автоматическая бесступенчатая передача

область техники

изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкциям бесступенчатых передач, и может быть использовано в различных областях техники, в случае необходимости бесступенчатой передачи крутящего момента и регулирования при этом передаточного отношения в зависимости от нагрузки на выходе передачи, в частности, для мотор-вариаторов.

предшествующий уровень техники

в настоящее время широкое распространение получили бесступенчатые передачи, выполненные на базе фрикционных вариаторов. известна бесступенчатая передача, содержащая планетарный вариатор, состоящий из внутренних и внешних центральных фрикционных дисков, охватывающих с боковых сторон промежуточные фрикционные диски, механизм совместного изменения передаточного отношения и нажима, выполненный в виде поворотных рычагов, несущих промежуточные фрикционные диски и установленных на водиле планетарного вариатора с возможностью изменения положения поворотных рычагов (RU, 2091638).

в известном решении механизмы совместного изменения передаточного отношения и нажима прижимают центральные фрикционные диски к промежуточным дискам силами, пропорциональными передаваемым крутящим моментам, с предварительным поджимом пружинами.

этой передаче присущи следующие ограничения:

- нажимные части механизма совместного изменения передаточного отношения и нажима сложны, а главное - они не решают задачи оптимального поджима дисков друг к другу из-за того, что коэффициент трения в точках фрикционного масляного контакта сильно меняется; по данным испытаний, проведенных автором, для центральных внутренних фрикционных дисков значение этого коэффициента меняется в интервале 0,015í0,03, а для внешних 0,02í0,08, поэтому нажим, пропорциональный только моменту, для планетарных систем не достигает требуемого результата; - также не достигают результата конструкции нажимных частей упомянутых механизмов, включающие автоподжим с предварительным поджимом пружиной с усилием, обычно соответствующим 25í35% от максимального усилия; при этом начальный рабочий поджим для внешнего центрального фрикционного диска должен

составлять около 5í7% от максимального, и даже эта самая сложная комбинированная схема дает нажим в 5 раз превосходящий необходимый и резкое снижение кпд, а для автомобильной трансмиссии этот режим работы является самым распространенным, особенно при движении по шоссе (высшая передача); - коэффициент трения сильно зависит от частоты вращения валов вариатора, а упомянутые схемы нажимных частей не позволяют осуществлять его коррекцию.

известна также бесступенчатая передача, содержащая планетарный фрикционный вариатор, состоящий из внутренних и внешних центральных фрикционных дисков, охватывающих с боковых сторон промежуточные фрикционные диски, механизма совместного изменения передаточного отношения и нажима, выполненного в виде поворотных рычагов, несущих промежуточные фрикционные диски и установленных на водиле планетарного вариатора с возможностью изменения положения поворотных рычагов при помощи толкателей, перемещаемых по направляющим (RU, 2091637). особенностью этого изобретения является то, что толкатели подгружены к направляющим центробежными силами, вызванными неуравновешенностью поворотных рычагов относительно оси их вращения. такое выполнение вызывает весьма неудобные условия нагружения толкателей, что влечет за собой неточность и ненадежность регулирования. например, при изменении частоты вращения тихоходного вала в 10 раз (это реальный диапазон изменения передаточного числа вариатора), центробежная сила меняется в 100 раз, при этом крутящий момент «пpoтивoдeйcтвyющий» в системе регулирования этой силе, меняется примерно в 10 раз, и минимальной центробежной силе будет соответствовать как раз максимальный крутящий момент, который на тихоходном валу соответствует минимальной частоте вращения. практические исследования показали, что подобная система не обеспечивает необходимой точности регулирования передаточного отношения.

