“вариатор “унвартор б. н. черняева”

)5 Г 1 б ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ВУ к области к планета ми сателл изобретения яв" дежности и расших возможностей, той цели оси коустановлены шарнически ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(56) 1, Авторское свидетельство СССРйф 1516687, кл, Р 16 Н 15/50) 1989,2. Пронин Б,А, .и др, Бесступенцатые клиноременные и фрикционныепередачи. - И.: Машиностроение) 1980,с, 290) рис. 178.3. Кожевников С.Н. и др. Иеханиэмы, - М.; Машиностроение) 1976,с, 360 рис, 5,66,(57) Использование: в машиностроении,Сущность изобретения: вариатор содерИзобретение.относится машиностроения, а именно ным вариаторам с коничес тами,Известны вариаторы с коническимисателлитами. Например) фрикционныйвариатор 1 сорержит порпружиненныйконический сателлит, обкатывающийцентральное колесо-конический эпи-.цикл ведомого вала, Вариатор 12 .со"держит центральное колесо, к которому центробежной силой прижимаютсяконические сателлиты, установленныеконсольно в поршипниках ворила и шестернями соединенные с зубчатым коле"сом веромого вала,Эти вариаторы имеют повышеннуюсложность балансировки и малую нарежность консольного крепления сателли"тов. жит планетарный фрикционный механизм,включающий ведущее водило с подпружиненной осьюна которых установленысателлиты с конической рабочей поверхностью, центральное колесо свнутренней рабочей поверхностью и ме.ханизмом осевого перемещения относительно корпуса вариатора, и ведомыйвал соосный верущему ворилу, с зубчатым колесом с внутренними зубьямии дополнительным венцом с наружнымизубьями, взаимодействующими с зубьямивенцов) размещенных на сателлитах, и размещенном на ведомом валус возможностью осевого перемещения.8 э.п. ф-лы, 11 ил,Наиболее близким к предлагаемому является планетарный конический вариатор 3 ) принятый за прототипЭтот вариатор ссщержит верущий вал с водилом) несущим конические сателлиты, которые обкатывают пластинчат)ъе центральное колесо и внутренним зацеплением соериняются с ведомым валом.Недостатком вариатора-прототипа является малая надежность пластинчатого зацепления сателлитов и недостаточная его Функциональность, в ча стности, отсутствие возможности прямОго соединения валов.Целью настоящеголяется повышение нарение ФункциональныВ 1 я достижения эх сателлитов.Самборская ре эводственно"иэдатепьский комбинат "Патент", г,Ужгоро Гагарина, 101 каэ 1017 ТиражПодписное ИИПИ ГосУдарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, й, Раушская наб д, 4/5нирно относительно водила, подйружинены в радиальном направлении и имеют выступ, а ведомый вал - впадину,для взаимодействия с выступом, Подпружинивание осей сателлитов осуществлено рессорами в виде пластинчатых пружин с окнами для опоры свободных концов осей. Рабочая поверхность сателлитов может быть рифленой, чередующейся. с зубчатыми поясками. Центральное колесо снабженозаходными фасками, а зубчатое колесо ведомого вала снабжено, кромевенца с внутренними зубьями, венцом 15с наружными зубьями, числом зубьевкратным числу зубьев шестерен сателлитов, а также механизмом осевого перемещения в виде кольце, сопряженного многозаходной резьбой с корпусом, поводка и шарикового фиксатора. При использовании вариатора вкачестве автомобильно-тракторногоповодок .механизма осевого перемещения центрального колеса соединен с 25педалью, имеющей две степени свободы для независимого управления часто"тами как ведущего так и ведомого валов, а при использовании вариаторав качестве велосипедного, ведущийвал с водилом размещен в ведомомвалу, а механизм осевого перемещенияцентрального колеса связан с рулевымуправлением гибким тросом, Конические сателлиты могут быть развернутыоснованиями в сторону зубчатых вен.цов. На Фиг.1 изображен вариатор в аксонометрии; на фиг,2 - вариант вариа" 4 О тора для малой рабочей частоты ведущего вала, например велосипедный вариатор; на фиг,3 - в укрупненном масштабе разрез А-А на фиг,2; на фиг,4 - в укрупненном масштабе узел . 45 1 на Фиг 2; на фиг.5 - в укрупненном масштабе разрез Б-Б на фиг.2; на Фиг.7 - в укрупненном масштабе раз-.рез В-В на Фиг.6; на фиг.б - вариант вариатора для большой рабочей частоты ведущего вала, например.