ФРИКЦИОННЫЙ ВАРИАТОР СКОРОСТИ (ВАРИАНТЫ)

Заявленная полезная модель относится к фрикционным передачам вращения с бесступенчатым изменением передаточного числа, а именно к фрикционным вариаторам скорости, применяемым в автоматических коробках передач наземных транспортных средств.
Известные аналоги первого варианта заявленной полезной модели.
Известен фрикционный вариатор скорости, описанный в патенте США US1806984 от 26.05.1931, содержащий корпус, ведущий вал, ведомый вал, ведущий ролик, установленный на ведущем валу, пару ведомых роликов, установленных на ведомом валу. При этом оси вращения ведущего и ведомого роликов параллельны между собой и пространственно разнесены, ролики выполнены в виде дисков, обе стороны ведущего ролика имеют конические поверхности, ведомые ролики имеют конические поверхности, обращенные друг к другу. Вариатор содержит также вспомогательный ролик, состоящий из пары соосно установленных дисков, разнесенных между собой вдоль оси вращения. Вспомогательный ролик способен контактировать с коническими поверхностями ведущего ролика так, что часть ведущего ролика находится в зазоре между дисками вспомогательного ролика. Вспомогательный ролик способен контактировать также с коническими поверхностями пары ведомых роликов так, что части дисков вспомогательного ролика находятся в зазоре между ведомыми роликами.
Вариатор характеризуется тем, что вспомогательный ролик установлен на оси, соединенной с корпусом вариатора и устройством для перемещения указанной оси относительно ведущего и ведомого валов с целью изменения передаточного числа - коэффициента передачи скорости от ведущего к ведомому валу вариатора.
Известен фрикционный вариатор скорости, описанный в патенте США US2509940 от 20.05.1950 (класс НКИ США 74/199), а также в патенте США US2586260 от 19.02.1952 (класс НКИ США 74/200), содержащий корпус, ведущий вал, ведомый вал, ведущий ролик, установленный на ведущем валу, ведомый ролик, установленный на ведомом валу, вспомогательный ролик. При этом оси вращения ведущего ролика, ведомого ролика и вспомогательного ролика параллельны между собой, лежат в одной плоскости и пространственно разнесены.
Вариатор характеризуется тем, что ведущий и ведомый ролики выполнены в виде дисков, обе стороны каждого из которых имеют конические поверхности. Вспомогательный ролик состоит из пары дисков, установленных на одной оси и способных поворачиваться так, что оси вращения дисков вспомогательного ролика всегда лежат в плоскости, проходящей через оси вращения ведущего и ведомого роликов. Вспомогательный ролик способен контактировать с коническими поверхностями ведущего и ведомого ролика так, что часть ведущего ролика и часть ведомого ролика находятся в зазоре между дисками вспомогательного ролика. Ось вспомогательного ролика соединена с корпусом вариатора и устройством для перемещения указанной оси относительно ведущего и ведомого валов с целью изменения передаточного числа.
Известен фрикционный вариатор скорости, описанный в патенте США US4187731 от 12.02.1980 (МПК F16H 15/26, класс НКИ США 74/198), содержащий корпус, ведущий вал, ведомый вал, ведущий ролик, установленный на ведущем валу, ведомый ролик, установленный на ведомом валу, вспомогательный ролик. При этом оси вращения ведущего и ведомого роликов параллельны между собой и пространственно разнесены. Ведущий и ведомый ролики выполнены в виде дисков, обе стороны каждого из которых имеют выпуклые криволинейные поверхности. По периметру вспомогательного ролика выполнено углубление, так что вспомогательный ролик образует пару соосных дисков, противолежащие поверхности которых выполнены в виде вогнутых криволинейных поверхностей, образующих линии сопряжения с поверхностями ведущего и ведомого роликов в местах их контакта. Вспомогательный ролик способен контактировать с выпуклыми поверхностями ведущего и ведомого ролика так, что часть ведущего ролика и часть ведомого ролика находятся в углублении вспомогательного ролика.
Вариатор характеризуется тем, что ось вспомогательного ролика соединена с корпусом вариатора и устройством для изменения положения оси вращения ролика относительно ведущего и ведомого валов с целью изменения передаточного числа.
Указанные аналоги работают следующим образом. Благодаря фрикционному взаимодействию вспомогательного ролика с поверхностями ведущего и ведомого роликов вращательное движение ведущего вала через ведущий и вспомогательный ролик передается ведомому ролику, а от него - ведомому валу. Перемещение оси вспомогательного ролика приводит к изменению расстояния между осью вращения вспомогательного ролика и осями вращения ведущего и ведомого роликов, что сопровождается изменением радиуса поверхностей ведущего и ведомых роликов, с которыми контактирует вспомогательный ролик, и соответствующему изменению передаточного числа.
