РЕМЕНЬ ДЛЯ ВАРИАТОРА С ПРИВОДНЫМИ КОЛЬЦАМИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2005 года по МПК F16H9/00 F16H9/12 F16H55/56 

Данное изобретение относится к ремням передачи мощности, а конкретнее к ремням для вариаторов, содержащих ремень, натянутый на приводных кольцах, которые взаимодействуют с ведущим и ведомым шкивами.

В соответствующей области техники хорошо известно, что для привода в движение автомашины, мотоцикла или им подобных может использоваться зубчатая передача. С целью увеличения экономии топлива предпочтительно применение бесступенчато-регулируемой передачи, вариатора. Для использования в бесступенчато-регулируемых передачах были разработаны различные типы ремней.

Обычно ремни вариатора имеют профиль, сходный с профилем стандартного клинового ремня. В частности они выполнены широкими сверху и узкими снизу и спроектированы с учетом посадки в желобок с наклонными стенками, образуемый между щеками шкива. Шкив, на котором натянут ремень, состоит из подвижной щеки и неподвижной щеки, которые обе имеют форму усеченного конуса. Обычно одна из щек перемещается, в то время как другая остается неподвижной.

Перемещение одной щеки относительно другой эффективно изменяет рабочий диаметр шкива, на котором работает ремень. Таким образом, скорость ремня является функцией рабочего диаметра шкива, который является в свою очередь функцией осевого положения щек относительно друг друга. Как правило, в вариаторе имеются два шкива, ведущий и ведомый.

Несмотря на то что все существующие на данный момент ремни вариатора выполнены гибкими, они также имеют специфические характеристики, отсутствующие у других ремней передачи мощности. Например, требуется, чтобы ремни имели поперечную жесткость. Это позволяет ремню работать на каждом отдельном рабочем диаметре без разрушения между щеками шкива.

Следовательно, каждая ременная система вариатора включает в себя ремень, натянутый на шкивах переменного диаметра.

Относительно взаимодействия между шкивом и ремнем в предшествующем уровне техники патент США №5,709,624 предлагает шкив переменного диаметра. Единственное приводное кольцо проходит в щеках шкива. Гибкий ремень проходит через шкив по приводному кольцу. При смещение щек относительно друг друга рабочий диаметр шкива изменяется. Так как поперечные или сжимающие усилия, возникающие между щеками, воспринимаются приводным кольцом, нет необходимости проектировать ремень, способный воспринимать эти усилия. Тем не менее устройство, предложенное в патенте, содержит единственное приводное кольцо, используемое как часть системы вспомогательного привода двигателя внутреннего сгорания. Также необходимо использование стабилизирующего элемента для сохранения, по меньшей мере, параллельности оси вращения приводного кольца и оси вращения щек. Устройство согласно патенту не предназначено для использования в передаче вариатора.

Предшествующий уровень техники также представляет патент США №6,017,285, который предлагает шкив переменного диаметра с кольцом передачи мощности, удерживаемым между поверхностями передачи мощности шкива. Ремень находится в контакте с внешней окружностью кольца передачи мощности. Корпусы шкивов смещены друг к другу посредством смещающего устройства, тарельчатой пружины. Тарельчатая пружина соединяет корпусы шкивов друг с другом для передачи мощности. Это устройство требует применения смещающего устройства для реализации передачи мощности от шкива к приводному кольцу.

Еще одним представителем предшествующего уровня техники является патент США №4,875,894, который предлагает бесступенчато-регулируемую передачу. Эта передача включает в себя ведущий и ведомый валы, на каждом из которых имеется сборка вращающихся дисков. Каждая сборка вращающихся дисков имеет контактные площадки, образующие окружности непрерывно-переменного диаметра. Обе сборки вращающихся дисков связаны соединительным устройством, таким как жесткое соединяющее кольцо. Передача мощности происходит между каждым шкивом через вращение кольца. Это устройство не предполагает использования гибких ремней для передачи мощности, используя вместо этого жесткое кольцо для соединения двух дисков. Это ограничивает пространство, в пределах которого устройство может работать, в основном квадратной или круглой площадью, определяемой максимальными внешними размерами шкивов.

