МНОГОДИСКОВЫЙ ПЛАНЕТАРНЫЙ ВАРИАТОР
MULTIPLATE PLANETARY VARIATOR

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано, в частности, в трансмиссиях различных машин.
Известны многодисковые фрикционные вариаторы, в том числе двухступенчатые, включающие внешние и внутренние центральные (отбуртованные) фрикционные диски, сидящие, соответственно, на вращающемся корпусе вариатора и на его выходом валу и находящиеся во фрикционном контакте с коническими промежуточными дисками, посаженными на шлицевом валу, закрепленном в подшипниках на водиле (см. Пронин Б.А., Ревков Г.А., Бесступенчатые клиноременные и фрикционные передачи (вариаторы), М., Машиностроение 1980, с.263, рис.154). Схема этого вариатора типично планетарная, однако она может использоваться и с неподвижным водилом в качестве реверсивной повышающей передачи, недостатком этой конструкции является высокая нагруженность шлицевого вала, закрепленного на подшипниках в водиле и воспринимающего крутящий момент, передаваемый одной группой промежуточных дисков, находящихся в контакте, например, с внешними центральными дисками, другой группе дисков, находящихся в контакте с внутренними центральными дисками. Кроме крутящего момента вращающийся, шлицевой вал воспринимает изгиб от передачи дисками окружного усилия. Все это вынуждает изготовлять шлицевой вал большого диаметра, что существенно снижает диапазон варьирования передаточного отношения, в большой мере зависящий от меньшего расстояния от зоны контакта промежуточных дисков с центральными до оси вращения конических дисков.
Конструкция планетарного вариатора по патенту РФ №2140028, 6 F16H 15/50, 1998, автор Н.В. Гулиа, позволила частично устранить этот недостаток, уменьшив практически вдвое число промежуточных дисков - сателлитов, обеспечив одним и тем же дискам контакт и с внешними, и с внутренними центральными дисками. По этому патенту выполнен ряд конструкций, изготовленных и успешно испытанных.
По наличию максимального количества признаков, общих с предлагаемым техническим решением, прототипом целесообразно выбрать конструкцию, выполненную по вышеупомянутому патенту и наглядно изложенную в журнале «Вестник машиностроения» №4, 2003 на с.6., рис.3. Это техническое решение включает планетарный многодисковый вариатор с водилом из двух боковин, соединенных между собой трубчатой деталью, внутри которой с возможностью поворота зафиксирована ось поворотных рычагов, несущих на одних концах подшипники, в которых зафиксирована ось с группой сателлитов на ней, а на других концах - элементы управления, перемещением которых изменяется передаточное отношение вариатора с помощью механизма изменения этого передаточного отношения.
Недостатком технического решения - прототипа является недостаточная прочность и жесткость вращающейся оси сателлитов, на которой находится группа сателлитов, сжимаемая с боков центральными фрикционными дисками. При высоких скоростях вращения водила, что имеет место при положении осей сателлитов вблизи оси вариатора, ось сателлитов подвергается изгибу как от радиальных составляющих нажима, так и от центробежных воздействий при вращении. В результате вращающаяся ось сателлитов изгибается наружу и выходит из строя из-за усталостных нагрузок. Выполнять же ее толстой нецелесообразно, так как это резко снижает диапазон варьирования вариатора и КПД из-за высокого значения минимального передаточного отношения.
Задачей изобретения является повышение жесткости, прочности, кинематической точности и КПД вариатора за счет того, что ось сателлитов выполнена неподвижной, с фиксацией на ней сателлитов с возможностью их вращения и боковыми зазорами между ними; упомянутая ось сателлитов жестко посажена в отверстия на концах поворотных рычагов, средние части которых соединены также жестко между собой трубами, несущими на себе кронштейны, поддерживающие ось сателлитов между посаженными на нее сателлитами в боковых зазорах между ними. Изгибная жесткость оси сателлитов увеличивается при этом во много раз, изгибные напряжения намного уменьшаются, а главное, устраняется высокая цикличность нагружения оси из-за того, что она становится неподвижной.
Дополнительными преимуществами являются повышения общей жесткости и прочности конструкции, увеличение кинематической точности фрикционных контактов из-за снижения прогиба оси, а также увеличение КПД и диапазона варьирования из-за снижения диаметра оси сателлитов, нагруженной теперь намного меньше.
