ДИСКОВЫЙ ПЛАНЕТАРНЫЙ ВАРИАТОР
DISK PLANETARY STEPLESS TRANSMISSION

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано, в частности в трансмиссиях транспортных средств, в первую очередь, автомобилей, для привода их от любых двигателей.
Известны планетарные дисковые фрикционные вариаторы, содержащие внешние и внутренние центральные фрикционные диски, водило с сателлитами, входной и выходной валы и механизм для изменения передаточного отношения, выполненный в виде шарикового нажимного устройства. Подобные вариаторы выпускаются, в частности, германской фирмой «Ленце», и они широко распространены в мире (см., например, пат. GB № 1384679, F16H 15/50, 1975 г., а также Гулиа Н.В. и др. «Детали машин» (учебник), М., Academia, 2004, стр.93, рис.5.10.). Недостатком этой конструкции, не позволяющей использовать ее в трансмиссиях автомобилей, является крайне медленное, длящееся минутами, изменение передаточного отношения, выполненное путем «выдавливания» сателлитов внешними центральными фрикционными дисками, сдавливаемыми шариковыми нажимными устройствами. Кроме того, эти нажимные устройства вызывают пережим дисков, снижающий КПД устройства.
Известны также бесступенчатые передачи с вариаторами фрикционного типа, позволяющие автоматическое изменение передаточного отношения и применяемые для автомобильных трансмиссий. Одна из них включает планетарный вариатор с быстроходными и тихоходными валами, кинематически связанные, соответственно, с одним из центральных колес и водилом, регуляторное звено, включающее профилированные поверхности и взаимодействующие с ними толкатели, поворотные рычаги, кинематически связанные с регуляторным звеном и водилом вариатора, несущие на осях промежуточные диски-сателлиты, радиальное перемещение которых меняет передаточное отношение вариатора кинематическим способом (см. патент РФ № 2091637, F16H 15/50, 1997, автор - Н.В.Гулиа). Данное устройство принято за аналог.
Устройству-аналогу присущ недостаток, заключающийся в том, что толкатели подгружены к профильным поверхностям центробежными силами, вызванными неуравновешенностью поворотного рычага относительно его оси вращения. Такое выполнение вызывает весьма неудобные условия нагружения регуляторного звена, что влечет за собой неточность и ненадежность регулирования.
Описанный недостаток устранен в техническом решении - прототипе (патент РФ № 2138710, F16H 15/50, 1999 г., автор - Н.В.Гулиа), за счет того, что регуляторное звено выполнено со статическими элементами нагружения поворотных рычагов (например, пружинами, гидро- или пневмоцилиндрами и т.д.), подгружающими их в сторону поворота, соответствующего уменьшению передаточного отношения от быстроходного вала к тихоходному, причем толкатели и профильные поверхности могут быть расположены как на поворотных рычагах, так и на элементе, связанном с тихоходным валом. Отмеченные профильные поверхности выполнены по спиралям, направление которых обеспечивает при опережении водилом тихоходного вала угловое перемещение поворотных рычагов в сторону, соответствующую увеличению передаточного отношения вариатора, причем профильные поверхности могут быть выполнены переменными (неплоскими) в осевом направлении с возможностью их осевого перемещения относительно толкателей. При этом центр масс поворотных рычагов может находиться как на оси их поворота (рычаги уравновешены), так и быть смещенными в ту сторону, движение которой от центра на периферию вызывает уменьшение передаточного отношения вариатора. Таким образом осуществляется автоматическое изменение передаточного отношения, причем кинематическим способом. Упомянутый быстроходный, как и тихоходный, вал может быть как ведущим, так и ведомым.
К недостаткам устройство-прототипа можно отнести невозможность принудительного изменения передаточного отношения вариатора при сохранении кинематического способа радиального перемещения сателлитов путем поворота поворотных рычагов, на концах которых на осях находятся упомянутые сателлиты.
Задачей изобретения является создание дискового планетарного вариатора, позволяющего осуществлять принудительное регулирование его передаточного отношения при сохранении кинематического способа радиального перемещения сателлитов.