Технической задачей настоящего изобретения стало создание ремня для вариатора с приводными кольцами, имеющего взаимодействующие приводные кольца, а также гибкий элемент, натянутый на приводные кольца шкива. Технической задачей настоящего изобретения стало также создание ремня для вариатора с приводными кольцами, имеющего втулки выравнивания приводного кольца.

Техническим результатом настоящего изобретения стало создание ремня для вариатора с взаимодействующими приводными кольцами.

Другой технический результат изобретения состоит в создании ремня для вариатора с приводными кольцами, имеющего гибкий элемент, натянутый вокруг приводных колец.

Дополнительный технический результат изобретения состоит в создании ремня для вариатора с приводными кольцами, имеющего постоянный радиус натяжения ремня.

Еще один технический результат изобретения состоит в создании ремня для вариатора с приводными кольцами, имеющего втулки выравнивания приводных колец.

Данные технические результаты достигаются за счет создания ремня для вариатора с приводными кольцами, который согласно изобретению содержит негибкое первое приводное кольцо, негибкое второе приводное кольцо, замкнутый гибкий приводной элемент, натянутый между первым приводным кольцом и вторым приводным кольцом на внешней поверхности первого приводного кольца и внешней поверхности второго приводного кольца, первую втулку, установленную вокруг внешней поверхности первого приводного кольца, причем первая втулка имеет скользящее зацепление с первым приводным кольцом и нескользящее зацепление со вторым приводным кольцом, вторую втулку, установленную вокруг внешней поверхности второго приводного кольца, причем вторая втулка имеет скользящее зацепление со вторым приводным кольцом и нескользящее зацепление с первым приводным кольцом, при этом первое приводное кольцо выполнено с возможностью взаимодействия с первым шкивом переменного диаметра, имеющим щеки, причем щеки названного первого шкива переменного диаметра подвижны в осевом направлении относительно друг друга, и второе приводное кольцо выполнено с возможностью взаимодействия со вторым шкивом переменного диаметра, имеющим щеки, причем щеки названного второго шкива переменного диаметра подвижны в осевом направлении относительно друг друга.

Предпочтительно ремень дополнительно содержит первый вкладыш между первой втулкой и первым приводным кольцом, причем первая втулка имеет скользящее зацепление с первым вкладышем, и второй вкладыш между второй втулкой и вторым приводным кольцом, причем вторая втулка имеет скользящее зацепление со вторым вкладышем.

Предпочтительно замкнутый гибкий приводной элемент имеет нагрузку растяжения.

Предпочтительно каждая из первой втулки и второй втулки содержит материал с высоким коэффициентом трения.

Предпочтительно первый и второй вкладыши каждый содержит материал с низким коэффициентом трения.

Предпочтительно профиль замкнутого гибкого приводного элемента описывает ребристый профиль, внешняя поверхность первого приводного кольца описывает ребристый профиль, и внешняя поверхность второго приводного кольца описывает ребристый профиль.

Предпочтительно профиль замкнутого гибкого приводного элемента описывает зубчатый профиль, внешняя поверхность первого приводного кольца описывает зубчатый профиль, и внешняя поверхность второго приводного кольца описывает зубчатый профиль.

Предпочтительно профиль замкнутого гибкого приводного элемента описывает профиль клинового ремня, внешняя поверхность первого приводного кольца описывает профиль клинового ремня, и внешняя поверхность второго приводного кольца описывает профиль клинового ремня.

Предпочтительно каждое из первого приводного кольца и второго приводного кольца дополнительно имеет высоту Х и ширину Y, имеющие отношение X/Y, причем это отношение находится приблизительно в пределах от 1 до 3.

Предпочтительно внутренняя поверхность замкнутого гибкого приводного элемента описывает первый профиль, внешняя поверхность первого приводного кольца описывает сопряженный профиль, взаимодействующий с названным первым профилем, внешняя поверхность второго приводного кольца описывает сопряженный профиль, взаимодействующий с названным первым профилем.

Предпочтительно каждое приводное кольцо дополнительно содержит неметаллический материал.