Общим недостатком указанных аналогов является то, что вспомогательный ролик соединен с корпусом вариатора. Резкое изменение нагрузки на ведомом валу, характерное для устройств, в которых применяются вариаторы, приводит к ударной нагрузке на ось вспомогательного ролика, которая передается корпусу и приводит к вибрациям вариатора.
Известен фрикционный вариатор скорости, описанный в заявке ФРГ DE10151224 от 11.07.2002 (МПК F16H 15/22), содержащий ведущий вал, ведомый вал, ведущий ролик, установленный на ведущем валу, ведомый ролик, установленный на ведомом валу, вспомогательный ролик, соединенный с ведущим и ведомым валом. При этом оси вращения ведущего ролика, ведомого ролика и вспомогательного ролика параллельны между собой, лежат в одной плоскости и пространственно разнесены. Ведущий и ведомый ролики способны перемещаться вдоль своих осей вращения. Каждый из роликов имеет конические поверхности. Вспомогательный ролик способен контактировать своей конической поверхностью с коническими поверхностями ведущего и ведомого роликов и перемещаться так, что ось вращения вспомогательного ролика всегда лежит в плоскости, проходящей через оси вращения ведущего и ведомого роликов.
Вариатор характеризуется тем, что содержит корпус, привод для изменения передаточного числа, соединенный с ведущим роликом и способный перемещать его вдоль его оси вращения, ведомый ролик соединен с корпусом с помощью пружины. Вспомогательный ролик соединен с каждым из валов посредством последовательно соединенных с ним пружины, шарнира, штанги, опоры, установленной на соответствующем валу и способной перемещаться вместе с роликом, установленным на том же валу, вдоль его оси вращения.
Устройство работает следующим образом. Благодаря фрикционному взаимодействию вспомогательного ролика с поверхностями ведущего и ведомых роликов вращательное движение ведущего вала через ведущий и вспомогательный ролик передается ведомым роликам и, соответственно, ведомому валу. Перемещение ведущего ролика вдоль его оси вращения приводит к изменению расстояния между осью вращения вспомогательного ролика и осями вращения ведущего и ведомого роликов, что сопровождается изменением радиуса конических поверхностей ведущего и ведомого роликов, с которыми контактирует вспомогательный ролик, и соответствующему изменению передаточного числа.
Основным недостатком этого вариатора является то, что вспомогательный ролик соединен с валами вариатора. Из-за этого ударные нагрузки на ось вспомогательного ролика, возникающие из-за резких изменений нагрузки на ведомом валу, передаются трансмиссии, сопряженной с валами вариатора, в виде боковых нагрузок и приводят к ее вибрациям.
Прототипом первого варианта заявленного устройства является фрикционный вариатор скорости, описанный в патенте РФ RU2197656 от 27.01.2003 (МПК F16H 15/22) и изображенный на фиг.7 к патенту RU2197656, содержащий ведущий вал, ведомый вал, ведущий ролик, установленный на ведущем валу, ведомый ролик, установленный на ведомом валу, вспомогательный ролик, контактирующий с поверхностью ведущего ролика и с поверхностью ведомого ролика. При этом оси вращения ведущего и ведомого роликов лежат в одной плоскости и пространственно разнесены.
Вариатор по прототипу характеризуется тем, что ведущий и ведомый ролики способны перемещаться вдоль своих осей вращения, каждый из роликов имеет конические поверхности, вспомогательный ролик способен контактировать своей конической поверхностью с коническими поверхностями ведущего и ведомого роликов и перемещаться в плоскости, проходящей через оси вращения ведущего и ведомого роликов, сохраняя параллельность своей оси вращения осям вращения ведущего и ведомого валов. Вариатор содержит также корпус, привод для изменения передаточного числа, соединенный с ведущим роликом и способный перемещать его вдоль его оси вращения, ведомый ролик соединен с корпусом с помощью пружины. Вспомогательный ролик установлен на оси, которая установлена в корпусе с возможностью перемещения относительно корпуса.
