Бесступенчатая передача
Полезная модель относится к машиностроению и может быть использовано, в частности, в трансмиссиях транспортных средств, в первую очередь, автомобилей, для привода их от любых двигателей. Бесступенчатая передача включает фрикционный планетарный дисковый вариатор с механизмом изменения его передаточного отношения, находящиеся в корпусе (1) с входным (2) и выходным (31) валами, внешними (5) и внутренними (3) центральными фрикционными дисками, поворотными рычагами (8), закрепленными на водиле (10) вариатора с возможностью поворота двумя группами по обе стороны водила (10) в осевом направлении, на одних концах которых зафиксированы на осях (6) с возможностью вращения сателлиты (4), а вторые концы поворотных рычагов (8) связаны с механизмом изменения передаточного отношения вариатора, характеризующаяся тем, что механизм изменения передаточного отношения вариатора выполнен в виде механической передачи, включающей центральное колесо (15) кинематически связанное с водилом (10) концами групп поворотных рычагов (8), а также с валом (23) привода (24) вращения, причем эта связь выполнена в виде двухрядной планетарной передачи с одним общим центральным колесом (17), а из двух других центральных колес одно (15) в соединении с центральным колесом (14), а другие (20) с водилом (10), причем оси (19) сателлитов (18) одного планетарного ряда установлены неподвижно, а оси (21) сателлитов (16) другого ряда закреплены на их водиле (22), соединенном кинематически с валом (23) привода вращения (24). Выходной вал (31) передачи выполнен с возможностью попеременного соединения либо с водилом (10) вариатора, либо с внешним центральным колесом (28), вращающимся в противоположную водилу (10) сторону, обеспечивая тем самым реверсивность передачи. Технический результат полезной модели состоит в том, что вариатор получает возможность принудительного регулирования его передаточного отношения приводом вращения, который может находиться вне корпуса вариатора, а вся передача получает возможность реверсирования вращения ее выходного вала (31) по отношению к входному (2). 4 з.п. ф-лы, 2 илл.
Полезная модель относится к машиностроению и может быть использовано, в частности, в трансмиссиях транспортных средств, в первую очередь, автомобилей, для привода их от любых двигателей.
Известны планетарные дисковые фрикционные вариаторы, содержащие внешние и внутренние центральные фрикционные диски, водило с сателлитами, входной и выходной валы и механизм для изменения передаточного отношения, выполненный в виде шарикового нажимного устройства. Подобные вариаторы выпускаются, в частности, германской фирмой "Ленце", и они широко распространены в мире (см., например, пат.GB 
1384679, F16Н 15/50, 1975 г., а также Гулиа Н.В. и др. "Детали машин", (учебник), М., Academia, 2004, стр.93, рис.5.10.). Недостатком этой конструкции, не позволяющей использовать ее в трансмиссиях автомобилей, является крайне медленное, длящееся минутами, изменение передаточного отношения, выполняемое путем "выдавливания" сателлитов внешними центральными фрикционными дисками, сдавливаемыми шариковыми нажимными устройствами. Кроме того, эти нажимные устройства вызывают пережим дисков, снижающий КПД устройства.
Известны также бесступенчатые передачи с вариаторами фрикционного типа, позволяющие автоматическое изменение передаточного отношения и применяемые для автомобильных трансмиссий. Одна из них включает планетарный вариатор с быстроходными и тихоходными валами, кинематически связанными, соответственно, с одним из центральных колес и водилом, регуляторное звено, включающее профилированные поверхности и взаимодействующие с ними толкатели, поворотные рычаги, кинематически связанные с регуляторным звеном и водилом вариатора, несущие на осях промежуточные диски - сателлиты, радиальное перемещение которых меняет передаточное отношение вариатора кинематическим способом (см. патент РФ 2091637, F16Н 15/50 1997, автор - Н.В.Гулиа).
Данной бесступенчатой передаче присущ недостаток, заключающийся а том, что толкатели подгружены к профильным поверхностям центробежными силами, вызванными неуравновешенностью поворотного рычага относительно его оси вращения. Такое выполнение вызывает весьма неудобные условия нагружения регуляторного звена, что влечет за собой неточность и ненадежность регулирования. Частота вращения водила с поворотными рычагами меняется почти в 10 раз, а центробежные силы - еще на порядок, что очень неудобно, неточно и ненадежно.