Технические результаты также достигаются за счет того, что ремень для вариатора с приводными кольцами согласно изобретению содержит негибкое первое приводное кольцо, негибкое второе приводное кольцо, замкнутый гибкий приводной элемент, натянутый между первым приводным кольцом и вторым приводным кольцом на внешней поверхности первого приводного кольца и внешней поверхности второго приводного кольца, причем замкнутый гибкий приводной элемент выполнен профилированным, первую втулку, установленную вокруг внешней поверхности первого приводного кольца, причем первая втулка имеет скользящее зацепление с первым приводным кольцом и нескользящее зацепление со вторым приводным кольцом, и вторую втулку, установленную вокруг внешней поверхности второго приводного кольца, причем вторая втулка имеет скользящее зацепление со вторым приводным кольцом и нескользящее зацепление с первым приводным кольцом.

Предпочтительно ремень дополнительно содержит первый вкладыш между первой втулкой и первым приводным кольцом, причем первая втулка имеет скользящее зацепление с первым вкладышем; и второй вкладыш между второй втулкой и вторым приводным кольцом, причем вторая втулка имеет скользящее зацепление со вторым вкладышем.

Другие цели и особенности изобретения будут показаны или станут очевидными из следующего далее описания изобретения и прилагаемых чертежей, на которых

фиг.1 - вид изобретения в перспективе,

фиг.2 - вид сбоку на ремень в шкивах вариатора,

фиг.3 - поперечный разрез системы приводов,

фиг.4 - поперечный разрез колец и направляющих вкладышей,

фиг.5 - вид в перспективе поперечного разреза изобретения.

На фиг.1 показан вид в перспективе изобретения. Замкнутый гибкий растяжимый элемент, или ремень 10, натянут вокруг первого приводного кольца 26 и второго приводного кольца 36. Первое приводное кольцо 26 вращается между щеками 23 и 22 (не показаны). Второе приводное кольцо 36 вращается между щеками 32, 33. Ремень 10 изображен в предпочтительном варианте исполнения с зубчатым профилем, хотя любой профиль, включая плоский, ребристый или клиновой будет работать также. Каждое из приводных колец может также иметь сопряженный или дополнительный профиль, взаимодействующий с профилем ремня.

Каждое приводное кольцо эксцентрично вращается в соответствующем шкиве. Положение каждого приводного кольца определено расстоянием между щеками соответствующего шкива. Например, когда щеки 22, 23 сдвигаются ближе друг к другу, ось А1 вращения приводного кольца 26 будет двигаться в направлении к оси С1 вращения шкива, и, поскольку щеки 32, 33 расходятся, ось А2 вращения приводного кольца 36 будет двигаться в направлении от оси С2 вращения шкива (см. фиг.2). Радиус каждого приводного кольца не ограничен величиной, равной радиусу соответствующего ему шкива, однако в предпочтительном варианте конструкции радиус приводного кольца немного больше, чем радиус соответствующего ему шкива.

Каждое приводное кольцо может быть изготовлено из любого известного в технике материала, имеющего достаточный предел прочности сжатия, включая металлические и неметаллические материалы, такие как фенольные материалы или пластмассы.

Предпочтительно, чтобы материал приводного кольца имел коэффициент трения и шумовые характеристики, совместимые с характеристиками поверхностей щек шкива, см. фиг.3 пп.24, 25 и 34, 35.

Это изобретение позволяет сохранить неизменным радиус изгиба ремня 10 при проходе по каждому приводному кольцу. Радиус изгиба немного больше, чем радиус приводного кольца. В отличие от других конструкций вариатора, которые требуют применения корда между малыми смежными блоками ремня, данное изобретение позволяет сохранить относительно большой постоянный радиус ремня при проходе через каждую комбинацию приводное кольцо/шкив. Это увеличивает срок службы ремня, уменьшая отказы ремня, вызванные усталостью корда или гибкого элемента.

На фиг.2 изображен вид сбоку ремня в шкивах вариатора. Щеки 32, 33 находятся на ведущем шкиве. Щеки 22, 23 находятся на ведомом шкиве. На этом виде щеки 22, 23 сдвинуты относительно близко друг к другу, а щеки 32, 33 несколько раздвинуты. Радиус щеки 23 - S1. Радиус щеки 33 - S2. Рабочий радиус Е1 - это расстояние от центра вращения С1 до места контакта приводного кольца 26 со щеками 22, 23. Рабочий радиус Е2 - расстояние от центра вращения С2 до места контакта приводного кольца 36 со щеками 32, 33. Таким образом, рабочий радиус Е1 больше, чем рабочий радиус Е2. В технике известно, что отношение Е1 к Е2 определяет передаточное число передачи. Также известно, что Е1 и Е2 изменяются в зависимости от положения щек ведущего и ведомого шкивов вариатора.

