ВАРИАТОР ГЛАДКИХ Советский патент 1996 года по МПК F16H9/24 

Изобретение относится к механике и может найти применение в различных машинах и механизмах для изменения скорости вращения ведомого вала.

Целью изобретения является повышение долговечности, передаваемой нагрузки и КПД.

На фиг. 1 изображен вариатор, общий вид сбоку; на фиг. 2 то же, вид сверху; на фиг. 3 вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 4 сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 5 сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 6 сечение Г-Г на фиг. 5.

Вариатор содержит корпус 1, ведущий вал 2, ведомый вал 3, между которыми выполнен узел связи в виде гибкого бесконечно замкнутого звена, например, в виде цепи 4 с равномерно установленными по ее длине торцовыми фиксирующими элементами 5, смонтированными в каждом шарнире цепи 4. На ведущем валу 2 укреплен тяговый элемент, например в виде звездочки 6, а на ведомом валу 3 жестко закреплен диск 7 с торцовой рабочей поверхностью 8.

В корпусе 1 установлен параллельно поверхности 8 опорный фрикционный элемент, например, в виде пластины 9, закрепленной жестко относительно корпуса 1. Торцовая рабочая поверхность опорного фрикционного элемента пластины 9 ограничена линией, проходящей через центр диска 7 и параллельной ей линией, расположенной на расстоянии равном или большем радиуса диска 7. Возможно выполнение опорной поверхности непосредственно на самом корпусе 1.

Между поверхностью 8 диска 7 и опорной поверхностью пластины 9 образован рабочий зазор 10 постоянного и неизменного размера "а" и в зазоре 10 расположено гибкое звено 4 с обеспечением взаимодействия со звездочкой 6, а также, определенным образом, с рабочими поверхностями диска 7 и пластины 8.

Торцовые фиксирующие элементы 5 содержат расположенную в шарнире цепи 4 симметричную втулку 11 (фиг. 6), в которой с возможностью осевого смещения за счет штифта 12 установлен стержень 13, имеющий с одной стороны рабочую поверхность (фиг. 3) в виде плоской шляпки 14 с рифлениями 15 (фиг. 5), которая при заходе звеньев цепи 4 в зазор 10 приходит в контакт с трением о поверхность 8 диска 7, на которой выполнено фрикционное покрытие, например, аналогичное рифлениям 15. С другой стороны стержня 13 расположен ролик 16, установленный в пазу 17 и контактирующий в зазоре 10 с поверхностью пластины 9. Между втулкой 11 и стержнем 13 установлена круглая пружина 18, обеспечивающая вне рабочего зазора 10 отжим шляпок 14 от поверхности 8 диска 7.

Для плавного вхождения роликов 16 в зазор 10 предусмотрен и определенным образом выполнен по всей длине (по радиусу) пластины 9 участок входа в виде полого скоса 19. Расстояние между торцем шляпки 14 и вершиной ролика 16 равно ширине рабочего зазора 10, т.е. размеру "а". Таким образом, ролики 16, установленные во всех шарнирах гибкого звена цепи 4, причем определенным образом ориентированные своими осями по отношению к продольной оси цепи 4, а именно перпендикулярно, в момент захода в зазор 10 ориентированы так, чтобы стало возможным их вращение и выполнялось бы, следовательно, условие минимума трения за счет качения по поверхности пластины 9 роликов 16 за все время движения в рабочем зазоре 10 по радиусу R₂.

Вне рабочего зазора 10 установлен компенсирующий механизм, выполненный в виде штанги 20, прикрепленной жестко к корпусу 1, на которой установлен ползун 21, подпружиненный мягкой, т.е. имеющей большой рабочий ход, пружиной 22. На ползуне 21 укреплен на оси ролик 23, который обеспечивает для текущего передаточного отношения удержание в натянутом состоянии участка цепи 4, не участвующего в передаче момента и свободно перемещающегося вдоль диска 7, не касаясь его рабочей поверхности 8.

Наличие компенсирующего механизма при определенной ориентации вариатора не является строго обязательным, например, при развороте вариатора на 180^о относительно изображенного на чертеже и работе в этом положении (участок цепи 4, не участвующий в передаче момента, расположен внизу и висит под действием силы тяжести) в стационарных условиях.

Для захода цепи 4 после прохождения ролика 23 в рабочий зазор 10 на определенном радиусе, в вариаторе установлен вне рабочего зазора 10 направляющий элемент 24, предназначенный для заведения гибкого звена цепи 4 в рабочий зазор 10 и имеющий возможность управляемого смещения в радиальном направлении.