Указанная задача решается тем, что предложен дисковый планетарный вариатор, включающий внешние и внутренние центральные фрикционные диски, первые из которых закреплены с возможностью передачи крутящего момента в корпусе, а вторые - на входном валу вариатора, входящие в контакт с промежуточными коническими фрикционными дисками - сателлитами, зафиксированными с возможностью вращения на поворотных рычагах, закрепленных с возможностью поворота на вращающемся водиле, причем одна из групп концов поворотных рычагов снабжена толкателями, характеризующийся тем, что толкатели выполнены взаимодействующими с рабочей поверхностью переменной геометрии, будучи прижатыми к ней, при этом рабочая поверхность переменной геометрии выполнена в виде внутренней поверхности одного или нескольких рядов упоров, расположенных в осевом направлении, равностоящих от оси вариатора для каждого из рабочих положений, причем все упоры кинематически связаны друг с другом и с корпусом вариатора.
Другим отличием предложенного вариатора является то, что он включает механизм синхронного радиального перемещения упоров, выполненный в виде диска со спиральными зубьями на нем, как минимум с одной из его торцевых сторон, взаимодействующих с таковыми же на каждом из упоров, причем сами упоры закреплены с возможностью их радиального перемещения в направляющих, выполненных на корпусе или связанных с ним деталях, а сам диск выполнен с возможностью его поворота вокруг оси вариатора вручную или с помощью сервопривода.
Следующим отличием предложенного вариатора является то, что каждый упор частично или полностью выполнен с параллельными боковыми поверхностями.
Еще одной особенностью вариатора является то, что все его поворотные рычаги связаны с водилом механизмом, обеспечивающим их синхронный поворот на один и тот же угол.
Следующей особенностью вариатора является то, что механизм, обеспечивающий синхронный поворот рычагов, выполнен в виде зубчатого колеса на водиле, сопряженного с зубчатыми секторами или колесами на каждом поворотном рычаге.
Следующим отличием предложенного вариатора является то, что внутренние поверхности упоров выполнены цилиндрическими, вогнутыми с радиусом вогнутости, равным радиусу цилиндрической рабочей поверхности упоров при их максимальном раздвижении.
Следующим отличием предложенного вариатора является то, что толкатели выполнены в виде роликов, обкатывающихся по внутренним цилиндрическим поверхностям упоров.
Следующим отличием предложенного вариатора является то, что толкатели выполнены в виде шарнирно закрепленных на концах поворотных рычагов кареток, содержащих на своих концах ролики.
Следующим отличием предложенного вариатора является то, что толкатели выполнены в виде серповидных скользунов, скользящих со смазкой по внутренним цилиндрическим поверхностям упоров.
Технический результат изобретения состоит в устранении автоматичности зависимости передаточного отношения вариатора от крутящего момента на выходном валу и в осуществлении возможности изменения его принудительно вручную или с помощью сервопривода.
Устройство представлено на фиг.1 - 6, где на фиг.1 и 2 изображена его схема в ее продольном разрезе, соответственно на максимальном и минимальном значениях передаточного отношения, на фиг.3 и 4 - виды поперечных разрезов схем по фиг.1 и 2, а на фиг.5, 6 - схемы различных выполнений толкателей.