Устройство работает следующим образом. Благодаря фрикционному взаимодействию вспомогательного ролика с поверхностями ведущего и ведомых роликов вращательное движение ведущего вала через ведущий и вспомогательный ролик передается ведомым роликам, а от них - ведомому валу. Перемещение ведущего ролика вдоль его оси вращения приводит к перемещению вспомогательного ролика вдоль плоскости, проходящей через оси вращения валов, и изменению расстояния между осью вращения вспомогательного ролика и осями вращения ведущего и ведомого роликов, что сопровождается изменением радиуса конических поверхностей ведущего и ведомого роликов, с которыми контактирует вспомогательный ролик, и соответствующему изменению передаточного числа.
Основным недостатком вариатора по прототипу является то, что вспомогательный ролик соединен с корпусом вариатора, и ударные нагрузки на ось вспомогательного ролика, возникающие из-за резких изменений нагрузки на ведомом валу, передаются корпусу вариатора и приводят к его вибрациям.
Известные аналоги второго варианта заявленной полезной модели.
Известен фрикционный вариатор скорости, описанный в патенте США US1478075 от 07.05.1923, содержащий ведущий вал, ведомый вал, пару ведущих роликов, установленных на ведущем валу, пару ведомых роликов, установленных на ведомом валу, вспомогательный ролик и ремень, контактирующие с поверхностями ведущих и ведомых роликов. При этом оси вращения ведущего и ведомого роликов лежат в одной плоскости и пространственно разнесены.
Вариатор характеризуется тем, что часть вспомогательного ролика находится в зазоре между ведущими роликами, часть вспомогательного ролика находится в зазоре между ведомыми роликами, часть ремня находится в зазоре между ведущими роликами и в зазоре между ведомыми роликами. Оси вращения ведущего, ведомого и вспомогательного роликов параллельны. Один из ведущих роликов соединен с корпусом с помощью пружины и способен перемещаться вдоль своей оси вращения, а один из ведомых роликов соединен с корпусом с помощью пружины и способен перемещаться вдоль своей оси вращения. Вспомогательный ролик способен перемещаться в плоскости, перпендикулярной осям вращения валов. Ведущие и ведомые ролики выполнены в виде металлических тарелок, в каждой паре указанные ролики имеют конические поверхности, обращенные друг к другу. Вспомогательный ролик установлен на оси, соединенной с корпусом вариатора и устройством для перемещения указанной оси относительно ведущего и ведомого валов с целью изменения передаточного числа.
Перемещение оси вспомогательного ролика приводит к изменению зазора между ведущими роликами и обратному изменению зазора между ведомыми роликами, что приводит к изменению радиуса конических поверхностей ведущих и ведомых роликов, с которыми контактирует ремень и вспомогательный ролик, и соответствующему изменению передаточного числа. Благодаря фрикционному взаимодействию вспомогательного ролика и ремня с поверхностями ведущих и ведомых роликов вращательное движение ведущего вала через ведущие ролики, вспомогательный ролик и ремень передается ведомым роликам, а от них - ведомому валу.
Основным недостатком такого вариатора является использование ремня, который характеризуется небольшим ресурсом эксплуатации.
Известен фрикционный вариатор скорости, описанный в патенте США US2555079 от 15.11.1946 (класс НКИ США 74/199), в патенте США US3240078 от 31.10.1963 (класс НКИ США 74/200), а также в патенте США US3792620 от 19.02.1974 (МПК F16H 15/08, класс НКИ США 74/200), содержащий ведущий вал, ведомый вал, пару ведущих роликов, установленных на ведущем валу, пару ведомых роликов, установленных на ведомом валу, вспомогательный ролик, контактирующий с поверхностями ведущих и ведомых роликов. При этом оси вращения ведущего и ведомого роликов параллельны и пространственно разнесены между собой.
Вариатор характеризуется тем, что часть вспомогательного ролика находится в зазоре между ведущими роликами, часть вспомогательного ролика находится в зазоре между ведомыми роликами. Ведущие ролики способны перемещаться вдоль своей оси вращения, ведомые ролики способны перемещаться вдоль своей оси вращения. Вспомогательный ролик способен перемещаться в плоскости, перпендикулярной осям вращения ведущего и ведомого роликов.
Ведущие и ведомые ролики выполнены в виде дисков, в каждой паре указанные ролики имеют конические поверхности, обращенные друг к другу. Ведущие и ведомые ролики соединены с корпусом вариатора с помощью пружин, вспомогательный ролик установлен на оси, соединенной с корпусом вариатора и устройством для перемещения указанной оси относительно ведущего и ведомого валов с целью изменения передаточного числа.
