ПЕРЕКРЕСТНО-СДВОЕННАЯ ЦЕПЬ
CRISSCROSSED-DOUBLE CHAIN

Изобретение относится к машиностроению и может использоваться в цепных приводных и вариаторных передачах.
В настоящее время известны направления развития приводных цепей. К таким цепям относятся приводные втулочные цепи, приводные роликовые цепи и приводные зубчатые (бесшумные) цепи и различные их модификации.
Главным недостатком известных втулочных и приводных роликовых цепей является ударный характер их сопряжения с зубьями звездочки, что снижает КПД цепного привода в целом и ограничивает рабочие скорости цепей.
Так, например, известна бесшумная износостойкая цепь, состоящая из роликов, объединенных в цепь при помощи втулок, которые позволяют увеличить область соприкосновения элементов цепи, позволяя таким образом передавать нагрузку через внутренний и внешний диаметры втулки в одной плоскости (US 7056248 В2, 06.06.2006).
Потери на трение в самой цепи ниже, чем в других подобных решениях, однако, такая цепь, как и другие бесшумные цепи, теряет кинетическую энергию в момент столкновения звена цепи с зубом звездочки, что приводит к снижению КПД цепного привода в целом.
Известны вариаторные цепи, взаимодействующие с дисками шкивов боковой поверхностью пластин или торцевой поверхностью пальцев, соединяющих пластины.
Главными недостатками эти цепей являются ударный характер сопряжения цепи с дисками шкивов вариатора в целом и небольшая площадь контакта цепи с дисками шкивов, что снижает надежность и КПД всего привода.
Известен цепной ремень, используемый для уменьшения шума привода. В данной конструкции блоки цепи имеют овальную форму вместо круглой, за счет чего уменьшается концентрация усилия на зону, в которую направлена нагрузка от шкива цепного ремня. Блоки привода имеют такую конструкцию, что часть блоков располагается вне привода, что приводит к эффекту уменьшения относительной скорости (US 4936813, 26.06.1990).
Недостатком данной конструкции также является ударный характер сопряжения цепи с дисками шкивов вариатора.
Наиболее близким к заявленному изобретению по конструкции является тяговая цепь, содержащая основные пластины, шарнирно соединенные пальцами, и дополнительные пластины. Дополнительные пластины соединяются с противоположными торцами жестким соединением, а с соседними - шарнирно. Основные пластины установлены друг к друг под углом 0-90°С. При действии ударных нагрузок шарнирно установленные пластины передают усилия на дополнительные пластины и скручивают жестко скрепленными с ними пластины (SU 1613747 А1, 15.12.1990).
Недостатком данной цепи является то, что при ее входе в контакт со звездочкой часть передаваемой мощности тратится на скручивание элементов цепи, что значительно снижает ее КПД и ресурс, а также будет служить дополнительным источником разогрева цепи при работе.
Задачей заявленного изобретения является создание такой конструкции цепи, которая бы исключала указанные выше недостатки.
Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в уменьшении потерь на трение во время сопряжения цепи и звездочки, в уменьшении ударных нагрузок, испытываемых цепью и звездочкой (шкивом) во время их сопряжения, а также увеличении площади пятна контакта цепи с поверхностью диска конусного шкива вариатора.
Указанный технический результат достигается тем, что перекрестно-сдвоенная цепь, содержащая расположенные под углом друг к другу звенья, выполнена из, по меньшей мере, одного уровня попарно соединенных двумя рядами пальцев опорных и соединительных пластин, таким образом, что на нижнем ярусе звена внешний ряд пальцев соединяет верхние части опорных и соединительных пластин, а внутренний ряд пальцев - противолежащие нижние части опорных пластин и нижние части соседних справа соединительных пластин, а на верхнем ярусе звена внешний ряд пальцев соединяет верхние части опорных и верхние части соседних слева соединительных пластин, а внутренний ряд пальцев - нижние части опорных и соединительных пластин, при этом в звене ярус опорных пластин располагается между ярусами соединительных пластин, при этом выполняется следующее условие:
a
2
2
2
(min)≥c-b, где
а
- расстояние между осями соседних внешних пальцев (мм);
с - расстояние между осями внешнего и внутреннего пальцев, объединенных соединительной пластиной (мм);
b - расстояние между осями внешнего и внутреннего пальцев, объединенных опорной пластиной (мм).
