ПРИВОДНОЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ БЕССТУПЕНЧАТОЙ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ Российский патент 2010 года по МПК F16H37/08 F16H15/38 F16H61/664 

Настоящее изобретение относится к устройству бесступенчатой коробки передач типа тягового усилия качения тороидальной поверхности, упоминаемому в дальнейшем как вариатор.

Основная форма вариатора содержит входной диск с тороидальной выточкой, соединенный со входным приводным валом, и выходной диск с тороидальной выточкой, выполненный коаксиально относительно входного диска. Множество роликов (обычно три ролика) предусмотрены в тороидальной полости, образованной между входным и выходным дисками, и мощность передается от входного диска к выходному диску посредством роликов. Ролики закреплены в роликоопорах, которые подвергаются воздействию поперечных сил (обычно посредством гидравлических поршней двойного действия). Такое же гидравлическое давление обычно прикладывается к так называемой камере торцевой нагрузки для прикладывания осевого усилия к одному из дисков, чтобы гарантировать сцепления роликов за счет трения со входным и выходным дисками.

Такие коробки передач главным образом предназначены для использования в применениях с относительно большими мощностями, высокими вращающими моментами, такими как в коробках передач автомашин. Действительно, чтобы обеспечивать возможность манипулирования уровнями мощности и вращающего момента и обеспечивать более симметричную коробку передач, обычно необходимо использовать пару входных дисков и пару коаксиально установленных выходных дисков, образующих две тороидальные полости, каждая из которых содержит три ролика. Одно преимущество использования трех роликов в каждой тороидальной полости заключается в том, что такое выполнение является по своему существу стабильным в этом катящемся контакте в трех равноотстоящих положениях вокруг дисков, снижает до минимума изгиб компонентов вариатора и, следовательно, снижает до минимума износ. Однако обычно также необходимо каждый ролик снабжать своим собственным поршнем управления двойного действия, а гидравлическими давлениями управлять с помощью компьютера.

Хотя стоимость такого усложнения является приемлемой в коробках передач автомашин, это препятствует использованию вариаторов в оборудованиях с меньшими требованиями.

Таким образом существует необходимость в создании упрощенного, дешевого вариатора для использования в условиях, которые не имеют таких требований.

Согласно настоящему изобретению обеспечивают вариаторную коробку передач, содержащую:

входной вал;

входной диск, установленный на входном валу для вращения вместе с ним;

выходной диск, обращенный к входному диску и выполненный с возможностью коаксиального вращения вместе с ним, причем входной и выходной диски образуют тороидальную полость между ними;

два ролика, расположенных в тороидальной полости;

первое и второе средства роликоопор, на которых установлены, соответственно, первый и второй ролики с возможностью вращения;

средство торцевой нагрузки для поджатия роликов в контакт с входным и выходным дисками для передачи движения;

рычажное средство, имеющее ось поворота, два средства роликоопор, установленных на средстве рычага на противоположных сторонах оси поворота; и

поворотное средство для поворачивания рычажного средства вокруг оси поворота;

в котором ось поворота рычага выполнена с возможностью перемещения в радиальном направлении относительно оси вращения входного и выходного дисков.

Путем обеспечения вариаторной коробки передач, имеющей только два ролика, и управлению роликами с помощью рычажного средства вместо гидравлического управления, можно снизить сложность и стоимость коробки передач, а еще обеспечить коробку передач, которая является подходящей для относительно маломощного применения с небольшим вращающим моментом. Однако радиальное перемещение оси поворота рычажного средства обеспечивает возможность перемещения рычажного средства в положение, в котором силы на роликах уравнены.

Предпочтительно, ось поворота рычага зафиксирована в направлении, перпендикулярном упомянутому радиальному направлению, т.е. перемещение оси поворота ограничено упомянутым радиальным направлением.

Рычажное средство, предпочтительно, содержит шарнирный палец, который выполнен с возможностью смещения вдоль прорези, которая проходит в упомянутом радиальном направлении. Предпочтительно, диаметр шарнирного пальца, по существу, является таким же, как ширина прорези, посредством чего шарнирный палец затормаживается при движении в продольном направлении прорези. Предпочтительно, ось поворота выполнена с возможностью перемещения на заданное расстояние в упомянутом радиальном направлении.

Предпочтительно, шарнирное средство для поворачивания рычажного средства содержит участок плеча.

Предпочтительно, шарнирное средство (например, шаровой шарнир) предусмотрено между каждым средством роликоопоры и рычажным средством.

