ЦЕПНАЯ ПЕРЕДАЧА С АВТОМАТИЧЕСКИ ИЗМЕНЯЕМЫМ ШАГОМ
CHAIN DRIVE WITH AUTOMATICALLY CHANGED PITCH

Изобретение относится к машиностроению, в частности к области бесступенчатых механических передач, и может быть использовано в вариаторах и любых других механизмах для плавного регулирования скорости.
Известны фрикционные цепные вариаторы, в которых цепная передача выполнена с пластинчатой цепью в виде звеньев, нанизанных по бокам на две одинаковые параллельно расположенные металлические ленты. При работе устройства передача крутящего момента осуществляется за счет трения клиновидных звеньев цепи с поверхностью конических полушкивов [1]. Подобная конструкция, однако, ограничивает предельно допустимую передаваемую мощность величиной коэффициента трения между взаимодействующими поверхностями шкивов и цепи.
Известна наиболее близкая по технической сущности и достигаемому результату к заявленному изобретению, принятая в качестве прототипа цепная передача в составе зубчатого вариатора, который содержит ведущий и ведомый валы, на каждом из которых вращается по паре конических колес, имеющих силовые элементы в виде радиальных прорезей и выполненных с возможностью принудительного взаимосвязанного изменения расстояний между колесами в каждой ведущей и ведомой паре. Передача крутящего момента осуществляется посредством цепной передачи в виде замкнутой шарнирной цепи с зубьями, опоясанной снаружи гибкой металлической лентой [2].
Недостатком конструкции является возможность динамических ударов из-за неопределенности задания данным механизмом, основанным на изменении радиуса кривизны цепи, такого шага, который необходим по условиям зацепления в момент входа в контакт ее силовых пальцев с прорезями конических колес.
Другим недостатком является низкая совместная жесткость на кручение цепи и опоясывающей ее гибкой ленты, что может привести к скручиванию цепи вокруг продольной оси и дополнительному усилению динамических ударов. Кроме того, во избежание ударов звеньев цепи о стык гибкой ленты приходится использовать сплошное металлическое кольцо, что затрудняет его монтаж и демонтаж в вариаторе.
Технической задачей, решаемой изобретением, является снижение ударных динамических нагрузок в цепной передаче в момент соприкосновения силовых элементов цепи при входе в зацепление с коническими колесами вариатора при одновременном повышении жесткости цепи на кручение.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что цепная передача с автоматически изменяемым шагом, содержащая замкнутую многозвенную цепь, звенья которой соединены шарнирно посредством соединительных пальцев с двухсторонними внешними выступами для зацепления с силовыми элементами колес вариатора, и, по меньшей мере, один охватывающий цепь снаружи замкнутый гибкий элемент, имеющий возможность смещения в звеньях цепи относительно соединительных пальцев, согласно изобретению передача снабжена вторым гибким элементом, установленным концентрично внутри первого, при этом каждое из звеньев выполнено в виде пары плоских ступенчатых щек, жестко скрепленных между собой поперечинами, расположенными на продольной оси симметрии звена, а каждый из гибких элементов размещен с возможностью поступательного смещения в зазорах между поперечинами и соединительными пальцами звеньев цепи.
Решение поставленной технической задачи достигается также тем, что в качестве варианта каждый замкнутый гибкий элемент выполнен в виде упругой металлической ленты.
Решение поставленной технической задачи достигается также тем, что в другом варианте каждый замкнутый гибкий элемент выполнен в виде разъемного тросика, защищенного оболочкой и соединенного в кольцо полумуфтами с регулировочной стяжкой.
Решение поставленной технической задачи достигается также тем, что в частном случае соединительная поперечина каждого из звеньев цепи выполнена плоской.
Решение поставленной технической задачи достигается также тем, что в другом частном случае соединительная поперечина каждого из звеньев цепи выполнена цилиндрической.