Описанный недостаток устранен в техническом решении - прототипе (патент РФ 2138710, F16Н 15/50, 1999 г., автор - Н.В.Гулиа), за счет того, что регуляторное звено выполнено со статическими элементами нагружения поворотных рычагов (например, пружинами, гидро- или пневмоцилиндрами и т.д.), подгружающими их в сторону поворота, соответствующего уменьшения передаточного отношения от быстроходного вала к тихоходному, причем толкатели и профильные поверхности могут быть расположены как на поворотных рычагах, так и на элементе, связанном с тихоходным валом. Отмеченные профильные поверхности выполнены по спиралям, направление которых обеспечивает при опережении водилом тихоходного вала угловое перемещение поворотных рычагов в сторону, соответствующую увеличению передаточного отношения вариатора. При этом профильные поверхности могут быть выполнены переменными (неплоскими) в осевом направлении с возможностью их осевого перемещения относительно толкателей. Центр масс поворотных рычагов может находиться как на оси их поворота (рычаги уравновешены), так и быть смещенными в ту сторону, движение которой от центра на периферию вызывает уменьшение передаточного отношения вариатора. Таким образом осуществляется автоматически изменение передаточного отношения, причем кинематическим способом. Упомянутый быстроходный, как и тихоходный, вал может быть как ведущим, так и ведомым.
К недостаткам устройства-прототипа можно отнести невозможность принудительного изменения передаточного отношения вариатора при сохранении кинематического способа радиального перемещения сателлитов путем поворота поворотных рычагов, на концах которых на осях находятся упомянутые сателлиты, а также невозможность реверсирования выходного тихоходного вала при вращении быстроходного вала в одну сторону.
Задача изобретения состоит в разработке такой бесступенчатой передачи, в которой устраняется автоматичность изменения передаточного отношения в зависимости от крутящего момента на выходном валу и вводится принудительное изменение передаточного отношения, осуществляемое кинематическим способом, а также вводится реверсирование тихоходного вала относительно быстроходного.
Указанная задача решается тем, что предложена бесступенчатая передача, включающая фрикционный планетарный дисковый вариатор с механизмом изменения его передаточного отношения, находящиеся в корпусе с входным и выходным валами, внешними и внутренними центральными фрикционными дисками, поворотными рычагами, закрепленными на водиле вариатора с возможностью поворота двумя группами по обе стороны водила в осевом направлении, на одних концах которых зафиксированы на
осях с возможностью вращения промежуточные фрикционные диски - сателлиты, а вторые концы поворотных рычагов, по крайней мере одной их группы, связаны с механизмом изменения передаточного отношения вариатора, в которой согласно изобретению механизм изменения передаточного отношения вариатора выполнен в виде механической передачи, включающей центральное колесо, кинематически связанное с водилом вариатора концами группы поворотных рычагов, связанных с механизмом изменения передаточного отношения вариатора, а также с валом привода вращения, причем последняя связь выполнена в виде двухрядной планетарной передачи со сдвоенными сателлитами из колес разного диаметра и с одним общим внутренним центральным колесом, а из двух других центральных колес одно соединено с центральным колесом вышеупомянутой механической передачи, а другое - с водилом вариатора, причем оси сателлитов одного планетарного ряда установлены неподвижно, а оси сателлитов другого ряда закреплены на их водиле, соединенном кинематически с валом привода вращения, причем сателлиты с неподвижными осями соединены кинематически колесами, свободными от соединения с общим центральным внутренним колесом, с внешним центральным колесом, выполненным с возможностью периодического соединения с выходным валом передачи, который, в свою очередь, выполнен с возможностью периодического соединения с водилом вариатора при отсоединении этого вала от вышеупомянутого внешнего центрального колеса.
Другой особенностью предложенного технического решения является то, что двухрядная планетарная передача выполнена зубчатой.
