ЗУБЧАТЫЙ РЕВЕРСНЫЙ САМОРЕГУЛИРУЕМЫЙ ВАРИАТОР
TOOTHED REVERSING SELF-ADJUSTING VARIABLE-SPEED DRIVE

Область техники, к которой относиться изобретение:
Изобретение относится к машиностроению и предназначено для бесступенчатого, без разрыва потока мощности, саморегулируемого изменения передаточного отношения между двигателем и приводом машины (автомобили, тракторы и другие транспортные средства), для плавного пуска предварительно нагруженных машин (транспортеры, буровые установки, проходческие щиты и т.п.), для реверсирования направления вращения выходного вала. Диапазон изменения передаточного отношения лежит в любой области, ограниченной пределами от бесконечности до стремящейся к нулю, и определяется геометрическими параметрами валшестерен и сателлитов.
Уровень техники
Известны различные схемы зубчатых вариаторов.
Так, в патенте RU 2334141 (опубл. 20.09.2008) описан адаптивный зубчатый вариатор, состоящий из зубчатого колеса, в виде конического тела вращения, с криволинейной образующей, входящего в зацепление со вторым зубчатым колесом, состоящим из нескольких элементов в виде тел вращения, которые позволяют изменять ширину промежутка между зубьями соответственно ширине зуба первого колеса. В этом устройстве маленькое пятно контакта между зубьями первого и второго колеса, что снижает моторесурс вариатора, сложно в изготовлении.
В патенте SU 1666830 (опубл. 30.07.1991) описан вариатор, в котором изменение передаточного отношения обеспечивается изменением взаиморасположения ведущего и ведомого тороидальных зубчатых колес. Недостатками этого вариатора являются: сложность съема крутящего момента выходного вала так, как его ось вращения меняет свое положение; необходимость дополнительных устройств для управления вариатором; сложность в изготовлении.
В патенте RU 2205110 (опубл. 27.05.2003) описан вариаторный привод мобильных машин, изменение передаточного отношения происходит по средствам трехвального дифференциального механизма, кинематически связанного с входным и выходным валами коробки передач. Данный привод является дополнительным механизмом к коробке передач, требуется устройство управления приводом.
Во всех вышеперечисленных механизмах узкий диапазон изменения передаточного отношения.
Раскрытие изобретения
Вариатор работает следующим образом: при подаче нагрузки от входного вала (1) (фиг.1) через шестеренную передачу на водило (5) блок: водило, сателлиты (4, 7, 8), валшестерни (9, 15) - вращается как единое целое. Перемещением привода управления (6) вправо валшестерня первого ряда (15) посредством муфты включения (3), жестко соединяется с корпусом, что приводит к остановке валшестерни. В то же время валшестерня второго ряда (9) посредством муфты включения (10) и звездочки включения (11) входит в зацепление с выходным валом (12), что приводит к остановке валшестерни второго ряда (9), вызванной нагрузкой сопротивления на выходном валу (12). Блок сателлитов (4, 7, 8, 14) перемещается влево вдоль поверхности валшестерен за счет того, что угол наклона зубьев относительно оси у валшестерни второго ряда (9) по абсолютной величине больше и разнонаправлен по сравнению с валшестерней первого ряда (15). Это приводит к увеличению передаточного отношения, до тех пор пока крутящий момент, передаваемый от сателлита (7) валшестерне (9), не станет достаточным для преодоления сопротивления на выходном валу. Перемещение блока сателлитов обеспечивается тем, что при жестко связанных вдоль осей сателлитах в дифференциальном механизме выравниваются осевые силы, возникающие в косозубых шестеренных передачах при разнонаправленных зубьях первого и второго рядов. При увеличении подаваемой мощности на входном валу (1) блок сателлитов (4, 7, 8, 14) перемещается вправо, так как осевые силы, возникающие в шестеренной передаче между валшестерней первого ряда (15) и сателлитом первого ряда (4), будут превышать осевые силы, возникающие в шестеренной паре второго ряда, что приводит к уменьшению передаточного отношения. Включение реверса производится перемещением привода управления (6) влево валшестерни второго ряда (9), посредством муфты включения (10), жестко соединяется с корпусом, что приводит к остановке валшестерни. В то же время в пазы водила (5) входят ограничители, останавливающие блок сателлитов (16) в положении, соответствующем передаточному отношению i=7÷9, одновременно валшестерня первого ряда (15) посредством муфты включения (3) и звездочки включения (2) входит в зацепление с выходным валом (12).
