БИПЛАНЕТАРНЫЙ ВАРИАТОР Российский патент 2010 года по МПК F16H3/74 

Известна пятиступенчатая коробка ZF 5HP-24, которая устанавливается на легковом автомобиле BMW седьмой серии предыдущего поколения и на Jaguar XJ, как "автомат", "великий и ужасный", как "государство в государстве" (см., например, журнал "Авторевю", №8 /264/, 2002, стр.56-57). Сложность данного "автомата" объясняется наличием таких вспомогательных устройств и агрегатов, как гидротрансформатор, гидромуфта, гидроблок управления, дополнительные планетарные ряды, устройства для блокировки элементов планетарной передачи между собой или на корпус, тормозные устройства.

Задачей заявляемого технического решения является устранение перечисленных вспомогательных устройств с сохранением всех преимуществ "автомата" без малейшего ущерба для него.

Решение поставленной задачи достигается тем, что "корона" бипланетарного вариатора, включающего центральное колесо внутреннего зацепления, водило, сателлиты, центральную шестерню, представляет собой сдвоенный эпицикл, приемная часть которого содержит рабочий контур в виде эпитрохоиды, очерченной вершинами трехуглового ротора с расположенным в нем соосно кривошипом, выполненным эксцентрично по отношению к единому с ним солнечному шипу, ось которого совпадает с центром "короны", причем радиусы солнечного шипа и кривошипа соотносятся как 2:3, эксцентриситет составляет половину радиуса солнечного шипа, боковая поверхность трехуглового ротора содержит штифт для совмещения с радиальной кулисой ведущего водила, соосного с солнечным шипом, а вторая часть "короны" является зубчатым венцом внутреннего зацепления, содержащим группу сателлитов, связанных, посредством центральной шестерни, с солнечным шипом и объединенных нагрузочным водилом.

Новизна изобретения состоит в том, что планетарный механизм в предлагаемом бипланетарном исполнении является вариатором, реализующим абсолютно все рабочие режимы прототипа без вспомогательных устройств и без разрыва потока мощности при их превращениях.

По данным патентной и научно-технической информации заявленная конструкция не обнаружена, что позволяет судить об изобретательском уровне предлагаемого решения.

Промышленная применимость обусловлена существенным упрощением, повышением надежности, долговечности и экономичности прототипа.

На чертежах представлена принципиальная схема бипланетарного вариатора, который устроен следующим образом.

В корпусе 1, посредством ведущего вала 2, установлен бипланетарный вариатор, "корона" которого представляет собой сдвоенный эпицикл 3. Приемная часть эпицикла 3 содержит рабочий контур в виде эпитрохоиды 4, очерченной вершинами трехуглового ротора 5 (Фиг.1). В нем соосно расположен кривошип 6, выполненный эксцентрично по отношение к единому с ним солнечному шипу 7, ось которого совпадает с центром "короны". Радиусы солнечного шипа 7 и кривошипа 6 соотносятся как 2:3. Эксцентриситет равен половине радиуса солнечного шипа 7. Боковая поверхность трехуглового ротора 5 содержит штифт 8, с которым совмещается радиальная кулиса 9 ведущего водила 10, соосного с солнечным шипом 7. Вторая часть "короны" является зубчатым венцом внутреннего зацепления 11, содержащим группу сателлитов 12 (Фиг.2), связанных, посредством центральной шестерни 13, с солнечным шипом 7 и объединенных нагрузочным водилом 14. Подвижные соединения ротора 5 с эпициклом 3 и кривошипом 6 могут быть выполнены посредством шариков или роликов, исключающих трение скольжения в бипланетарном вариаторе вообще.