Дисковый планетарный вариатор включает в себя корпус 1, в котором закреплены с возможностью передачи крутящего момента внешние фрикционные диски 2, входящие в контакт своими дорожками качения с промежуточными коническими дисками-сателлитами 3, в свою очередь входящими в контакт с дорожками качения на внутренних фрикционных дисках 4, закрепленных с передачей крутящего момента на входном валу 5 вариатора. Сателлиты 3 посажены с возможностью свободного вращения на осях 6, связанных с поворотными рычагами 7 кривошипного типа, закрепленными с возможностью поворота в подшипниках 8 на водиле 9. На кривошипах 10 поворотных рычагов 7 шарнирно закреплены толкатели в виде роликов 11 (фиг.1 и 2), скользунов 12 (фиг.3 и 4), или кареток 13 с шарниром 14 и роликами 15, выполненными с возможностью вращения, по концам кареток, причем шарнир 14 может быть расположен как в самой плоскости осей роликов 15 (фиг.5), так и в плоскости, параллельной им (фиг.6). На поворотных рычагах 7 закреплены также зубчатые колеса или секторы 16, входящие в зацепление с зубчатым колесом 17, закрепленных на водиле 9. На корпусе 1 закреплены диски 18, внутренние поверхности которых, обращенные друг к другу, образуют направляющие 19 в виде секторов, к боковым поверхностям которых примыкают с возможностью скольжения упоры 20 и 21, расположенные, как минимум, одним рядом в осевом направлении. На фиг.1, 2 представлены упоры 20 и 21, расположенные в два ряда в осевом направлении, причем упоры 20 расположены в правом ряду и упоры 21 - в левом ряду. Боковые поверхности упоров 20 и 21, контачащие с направляющими 19 выполнены параллельными друг другу на каждом упоре, а внутренние поверхности 22 и 23 упоров 20 и 21 выполнены цилиндрическими, например, с радиусом, соответствующим максимальному радиусу внутренних поверхностей 22 и 23 при полностью раздвинутых упорах 20 и 21 (см. фиг.4). На упорах 20 и 21 на их торцевых поверхностях, обращенных друг к другу, выполнены спиральные нарезки 24, сопряженные с соответствующими спиральными нарезками 25 на диске 26, посаженном с возможностью вращения в корпусе 1. Привод вращения диска 26 осуществляется, например, с помощью зубчатого колеса 27, зубья которого входят в зацепление с зубьями, выполненными на периферии диска 26. Вал 28 колеса 27 может вращаться вручную или сервоприводом (не показан). Выходной вал 29 вариатора кинематически связан с водилом 9.
Работа устройства происходит следующим образом. При необходимости изменения передаточного отношения вариатора вручную или сервоприводом с помощью вала 28 вращают зубчатое колесо 27, которое проворачивает диск 26, спиральные нарезки 25 которого, сопряженные со спиральными нарезками 24 на упорах 20 и 21, продвигают последние к центру вариатора или от него, в зависимости от направления вращения диска 26. При этом внутренние цилиндрические поверхности 22 и 23 упоров 20 и 21 сдвигаются или раздвигаются, приближая к центру или отдаляя от него толкатели в виде роликов 11 или скользунов 12, закрепленных на кривошипах 10, или в виде кареток 13 с роликами 15, причем каретки 13 закреплены на шарнирах, в виде тех же осей 10. Упоры 20 и 21 своими боковыми поверхностями скользят по направляющим 19, выполненным на дисках 18, закрепленных на корпусе 1 или выполненных с ним заодно. Кривошипы 10, перемещаясь радиально от центра или к нему, поворачивают поворотные рычаги 7 и выполненные на них оси 6 сателлитов 3, в подшипниках 8 водила 9. Синхронизация поворотов всех поворотных рычагов 7 обеспечивается закрепленными на них зубчатыми колесами или секторами 16, входящими в зацепление с зубчатым колесом 17 на водиле 9. Сателлиты 3, контактирующие с прижатием с фрикционными дисками 2 и 4, перемещаясь с осями радиально, изменяют передаточное отношение вариатора от максимального (фиг,1, 3) до минимального (фиг.2, 4). Вращение подается на входной вал 5 вариатора и снимается с выходного вала 29.
Анализ показывает, что, например, при числе толкателей 20 и 21, равному двадцати четырем, несоответствие рабочей цилиндрической поверхности упоров 20 и 21 при максимальном передаточном отношении вариатора для диаметра рабочих поверхностей 22 и 23 около 200 мм равно всего 0,06 мм. Это несоответствие уменьшается благодаря сглаживающему действию роликов 11, и еще в большей степени каретках 13 с роликами 15. Скользуны 12 же благодаря гидродинамической смазке между их рабочими поверхностями и рабочими поверхностями 22 и 23 упоров 20 и 21, делают это несоответствие практически незаметным и не отражающимся на динамике движения скользунов 12. При малом передаточном отношении вариатора (фиг.2, 4), а стало быть, и максимальной скорости обката роликами 11 или 15 рабочих поверхностей 22 и 23, эти рабочие поверхности представляют собой геометрически точные окружности, что наиболее благоприятно для контакта роликов 11 или 15, а также скользунов 12 с рабочими поверхностями 22 и 23.