Предпочтительно, входной вал и выходной диск приводят в движение входы смешанной эпициклической зубчатой передачи, которая предпочтительно расположена коаксиально относительно входного вала.

Также средство понижающей передачи может быть присоединено к выходу смешанной эпициклической зубчатой передачи.

Предпочтительно, средство торцевой нагрузки содержит упруго деформируемое средство. Предпочтительно, средство торцевой нагрузки содержит только упруго деформируемое средство.

Упруго деформируемое средство предпочтительно проходит между картером коробки передач и одним из входного и выходного дисков.

Упруго деформируемое средство предпочтительно содержит пружину, например пружинную шайбу Бельвиля (Belleville).

Далее будет описан конкретный вариант осуществления настоящего изобретения только посредством примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 представляет собой вид в продольном разрезе варианта осуществления вариаторной коробки передач согласно настоящему изобретению;

Фиг.2 представляет собой схематичное представление коробки передач, показанной на фиг.1; и

Фиг.3 представляет собой вид спереди в поперечном разрезе коробки передач, показанной на фиг.1, если смотреть в направлении стрелок III-III, показывающий средство управления роликами.

Система бесступенчатой коробки передач содержит вариатор V, имеющий входной диск 10 с тороидальной выточкой и расположенный напротив выходного диска 12 с тороидальной выточкой. Два ролика 14, 16 установлены в тороидальной полости, образованной между противоположными поверхностями с тороидальными выточками входного и выходного дисков 10, 12 для передачи движения от входного диска 10 к выходному диску 12 с отношением, которое является переменным благодаря наклону роликов 14, 16.

Входной диск 10 соединен со входным валом 18 системы и вращается вместе с ним. Вариатор V обеспечивает выходную мощность через трубчатый выходной вал 20, который соединен с выходным диском 12 и расположен коаксиально со входным валом 18 и вокруг него. Входной вал 18 и выходной вал 20 вариатора обеспечивают входную мощность для смешанной эпициклической зубчатой передачи Е1. Как показано схематично, конец выходного вала 20 вариатора, удаленный от выходного диска 12, несет первое центральное зубчатое колесо S1 смешанной эпициклической зубчатой передачи Е1. Водило С1 зубчатой передачи Е1 соединено с входным валом 18 и приводится им в движение. Водило С1 несет четыре идентичные равноотстоящие внутренние в радиальном направлении планетарные зубчатые передачи Р1 и четыре идентичные равноотстоящие внешние в радиальном направлении планетарные зубчатые передачи Р2 (на фиг.1 не видны) такого же размера, как и внутренние в радиальном направлении планетарные зубчатые передачи P1. Внутренние в радиальном направлении планетарные зубчатые передачи Р1 входят в зацепление с первым центральным зубчатым колесом S1 и с соответствующей одной из четырех внешних в радиальном направлении планетарных зубчатых передач Р2. Внешние в радиальном направлении планетарные зубчатые передачи Р2 также входят в зацепление с шестерней A1 с внутренним зацеплением, снабженной внутри зубцами, которые формируют выходную мощность смешанной эпициклической зубчатой передачи Е1. Выходная мощность от зубчатой передачи А1 с внутренним зацеплением передается через коаксиальный выходной вал 22 в форме трубы к простому понижающему эпициклическому комплекту Е2 зубчатых колес. Понижающий эпициклический комплект Е2 зубчатых колес содержит входное центральное зубчатое колесо S2, поддерживаемое валом 22, которое входит в зацепление с четырьмя разнесенными на одинаковые угловые расстояния планетарными зубчатыми передачами Р3, поддерживаемыми водилом С2. Планетарные зубчатые передачи Р3 также входят в зацепление с шестерней А2 с внутренним зацеплением, закрепленной на картере коробки передач. Вращение водила С2 формирует выходную мощность понижающего эпициклического комплекта Е2 зубчатых колес и передает наружу выходным валом 24, который соединен с водилом С2. Выходной вал 24 является коаксиальным со входным валом 18, один конец которого входит в выемку 26 в самом внутреннем конце выходного вала 24.