Решение поставленной технической задачи становится возможным благодаря тому, что при работе устройства тяговое усилие передается звеньями цепи совместно с концентрично установленными гибкими элементами, выполненными в виде металлических лент или тросиков. Гибкие элементы, устанавливаемые с возможностью их смещения относительно соединительных пальцев, способствуют оперативному изменению шага цепи в момент зацепления с ведомыми и ведущими колесами вариатора за счет углового смещения соседних звеньев друг относительно друга. В итоге автоматически происходит выравнивание между собой шага элементов цепи, входящих в зону взаимодействия с силовыми элементами колеса вариатора, с текущим значением шага самого колеса, что в результате приводит к снижению динамических нагрузок элементов цепной передачи с изменяемым шагом. При этом, применение пары концентрично установленных гибких элементов однозначно позволяет повысить жесткость цепи на кручение по сравнению с единичным гибким элементом.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 дана кинематическая схема механизма; на фиг.2 изображен выносной элемент А на фиг.1 с плоскими соединительными поперечинами и ленточными гибкими элементами; на фиг.3 представлен в изометрической проекции фрагмент участка цепи, показанный на фиг.2; на фиг.4 изображены в изометрической проекции элементы цепи, показанной на фиг.2 и 3; на фиг.5 представлены в изометрической проекции четное и нечетное звенья цепи с круглыми поперечинами; на фиг.6 представлен в изометрической проекции фрагмент участка цепи с гибкими металлическими тросиками; на фиг.7 изображены в изометрической проекции элементы цепи, показанной на фиг.6, и на фиг.8 изображен регулировочный стык гибкого тросика.
На фиг.1 штрихпунктирными линиями показаны прорези в конических колесах; М и ω - соответственно крутящий момент и частота вращения ведущих конических колес вариатора.
Механизм цепной передачи с автоматически изменяемым шагом содержит замкнутую многозвенную цепь 1 (см. фиг.1), составленную из нечетных и четных звеньев 2 и 3, соответственно (см. фиг.2…7). Последние выполнены штампованными и поочередно шарнирно соединены между собой посредством пальцев 4 и 5. При этом пальцы 4 и 5 имеют внешние двухсторонние выступы 6 для зацепления с силовыми элементами в виде прорезей 7 на ведущих и ведомых конических колесах 8 и 9 вариатора. Причем пальцы 5 выполнены укороченными по сравнению с пальцами 4. Взаимосвязанные зазоры в осевом направлении между колесами 8 и 9 каждой пары могут быть принудительно установлены с помощью предназначенного для этого механизма (на черт, не показан). В состав цепной передачи входит охватывающий цепь 1 снаружи замкнутый гибкий элемент, выполненный, например, в виде упругой металлической ленты 10, имеющей возможность смещения в звеньях цепи относительно соединительных пальцев. Согласно изобретению цепная передача снабжена вторым гибким элементом, выполненным также в виде упругой металлической ленты 11, которая установлена концентрично в качестве внутренней относительно первой ленты 10. Ленты 10 и 11 установлены с зазором и имеют возможность смещения относительно пальцев 4 и 5. При этом каждое из звеньев 2 и 3 выполнено в виде пары плоских, ступенчатых щек 12, жестко скрепленных между собой поперечинами 13, выполненными либо плоскими, либо цилиндрическими, и расположенными на продольной оси симметрии каждого звена 2 и 3 (см. фиг.2). Наружный гибкий элемент, а именно, лента 10, размещен с возможностью поступательного смещения в зазорах между поперечинами 13 звеньев цепи и удлиненными соединительными пальцами 4, а внутренний элемент - лента 11, размещен в аналогичных зазорах между теми же поперечинами 13 и укороченными пальцами 5. Пальцы 4 и 5 закреплены на звеньях цепи 2 и 3 при помощи фиксаторов 14 (см. фиг.3, 4 и 5).
В другом варианте механизма (см. фиг.6…8) в качестве гибких элементов могут быть использованы разъемные металлические тросики 15 и 16, защищенные оболочкой 17, имеющие на концах соединительные полумуфты 18, с помощью которых тросики 15 и 16 могут быть соединены в кольцо, причем полумуфты 18 снабжены стяжками 19, вворачиваемыми в полумуфты 18. Стяжка 19 с правой и левой резьбой фиксируется, например, при помощи клея или контргайки 20, закрепляемой от раскручивания при помощи «холодной» сварки 21 после получения оптимальной длины настраиваемого тросика. Наружный металлический тросик 16 ограничивается в поперечном перемещении втулками 22, которые размещены в зазорах между щеками 12 и данным тросиком на удлиненных пальцах 4, при этом, поперечины 13 звеньев цепи могут быть выполнены либо плоскими (см. фиг.3 и 4), либо цилиндрическими (см. фиг.5).
