ПЕРЕДАЧА С РОЛИКОВЫМ ЗАЦЕПЛЕНИЕМ В ТОРОИДАЛЬНОЙ ДОРОЖКЕ
GEAR WITH ROLLING ENGAGEMENT IN TOROIDAL TRACK

Настоящее изобретение относится к передачам с роликовым зацеплением в тороидальной дорожке. Изобретение, в частности, относится к устройствам для изменения передаточного отношения («вариаторам») для таких передач, в которых каждый из комплекта роликов, передающих зацепление между входным диском и выходным диском, соединен с гидравлическим механизмом, с помощью которого ролик позиционируют, причем позиция ролика является ключевым фактором в задании передаточного отношения.
Вариаторы этого типа хорошо известны в данной области техники, например, из GB-C-1395391, GB-A-2107009, ЕР-А-0078125 и ЕР-А-0133330. Эти вариаторы, как и большинство известных вариаторов такого типа, содержат комплект из трех роликов, осуществляющих зацепление между вращаемым входным диском и соосным с ним выходным диском, вращаемым в противоположном направлении; причем каждый ролик отстоит от других на 120° по дуге вокруг общей оси дисков. Передаточное отношение, передаваемое от входного диска к выходному диску каждым роликом, варьируют путем изменения положения этого ролика в направлении, по существу тангенциальном относительно центральной окружности общего тора, образуемого дорожками входного и выходного дисков. Механизм для сообщения этого тангенциального перемещения по меньшей мере некоторых из роликов содержит поршни, установленные на противоположных концах несущих роликовой опоры, т.е. конструкции, несущей подшипники, в которых установлены оси роликов, причем поршни установлены с возможностью перемещения в гидравлических цилиндрах.
В известных устройствах узлы поршень-цилиндр для управления роликами непременно выступают из корпуса вариатора. Хотя это обстоятельство не вызывает проблем с точки зрения действия вариатора, оно может пагубно сказываться, если пространство, доступное для установки вариатора, ограничено.
В ЕР-А-0538357 эту проблему решают путем расположения цилиндров таким образом, чтобы они находились по одну сторону от общей плоскости, включающей в себя ось дисков. Это позволяет значительно улучшить ситуацию, но все-таки приводит к возникновению поперечных выступов для узлов поршень-цилиндр.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения создан вариатор с роликовым зацеплением в тороидальной дорожке, содержащий:
- входной диск, установленный с возможностью вращения;
- выходной диск, установленный с возможностью вращения и соосно с входным диском;
- ролики, передающие вращение между входным диском и выходным диском;
- позиционеры, каждый из которых воздействует на соответствующий один из роликов;
- рычаги, каждый из которых соединен с соответствующим одним из роликов и связанным с ним позиционером.
За счет соединения посредством рычага каждого из роликов с соответствующим ему позиционером представляется значительно больше свободы выбора для размещения позиционеров, что позволяет создавать вариаторы более компактной конструкции.
Предпочтительно, чтобы каждый ролик и связанный с ним позиционер были соединены с соответствующим одним рычагом. Вариатор предпочтительно содержит множество рычагов, установленных с возможностью поворота относительно первой оси. Вариатор может также содержать рычаг, установленный с возможностью поворота относительно второй оси. Вторая ось может быть расположена под углом к первой оси.
Предпочтительно, чтобы каждый из позиционеров был установлен с одной и той же стороны от плоскости, выровненной с осью вращения дисков вариатора и проходящей через эту ось. Более предпочтительно, чтобы каждый из позиционеров был установлен ниже горизонтальной плоскости, выровненной с осью вращения дисков вариатора и проходящей через эту ось.
В предпочтительном варианте осуществления каждый из позиционеров располагают радиально снаружи от общей плоскости, проходящей параллельно оси вращения входного и выходного дисков и по касательной к периферии большего из входного диска и выходного диска.