Работает бипланетарный вариатор следующим образом. При вращении водила 10 в указанном направлении (Фиг.1) ротор 5 приходит во вращательно-переносное (планетарное) движение. Поворачиваясь на 60 градусов, левая вершина ротора 5 набегает на верхнюю ветвь эпитрохоиды 4, одновременно осаживая центр кривошипа 6 (ротора 5) вниз по дуге в 180 градусов, опирающейся на диаметр окружности, равный двум эксцентриситетам. Правая же вершина ротора 5, оказавшись в нижнем положении, симметричном исходному верхнему относительно горизонтальной оси вариатора, в свою очередь, при дальнейшем повороте ротора 5 на 60 градусов, набегает на нижнюю ветвь эпитрохоиды 4, тем самым вытесняя центр кривошипа 6 вверх, завершая полный его и солнечного шипа 7 оборот. Следовательно, повороту ротора 5 на 120 градусов соответствует один оборот солнечного шипа 7 (центральной шестерни 13), а одному обороту ротора 5 соответствуют три оборота солнечного шипа 7 (центральной шестерни 13). Bсе сказанное справедливо при неподвижном эпицикле 3. Однако, при условии неизменной частоты вращения ротора 5, нагрузочное водило 14, в зависимости от внешнего сопротивления, меняет свои обороты. Значительная нагрузка и замедленное вращение нагрузочного водила 14 (Фиг.2) влечет за собой увеличение встречной, по отношений к ротору 5, частоты вращения эпицикла 3. А так как частота вращения кривошипа 6 (солнечного шина 7) зависит от относительной скорости вращения эпицикла 3 и ротора 5, то малейшее замедление вращения нагрузочного водила 14 мгновенно сопровождается увеличением частоты вращения центральной шестерни 13. При снижении сопротивления нагрузочное водило 14 набирает обороты, одновременно эпицикл 3 свои встречные ротору обороты теряет, вплоть до остановки. При дальнейшем уменьшении нагрузочного сопротивления эпициклу 3 легче вращаться вместе с ротором 5, чем преодолевать сопротивление встречного ему вращения. Это - прямая, или близкая к ней, передача. Итак, при изменении внешнего сопротивления нагрузочное водило 14 изменяет свои обороты, эпицикл вращается быстрее или медленнее, что приводит, соответственно, к увеличению или уменьшению оборотов солнечного шипа 7 (центральной шестерни 13), т.е. к поддержанию баланса между сопротивлением и необходимым крутящим моментом, в чем и проявляется его трансформация. При набегании вершин ротора 5 на суживающиеся ветви эпицикла 3 проявляется эффект клина, когда радиальное усилие на кривошип 6 превосходит усилие вращения водила 10 в 4-5 раз, что способствует увеличение крутящего момента. Таким образом, решается вопрос значительного упрощения, повышения надежности, долговечности и экономичности "автомата".

Для реализации изобретения необходимы следующие технологии и оборудование: литейное производство корпусных заготовок, штамповочное оборудование. Станки: вертикально- и горизонтально-фрезерные с ЧПУ, токарные, сверлильные, зубонарезные, шлифовальные.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в транспортных средствах, в частности в автомобиле. Вариатор содержит корпус, ведущий вал, сдвоенный эпицикл (3). Приемная часть эпицикла (3) содержит рабочий контур в виде эпитрохоиды (4), очерченной вершинами трехуглового ротора (5). В нем соосно расположен кривошип (6), выполненный эксцентрично по отношений к единому с ним солнечному шипу (7), ось которого совпадает с центром сдвоенного эпицикла (3). Радиусы солнечного шипа (7) и кривошипа (6) соотносятся как 2:3. Эксцентриситет равен половине радиуса солнечного шипа (7). Боковая поверхность трехуглового ротора (5) содержит штифт (8), с которым совмещается радиальная кулиса (9) ведущего водила (10), соосного с солнечным шипом (7). Вторая часть эпицикла (3) является зубчатым венцом внутреннего зацепления, содержащим группу сателлитов, связанных посредством центральной шестерни с солнечным шипом (7) и объединенных нагрузочным водилом. Изобретение позволяет упростить конструкцию, повысить надежность, долговечность и экономичность вариатора. 2 ил.

Бипланетарный вариатор, включающий центральное колесо внутреннего зацепления - "корону", водило, сателлиты, центральную шестерню, отличающийся тем, что "корона" представляет собой сдвоенный эпицикл, приемная часть которого содержит рабочий контур в виде эпитрохоиды, очерченной вершинами трехуглового ротора с расположенным в нем соосно кривошипом, выполненным эксцентрично по отношению к единому с ним солнечному шипу, ось которого совпадает с центром "короны", причем радиусы солнечного шипа и кривошипа соотносятся как 2:3, эксцентриситет составляет половину радиуса солнечного шипа, боковая поверхность трехуглового ротора содержит штифт для совмещения с радиальной кулисой ведущего водила, соосного с солнечным шипом, а вторая часть "короны" является зубчатым венцом внутреннего зацепления, содержащим группу сателлитов, связанных посредством центральной шестерни с солнечным шипом и объединенных нагрузочным водилом.