наиболее близкой к заявленной передаче является автоматическая бесступенчатая передача, содержащая планетарный фрикционный вариатор, состоящий из центральных внутренних и внешних фрикционных дисков, установленных, соответственно, на быстроходном ведущем центральном валу и корпусе и охватывающих с боковых сторон промежуточные фрикционные диски механизма совместного изменения передаточного отношения и нажима, выполненного в виде поворотных рычагов, несущих промежуточные фрикционные

диски, и установленного на водиле планетарного вариатора, связанном с тихоходным выходным валом, с возможностью изменения положения поворотных рычагов, причем механизм совместного изменения передаточного отношения и нажима выполнен с толкателями на поворотных рычагах, установленными с возможностью перемещения по направляющим вырезам на диске, связанном с тихоходным валом, и снабжен элементами нагружения поворотных рычагов, а также силовыми элементами осевого действия, прижимающими центральные фрикционные диски к промежуточным дискам, а элементы нагружения связаны с поворотными рычагами с возможностью поворота указанных рычагов в сторону, соответствующую уменьшению передаточного отношения вариатора от входного центрального вала к выходному тихоходному валу (BY, 7168).

ограничением известной передачи является то, что она не обеспечивает реверсирования вращения выходного тихоходного вала при сохранении ее автоматичности и надежности работы. раскрытие изобретения

в основу настоящего изобретения поставлена задача создания автоматической передачи, обеспечивающей реверсирование вращения выходного тихоходного вала при сохранении автоматичности передачи и надежности ее работы.

указанная задача решается тем, что в известной автоматической бесступенчатой передаче, содержащей планетарный фрикционный вариатор, состоящий из центральных внутренних и внешних фрикционных дисков, установленных, соответственно, на ведущем центральном валу и корпусе и охватывающих с боковых сторон промежуточные фрикционные диски, механизм совместного изменения передаточного отношения и нажима, выполненный в виде поворотных рычагов, несущих промежуточные фрикционные диски, и установленный на водиле планетарного вариатора, связанном с тихоходным валом с возможностью изменения положения поворотных рычагов, причем механизм совместного изменения передаточного отношения и нажима выполнен с толкателями на поворотных рычагах, установленных с возможностью перемещения по направляющим вырезам на диске, связанном с тихоходным валом, и снабжен элементами нагружения поворотных рычагов, а также силовыми элементами осевого действия, прижимающими центральные фрикционные диски к промежуточным дискам, а элементы нагружения связаны с поворотными рычагами с возможностью обеспечения поворота указанных

рычагов в сторону, соответствующую уменьшению передаточного отношения вариатора от входного центрального вала к выходному тихоходному валу, согласно изобретению направляющие вырезы на диске, связанном с тихоходным валом, выполнены в виде двух вырезов в диске, имеющих форму отрезков спиралей и расположенных по обе стороны от их максимального радиуса удаления от оси вариатора, причем эти вырезы выполнены сходящимися друг с другом в точке их максимального радиуса удаления от оси вариатора.

другим отличием передачи является то, что поворотные рычаги, несущие промежуточные фрикционные диски, выполнены с противовесами, несущими толкатели в виде роликов, установленных на осях, закрепленных в противовесах, причем ролики установлены в направляющих вырезах в диске, связанном с тихоходным валом.

еще одним отличием передачи является то, что поворотные рычаги выполнены неуравновешенными, причем масса противовесов на них выбрана больше той массы, при которой поворотные рычаги уравновешены относительно их поворота.

в числе отличий передачи следует отметить то, что элементы наrружения поворотных рычагов выполнены в виде пружин растяжения, связывающих водило с поворотными рычагами и стягивающих промежуточные фрикционные диски на этих рычагах к оси вращения валов вариатора, а также прижимающих толкатели рычагов к направляющим вырезам.

технический результат изобретения состоит в том, что благодаря особой форме направляющих вырезов для толкателей поворотных рычагов и другим особенностям выполнения в данной передаче обеспечивается возможность реверсирования вращения выходного тихоходного вала при сохранении автоматичности и надежности ее работы.

указанные преимущества, а также особенности изобретения поясняются лучшим вариантом его выполнения со ссылками на прилагаемые фигуры.

краткое описание чертежей

фиг. 1 изображает общую конструктивную схему бесступенчатой передачи (продольный разрез);

фиг.2 - вид по A-A на фиг. 1; фиг.з - вид по б-б на фиг. 1.