автомо" бильный вариатор; на фиг,8 " вариатор, что и на фиг, 6 в нейтральном положении; на Фиг.9 - то же, в положении прямого соединения валов;на Фиг, 10, 11 - схемы вариаторов для пояснений Формул и расчетов, приведенных в тексте, причем нафиг.11 вариатор имеет расположение конических сателлитов основаниямив сторону зубчатых венцов. Вариатор содержит корпус 1, ведущий вал 2 с водилом 3, на котором шарнирно на осях.4 установлены наклонные оси 5 с коническими сателлитами 6, Наклонные оси устанавливают конические сателлиты таким образом, что периферийные образующие их конических поверхностей располагаются параллельно оси ведущего вала. На конических сателлитах закреплены шестерни 7, которые зацепляются с колесом 8 ведомого вала. Наклонные оси в радиальном направлении подпружинены лепестками в виде пластинчатых пружин рессоры 9 с окнами 1 О для предохранения конических сателлитов от тангенциального смещения и окнами 11 для обеспечения зубчатого зацепления при установке переключателя 12 режима работы в режим ускоряющей передачи, Наклонные оси 5 снабжены выступами 13 прямого соединения валов. Центральное колесо 14 может перемещаться вдоль оси вариатора механизмом осевого перемещения 15, состоящим из многозаходной резьбы 16, наклонного сквозного паза 17 и поводка 18, Поводок может быть соединен или с ручкой 19, надвинутой на трубу руля 20 с прорезью 21 и указателем 22 гибким тросом 23, закрепленным на плунжере 24 с винтом 25 или с рычагом 26, управляемым педалью 27.Рабочий обод центрального колеса может быть гладким или иметь зубья любого профиля 28, которым соответствуют зубчатые пояски 29 или рифленая поверхность 30 конических сателлитов, Радиальная подвижность конических сателлитов исключает поломку зубьев даже при некотором рассогласовании зубчатого зацепления, С торцев рабочий обод центрального колеса имеет заходные фаски 3 1, а конические сателлиты снабжены заходными Фасками 32, Рессора на ведущем валу установлена на шпицах 33 и ее жесткость может регулироваться гайкой 34, При подпружинивании в направлении от оси валов пластинчатые пружины 35 рессо" ры упирается в скосы 36 наклонных осей и создают необходимые усилия контактирования конических сателлитов с рабочим ободом центрального колеса. Когда усилие контактирова5 18200 ния обеспечивается центробежными си- лами, кромки 37 пластинчатых пружин рессоры, упираясь в площадки 38.наклонных осей, стремятся разобщить контактирующие поверхности, Тангенциальная жесткость пластинцатых пружин достаточно велика, поэтому боковые стенки 39 их окон удерживают концы наклонных осей сателлитов от тангенциального смещения.Колесо ведомого вала имеет зубчатыеободы внутреннего 40 и наружнего 41 зацепления, Ступица колеса снабжена шпицами 42, благодаря которым ко", 15лесо,ведомого вала переключателем.режима работы может быть установленов положение зацепления шестерен конических сателлитов с любым из зубчатыхободов. Переключатель режима работы 20состоит из механизма осевого хода колеса в виде поводка 43, который закреплен в кольце 44 с многозаходнойрезьбой церез наклонный паз 45 в корпусе, а наконечником установлен .вкольцевои проточке 46 ступицы коле,са, и шарикового Фиксатора, в видедиаметрально противоположных шариков47, размещенных в отверстиях 48 ступицы колеса и прижатым пружинящим 30кольцом 49 к поверхностям Фиксирующих лунок 50 ведомого вала 51. Переключение зацепления шестерен коницеских сателлитов возможно тольков местах совпадения зубьев и впадинзубчатых венцов колеса ведомого вала,Именно в этих местах на его цилинд"рической поверхности выполнены впадины 52, в которые в моменг переключения западают выступы 13 наклонных 40осей конических сателлитов,Особенностью автомобильйо-тракторного исполнения вариатора являетсявоэможность передачи крутящего момента фрикционным контактированием 45конических сателлитов с гладким рабо"цим пояском 53 центрального колеса,так как на роторе возникают значительные центробежные силы. В нейтральном положении поводок централь- ф)ного колеса такого вариатора Фиксируется шариком 54, который усилием.пружины 55 западает в лунку 56 наклонного паза 17. Педаль.27 механизма осевого перемещения центрального фуколеса обладвет двумя степенями свободы. Перемещение педали с поворотомрыцага 26 и возврат рычага пружиной57 изменяет частоту ведомого вала, а поворот педали относительно рычага 27 и возврат ее пружиной 58 через полиспаст 59 тросиком 60 управляет положением поводка 61 с возвратной пружиной 62 дроссельной заслонки 63 корбюратора автомобильного двигателя 64, то есть поворот педали изменяет частоту ведущего вала, Механизм ускоряющей передачи в этом исполнении вариатора обычно не нужен.