Коробка передач размещена в, по существу, трубчатом картере 30, который поддерживает входной и выходной валы 18, 20. Конец картера 30, примыкающий ко входному валу 18, закрыт посредством торцевой пластины 32. Коническая пружинная шайба 34 Бельвиля проходит между внутренней поверхностью торцевой пластины 32 и кольцевой опорной пластиной 36, которая находится в катящемся контакте с внешней плоской поверхностью входного диска 10 вариатора. Пружинная шайба Бельвиля прикладывает усилие («торцевую нагрузку») ко входному диску 10 и обеспечивает возможность передачи вращающего момента от входного диска 10 через ролики 14, 16 к выходному диску 12.

Посредством варьирования наклона двух роликов 14, 16 (как будет описано ниже) можно изменять скорость выходного диска 12 относительно входного диска 10. Посредством комбинирования вращений входа коробки передач и выхода вариатора в смешанной эпициклической зубчатой передаче Е1 можно изменять отдаваемую мощность зубчатой передачи. В показанном устройстве коробка передач может изменять зубчатую передачу от полной реверсивной, через «нейтральную зубчатую передачу», до полной прямой. Однако с помощью соответствующего выбора зубчатой передачи рабочий диапазон вариатора может быть приспособлен к потребностям. Например, вариатор может быть выполнен с возможностью изменения от низкой реверсивной зубчатой передачи через нейтральную зубчатую передачу и до высокой прямой повышающей передачи, если транспортное средство, на котором установлена коробка передач, обычно эксплуатируется при прямой зубчатой передаче и только иногда эксплуатируется при реверсивной зубчатой передаче.

Механизм для изменения наклона двух роликов 14, 16 более подробно показан на фиг.3. Каждый ролик 14, 16 установлен с возможностью вращения в роликоопоре 40 посредством поворотной цапфы 42, которая установлена с возможностью вращения в противоположных плоских опорных пластинах 44, 46 роликоопоры. Один конец каждой из роликоопор 40 соединен с соответствующим одним из двух концов поперечины 48 рычага 50 управления посредством сферического подшипника 52 (например, "Rose bearing", производимый Rose Bearings Limited). Рычаг 50 управления снабжен шарнирным пальцем 54, расположенным посередине между центральными точками двух сферических подшипников 52. Шарнирный палец входит в прорезь 56 такой же ширины, что и диаметр шарнирного пальца, но продолжается в радиальном направлении относительно оси вращения вариатора. В монтажном ушке 58, которое выступает в вариатор в пространство между входным и выходным дисками 10, 12, выполнена прорезь 56.

Рычаг 50 снабжен рабочим плечом 60, которое выступает из картера вариатора в направлении, перпендикулярном линии соединения центральных точек двух сферических подшипников 52 (т.е., перпендикулярно оси поперечины 48 рычага). Конец плеча 60, который выступает из картера вариатора, выполнен с отверстием 62 для соединения двух боуденовских тросов (не показаны) или другой прямой механической связи для поворачивания рычага в противоположных направлениях. Соединение является прямым механическим соединением от человека, управляющего оборудованием, часть которого формирует коробка передач, и важно, что любое усилие к рычагу 50 следует прикладывать в направлении, перпендикулярном продольной оси плеча 60, так что не нужно прикладывать какое-либо усилие вдоль продольной оси плеча 60. Например, плечо 60 может быть соединено с педалью акселератора транспортного средства или педалью ускорения и реверсирования.

Когда рычаг 50 поворачивается, один из роликов 10, 12 подталкивается, а другой подтягивается, оба с равным вращающим моментом. Крепление шарнирного пальца 54 внутри прорези 56 в монтажном ушке 58 обеспечивает возможность перемещения пальца 54 в радиальном направлении внутрь и наружу, и это гарантирует, что горизонтальные силы от роликов уравнены и нейтрализуют друг друга. Это важно в дешевых сборках, в которых изготовление компонентов, вероятно, является менее точным. Радиальное перемещение шарнира рычага обеспечивает возможность перемещения рычага в положение, в котором любое нарушение баланса между двумя роликами, являющееся результатом различий при изготовлении, будет нейтрализовываться.

