КЛИНОЦЕПНОЙ ВАРИАТОР Российский патент 2008 года по МПК F16H7/06 F16H9/24 F16G13/02 F16H59/06 B60K17/06 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к механизмам передач с бесступенчатым изменением передаточного числа, применяемым в транспортных средствах.

Известна конструкция вариатора, содержащая крестообразно расположенные два подвижных и два неподвижных шкива с гидравлическим управлением и поджатием шкива пружиной [Пронин Б.А., Ревков Г.А. «Бесступенчатые клиноременные и фрикционные передачи.», 2-е издание, М.: Машиностроение 1967 г., стр.179, 183]. Недостатком данной конструкции является то, что нажимное усилие не зависит от приложенного момента, что даже при применении стальной цепи в качестве ремня существенно снижает ее ресурс, и то, что для создания необходимого сжимающего усилия необходимо создать высокое давление жидкости в гидроцилиндре, что также усложняет конструкцию вариатора.

Известна также конструкция вариатора, содержащая приводную цепь, у которой шарниры качения совмещены с распорными стержнями [GB 1451856 A, F16H 9/24, опубл. 06.10.76]. Недостатком данной конструкции является недостаточная нагрузочная способность приводной цепи вследствие того, что шарниры качения, совмещенные с распорными стержнями, воспринимают не только тянущее усилие цепи, но и усилие от сжатия со стороны шкивов.

Наиболее близкой по технической сути и достигаемому результату к заявленным решениям является конструкция цепного вариатора, содержащая четыре подвижных шкива, рычажное нажимное устройство и приводную роликокольчатую цепь с шарнирами качения [Пронин Б.А., Ревков Г.А. «Бесступенчатые клиноременные и фрикционные передачи.», 2-е издание, М.: Машиностроение 1967 г., стр.207, 208]. Недостатками данной конструкции являются большие осевые габаритные размеры и сложность рычажного нажимного механизма, а также ограниченная передаваемая нагрузочная способность роликокольчатой цепи, примененной в этом вариаторе.

Данное изобретение решает задачу уменьшения габаритных размеров вариатора. Она решается применением входного и выходного нажимных устройств, каждое из которых состоит из нажимных втулок с дорожками нажимного устройства с переменным углом нажатия, роликов и дорожек нажимного устройства с переменным углом нажатия, выполненных на входном и выходном валах.

Другой задачей, которую решает данное изобретение, является повышение нагрузочной способности приводной цепи за счет применения цепи с шарнирами качения и распорными стержнями, имеющими закругленные по радиусу упорные поверхности и выступ на верхней или нижней части стержня, установленные в соединительных звеньях.

На фиг.1 изображен клиноцепной вариатор, общий вид, с положением цепи при максимальном передаточном числе (тонкими линиями указано положение цепи при минимальном передаточном числе);

на фиг.2 - вид по стрелке Б на фиг.1, корпус вариатора не показан;

на фиг.3 - вид по стрелке В на фиг.1, корпус вариатора не показан;

на фиг.4 - узел А на фиг.1; на фиг.5 - сечение Д-Д на фиг.4;

на фиг 6 - вид по стрелке Ж на фиг.4; на фиг.7 - вид по стрелке И на фиг.6; на фиг.8 - узел А на на фиг.1 (вариант исполнения).

Клиноцепной вариатор имеет входной вал 1 с дорожкой нажимного устройства переменной кривизны; втулку 2 со второй дорожкой нажимного устройства, установленную на правом подвижном шкиве 3 по шлицам; который, в свою очередь, установлен на левом неподвижном ведущем шкиве 4 с возможностью осевого перемещения по нему и который соединен со шкивом 3 шлицами. Левый неподвижный шкив 4 установлен на входном валу 1 с возможностью вращения относительно него. Между нажимной дорожкой втулки 2 и нажимной дорожкой входного вала 1 установлены ролики 5 (см. фиг.3). В пазу втулки 2 и в пазу входного вала 1 установлены кольцевые, пластинчатые, фасонные пружины 6, зафиксированные в окружном направлении относительно втулки 2 и выходного вала 1 (см. фиг.3). Между правым и левым ведущими шкивами установлена приводная цепь 7. Она состоит из соединительных звеньев 8 (см. фиг.4, 6, 7, 8), из призматических шарниров качения 9 и распорных стержней 10 с закругленными по радиусу концами, имеющими, как вариант исполнения, маслосбрасывающие канавки по бокам (см. фиг.4, 5, 8).

Приводная цепь 7 соединяет между собой ведущие шкивы 3 и 4 с ведомыми левым 11 и правым 12 шкивами. Радиусы на распорных стержнях 10 (см. фиг.5, 8) выполняются для безударного входа в соприкосновение со шкивами.

