Транспортный вариатор-трансунвартор черняева

 

Использование: в автомобилях и тракторах. Сущность изобретения: вариатор содержит корпус, ведущий и ведомый валы, центральное колесо с внутренней рабочей поверхностью, зубчатые колеса, механизм осевого перемещения центрального колеса, механизм переключения режима работы, подпружиненные подвески, установленные на штангах фланцев водила, промежуточные шестерни, взаимно уравновешенные сателлиты, размещенные на осях, которые установлены в подшипниках щек подвесок и имеют по зубчатому венцу, с последними через промежуточные шестерни взаимодействуют зубчатые колеса ведомого вала. Сателлиты могут быть собраны блоками с общим зубчатым венцом, выполнены различной конусности. Центральное колесо может быть выполнено в виде пружинящих разрезных колец. 17 з. п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к машиностроению, предназначается для использования в транспортных средствах в качестве механизма согласования мощности мотора с крутящим моментом ведущих колес и регулирования скорости.

Известны транспортные вариаторы разнообразных конструкций. Например, вариатор для привода в транспортных машинах [1] содержащий соосные валы, зубчатое колесо ведомого вала, водило и механизм изменения передаточного отношения. При изменении эксцентриситета подпружиненных коромысел меняется частота ведомого вала. Этот вариатор работает в области глубокого редуцирования.

Известен вариационный мультипликатор с авторедуцированием для скоростных транспортных средств, содержащий соосные валы с механизмом изменения передаточного отношения в виде упругого обода, изменение эллипсности которого ведет через систему тяговых элементов к изменению частоты ведомого вала. Этот вариатор не предусмотрен к реализации больших мощностей [2] Наиболее близким к изобретению является вариатор, содержащий корпус, ведущий и ведомый валы, взаимно уравновешенные сателлиты, оси которых расположены параллельно осям валов, центральное колесо с внутренней рабочей поверхностью, зубчатые колеса, механизм осевого перемещения центрального колеса и механизм переключения режима работы [3] В известном вариаторе обеспечивается изменение частоты вращения выходного вала в широких пределах при разном направлении вращения выходного вала. Переключение на всем диапазоне чисел оборотов происходит плавно даже при переходе через ноль.

Целью изобретения является создание транспортного вариатора, надежного и удобного в эксплуатации устройства для замены в транспортных средствах коробок скоростей, не решающих задачу согласования оптимальных частот мотора и трансмиссии.

Для достижения цели транспортный вариатор, содержащий корпус, ведущий и ведомый валы, взаимно уравновешенные сателлиты, оси которых расположены параллельно осям валов, центральное колесо с внутренней рабочей поверхностью, зубчатые колеса, механизм осевого перемещения центрального колеса и механизм переключения режима работы, снабжен подпружиненными подвесками, при необходимости имеющими противовесы, установленными с возможностью поворота на штангах фланцев водила, несущих промежуточные шестерни, сателлиты размещены на осях, каждая из которых установлена в подшипниках щек подвесок и имеет зубчатый венец, а одно из зубчатых колес размещено на ведомом валу для взаимодействия через промежуточные шестерни с зубчатыми венцами.

Сателлиты могут быть выполнены в виде блоков из двух или более тел качения с общим зубчатым венцом, а центральное колесо в этом случае имеет число рабочих колец, равное числу сателлитов в блоке. Установка сателлитов в виде блоков распределяет нагрузку на несколько сателлитов блока, что уменьшает нагрузку на сателлиты, повышает их сцепление и уменьшается износ.

Рабочая поверхность сателлитов или конец центрального колеса выполнена по рабочей длине с различной величиной конусности, обратно пропорциональной величине изменения редуцирования. Контактирование в этом случае осуществляется сателлитами блоков по пружинящим торовым поверхностям сменных колец, одной стороной жестко закрепленных на центральном колесе, а другой стороной размещенных в его кольцевых проточках со свободой осевого перемещения. Пружинящие кольца, во-первых, дают возможность контактирования по изменяемой конусности сателлитов, во-вторых, увеличивают площадь контактирования, так как увеличивается величина упругой деформации и уменьшаются удельные контактные напряжения и, в-третьих, уменьшается влияние погрешностей изготовления контактируемых элементов.

Значительным преимуществом транспортного вариатора является возможность применения на всех элементах зубчатого зацепления стандартного цилиндрического профиля.