В предпочтительном варианте выполнения цепи, соединительная пластина выполнена с изгибом в нижней части, а опорная пластина выполнена с расширением в верхней части. Кроме того, пальцы внешнего ряда могут быть длиннее пальцев внутреннего ряда, при этом торцы пальцев скошены и выполнены вогнутыми.
Каждое звено может дополнительно содержать щеки, которые могут быть выполнены скошенными и вогнутыми на внешних боковых поверхностях.
В другом предпочтительном варианте, перекрестно-сдвоенная цепь является вариаторной.
Указанный технический результат достигается также тем, что перекрестно-сдвоенная цепь, содержащая расположенные под углом друг к другу звенья, выполнена из, по меньшей мере, одного уровня попарно соединенных двумя рядами пальцев опорных и соединительных пластин, таким образом, что на нижнем ярусе звена внешний ряд пальцев соединяет верхние части опорных и соединительных пластин, а внутренний ряд пальцев - противолежащие нижние части опорных пластин и нижние части соседних справа соединительных пластин, а на последующих ярусах внешний ряд пальцев соединяет верхние части соседних соединительных пластин, а внутренний ряд пальцев - нижние части соседних соединительных пластин со смещением на одну пластину, при этом выполняется следующее условие:
a
2
2
2
(min)≥c-b, где
а
- расстояние между осями соседних внешних пальцев (мм);
с - расстояние между осями внешнего и внутреннего пальцев, объединенных соединительной пластиной (мм);
b - расстояние между осями внешнего и внутреннего пальцев, объединенных опорной пластиной (мм).
В предпочтительном варианте выполнения цепи, соединительная пластина выполнена с изгибом в нижней части, а опорная пластина выполнена с расширением в верхней части. Кроме того, пальцы внешнего ряда могут быть длиннее пальцев внутреннего ряда, при этом торцы пальцев скошены и выполнены вогнутыми.
Каждое звено может дополнительно содержать щеки, которые могут быть выполнены скошенными и вогнутыми на внешних боковых поверхностях.
В другом предпочтительном варианте, перекрестно-сдвоенная цепь является вариаторной.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена часть перекрестно-сдвоенной цепи; на фиг.2 - форма опорных пластин цепи; на фиг.3 - форма соединительных пластин цепи; на фиг.4 - взаимодействие пластин перекрестно-сдвоенной цепи со звездочками; на фиг.5 - схема набегания перекрестно-сдвоенной цепи на звездочку; на фиг.6 - поперечный разрез вариаторной перекрестно-сдвоенной цепи; на фиг.7 - изображена часть перекрестно-сдвоенной цепи со щеками; на фиг.8 - поперечный разрез вариаторной перекрестно-сдвоенной цепи со щеками; на фиг.9 - вид В1-В1 по фиг.6; на фиг.10 - вид В2-В2 по фиг.8; на фиг.11 - взаимодействие пластин перекрестно-сдвоенной вариаторной цепи с дисками конусных шкивов.
Заявленная перекрестно-сдвоенная цепь состоит из звеньев, расположенных под углом друг к другу. Каждое звено состоит нескольких уровней попарно соединенных двумя рядами пальцев опорных 1 и соединительных 2 пластин. Внешние 3 и внутренние 4 пальцы расположены в замкнутой цепи в два ряда, при этом внешние пальцы 3 образуют внешний ряд, а внутренние пальцы 4 соответственно внутренний ряд.
В одном варианте исполнения цепи, каждый уровень звена состоит из двух ярусов соединительных пластин 1 и одного яруса опорных пластин 2, таким образом, что на нижнем ярусе звена внешний ряд пальцев 3 соединяет внешние части 5 и 6 опорных 1 и соединительных 2 пластин, а внутренний ряд пальцев 4 - противолежащие нижние части 7 опорных пластин 1 и нижние части 8 соседних справа соединительных пластин, а на верхнем ярусе звена внешний ряд пальцев 3 соединяет внешние части 5 опорных пластин и верхние части 6 соседних слева соединительных пластин, а внутренний ряд пальцев 4 - нижние части опорных 7 и соединительных 8 пластин, при этом в звене ярус опорных пластин 1 располагается между ярусами соединительных пластин 2.
