МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ ЦЕПНАЯ ПЕРЕДАЧА НА БАЗЕ ВАРИАТОРА
MULTISTAGE VARIATOR-BASED CHAIN TRANSMISSION

Изобретение относится к механическим передачам.
Передачи, в области преобразования движения, подразделяются на два вида по характеру передаточных отношений: ступенчатые (передачи зацеплением) и бесступенчатые (передачи трением). Каждый вид имеет свои характерные признаки и особенности.
Ступенчатые имеют в своем арсенале зубчатые, червячные, цепные и иные системные детали, которые имеют на каждую ступень отдельное материальное тело и свои геометрические параметры (шаг, количество зубьев, делительный диаметр). В определенных комбинациях образуют коробки передач: одно- и многступенчатые. Одноступенчатые просты по конструкции, многоступенчатые усложняют устройства. Имеют широкое применение: от ручных часов до карьерных экскаваторов и океанских танкеров. Стабильно сохранять заданные передаточные отношения - это их основное свойство, однако, в сложных и габаритных конструкциях, - тяжелы, громоздки, сложны и дороги в производстве. Пределы передаваемых мощностей 50000 л.с. и выше.
Конструкция бесступенчатого вариатора (на примере легкового автомобиля) состоит из двух пар конусных дисков и гибкой связи в виде металлического ремня (цепи) в форме клина между ними. Вариативность заключается в том, что ремень, находящийся между дисками, занимает разное (от минимального до максимального) расположение от центра вращения диска и зависит от расстояния дисков между собой. Ремень в зоне контакта с диском на всем диапазоне передачи «перебирает» весь диапазон мгновенных значений диаметров. «Перебор» происходит непрерывно (бесступенчато), а передача усилия - посредством трения. Для обеспечения необходимых тяговых сил передаче требуется применить достаточные сжимающие усилия для дисков. Для этих целей применяется система гидравлического привода. По сравнению со ступенчатой конструкцией бесступенчатая передача представляет собой более простой механизм. К недостаткам вариатора относится сравнительно не высокий уровень передаваемой мощности и не высокий срок работоспособности в связи с фрикционным характером взаимодействия деталей.
Предлагается третий вариант передачи, объединяющий положительные свойства ступенчатых и бесступенчатых механизмов передач. Сущность заключается в следующем. За основу преобразуемой передачи рассматривается конструкция бесступенчатого вариатора. На вариаторе фрикционный характер передачи между диском и ремнем замещается переходом на передачу зацеплением (цепь-«звездочка»). Физическим телом для «звездочки» является конусный диск с диапазоном диаметров от минимального до максимального с выделением диаметров, по значению делительных, с параметрами: шаг и число зубьев передачи. Фиксацией делительного диаметра является выдвижной штырь с функцией втулки цепи (по терминологии цепной передачи), но которая (втулка) уже принадлежит не цепи в новой передаче, а «звездочке», а впадина зуба звездочки перемещается на звено цепи. Цепь в поперечном сечении имеет форму клина, согласованную с углами конусных дисков. На всем диапазоне диаметров конусного диска содержится некоторый набор делительных диаметров звездочки с заданными параметрами передачи: шагами и количеством зубьев. По координатам осей втулок на делительных диаметрах сверлятся отверстия на конусном диске для выдвижных штырей, которые являются связующими элементами между цепью и диском и определяющие как передачу зацеплением. В соответствии с количеством делительных диаметров в наборе на диске имеем соответствующее количество передаточных отношений. Т.е. двумя парами конусных дисков, с соответствующими конструкциями, и соединяющих их бесконечной цепью, получаем многоступенчатую передачу. Почему на делительных диаметрах? Потому, что это расчетный диаметр, на котором цепь с соответствующим шагом укладывается в конечное количество шагов без излишних долей и искажений. Количество отверстий для втулок на делительном диаметре может быть размещено в соответствии с расчетным либо по усмотрению конструктора при наличии пространства для размещения, но минимально три, для обеспечения непрерывности сцепления цепи с диском. На уровень делительного диаметра цепь выводится в соответствии с расстоянием между дисками. Предлагаемая конструкция многоступенчатой передачи позволит существенно снизить себестоимость производства. Передаваемые мощности из расчета передачи. Форма штыря (втулки) и форма гнезда на звене зуба для посадки на втулку при зацеплении выбирается конструктором (конфигурация цилиндра, профиля зуба и пр.).
На чертеже представлена конструкция передачи с выдвижными штырями (втулками, по терминологии цепной передачи):
- поз. 1 - конусный диск,
- поз. 2 - штырь,
- поз. 3 - цепь,
- поз. 4 - делительные диаметры,
- α - угол охвата шкива цепью,
- β - угол между выдвижными штырями на делительном диаметре,
- γ - угол между выдвижными штырями на разных делительных диаметрах для рационального их размещения.
Обязательное условие α>β для обеспечения непрерывной связи цепи с диском.
Вторым вариантом размещения штыря (втулки) является его размещение на ползуне в пазе диска по примеру кулачка в пазе токарного патрона. Два ползуна (на парных дисках), связанных между собой втулкой, образуют опору для цепи. В итоге этот вариант выглядит следующим образом: два конусных диска с тремя пазами, в которых располагаются ползуны, несущие на себе втулки, и цепь, имеющая форму клина и размещаемая между конусами на втулках. Оси втулок, находясь на размерах делительного диаметра, вместе с цепью образуют фиксированные ступени передачи. Цепь, при переходе со ступени на ступень, выходит из зацепления со втулками одного делительного диаметра и снова включается в зацепление при достижении осями втулок другого делительного диаметра посредством системы управления передачей. Одним из примеров такой системы может служить конусный кулачок, расположенный с внутренней стороны диска, имеющий ступицу и три паза по спирали. Кулачок расположен вместе с диском на валу передачи и связан штифтом с валом и пазом по спирали с ползуном. На ступице имеется винтовой паз, с помощью которого происходит необходимый поворот конусного кулачка при перемещении его вдоль вала и расположения оси втулки на нужном делительном диаметре.
Источники
Добровольский В.А. и др. Детали машин, Машгиз, 1963 г.