Подпружинивание сателлитов в заявленном вариаторе выполнено пружинами, закрепленными одной стороной на рычагах подвесок, а другой стороной на кольцах, имеющих возможность осевого фиксированного поворота на оси водила. Поворот колец с фиксацией их, например, на шлицах дает возможность осуществлять плавную надежную регулировку пружин одновременно всех сателлитов. Привод на поворот колец может быть дистанционным.

Механизм осевого перемещения центрального колеса транспортного вариатора выполнен в виде закрепленных на нем реек, выведенных через пазы корпуса с двух его сторон наружу и зацепляющихся с зубчатыми секторами, ось поворота которых снабжена возвратными пружинами и соединена с педалью независимого управления частотой ведущего и ведомого валов или с отдельным рычагом управления частотой ведомого вала. Двухстороннее зацепление зубчатыми секторами с общей осью привода исключает возможность перекоса и заклинивания центрального колеса.

Возвратные пружины могут быть применены двухстороннего действия с нейтральным понижением центрального колеса при контактировании его рабочих поверхностей с сателлитами в зоне, соответствующей остановке ведомого вала.

Это условие дает преимущество с точки зрения удобства эксплуатации и техники безопасности, так как в этом случае при сбрасывании ноги с педали управления или ослабления на нее усилия, что происходит при потере водителем способности к управлению, пружины смещают центральное колесо в зону остановки ведомого вала.

Механизм переключения режима работы содержит подшипники с направляющими коническими ободами около сателлитов со стороны ведомого вала, на которые переходят сателлиты во время переключения.

Зубчатые венцы сателлитов выполнены шире зубчатых венцов зубчатого колеса ведомого вала, у которого зубчатый венец внутреннего зацепления смещен относительно венца наружного зацепления и имеет начальный диаметр, равный сумме двух начальных диаметров промежуточных шестерен и начального диаметра зубчатого венца наружного зацепления. Такая конструкция делает не нужным применение соединяющих выступов и впадин, как у прототипа, и дает компактное и надежное соединение.

Транспортный вариатор может использоваться при тихоходном ведущем вале. В этом случае центробежных усилий сателлитов может оказаться недостаточно для их сцепления с рабочими кольцами центрального колеса. Предусмотрено несколько вариантов увеличения сцепления сателлитов.

Рабочая поверхность сателлитов может иметь односторонне направленные зубья с крутой и пологой гранью, причем уклон пологих граней направлен в сторону вращения сателлитов, что увеличивает сцепление даже при гладких поверхностях рабочих поясков центрального колеса, так как зубья создают на них концентрационные напряжения, увеличивающие местные упругие деформации колец, которые создают опорные пороги.

Пружинящие кольца центрального колеса могут быть выполнены разрезанными со свободной стороны до зоны жесткого крепления на элементы с закругленными скосами с рабочей стороны шириной меньше шага крутых граней сателлита с односторонне направленными зубьями. В этом случае сателлиты работают без проскальзывания вообще, так как в любом положении зуб сателлита продавливает пружинящую пластину элемента кольца и встречает надежную тангенциальную опору на грани смежного элемента.

Сателлиты в виде цилиндров с торовыми рабочими поверхностями по торцам и подшипниковым ободом посередине и размещены на шлицах валиков подвесок со свободой осевого перемещения, а центральное колесо содержит одну или несколько пар подвижных и неподвижных колец с встречной конической рабочей поверхностью, причем подвижные кольца соединены с механизмом осевого перемещения центрального колеса.

При увеличенном количестве сателлитов в блоке большую компактность обеспечивает центральное колесо с промежуточными кольцами, имеющими конические поверхности и ограниченными в тангенциальном направлении.

Большую компактность также при повышенном сцеплении сателлитов дает исполнение транспортного вариатора с симметричными конусными рабочими поверхностями сателлитов, с установкой на общем основании или вершине конусов подшипникового обода для прямого соединения валов. При применении такого транспортного вариатора, например, на мотовелосипеде ведущее водило имеет двухсторонний вывод шипов для мускульного привода.

Если ускоряющая передача не предусматривается, все венцы зубчатого колеса ведомого вала имеют зубья наружного зацепления для взаимодействия с сателлитами, чем достигается упрощение конструкции при прямом соединении валов.

Для увеличения гибкости расчетных характеристик и элементов зубчатого зацепления промежуточные шестерни выполнены в виде блоков промежуточных шестерен.