Шкивы 11 и 12 по размерам больше шкивов 3 и 4. На левом ведомом подвижном шкиве 11 по шлицам установлена втулка 13 с дорожкой нажимного устройства переменной кривизны, угол α которой меняется по тому же закону, что и на втулке 2 и на входном валу 1. Левый подвижный ведомый шкив 11 установлен на правом неподвижном ведомом шкиву 12 с возможностью осевого перемещения по нему и который соединен со шкивом 11 шлицами. Правый неподвижный шкив 12 установлен, в свою очередь, на выходном валу 14 с возможностью вращения относительно него. На выходном валу 14 с правой стороны имеется дорожка нажимного устройства с переменной кривизной (см. фиг.2), угол кривизны которого меняется от α₁ до α₂, как и на втулке 2, втулке 13 и входном валу 1.

Между нажимной дорожкой втулки 13 и нажимной дорожкой вала 14 установлены ролики 5 (см. фиг.2). В пазу втулки 13 и в пазу вала 14 установлены кольцевые, фасонные, пластинчатые пружины 6, такие же как и во втулке 2 и входном валу 1 (см. фиг.2). Между выходным валом 14 и подвижным шкивом 11 установлена пружина предварительного нажатия 15. Ведомые шкивы 11 и 12, втулка 13, ролики 5, пружина предварительного нажатия 15, выходной вал 14, упорный подшипник и гайка составляют сборочную единицу, установленную на подшипниках 16 в корпусах 17 и 18 с возможностью самоустановки в осевом направлении относительно приводной цепи 7, тем самым обеспечивая центрирование канавки, образуемой дисками 11 и 12, относительно цепи 7. Выходной вал 14 установлен подвижно в осевом направлении относительно ведомого вала 19 и соединен с ним шлицами. На ведомом валу 19 имеются два зубчатых венца; один переднего и один - заднего хода. Венец шестерни переднего хода вала 19 находится в постоянном зацеплении с промежуточной шестерней 20, установленной на игольчатом подшипнике на промежуточном валу-шестерне 21, на котором неподвижно установлена ступица 22 с муфтой переключения «вперед-назад» 23. На муфте 23 имеется зубчатый венец заднего хода. Вал-шестерня 21 находится в зацеплении с шестерней 24, установленной на коническом дифференциале 25, в сателлиты которого вставляются левая и правая полуоси колес. Между шкивом 12 и корпусом 18 установлено торцевое уплотнение 26, которое разделяет масляные полости шкивов и шестерен. В масляную полость шкивов заливается маловязкое масло с вязкостью 6-8 сст, а в полость шестерен заливается масло с вязкостью 14-17 сст. В корпусе 18 также имеется гидроцилиндр 27, в который подается масло от насоса 28, установленного на картере сцепления 29 через управляющий золотник.

Устройство, представленное выше, работает следующим образом.

В начальный момент при отсутствии крутящего момента на входом валу 1 шкивы 11 и 12 сдвинуты пружиной 15, а приводная цепь 7 занимает положение на максимальном радиусе шкивов, соответственно шкивы 3 и 4, максимально раздвинуты и цепь 7 находится на минимальном радиусе шкивов 3 и 4, т.е. в начальный момент движения передаточное число максимально. При увеличении частоты вращения двигателя, по команде электронной системы управления, электровакуумное сцепление соединяет входной вал 1 вариатора с маховиком двигателя. На валу 1 появляется крутящий момент, который через ведущее нажимное устройство, состоящее из нажимной дорожки вала 1, нажимной дорожки втулки 2 и ролика 5, передается на втулку 2 ведущего нажимного устройства и далее на шкив 3 и шкив 4. При прохождении крутящего момента через нажимное устройство в нем возникает осевая сила, которая действует на шкивы 3 и 4 в противоположном направлении (см. фиг.2). Эта сила воспринимается распорными стержнями 10 цепи 7. В результате между шкивами 3 и 4 и цепью 7 возникает сила трения, которая передает крутящий момент со шкивов 3 и 4 на цепь 7. С цепи 7 крутящий момент передается на шкивы 11 и 12, на втулку 13 ведомого нажимного устройства, состоящего из нажимной дорожки втулки 13, нажимной дорожки вала 14 и ролика 5, и далее на выходной вал 14 через ролик 5. Далее с вала 14 крутящий момент передается на ведомый вал 19, с которого через шестерню 20, муфту 23 и ступицу 22 момент передается на промежуточный вал 21, далее на шестерню 24 дифференциала 25 и далее на колеса.

Крутящий момент, проходя через нажимное устройство, создает осевое усилие на шкивы 11 и 12, необходимое для создания силы трения между цепью 7 и шкивами 11 и 12.