На фиг.3 показан поперечный разрез системы приводов. Ремень 10 натянут между шкивом 11 и шкивом 12. В частности, приводное кольцо 26 размещено в шкиве 11, и приводное кольцо 36 размещено в шкиве 12. Приводное кольцо 26 и приводное кольцо 36 изображены с ремнем, имеющим плоский профиль. Как отмечено в пояснении к фиг.1, приводные кольца могут иметь любой профиль из разнообразия профилей, в зависимости от потребностей пользователя. Ремень 10 натянут на приводное кольцо 26 и на приводное кольцо 36. Наклонные стороны приводного кольца 26 опираются на поверхности щек 24, 25. Наклонные стороны приводного кольца 36 опираются на поверхности щек 34, 35. На этом виде ось А1 вращения приводного кольца 26 практически соосна с осью С1 вращения шкива 11. Ось А2 вращения приводного кольца 36 практически соосна с осью С2 вращения шкива 12. Тем не менее, как следует из предшествующего описания, зависимость между положением оси вращения данного приводного кольца и положением оси вращения данного шкива переменная.

В процессе работы приводное кольцо 26 входит в контакт с поверхностями щеки соответствующего шкива только по поверхности соприкосновения, определяемой в основном радиальной линией. То же справедливо относительно контакта между приводным кольцом 36 и поверхностями щек 32, 33. Это геометрически определено эксцентрическим положением осей приводных колец относительно осей шкивов. Так как поверхность или линия контакта между приводным кольцом и шкивом относительно мала, возможность выделения тепла снижается.

Более того, так как передача мощности происходит в месте контакта приводного кольца со щеками, а не между гибким ремнем и щеками, отказы ремня, вызванные перегревом и трением, значительно снижены.

Поперечное сечение приводных колец 26, 36 имеет высоту Х и ширину Y, определяющие профиль. Профиль имеет отношение ширины к высоте (X/Y) в пределах от 1 до 3. Тем не менее приемлемо любое отношение, которое предотвращает перекос оси приводного кольца на шкиве. Из фиг.3 видно, что каждое приводное кольцо также характеризует прилежащий угол в пределах от 20° до 70°. Геометрия приводного кольца и описанное отношение сторон являются причиной возникновения способности к саморегулированию и самовыравниванию, заключающейся в том, что положение приводного кольца относительно шкива является функцией высоты, что вынуждает приводное кольцо двигаться к самому малому рабочему радиусу, в то же время приводное кольцо принимает положение, в котором его ось вращения параллельна оси вращения шкива. Это вызвано эффектом клина между сторонами приводного кольца и щек.

Фиг.4 - местный поперечный разрез колец и направляющих вкладышей. В предпочтительном варианте конструкции точное выравнивание приводных колец во время работы обеспечивается комбинацией вкладышей и втулок. Вкладыши и втулки находятся в скользящем зацеплении, которое обеспечивает точное осевое выравнивание приводных колец. Вкладыш 1 зафиксирован на внешней периферии приводного кольца 26 в желобке 8. Вкладыш 7 зафиксирован на внешней периферии приводного кольца 36 в желобке 9 в положении, не совпадающем с вкладышем 1. Исходя из требований пользователя желобки 8, 9 можно исключить, если вкладыш прикреплен непосредственно к внешней поверхности приводного кольца, как показано на фиг.1. Втулка 2 скользит по вкладышу 1 и находится в контакте с внешней поверхностью приводного кольца 36. Втулка 6 скользит по вкладышу 7 и находится в контакте с внешней поверхностью приводного кольца 26. Втулки 2, 6 могут содержать резину, эластомерный материал или любой другой известный в технике материал, имеющий сходные фрикционные характеристики. Приводные кольца прижаты друг к другу по втулкам 2, 6 усилием, равным натяжению или нагрузке на ремне 10. Вкладыши 1, 7 могут содержать Delrin™ или любой другой подобный материал вкладыша, который обеспечивает низкий коэффициент трения по поверхности раздела между вкладышем и втулкой, таким образом облегчая скольжение втулок во вкладышах. Вкладыши могут быть разделены на части для облегчения монтажа на каждом кольце.