лучший вариант осуществления изобретения

автоматическая бесступенчатая передача содержит ведущий (быстроходный) центральный вал 1 (фиг.l), в данном случае являющийся валом электромотора, объединенного с вариатором в один блок - мотор-вариатор. на ведущем центральном валу 1 посажена с возможностью ограниченного осевого перемещения и передачи крутящего момента (на шпонке) втулка 2, на которой с помощью упоров 3 и гайки 4, а также фасонной шпонки 5 посажены центральные внутренние фрикционные диски 6, прижатые к промежуточным фрикционным дискам 7 с помощью тарельчатых пружин 8, упирающихся в борта упоров 3, причем центральные внутренние фрикционные диски 6 посажены на втулке 2 с возможностью их осевого перемещения в пределах, допустимых осевой упругостью тарельчатых пружин 8. внешние центральные фрикционные диски 9, играющие одновременно роль силовых элементов осевого действия - дисковых пружин, контактирующие с промежуточными фрикционными дисками 7, посажены в корпусе 10 с помощью втулок 11 и 12 с упорами 13 на них, а между внешними центральными фрикционными дисками 9 может находиться замкнутое или незамкнутое кольцо 14, определяющее осевое расстояние между основаниями внешних центральных дисков 9, однако наличие кольца 14 возможно, но не обязательно. левая часть (фиг.l) втулки 12 контактирует с торцевой крышкой 15 корпуса 10, и таким образом, основания внешних центральных фрикционных дисков 9 зажаты между упорами 13 втулок 11 и 12, в свою очередь зажатыми между правым торцом корпуса 10 и крышкой 15, прижимаемой к корпусу 10 болтами 16.

промежуточные фрикционные диски 7 сидят на осях с возможностью некоторого перемещения осей 17 в подшипниках 18, закрепленных на поворотных рычагах 19, в свою очередь жёстко закреплённых (например, с помощью штифтов 20) на оси 21, или выполненных с ней заодно (фиг. 1 и 2). ось посажена с возможностью поворота в водиле 22, и, таким образом, механизм передачи образует собой фрикционную планетарную передачу, где внешние центральные фрикционные диски 9 выполняют роль эпицикла, внутренние фрикционные диски 6 - солнечного колеса, промежуточные фрикционные диски 7 на осях 17 в подшипниках 18 поворотных рычагов 19 - сателлитов, а водило 22 - водила планетарной передачи.

поворотные рычаги 19 выполняются с противовесами 23 повышенной или пониженной массы для увеличения или уменьшения неуравновешенности поворотных рычагов 19 (фиг.2). на поворотных рычагах 19, например, на их противовесах 23,

закреплены оси 24, на которые с возможностью вращения посажены ролики 25, играющие роль толкателей кулачковой передачи, взаимодействующие с направляющими 26 (фиг.з), выполненными в виде вырезов в диске 27, соединенном с тихоходным валом 28 (фиг. 1) вариатора, на котором посажен с возможностью поворота один конец водила 22, а другой конец водила 22 зафиксирован с возможностью ограниченного осевого перемещения на подшипнике 29 на одном конце втулки 2, а второй конец втулки 2 снабжен подшипником 30, посаженном с возможностью ограниченного осевого перемещения по тихоходному валу 28. таким образом, втулка 2 имеет возможность ограниченного буртами на валах 1 и 28 осевого перемещения относительно водила 22 и тихоходного вала 28, не имеющими возможности непосредственного осевого перемещения друг относительно друга, а благодаря подшипнику 31, и относительно корпуса 10 с закрепленными в нем внешними центральными фрикционными дисками 9. таким образом, по осевому положению внешних центральных фрикционных дисков 9 выставляются промежуточные фрикционные диски 7 с их осями 18, свободно перемещаясь в осевом направлении, относительно водила 22, а также центральные внутренние фрикционные диски 6, закрепленные в тарельчатых пружинах 8 на втулке 2.

