ТОРОВЫЙ ВАРИАТОР
TOROIDAL VARIABLE-SPEED DRIVE UNIT

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в механизмах с плавным регулированием скорости.
Известен вариатор, содержащий ведущий и ведомый тороидные фрикционы с вогнутой рабочей поверхностью, а также контактирующий с ними ролик, рабочая поверхность которого сфера.
При передаче движения скорость вращения ведомого тороидного фрикциона можно регулировать, изменяя угол наклона оси вращения ролика /Ревков Г.А. Бесступенчатые клиноременные и фрикционные передачи / Г.А.Ревков, Б.А.Пронин. - М.: Машиностроение, 1980. - С.232-244./[1].
Недостатком известного устройства является то, что эффективное контактирование двух фрикционов может достигаться здесь только в одной точке, т.е. на очень малой площади, из-за чего передаваемая мощность остается низкой. Увеличить полезную площадь контактирования невозможно, так как появится множество точек контакта с разными передаточными числами, ролик должен будет работать на разрыв.
Технический результат изобретения - улучшение кинематических характеристик путем увеличения площади контакта фрикционных элементов - торовых колес.
Указанный результат достигается тем, что в торовом вариаторе, содержащем корпус, установленные в нем на валах и взаимодействующие между собой ведущий и ведомый торовые колеса, ролик, контактирующий с колесами, установленный с возможностью наклона своей оси вращения: образующие внутренней и внешней рабочих поверхностей фрикционов выполнены в виде вогнутой и выпуклой кривых. Расстояния р между точками, взятыми через равные интервалы на образующей кривой и осью вращения фрикциона будут соотносится между собой как
1
2
где ρ, ρ…… - расстояния от указанного номера точки кривой линии образующей до оси вращения элемента.
В предложенном вариаторе каждая точка на образующей фрикциона отстоит от оси вращений на расчетную величину и этим обеспечивается получение одинаковых передаточных чисел на большей площади для контакта фрикционов, что уменьшает пробуксовки и обеспечивает увеличение передаваемой мощности.
На фиг.1 схематически изображен предлагаемый вариатор, общий вид; на фиг.2 и 3 представлены поясняющие чертежи.
Вариатор содержит корпус 1, торовые колеса 2 и 3, один из которых, например, 2 - ведущий, они установлены навстречу один другому вершинами и укреплены на валах 4 и 5; ролик 6 касается торовых колес 2 и 1 и вращается вокруг своей оси на валу 7. Ролик 6 вследствие подпружиненности (не показано) всегда прижат своей верхней круговой поверхностью к круговой поверхности тороидных торовых колес 2 и 3. Ролик 6 можно устанавливать под различными углами путем поворота вала 7 вокруг оси 8.
Торовый вариатор работает следующим образом.
При вращении вала 4 вращающий момент передается на торовое колесо 2, контактирующий с роликом 6. Вращение от ролика 6 передается другому торовому колесу 3 и через вал 5 поступает к исполнительному механизму (не показан).
В результате выполнения образующих рабочих поверхностей ведущего и ведомого торовых колес по определенной зависимости увеличивается площадь контакта фрикционных пар.
В качестве примера конкретного выполнения разработки взят торовый вариатор, у которого радиус круговой кривой образующей равен 100 мм, контрольные точки на образующей взяты через отрезки дуги в 10 мм; расстояние ρ, которое отделяет эти точки от оси вращения колеса, составит величины (таблица 1), соотносящиеся между собой по такой зависимости
Эти расстояния можно представить как величины, образуемые при детальной разбивке круговой кривой и определяемые по формуле У=R(1-cosφ), надставленные на отрезок m (во взятом примере - 30 мм).
Таблица 1
№ точек колеса
Угол φ
У=R(1-cosφ)
ρ=y+m
<img file="00000003.tif" he="11" wi="15" img-content="undefined" img-format="tif" />
X=R·sinφ
1
5°, 73
2
11°, 46
3
17°, 19
4.47
34.47
0.91
4
22°, 92
7.90
37.90
0.90
5
28°, 64
12.20
42.20
0.89
6
34°, 38
17.50
47.50
56.47
0.89
7
40°, 11
23.50
53.50
64.43
0.89
8
45°, 84
30.30
60.30
71.74
0.89
9
51°, 57
37.80
67.80
0.89
10
57°, 30
46.00
76.00
0.90
11
63°, 03
54.70
84.70
Ролик у рассматриваемого тороидного вариатора представляет усеченную шаровую поверхность. Расстояния, взятые на его образующей до оси вращения ролика, вычисленные по формуле Х=R·sinφ, приводятся в таблице 1.
Пусть контактирование ролика с поверхностью торового колеса идет в точках 10, 9, 8. Тогда передаточные числа в точках контакта составят
Если далее проворачивать ролик против часовой стрелки - контактирование будет происходить в точках на новом участке образующей торового колеса, но передаточные числа и здесь по всей линии контакта фрикционов будут одинаковыми, что показано ниже.
Второе положение фрикционов
Третье положение фрикционов
Приведенные данные подтверждают то, что в предложенной разработке обеспечивается контактирование фрикционов не в одной точке, как у известных аналогов, а на линии, т.е. на многократно увеличенной площади, и этим обеспечивается увеличение передаваемой мощности при значительном уменьшении скольжения.