Так как втулка 2 находится в нагруженном или прижатом контакте с приводным кольцом 36, вращение приводного кольца 36 вызывает поворот втулки 2 в направлении, противоположном направлению поворота приводного кольца 36. Следовательно, поскольку приводное кольцо 26 вращается, втулка 2 скользит во вкладыше 1. Втулка 6 также находится в нагруженном или прижатом контакте с приводным кольцом 26. Вращение приводного кольца 26 вызывает поворот втулки 6 в направлении, противоположном направлению поворота приводного кольца 26. Следовательно, поскольку приводное кольцо 36 вращается, втулка 6 скользит во вкладыше 7. Благодаря низкому трению между втулкой 2 и вкладышем 1 втулка 2 вращается в направлении, противоположном направлению вращения приводного кольца 26. Благодаря низкому трению между втулкой 6 и вкладышем 7 втулка 6 вращается в направлении, противоположном направлению вращения приводного кольца 36. Контакт между втулками и кольцами предотвращает перекос колец во время работы.

Так как оси вращения приводных колец 26, 36 перемещаются согласованно при работе ремня с приводным кольцом для вариатора, относительный зазор между кольцами не изменяется, поскольку каждая резиновая втулка остается в точном пространственном расположении относительно соответствующего вкладыша. Это предотвращает любое боковое перемещение приводных колец 26, 36, которое могло бы привести к рассогласованию осей приводных колец.

На фиг.5 представлен вид в перспективе разреза изобретения. Ремень 10 показан натянутым на приводное кольцо 26 и приводное кольцо 36. Показано относительное расположение втулок 2, 6 на противолежащих сторонах внешней поверхности каждого приводного кольца. Втулки 2, 6 могут также быть расположены, как показано на фиг.1, при условии, что они будут находиться на противолежащих сторонах приводных колец. Ремень 10 показан натянутым между приводными кольцами 26, 36, приводные кольца 26, 36 прижаты друг к другу по втулкам 2, 6 натяжением ремня. Фиг.5 изображает центр А1 вращения приводного кольца 26 эксцентрично расположенным относительно центра С1 вращения щек 22, 23.

В процессе работы центры вращения A1, A2 приводных колец 26, 36 и ремень 10 передвигаются согласованно при изменении оператором относительных зазоров между щеками 22, 23 и щеками 32, 33. Передачи вариатора и устройства управления щеками шкива известны в технике. Между осью A1 вращения приводного кольца 26 и осью A2 вращения приводного кольца 36 сохраняется постоянное расстояние S на всем диапазоне осевого перемещения щек. Скорость приводного кольца на ведомом шкиве является функцией расположения оси вращения приводного кольца относительно оси вращения ведомого шкива, как описано в пояснении к фиг.2.

Хотя здесь была описана единственная форма изобретения, для любого, имеющего соответствующую квалификацию в данной области техники, очевидно, что могут быть внесены изменения в конструкцию и соотношение частей без отхода от принципов и возможностей изобретения, описанного здесь.