направляющие 26 для роликов 25 в диске 27 (фиг.з) равные по числу поворотным рычагам 19, а стало быть, и роликам 25, выполнены в виде двух вырезов в диске 27, имеющих форму отрезков спиралей, расположенных по обе стороны от их максимального радиуса, отсчитываемого от центральной оси вариатора (где на фиг.з находятся ролики 25). причем эти вырезы направляющих 26 выполнены сходящимися друг к другу на этом радиусе (у роликов 25 на фиг.з), и расходящимися по мере уменьшения радиуса, а между соседними вырезами для направляющих 26 остаются перемычки 32 для сохранения целостности диска 27 и его прочности (фиг.з).

поворотные рычаги 19 выполнены с элементами крепления 33 для подсоединения одного конца пружин растяжения 34, другой конец которых крепится к элементам крепления 35 на водиле 22; таким образом, пружины 34 стягивают к центру концы поворотных рычагов 19, несущих промежуточные фрикционные диски 7, а также прижимают ролики 25 (толкатели) к вырезам направляющих 26 (фиг. 2, 3).

в корпусе 10 устройства находится смазка, предпочтительнее специальная вариаторная, повышающая коэффициент трения между фрикционными дисками. устройства для заливки, контроля и слива масла на чертеже не показаны.

для лёгкого попадания смазки в щель между внешними центральными фрикционными дисками 9 кольцо 14 и втулка 12 могут выполняться с радиальными отверстиями, а в корпусе 10 на его внутренней цилиндрической поверхности выполняются продольные канавки 36, проходящие под втулкой 12, кольцом 14 и внешними центральными фрикционными дисками 9 (фиг. 1).

работает автоматическая бесступенчатая передача (фиг. 1) следующим образом.

работа устройства начинается с минимального передаточного отношения, которое обычно составляет 1,2í1,3, то есть частота вращения тихоходного вала 28 в это, число раз меньше частоты вращения ведущего центрального вала 1, в данном случае вала электродвигателя, объединенного с вариатором в один блок - мотор- вариатор. при этом крутящий момент от ведущего центрального вала 1 через шпонку, или иное соединение для передачи крутящего момента, передается на втулку 2, сидящую на валу 1 с возможностью ограниченного осевого перемещения, а с втулки 2 на упоры 3 и внутренние центральные фрикционные диски 6, соединенные шпонкой 5 с втулкой 2, с возможностью осевого перемещения на ней при работе устройства в пределах упругости тарельчатых пружин 8 с передачей крутящего момента. центральные внутренние фрикционные диски 6 прижаты к промежуточным фрикционным дискам 7 с двух сторон тарельчатыми пружинами 8, упирающимися своими основаниями в борта на упорах 3, поджатых друг к другу гайкой 4 на втулке 2, и при вращении передают крутящий момент на промежуточные фрикционные диски 7, посаженные на оси 2, закрепленные с возможностью осевого перемещения в подшипниках 18, сидящих на поворотных рычагах 19, в свою очередь закреплённых на оси 21, посаженной с возможностью поворота на водиле 22. при вдвигании и выдвигании промежуточных фрикцинных дисков 7, зажатых между центральными внутренними фрикционными дисками 6, что необходимо для изменения передаточного отношения вариатора, центральные внутренние фрикционные диски 6 перемещаются в осевом направлении по втулке 2 с передачей крутящего момента. промежуточные фрикционные диски 7 находятся также во фрикционном контакте с внешними центральными фрикционными дисками 9, одновременно играющими роль внешних фрикционных дисков и силовых элементов осевого действия дисковых пружин. внешние центральные фрикционные диски 9 зажаты между упорами 13 втулок 11 и 12 через кольцо 14 и передают крутящий момент (реактивный) на корпус

10 за счет трения. благодаря тому, что осевой размер кольца 14 меньше осевого расстояния между основаниями внешних центральных фрикционных дисков 9, свободно касающихся промежуточных фрикционных дисков 7 на их периферии, где толщина минимальна, внешние центральные фрикционные диски 9 всегда прижаты к промежуточным, фрикционным дискам 7 через упругую деформацию первых, и, таким образом, передают усилие, образующее крутящий момент. прижим внешних центральных фрикционных дисков 9 к промежуточным фрикционным дискам 7 увеличивается по мере вдвигания промежуточных фрикционных дисков 7 конической формы между внешними центральными фрикционными дисками 9 с увеличением упругой деформации последних, как дисковых пружин.