На фиг.1 изображен транспортный вариатор, установленный на транспортном средстве вид сбоку с местным вырывом (виден пол кабины транспортного средства, совмещенная педаль "газ-передача" и карданный вал трансмиссии. Педаль и соответственно, центральное колесо в промежуточном положении. Переключатель режима работы в положении редукции); на фиг.2 разрез А-А на фиг.1 (расположение педали ("газ-передача" для правостороннего движения транспорта); на фиг. 3 то же, что на фиг.1, но педаль "газ-передача" вдавлена (величины обороты ДВС) и передвинута в переднее крайнее положение вариатор в режиме прямого соединения валов: центральное колесо сдвинуто в крайнее положение, сателлиты по конусным ободам подшипников сошли с рабочих поверхностей центрального колеса, под действием центробежной силы подвески отклонились к периферии и замкнули обод внутреннего зацепления зубчатого колеса ведомого вала; на фиг.4 разрез Б-Б на фиг.3; на фиг.5 то же, продольный разрез; на фиг. 6 разрез В-В на фиг.5; на фиг.7 изображен транспортный вариатор со сменными кольцами центрального колеса цельными и разрезными (управление положением центрального колеса рычажное); на фиг. 8 разрез Г-Г на фиг.7 (изображено зацепление "зубчатого" сателлита со скошенными пружинящими пластинами разрезанного кольца центрального колеса); на фиг.9 вид, аналогичный фиг.1 (изображен транспортный вариатор с постоянным диаметром сателлитов). Положение педали "газ-передача" близкое к прямому соединению валов. Соответственно конические кольца почти сдвинуты и их верхние кромки при дальнейшем небольшом движении педали вперед перейдут на подшипниковые ободы сателлитов; на фиг.10 разрез Д-Д на фиг.9 в увеличенном масштабе; на фиг.11 малогабаритный транспортный вариатор с двухсторонним выводом шипов ведущего водила (сателлиты выполнены с противоположно направленными коническими поверхностями с общим основанием. Изменение положения подвижного кольца центрального колеса осуществляется рычагом по многоходовой резьбе, как у прототипа); на фиг. 12 изображен вариатор-мультипликатор с центральным колесом с наружной рабочей поверхностью; на фиг.13 изображен вариант вариатора с промежуточными кольцами центрального колеса.

Транспортный вариатор состоит из корпуса 1, ведущего водила 2, соединенного с валом двигателя и снабженного фланцами 3. На штангах 4 фланцев ведущего водила шарнирно установлены подвески 5 с противовесами 6. Щеки 7 подвесок несут в своих подшипниках оси 8, на которых жестко установлены сателлиты 9. Оси 8 заканчиваются зубчатыми венцами 10, находящимися в зацеплении с промежуточными шестернями 11, установленными на подшипниках штанг 4 фланцев ведущего водила. В рабочем положении сателлиты обкатываются по внутренним рабочим поверхностям 12 центрального колеса 13. В нерабочем положении сателлиты оттянуты пружинами 14 к оси водила.

Центральное колесо соединено с механизмом перемещения, который состоит из реек 15, с двух сторон закрепленных на центральном колесе и выведенных наружу через пазы 16 корпуса, секторов 17, зацепленных с рейками и соединенных общей осью 18, снабженной возвратными пружинами 19, которые в свободном состоянии возвращают центральное колесо из крайних положений в середину корпуса, в зону нулевых скоростей ведомого вала 20. Шестерня 21, закрепленная на оси 18, зацепляется с рейкой 22, имеющей возможность возвратно-поступательного перемещения. На рейке шарнирно закреплена педаль 23 "газ-передача" с возвратной пружиной 24. Педаль соединена с гибким тросиком 25, управляющим положением дроссельной заслонки карбюратора двигателя. Боуден 26 тросика закреплен на рейке, так что при ее поступательном движении тросик не влияет на положение заслонки. Таким образом, при поступательном перемещении педали мускульным усилием ноги или при помощи гидроусилителя (не изображен) и при ее повороте происходит независимое управление частотой двигателя, т.е. ведущего водила, и частотой ведомого вала.

