ВАРИАТОРНАЯ ЦЕПНАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 2000 года по МПК F16H9/24 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к области вариаторостроения, и может быть использовано в вариаторах и любых других механизмах для плавного регулирования скорости.

Известна цепная передача с переменным передаточным отношением, а.с. 1705648, МКИ F 16 H 9/24, 1991 г. Эта передача выполнена в виде раздвижных конических полушкивов с лунками и цепи, в виде шарнирно соединенных обойм с шариками, которые в рабочем положении контактируют с лунками полушкивов. Недостатком передачи является дискретное изменение скорости.

Широко известны цепные вариаторы с пластинчатой цепью в виде шарнирно соединенных звеньев, щеки которых имеют фигурные окна, заполненные в поперечном направлении пакетом пластин с призматическими упорами по торцам. В работе призматические упоры контактируют с радиально расположенными зубьями конических полушкивов (см., например, Ксипенко Я.И., Рубинштейн И.И. "Цепные вариаторы скорости", Киев, Техника, 1977 г., с. 52, рис. 21). Цепной привод цепных вариаторов может служить прототипом заявленного устройства.

Цепные вариаторы передают значительную нагрузку, однако при небольших окружных скоростях, и цепи их обладают излишней громоздкостью и сложность. Большим недостатком цепных вариаторов является наличие геометрического скольжения и неравномерность хода. Геометрическое скольжение в существующих цепных вариаторах, и в клиноременных вариаторах, и в любых конусно-дисковых передачах связано с тем, что при передачах с передаточным числом, не равном единице, образуется разница окружных скоростей внешней и внутренней части гибкой клинообразной связи. При этом нарушается отношение установленного передаточного числа. Внешняя часть гибкой связи, в частности пластинчатой клинообразной цепи, определяет на конических дисках меньшее передаточное число, в внутренняя часть - большее. В результате, с заданным передаточным числом работает только средняя часть пластинчатой цепи, а внешние и внутренние участки пластин вынуждены работать с проскальзыванием.

Неравномерность хода вышерассмотренных передач связана с размещением шариков или пластин посередине между шарнирами звеньев. При этом тяговое усилие цепи при сходе ее звеньев на прямой участок действует на изменяющемся плече. А именно плечо-радиус разнится на величину высоты хорды-шага цепи. Затем тяговое усилие перемещается на все плечо - рабочий радиус конического шкива. При равномерной угловой скорости ведущего конического шкива образуется пульсирующая скорость пластинчатой цепи и, соответственно, пульсирующая частота оборотов ведомого конического шкива.

Целью этого изобретения является упрощение конструкции, уменьшение геометрического скольжения, повышение равномерности хода и расширение скоростного диапазона - числа оборотов - передачи.

Для достижения указанной цели призматические упоры располагаются по осям шарнирных валиков, которые снабжены продольными пазами с пружинными фиксаторами. В свободном состоянии лезвия призматических упоров установлены таким образом, что их проекции на плоскость щек звеньев перпендикулярны продольной оси цепи. Пружинные фиксаторы, выполненные, например, из сталистой проволоки, имеют фигурную форму для упругой фиксации шарнирных валиков во внутренних звеньях цепи, а концы-усики их закреплены в дне продольных пазов шарнирных валиков или полуваликов. Таким образом, при наличии определенного усилия, валики или полувалики могут поворачиваться вокруг своих осей и перемещаться вдоль них.

Для облегчения перемещения цепи вдоль радиально расположенных зубьев конических полушкивов щеки звеньев цепи снабжены скользящими упорами или при большой величине конусности конических полушкивов - роликами.

Механизм осевого перемещения конических полушкивов выполнен в виде рамки с винтовым приводом. Рамка имеет встречно-наклонные пазы, в которых размещены ролики подшипниковых гильз конических полушкивов. При вращении блок-гайки винт перемещает рамку, при этом встречно-наклонные пазы смещают ролики подшипниковых гильз вместе с коническими полушкивами, изменяя положение замкнутой цепи и соотношение работающих диаметров конических полушкивов.

На фиг. 1 изображена вариаторная цепная передача, установленная в планетарном вариаторе скоростного автомобиля.

На фиг. 2 - место "I" на фиг. 1. В смещенном продольном положении показан шарнирный валик. Пружинный фиксатор заневолен.

На фиг. 3 - место "I" на фиг. 1 - вариант выполнения звена с двумя симметричными шарнирными полуваликами.

На фиг. 4 - размер по "А-А" на фиг. 1. Показан осевой поворот лезвий призматических упоров.

На фиг. 5 - разрез по "Б-Б" на фиг. 4. Развертка на плоскость участка цепи. Радиальные зубья конических полушкивов смещены на полшага.

На фиг. 6 - то же для вариантов звеньев цепи с полуваликами. Радиальные зубья конических полушкивов не смещены.