При вращении ведущего вала 2 вместе с ним вращается водило 3 и рессора 9 с коническими сателлитами 6, На Фиг.1-11 эта группа, в дальнейшем называемая ротором, содержит два конических сателлита, однако, их может быть любое количество, необходимо только, цтобы все элементы ротора были взаимно сбалансированы, что обеспечивается равномерным размещением конических сателлитов по окружности Поворачиваясь вокруг осей 4 под действием центробежных сил или усилий пластинчатых пружин рессоры 9, конические сателлиты прижимаются к рабочему пояску центрального колеса 14 и обкатываются вокруг него с определенной скоростью, определенной диаметрами рабочих поясков конических сателлитов. При этом окружные скорости шестерен коницеских сателлитов в общем случае не совпадают с соотношением окружной скорости ротора на зубчатом ободе колеса ведомого вала, Рассогласование окружных скоростей элементов системы приводит к вращению в ту или другую сторону ко" леса ведомого вала 51, При вращении ротора по часовой стрелке (Фиг 1) сателлиты при зацеплении по ободу 40 вращаются против часовой стрелки, Их окружная скорость вычитается из окружной скорости ротора и разность этих скоростей передается на обод 40, т.е, осуществляется. редукция. При обкатке шестерен сателлитов по ободу 41 наружнего зацепления, сателлиты вращаются однонаправленно с ротором, по часовой стрелке, Их скорости складываются со скоростью ротора, т,е осуществляется мультипли ка ция. Передаточное число определяется Формулой где дк. - рабочий диаметр обода наружнего или внутреннего за. цепления;Й - диаметр рабочего пояска коснического сателлита;д- диаметр рабочего пояскацентрального колеса; 5йш - диаметр шестерни сателлита,Знак "+" для ускоряющего режимаработы,Из Формулы видно, что с увеличе"нием диаметра рабочего пояска кони Оческого сателлита передаточное числоуменьшается, что и происходит приперемещении центрального колеса 14в сторону оснований конических сателлитов. центральное колесо перемещается вдоль оси вариатора с поворотомвокруг своей оси по резьбе 16, чторезко снижает усилие перемещения,так как конические сателлиты, поворачиваясь, не оказывают заклинивающегосопротивления. Яаходные Фаски 31 также способствуют преодолению сопротивления зубчатых поясков коническихсателлитов. Если, например, зуб рабо-чего пояска 28 центрального колеса 25окажется напротив зуба 29 коническогосателлита, взаимного торцевого упоразубьев не произойдет, так как заход"ная фаска 31 отожмет конический са"теллит и установит зацепление в поло" 30жение "зуб на зуб", и далее зацеп"ление будет восстановлено после вза"имного проскальзывания зубьев, Когдацентральное колесо смещено в положение контактирования с максимальнымдиаметром основания конических сател"литов, передаточное число вариатораприобретает значение близкое к единице, При дальнейшем перемещении центрального колеса конические сателли Оты сползают с его рабочего пояска,. При этом под пружинящим действиемрессоры наклонные осиповорачиваются, выбирая люфт зазора зубчатогозацепления шестерен 7 и зубчатогообода 40 до контактирования выступов 13 с внутренней цилиндрическойповерхностью обода колеса 8, а затем,проскальзывая по этой поверхности,выступы западают во впадины 52, Вэтом положении конические сателлитыразобщаются с центральным колесом,и ведущий и ведомый валы соединяютсянапрямую, Именно в этом положениивозможен осевой ход колеса ведомоговала, так как зубья и впадины шесте-, 55рен 7 и зубчатого обода 41 совпадаютПоворот поводка 43 переключателя режима работы ведет к осевому перемещению кольца 44 по многозаходной резьбе совместно с колесом 8. Подпружиненные Фиксирующие шарики 47, переместившись вместе со ступицей колеса, устанавливаются в смежных фиксирующих лунках 50 ведомого вала, шестерни 7 выходят из зацепления с зубчатым ободом 40 и входят в зацепление с зубчатым ободом 41, Таким образом, вариатор подготавливается к ускоряющему режиму работы, оставаясь в положении прямого соединения валов,Пластинчатые пружины рессоры 9, пружинящие в радиальном направлении, имеют достаточную жесткость в тангенциальном направлении, то есть наклонные оси 5 имеют надежное двух- опорное крепление, обеспечивающее работу конических сателлитов без перекоса.Для большой рабочей частоты веду" щего вала, например, для автомобильного привода, подпружинивание наклонных осей конических сателлитов выполняется в направлении оси вариатора. В этом случае, как показано ниже, развиваемые ротором ведущего вала центробежные силы оказываются значительными и достаточными для .