Каждый сателлит или один сателлит каждого блока снабжен подшипником с направляющим коническим ободом 27 для осуществления прямого соединения валов. Шипы ведущего водила размещены в подшипнике корпуса 1 и подшипнике полости ведомого вала 20, на шлицах которого установлено зубчатое колесо 28. Один из двух его венцов находится в зацеплении с промежуточными шестернями 9. Венец 29 наружного зацепления снижает скорость ведомого вала, венец 30 внутреннего зацепления повышает ее. Механизм переключения режима работы, переключающий венцы, содержит вилку 31, подшипники которой расположены в пазах зубчатого колеса 28 ведомого вала, при повороте рукоятки 32 вокруг оси 33 сдвигают колесо по шлицам ведомого вала, переключая венцы.

Регулировка усилий пружин 14 достигается поворотом колец 34, которые затем фиксируются на шлицах, когда поворот осуществляется при осевом смещении с них, или винтовыми припорами. Внутренние концы пружин закреплены на выступах этих колец, наружные на щеках подвесок.

При повороте подвесок с сателлитами под действием центробежных сил связь зубчатого зацепления не нарушается, так как зубчатые венцы сателлитов обкатывают венцы промежуточных шестерен.

Сателлиты 9 для улучшения эксплуатации могут иметь рабочие поверхности различной конусности, то есть могут быть разделены, например, на три зоны: зону 35 прямого хода. Зону 36 нулевых и малых скоростей и зону 37 обратного хода. Для улучшения условий кинематического и прочностного расчета и расширения диапазона регулирования промежуточные шестерни 11 могут быть заменены блоком шестерен 38, 39.

Для улучшения сцепления сателлитов 9 с рабочими поясками внутренних рабочих поверхностей 12 последние могут выполняться пружинящими, торовой формы на сменных кольцах 40. Одной стороной 41 кольца жестко крепятся на центральном колесе 13, а другой стороной 42 размещаются в его кольцевых проточках 43. Такое крепление обеспечивает их упругую деформацию и удобство установки.

Еще большее улучшение сцепления сателлитов обеспечивает их выполнение "зубчатыми", снабжение их рабочей поверхности односторонне направленными зубьями с крутой 44 и пологой 45 гранью.

Уклон пологих граней направлен в сторону вращения сателлита во время его обкатки по пружинящему ободу кольца, что обеспечивает упор ребра зуба в упруго-деформированную поверхность кольца 40.

Работа такого сателлита в паре с кольцом, разрезанным до зоны крепления на пластины-элементы 46 с закругленными скосами с рабочей стороны, вообще исключает его проскальзывание. Каждый элемент выполняется шириной меньше шага крутых граней зубчатого сателлита, так что в любом положении зуба на поверхности кольца он продавливает элементы 45 пологой гранью и обеспечивает контактный/ нефрикционный упор в площадки их скосов крутой гранью.

Такое исполнение контактирующих пар предусмотрено для малооборотного ведущего водила. Подпружинивание подвесок в этом случае исполняется в сторону рабочей поверхности кольца центрального колеса/ например/ пластинчатыми пружинами.

Центральное колесо 13 в упрощенных случаях применения транспортного вариатора может перемещаться рукояткой 47, соединенной с осью поворота секторов 17 или непосредственно с центральным колесом, на котором в этом случае исполняется, как и у прототипа, многозаходная резьба с ответной резьбой 48 в корпусе.

Хорошую компактность, сцепление и осевую разгрузку дает исполнение центрального колеса в виде пар подвижных 49 и неподвижных 50 колец с встречной конической рабочей поверхностью постоянной или переменной конусности. Подвижные кольца соединены штангами 51.

Сателлиты выполнены в виде цилиндров с торовыми рабочими поверхностями 52 по краям и размещены на шлицах 53 осей подвесок. При перемещении подвижных колец рабочий поясок контактирующих пар переходит на другой диаметр, что меняет скорость ведомого вала. При сближении колец скорость ведомого вала возрастает. При полном их сближении сателлиты выдвигаются на цилиндрические кромки 54 своими цилиндрическими подшипниковыми ободами 55. При этом сателлиты теряют тангенциальный упор, а зубчатые венцы 10 входят в зацепление с зубчатым колесом ведомого вала и напрямую соединяют его с ведущим водилом. Ускоряющего режима работы у этого исполнения нет.

Транспортный вариатор может применяться для мотовелосипедного привода. В этом случае шипы ведущего водила имеют двусторонний вывод и снабжаются звездочкой 56, соединенной с ДВС. Сателлиты выполнены с симметричными конусными поверхностями. Прямое соединение валов, как и в предыдущем случае, обеспечивается выходом подшипникового обода 55 на цилиндрическую кромку соединенных колец 49,50 с замыканием зубчатого зацепления. Ведомый вал заменен ведомой звездочкой 57.