Технический результат состоит в повышении долговечности и прочности конструкции за счет выполнения оси сателлитов неподвижной, что намного повышает ее усталостную прочность. Посадка этой оси в отверстия на концах поворотных рычагов, а также фиксация средней части оси в отверстиях на кронштейнах, закрепленных на трубах, связывающих поворотные рычаги, значительно повышает ее прочность и снижает прогибы, что повышает кинематическую точность устройства; повышение прочности и жесткости оси сателлитов позволяет уменьшить ее диаметр, что увеличивает КПД вариатора им диапазона варьирования, так как при этом снижается расстояние от точек контакта сателлитов с внутренними фрикционными дисками до оси вращения сателлитов, что уменьшает минимальное кинематическое передаточное отношение вариатора, влияющее положительно на КПД и увеличивающее диапазон варьирования.
Устройство представлено на чертежах (фиг.1 - поперечный разрез, фиг.2 и фиг.3 - продольные разрезы).
Многодисковый планетарный вариатор содержит корпус 1, в котором установлены на подшипниках с возможностью вращения и остановки внешние центральные фрикционные диски 2, входной вал 3, на котором фиксируются без возможности относительного проворота внутренние центральные фрикционные диски 4 и сателлиты 5, установленные с возможностью их свободного вращения на невращающейся оси 6 в несколько рядов (в данном случае - в три ряда) по группе в несколько сателлитов в каждом ряду, равномерно расположенных по окружности (в данном случае таких групп 4). Оси 6 жестко (на посадке) зафиксированы в отверстиях как в поворотных рычагах 7, так и в кронштейнах 8, которые сидят на трубах 9, зафиксированных с возможностью поворота на цилиндрических стяжках 10, соединяющих между собой боковины водила 11. Как минимум один из концов группы поворотных рычагов 7, расположенных со стороны одной боковины водила 11, или особые кронштейны 12 содержат элементы управления 13, например, 'в виде стержней, соединенных с механизмом изменения передаточного отношения вариатора, например пневмоцилиндром 14. Боковина водила 11 соединена с выходным валом вариатора 15. Отметим, что внешние центральные фрикционные диски 2 могут фиксироваться на эпицикле 16, посаженном с возможностью вращения в корпусе и с возможностью соединения с ним тормозом 17.
Работа устройства заключается в следующем. При действии на сателлиты 5 радиальных сил от сдавливания их центральными фрикционным дисками 2 и 4 и динамических сил при быстром вращении водила (эти силы часто называют центробежными) ось 6 сателлитов 5 испытывает большие силовые воздействия. Однако наличие поворотных рычагов 7 и кронштейнов 8, жестко связанных с трубами 9, в которых зафиксированы невращающиеся оси 6 по обе стороны сателлитов 5, сидящих с возможностью вращения на этой оси, минимизирует напряжения и деформации оси 6, это особенно важно с учетом того, что невращающаяся ось 6 выполняется малого диаметра, а это расширяет диапазон передаточных отношений вариатора и повышает его КПД за счет снижения меньшего значения передаточного отношения вариатора. Таким образом, предлагаемая конструкция вариатора способна воспринимать большие частоты вращения и большие нагрузки, чем прототип, а также обеспечить высокие значения диапазона варьирования и КПД. Вращение на внутренние центральные фрикционные диски 4 передается от входного вала 3; внешние центральные фрикционные диски 2, связанные с вращающимся в корпусе 1 эпициклом 16, имеют возможность торможения тормозом 17, что приводит водило 11, а следовательно и выходной вал 15 во вращение.
Изменение передаточного отношения производится поворотом поворотных рычагов 7, закрепленных на трубах 9, относительно цилиндрических стяжек 10, например, с помощью пневмоцилиндра 14. При этом сателлиты 5, закрепленные с возможностью вращения на оси 6, перемещаются в радиальном направлении по центральным фрикционным дискам 2 и 4, изменяя передаточное отношение вариатора.
Заметим также, что вариатор можно смазывать как окунанием, так и принудительно минеральным маслом или особой высокотяговой смазкой для вариаторов, например «Сантотрак-50» фирмы «Финдетт» (США) или отечественной смазкой ВТМ.