ФРИКЦИОННЫЙ ВАРИАТОР

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к фрикционным передачам вращения с переменной скоростью с бесступенчатым изменением передаточного числа.
7
Известен конический вариатор, содержащий ведущий, ведомый и вспомогательный валы. На ведущем и ведомом валу установлены диски конусообразной формы с возможностью поступательного перемещения по шлицам валов. На вспомогательном валу установлен ролик, имеющий двустороннюю конусообразную форму. Ролик имеет возможность перемещения поступательно вверх и вниз перпендикулярно оси вспомогательного вала (Патент РФ 2197656. С2. МПК F16H 15/22, 2003).
Недостатком этого устройства является высокая сложность выполнения механических узлов устройства.
6
В качестве прототипа выбран фрикционный вариатор, содержащий корпус, входной и выходной валы. На одном из концов входного вала установлен приводной элемент. Он имеет нагрузочное тело, корпус, который состоит из двух оснований. На указанных валах установлены соответственно встречно расположенные входной и выходной конические барабаны. На винтовой оси установлен промежуточный фрикционный элемент и фиксатор. Фрикционный вариатор позволяет изменять передаточное отношение при изменении нагрузки (Патент РФ 2130562. С1. МПК F16H 15/04, 1999).
Фрикционный вариатор работает следующим образом.
В процессе работы входной вал вращается. Конический барабан (шкив конусообразной формы), установленный на входном валу, входит в зацепление с промежуточным фрикционным элементом), который в свою очередь входит в зацепление коническим барабаном (шкивом конусообразной формы, установленным на выходном валу. При перемещении промежуточного фрикционного элемента происходит плавное изменение коэффициента передачи вариатора.
Недостатком этого устройства являются значительные геометрические размеры вариатора в аксиальном направлении, обусловленные конструктивными особенностями выполнения механизма. Это увеличивает габариты и массу устройства.
Поставлена задача снизить массогабаритные параметры вариатора.
Эта задача решается благодаря тому, что на входном и выходном валах фрикционного вариатора соосно-встречно расположены шкивы конусообразной формы. Промежуточный фрикционный элемент выполнен в виде двух усеченных встречно расположенных конусообразных шкивов с возможностью их совместного на равном удалении друг от друга перемещения в пространстве. Этот элемент входит в механический контакт со шкивами конусообразной формы. При перемещении промежуточного фрикционного элемента происходит изменение коэффициента передачи фрикционного вариатора, что позволяет плавно уменьшать или увеличивать значение этого коэффициента.
На фиг.1 изображен фрикционный вариатор, продольный разрез.
Фрикционный вариатор (фиг.1) содержит корпус - 1 и, как минимум, два соосно-встречно расположенных шкива конусообразной формы - 2 и 3, установленных на неподвижных опорах в корпусе. Промежуточный фрикционный элемент расположен в общей обойме - 4 и входит в механический контакт с основными шкивами - 2 и 3. Этот элемент выполнен в виде двух усеченных встречно расположенных конусообразных шкивов - 5 и 6, совместно и на равном удалении друг от друга перемещаемых в пространстве.
Фрикционный вариатор работает следующим образом.
При вращении одного из шкивов конусообразной формы - 2 или 3, например, шкива 2, усеченный конусообразный шкив - 5 входит с ним в механический контакт и вращается. В свою очередь усеченный конусообразный шкив - 5 входит в механический контакт с усеченным конусообразным шкивом - 6 и приводит его в движение. Усеченный конусообразный шкив - 6 входит в механический контакт со шкивом конусообразной формы - 3, придавая ему вращение.
Передаточный коэффициент фрикционного вариатора определяют отношением диаметров входящих в механический контакт с промежуточным фрикционным элементом участков шкивов конусообразной формы - 2 и 3. При перемещении промежуточного фрикционного элемента в аксиальном направлении соотношение диаметров входящих в механический контакт с промежуточным фрикционным элементом участков шкивов конусообразной формы - 2 и 3 изменяется. Соответственно изменяется и коэффициент передачи фрикционного вариатора от повышающего до понижающего.
1
4
2
3
На фиг.2 показаны положения шкивов фрикционного вариатора при перемещении промежуточного фрикционного элемента в аксиальном направлении для сечений А-А, В-В и С-С. Обозначим диаметры шкивов конусообразной формы - 2 и 3 как D и D; диаметры усеченных конусообразных шкивов - 5 и 6 как D и D соответственно.
1max
1cp
1min
4max
4cp
4min
2
3
1max
4max
1cp
4cp
1min
4min
1max
4max
1min
4min
Обозначим максимальные, средние и минимальные диаметры рабочих (используемых) участков фрикционной передачи для шкива конусообразной формы - 2 как D, D и D; и для шкива конусообразной формы - 3 как D, D И D. Поскольку D=D; D=D; D=D; D=D, то передаточный коэффициент фрикционного вариатора для сечения А-А равен ; для сечения В-В равен ; для сечения С-С равен . Т.к. D=D, a D=D, то .
max
max
Таким образом, передаточный коэффициент фрикционного вариатора может меняться в диапазоне от n до 1/n, или в  раз. Например, при n=3 диапазон плавного изменения передаточного коэффициента фрикционного вариатора составит от 3 до 1/3, т.е. в пределах одного порядка - от трехкратного повышения скорости передачи до трехкратного ее снижения.
Поскольку в отличие от прототипа шкивы конусообразной формы и промежуточный фрикционный элемент геометрически расположены на одном уровне, осевые габариты фрикционного вариатора снижаются на 30…40%, соответственно уменьшается и масса механизма.
Фрикционный вариатор может быть использован для плавного бесступенчатого изменения (понижения или повышения) скорости выходных валов машин и механизмов, например, станков, инструментов, средств передвижения и т.д.