ФРИКЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ИЗМЕНЕНИЯ ПЕРЕДАТОЧНОГО ОТНОШЕНИЯ
FRICTION DEVICE FOR CHANGING TRANSMISSION RATIO

Фрикционные передачи (вариаторы), позволяющие в процессе их эксплуатации непрерывно изменять передаточное отношение при передаче вращающего момента от одного вала к другому, применяются как в кинематических, так и в силовых передачах (Иванов М.Н. Детали машин. - М.: Высшая школа, 1991 г. стр.241).
Вариаторы нашли применение в станкостроении, сварочных и литейных машинах, машинах текстильной, химической и бумажной промышленности, различны областях приборостроения (Иванов М.Н. Детали машин. - М.: Высшая школа, 1991 г. стр. 242).
Аналогом предлагаемого технического решения является ступенчатая коробка передач.
К недостаткам данного механизма следует отнести невозможность непрерывного изменения передаточного отношения, сложность конструкции и достаточно неудобное управление им при его эксплуатации (Большая Советская Энциклопедия, т.13. - М.: Советская Энциклопедия, 1973 г., стр.194).
Прототипом заявляемого технического устройства является механизм лобовой фрикционной передачи, позволяющий в процессе его эксплуатации осуществлять непрерывное изменение передаточного отношения (Артоболевский М.М. Механизмы в современной технике, т.5. - М.: Наука, 1981 г., стр.261).
Устройство поясняется фиг.1, где изображены
следующие элементы: ведущий вал - 1;
фрикционное колесо, жестко связанное с ведущим валом - 2;
фрикционный диск - 3; ось третьего фрикционного диска - 4;
фрикционный диск - 5; ось пятого фрикционного диска - 6;
фрикционное колесо, жестко связанное с ведомым валом - 7; ведомый вал - 8.
Оси вращений фрикционных дисков лежат на одной прямой. Оси вращений ведущего и ведомого валов также лежат на одной прямой, эта прямая пересекает прямую, на которой лежат оси вращений фрикционных дисков, под прямым углом и находится на равных расстояниях от фрикционных дисков. Плоскости фрикционных дисков и фрикционных колес перпендикулярны осям вращений валов, на которых они находятся. Ведущий и ведомый валы имеют возможность совершать поступательные перемещения вдоль своих осей вращения.
Из приведенного чертежа ясен принцип действия данного устройства. Вращающий момент от ведущего вала через фрикционное колесо, с которым он жестко связан, подается на фрикционные диски, а с фрикционных дисков - на фрикционное колесо, которое жестко связано с ведомым валом.
При перемещении как ведущего, так и ведомого вала происходит изменение передаточного отношения.
Число оборотов в единицу времени М фрикционного колеса 2 и число оборотов в единицу времени N фрикционного колеса 7 связаны меду собой соотношением
где а и b - расстояния от фрикционных колес 2 и 7 соответственно до прямой, на которой лежат оси вращений фрикционных дисков.
Данная зависимость между М и N имеет место только для средних сечений фрикционных колес.
Описанный механизм обладает следующими недостатками. Как выше указывалось, зависимость (1) имеет место только для средних сечений фрикционных колес, во всех остальных точках касания фрикционных колес к фрикционным дискам происходит проскальзывание, что приводит к повышенному износу фрикционного материала.
Целью предлагаемого технического решения является устранение указанных недостатков.
Поставленная цель достигается следующим образом.
Передача вращающего момента с ведущего вала на фрикционные диски, а с фрикционных дисков на ведомый вал осуществляется посредством жестких и недеформируемых тел вращения, каждое тело вращения расположено на своей оси, а каждая ось расположена на одной из деталей устройства, одна из которых жестко связана с ведущим валом, другая - с ведомым. Каждое тело вращения имеет возможность свободно вращаться вокруг своей оси вращения.
Каждое тело вращения не может совершать поступательных перемещений относительно своей оси вращения, каждая ось, на которой находится тело вращения, не может совершать поступательных перемещений относительно детали устройства, на которой оно находится.
Оси тел вращения, посредством которых осуществляется передача вращающего момента с ведущего вала на фрикционные диски, находятся на детали устройства, жестко связанной с ведущем валом, оси вращения этих тел лежат в одной плоскости, которая перпендикулярна оси вращения ведущего вала. Оси тел вращения, посредством которых осуществляется передача вращающего момента с фрикционных дисков на ведомый вал, находятся на детали устройства, жестко связанной с ведомым валом, оси вращения этих тел лежат в одной плоскости, которая перпендикулярна оси вращения ведомого вала.