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
Если передаточное отношение вариатора равно единице, то цепь 1 имеет примерно одинаковый шаг на конических колесах 8 и 9. Увеличение шага между звеньями 2 и 3 цепи 7 под действием приложенной к ней силы тяги ограничивается упругими деформациями гибких элементов, например, в виде металлических лент 10 и 11, которые изгибаются в зазорах между поперечинами 13 и пальцами 4 или 5, соответственно. Крутящий момент от ведущих конических колес 8 на тяговой ветви цепи 1 создает усилие за счет сделанных в колесе прорезей 7 и контактирующих с ними выступов 6 каждого из соединительных пальцев 4 и 5 (см. фиг.3). Тяговое усилие передается звеньями 2 и 3 цепи 1 совместно с гибкими элементами в виде лент 10 и 11 (из-за трения о поперечины 13). Благодаря имеющимся зазорам у гибких элементов 10 и 11, последние не препятствуют оперативному принудительному изменению шага цепи 1 при зацеплении с прорезями 7 ее внешних выступов 6, выполненных как на удлиненных, так и на укороченных пальцах 4 и 5, соответственно.
Пусть происходит увеличение передаточного отношения с помощью механизмов управления вариатором (на чертежах не показаны) путем расширения зазора между ведущими коническими колесами 8 и уменьшения его - у ведомых 9. Выдавливание ведомыми колесами 9 пальцев 4 и 5 к периферии ведет к увеличению радиуса и уменьшению кривизны цепи 1 в рабочей области данных колес при одновременном увеличении кривизны цепи в рабочей области ведущих колес 8. В результате одновременного воздействия на пальцы 4 и 5 цепи 1 сил со стороны прорезей 7 в рабочей области колес 8 и 9, а также действия момента сил упругости концентрически расположенных гибких металлических лент 10 и 11 соседние звенья 2 и 3 на ведомых колесах раздвигаются и по той же причине сдвигаются звенья цепи 1 - на ведущих колесах. При этом на свободных участках цепи 1, благодаря ее подвижному креплению относительно гибких металлических лент 10 и 11 (или гибких тросиков 15 и 16 - в другом варианте), происходит плавное изменение шага до значения, необходимого в момент контакта с коническими колесами 8 и 9 вариатора и зависящего от кривизны цепи 1 в рабочих областях. В результате происходит выравнивание между собой шага элемента цепи (см. фиг.2), приближающегося к прорези 7 колеса, с текущим значением шага самого колеса вариатора и поэтому снижаются динамические нагрузки на контактирующие поверхности цепной передачи.
В результате достигается однозначное соответствие между текущими значениями шага конических колес и звена цепи в момент их входа в зацепление, что снижает динамические нагрузки на цепную передачу с изменяемым шагом. При этом применение гибких тросиков 15 и 16, регулируемых по периметру за счет стяжек 19, упрощает сборку и разборку механизма вариатора, а также регулировочную компенсацию неравномерной вытяжки гибких элементов цепной передачи, возникающую в процессе эксплуатации.
За счет наличия растянутых внутренними силами гибких элементов 10 и 11, окантовывающих цепь 1, обеспечивается дополнительная жесткость на кручение ее участков между колесами вариатора, а также ограничивается зигзагообразное складывание звеньев на свободной ветви.
Таким образом, изобретение позволяет снизить ударные динамические нагрузки в цепной передаче в момент соприкосновения силовых элементов цепи и конических колес вариатора за счет возможности изменения шага звена цепи при его входе в зацепление, скорректированного автоматически по текущему значению шага колес при одновременном повышении жесткости цепи на кручение.
Источники информации
1. Lechner G., Naunheimer Н. Automotive transmissions. Springer, Verlag Berlin Heidelberg, 1999, p.143, fig.6.32b.
2. Патент РФ №2133393, Мкл. F16H 9/24 от 20.07.99 (прототип).