ФРИКЦИОННЫЙ ТОРОВЫЙ ВАРИАТОР Российский патент 2006 года по МПК F16H61/664 F16H15/38 

Изобретение относится к машиностроению, а именно, к фрикционным передачам с бесступенчатым плавным изменением передаточного отношения, и более конкретно, к передачам, в которых усилие передается за счет качения роликов по дорожкам с тороидальной поверхностью.

Вариаторы такого типа в общем случае содержат входной и выходной диски, поверхности которых, обращенные друг к другу, выполнены в виде части тора, и фрикционные диски, касающиеся этих поверхностей, а также механизм изменения положения фрикционных дисков. В вариаторах, описанных в RU 2087777, GB 1395319, ЕР 0078125, ЕР 0133330, положение дисков изменяется с помощью гидроцилиндров. Понятно, что такие механизмы имеют большое количество деталей, сложны конструктивно, требуют подвода гидравлической жидкости, формирования каналов внутри отливки корпуса, применения уплотнений высокого давления.

Известен вариатор US 3.276.279, выбранный нами за прототип, в котором изменяют положение фрикционного диска, изменяя угол плоскости его вращения. Вариатор содержит входной и выходной диски, с тороидальными дорожками качения. Между тороидальными поверхностями расположены фрикционные ролики. Каждый фрикционный ролик через подшипники свободно посажен на одной из осей крестовины, которая является осью вращения фрикционного ролика. Эта ось представляет собой внутреннее кольцо подшипника. Вторую ось крестовины определяет цилиндр, посаженный боковой поверхностью в держателе, связанном с корпусом. Этот цилиндр выполнен с поршнем двухстороннего действия, соединенным с держателем ролика. Цилиндр соединен с входным и выходным гидравлическими выводами. Изменение разности давлений, действующей на поршень текучей среды, изменяет угол плоскости вращения ролика, а соответственно, передаточное отношение. Давление меняется гидравлическим серводвигателем. Вариатор снабжен устройством контроля передаточного отношения по положению серводвигателя. Основными недостатками прототипа являются сложность механизма контроля передаточного отношения, включающего гидравлическую систему (насос, датчики давления и расхода жидкости, сложную систему трубок подвода жидкости), обуславливающую высокие потери, а также сравнительно небольшой диапазон изменения передаточного отношения, определяемый углом отклонения фрикционного диска (около 50 градусов).

Таким образом, задачей изобретения является создание простого и надежного вариатора, с контролируемой установкой передаточного отношения при одновременном расширении диапазона его изменения. Кроме того, задачей изобретения является увеличение КПД.

Техническим результатом изобретения является упрощение контроля и управления передаточным отношением с плавным изменением режимов работы вариатора.

Поставленная задача решается тем, что фрикционный торовый вариатор, как и прототип, содержит соосные входной и выходной диски с тороидальными поверхностями и, по меньшей мере, один фрикционный ролик между ними, взаимодействующий с их тороидальными поверхностями, крестовину, на одну из осей которой свободно посажен фрикционный ролик, держатель фрикционного ролика, и механизм управления и контроля передаточного отношения путем изменения наклона фрикционного ролика относительно оси входного и выходного дисков.

Вторая ось ОО3 крестовины посажена в держателе фрикционного ролика. В отличие от прототипа держатель имеет возможность вращения вокруг главной оси вариатора. Механизм управления и контроля передаточного отношения выполнен в виде зубчатого сектора, посаженного с возможностью вращения на второй оси крестовины и жестко связанного с первой осью крестовины, и, посредством червячного зацепления, - с корпусом вариатора, и пружины, одним концом закрепленной в корпусе, а другим - связанной с держателем фрикционного диска непосредственно или через редуктор.

Изменение передаточного отношения происходит при вращении держателя вследствие набегания фрикционного ролика по поверхности ведомого диска от вращения ведущего. Пружина обеспечивает сопротивление вращению держателя от ведущего диска.

Далее изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлена кинематическая схема торового вариатора, на фиг.2 - вид в продольном разрезе, на фиг.3 - продольный вид держателя с фрикционным диском и кольцевидной шестерней на нем, на фиг.4 - вид держателя в плоскости, поперечной оси вариатора, с фрикционными дисками, кольцевидной шестерней и резьбой на корпусе, на фиг.5, 6, 7 и 8 представлены различные варианты исполнения торового вариатора.