Следующей особенностью предложенного технического решения является то, что центральное колесо, кинематически связанное с водилом вариатора, выполнено коническим зубчатым, а кинематическая связь его с концами группы поворотных рычагов выполнена в виде многопоточной зубчатой конической передачи, причем с центральным зубчатым коническим колесом связаны конические шестерни, по числу поворотных рычагов данной группы, с подвижными осями, вращающимися в плоскости вращения центрального конического колеса, а с коническими шестернями связаны винты передачи "винт-гайка", гайки которых шарнирно связаны с упомянутыми концами упомянутой группы поворотных рычагов.
Следующей особенностью предложенного технического решения является то, что привод вращения выполнен в виде электродвигателя с регулируемой частотой вращения.
Следующей особенностью предложенного технического решения является то, что привод вращения выполнен в виде мускульного привода.
Механизм преобразования вращения вала привода вращения в перемещение концов поворотных рычагов выполнен, как было отмечено выше, например, в виде конического редуктора с винтовыми передачами от конических колес на гайки, связанные с концами поворотных рычагов. Этот механизм, в принципе, может быть выполнен в виде любой механической передачи, эквивалентной вышеупомянутой по связи дисков ротора с концами поворотных рычагов. Реверсирование привода осуществляется кинематическим соединением внешнего центрального колеса с выходным валом передачи, при отсоединении этого вала от водила вариатора.
Технический результат изобретения состоит в устранении автоматичности зависимости передаточного отношения вариатора от крутящего момента на выходном валу и в упрощении силовой части вариатора. Этот технический результат достигается тем, что передаточное отношение не образуется само за счет взаимодействия статических элементов нагружения и профильных поверхностей, связанных с выходным валом как в прототипе, а устанавливается принудительно вручную или автоматическим устройством с сервоприводом. Например, при движении автомобиля с данной бесступенчатой передачей по шоссе на экономическом режиме автоматичность вариатора будет стремиться повысить передаточное отношение для достижения максимальной мощности и скорости. Однако этого не требуется, и водитель должен принудительно регулировать передаточное отношение для достижения требуемой скорости движения.
Кроме того, упрощается силовая часть вариатора, так как устраняются сложные профильные поверхности и неподвижные статические элементы нагружения, перевод усилия от которых на вращающиеся вместе с водилом концы поворотных рычагов, представляет существенную проблему и вызывает высокое силовое нагружение конструкции. Функции этой силовой части выполняются в предложенном техническом решении механизмом изменения передаточного отношения вариатора.
Помимо этого, в привод введен реверс, использующий имеющуюся планетарную передачу, служащую для изменения передаточного отношения вариатора.
Устройство представлено на чертежах, где на фиг.1 изображена принципиальная схема бесступенчатой передачи с приводом вращения в виде электродвигателя, а на фиг.2 - привод вращения выполнен в виде мускульного привода с усилителем.
Бесступенчатая передача (фиг.1) включает в себя фрикционный дисковый планетарный вариатор в корпусе 1, на входной вал 2 которого посажены внутренние центральные фрикционные диски 3, прижатые к промежуточным фрикционным дискам - сателлитам 4, (обычно в количестве 3...8 штук). Сателлиты 4, в свою очередь, обжаты с периферийной стороны вариатора внешними центральными фрикционными дисками 5,
посаженными в корпусе 1. Сателлиты 4 посажены с возможностью вращения на осях 6 в подшипниках 7, закрепленных на концах поворотных рычагов 8, другие концы 9 которых, по крайней мере, из группы, расположенной по одну сторону (на фиг.1 справа) от водила 10 шарнирно скреплены с гайками 11, посаженными на винты 12, скрепленные с коническими шестернями 13, входящими в зацепление с центральным зубчатым колесом 14. Число деталей 8, 11, 12 и 13 равно числу сателлитов 4, по крайней мере, для вариатора с одним рядом сателлитов в осевом направлении, изображенного на фиг.1. Коническое центральное зубчатое колесо 14 соединено с центральным колесом 15 (внутренним и зубчатым), входящим в зацепление с большими колесами подвижных сдвоенных сателлитов 16, одним или несколькими в ряду. Сателлиты 4, в свою очередь, входят в зацепление малыми колесами с общим центральным колесом 17 (внутренним и зубчатым), входящим в зацепление аналогичным образом со сдвоенными сателлитами 18 с осями 19, закрепленными на корпусе 1. Сателлиты 18 входят в зацепление с центральным колесом 20 (внутренним и зубчатым), соединенным с водилом 10 вариатора. Подвижные сателлиты 16 сидят на осях 21 в водиле 22 двухрядной зубчатой планетарной передачи, образованной деталями 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22. Водило 22 выполнено в виде звена механической передачи, например, зубчатого колеса, кинематически соединенного с валом 23 привода 24 вращения. На фиг.1 привод 24 вращения выполнен в виде электродвигателя с системой регулировки частоты вращения, например, в виде реостата 25, связанного с педалью 26. Ток на реостат и электродвигатель подается по проводам 27 от аккумулятора автомобиля.