Принцип работы транспортного вариатора может быть применен в вариаторе-мультипликаторе. В этом случае ведущее водило имеет только один фланец 4, который вставляется в проем щек 7 вилок подвесок 6, оси которых несут сателлиты с симметричными конусными поверхностями 58 с подшипниковым общим ободом 59 прямого соединения валов. При полном соединении неподвижного 60 и подвижного 61 колец с наружной рабочей поверхностью валы соединяются напрямую, как в предыдущих исполнениях. При раздвижении колец за счет смещения кольца 61 по многозаходной резьбе рабочий диаметр сателлитов увеличивается, а так как они обкатываются по наружной поверхности центрального колеса, окружная скорость промежуточных шестерен 11 складывается с окружной скоростью водила на ободе зубчатого колеса ведомого вала, то есть происходит увеличение частоты ведомого вала.

При увеличенном количестве сателлитов в блоке, центральное колесо может быть выполнено с промежуточными кольцами 62, которые установлены на шлицах корпуса. Промежуточные кольца самоориентируются в осевом направлении при перемещении подвижного кольца.

Транспортный вариатор, как регулируемая передача, относится к типу планетарных передач с ведущим водилом. Передаточное число в этом случае, как общеизвестно, определяется по методу Виллиса, т.е. по методу остановленного водила.

При направлении вращения ведущего водила, показанного на фиг. 6, по часовой стрелке, в режиме редукции, сателлиты, обкатывая эпицикл, вращаются против часовой стрелки, как и их зубчатые венцы, которые поворачивают промежуточные шестерни по часовой стрелке, и последние стремятся повернуть зубчатый венец наружного зацепления колеса при редукции ведомого вала против часовой стрелки. Таким образом, на ободе этого колеса от окружной скорости водила отнимается противоположно направленная окружная скорость на ободе промежуточной шестерни, в результате чего и обеспечивается редуцирование.

При остановленном водиле повернем эпицикл центральное колесо на один оборот против часовой стрелки. При этом элементарно определяется доля поворота зубчатого колеса ведомого вала по отношению к неподвижному водилу.

Итак, при этом условии число оборотов сателлита n_сn_э d_э/d_c. Такое же число оборотов его зубчатого венца n_c n_шс Число оборотов промежуточной шестерни d_ш" n_ш" n_шс d_шс/d_ш" Такое же число оборотов промежуточной шестерни d_ш' n_ш' n_ш"Наконец число оборотов зубчатого колеса d_н n_н n_ш' d_ш'/d_н, или n_н=n_э То есть зубчатое колесо повернулось в том же направлении и по фазе отстало от эпицикла при одном его обороте на величину 1 n_н. Это отставание продолжается при дальнейших поворотах эпицикла, и оно остается тем же самым, если вращается водило.

Таким образом, передаточное число транспортного вариатора в редукционном режиме как отношение числа оборотов ведущего водила к числу оборотов ведомого вала равно при одном обороте водила
i_ред=
При тех же условиях на режиме мультипликации, когда промежуточные шестерни обкатываются по венцу внутреннего зацепления колеса ведомого вала, получаем формулу передаточного числа
i_м=
При равенстве d_ш' d_ш", когда вместо блока шестерен применяется одна шестерня, формула пеpедаточного числа упрощается:
i
() для ускоряющего режима работы вариатора.

Анализируя вышеприведенные формулы, можно сделать вывод, что диапазон регулирования транспортного вариатора неограниченно высок.При d_э d_шс << d_н d_с его передаточное число стремится к единице, при d_э d_шс d_н d_с в режиме редукции оно равно бесконечности и, наконец, в режиме мультипликации передаточное число меньше единицы, то есть обеспечивается ускоряющая передача.

В отключенном положении валы транспортного вариатора разделены по двум потокам. Во-первых, возвратные пружины 19 при освобожденной педали переместили центральное колесо в зону, где d_э d_шсd_н d_c, во-вторых, пружины подвесок оттянули сателлиты к оси валов и разобщили их с центральным колесом. Таким образом, в трансмиссии, использующей транспортный вариатор, может отсутствовать механизм сцепления.

При включении двигателя и прогревании его на "малом газу" сателлиты также не контактируют с центральным колесом до тех пор, пока не будет добавлен "газ", т.е. пока не будет несколько повернута педаль 23.

