ДИСКОВЫЙ ПЛАНЕТАРНЫЙ ВАРИАТОР
DISK PLANETARY VARIATOR

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано, в частности, в трансмиссиях различных машин.
Известны многодисковые вариаторы, включающие внешние и внутренние центральные фрикционные диски, сидящие, соответственно, на вращающемся корпусе вариатора и на его выходном 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 этою вариатора типично планетарная, однако, она может использоваться и с неподвижным водилом в качестве реверсивной повышающее 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 окружною 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.
6
Конструкция планетарною вариатора по патенту РФ №2140028, 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 вышеуказанному 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 техническою 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 с повышенной несущей способностью за счет того, что вариатор выполнен модульной конструкции, составленной из отдельных однорядных модулей.
Указанная задача решается тем, что вариатор выполняется как минимум однорядным, с механизмом изменения его передаточного отношения, причем каждый ряд вариатора включает цилиндрическую часть корпуса, внешние и внутренние центральные фрикционные диски, первые из которых закреплены на цилиндрической части корпуса, а вторые - на входном валу, и размещенный между ними один ряд сателлитов, зафиксированных с возможностью вращения и осевого смещения на поворотных рычагах, посаженных с возможностью поворота на осях, жестко зафиксированных в водиле, характеризующийся тем, что каждый ряд вариатора выполнен в виде отдельного модуля, причем цилиндрические части корпуса, поворотные рычаги и их оси, а также входной вал каждою модуля выполнены с возможностью подсоединения к ним как таких же частей другого модуля, так и торцевых крышек вариатора с возможностью вывода из них входного вала, соединенного с центральными внутренними фрикционными дисками всех модулей, и выходного вала, соединенного с водилами всех модулей.
Другой особенностью предлагаемого вариатора является то, что входной вал выполнен общим для всех модулей и выходящим из торцевых крышек в одну или обе стороны.
Еще одной особенностью предложенного вариатора является то, что механизм изменения передаточного отношения расположен на элементе, связанном с выходным валом вариатора, и вращается вместе с ним, а подвижным управляющим звеном он связан с поворотными рычагами примыкающего к нему модуля вариатора.
Благодаря описанным выше особенностям выполнения вариатора обеспечивается технический результат, который состоит в повышении жесткости, прочности, кинематической точности КПД вариатора.
Устройство представлено на чертежах фиг.1-фиг.4, где на фиг.1 дано сечение А-А по фиг.2, на фиг.2 - сечение Б-Б по фиг.1, на фиг 3 - сечение Б-Б фиг.2 с торцевой крышкой и механизмом изменения передаточного отношения, на фиг.4 - сечение Б-Б фиг.2 вариатора, собранного из двух модулей.
Модуль вариатора (фиг.1, фиг.2) включает цилиндрическую часть корпуса 1, в которой закреплены внешние центральные фрикционные диски 2, контактирующие с сателлитами 3, в качестве не менее 3 в ряду. Сателлиты 3 контактируют также с внутренними центральными фрикционными дисками 4, кинематически связанными с входным валом 5 с передачей крутящего момента, например, шпонкой 6. Сателлиты 3 посажены на осях 7 в подшипники 8, зафиксированные на поворотных рычагах 9, сидящих с возможностью поворота на осях 10, в которых выполнены отверстия 11. Оси 10 жестко посажены в водило 12, с двух торцов охватывающее центральные внутренние фрикционные диски 4. Поворотные рычаги 9 выполнены с поводками 13, служащими для их кинематического соединения с механизмами для осуществления их поворота для изменения передач очного отношения модуля вариатора.
На фиг.3 представлена схема модуля вариатора по фиг.2, закрытая с одного из торцов крышкой 14, присоединяющейся к цилиндрической части корпуса 1 модуля, через которую проходят выходной вал 15, соединенные с водилом 12, например, стержнями 16, проходящими через отверстия 11 в осях 10 и закрепленными на элементе, связанном с выходным валом 15, например, резьбой. С выходным валом 15 соединен механизм 17 изменения передаточного отношения модуля, например шаговый электродвигатель, вращающийся вместе с валом 15 и питаемый извне от токосъемника 18 и щечки с проводом 19. В крышке 14 на подшипнике 20 сидит выходной вал 15. Механизм 17 содержит приводимый управляющий элемент 21, кинематически связанные с поводком 13, управляющим изменением передаточного отношения модуля вариатора. Расчетом и экспериментом показано, что угол поворота поводка 13 не более 30°, и таким образом, поворот поводка вполне укладывается в свободное пространство, образованное водилом и составляющее около 150°.
На фиг.4 представлена схема модульного вариатора, составленного из двух модулей по фиг.2 и закрытого торцевыми крышками с двух торцов. Торцевая крышка 22, как и крышка 14, крепится к цилиндрической части 1 модуля вариатора и в данном исполнении имеет отверстие с подшипником 23 для выхода входного вала 5. Таким образом, на фиг.4 изображена схема модульного вариатора, состоящего из двух модулей, с выходом выходного вала 15 с левого торца, а входного - с правого, хотя валы эти могут иметь выход в любую сторону, и вместе, и порознь. Поводки 13 у обоих модулей соединены друг с другом, вал 5 у них общий, а оси 10 соединены стержнями 16 и стянуты, например, резьбой. Водила двух модулей, примыкающих друг к другу, могут быть дополнительно соединены друг с другом, например, болтами, а сами модули могут содержать центрующие посаженные кольца 24. Места выходов валов 15 и 5 из торцевых крышек 14 и 22 уплотнены подшипниками с уплотнениями 20 и 23, либо специальными уплотнениями.
Работа устройства происходит следующим образом (рассматривается наиболее общий случай работы двухмодульного вариатора по фиг.4).
Вращение от внешнего источника (например, двигателя (на чертеже не указан)) подается на входной вал 5, который посредством шпонок 6 приводит во вращение внутренние центральные фрикционные диски 4. От них посредством сателлитов 3, закрепленных на осях 7 в подшипниках 8 на поворотных рычагах 9, сидящих на осях 10 в водиле 12, взаимодействующих силой трения с внешними центральными фрикционными дисками 2, закрепленными на корпусе 1, вращение передается на водило 12, соединенное с выходным валом 15. Соединение водил 12 обоих модулей вариатора с выходным валом 15 производится с помощью стержней 16, проходящих через отверстие 11 в осях 10 (см. фиг.1), соединенных с водилами 12 и выходным валом 15 резьбой и головкой на стержнях 16. Таким образом скрепляются с выходным валом 15 и друг с другом водила 12 обоих модулей, кроме того, водила модулей центруются между собой посадочным кольцом 24 и могут быть дополнительно скреплены друг с другом, например, болтами. На фиг.4 изображено исполнение вариатора, когда входной вал 5 и выходной вал 15 выходят наружу соответственно через торцевые крышки 22 и 14, но, в принципе, и входной 5 и выходной 15 валы могут быть выполнены выходящими в любую из торцевых сторон. Регулировка передаточного отношения вариатора производится механизмом 17, например шаговым электродвигателем, установленным на валу и вращающимся вместе с ним, питаемым от токосъемника 18 и щетки с проводом 19. Механизм 17 через управляющий элемент 21 и поводки 13 поворачивает синхронно на требуемый угол поворотные рычаги 9 всех модулей вариатора, изменяя передаточное отношение вариатора. Входной вал 5 подбирается по длине набора модулей вариатора и вставляется на шпонках 6 в центральные отверстия блоков внутренних центральных фрикционных дисков 4. Корпус 1 модулей и торцевые крышки 14 и 22 к ним скрепляются между собой любым известным способом, например, фланцами с болтами.