Изобретение относится к области общего машиностроения, в частности к ремням для вариаторов, содержащих ремень, натянутый на приводных кольцах, которые взаимодействуют с ведущим и ведомым шкивами. Ремень для вариатора с приводными кольцами содержит приводные кольца 26, 36, взаимодействующие между собой, с ведущим и ведомым шкивами, ремень 10 и втулки 7, 8, установленные на приводных кольцах 26, 36. Каждая из втулок 7, 8 имеет скользящее зацепление с приводным кольцом, на котором она установлена, и нескользящее зацепление с другим приводным кольцом. Технический результат заключается в увеличении срока службы и уменьшении отказов ремня, вызванных усталостью корда или гибкого элемента. 2 с. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Ремень для вариатора с приводными кольцами, включающий негибкое первое приводное кольцо, негибкое второе приводное кольцо, замкнутый гибкий приводной элемент, натянутый между первым приводным кольцом и вторым приводным кольцом на внешней поверхности первого приводного кольца и внешней поверхности второго приводного кольца, первую втулку, установленную вокруг внешней поверхности первого приводного кольца, причем первая втулка имеет скользящее зацепление с первым приводным кольцом и нескользящее зацепление со вторым приводным кольцом, вторую втулку, установленную вокруг внешней поверхности второго приводного кольца, причем вторая втулка имеет скользящее зацепление со вторым приводным кольцом и нескользящее зацепление с первым приводным кольцом, при этом первое приводное кольцо выполнено с возможностью взаимодействия с первым шкивом переменного диаметра, имеющим щеки, причем щеки названного первого шкива переменного диаметра подвижны в осевом направлении относительно друг друга и второе приводное кольцо выполнено с возможностью взаимодействия со вторым шкивом переменного диаметра, имеющим щеки, причем щеки названного второго шкива переменного диаметра подвижны в осевом направлении относительно друг друга.2. Ремень по п.1, дополнительно содержащий первый вкладыш между первой втулкой и первым приводным кольцом, причем первая втулка имеет скользящее зацепление с первым вкладышем, второй вкладыш между второй втулкой и вторым приводным кольцом, причем вторая втулка имеет скользящее зацепление со вторым вкладышем.3. Ремень по п.2, в котором замкнутый гибкий приводной элемент имеет нагрузку растяжения.4. Ремень по п.2, в котором каждая из первой втулки и второй втулки содержит материал с высоким коэффициентом трения.5. Ремень по п.4, в котором первый и второй вкладыши каждый содержит материал с низким коэффициентом трения.6. Ремень по п.1, в котором профиль замкнутого гибкого приводного элемента описывает ребристый профиль, внешняя поверхность первого приводного кольца описывает ребристый профиль и внешняя поверхность второго приводного кольца описывает ребристый профиль.7. Ремень по п.1, в котором профиль замкнутого гибкого приводного элемента описывает зубчатый профиль, внешняя поверхность первого приводного кольца описывает зубчатый профиль и внешняя поверхность второго приводного кольца описывает зубчатый профиль.8. Ремень по п.1, в котором профиль замкнутого гибкого приводного элемента описывает профиль клинового ремня, внешняя поверхность первого приводного кольца описывает профиль клинового ремня и внешняя поверхность второго приводного кольца описывает профиль клинового ремня.9. Ремень по п.1, в котором каждое из первого приводного кольца и второго приводного кольца дополнительно имеет высоту Х и ширину Y, имеющие отношения X/Y, причем это отношение находится приблизительно в пределах 1 - 3.10. Ремень по п.1, в котором внутренняя поверхность замкнутого гибкого приводного элемента описывает первый профиль, внешняя поверхность первого приводного кольца описывает сопряженный профиль, взаимодействующий с названным первым профилем, внешняя поверхность второго приводного кольца описывает сопряженный профиль, взаимодействующий с названным первым профилем.11. Ремень по п.1, в котором каждое приводное кольцо дополнительно содержит неметаллический материал.12. Ремень для вариатора с приводными кольцами, включающий негибкое первое приводное кольцо, негибкое второе приводное кольцо, замкнутый гибкий приводной элемент, натянутый между первым приводным кольцом и вторым приводным кольцом на внешней поверхности первого приводного кольца и внешней поверхности второго приводного кольца, причем замкнутый гибкий приводной элемент выполнен профилированным, первую втулку, установленную вокруг внешней поверхности первого приводного кольца, причем первая втулка имеет скользящее зацепление с первым приводным кольцом и нескользящее зацепление со вторым приводным кольцом, вторую втулку, установленную вокруг внешней поверхности второго приводного кольца, причем вторая втулка имеет скользящее зацепление со вторым приводным кольцом и нескользящее зацепление с первым приводным кольцом.13. Ремень по п.12, который дополнительно содержит первый вкладыш между первой втулкой и первым приводным кольцом, причем первая втулка имеет скользящее зацепление с первым вкладышем, второй вкладыш между второй втулкой и вторым приводным кольцом, причем вторая втулка имеет скользящее зацепление со вторым вкладышем.