Узел регулирования содержит установленную в направляющих регулировочную штангу 25, связанную непосредственно с органом, обеспечивающим установку требуемого момента (маховик, поршень и т.п.) и соединенную через шарнир 26 с рычагами 27 и 28, соединенными через шарниры 29 с узлом смещения на диаметральной линии ведущего вала 2 и с узлом смещения на этой же линии впускного регулирующего элемента 24.

Узел смещения ведущего вала 2 содержит обойму корпус 30, установленный в направляющем прямоугольном уступе 31 со смещением и связанный с рычагом 27. Вал 2 установлен в обойме корпусе 30 с возможностью вращения и перемещается с ним по диаметральной линии в направляющем прямоугольном окне 31. По этой же линии, что с некоторым параллельным смещением (фиг. 1) выше линии диаметра, установлен с возможностью смещения за счет связи с рычагом 28 ползун 27, на котором закреплен направляющий элемент 24, выполненный в виде короба с плавным скруглением вертикальных стенок. Ползун 32 установлен в направляющей 33 корпуса 1 или в направляющей 34 опорной пластины 9, либо в той или другой одновременно.

Вариатор работает следующим образом.

В исходном состоянии, т.е. до начала вращения ведущего вала 2 и при фиксированном положении штанги 25, соответствующем определенному передаточному отношению, нижний, рабочий участок цепи 4 расположен в рабочем зазоре 10 по некоторому радиусу R₂. Верхний же участок цепи 4, расположенный за пределами зазора 10, находится в подвешенном и натянутом состоянии с помощью ролика 23 и пружины 22 и свободен от контакта с другими элементами вариатора.

Крутящий момент прикладывается к ведущему валу 2. Звездочка 6 за счет взаимодействия с цепью 4 начинает вытягивать ее звенья из рабочего зазора 10. Одновременно звенья свободного верхнего участка цепи 4, опираясь на ролик 23, проходят в направлениях к рабочему зазору 10, входят в направляющий элемент 24, после прохода которого ролики 16, расположенные на торцовых фиксирующих элементах 5, начинают катиться по скосу 19 поверхности пластины 9, смещая стержень 13 в осевом направлении. Попадая в рабочую зону "а" элементы 5 оказываются плотно зажатыми между торцовыми рабочими поверхностями пластины 9 и диска 7. Благодаря рифлениям 15, исключается проскальзывание шляпок 14 элементов 5 относительно диска 7, закрепленного на ведомом валу 3 без смещения в осевом направлении, благодаря чему рабочий зазор 10 постоянен на всем протяжении контакта торцевых фиксирующих элементов 5 с диском 7. Ролики 16 свободно катятся по рабочей поверхности пластины 9, причем по окружности заданного радиуса R₂, определяемого положения ползуна 32.

При выходе звеньев цепи 4 из рабочей зоны "а" торцевые элементы 5 под воздействием пружин 18 возвращаются в исходное положение, т.е. исключается контакт торцевых фиксирующих элементов 5 с рабочей поверхностью диска 7.

Регулирование радиуса R₂ захода цепи 4 в рабочую зону "а" осуществляется посредством смещения регулировочной штанги 25 в ее осевом направлении. При этом рычаг 28 через шарнир 29 действует на ползун 32, скользящий по направляющим 33 и 34, а поскольку к ползуну 32 жестко прикреплен направляющий элемент 24, последний смещается, благодаря чему происходит ввод звеньев цепи 4 в рабочую зону "а" на текущий задаваемый радиус. Звездочка 6 перемещается вместе с ведущим валом 2 за счет связи со штангой 25 обоймы корпуса 30, перемещающегося в окне 31, благодаря чему обеспечивается расположение "рабочих" зубьев звездочки 6 в месте выхода звеньев цепи 4 из рабочего зазора 10 на радиусе R₂.

Таким образом, ведущая звездочка 6 протаскивает звенья гибкого звена цепи 4 через рабочую зону "а", приводят при этом во вращение ведомый диск 7 за счет контакта и при этом сцепления шляпок 14 торцевых фиксирующих элементов 5 с рабочей поверхностью 8 диска 7.

Угловая скорость вращения вала 3 определяется из соотношения
ω₂ / ω₁ R₁/R₂.

Увеличение радиуса R₂ добиваются уменьшения угловой скорости вращения ведомого вала 3.

