ПЛАНЕТАРНЫЙ ВАРИАТОР ДЛЯ РЕГУЛИРУЕМОЙ ПЕРЕДАЧИ Российский патент 2020 года по МПК F16H15/38 

Область изобретения

[0001] Настоящее изобретение относится к регулируемым передачам для приведения в движение дорожных транспортных средств, внедорожных транспортных средств, сельскохозяйственной техники, для приведения в действие вспомогательных устройств в транспортных средствах, а также таких применяемых в промышленности элементов, как генераторы и компрессоры в неподвижном или подвижном оборудовании.

Предпосылки изобретения

[0002] В документе WO2009/146748A1 раскрыто несколько систем регулируемой передачи, основанных на планетарном вариаторе, характеризующемся отсутствием пробуксовывания. Этот вариатор содержит ведущие колеса, которые передают мощность за счет качения друг по другу и которые прижимаются друг к другу с достаточной силой для передачи требуемого крутящего момента. Поверхности качения спроектированы так, чтобы обеспечивалось так называемое качение без пробуксовывания, то есть качение без скольжения поверхностей качения в области контакта.

[0003] Планетарный вариатор из WO2009/146748A1 показан на фиг. 1. Сама по себе система функционирует как подсистема более сложной регулируемой передачи. Вариатор содержит основной вал 1, коронное центральное колесо 2, комплект планетарных колес 3 и солнечное центральное колесо 4. На чертеже показано только одно планетарное колесо 3. Коронное центральное колесо, основной вал и солнечное центральное колесо установлены соосно, то есть относительно общей центральной оси 5. Коронное центральное колесо и солнечное центральное колесо прижаты друг к другу, например, гидравлическим усилием. Механический компонент, предусмотренный в планетарном колесе и обеспечивающий геометрическое соединение с основным валом, называется вилкообразным элементом 7 планетарного колеса, который соединен с основным валом посредством шарнира 8. Ось 9 шарнира пересекается с осью 5 основного вала и перпендикулярна ей. Поверхности качения коронного центрального колеса и солнечного центрального колеса спроектированы так, что качение без пробуксовывания обеспечивается независимо от поворотного положения планетарных колес. В варианте осуществления на фиг. 1 это обеспечивается выполнением поверхностей качения на основе трактрисы. Передаточное отношение изменяется за счет изменения углового положения планетарных колес относительно оси коронного центрального колеса и солнечного центрального колеса. Это может обеспечиваться перемещением основного вала в осевом направлении относительно коронного центрального колеса и солнечного центрального колеса, при этом также возможно осевое перемещение коронного центрального колеса и/или солнечного центрального колеса. В вариаторе по фиг. 1 расстояние L, указанное на фиг. 1, является постоянным. Оно представляет собой расстояние между 2 точками: одна точка представляет собой точку контакта планетарного колеса с коронным центральным колесом или солнечным центральным колесом; другая точка представляет собой пересечение основной оси 5 с осью 9 шарнира.

[0004] Поскольку ось 9 шарнира пересекает общую центральную ось 5 и поскольку предусмотрено много вилкообразных элементов планетарных колес, у каждого из которых ось шарнира пересекает общую центральную ось 5 в одной и той же точке, конструкция вилкообразных элементов планетарных колес должна быть выполнена такой, чтобы предотвращалось их столкновение друг с другом под всеми углами наклона планетарных колес. Кроме того, при изменении отношения до предельных значений либо коронное центральное колесо 2, либо солнечное центральное колесо 4 приближается к вилкообразному элементу планетарного колеса. Контакт вилкообразного элемента планетарного колеса с коронным центральным колесом или солнечным центральным колесом, вращающимися с разной скоростью, необходимо предотвращать. Несмотря на то что более жесткие требования относительно предотвращения контакта между этими компонентами можно удовлетворить более легкой конструкцией вилкообразных элементов, вилкообразные элементы должны быть достаточно большого размера, чтобы выдерживать усилия, действующие на них.

[0005] Поэтому является очевидным то, что вилкообразные элементы в системе на фиг. 1 должны отвечать множеству требований, противоречащих друг другу. Поэтому проектирование вилкообразных элементов представляет собой сложную задачу.

Сущность изобретения

[0006] Настоящее изобретение относится к планетарному вариатору, описанному в прилагаемой формуле изобретения. Таким образом, настоящее изобретение относится к планетарному вариатору, выполненному с возможностью применения в регулируемой передаче для обеспечения регулируемого отношения скорости к крутящему моменту, при этом вариатор содержит коронное центральное колесо, по меньшей мере два планетарных колеса и солнечное центральное колесо, при этом:

• коронное центральное колесо и солнечное центральное колесо представляют собой тела, осесимметрично расположенные относительно общей центральной оси симметрии;

• планетарные колеса содержат часть в виде оси и часть в виде колеса, которая выполнена с возможностью вращения относительно части в виде оси, при этом часть в виде оси имеет продольную центральную ось, причем указанная ось также представляет собой ось вращения части в виде колеса;