Внешний контур сечения каждого тела вращения плоскостью, проходящей через его ось вращения, представляет собой две дуги окружности одинаковой кривизны, которые симметричны относительно оси вращения, и два отрезка прямой, которые перпендикулярны оси вращения.
Расстояние от оси вращения ведущего вала до любой точки, принадлежащей одной из дуг, которая является частью внешнего контура сечения данного тела вращения плоскостью, в которой лежат оси вращений всех тел вращения, находящихся на осях, которые находятся на детали устройства, жестко связанной с ведущим валом, равно D/2 (D - расстояние между фрикционными дисками).
Расстояние от оси вращения ведомого вала до любой точки, принадлежащей одной из дуг, которая является частью внешнего контура сечения данного тела вращения плоскостью, в которой лежат оси вращений всех тел вращения, находящихся на осях, которые находятся на детали устройства, жестко связанной с ведомым валом, равно D/2.
Геометрия детали, жестко связанной с ведущим валом, на которой расположены оси, на которых расположены тела вращения. такова, что внешний контур ее проекции на плоскость, перпендикулярную оси вращения ведущего вала, целиком находится внутри окружности, диаметр которой равен D, центр находится на оси вращения ведущего вала.
Геометрия детали, жестко связанной с ведомым валом, на которой расположены оси, на которых расположены тела вращения, такова, что внешний контур ее проекции на плоскость, перпендикулярную оси вращения ведомого вала, целиком находится внутри окружности, диаметр которой равен D, центр находится на оси вращения ведомого вала.
В процессе эксплуатации предлагаемого устройства для обеспечения непрерывности передачи вращающего момента с ведущего вала хотя бы на один фрикционный диск необходимо, чтобы в любой момент времени хотя бы одно тело вращения, расположенное на оси, которая находится на детали устройства, жестко связанной с ведущим валом, находилось во фрикционным взаимодействии хотя бы с одним фрикционным диском.
Также необходимо для обеспечения непрерывности передачи вращающего момента хотя бы с одного фрикционного диска на ведомый вал, чтобы в любой момент времени хотя бы одно тело вращения, расположенное на оси, которая находится на детали устройства, жестко связанной с ведомым валом, находилось во фрикционным взаимодействии хотя бы с одним фрикционным диском.
Покажем на конкретном примере, что эти условия могут быть выполнены. Рассуждение иллюстрируется фиг 2, где изображено сечение узла устройства плоскостью, проходящей через оси вращений всех тел вращения, находящихся на детали устройства, жестко связанной с ведущим валом. Чертеж содержит следующие элементы: ведущий вал - 1; деталь устройства, на которой расположены оси тел вращения, - 9; ось вращения одного из тел вращения - 10; сечение одного из тел вращения - 11; один из фрикционных дисков - 3.
Величина дуги АВ, измеряемая в градусах, равна 36°, при повороте данного сечения на угол 72° происходит самосовмещение данного сечения. Из геометрических соображений ясно, что при любом положении детали 9 устройства хотя бы одно из тел вращения будет находиться во фрикционном взаимодействии хотя бы с одним фрикционным диском, что обеспечивает непрерывность передачи вращающего момента с ведущего вала хотя бы на один фрикционный диск.
Аналогичное рассуждение можно провести и для узла устройства, посредством которого происходит передача вращающего момента с фрикционных дисков на ведомый вал.
Следовательно, заявляемое устройство позволяет в процессе его эксплуатации обеспечить непрерывную передачу вращающего момента от ведущего вала к ведомому.
Для непрерывного изменения передаточного отношения во время работы предлагаемого устройства достаточно произвести перемещение ведущего или ведомого вала вдоль оси вращения ведущего или ведомого вала. При этом тело вращения, находящееся во фрикционном взаимодействии с фрикционным диском, будет совершать вращательное движение вокруг своей оси.
Сопоставительный анализ с аналогом и прототипом показал, что заявляемое устройство соответствует критерию изобретения по новизне.
Сравнение заявляемого устройства с другими техническими решениями в данной области науки и техники и в смежных областях позволяет заключить, что совокупность признаков является новой, а также необходимой и достаточной для решения технической задачи в рамках поставленной цели.