min
max/
Валшестерня (фиг.3) (а) представляет собой конусную косозубую шестерню в виде конусного многозаходного винта, число заходов равно числу зубьев, с постоянным модулем, длиной конуса L, необходимой для обеспечения заданного диапазона изменения передаточного отношения. Изменение диаметра делительной окружности обусловлено изменением угла наклона зубьев β (меньший диаметр конуса D) до угла φ (больший диаметр конуса D) относительно оси вращения валшестерни. Углы нарезки зубьев на влшестернях первого и второго рядов разнонаправленны. Для обеспечения саморегулирования вариатора углы нарезки зубьев на валшестернях должны отличаться по величине.
Сателлит (фиг.3) (б) представляет собой часть сопрягаемой с ним валшестерни высотой (В), обеспечивающей прочностные качества, зависящие от нагрузок. У сопрягаемых валшестерни и сателлитов должны совпадать конусность и модуль - устанавливаются вершинами конусов в одном направлении.
Конструкция вариатора позволяет применять его в машинах различных классов мощности без изменения параметров основных деталей, устанавливая различное количество пар сателлитов (фиг.2), сечение А-А (а; б; в).
Передаточное отношение изменяется прямо пропорционально разности крутящих моментов на выходном и входном валах вариатора, представлено в виде диаграммы (фиг.2).
Передаточное отношение, соответствующее конкретному положению блока сателлитов (4, 7, 8, 14), определяется по формуле:
1) Прямое включение:
2) Реверсное включение:
где:
i - передаточное отношение, соответствующее конкретному положению блока сателлитов;
1
D - диаметр делительной окружности валшестерни первого ряда в плоскости, соответствующей средней линии высоты сателлита первого ряда;
1
d - диаметр делительной окружности сателлита первого ряда в плоскости средней линии высоты сателлита;
2
D - диаметр делительной окружности валшестерни второго ряда в плоскости, соответствующей средней линии высоты сателлита второго ряда;
2
d - диаметр делительной окружности сателлита первого ряда в плоскости средней линии высоты сателлита.
Краткое описание графических изображений
Фиг.1 Схема вариатора
а) Легко нагруженный; б) Средне нагруженный; в) Тяжело нагруженный.
1. Входной вал; 2, 11. Звездочки включения; 3, 10. Муфта включения; 4. Сателлит первой группы; 5. Водило; 6. Привод управления реверсом; 7. Сателлит второй группы; 8. Каретка сателлита; 9. Вал-шестерня второй группы; 12. Выходной вал; 13. Корпус; 14. Шарнир равных угловых скоростей; 15. Валшестерня первой группы; 16. Ограничитель хода блока сателлитов.
Фиг.2 Диаграмма изменения передаточного отношения
П - прямое включение;
Р - реверсное включение;
вых
вх
ΔM=М-М, где ΔМ - разность крутящих моментов на выходном и входном валах;
вых
М - крутящий момент сопротивления движителя;
вх
М - крутящий момент на входном валу вариатора;
i - передаточное отношение.
Фиг.3 Конусная шестерня
15 - валшестерня; 4 - сателлит.
max
D - больший диаметр делительной окружности;
min
D - меньший диаметр делительной окружности;
L - длина шестерни;
В - высота шестерни;
min
∠β - угол наклона зубьев на диаметре D
max
∠φ - угол наклона зубьев на диаметре D.
Зубчатый реверсный саморегулируемый вариатор представляет собой дифференциальный механизм, состоящий из двух валшестерен в виде конусных многозаходных разнонаправленных винтов, обращенных вершинами друг к другу, в зацепление с которыми входят сателлиты, одинаковой конфигурации с сопрягаемыми валами, соединенные между собой карданным валом, синхронно посредством кареток, соединенных между собой шарнирными тягами, передвигаются в пазах водила, вдоль оси валшестерен, параллельно их поверхности, обеспечивают автоматическое изменение передаточного отношения, в зависимости от того, который из валшестерен соединен с выходным валом, определяется направление вращения выходного вала.