• каждое планетарное колесо выполнено с возможностью свободного вращения относительно оси шарнира, которая направлена практически перпендикулярно относительно плоскости, определенной общей центральной осью и осью вращения части в виде колеса планетарного колеса;

• взаимодействие колес происходит за счет качения поверхности качения, выполненной на каждой из частей в виде колеса планетарных колес, по поверхностям качения, выполненным на коронном центральном колесе и солнечном центральном колесе, при этом две плоскости, которые являются касательными к поверхностям качения коронного центрального колеса и солнечного центрального колеса, в точках контакта по касательной с планетарным колесом пересекаются с осью вращения части в виде колеса указанного планетарного колеса в точке общей центральной оси независимо от углового положения указанного планетарного колеса относительно оси шарнира;

и при этом ось шарнира каждого из планетарных колес расположена снаружи относительно общей центральной оси.

[0007] Условие пересечения касательных плоскостей с осью вращения части в виде колеса в точке центральной оси независимо от углового положения планетарного колеса определяет форму поверхностей качения коронного центрального колеса и планетарного колеса. Эта форма является некруглой. Поэтому изменение углового положения планетарных колес соответствует изменению относительного расстояния между коронным центральным колесом и солнечным центральным колесом в направлении центральной оси. Это обеспечивается тем, что коронное центральное колесо и солнечное центральное колесо выполнены с возможностью перемещения в указанном направлении относительно друг друга. Во время работы солнечное центральное колесо и коронное центральное колесо прижаты друг к другу в осевом направлении, то есть в направлении центральной оси. Средства прижатия друг к другу солнечного и коронного центральных колес, например фиксирующее приспособление или поршень гидравлического или пневматического цилиндра, или любые другие подходящие для этого средства, которые сами по себе известны из уровня техники, могут быть частью планетарного вариатора или передачи, в которой вариатор установлен.

[0008] Согласно одному варианту осуществления ось шарнира пересекается с осью вращения планетарного колеса (то есть имеет с ней общую точку).

[0009] Согласно еще одному варианту осуществления ось шарнира расположена между частью в виде колеса планетарного колеса и точкой пересечения оси вращения планетарного колеса с центральной осью.

[0010] В последнем случае вариатор может содержать центральный вал, снабженный элементом с радиальными выступами, при этом часть в виде оси планетарных колес с возможностью поворота соединена с элементом с радиальными выступами посредством шарнирного соединения. Часть в виде оси планетарных колес может быть снабжена вилкообразным элементом, выполненным с возможностью поворота относительно шарнирного соединения, относительно элемента с радиальными выступами.

[0011] Согласно одному варианту осуществления вилкообразный элемент содержит основную часть, центральную выступающую часть и две боковые выступающие части, при этом три выступающие части отходят от основной части и присоединены к шарнирному соединению.

[0012] Согласно еще одному варианту осуществления ось шарнира расположена за частью в виде колеса планетарного колеса, если смотреть из точки пересечения оси вращения планетарного колеса с центральной осью.

[0013] В последнем случае вариатор может содержать опорное колесо, установленное соосно с коронным центральным колесом и солнечным центральным колесом, при этом часть в виде оси планетарного колеса с возможностью поворота соединена с опорным колесом посредством шарнирного соединения. Шарнирное соединение может быть выполнено в опорном колесе.

[0014] Согласно еще одному варианту осуществления поверхность качения части в виде колеса по меньшей мере одного из планетарных колес имеет форму круга, если смотреть в поперечном сечении плоскостью через ось вращения указанной части в виде колеса. В качестве альтернативы поверхность качения части в виде колеса по меньшей мере одного из планетарных колес может иметь некруглую форму, если смотреть в поперечном сечении плоскостью через ось вращения указанной части в виде колеса.

[0015] Согласно одному варианту осуществления часть в виде колеса по меньшей мере одного из планетарных колес выполнена с возможностью вращения относительно части в виде оси посредством одного или нескольких подшипников, при этом указанные подшипник или подшипники содержат внутреннее кольцо и внешнее кольцо, и при этом часть в виде колеса установлена непосредственно на внешнем кольце по меньшей мере одного из подшипников.

[0016] Согласно еще одному варианту осуществления часть в виде колеса планетарного колеса выполнена с возможностью вращения относительно части в виде оси посредством одного или нескольких подшипников, при этом указанные подшипник или подшипники содержат внутреннее кольцо и внешнее кольцо, и при этом часть в виде колеса образует с внешним кольцом по меньшей мере одного из подшипников единый элемент.

[0017] Настоящее изобретение в равной степени относится к регулируемой или реверсивной регулируемой передаче, содержащей один или несколько планетарных вариаторов согласно настоящему изобретению.

Краткое описание графических материалов

[0018] На фиг. 1 представлен планетарный вариатор, раскрытый в WO2009/146748A1.

[0019] На фиг. 2 представлен планетарный вариатор согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

[0020] На фиг. 3 представлено трехмерное изображение варианта осуществления, похожего на вариант, показанный на фиг. 2.