Вариатор данной конструкции позволяет без потерь на трение между рабочими поверхностями передавать и изменять момент вращения ведущего вала 2 на ведомый вал 3. Это достигается из-за отсутствия смещения контактирующих поверхностей одна относительно другой, что ведет также к увеличению долговечности работы. Увеличению передаваемой мощности способствует отсутствие в звеньях передачи крутящего момента эластичных материалов.

В отличие от известных вариаторов в данном вариаторе передача крутящего момента осуществляется по контактирующим поверхностям не точечного или линейного характера, а распределенного по полуокружности контакта многочисленных элементов, причем плоскостных, находящихся в зоне контакта на одном и том же удалении от центра ведомого диска 3, т.е. величине, равной радиусу R₂. Эти контактирующие элементы имеют суммарную площадь взаимодействия на передаче выше, чем вариаторы с конструкциями контактирующих поверхностей точечного или линейного типа, в соответствии с этим многократно увеличивается передаваемая мощность.

Использование: машиностроение, в частности в механизмах для измерения скорости вращения. Сущность изобретения: на ведомом валу 3 установлен диск 7, параллельно которому на половине диаметра этого диска установлена пластина 9 с образованием рабочего зазора 10, в котором помещено гибкое бесконечное звено 4, надетое на звездочку 6, установленную на ведущем валу 2, который установлен с возможностью смешения в корпусе параллельно своей оси вдоль линии диаметра, а с противоположной стороны установлен впускной регулирующий элемент 24, который тягой 28 связан с управляющей штангой 25, также связанную тягой 27 с ведущим валом. В шарнирах 11 гибкого звена установлены торцовые фиксирующие элементы 14, имеющие рабочие поверхности, приходящие в контакт с рабочей поверхностью диска, а на другой стороне - ролики 16, скользящие в рабочем зазоре по поверхности пластины. 7 3. п. ф-лы, 6 ил.

1. Вариатор, содержащий корпус, ведущий и ведомый валы, узел связи между ведущим и ведомым валом и узел регулирования, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности, нагрузочной способности и КПД, узел связи включает в себя тяговый элемент, жестко закрепленный на ведущем валу, диск с торцевой рабочей поверхностью, закрепленный на ведомом валу, опорный фрикционный элемент с торцевой рабочей поверхностью, расположенной параллельно торцевой рабочей поверхности диска с образованием рабочего зазора и ограниченной линией, проходящей через центральную часть диска и параллельной ей линией, расположенной на расстоянии, равном или большем радиуса диска, гибкое бесконечное замкнутое звено, охватывающее тяговый элемент и несущее установленные на нем с равным шагом торцевые фиксирующие элементы, для периодического взаимодействия с торцевыми рабочими поверхностями соответственно диска и опорного фрикционного элемента, а вариатор снабжен компенсирующим механизмом для натяжения гибкого звена, размещенным вне рабочего зазора, и направляющим элементом для заведения гибкого звена в рабочий зазор на задаваемом радиусе диска, установленным с возможностью смещения в радиальном направлении и соединенном кинематически через узел регулирования с ведущим валом, также установленным с возможностью смещения в радиальном направлении. 2. Вариатор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что гибкое звено выполнено в виде цепи, а торцевые фиксирующие элементы выполнены в виде размещенных с одного торца цепи тел качения для взаимодействия с опорным фрикционным элементом, а с другого торца - в виде рабочих поверхностей для взаимодействия с диском. 3. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что тяговый элемент выполнен в виде звездочки. 4. Вариатор по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что рабочие поверхности торцевых фиксирующих элементов подпружинены относительно звеньев цепи для отжатия рабочих поверхностей от диска вне рабочего зазора. 5. Вариатор по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что опорный фрикционный элемент выполнен в виде пластины, жестко закрепленной в корпусе. 6. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что компенсирующий механизм выполнен в виде жестко закрепленной в корпусе штанги с шарнирно установленном на последнем ползуном с роликом подпружиненным к корпусу. 7. Вариатор по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что рабочие поверхности торцевых фиксирующих элементов и торцевая рабочая поверхность диска выполнены рифлеными. 8. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что узел регулирования выполнен в виде двух направляющих, установленных в первых направляющих регулировочной штанги, размещенной во вторых направляющих с возможностью перемещения обоймы с установленными в ней в подшипниках ведущего вала, ползуна, закрепленного на направляющем элементе с возможностью перемещения во вторых направляющих, двух рычагов, шарнирно установленных одним концом на регулировочной штанге, а другими концами на обойме и ползуне соответственно.