обеспечения Фрикционной передачи крутящего момента.Автомобильный двигатель внутреннего сгорания - ДВС-, как общеизвестно, имеет примерно параболическую зависимость мощности и частоты. На некотором участке параболы мощность, определяемая количеством реализованного за единицу времени топлива, пропорциональна частоте ДВС, Практически, мощность РВС оптимально реализуется при частоте "и" рэвной 4500 об./мин и еще достаточна для использования при малых сопротивлениях движению при 450 об,/мин.Крутящий момент на валу ЦВС на этом участке параболы определяется общеизвестной ФормулойИ (кГм) = 71 б,2 Б (л.с,) п (об/мин),Таким образом, максимальный момент дВС при и = 4500 об/мин равен М= = 0,16 И, Если для автомобильного ДВС средней мощности 100 л,с, принять массу каждого конического сателлита М за 1 кг, а радиус к ротора по осям сателлитов за 0,1 и, что в общем соответствует практически средним параметрам такого вариатора, 9 1820097 10и если учесть, чт коэФФициент трения Г металла по металлу в условиях жидкой смазки равен 0,05,.0,15, максимальный крутящий момент, который может быть передан этим вэриато" ром с двумя гладкими коническими сателлитами, равен:И= 2 м 411 КиГ = 44 кГм,Этим вариатором может быть реализована мощность 44/0,16 - 275 л.с т.е. почти в 3 раза больше мощности РВС.Противоположно направленное подпружинивание наклонных осей конических сателлитов в автомобильно-тракторном исполнении вариатора преследует дяе цепи.Во-первых, избытоцная центробеж О ная сила, развиваемая ротором, не является полезной, так как приводит к завышенным нагрузкам на подшипники и контактируемые поверхности, Противоположно направленное подпру жинивание приводит центробежные силы в соответствие с реализуемой мощностью, что показано нэ Фиг. 10, По условию равновесия моментов;30"ЯИГ + Ос - Р0где О - усилие поппружинивания;Р - центробежная сила;Г - усилие контактирования; а,Ь,с - плечи приложения усилийВо-вторых, такой автомобильно-тракторный вариатор позволяет транспортному средству обойтись без механизма сцепления, Ък и известные планетарно- конические вариаторы, этот вариатор 4 О обладает свойством нейтрального состояния, Когда в редукцинном режиме дс 1 = с 1 с 1, - передаточное число становится бесконечно большим, т.е. скорость обкатывэния центрального ко леса коническими сателлитами уравнивается со скоростью обкатывания шестернями конических сателлитов зубца- того венца колеса ведомого вала. То есть при нейтральном положении центрального колеса двигатель и ведомый вал разобщены, и механизм сцепления не нужен, Однако, для инерционного пробега необходимо разобщать ведомый вэл и двигатель в любом положении центрального колеса, Эту задацу решает противоположно-направленное подпружинивание, Водителю достаточно снизить обороты ЛВС, цто нарушит вышеприведенное равенство мсчонт я иприведет к разобщению центрэльнсгоколеса и конических сателлитов, аследовательно, к разобщению яапа ЛВСс ведомым валом."Нейтральное" положение (йиг, 1).Педаль 27 освобождленз. Пружины 57и 58, преодолевая действие пружины62, перевели поводок 61 карбюраторав положение минимальных оборотов валаЛВС и ведущего вала вэриэтора. Пружина 57 повернула рычаг 26 и поводком18 установила центральное колесов нейтральное положение, В этом положении шариковый Фиксатор затормозилповодок, Так кэк обороты ведущего взла минимальны кс 1 ницеские сателлитыпластинчатыми пружинами рессоры 9отведены от центрального колеса Придвижении автомобиля ннейтрэльноеположение соответствует инерционному пробегу при малых оборотах ПВС ирезкому торможению при Форсаже ЛВС,Положение "трогание с места"(Фиг, 6).Итак, в предыдущем положении вклю"чение "зажигания" и поворот педалиопределяют пуск .ЛВС и его прогрея,Юля трогэния с места педаль 27 слегка пояс рацивается и сдвигается влево,Рычаг 26 перемещает поводок 18 и помногозэходной резьбе рээяорзчияаетс перемещением вдоль си влево центральное колесо 14. Так как йВС те 1перь развивает ростаточныз обороты,центробежные силы прижимают сателлиты к сбору центрального колеса сдостаточным усилием дпя обкатки, Вращение сателлитов передается разницейскоростей.нэ карданный вал, и эвтс 1 мобиль плавно трогается с места, Манипуляция скоростью движения автомобиля в пределзх величины сопротивления движению возможна как совместнымперемещением и поворотом педали 27,так и обособленным ее перемещениемили поворотом,Положение "максимальная скорость"(фиг. 9) .