Вариатор состоит из ведущего вала 1 с закрепленным на нем диском 2 с тороидальной поверхностью, обращенной к такой же поверхности диска 3, соединенного с ведомым валом 4. Диски 2 и 3 вращаются вокруг главной оси ОО1. По меньшей мере, один фрикционный ролик 5, расположенный между тороидальными рабочими поверхностями дисков 2 и 3 и зацепляющийся с ними, передает вращение от ведущего диска 2 к ведомому диску 3. (На Фиг.1 показаны два ролика, хотя их может быть и больше). Оси ОО2 вращения роликов 5 установлены с двумя степенями подвижности во взаимно перпендикулярных направлениях, для чего внутренняя обойма 7 подшипника 6, на котором вращается ролик 5, установлена с возможностью вращения вокруг оси ОО3, перпендикулярной оси ОО2, установленной в держателе 8. На внутренней обойме 7 закреплен зубчатый сектор 9, находящийся в постоянном контакте с резьбой огибающего вариатор кольца 10 с резьбой 11. Данное кольцо 10 неподвижно закреплено в корпусе 12. Держатель фрикционных роликов 8 установлен с возможностью вращения относительно главной оси ОО1, например, в подшипнике на валу 4 (либо на валу 1, или на обоих валах). Держатель 8 имеет на себе кольцевидную шестерню 13, работающую в паре с управляющей шестерней 14, которая соединена с пружиной 15 сопротивления вращению держателя 8.

Держатель 8 как вариант соединяется непосредственно с пружиной 15, вторым концом закрепленной в корпусе 12 (соединенной с ним).

Пружина 15 непосредственно или с редукцией с подобранной характеристикой сопротивления несет основную нагрузку удержания держателя 8 в положении, адекватном востребованному соотношению посредством баланса сил; крутящего момента двигателя на валу 1, сопротивления вращению ведомого вала 4 и сопротивления пружины 15, противостоящего вращению держателя 8 от набегания фрикционного ролика 5. Пружина 15 постоянно напряжена. Усилие сопротивления пружины 15 непосредственно или через редуктор в максимально закрученном состоянии равно или меньше максимального крутящего момента (мощности) двигателя - положение "В". Наименьшее сопротивление пружины 15 при раскрутке к положению "А" (фигура 2) чуть более или равно минимальному крутящему моменту двигателя (минимальным устойчивым оборотам).

Варианты исполнения:

1) Фигура 2 - плоская витая пружина 15 внешним концом соединена с корпусом 12, внутренним концом соединена с валом управляющей шестерни 14.

2) Пружина 15 соединена концом с держателем 8 непосредственно без шестерни 14.

3) Витая цилиндрическая круглого сечения пружина - одна или две - (15) находится на держателе 8 (фигуры 5, 6), будучи соединена валом 16 с шестерней 17, с огибающим кольцом 10, имеющим зубчатый нарез 18 на стороне. Вал 16 соединен с упорными стаканами 19 пружины 15 тросами или штангами 20.

Фрикционные колодки ролика 5 могут иметь несколько вариантов исполнения, например:

4) Жестко закрепленное кольцо - фигуры 1, 5.

5) В виде секторных колодок с подпружиненным люфтом с геометрическим центром в оси ОО₃, снизу колодки поджаты общей упорной шайбой и могут иметь перегородки. Необходимое меридианное уменьшение размера колодок на соприкасающихся боковых торцах до 1 мм в данном размере - фигуры 2, 3.

6) Колодки круглого сечения, закрепленные на роликах или антифрикционных прокладках, вращающиеся вокруг своей оси во время изменения угла вращения диска 5 при контакте с рабочей поверхностью дисков 2 и 3 - фигуры 7, 8.

Варианты 5, 6 предназначены для компенсации увода из положения в плоскости вращения фрикционной поверхности ролика 5, не находящейся в контакте при изменении угла вращения, против гистерезиса.

7) Управление (и; или) уточняющее управление производится воздействием на кольцевидную шестерню 13 держателя 8, управляющей шестерней 14 с пружиной (и; или) с редуктором (и; или) электродвигателем под управлением контролера.

Ориентирование при описании работы вариатора следующее: со стороны ведущего вала 1, вращение ведущего вала 1 вправо, резьба огибающего кольца 10 левая. При любом положении ролика 5, кроме "А", и сопротивлении ведомого вала 4, меньшем усилия пружины 15, держатель 8 вращается против часовой стрелки (влево), увлекая в набегание по поверхности ведущего диска 2 (относительное) фрикционный ролик 5. Сектор 9 изменяет угол вращения ролика 5 до упора в положении "А" независимо от вращения диска 2. Обозначение соотношения: например, А=1/4, где 1 - цифра соотношения вращения ведомого (вм) вала, 4 - ведущего (вд) - вм/вд и в дальнейшем.