На фиг.2 показана опорная 1 пластина, внешняя часть 5 которых выполнена с расширением. Опорные 1 пластины собраны в цепи в одном уровне так, что гранича друг с другом верхними более широкими частями, ограничивают минимальное расстояние, на которое могут сближаться пальцы 3 внешнего ряда. Размеры более широкой верхней части опорных 1 пластин задаются такими, чтобы изгиб цепи мог быть только односторонним и выполнялось условие:
a
2
2
2
(min)≥с-b, где
а
- расстояние между осями соседних внешних 3 пальцев (мм);
с - расстояние между осями внешнего 3 и внутреннего 4 пальцев, объединенных соединительной 2 пластиной (мм);
b - расстояние между осями внешнего 3 и внутреннего 4 пальцев, объединенных опорной 1 пластиной (мм).
По первому варианту выполнения цепи в каждом ярусе наклон соединительных пластин 2 по отношению друг к другу выполнен в одном направлении. Таким образом, обеспечивается плотная компоновка цепи.
На фиг.3 изображена соединительная 2 пластина, которая с одной стороны в нижней части выполнена с изгибом для того, чтобы обеспечивать больший угол под которым, соединенные ею опорные 1 пластины могут установиться по отношению друг другу, таким образом, обеспечивая цепи возможность охватывать звездочку 9 (10) необходимого радиуса.
Устройство работает следующим образом.
Перекрестно-сдвоенную цепь одевают на звездочки 9, 10 и задают цепи определенное натяжение.
2
2
2
Если изгиб соответствует условию a(min)=с-b, то участок цепи, соединяющий две звездочки 9 и 10 и находящийся вне контакта со звездочками 9 и 10, под действием сил натяжения стремится вытянуться в прямую линию. Опорные пластины 1, находящиеся на этом участке, в этом случае стремятся занять положение, перпендикулярное направлению движения цепи.
2
2
2
Если изгиб соответствует условию a(min)>с-b, то участок цепи, соединяющий две звездочки 9 и 10 и находящийся вне контакта со звездочками 9 и 10, под действием сил натяжения стремится разогнуться в дугу максимально возможного радиуса. Опорные пластины 1, находящиеся на этом участке, стремятся лежать на радиусе этой дуги.
На участках цепи, охватывающих звездочки 9 и 10, опорные пластины 1, упираясь ребром своей нижней части во впадины между зубьями звездочек 9 и 10, за счет сил натяжения самоустанавливаются по радиальным линиям звездочек 9 и 10.
Набегающая на звездочку 9 (10) опорная пластина 1, находясь на расстоянии одного шага (11) перекрестно-сдвоенной цепи от точки сопряжения (13) со звездочкой 9 (10), начинает совершать колебательное движение (вдоль траектории 15), направленное от звездочки 9 (10). Область колебаний набегающего звена перекрестно-сдвоенной цепи и звездочка 9 (10) лежат по разные стороны от касательной 14, проведенной к окружности, отображающей звездочку 9 (10), в точке, где происходит сопряжение цепи и звездочки 9 (10). Максимум (12) колебания опорная пластина 1 проходит, находясь от входа в контакт со звездочкой 9 (10) на расстоянии половины шага перекрестно-сдвоенной цепи. Далее опорная пластина 1 сопрягается с впадиной звездочки 9 (10), одновременно завершив колебание и начав движение по круговой траектории.
Таким образом, сопряжение перекрестно-сдвоенной цепи со звездочкой не носит ударного характера и происходит без потерь на трение между сопрягаемыми поверхностями.
Под действием сил натяжения и за счет упора опорной пластины 1 во впадину между зубьями будет происходить самоустановление опорных пластин по радиальным линиям звездочки 9 (10) (опорные пластины 1 займут положение, при котором линия, проведенная через оси внешнего 3 и внутреннего 4 пальцев, лежит на радиальной линии звездочки 9 (10)).
Войдя в зацепление с ведущей звездочкой, опорная пластина 1 принимает своей нижней гранью крутящий момент со стороны звездочки и через внешний 3 и внутренний 4 пальцы передает его на следующую пластину 1.