Благодаря фрикционному взаимодействию вспомогательного ролика с поверхностями ведущих и ведомых роликов вращательное движение ведущего вала через ведущие ролики и вспомогательный ролик передается ведомым роликам, а от них - ведомому валу. Перемещение оси вспомогательного ролика приводит к изменению радиуса поверхностей ведущих и ведомых роликов, с которыми контактирует вспомогательный ролик, и соответствующему изменению передаточного числа.
Основным недостатком вариатора является то, что вспомогательный ролик соединен с корпусом вариатора, и резкое изменение нагрузки на ведомом валу, характерное для устройств, в которых применяются вариаторы, приводит к ударной нагрузке на ось вспомогательного ролика, которая передается корпусу и приводит к вибрациям вариатора.
Прототипом второго варианта заявленной полезной модели является фрикционный вариатор скорости, описанный в патенте ФРГ DE3222481 от 14.08.1986 (МПК: F16H 15/42), содержащий ведущий вал, ведомый вал, пару ведущих роликов, установленных на ведущем валу, пару ведомых роликов, установленных на ведомом валу, вспомогательный ролик, контактирующий с поверхностями ведущих роликов и поверхностями ведомых роликов. При этом оси вращения ведущего и ведомого роликов лежат в одной плоскости и пространственно разнесены.
Прототип второго варианта заявленной полезной модели характеризуется тем, что часть вспомогательного ролика находится в зазоре между ведущими роликами, часть вспомогательного ролика находится в зазоре между ведомыми роликами, оси вращения ведущего и ведомого роликов параллельны. Ведущие и ведомые ролики способны перемещаться вдоль валов, на которых они установлены. Вспомогательный ролик способен перемещаться в плоскости, перпендикулярной осям вращения ведущего и ведомого роликов.
Ведущие и ведомые ролики выполнены в виде дисков, в каждой паре указанные ролики имеют конические поверхности, обращенные друг к другу. Один из ведущих роликов соединен с приводом, способным перемещать указанный ролик вдоль его оси вращения с целью изменения передаточного числа, а один из ведомых роликов соединен со вторым приводом, способным перемещать ведомый ролик вдоль его оси вращения. При этом вспомогательный ролик выполнен полым, полости вспомогательного ролика через гибкую трубку соединяются с источником текучей среды, находящейся под давлением.
Вариатор содержит также две пары дополнительных роликов. В каждой паре дополнительные ролики установлены на одной оси и имеют конические поверхности, обращенные друг к другу. Оси вращения дополнительных роликов параллельны осям вращения ведущих роликов, ведомых роликов и вспомогательного ролика и пространственно разнесены от них и друг от друга. Вспомогательный ролик способен контактировать с коническими поверхностями дополнительных роликов так, что части вспомогательного ролика находятся в зазорах между противолежащими коническими поверхностями дополнительных роликов.
Вариатор по прототипу содержит также металлическое кольцо, охватывающее по периметру ведущие ролики, ведомые ролики и дополнительные ролики и способно контактировать с коническими поверхностями указанных роликов так, что внутренняя часть кольца находится в зазоре между коническими поверхностями ведущих роликов, в зазоре между коническими поверхностями ведомых роликов и в зазоре между коническими поверхностями обеих пар дополнительных роликов.
Устройство работает следующим образом. Благодаря фрикционному взаимодействию вращательное движение ведущего вала через ведущие ролики и вспомогательный ролик передается ведомым роликам, а от них - ведомому валу. Кроме того, вращательное движение ведущих роликов передается ведомым роликам благодаря фрикционному взаимодействию ведущих и ведомых роликов с металлическим кольцом, а также благодаря фрикционному взаимодействию вспомогательного ролика с дополнительными роликами и фрикционному взаимодействию последних с металлическим кольцом. Регулируя давление текучей среды в полости вспомогательного ролика, меняют его профиль и подбирают, таким образом, силу прижатия к поверхностям ведущих, ведомых и дополнительных роликов.
Перемещение ведущего ролика вдоль его оси вращения и синхронное перемещение ведомого ролика вдоль его оси вращения приводит к изменению зазора между ведущими роликами в паре ведущих роликов и обратному изменению зазора между ведомыми роликами в паре ведомых роликов. Благодаря изменению зазоров вспомогательный ролик выталкивается из области пространства между роликами, зазор между которыми уменьшается в область пространства между роликами, зазор между которыми увеличивается. При этом расстояния между осью вращения вспомогательного ролика и осями вращения ведущего и ведомого роликов изменяется, что сопровождается изменением радиуса конических поверхностей ведущего и ведомого роликов, с которыми контактирует вспомогательный ролик, и соответствующему изменению передаточного числа. Дополнительные ролики и металлическое кольцо ограничивают перемещение вспомогательного ролика, не позволяя ему удаляться из области пространства между ведущими и ведомыми роликами.