Таким образом, все позиционеры могут быть расположены рядом друг с другом «с одной стороны» вариатора, что опять-таки позволяет создавать вариатор более компактной конструкции.
Предпочтительно, чтобы общая плоскость проходила по существу горизонтально. Таким образом, все позиционеры могут быть расположены ниже дисков вариатора.
Предпочтительно, чтобы общая плоскость проходила по касательной к самой нижней точке большего из входного диска и выходного диска.
Предпочтительно, чтобы направления перемещения позиционеров были по существу параллельны, а также предпочтительно, чтобы направления перемещения позиционеров были перпендикулярны общей плоскости.
В предпочтительном варианте исполнения каждый позиционер содержит поршень, установленный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного перемещения.
Предпочтительно, чтобы продольные оси цилиндров были по существу параллельны.
Предпочтительно, чтобы поршни можно было перемещать с помощью гидравлического давления, а также предпочтительно, чтобы цилиндры были расположены в общем блоке цилиндров.
Предпочтительно, чтобы позиционеры являлись механизмами двойного действия, т.е. чтобы с их помощью можно было перемещать ролик в любом из двух противоположных направлений.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения создан вариатор с роликовым зацеплением в тороидальной дорожке, содержащий:
- входной диск, установленный с возможностью вращения;
- выходной диск, установленный с возможностью вращения соосно с входным диском;
- ролики, передающие вращение от входного диска к выходному диску;
- позиционеры, каждым из которых воздействуют на соответствующий один из роликов;
причем каждый из позиционеров располагают радиально снаружи от общей плоскости, проходящей параллельно оси вращения входного и выходного дисков и по касательной периферии большего из дисков входного диска и выходного диска.
Благодаря расположению всех позиционеров указанным выше способом можно создать значительно более компактную конструкцию и более эффективно использовать имеющееся пространство.
Предпочтительно, чтобы общая плоскость проходила по существу горизонтально. Более предпочтительно, чтобы общая плоскость проходила по касательной к самой нижней точке большего из входного диска и выходного диска.
Таким образом, все позиционеры могут быть расположены ниже дисков вариатора.
Предпочтительно, чтобы направления перемещения позиционеров были параллельны. Например, направления перемещения позиционеров могут быть перпендикулярны общей плоскости.
Каждый позиционер может содержать поршень, установленный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Поршни предпочтительно можно перемещать посредством гидравлического давления.
Продольные оси цилиндров предпочтительно по существу параллельны. Цилиндры могут быть расположены в общем блоке цилиндров.
Предпочтительно, чтобы позиционеры являлись механизмами двойного действия.
Вариатор может дополнительно содержать множество рычагов, каждый из которых соединен с соответствующим одним из роликов и со связанным с ним позиционером.
Предпочтительно, чтобы каждый ролик и связанный с ним позиционер были соединены с соответствующим рычагом.
Вариатор предпочтительно содержит множество рычагов, установленных с возможностью поворота относительно первой оси. Вариатор может также содержать рычаг, установленный с возможностью поворота относительно второй оси. Вторая ось может быть расположена под углом к первой оси.
Ниже описан, только в качестве примера, конкретный вариант осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
Фиг.1 - вид в перспективе варианта осуществления бесступенчатой передачи, выполненной согласно настоящему изобретению;
Фиг.2 - подетальный вид в перспективе бесступенчатой передачи, представленной на Фиг.1, с удаленным наружным корпусом;
Фиг.3 - вид спереди бесступенчатой передачи, представленной на Фиг.1, с удаленными верхним корпусом и передним диском;
Фиг.4 - вид сзади бесступенчатой передачи, представленной на Фиг.1, с удаленными корпусом и задним диском;
на Фиг.5-9 - виды в перспективе узлов рычаг-ролик бесступенчатой передачи, представленной на Фиг.1.