Вариаторная цепная передача состоит из корпуса 1, ведущего вала 2 с раздвижными коническими полушкивами 3, установленными на шлицах ведущего вала, ведомого вала 4, на шлицах которого установлены раздвижные конические полушкивы 5 и цепи 6, которая объединяет полушкивы ведущего и ведомого валов.

На фиг. 1 вариаторная цепная передача изображена в качестве интегрирующей связи в замкнутой системе планетарного вариантора скоростного автомобиля. Здесь ведомый вал 4 постоянной цепной передачей 7 передает вращение на центральное колесо 8 внутреннего зацепления, которое через сателлиты 9, равномерно размещенные на водиле 10 ведущего вала, определяет частоту вращения шестерни 11 и выходного вала 12.

Цель 6 состоит из наружных 13 и внутренних 14 звеньев. Каждое наружное звено имеет каркас 15 со щеками 16, в которых расположены отверстия для размещения шарнирных валиков 17, соединяющих наружные и внутренние звенья. Каждое внутреннее звено имеет каркас 18 с отверстиями для шарнирных валиков и отверстиями для монтажа пружинных фиксаторов 19. Каждый шарнирный валик имеет призматические упоры 20, оканчивающиеся ребрами-лезвиями 21, наклоненными в соответствии с величиной конусности радиальных зубьев 22 раздвижных конических полушкивов. На продольной оси цепи каждый шарнирный валик имеет продольный паз 23, в отверстия дна которого при монтаже вставляются концы-усики пружинного фиксатора. Головка пружинного фиксатора 19 имеет сужающуюся часть, благодаря чему после монтажа пружинного фиксатора его усики упруго раздвигаются в пазу 23, что предохраняет его от выпадания. При исполнении цепи по варианту на фиг. 3 концы пружинящих фиксаторов крепятся в отверстиях дна пазов противоположно расположенных полуваликов 24 и в свободном состоянии держат их в разведенном положении. На щеках звеньев цепи выполнены скользящие упоры 25 или они снабжены роликами 26 для облегчения выжимания цепи на больший диаметр конических полушкивов.

Регулирование передаточного отношения вариаторной цепной передачи осуществляется механизмом осевого перемещения конических полушкивов, состоящим из подшипниковых гильз 27, установленных на ступицах конических полушкивов, роликов 28, закрепленных на подшипниковых гильзах, рамки 29 с винтовым приводом в виде винта 30 и блок-гайки 31. В стенках рамки 29 выполнены встречно-наклонные пазы 32, в которых размещены ролики 28.

При повороте блок-гайки 31 винт 30 перемещает рамку 29, и встречно-наклонные пазы 32 через подшипниковые гильзы 27 сводят или разводят конические полушкивы. При разведении конических полушкивов 5 на шлицах ведомого вала 4 одновременно сводятся на шлицах ведущего вала конические полушкивы 3, при этом участок цепи выжимается на большой диаметр полушкивов 3 и перемещается на меньший диаметр полушкивов 5. На фиг. 4 показано положение лезвий 21 призматических упоров шарнирных валиков в различных положениях звеньев цепи. Здесь видно, что при раздвинутых конических полушкивах ведущего вала, угол α между осями шарнирных валиков этих полушкивов и осью вращения много больше аналогичного угла α на полушкивах ведомого вала. Это значит, что для функционирования без проскальзывания и компенсации разницы окружных скоростей внешней и внутренней части призматических упоров 20 они должны в процессе передачи вращения поворачиваться на значительный угол. Этот поворот осуществляются радиальными зубьями конических полушкивов. Причем поворот осуществляется без усилия, так как скользящие упоры 25 или ролики 26 обеспечивают лезвиями призматических упоров минимальный зазор и принимают на себя осевые нагрузки. При повороте усики пружинного фиксатора 19 упруго изгибаются, обеспечивая шарнирному валику возврат в исходное положение при сходе звеньев цепи на прямой участок.

Радиальные зубья конических полушкивов выполняются аналогично зубьям конических цепных вариаторов. При расположении парных конических полушкивов со смещением зубьев на полшага, как показано на фиг. 5, гарантирована передача окружного усилия каждым шарнирным валиком работающего участка цепи. Однако при этом попеременно работает только один призматический упор каждого шарнирного валика. При встречном расположении радиальных зубьев без смещения, как показано на фиг. 6, работает тем большее число призматических упоров, чем меньше отношение шага цепи к шагу радиальных зубьев. При этом шарнирные валики передают окружное усилие одновременно обоими упорами, что частично компенсирует неполную загрузку зубьев работающего участка цепи.

Осевое смещение шарнирных валиков или полуваликов осуществляется радиальными зубьями при их несовпадении с лезвиями призматических упоров в процессе радиального перемещения звеньев цепи. При этом усики пружинных фиксаторов 19, упруго изгибаясь, обеспечивают в дальнейшем возврат шарнирных валиков или полуваликов в исходное положение. При большой конусности конических полушкивов применяются ролики 26, при малой их конусности достаточно применить скользящие упоры.