[0021] На фиг. 4 и 5 представлены геометрические параметры, используемые для расчета формы поверхностей качения коронного центрального колеса и солнечного центрального колеса согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.

[0022] На фиг. 6 представлен планетарный вариатор согласно второму варианту осуществления.

Подробное описание изобретения

[0023] Настоящее изобретение относится к планетарному вариатору, содержащему компоненты, подобные компонентам в вариаторе, представленном в WO2009/146748, но в нем ось шарнира не пересекает центральную ось. Авторы обнаружили, что, тем не менее, поверхности качения коронного центрального колеса и солнечного центрального колеса можно выполнить так, что происходит качение практически без пробуксовывания. За счет эксцентричного расположения шарнира преодолеваются указанные выше ограничения, как будет объяснено на основании нескольких предпочтительных вариантов осуществления.

[0024] На фиг. 2 показан первый вариант осуществления планетарного вариатора согласно настоящему изобретению. Как и в конструкции, известной из уровня техники, вариатор содержит основной вал 15, коронное центральное колесо 16 и солнечное центральное колесо 17, при этом коронное и солнечное центральные колеса представляют собой осесимметричные тела, соосно расположенные относительно общей центральной оси 18, и набор планетарных колес 19, выполненных с возможностью качения практически без пробуксовывания по поверхностям 20 и 21 качения коронного центрального колеса и солнечного центрального колеса. Коронное центральное колесо 16 и солнечное центральное колесо 17 прижаты друг к другу с помощью подходящего средства (не показано), такого как фиксирующее приспособление или поршень гидравлического или пневматического цилиндра. Каждое планетарное колесо 19 снабжено частью 14 в виде оси и частью 12 в виде колеса, вращающейся вокруг части 14 в виде оси посредством упорного подшипника 13 и радиального подшипника 13'. Продольная ось 25 части в виде оси также представляет собой ось вращения части 12 в виде колеса планетарного колеса 19. Часть 14 в виде оси планетарного колеса на конце выполнена с вилкообразным элементом 22, который выполнен с возможностью поворота относительно шарнирного соединения 23, так что планетарное колесо в целом выполнено с возможностью свободного вращения относительно оси 24 шарнира. В отличие от системы, известной из уровня техники, ось 24 шарнира расположена снаружи относительно общей центральной оси 18. Другими словами, ось 24 шарнира не пересекает общую центральную ось 18, то есть она расположена эксцентрично относительно центральной оси 18. В варианте осуществления на фиг. 2 это обеспечено установкой вилкообразного элемента 22 на крае элемента 30 с радиальными выступами, который закреплен на основном валу 15 и предпочтительно образует с ним единое целое. Ось 24 шарнира направлена перпендикулярно относительно плоскости, образованной пересечением оси 25 вращения планетарного колеса с центральной осью 18. Тем не менее конструктор может применять небольшие отклонения от этого перпендикулярного направления, чтобы компенсировать небольшие деформации компонентов, когда планетарный вариатор подвергается нагрузкам во время работы. Другими словами, перпендикулярное направление обеспечивается по меньшей мере тогда, когда вариатор работает.

[0025] На фиг. 3 представлено трехмерное изображение этого варианта осуществления, на котором показано три планетарных колеса 19 и коронное центральное колесо 16, при этом солнечное центральное колесо опущено, чтобы были видны планетарные колеса 19. В этом варианте осуществления элемент с радиальными выступами представляет собой круглый элемент 30, окружающий основной вал 15. Как видно на фиг. 3, вилкообразные элементы 22 разных планетарных колес 19 здесь расположены в разных точках по периферии основного вала 15. Это упрощает конструкцию и дизайн вилкообразных элементов 22, поскольку их больше не нужно размещать рядом друг с другом, как в конструкции, известной из уровня техники. Упрощенная конструкция вилкообразных элементов позволяет оптимизировать эти элементы относительно требуемого размера и механических характеристик, чтобы они выдерживали нагрузку и в то же время обеспечивали увеличенный диапазон покрываемых углов наклона, что переходит в увеличенный диапазон отношения достижимого крутящего момента к скорости. Например, как в варианте осуществления, показанном на фиг. 3, вилкообразные элементы могут быть выполнены с основной частью 33 и тремя выступающими частями, отходящими от основной части и соединенными с шарнирным соединением 23: центральной выступающей частью 31 и двумя боковыми выступающими частями 32. Эта конструкция отличается от вилкообразного элемента в конструкции, известной из уровня техники и показанной на фиг. 1, который снабжен только двумя выступающими частями, в основном из-за ограниченного пространства, в которое необходимо поместить несколько вилкообразных элементов. Конструкция с тремя выступающими частями, показанная на фиг. 3, повышает способность противостоять значительному тянущему усилию вдоль оси планетарного колеса 19, а также противостоять опрокидывающим моментам, порождаемым тяговыми усилиями контакта при качении.