Движущаяся цепь, сопрягаясь с ведомой звездочкой, отдает поток мощности также через контакт опорных пластин 1 с впадиной между зубьями звездочки.
Данное изобретение не ограничивается конструктивным выполнением элементов, расписанных в данной заявке. Так, например, вместо шарниров, основанных на пальцах 3 и 4, могут использоваться любые известные шарниры трения и качения. Изгиб цепи в одну сторону может быть обеспечен применением в ней опорных 1 и соединительных 2 пластин любой другой формы, а также любым другим взаимным их расположением в сборке, например, форма пластин может быть грушевидной, эллипсовидной, Т-образной, Г-образной.
Во втором варианте выполнения перекрестно-сдвоенной цепи, для того чтобы избежать соскакивания перекрестно-сдвоенной цепи со звездочки, цепь с обеих сторон может быть снабжена направляющими пластинами.
Цепь заявленной конструкции может использоваться в качестве вариаторной цепи. В этом случае торцы всех пальцев 3 и 4 должны быть скошены под углом, равным половине угла развала дисков 16 конусного шкива; пальцы 3 внешнего ряда должны быть длиннее пальцев 4 внутреннего ряда, и они должны быть закреплены в собранной цепи таким образом, чтобы в поперечном разрезе собранная цепь образовывала равнобокую трапецию, основания которой параллельны пальцам 3 и 4, при этом грани скошенных торцов пальцев 3 и 4 (в поперечном сечении) лежат на сторонах этой равнобокой трапеции, большее основание равнобокой трапеции лежит в области внешнего 3 пальца, меньшее основание равнобокой трапеции лежит в области внутреннего 4 пальца. Поверхность торцов пальцев 3 и 4 имеет вогнутую форму и сопрягается с поверхностью дисков 16 конусного шкива (фиг.6, фиг.9).
В другом предпочтительном варианте выполнения перекрестно-сдвоенной цепи, каждое звено цепи должно дополнительно содержать щеки 17, предназначенные, с одной стороны, выполнять функции опорных 1 пластин, соединяя внешние 3 и внутренние 4 пальцы, а с другой стороны, на них лежит функция сопряжения цепи своей внешней боковой поверхностью с дисками 16 конусных шкивов (фиг.7, фиг.8).
Внешняя боковая поверхность щеки 17 в поперечном разрезе является скошенной, так, что в собранном виде цепь в поперечном разрезе образовывает равнобокую трапецию (фиг.8). Внешняя боковая поверхность щек 17 имеет вогнутую форму и сопрягается с поверхностью дисков 16 конусного шкива (фиг.9, фиг.10).
В продольно-горизонтальном разрезе вогнутость поверхности элементов, сопрягаемых с поверхностью диска 16, представляет собой коническое сечение, чья вершина и фокус лежат на прямой, которая, в свою очередь, также лежит в одной плоскости с осями внешнего 3 и внутреннего 4 пальцев, соединенных опорной 1 пластиной. Коническое сечение диска 16 и коническое сечение вогнутости, образованные одним и тем же продольно-горизонтальным разрезом (фиг.9, фиг.10) в верхнем положении H(max) цепи, надетой на конусный шкив (фиг.8, фиг.11), эквивалентны, или коническое сечение диска 16 лежит в области конического сечения вогнутости, при этом вершины конических сечений вогнутости и диска 16 совпадают, а фокусы лежат на одной прямой или совпадают.
В предпочтительном варианте исполнения конусным сечением вогнутости в продольно-горизонтальном разрезе (фиг.9, фиг.10) является гипербола.
В другом предпочтительном варианте, вогнутость, являясь гиперболой в продольно-горизонтальном разрезе (фиг.9, фиг.10), полностью соответствует выгнутой поверхности диска 16 конусного шкива в месте сопряжения с цепью в верхнем положении Н(mах).
Таким образом, наименьшая ширина звена собранной вариаторной цепи в продольно-горизонтальном разрезе (фиг.9, фиг.10) на уровне вогнутой поверхности лежит на прямой, образуемой пересечением продольно-горизонтального сечения и плоскости, образуемой осями внешнего 3 и внутреннего 4 пальцев, соединенных опорной 1 пластиной.
Устройство работает следующим образом.
Перекрестно-сдвоенную цепь надевают на диски 16 шкивов вариатора и задают ей рабочее натяжение.