Сдвоенные сателлиты 18 с неподвижными осями 19, закрепленными в корпусе 1, кинематически соединены с внешним центральным зубчатым колесом 28, сидящем с возможностью вращения на подвижном в осевом направлении валу 29, соединенном телескопически, т.е. с передачей крутящего момента, но с возможностью осевого перемещения, например, с помощью шпонки 30, с выходным валом 31. Вал 29 несет на себе полумуфту включения 32, например, зубчатую, с возможностью ее соединения при осевом перемещении, например, с помощью вилки 33, поочередно, как с полумуфтой 34 на внутреннем центральном колесе 20, так и с полумуфтой 35 на внешнем центральном колесе 28. Таким образом, выходой вал 31 может получать вращение в двух направлениях, т.е. быть реверсивным.
На фиг.2 представлен привод вращения, выполненный в виде мускульного привода, например, той же педали 26, соединенной с большим колесом 36 мультипликатора, малое колесо 37 которого соединено с валом 23, от которого приводится водило 22, так же как от вала 23 электродвигателя 24 (фиг.1), или любого другого привода вращения - пневмо - или
гидромотора и т.д. Колеса 36 и 37 сидят на опорах на неподвижной стойке 38, закрепленной, например, на корпусе 1 или на любом другом неподвижном основании. Педаль 26 может быть соединена с усилителем движения, например, пневмоцилиндром 39.
Сжатый воздух подводится к цилиндру 39 по трубопроводу 40, например, от ресивера тормозной системы автомобиля (на фиг.2 не показан), через датчик 41, срабатывающий, например, от нажатия на педаль 26.
Подобные устройства широко используются, например, в автомобилях с пневмосистемой и называются тормозными кранами.
Работа бесступенчатой передачи происходит следующим образом. Вращение входного вала 2 подается на внутренние фрикционные диски 3, от них через сателлиты 4, неподвижные внешние фрикционные диски 5, оси 6, подшипники 7 - на поворотные рычаги 8, посаженные на водиле 10, и через водило 10, полумуфты 34, 32, вал 29 и шпонку 30 на выходной вал 31. Регулировка передаточного отношения вариатора производится путем вращения вала 23 источника вращения, например, электродвигателя 24 (фиг.1), частота вращения которого регулируется оператором (водителем) с помощью педали 26 и реостата 25, изменяющего силу тока, подаваемого по проводам 27. Вал 23 вращает водило 22, которое приводит во вращение ось 21 и подвижные сателлиты 16, которые через общее внешнее центральное колесо 17, сателлиты 18 с неподвижными осями 19, закрепленными в корпусе 1, и внутреннее центральное колесо 20, проворачивает центральное внутреннее колесо 15, а от него - коническое зубчатое колесо 14 относительно водила 10 вариатора. Угол проворачивания колеса 15 относительно водила 10 пропорционален углу поворота водила 22 относительно неподвижного корпуса. Конические шестерни 13 при этом также проворачиваются, приводя винты 12 и передвигая гайки 11 и связанные с ними концы 9 поворотных рычагов 8. При этом сателлиты 4, сидящие в осях 6 и опорах 7 на этих концах 9 перемещаются радиально, изменяя передаточное отношение вариатора. Если изменение передаточного отношения не требуется, то вал 23 и водило 22 неподвижны, как и ось 21, а колеса 15 и 20 вращаются с частотой вращения водила 10. Сателлиты 16 и 18 вращаются с одной и той же частотой вращения в сторону, противоположную вращению колес 15 и 20; колесо 17 вращается в сторону, обратную сателлитам 16 и 18, но с другой частотой вращения.