[0026] В варианте осуществления на фиг. 2 линии 26 и 27 представляют собой касательные к поверхностям 20 и 21 качения на коронном центральном колесе 16 и солнечном центральном колесе 17 соответственно в точках контакта с планетарным колесом 19. Как видно на чертеже, эти касательные и ось 25 вращения планетарного колеса пересекаются в точке 28 общей центральной оси 18, что является условием для обеспечения качения практически без пробуксовывания. В более общем случае касательные плоскости 26/27 к поверхностям 20/21 качения в двух точках контакта по касательной планетарного колеса с этими поверхностями 20/21 качения пересекаются с осью 25 вращения планетарного колеса в точке 28 центральной оси 18 независимо от углового положения планетарного колеса 19 относительно оси 24 шарнира. Под «точками контакта по касательной» понимаются точки, в которых поверхность качения части 12 в виде колеса планетарного колеса является касательной к поверхностям качения коронного центрального колеса 16 и солнечного центрального колеса 17. Опять-таки для компенсации деформации компонентов под нагрузкой могут применяться небольшие отклонения от этого условия пересечения в точке 28 центральной оси 18, то есть условие пересечения в точке 28 обеспечивается по меньшей мере во время работы вариатора.

[0027] В отличие от системы, известной из уровня техники, в планетарном вариаторе согласно настоящему изобретению расстояние L между точкой 28 пересечения и точками контакта на двух поверхностях 20/21 качения больше не является константой. Несмотря на это, форму поверхностей 20 и 21 качения можно рассчитать для качения без пробуксовывания, как будет показано ниже.

[0028] На фиг. 4 представлено геометрическое изображение компонентов согласно варианту осуществления, представленному на фиг. 2, на котором показано несколько размеров, необходимых при расчете. Отправной точкой является предположение о том, что поперечное сечение поверхности качения планетарного колеса, как видно в плоскости чертежа на фиг. 2, имеет форму круга с радиусом R_po. Планетарное колесо, таким образом, на фиг. 4 представлено в виде диска с радиусом R_pi, снабжено тороидальной поверхностью с радиусом R_po, окружающей диск, и дополнительно снабжено центральным соединительным элементом длиной L_p (представляет часть 14 в виде оси планетарного колеса) для соединения с осью 24 шарнира. Кроме того, в описании указано, что вместо круглой поверхности возможны альтернативные формы поверхности качения планетарного колеса, но для целей представленного ниже расчета сначала берется круглое поперечное сечение поверхности качения планетарного колеса.

[0029] Другие параметры, необходимые для расчета, являются следующими:

• E представляет собой эксцентриситет шарнира, то есть расстояние между осью 24 шарнира и общей центральной осью 18;

• L представляет собой переменную длину, как объяснено выше;

• γ представляет собой наклон оси 25 вращения планетарного колеса, который взят в качестве параметра для регулирования отношения.

[0030] На фиг. 4 также показаны углы и расстояния, необходимые для расчета формы кривой 21 поверхности качения солнечного центрального колеса, как видно в сечении плоскостью чертежа. Различные параметры определены в ортогональной плоскости X-Y, при этом X=0 определяется положением оси 24 шарнира.

[0031] Система уравнений, которая определяет форму поверхности 21 качения солнечного центрального колеса с выражением условия, что касательная длиной L пересекает центральную ось в той же точке 28, что и ось 25 вращения планетарного колеса, является следующей:

y_Z = L sin (α_Z) (1),

dy_Z/dx = + tg(α_Z) (2).

[0032] Эти уравнения могут быть записаны в виде функции переменной γ посредством применения следующих зависимостей, которые могут быть получены на основании геометрических свойств, показанных на фиг. 4:

L_i = √(R_pi²+L_p²),

βi = arctg(R_pi/L_p),

x_S = -E tg γ,

x_CZ = L_i sin(γ+β_i),

y_CZ = E+L_i cos(γ+β_i),

α_CZ = arctg(y_CZ/(x_cz-x_s)),

L = √(y_CZ²+(x_S-x_CZ)²-R_po²),

α_Z = α_CZ-arctg(R_po/L),

где Lp, E, Rpi и Rpo - постоянные величины.

[0033] Введение этих зависимостей в уравнения (1) и (2) позволяет решить эту систему уравнений. Предпочтительно это выполняется с применением численного метода путем расчета координат точек кривой для последовательных шагов в γ, что дает шаги Δy_z для y_Z y-координаты:

x_Z(i+1) = x_Zi +Δy_Z/tg(α_Z),

y_Z(i+1) = y_Zi +Δy_Z.

[0034] Как известно специалисту в данной области техники, для решения этих уравнений указанным выше способом существует подходящее программное обеспечение. Авторы обнаружили, что кривая форма 21, показанная на фиг. 2, которая получена на основании такого расчета, эффективно обеспечивает возможность качения планетарного колеса по солнечному центральному колесу практически без пробуксовывания.

[0035] На фиг. 5 показаны углы и размеры, необходимые для расчета поверхности 20 качения коронного центрального колеса.