а
2
2
2
Если изгиб соответствует условию (min)=с-b, то участок цепи, соединяющий диски 16 двух конусных шкивов и находящийся вне контакта с ними, под действием сил натяжения стремится вытянуться в прямую линию.
a
2
2
2
Если изгиб соответствует условию (min)>с-b, то участок цепи, соединяющий диски 16 двух конусных шкивов и находящийся вне контакта с ними, под действием сил натяжения стремится разогнуться в дугу максимально возможного радиуса.
Под действием сил натяжения и за счет вогнутости на рабочей поверхности элементов цепи, сопрягаемых с дисками 16 конусных шкивов, опорные пластины 1 будут самоустанавливаться по радиальным линиям шкивов.
Таким образом, достигается технический результат, заключающийся в увеличении площади пятна контакта цепи с диском 16 конусного шкива. Если в качестве вариаторной цепи применяется вариант перекрестно-сдвоенной цепи, контактирующей с дисками 16 конусного шкива торцевой скошенной вогнутой частью внешних 3 и внутренних 4 пальцев, общая площадь контакта будет увеличена за счет того, что на один шаг цепи приходится два пальца 3 и 4. Если в качестве вариаторной цепи применяется вариант перекрестно-сдвоенной цепи, контактирующей с дисками 16 конусного шкива боковой поверхностью щек 17, общая площадь контакта будет многократно увеличена за счет того, что оно будет формироваться на диске 16 вдоль образующей конуса, а на скошенной вогнутой поверхности щеки 17 вдоль линии, лежащей в плоскости, образованной осями внешнего 3 и внутреннего 4 пальцев, соединенных опорной пластиной 1.
Набегающая на шкив вариатора опорная пластина 1, находясь на расстоянии одного шага перекрестно-сдвоенной цепи от точки сопряжения с дисками 16 конусного шкива, начинает совершать колебательное движение, направленное от шкива. Область колебаний набегающего звена перекрестно-сдвоенной цепи и шкива лежат по разные стороны от касательной, проведенной к окружности, отображающей диск 16, в точке, где происходит сопряжение оси внутреннего 4 пальца и диска 16. Максимум колебания опорная пластина 1 проходит, находясь от входа в контакт с диском 16 на расстоянии половины шага перекрестно-сдвоенной цепи. За счет отклонения опорной 1 пластины от касательной и, соответственно, от дисков 16 шкивов, более широкая часть звена проходит клиновидный участок между дисками 16, который для заданного рабочего положения цепи соответствует наименьшей ширине звена (в области вогнутости). Далее, часть звена, представленная опорной пластиной 1, сближаясь своей траекторией с касательной, входит в контакт вогнутой поверхностью в наиболее узком в продольно-горизонтальном разрезе месте и самоустанавливается по радиальной линии шкива. Выход цепи из сопряжения с дисками 16 шкива происходит в обратном порядке.
Таким образом, сопряжение и выход из сопряжения перекрестно-сдвоенной вариаторной цепи с дисками 16 конусных шкивов вариатора не имеет ударного характера и происходит без потерь на трение между их поверхностями.
Диски 16 ведущего конусного шкива, оказывая давление на торцевую поверхность пальцев 3 и 4, передают им свой крутящий момент. Пальцы 3 и 4, в свою очередь, через соединительные пластины 2 передают тянущее усилие на следующее звено цепи.
В другом предпочтительном варианте диски 16 ведущего конусного шкива, оказывая давление на боковую поверхность щек 17 одного звена, передают им свой крутящий момент. Щеки 17, в свою очередь, сдавливая пальцы 3 и 4, являются проводником крутящего момента дисков 16 на пальцы 3 и 4. Пальцы 3 и 4, в свою очередь, через соединительные пластины 2 передают тянущее усилие на следующее звено цепи.
Ведомый шкив, входя в контакт с цепью, принимает тянущее усилие, сдавливая элементы цепи между дисками 16.
Данное изобретение не ограничивается конструктивным выполнением торцов пальцев и боковых поверхностей щек, расписанных в данной заявке. Вогнутость может быть сформирована на всей боковой поверхности элемента цепи, сопрягаемого с диском 16 конусного шкива или только на части его поверхности.