На чертежах изображен узел 10 бесступенчатой передачи, содержащий наружный верхний корпус 12, установленный на нижнем блоке 14 цилиндров. В корпусе 12 размещена бесступенчатая передача с роликовым зацеплением в тороидальной дорожке, содержащая передний и задний входные диски 18, 20 и общий выходной диск 22, причем все они установлены на общей оси вращения.
Входные диски вращаются посредством ведущего вала (не показан), соединенного с выходом двигателя. Вращение от выходного вала передается двум входным дискам 18, 20 посредством шлицевых соединений 24. Входной вал также пропущен через подшипники (не показаны), установленные в центре выходного диска 22.
Противолежащие стороны входных дисков и выходного диска снабжены тороидальными поверхностями, которые образуют переднюю и заднюю тороидальные полости 26, 28. Движение передают от входных дисков к выходному диску посредством двух комплектов роликовых узлов (по три ролика в каждом комплекте) 30а, 30b, 30c, 32a, 32b, 32c; причем в каждой из двух тороидальных полостей 26, 28 расположено по одному комплекту 30, 32 роликовых узлов; причем роликовые узлы в каждом комплекте отстоят друг от друга на угол, приблизительно составляющий 120°. Каждый роликовый узел содержит дискообразный ролик 33, установленный с возможностью вращения в роликовой опоре 34 посредством поворотной цапфы 35.
Высокая торцевая нагрузка гидравлически прикладывается к одному из входных дисков (обычно к заднему диску), который внутри оказывает давление на входной вал, вызывающее таким образом зажимание роликов 33 между дисками 18, 22 и 20, 22. В месте контакта между дисками и роликами в результате сдвигового действия посредством рабочей среды передается сила. Когда точки контакта подвергают очень высокому давлению, вызванному торцевой нагрузкой, в этих точках сильно повышается вязкость рабочей среды, и упругогидродинамические характеристики среды позволяют эффективно передавать ведущее тяговое усилие.
Чтобы передавать требуемую мощность между дисками и роликами, следует обеспечить силу реакции. Силы реакции прикладывают гидравлически к каждому отдельному ролику, как это будет пояснено ниже, для обеспечения того, чтобы реактивный крутящий момент был равномерно разделен между роликами, и для создания непосредственно действующих средств контролируемо передаваемого крутящего момента.
Выходную мощность с вариатора отбирают с выходного диска 22. В конкретном варианте осуществления, описанном здесь, вариатор 10 является соосным вариатором, т.е. выходную мощность с выходного диска отбирают с полого вала (не показан), соединенного с выходным диском и установленного соосно с входным валом, и направляют к зубчатой передаче вместе с движением от входного вала. В альтернативном варианте осуществления выходную мощность с вариатора можно отбирать с периферии выходного диска 22 посредством цепи или ремня, охватывающего выходной диск.
Признаки, описанные выше, в целом традиционные для бесступенчатой передачи с роликовым зацеплением в тороидальной дорожке.
Реактивный крутящий момент прикладывают к ролику 33 каждого роликового узла с помощью соответствующего одного из шести реактивных поршней 36а, 36b, 36c, 38a, 38b, 38c двойного действия, каждый из которых установлен с возможностью скольжения в соответствующем одном из шести цилиндров 40а, 40b, 40c, 42a, 42b, 42c, предусмотренных в блоке 14 цилиндров. Продольные оси цилиндров 40, 42 и, следовательно, оси перемещения поршней 36, 38 параллельны друг другу и, в описанном варианте осуществления, все расположены вертикально. Однако каждый поршень 36, 38 не воздействует напрямую на связанный с ним роликовый узел, а вместо этого воздействует на рычаг 44, 46, к которому прикреплен роликовый узел.