Уравнения, которые необходимо решить здесь, являются следующими:

y_R = L sin (α_R) (3),

dy_R/dx = - tg(α_R) (4),

при этом

x_CR = L_i sin(γ-β_i),

y_CR = E+L_i cos(γ-β_i),

L = √(y_CR²+(x_S-x_CR)²-R_po²),

α_CR = arctg(y_CR/(x_S-x_CR)),

α_R = α_CR-arctg(R_po/L).

[0036] Численное решение уравнений (3) и (4) выполняется следующим образом, аналогично уравнениям (1) и (2):

x_R(i+1) = x_Ri -Δy_R/tg(α_R),

y_R(i+1) = y_Ri +Δy_R,

и получается кривая 20, показанная на фиг. 2.

[0037] Поскольку угол β меняется вместе с γ, положение точки контакта на планетарном колесе смещается, когда отношение изменяется. Это свойство позволяет конструктору сделать радиус R_po зависимым от β. Другими словами, поперечное сечение поверхности качения планетарного колеса не обязательно должно быть кругом; также можно выбрать другую кривую, например эллипс. Действительными остаются те же формулы, только R_po изменяется с γ. Угол β равен 90°-γ-α_Z. Следовательно, поверхность планетарного колеса определяется пересчетом R_po как функции β, поскольку на фиг. 4 и 5 показано, что β и R_po определяют поверхность качения как полярные координаты.

[0038] Движение планетарных колес 19 под наклоном относительно оси 24 шарнира, то есть изменение угла γ наклона планетарных колес 19, вызывает изменение передаточного отношения. Это обусловлено тем, что наклон изменяет расстояние между общей центральной осью 18 и точками контакта планетарного колеса 19 на коронном центральном колесе 16 и солнечном центральном колесе 17. Поскольку поперечное сечение поверхностей 20/21 качения коронного и солнечного центральных колес не является круглым, расстояние между коронным центральным колесом 16 и солнечным центральным колесом 17 изменяется по мере изменения отношения. Это означает, что во время работы возможно относительное осевое перемещение, то есть в направлении центральной оси 18, коронного центрального колеса 16 и солнечного центрального колеса 17. Это можно обеспечить установкой обоих колес 16/17 с возможностью перемещения или удерживанием одного колеса зафиксированным и обеспечением возможности перемещения другого. Наклон может выполняться несколькими способами, например перемещением центрального вала 15 в осевом направлении относительно коронного центрального колеса или солнечного центрального колеса. В качестве альтернативы передаточное отношение может быть изменено удерживанием основного вала 15 зафиксированным в осевом направлении и перемещением коронного центрального колеса 16 и/или солнечного центрального колеса 17 в осевом направлении.

[0039] В варианте осуществления на фиг. 2 параметр L_p, то есть длина части 14 в виде оси планетарного колеса, представляет собой положительную величину. Однако, если L_p является отрицательным или равным нулю, то это значит, что угол β_i = arctg (R_pi/L_p) становится отрицательным или равным 90° соответственно. В этом случае по-прежнему имеет смысл решить указанные уравнения и определить поверхности качения коронного центрального колеса и солнечного центрального колеса. Случай L_p < 0 соответствует варианту осуществления, показанному на фиг. 6.

[0040] На фиг. 6 снова представлены следующие компоненты, которые обозначены теми же номерами ссылочных позиций, что и на фиг. 2: коронное центральное колесо 16, солнечное центральное колесо 17, планетарные колеса 19, общая центральная ось 18, поверхности 20 и 21 качения коронного центрального колеса и солнечного центрального колеса соответственно, часть 14 в виде оси планетарного колеса, часть 12 в виде колеса планетарного колеса, подшипники 13 качения планетарного колеса, касательные 26/27, пересекающие центральную ось 18 и ось 25 вращения планетарного колеса 19 в точке 28.

[0041] В варианте осуществления на фиг. 6, однако, ось 24 шарнира расположена за частью 12 в виде колеса планетарного колеса, если смотреть из точки 28 пересечения оси 25 вращения планетарного колеса с центральной осью 18, тогда как в варианте осуществления на фиг. 2 ось 24 шарнира расположена между точкой 28 пересечения и частью 12 в виде колеса. В конкретной системе, показанной на фиг. 6, планетарные колеса 19 с возможностью поворота установлены в опорном колесе 40, которое, в свою очередь, установлено соосно с коронным центральным колесом 16 и солнечным центральным колесом 17. Это практически повторяет ситуацию, представленную на фиг. 2, но при этом часть 14 в виде оси планетарного колеса проходит на противоположной стороне части 12 в виде колеса. Часть 14 в виде оси планетарного колеса здесь установлена с возможностью поворота относительно опорного колеса 40, чтобы иметь возможность поворачиваться относительно оси 24 шарнира, которая направлена, как на фиг. 2, перпендикулярно относительно плоскости, определенной осью 25 вращения планетарного колеса и центральной осью 18, но при этом расположена снаружи относительно центральной оси. Как показано в варианте осуществления на фиг. 6, часть 14 в виде оси планетарного колеса предпочтительно установлена непосредственно в шарнирное соединение 41, выполненное в опорном колесе 40. В этом варианте осуществления в центральной части вариатора нет центрального вала и нет вилкообразных элементов. Поэтому в этой центральной части нет физических ограничений, которые могли бы ограничивать диапазон углов планетарных колес.