Как уже говорилось, предлагаемая вариаторная цепная передача обеспечивает равномерность вращения, что очень важно, и поясняется нижеследующим примером.

Изображенный на фиг. 1 планетарный вариатор скоростного автомобиля работает в условиях жидкой смазки, т.е. в условиях, когда известный клиноременный вариатор не может функционировать в качестве интегрирующей связи, функции которой на фиг. 1 выполняет заявляемая вариаторная цепная передача. Предположим, в качестве интегрирующей связи используется существующий цепной вариатор. Как повлияет неравномерность хода этого устройства на функционирование всего механизма ?.

Например, в частном случае, при передаточном числе постоянной цепной передачи 7, равном единице, передаточное число "i" от ведущего вала 1 на выходной вал 12 определяется нижеследующим соотношением:

где i_и - передаточное число интегрирующей связи;
d₁ - диаметр шестерни 11 выходного вала
d₂ - диаметр центрального колеса 8 внутреннего зацепления.

Мгновенное передаточное число существующего цепного вариатора может меняться по раннее описанным причинам при неизменном положении конических полушкивов в пределах двух процентов. Предположим, уменьшением шага цепи и уменьшением толщины пластин пакета эта погрешность уменьшена до 1%. Предположим, диаметр шестерни выходного вала равен 70 мм, а диаметр центрального колеса равен 155 мм, число оборотов ведущего вала постоянно и равно 4500 об/мин.

При установленном передаточном числе интегрирующей связи i_и=1,5, передаточное число планетарного вариатора равно:
i=1,5•70/1,5•(70+150)-150=105/180=0,58,
то есть выходной вал вращается с частотой "n₁", которая превышает частоту 'n" ведущего вала и равна:
n₁=n/0,58=7760 об/мин.

При этой частоте пульсация итегрирующей связи сглаживается, однако существующие цепные вариаторы не могут работать при большой частоте.

Проверим диапазон в области малых оборотов, например при i_и=0,7±1%. Убедимся, что при этом число оборотов выходного вала плавает в пределах от определяемого интегрирующей связью передаточного числа на 1% большего установленного до передаточного числа на 1% меньшего установленного.

А именно при i'_и=0,707 частота оборотов выходного вала равна:

при i''_и=0,693 частота оборотов выходного вала равна:

То есть при использовании в качестве интегрирующей связи в планетарном вариаторе скоростного автомобиля конструкции существующего цепного вариатора выходной вал 12 будет вращаться рывками.

В то же время заявленная вариаторная цепная передача обладает плавностью хода, то есть обеспечит, например, условия функционирования интегрирующей связи планетарного вариатора, так как практически не имеет ни геометрического скольжения, ни хордового изменения скорости.

Предлагаемая вариаторная цепная передача может быть применена в любых приводах и механизмах при большом диапазоне частот оборотов, без проскальзывания и при значительных величинах крутящих моментов.

Изобретение относится к машиностроению. Вариаторная цепная передача содержит корпус, подвижные в осевом направлении конические полушкивы с радиальными зубьями, цепь и механизм осевого перемещения конических полушкивов. Призматические упоры цепи размещены в шарнирных валиках цепи и имеют свободу подпружиненного осевого поворота и продольного перемещения. Поворот лезвий призматических упоров в процессе обегания звеньями цепи рабочих диаметров конических полушкивов компенсирует дисбаланс окружных скоростей призматических упоров, создаваемый диапазоном контактирующих рабочих диаметров конических полушкивов, предотвращает проскальзывание и повышает мощность передачи. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Вариаторная цепная передача, содержащая корпус, ведущий и ведомый валы, ведущие и ведомые подвижные в осевом направлении конические полушкивы с радиальными зубьями, охватывающую конические полушкивы цепь, звенья которой шарнирно соединены между собой, и механизм осевого перемещения конических полушкивов, отличающаяся тем, что звенья цепи соединены между собой шарнирными валиками, которые имеют продольные пазы с пружинными фиксаторами и выполненные по осям шарнирных валиков призматические упоры с уклонами их лезвий в соответствии с уклонами радиальных зубьев конических полушкивов, причем шарнирные валики имеют возможность подпружиненного продольного перемещения и осевого поворота, в свободном состоянии каждый шарнирный валик установлен таким образом, что проекции лезвий его призматических упоров расположены перпендикулярно продольной оси цепи, а щеки звеньев цепи снабжены роликами и скользящими упорами. 2. Вариаторная цепная передача по п.1, отличающаяся тем, что шарнирные валики выполнены каждый из двух симметричных полуваликов. 3. Вариаторная цепная передача по п.1, отличающаяся тем, что механизм осевого перемещения конических полушкивов выполнен в виде рамки с винтовым приводом, снабженной встречно-наклонными пазами, в которых размещены ролики подшипниковых гильз конических полушкивов.