диска, чем сферический шарнир. 9. Зацепление бесступенчатой передачи по п.1, отличающееся тем, что радиус, соединяющий ось вращения диска с центром масс силового элемента, составляет с радиусом, соединяющим ось вращения диска с проекцией рабочей поверхности силового элемента на плоскость вращения диска, угол больший, чем составляет радиус, соединяющий ту же ось вращения диска со сферическим шарниром этого же силового элемента. 10. Зацепление бесступенчатой передачи по п.1, отличающееся тем, что оси вращения дисков расположены под углом друг к другу. 11. Зацепление бесступенчатой передачи по п.1, отличающееся тем, что торцевая поверхность зубчатого диска, образованная зубьями, плоская. 12. Зацепление бесступенчатой передачи по п.1, отличающееся тем, что торцевая поверхность зубчатого диска, образованная зубьями, коническая. 13. Зацепление бесступенчатой передачи по п.1, отличающееся тем, что рабочая поверхность зуба плоская. 14. Зацепление бесступенчатой передачи по п.1, отличающееся тем, что рабочая поверхность зуба цилиндрическая вогнутая. 15. Зацепление бесступенчатой передачи по п.1, отличающееся тем, что в корневой части зуба выполнена продольная канавка. 16. Зацепление бесступенчатой передачи по п.1, отличающееся тем, что в силовых элементах выполнены отверстия и вырезы.