Таким образом выполняется достаточно сложная задача приведения в движение поворотных рычагов 8, соединенных с сателлитами 4, и вращающимися вместе с водилом 10 от привода вращения с неподвижным корпусом, например, электродвигателя 24, и вращающимся в нем валом 23.
При выполнении привода вращения в виде мускульного привода с усилителем движения (фиг.2), вал 23 получает вращение от шестерни 37, приводимой от колеса 36, укрепленных в опорах на стойке 38 (например, корпусе), причем колесо 36 поворачивается педалью 26, движение которой усиливается пневмоцилиндром 39, сжатый воздух в который подводится по трубопроводу 40 при надавливании на датчик 41.
Аналогичным образом в качестве привода вращения может использоваться любой подходящий для этого двигатель, управляемый оператором, а также чисто мускульный привод без усилителя движения.
При необходимости реверсирования вала 31, вал 29 с полумуфтой 32 получает осевое перемещение с помощью вилки 33, в данном случае вправо (фиг.1), для соединения полумуфты 32 с полумуфтой 35 на колесе 28, вращающемся в сторону, противоположную водилу 10. Вал 29 с помощью шпонки 30 телескопически соединен с выходным валом 31 передачи, и таким образом этот вал получает возможность реверсирования, достигаемого переключением направления вращения с помощью вилки 33.
1. Бесступенчатая передача, включающая фрикционный планетарный дисковый вариатор с механизмом изменения его передаточного отношения, находящиеся в корпусе с входным и выходным валами, внешними и внутренними центральными фрикционными дисками, поворотными рычагами, закрепленными на водиле вариатора с возможностью поворота двумя группами по обе стороны водила в осевом направлении, на одних концах которых зафиксированы на осях с возможностью вращения промежуточные фрикционные диски - сателлиты, а вторые концы поворотных рычагов, по крайней мере одной их группы, связаны с механизмом изменения передаточного отношения вариатора, отличающаяся тем, что механизм изменения передаточного отношения вариатора выполнен в виде механической передачи, включающей центральное колесо, кинематически связанное с водилом вариатора концами группы поворотных рычагов, связанных с механизмом изменения передаточного отношения вариатора, а также с валом привода вращения, причем последняя связь выполнена в виде двухрядной планетарной передачи со сдвоенными сателлитами из колес разного диаметра и с одним общим внутренним центральным колесом, а из двух других центральных колес одно соединено с центральным колесом вышеупомянутой механической передачи, а другое - с водилом вариатора, причем оси сателлитов одного планетарного ряда установлены неподвижно, а оси сателлитов другого ряда закреплены на их водиле, соединенном кинематически с валом привода вращения, причем сателлиты с неподвижными осями соединены кинематически колесами, свободными от соединения с общим центральным внутренним колесом, с внешним центральным колесом, выполненным с возможностью периодического соединения с выходным валом передачи, который, в свою очередь, выполнен с возможностью периодического соединения с водилом вариатора при отсоединении этого вала от вышеупомянутого внешнего центрального колеса.
2. Бесступенчатая передача по п.1, отличающаяся тем, что двухрядная планетарная передача выполнена зубчатой.
3. Бесступенчатая передача по п.1, отличающаяся тем, что центральное колесо, кинематически связанное с водилом вариатора, выполнено коническим зубчатым, а кинематическая связь его с концами группы поворотных рычагов выполнена в виде многопоточной зубчатой конической передачи, причем с центральным зубчатым коническим колесом связаны конические шестерни, по числу поворотных рычагов данной группы, с подвижными осями, вращающимися в плоскости вращения центрального конического колеса, а с коническими шестернями связаны винты передачи "винт-гайка", гайки которых шарнирно связаны с концами группы поворотных рычагов.
4. Бесступенчатая передача по п.1, отличающаяся тем, что привод вращения выполнен в виде электродвигателя с регулируемой частотой вращения.
5. Бесступенчатая передача по п.1, отличающаяся тем, что привод вращения выполнен в виде мускульного привода.