В этом случае обороты двигателя увеличиваются и возрастающая центробежная сила сателлитов, преодолевая действием пружин 14, отводит их к рабочей поверхности 12 центрального колеса и они начинают ее обкатывать. При этом вращаются зубчатые венцы 10 и вращаются промежуточные шестерни 11, но не вращается зубчатое колесо 28 ведомого вала, так как промежуточные шестерни 11 в нейтральном положении центрального колеса просто обкатывают венец наружного зацепления 29, не передавая вращение зубчатому колесу ведомого вала.

При поступательном перемещении педали "на себя" вправо по фиг.1 сателлиты переходят на все увеличивающиеся рабочие диаметры d_э обкатки.

Вышеприведенное равенство нарушается, d_э d_шс >d_н d_с и передаточное число приобретает отрицательное значение, то есть ведомый вал начинает вращаться в сторону, противоположную вращению ведущего водила. Транспортное средство осуществляет "задний ход" со скоростью тем большей, чем больше смещена "на себя" педаль. При отпускании педали центральное колесо автоматически смещается в нейтральную зону, при этом осуществляется плавное торможение транспортного средства, так как сателлиты, переходя на уменьшающиеся диаметры рабочей поверхности 12, плавно снижают скорость до нуля.При поступательном перемещении педали "от себя" центральное колесо, перемещаясь вправо по фиг.1, переводит сателлиты на обкатку все уменьшающихся диаметров. Знак неравенства меняет направление, т. е. d_э d_шс < <d<SUB>нс. Знаменатель в формуле передаточного отношения становится положительной величиной, и транспортное средство плавно наращивает скорость "переднего хода", так как d_э, все уменьшаясь, приближает значение передаточного отношения к единице. В положении центрального колеса, близком к крайнему правому, сателлиты переходят на его кромки своими коническими ободами 27 и, теряя сцепление, "сползают" с рабочих поверхностей в крайнее периферийное положение, изображенное на фиг.3. При этом зубчатые венцы 10 сателлитов входят в зацепление с ободом 30 колеса 28, то есть одновременно оказываются замкнутыми оба венца этого двухвенцового колеса, что связывает его напрямую с ведущим водилом.

Для дальнейшего увеличения скорости водитель может при соответствующих дорожных условиях ввести "сверхскоростной режим мультипликации. Для этого он рукояткой 32 перемещает колесо 28 по шлицам ведомого вала влево до освобождения его зубчатого венца наружного зацепления.

При этом транспортный вариатор остается в положении прямого соединения валов, так как зубчатые венцы 10 не вращаются и через подвески соединены с ведущим водилом. Теперь, перемещая педаль 23 "на себя", сателлиты вновь вводят в сцепление с центральным колесом, начиная с меньших диаметров его рабочих поверхностей 12 по направлению к его большим диаметрам. Так как в формуле передаточного числа при замене d_нна d_в в знаменателе меняется знак с "-" на "+", числовое значение знаменателя начинает возрастать по мере увеличения d_э, а значение передаточного числа становится все уменьшающимся от единицы, то есть скорость ведомого вала становится все больше скорости ведущего водила. Режим "сверхскорости" допустим на специально оборудованных автомобилях. В обычном же автомобильно-тракторном исполнении транспортного вариатора колесо ведомого вала может не иметь венца внутреннего зацепления (фиг.9). Работа такого вариатора описана ранее.

Важным достоинством прототипа вариатора унвартора Черняева при применении его в качестве транспортного вариатора является использование им принципа центробежного прижима сателлитов. Этот принцип сохранен и в транспортном вариаторе, где еще большее внимание обращено на дозировку этого усилия, добавлением в систему кроме пружин 14 еще и противовесов, снимающих избыточную центробежную силу, развиваемую подвесками с блоками сателлитов.

Этот принцип позволяет водителю в любом режиме вариатора перейти на инерционный пробег. Для этого достаточно сбросить газ, отпустив поворот педали, которая, повернувшись в исходное положение под действием пружин 24, установит заслонку карбюратора в положение "холостого хода", т.е. резко снизит частоту ДВС и ведущего водила. При этом резко снизится величина центробежных сил прижима и под действием пружин 14 подвески отойдут к центру, pазобщив ведущий и ведомый валы.

