Шариковый дисковый вариатор

Шариковый дисковый вариатор  относится к передачам с бесступенчатым изменением передаточного числа.
Технический результатом является - упрощение конструкции вариатора, расширение его функциональных возможностей и ресурса. Вариатор , состоит по меньшей мере из двух валов один из которых ведущий 1 а второй ведомый 2 , двух дисков 3 и 4 насаженных на валы и вращающихся совместно с ними а также свободно вращающего шарика 5 зажатого между дисками в зоне их пресечения с необходимым для передачи крутящего момента усилием сжатия Q.  Плавное изменение передаточного числа осуществляется путем перемещения шарика помещенного в отверстие подвижной позиционирующей планки 6 в зоне пресечения дисков.  На фиг. 1 приведен пример простейшей реализации механизма позиционирования шарика, когда подвижная планка выполнена в виде рычага имеющего ось вращения, но он может быть реализован любым иным способом, обеспечивающим не радиальное, как в представленном случае, а линейное передвижение шарика в плоскости образованной осями валов, поскольку именно такое позиционирование представляется оптимальным.  Если шарик находится на равноудаленном расстоянии от осей вращения дисков и диски имеют одинаковый диаметр то передаточное число равно единице,  а  при перемещении его в ту или иную сторону относительно осей вращения передаточное число будет либо меньше, либо больше единицы. Реализации функции муфты сцепления может быть осуществлена либо за счет вывода шарика за область сектора двойного кругового сегмента пересечения дисков, также диск может быть снабжен скосом обеспечивающий плавное начало сцепления или канавкой и в зоне которых шарик теряет контакт с дисками вследствие чего кинематическая связь разрывается и передача крутящего момента прекращается. Вторым вариантом реализации той же функции является изменение силы сжатия Q, которая может осуществляться любым известным из уровня техники способом. Например,  не только пружиной как на фиг.  1, но и гидравлическим, пневматическим цилиндром, соленоидом т.д.  В этом случае сила прижатия  может регулироваться и отключаться. Когда сила прижатия  прекращает воздействие кинематическая связь в данном устройстве разрывается мгновенно. Это может быть полезно для систем безопасности и аварийного отключения.  При передаче больших крутящих моментов одного шарика может быть недостаточно. Для увеличения эффективности передачи крутящего момента применяется принцип осевого масштабирования, который подразумевает что,  ведущие и ведомые диски 3  и 4 многократно дублируются и между ними располагаются шарики 6 предающие крутящий момент.   При этом направляющие планки обеспечивают синхронное перемещение шариков и образуют один единый позиционирующий механизм. В этом случае диски вращаются совместно с валами, но имеют осевую подвижность, которая позволяет дискам самопозиционироваться,  исключая условия  при которых в них будут возникать циклические изгибающие нагрузки крайне негативно влияющих на ресурс механизма.
Для еще большего увеличения передаваемого крутящего момента устройство имеет возможность  радиального масштабирования фиг. 2, когда на дополнительных валах добавляется наборы ведомых дисков 7 и 8 по периметру ведущего диска. В этом случае можно  реализовать либо синхронную схему позиционирования шариков, когда они располагаются в одном и том же месте соответствующих двойных сегментов пересечения дисков и тогда скорости вращения всех ведомых валов будут одинаковыми, либо независимую и тогда  возникает возможность на разных валах получать разную  скорость вращения в пределах регулирования передаточного числа.  И таким образом устройство приобретает функции дифференциального вариатора.
На сегодняшний день известно достаточное количество фрикционных дисковых вариаторов различной конструкции, в которых  крутящий момент передается за счет трения между набором ведущих  и ведомых дисков,  а  изменения передаточного отношения достигают главным образом перемещением ведущего вала относительно ведомого вала или наоборот. При этом изменяется межосевое расстояние. Подобная конструкция обладает рядом недостатков, в частности сам способ изменения передаточного отношения за счет изменения межосевого расстояния делает конструкцию технически сложной, а способ передачи крутящего момента за счет силы трения скольжения создает высокие потери и износ рабочих поверхностей. Однако наиболее близкой к предложенной схеме является техническое решение, предложенное в патенте   RU 95 107 762 A1.  В данной конструкции валы так же имеют фиксированное межосевое расстояние, но крутящий момент передается с одного пакета дисков на другой за счет сдавливания роликами и создания точки контакта на дисках в определенном месте двойного кругового сегмента пересечения окружностей дисков. Однако данное техническое решение имеет все те же недостатки. Какой бы малой ни была точка контакта, в ней непременно возникнут  силы трения, снижающие эффективность устройства и создающие механические потери. Трение будет вызывать локальный нагрев в точке контакта и повышенный износ. Таким образом, устройство не может гарантировать высокий уровень надежности и долговечности. В предложенном устройстве сила трения скольжения заменена на силу трения качения, которая в большей степени способна передавать крутящий момент с меньшими потерями. При этом, если в случае с прочими фрикционными передачами попадание смазки в зону контакта является крайне не желательной то  для данного устройства это требование не столь критично, либо не критично вовсе. Нужно лишь создать прижимное усилие, которое в точках контакта будет больше, нежели силы поверхностного натяжения масляной пленки.   Кроме того сама конструкция позволяет распределять крутящий момент между шариками и расчетным путем определять его допустимые значения гарантирующие отсутствие проскальзывания. При необходимости суммарный крутящий момент может быть увеличен за счет по крайне мере трех  параметров: 1 – изменения диаметра шариков 2 – изменения силы прижатия и 3 -  дублирования фрикционных пар, как осевого, так и радиального.  Все перечисленные качества позволят на базе предложенного устройства создавать широкий спектр механизмов с необходимыми характеристиками и разнообразными свойствами.