изменение передаточного отношения вариатора происходит автоматически при изменении крутящего момента на выходном тихоходном валу 28, и, таким образом, вариатор самостоятельно приспосабливается к нагрузке, являясь адаптивным, что весьма ценно для приводов. происходит это следующим образом. при крутящем моменте на валу 28 меньше определенного значения, пружины 34 стягивают между собой элементы крепления 33 и 35, и, поворачивая поворотные рычаги 19 так, чтобы диски 7, закрепленные на их концах, занимали максимально близкое к оси вращения вариатора положение (фиг.l, фиг.2). передаточное отношение вариатора при этом минимальное. этому при вращении водила 22 способствует также неуравновешенность поворотных рычагов 19 при выполнении противовесов 23 повышенной массы по отношению к той, при которой поворотные рычаги 19 уравновешены. увеличение сопротивления вращения вала 28 вызывает увеличение крутящего момента на диске 27, соединённого с ним, что вызывает поворот этого диска и перемещение роликов 25 (толкателей) в вырезах направляющих 26 в сторону от их максимального радиального удаления от оси вращения валов вариатора (фиг.з). в зависимости от направления вращения ведущего центрального вала 1, это перемещение может быть и в одну и в другую сторону от упомянутого положения роликов ,25, и, таким образом, вариатор может работать в режиме реверсирования, благодаря особой форме вырезов направляющих 26, расположенных по обе стороны вышеупомянутого положения роликов 25 в зоне максимального удаления от оси вращения валов вариатора.

это перемещение роликов 25 вызывает угловое перемещение поворотных рычагов 19, растяжение пружин 34 и удаление промежуточных фрикционных дисков 7

от оси вращения валов вариатора на периферию, что влечет за собой увеличение передаточного отношения вариатора, реально доходящего до значений 8í9. таким образом, описанная бесступенчатая передача не нуждается в принудительном регулировании, являясь автоматической (адаптивной), что является ценным свойством для большого количества её применений. в частности, описанная передача в одном блоке с асинхронньм электродвигателем образует мотор-вариатор с «мягкoй» характеристикой, позволяющей изменять частоту вращения и крутящий момент автоматически в широких пределах, практически сохраняя мощность и частоту вращения электромотора постоянными. смазка зон контакта центральных внутренних фрикционных дисков 6 и дисков 9 с промежуточными фрикционными дисками 7 осуществляется путём проникновения масла через отверстие во втулке 12 и кольце 14, а также канавки 36, в кольцевую щель между внешними центральными фрикционными дисками 9 и разбрызгивания его промежуточными фрикционными дисками 7 при вращении водила 22. реверсирование вращения выходного вала 28 вариатора осуществляется реверсированием входного вала 1 электродвигателя, что, например, в асинхронном электродвигателе осуществляется переключением фаз питающего тока. при этом водило 22, и связанные с ним поворотные рычаги 19 начинают вращаться в другую сторону, и ролики 25 переходят из одного спирального выреза направляющих 26 в другой, расположенный по другую сторону от их максимального радиуса от оси вариатора. при этом диск 27 начинает вращаться в сторону, противоположную первоначальной, приводя во вращение в соответствующую сторону вал 28.

промышленная применимость наиболее успешно заявленная автоматическая бесступенчатая передача промышленно применима для бесступенчатой передачи крутящего момента и регулирования при этом передаточного отношения в зависимости от нагрузки на выходе передачи, преимущественно в мотор-вариаторах.