Транспортный вариатор позволяет водителю простым перемещением той же педали 23 произвести эффективное торможение двигателем, причем это торможение осуществляется на любом уклоне. Для этого достаточно с "подгазовкой", т.е. при нажатой педали, плавно, до нужной скорости освободить ее для горизонтального перемещения. Плавное увеличение передаточного числа вариатора до сколь угодно большого при жесткой связи валов обеспечит плавное замедление скорости транспортного средства вплоть до его остановки.

Параллельное расположение осей сателлитов в транспортном вариаторе позволяет устанавливать их блоками, любым количеством в ряд, когда каждый сателлит блока работает со своим кольцом центрального колеса. Из всех существующих вариаторов такой особенностью обладают только многодисковые вариаторы типа вариатора Байера, однако многодисковые вариаторы не обладают возможностями реверса и мультипликации и диапазон регулирования у них по сравнению с планетарными вариаторами невелик и по принципу контактирования пакета дисков они обладают очень большим геометрическим скольжением. То есть они не могут с нужной эффективностью служить в качестве транспортного вариатора.

Для передачи окружной силы F сателлиты должны быть прижаты к рабочим поверхностям центрального колеса с такой силой F_n, чтобы возникающая между ними сила трения была больше передаваемой окружной силы.

Основная зависимость, определяющая передачу крутящего момента с вала ДВС:
F_n f F, где запас сцепления, равный 3,0;
f коэффициент трения в условиях смазки, равный 0,1 (Б.А.Пронин, Г.А. Ревков. Фрикционные передачи. М. Машиностроение, 1980, с.175).

В транспортном вариаторе рабочее контактирование обеспечивается центробежными силами противовесов и усилием пружины. То есть на каждом сателлитном блоке при установившемся движении действует равенство моментов
F' r₁ F_n r₁ F"r₂ Gr₃ 0, где F' центробежная сила блока сателлитов;
F_n результирующие реакции;
F" центробежная сила противовеса;
G усилие возвратной пружины;
r₁ радиус подвески;
r₂ радиус центра масс противовеса;
r₃ радиус-плечо подвески пружины.

В упрощенном виде при приведении действующих сил и их радиусов имеем:
F_n K F' G', где G' приведенное усилие возвратной пружины;
К коэффициент приведения.Таким образом
KF-G=4²mRn²-G где m приведенная масса блока;
R приведенный радиус;
n частота ведущего водила.

Необходимая величина окружной силы F определяется величиной передаваемой мощности, то есть величиной крутящего момента М
M=716 при n 4500 об/мин; М 0,16 N (75 об/с).

Ниже приводится условный расчет транспортного вариатора на среднюю мощность, N 100 л.с. При этом принимается использование четырехштангового водила с усредненным радиусом R 0,1 м. Усилие возвратных пружин G' 100 кгс. Определяется необходимая масса сателлитов для передачи крутящего момента
М 0,16 N 16 кгс;
q + G=4²mRn²
m 0,58 кг
Округляем массу сателлитного блока до 1 кг, тем самым почти в два раза увеличивая силы сцепления, и приводим расчет на количество сателлитов в блоке, исходя из допускаемых контактных напряжений. Материал сателлитов и рабочих колец центрального колеса следует принять рекомендованными практикой вариаторостроения.

При работе элементов в масле закаленная сталь по закаленной HR_с= 60.80 стали ШХ15,65Г и др. допускаемое контактное напряжение [ _н] пары определяется как: [ _н] 220 НRс; [ _н] 14000 кг/см² при m 1 кг; F_n 2259 кгс.

Контактные напряжения определяются по формуле Герца-Беляева
_н=0,418 < [_н] где Е модуль упругости;
b ширина рабочего пояска, b 0,4 см;
приведенная кривизна контакта, 3 см;
_н=0,418 26280 кг/см²
Количество сателлитов К в блоке определяется по допускаемому контактному напряжению на каждый сателлит:
K 2 сателлита
Как было сказано, транспортный вариатор обеспечивает разъединение валов для инерционного пробега при любой установленной передаче, когда частота ДВС сброшена до определенного минимального уровня. Эта минимальная частота определяется уравнением
n_min=60 300 об/мин
Уменьшение частоты ведущего водила вплоть до n_min не нарушает сцепления сателлитов с кольцами центрального колеса, если крутящий момент на трансмиссию формируется в соответствии с одновременным падением мощности двигателя.