Коробка передач вариатора содержит входной вал (18), входной диск (10), установленный на входном валу для вращения вместе с ним, и выходной диск (12), обращенный ко входному диску и выполненный с возможностью коаксиального вращения вместе с ним. Входной и выходной диски (10, 12) образуют тороидальную полость между ними. Всего два ролика (14, 16) расположены в тороидальной полости, и предусмотрены первое и второе средства роликоопор, на которых с возможностью вращения установлены, соответственно, первый и второй ролики. Средство (34, 36) торцевой нагрузки поджимает ролики в контакт с входным и выходным дисками для передачи движения. Два средства роликоопор установлены на противоположных сторонах от оси поворота рычага. Ось поворота рычага выполнена с возможностью перемещения в одном, заданном радиальном направлении относительно оси вращения входного и выходного дисков. Изобретение позволяет создать упрощенный и дешевый вариатор. 26 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Вариаторная коробка передач, содержащая входной вал, входной диск, установленный на входном валу для вращения вместе с ним, выходной диск, обращенный к входному диску и выполненный с возможностью коаксиального вращения вместе с ним, причем входной и выходной диски образуют тороидальную полость между ними; всего два ролика, расположенные в тороидальной полости; первое и второе средства роликоопор, на которых с возможностью вращения установлены соответственно первый и второй ролики; средство торцевой нагрузки, для поджатия роликов в контакт с входным и выходным дисками для передачи движения; рычажное средство, имеющее ось поворота, причем два средства роликоопор установлены на рычажном средстве на противоположных сторонах от оси поворота, и поворотное средство для поворачивания рычажного средства вокруг оси поворота, при этом ось поворота рычажного средства выполнена с возможностью перемещения в одном, заданном радиальном направлении относительно оси вращения входного и выходного дисков.

2. Коробка передач по п.1, в которой ось поворота рычажного средства зафиксирована в направлении, перпендикулярном радиальному направлению.

3. Коробка передач по п.1, в которой рычажное средство содержит шарнирный палец, который выполнен с возможностью смещения вдоль прорези, которая проходит в радиальном направлении.

4. Коробка передач по п.2, в которой рычажное средство содержит шарнирный палец, который выполнен с возможностью смещения вдоль прорези, которая проходит в радиальном направлении.

5. Коробка передач по п.3, в которой диаметр шарнирного пальца, по существу, такой же, что и ширина прорези.

6. Коробка передач по п.4, в которой диаметр шарнирного пальца, по существу, такой же, что и ширина прорези.

7. Коробка передач по любому из пп.1-6, в которой ось поворота рычажного средства выполнена с возможностью перемещения на заданное расстояние в радиальном направлении.

8. Коробка передач по любому из пп.1-6, в которой поворотное средство для поворачивания рычажного средства вокруг оси поворота содержит участок плеча.

9. Коробка передач по п.7, в которой поворотное средство для поворачивания рычажного средства вокруг оси поворота содержит участок плеча.

10. Коробка передач по любому из пп.1-6, дополнительно содержащая шарнирное средство между каждым средством роликоопоры и рычажным средством.

11. Коробка передач по п.7, дополнительно содержащая шарнирное средство между каждым средством роликоопоры и рычажным средством.

12. Коробка передач по п.8, дополнительно содержащая шарнирное средство между каждым средством роликоопоры и рычажным средством.

13. Коробка передач по п.9, дополнительно содержащая шарнирное средство между каждым средством роликоопоры и рычажным средством.

14. Коробка передач по п.10, в которой шарнирное средство содержит шаровой шарнир.

15. Коробка передач по п.11, в которой шарнирное средство содержит шаровой шарнир.

16. Коробка передач по п.12, в которой шарнирное средство содержит шаровой шарнир.

17. Коробка передач по п.13, в которой шарнирное средство содержит шаровой шарнир.

18. Коробка передач по п.1, в которой входной вал и выходной диск формируют входную мощность смешанной эпициклической зубчатой передачи.

19. Коробка передач по п.18, в которой смешанная эпициклическая зубчатая передача расположена коаксиально относительно входного вала.

20. Коробка передач по п.18, дополнительно содержащая средство понижающей передачи, соединенное с выходом смешанной эпициклической зубчатой передачи.

21. Коробка передач по п.19, дополнительно содержащая средство понижающей передачи, соединенное с выходом смешанной эпициклической зубчатой передачи.

22. Коробка передач по п.1, в которой средство торцевой нагрузки содержит упругодеформируемое средство.

23. Коробка передач по п.22, в которой средство торцевой нагрузки содержит только упругодеформируемое средство.

24. Коробка передач по п.22 или 23, в которой упругодеформируемое средство проходит между картером коробки передач и одним из входного и выходного дисков.

25. Коробка передач по п.22, в которой упругодеформируемое средство содержит пружину.

26. Коробка передач по п.23, в которой упругодеформируемое средство содержит пружину.

27. Коробка передач по п.24, в которой упругодеформируемое средство содержит пружину.