Вследствие того, что шкивы 11 и 12 больше шкивов 3 и 4, а углы α на нажимных устройствах шкивов одинаковые, то осевая сила на шкивах 11 и 12 будет больше осевых усилий на шкивах 3 и 4 при любом положении цепи 7. Поэтому цепь 7 будет стремиться самопроизвольно перейти на большее передаточное число. Пружина предварительного нажатия 15 будет также стремиться перевести цепь 7 в положение с большим передаточным числом. При этом управляющий золотник сообщает полость гидроцилиндра 27 со сливом. Угол α на нажимных устройствах меняется от α₁ до α₂, но меняется он на ведущем и на ведомом нажимных устройствах в противофазе, так, если на ведущем нажимном устройстве α₁, то в это время на ведомом нажимном устройстве α₂. (см. фиг.2 и 3).

При нарастании частоты вращения двигателя выше заданной регулятором системы управления происходит смещение золотника и соединение маслонасоса с полостью гидроцилиндра 27. Давление в гидроцилиндре повышается и через подшипник воздействует на шкивы 3 и 4, преодолевая неуравновешенную осевую силу, действующую в нажимных устройствах, и силу предварительного нажатия пружины 15, и заставляет шкивы 3 и 4 сходиться, перемещая цепь 7 на больший радиус шкивов 3 и 4 и на меньший радиус шкивов 11 и 12, тем самым понижая передаточное число вариатора, что приводит к снижению, до заданной величины, частоты вращения двигателя.

При падении частоты вращения двигателя ниже заданной системой управления золотник перемещается назад и сообщает полость гидроцилиндра 27 со сливом. Цепь 7 под действием неуравновешенной силы и пружины предварительного нажатия 15 перемещается в сторону большего передаточного числа, что приводит к увеличению частоты вращения двигателя.

Золотник, соединяя гидроцилиндр 27 то со сливом, то с насосом, поддерживает заданную регулятором частоту вращения двигателя. Частота вращения двигателя, которую задает регулятор, задается в зависимости от

1) режима работы вариатора, который задал водитель («экономичный», «спортивный», «зимний» и т.д.);

2) положения дроссельной заслонки двигателя;

3) от интенсивности нарастания (падения) частоты вращения двигателя;

4) от марки и параметров используемого двигателя.

Торможение двигателем осуществляется следующим образом.

При отпускании педали акселератора в конечное положение крутящий момент меняет свое направление на противоположное, но осевые силы на шкивах при этом направление не изменят. Подается также сигнал от концевого выключателя педали акселератора на электронную систему регулирования, которая через исполнительные механизмы увеличивает частоту вращения двигателя, на которой срабатывает регулятор. Золотник сообщает гидроцилиндр 27 со сливом и цепь 7 под действием неуравновешенной силы начинает перемещаться в положение большего передаточного числа. Частота вращения двигателя при этом повышается и за счет этого происходит торможение двигателем (интенсивность торможения можно менять, переключая «кнопки» режимов работы вариатора).

Задний ход осуществляется так же, как передний, за исключением того, что муфта 23 переводится в крайнее левое положение и входит в зацепление с паразитной шестерней заднего хода (не показана), которая находится в зацеплении с венцом заднего хода ведомого вала 19.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к механизмам передач с бесступенчатым изменением передаточного числа, применяемым в транспортных средствах. Вариатор содержит входной вал, выходной вал, два ведущих шкива, один из которых неподвижный, а другой подвижный, установленный с возможностью осевого перемещения на неподвижном ведущем шкиве, приводную цепь, два ведомых шкива, один из которых неподвижный, а другой подвижный, установленный с возможностью осевого перемещения на неподвижном ведомом шкиве. Подвижные и неподвижные шкивы расположены крестообразно. Вариатор имеет входное и выходное нажимные устройства, состоящие из нажимных втулок с дорожками нажимного устройства с переменным углом нажатия, роликов и дорожек нажимного устройства с переменным углом нажатия, выполненных на входном и выходном валах. Достигается уменьшение габаритных размеров вариатора, повышение нагрузочной способности приводной цепи. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.

1. Вариатор, содержащий входной вал, выходной вал, два ведущих шкива, один из которых неподвижный, а другой подвижный, установленный с возможностью осевого перемещения на неподвижном ведущем шкиве, приводную цепь, два ведомых шкива, один из которых неподвижный, а другой подвижный, установленный с возможностью осевого перемещения на неподвижном ведомом шкиве, причем подвижные и неподвижные шкивы расположены крестообразно, отличающийся тем, что имеет входное и выходное нажимные устройства, состоящие из нажимных втулок с дорожками нажимного устройства с переменным углом нажатия, роликов и дорожек нажимного устройства с переменным углом нажатия, выполненных на входном и выходном валах.2. Приводная цепь для вариатора по п.1, содержащая призматические шарниры качения и соединительные звенья, отличающаяся тем, что имеет распорные стержни, имеющие закругления по радиусу, упорные поверхности и выступ на верхней или нижней части стержня, установленные в соединительных звеньях.