Формула изобретения

1. Транспортный вариатор, содержащий корпус, ведущий и ведомый валы, взаимно уравновешенные сателлиты, оси которых расположены параллельно осям валов, центральное колесо с внутренней рабочей поверхностью, зубчатые колеса, механизм осевого перемещения центрального колеса и механизм переключения режима работы, отличающийся тем, что он снабжен подпружиненными подвесками, при необходимости имеющими противовесы, установленными с возможностью поворота на штангах фланцев водила, несущих промежуточные шестерни, сателлиты размещены на осях, каждая из которых установлена в подшипниках щек подвесок и имеет зубчатый венец, а одно из зубчатых колес размещено на ведомом валу для взаимодействия через промежуточные шестерни с зубчатыми венцами.

2. Вариатор по п. 1, отличающийся тем, что сателлиты выполнены в виде блока из двух или более тел качения с общим зубчатым венцом, а центральное колесо имеет соответственно два или более кольца с внутренней рабочей поверхностью.

3. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что рабочая поверхность сателлитов или колец центрального колеса выполнена по рабочей длине с различной величиной конусности, обратно пропорциональной величине изменения редуцирования.

4. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что все элементы зацепления имеют нормальный цилиндрический профиль.

5. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что подпружинивание сателлитов выполнено пружинами, закрепленными одной стороной на рычагах подвесок, а другой стороной - на кольцах, имеющих возможность осевого фиксированного поворота на оси водила.

6. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что механизм осевого перемещения центрального колеса выполнен в виде закрепленных на нем реек, выведенных через пазы корпуса с двух его сторон наружу и для зацепления с зубчатыми секторами, ось поворота которых имеет возвратные пружины и соединена с педалью независимого управления частотой ведущего и ведомого валов или с отдельным рычагом управления частотой ведомого вала.

7. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что механизм переключения режима работы содержит подшипники с направляющими коническими ободами около сателлитов со стороны ведомого вала, зубчатые венцы сателлитов шире зубчатых венцов зубчатого колеса ведомого вала, у которого зубчатый венец внутреннего зацепления смещен относительно венца наружного зацепления и имеет начальный диаметр, равный сумме двух начальных диаметров шестерен и начального диаметра зубчатого венца наружного зацепления зубчатого колеса ведомого вала.

8. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что рабочая поверхность сателлитов имеет односторонне направленные зубья с крутой и пологой гранями, а уклон пологих граней направлен в сторону вращения сателлитов.

9. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что центральное колесо имеет сменные кольца с пружинящей торовой формы рабочей поверхностью, одной стороной жестко закрепленные на центральном колесе, а другой стороной размещенные в его кольцевых проточках с возможностью осевого перемещения.

10. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что промежуточные шестерни выполнены в виде блока промежуточных шестерен.

11. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что сателлиты выполнены в виде цилиндров с торовыми рабочими поверхностями по торцам и подшипниковым ободом посередине, размещены на шлицах осей подвесок с возможностью осевого перемещения, центральное колесо содержит одну или несколько пар подвижных и неподвижных колец со встречной конической рабочей поверхностью, а подвижные кольца соединены с механизмом осевого перемещения центрального колеса.

12. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что ведущее водило имеет двусторонний вывод для привода.

13. Вариатор по п. 1, отличающийся тем, что центральное колесо имеет наружную рабочую поверхность.

14. Вариатор по п.9, отличающийся тем, что сменные кольца разрезаны со свободной стороны до зоны жесткого крепления на элементы с закругленными скосами с рабочей стороны, шириной меньше шага крутых граней сателлита с односторонне направленными зубьями.

15. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что все венцы промежуточных шестерен и колеса ведомого вала имеют зубья наружного зацепления для взаимодействия с сателлитами.

16. Вариатор по п.6, отличающийся тем, что применены возвратные пружины двустороннего действия с нейтральным положением центрального колеса при контактировании его рабочих поверхностей с сателлитами в зоне, соответствующей остановке ведомого вала.

17. Вариатор по п.11, отличающийся тем, что сателлиты выполнены с симметричными конусными рабочими поверхностями, а на общем основании или общей вершине конусов установлен подшипниковый обод для прямого соединения валов.

18. Вариатор по п.11, отличающийся тем, что центральное колесо состоит из подвижного, неподвижного и промежуточных колец, промежуточные кольца, содержащие встречные конусные рабочие поверхности, имеют свободу осевого перемещения и ограничены в тангенциальном направлении.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13