[0042] Как в варианте осуществления на фиг. 2, наклон планетарных колес 19 обеспечивает изменение передаточного отношения, включая относительное осевое перемещение коронного центрального колеса и солнечного центрального колеса. Опорное колесо 40 может быть выполнено с возможностью перемещения в осевом направлении относительно коронного центрального колеса или солнечного центрального колеса, или оно может удерживаться зафиксированным, при этом коронное и солнечное центральные колеса выполнены с возможностью перемещения в осевом направлении. Опорное колесо 40 может быть выполнено с возможностью вращения относительно центральной оси 18. В этом случае опорное колесо 40 установлено на подшипниках, расположенных снаружи планетарного вариатора и не показанных на чертежах. Для обеспечения опоры планетарным колесам так, как показано на фиг. 6, вместо опорного колеса 40 может применяться любая альтернативная опора.

[0043] Случай Lp = 0 в равной степени включен в объем настоящего изобретения и соответствует варианту осуществления, в котором часть 14 в виде оси планетарного колеса поворачивается относительно оси, которая расположена в одной плоскости с точками контакта между планетарным колесом и поверхностями 20/21 качения.

[0044] В вариантах осуществления по фиг. 2 и 6 ось 24 шарнира пересекается с осью 25 вращения части 12 в виде колеса планетарного колеса 19. Однако настоящее изобретение не ограничивается этими вариантами осуществления. Оставаясь практически перпендикулярной плоскости, образованной осью 25 вращения и центральной осью 18, ось 24 шарнира может проходить поперек оси 25 вращения, не пересекаясь с ней, то есть не имея общей с ней точки. Таким образом, конструкции, показанные на фиг. 2 или 6, могут быть модифицированы так, что ось 24 шарнира может, например, смещаться влево, или вправо, или вверх, или вниз относительно оси 25 вращения планетарного колеса. Когда ось 24 шарнира не пересекает ось 25 вращения, то по-прежнему можно рассчитать форму поверхностей 20/21 качения коронного центрального колеса и солнечного центрального колеса на основании условия качения практически без пробуксовывания, то есть две плоскости 26/27, которые являются касательными к поверхностям 20/21 качения, в точках контакта по касательной с планетарным колесом 19 пересекаются с осью 25 вращения части 12 в виде колеса указанного планетарного колеса 19 в точке 28 общей центральной оси 18 независимо от углового положения указанного планетарного колеса 19 относительно оси 24 шарнира.

[0045] Когда ось 24 шарнира не пересекает ось 25 вращения планетарного колеса, то указанная ось шарнира определяется как лежащая «между частью 12 в виде колеса планетарного колеса 19 и точкой 28 пересечения оси 25 вращения планетарного колеса с центральной осью 18», когда общая перпендикулярная линия между осью 24 шарнира и осью 25 вращения планетарного колеса пересекает ось 25 вращения планетарного колеса в точке между частью 12 в виде колеса планетарного колеса 19 и точкой 28 пересечения оси 25 вращения планетарного колеса с центральной осью 18. Кроме того, когда ось 24 шарнира не пересекает ось 25 вращения планетарного колеса, ось шарнира определяется как лежащая «за частью 12 в виде колеса планетарного колеса, если смотреть из точки 28 пересечения между осью 25 вращения планетарного колеса и центральной осью 18», когда общая перпендикулярная линия между осью 24 шарнира и осью 25 вращения планетарного колеса пересекает ось 25 вращения планетарного колеса в точке, расположенной за частью 12 в виде колеса планетарного колеса, если смотреть из точки 28 пересечения между осью 25 вращения планетарного колеса и центральной осью 18.

[0046] Планетарные колеса 19, показанные на фиг. 2 и 6, обладают конструктивной особенностью, которая отличает их от планетарных колес, применяемых в известных сегодня системах этого типа. На фиг. 2 видно, что часть 12 в виде колеса планетарного колеса 19 установлена непосредственно на внешних кольцах упорного подшипника 13 и радиального подшипника 13'. Аналогично на фиг. 6 часть 12 планетарного колеса установлена непосредственно на внешнем кольце подшипника 13 качения. Эта особенность установки части в виде колеса непосредственно на подшипники делает возможной упрощенную конструкцию планетарного колеса. Однако это применимо только тогда, когда размер планетарного колеса можно уменьшить по сравнению с существующими конструкциями. Поскольку вариатор с эксцентрическими шарнирами согласно настоящему изобретению требует меньше пространства между коронным центральным колесом и солнечным центральным колесом, часть планетарного колеса может быть выполнена относительно небольшой в диаметре. По этой причине конструкция планетарного колеса с частью в виде колеса, установленной непосредственно на кольце подшипника, особенно подходит для вариатора согласно настоящему изобретению. Согласно конкретным вариантам осуществления часть 12 в виде колеса планетарного колеса и внешнее кольцо подшипника или подшипников 13 или 13' выполнены в виде единого элемента. Возможны другие варианты осуществления, в которых часть 12 в виде колеса установлена непосредственно на внешнем кольце одного подшипника и образует единую деталь с внешним кольцом второго подшипника.