Педаль нажтэ и перемещена в крайнее левое положение, Рычаг 26 поворком 18 сместил центральное колесо вкрайнее левое положение, разобщивего с сателлитами, оси котор,;х выступами 13 через впадины 52 колесаведомого вала соединили напрямуг карданный вал и вал РВС, Сл с:тотметить, цто поворот рыча. - а 26перемещением педали 27 вызывает изменение положения поводка карбюратораменее интенсивно, чем поворот педалиотносительно рычага, так как в последнем случае работает полиспаст 59,Это сделано специально, чтобы оставался резерв мощности на труднЫеучастки дороги, Таким образом, дальнейшее изменение скорости в этом положении центрального колеса 14 возможно только изменением скорости ДВСпри повороте педали 27.Положение "задний ход",Изменение.вращения ведомого валана противоположное возможно толькопереводом центрального колеса через"нейтральное" положение, что соот"ветствует условиям техники безопасности, При смещении центрального колеса вправо от "нейтрали", когда вположении редукции Й э Йдк д,передаточное число согласно ранееприведенной формуле приобретает отрицательное значение, Автомобиль движется "задним ходом" со скоростью,определяемой положением педали 27,формула изобретения301, Вариатор, содержащий корпус, ведущее водило с осями, установленные на последних сателлиты с конической рабочей поверхностью и зубчатым венцом, центральное колесо с 35 внутренней рабочей поверхностью и ме" ханиэмом осевого перемещения относительно корпуса, ведомый вал, соосный с верущим водилом, с зубчатым колесом с внутренними зубьями для 40 взаимодействия с зубчатыми венцами сателлитов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надеж" ности и расширения Функциональных возможностей, оси сателлита установ лены шарнирно относительно водила, подпружинены в ралиальном направлении и имеют выступ, а ведомый валвпадину для взаимодействия с высту 502, Вариатор по и о тл и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения КПЛ при малой рабочей частоте вращения ведущего водила, порпружинивание осуществлено рессорами в виде пластинчатых пружин, одним концом закрепленных на ведущем водиле, другим вэаииодейств,ющим с осями сателлитов, рабочая поверхность конических сателлитов выполнена рифленой, чередующейся с зубчатыми поясками, внутренняя рабочая поверхность центральногоколеса имеет зубья, ответные зубьямконического сателлита, и с торцов заходные фаски высотой, превышающейвысоту зубьев сателлита,3, Вариатор по п 1, о т л и ч а"ю щ и й с я тем, что, с целью расширения Функциональных возможностей прибольшой частоте вращения ведущеговодила, на свободных концах пластинчатых пружин рессоры выполнены окна,в которых расположены оси сателлитов,Вариатор по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования, зубчатое колесо с внутренними зубьямиустановлено на ведомом валу с воз"можностью осевого перемещения, на.нем выполнен зубчатый венец с наружными зубьями для взаимодействия сзубчатым венцом сателлитов и числомзубьев, кратным числу зубьев последних,5 Вариатор по и,1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повы"щения эксплуатационных возможностей,он,снабжен шариковым Фиксатором, размещенным между зубчатым колесом свнутренними зубьями и веломым валом,6, Вариатор по п,1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности, механизм перемещения зубчатого колеса с внутреннимизубьями выполнен в виде кольца, сопряженного многозаходной резьбой скорпусом, и поводка, размещенного впазу последнего и одним концом связанного с кольцом7, Вариатор по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью использования его в качестве автомобильного вариатора, обеспечения инерционного пробега и работоспособностиустройства без механизма сцепления,поводок механизма осевого перемещения центрального колеса предназначендля соединения с педалью. имеющей двестепени свободы для независимостиуправления частотой как ведущего, таки ведомого валов, и связанной с шариковым фиксатором,8, Вариатор по и,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью использования его я качестве велосипедноговариатора, ведомый вал выполнен полым,ведущее водило размещено в последнем,а механизм осевогп перемещения центрального колеса с внутренней рабочейповерхностью связан с рулевым уп 5равлением гибким тросом,9 Вариатор по п,1 о -, г дчю щ и и с я тем, иго, . цльи и,:,сщ,- рения диапазона регулир.е.ни, конусы конических сателлитов р,-,;. он.гн ; с - нованиями к зубчатым венц,.м посл.дних.