При вращении ведущего вала 1 с диском 2, фрикционный ролик 5 воспринимает вращение и передает его противостоящему диску 3.

При максимальном штатном сопротивлении вращению ведомого вала и его невращении (при трогании транспорта с места) из положения "А" вм/вд=1/4 фигура 1 ролик 5 под действием диска 2 набегает относительно стоящего диска 3, увлекая во вращение держатель 8, под действием пружины 15 - от наименьшего сопротивления пружины к наибольшему - держатель 8 встречает возрастающее сопротивление, сектор 9, двигаясь контактно с резьбой 11 кольца 10, изменяет угол вращения ролика 5, т.е. оси ОО2 относительно оси ОО1, изменяя этим передаточное число от наименьшего к наибольшему вм/вд 1/4=>4/1 (в данном варианте) от положения "А" к "В" - фигуры 1, 2, усилие крутящего момента двигателя посредством измененного соотношения вращения дисков 2, 3 становится достаточным для вращения диска 3, вместе с разгоном которого до соответствующей соотношению скорости приостанавливается вращение держателя 8 под действием возросшего сопротивления пружины 15.

При уменьшении сопротивления вращению ведомого вала 4 держатель 8 под действием пружины 15, вращаясь в обратную сторону (влево), уменьшает соотношение вм/вд=>1/4 "А".

Таким образом, при подобранном сопротивлении пружины (либо другого устройства сопротивления) механизм вариатора обеспечивает постоянное плавное изменение передаточного числа при изменяющихся нагрузках ведомого вала и оборотах ведущего.

Плавное начало вращения обеспечивается следующим: к моменту начала вращения держатель 8 и зубчатый сектор 9, совершив несколько оборотов, изменяя соотношение вращения дисков 2 и 3, благодаря плавному нарастанию сопротивления пружины постепенно приостанавливаются при одновременном начале вращения ведомого диска 3, что обеспечивает растяжение приложенного усилия. При максимальном сопротивлении вращению на ведомом валу 4 держатель 8 в своем вращении, по причине преодоления силы сопротивления троганию и по инерции, поставит фрикционный ролик 5 в положение, большее необходимого соотношения для вращения ведомого диска 3 - при имеющихся запасах рабочей поверхности дисков 2 и 3, угла отклонения ролика 5.

Благодаря вышеописанному эффекту начало вращения вала 4 произойдет с объективно меньшей скоростью, чем если это было продолжение вращения.

Плавность изменения передаточного числа обеспечивается кроме вышеизложенного изменением соотношения вращения дисков 2 и 3 только в результате "набегания" ролика 5 по замедлившемуся диску под действием ведущего. Рывок вращения любого из дисков 2 или 3 может быть сглажен также управляющей системой (пружиной) через шестерню 14.

Изобретение относится к машиностроению, а конкретнее к вариаторам для бесступенчатого изменения соотношения вращения ведомого и ведущего валов. Фрикционный торовый вариатор содержит входной 2 и выходной 3 диски с тороидальными поверхностями, фрикционный ролик 5, крестовину, на одну из осей которой посажен ролик 5, держатель 8 фрикционного ролика, механизм управления и контроля передаточного отношения. Вторая ось крестовины посажена в держателе 8 фрикционного ролика, имеющем возможность вращения вокруг главной оси вариатора, механизм управления и контроля передаточного отношения выполнен в виде зубчатого сектора 9, вращающегося на второй оси крестовины, жестко связанного с первой осью крестовины и посредством червячного зацепления - с корпусом 12, и пружины 15, закрепленной в корпусе 12 и связанной с держателем 8 непосредственно или через редуктор. Технический результат - упрощение контроля и управления передаточным отношением с плавным изменением режимов работы вариатора. 8 ил.

Фрикционный торовый вариатор, содержащий соосные входной и выходной диски с тороидальными поверхностями и, по меньшей мере, одним фрикционным роликом между ними, взаимодействующим с их тороидальными поверхностями, крестовину, на одну из осей которой свободно посажен фрикционный ролик, держатель фрикционного ролика и механизм управления и контроля передаточного отношения путем изменения наклона фрикционного ролика относительно главной оси входного и выходного дисков, отличающийся тем, что вторая ось крестовины посажена в держателе фрикционного ролика, имеющем возможность вращения вокруг главной оси вариатора, механизм управления и контроля передаточного отношения выполнен в виде зубчатого сектора, посаженного с возможностью вращения на второй оси крестовины, жестко связанного с первой осью крестовины и посредством червячного зацепления - с корпусом, и пружины, одним концом закрепленной в корпусе, а другим связанной с держателем непосредственно или через редуктор.