[0047] Любая компоновка, известная для системы из WO2009/146748, также может быть реализована в отношении вариатора согласно настоящему изобретению. Поэтому настоящее изобретение в равной степени относится к регулируемой передаче или к реверсивной регулируемой передаче, содержащей один или несколько планетарных вариаторов согласно настоящему изобретению. Любая такая передача может быть реализована путем установки планетарного вариатора согласно настоящему изобретению в регулируемую передачу или реверсивную регулируемую передачу, описанные в WO2009/146748.

[0048] Хотя настоящее изобретение было проиллюстрировано и подробно описано посредством чертежей и изложенного выше описания, такие иллюстрации и описание следует рассматривать как носящие исключительно иллюстративный или пояснительный, но не ограничительный характер. Специалисты в данной области техники после ознакомления с графическими материалами, описанием и прилагаемой формулой изобретения при осуществлении заявленного изобретения на практике могут предложить и внести другие модификации в раскрытые варианты осуществления. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а термины, употребляемые в единственном числе, не исключают множественного числа. Сам факт того, что в отличающихся друг от друга зависимых пунктах формулы изобретения указаны определенные измерения, не означает то, что эти измерения нельзя применять в комбинации для обеспечения преимуществ. Любые номера ссылочных позиций в формуле изобретения не следует понимать как ограничивающие его объем.

[0049] Перечень номеров ссылочных позиций

Вариатор, известный из уровня техники (фиг. 1)

1: основной вал

2: коронное центральное колесо

3: планетарное колесо

4: солнечное центральное колесо

5: центральная ось

7: вилкообразный элемент планетарного колеса

8: шарнир

9: ось шарнира

Вариатор согласно настоящему изобретению (фиг. 2-6)

12: часть в виде колеса планетарного колеса

13: подшипник

13': радиальный подшипник

14: часть в виде оси планетарного колеса

15: основной вал

16: коронное центральное колесо

17: солнечное центральное колесо

18: центральная ось

19: планетарное колесо

20: поверхность качения на коронном центральном колесе

21: поверхность качения на солнечном центральном колесе

22: вилкообразный элемент

23: шарнирное соединение

24: ось шарнира

25: ось вращения части в виде колеса планетарного колеса, также называемая в некоторых частях этого описания «осью вращения планетарного колеса»

26: касательная к поверхности качения коронного центрального колеса в точке контакта с планетарным колесом

27: касательная к поверхности качения солнечного центрального колеса в точке контакта с солнечным центральным колесом

28: точка пересечения касательных с центральной осью

30: элемент с радиальными выступами

31: центральная выступающая часть вилкообразного элемента

32: боковые выступающие части вилкообразного элемента

40: опорное колесо

41: шарнирное соединение в опорном колесе

Группа изобретений относится к машиностроению. Планетарный вариатор содержит коронное центральное колесо (16), два планетарных колеса (19) и солнечное центральное колесо (17). Каждое планетарное колесо (19) выполнено с возможностью свободного вращения относительно оси (24) шарнира, которая направлена практически перпендикулярно относительно плоскости, определенной общей центральной осью (18) и осью (25) вращения колеса (19). Две плоскости (26,27), которые являются касательными к поверхностям (20,21) качения коронного и солнечного колес, в точках контакта по касательной с колесом (19) пересекаются с осью (25) вращения колеса (19) в точке (28) общей центральной оси (18) независимо от углового положения колеса (19) относительно оси (24) шарнира. Ось (24) шарнира каждого из колес (19) расположена эксцентрично относительно общей центральной оси (18) с постоянным эксцентриситетом. Расстояние между частью (12) в виде колеса и осью (24) шарнира является постоянным. Вариатор выполнен с возможностью изменения углового положения (у) колес (19) и, тем самым, изменения передаточного числа посредством относительного осевого перемещения между осью (24) шарнира и коронным колесом (16) и/или относительного осевого перемещения между осью шарнира (24) и солнечным колесом (17). Также заявлены регулируемая и регулируемая реверсивная передачи, включающие указанный вариатор. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Планетарный вариатор, выполненный с возможностью применения в регулируемой передаче для обеспечения регулируемого отношения скорости к крутящему моменту, при этом вариатор содержит коронное центральное колесо (16), по меньшей мере два планетарных колеса (19) и солнечное центральное колесо (17), при этом:

• коронное центральное колесо и солнечное центральное колесо представляют собой осесимметричные тела, расположенные относительно общей центральной оси (18) симметрии;

• планетарные колеса (19) содержат часть (14) в виде оси и часть (12) в виде колеса, которая выполнена с возможностью вращения относительно части в виде оси, при этом часть в виде оси имеет продольную центральную ось (25), причем указанная ось также представляет собой ось вращения части (12) в виде колеса;