Как показано на чертежах, рычаги в каждой полости не одинаковые. Это обеспечивает возможность более эффективного использования доступного пространства и, таким образом, обеспечивает возможность создания более компактной конструкции. Рассмотрим сначала переднюю тороидальную полость 26 между передним входным диском 18 и выходным диском 22 с передней стороны узла. При этом видим, что первый роликовый узел 30а прикреплен посредством универсального шарнира (например, подшипника «Rose») 47 к одному концу рычага 44а второго рода, причем точка опоры рычага представлена в виде первой оси 48 поворота, на которой рычаг установлен с возможностью поворота посредством подшипника 50а и штока 52а, проходящего от реактивного поршня 36а, который шарнирно соединен с рычагом 44а между двумя плечами рычага. Сама ось поворота установлена между передним и задним подшипниковыми кронштейнами 54 на опорной плите 56, расположенной на верхней поверхности блока 14 цилиндров.
Второй роликовый узел 30b прикреплен, также посредством универсального шарнира (например, подшипника «Rose») 47, к одному концу рычага 44b первого рода, причем точка опоры выполнена в виде оси 48 поворота, описанной выше, на которой установлен рычаг 44b посредством подшипника 50b. Шток 52b проходит от реактивного поршня 36b, соединенного с возможностью поворота с противоположным концом рычага 44b.
Третий роликовый узел 30с передней тороидальной полости 26 прикреплен посредством универсального шарнира (например, подшипника «Rose») 47 и соединительного рычага 45 к рычагу 44с третьего рода, причем соединительный рычаг проходит от точки, расположенной между точкой опоры рычага и шарнирным соединением рычага со штоком 52с, проходящим от реактивного поршня 36с. Точка опоры снабжена второй осью 60 поворота, проходящей между двумя кронштейнами 62 на верхней поверхности опорной плиты 56, в которых рычаг шарнирно установлен посредством подшипников 50с. Продольная геометрическая ось второй оси 60 поворота расположена в плоскости, параллельной плоскости первой оси 48 поворота, но смещена вниз от нее и направлена под углом к ней.
В каждом случае универсальный шарнир 47 соединен с опорой 34 ролика роликового узла.
Задняя полость 28 также снабжена первым, вторым и третьим роликовыми узлами 32a, 32b, 32c, соединенными с рычагами 46a, 46b, 46c. Роликовые узлы 32a и 32b и рычаги 46а и 46b фактически идентичны роликовым узлам 30a и 30b и рычагам 44a и 44b передней полости 26, за исключением незначительных различий. Роликовый узел 32с и рычаг 46с идентичны роликовому узлу 30с и рычагу 44с передней полости. Рычаги 44а и 44b шарнирно установлены на первой оси 48 поворота посредством подшипников 50. Рычаг 46с шарнирно установлен посредством подшипника 50с на третьей оси 68 поворота, которая соответствует второй оси 60 поворота передней полости 26. В действительности положения и ориентация роликов и рычагов в передней и задней полостях 26, 28 фактически являются зеркальным отражением друг друга относительно плоскости, проходящей через центр выходного диска 22 перпендикулярно оси вращения входных и выходного дисков 18, 20 и 22, за исключением незначительных различий в форме рычагов в двух полостях.
Как показано на чертежах, особенно на Фиг.3 и 4, все позиционирующие поршни расположены полностью радиально снаружи от входных и выходного дисков 18, 20, 22 вариатора. Видно, что все исполнительные поршни расположены в одной и той же стороне от плоскости X1, проходящей горизонтально через ось вращения дисков вариатора. В действительности все поршни расположены снаружи (относительно оси вариатора) от одной общей плоскости Х2, проходящей параллельно оси вращения дисков вариатора и по касательной к периферии большего из дисков (в данном варианте осуществления диаметры двух входных дисков 18, 20 и выходного диска 22 равны) и, в данном варианте осуществления, проходящей горизонтально.
За счет соединения каждого позиционирующего поршня со связанным с ним роликовым узлом через рычаг и за счет расположения всех позиционеров за плоскостью Х2 можно выбирать положение исполнительных поршней со значительно большей свободой. В результате можно получить значительно более компактную конструкцию.
В действительности все позиционирующие поршни располагают с одной и той же стороны вариатора, что позволяет создать значительно более компактную конструкцию.