• каждое планетарное колесо (19) выполнено с возможностью свободного вращения относительно оси (24) шарнира, которая направлена практически перпендикулярно относительно плоскости, определенной общей центральной осью (18) и осью (25) вращения части (12) в виде колеса планетарного колеса (19);

• взаимодействие колес происходит за счет качения поверхности качения, выполненной на каждой из частей (12) в виде колес планетарных колес, по поверхностям (20,21) качения, выполненным на коронном центральном колесе (16) и солнечном центральном колесе (17), при этом две плоскости (26,27), которые являются касательными к поверхностям (20,21) качения коронного центрального колеса и солнечного центрального колеса, в точках контакта по касательной с планетарным колесом (19) пересекаются с осью (25) вращения части (12) в виде колеса указанного планетарного колеса (19) в точке (28) общей центральной оси (18) независимо от углового положения указанного планетарного колеса (19) относительно оси (24) шарнира;

и при этом ось (24) шарнира каждого из планетарных колес (19) расположена эксцентрично относительно общей центральной оси (18) с постоянным эксцентриситетом;

при этом расстояние между частью (12) в виде колеса и осью (24) шарнира является постоянным;

отличающийся тем, что планетарный вариатор выполнен с возможностью изменения углового положения (у) планетарных колес (19) и, тем самым, изменения передаточного числа посредством относительного осевого перемещения между осью (24) шарнира и коронным центральным колесом (16) и/или относительного осевого перемещения между осью шарнира (24) и солнечным центральным колесом (17).

2. Планетарный вариатор по п. 1, отличающийся тем, что ось (24) шарнира пересекается с осью (25) вращения планетарного колеса (19).

3. Планетарный вариатор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что ось (24) шарнира расположена между частью (12) в виде колеса планетарного колеса (19) и точкой (28) пересечения оси (25) вращения планетарного колеса с центральной осью (18).

4. Планетарный вариатор по п. 3, отличающийся тем, что вариатор содержит центральный вал (15), снабженный элементом (30) с радиальными выступами, и при этом часть (14) в виде оси планетарных колес (19) с возможностью поворота соединена с элементом с радиальными выступами посредством шарнирного соединения (23).

5. Планетарный вариатор по п. 4, отличающийся тем, что часть (14) в виде оси планетарных колес (19) снабжена вилкообразным элементом (22), выполненным с возможностью поворота относительно шарнирного соединения (23), относительно элемента (30) с радиальными выступами.

6. Планетарный вариатор по п. 5, отличающийся тем, что вилкообразный элемент (22) имеет основную часть (33), центральную выступающую часть (31) и две боковые выступающие части (32), при этом три выступающие части отходят от основной части (33) и соединены с шарнирным соединением (23).

7. Планетарный вариатор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что ось (24) шарнира расположена за частью (12) в виде колеса планетарного колеса, если смотреть из точки (28) пересечения между осью (25) вращения планетарного колеса и центральной осью (18).

8. Планетарный вариатор по п. 7, отличающийся тем, что вариатор содержит опорное колесо (40), установленное соосно с коронным центральным колесом (16) и солнечным центральным колесом (17), и при этом часть (14) в виде оси планетарного колеса с возможностью поворота соединена с опорным колесом посредством шарнирного соединения (41).

9. Планетарный вариатор по п. 8, отличающийся тем, что шарнирное соединение выполнено в опорном колесе (40).

10. Планетарный вариатор по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что поверхность качения части (12) в виде колеса по меньшей мере одного из планетарных колес (19) имеет форму круга, если смотреть в сечении плоскостью через ось (25) вращения указанной части в виде колеса.

11. Планетарный вариатор по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что поверхность качения части (12) в виде колеса по меньшей мере одного из планетарных колес (19) имеет некруглую форму, если смотреть в сечении плоскостью через ось (25) вращения указанной части в виде колеса.

12. Планетарный вариатор по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что часть (12) в виде колеса по меньшей мере одного из планетарных колес (19) выполнена с возможностью вращения относительно части (14) в виде оси посредством одного или нескольких подшипников (13,13'), при этом указанные подшипник или подшипники содержат внутреннее кольцо и внешнее кольцо, и при этом часть (12) в виде колеса установлена непосредственно на внешнем кольце по меньшей мере одного из подшипников.

13. Планетарный вариатор по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что часть (12) в виде колеса планетарного колеса (19) выполнена с возможностью вращения относительно части (14) в виде оси посредством одного или нескольких подшипников (13,13'), при этом указанные подшипник или подшипники имеют внутреннее кольцо и внешнее кольцо, и при этом часть (12) в виде колеса образует с внешним кольцом по меньшей мере одного из подшипников единый элемент.

14. Регулируемая передача, содержащая один или несколько планетарных вариаторов по любому из предыдущих пунктов.

15. Регулируемая реверсивная передача, содержащая один или несколько планетарных вариаторов по любому из пп. 1-13.