Основным недостатком вариатора по прототипу является использование полого вспомогательного ролика, подключенного через гибкую трубку к источнику текучей среды. Гибкий полый ролик с переменным профилем имеет ограниченный ресурс эксплуатации, а наличие подключения вспомогательного ролика через гибкую трубку ограничивает область применения вариатора. В вариаторе используется металлическое кольцо, которое находится под действием значительных растягивающих напряжений, и это ограничивает нагрузочную способность вариатора и область его применения.
Кроме того, резкое изменение нагрузки на ведомый приводит к кратковременному выталкиванию вспомогательного ролика из области пространства между ведущими и ведомыми роликами либо втягиванию вспомогательного ролика в эту область в зависимости от знака изменения нагрузки на ведомый вал (увеличение или падение нагрузки) и направления вращения ведомого вала по отношению к вспомогательному ролику. При изменении нагрузки на ведомый вал, соответствующей выталкиванию вспомогательного ролика из области пространства между ведущими и ведомыми роликами, сила прижима вспомогательного ролика к коническим поверхностям ведущих и ведомых роликов падает, что приводит к проскальзыванию вспомогательного ролика и кратковременной потере передаваемой через него мощности.
В заявленной полезной модели решалась задача создания фрикционного вариатора скорости простой конструкцией, высокой нагрузочной способностью, большим ресурсом и устойчивым режимом эксплуатации.
Как и вариатор по прототипу, заявленный фрикционный вариатор скорости по первому варианту содержит ведущий вал, ведомый вал, по крайней мере, один ведущий ролик, установленный на ведущем валу, по крайней мере, один ведомый ролик, установленный на ведомом валу, вспомогательный ролик, контактирующий с поверхностью ведущего ролика и с поверхностью ведомого ролика, оси вращения ведущего и ведомого роликов лежат в одной плоскости и пространственно разнесены относительно друг друга.
В отличие от прототипа заявленный фрикционный вариатор по первому варианту содержит также второй вспомогательный ролик, контактирующий с поверхностью ведущего ролика и с поверхностью ведомого ролика, при этом вспомогательные ролики установлены на осях, связанных между собой, а оси вращения вспомогательных роликов находятся по разные стороны от плоскости, проходящей через оси вращения ведущего и ведомого роликов.
Общий технический результат, получаемый в результате реализации вариантов заявленной полезной модели - упрощение конструкции, повышение стабильности передачи мощности вариатором и устойчивости вспомогательных элементов, обеспечивающих фрикционную передачу вращательного движения от ведущего вала к ведомому в условиях резких изменений нагрузки на ведомый вал. Механизм достижения указанного технического результата заключается в том, что силы фрикционного взаимодействия, действующие на вспомогательные ролики, направлены на выталкивание одного из вспомогательных роликов из области пространства между ведущим и ведомым роликом и одновременно в направлении затягивания второго вспомогательного ролика в указанную область пространства, что обеспечивает устойчивость пары вспомогательных роликов и устойчивость передачи мощности вариатором от ведущего вала к ведомому.
В развитие первого варианта заявленной полезной модели оси вращения вспомогательных роликов лежат в одной плоскости, оси вращения ведущего и ведомого роликов (валов) находятся по разные стороны от плоскости, проходящей через оси вращения вспомогательных роликов;
оси вращения вспомогательных роликов ориентированы в пространстве симметрично относительно плоскости, проходящей через оси вращения ведущего и ведомого роликов;
оси вращения вспомогательных роликов лежат в одной плоскости, оси вращения ведущего и ведомого роликов ориентированы в пространстве симметрично относительно плоскости, проходящей через оси вращения вспомогательных роликов;
оси вращения вспомогательных роликов лежат в одной плоскости, перпендикулярной плоскости, проходящей через оси вращения ведущего и ведомого роликов;
вспомогательные ролики выполнены способными перемещаться перпендикулярно плоскости, проходящей через оси вращения вспомогательных роликов.
В предпочтительном исполнении вариатора ведущий и ведомый ролики выполнены способными перемещаться вдоль валов, на которых они установлены, и прижиматься к вспомогательным роликам контактирующими поверхностями;
вспомогательные ролики установлены на осях, связанных между собой с помощью штанги;
вспомогательные ролики установлены на осях, образующих между собой подвижную или жесткую или упругую связь.
Реализация заявленной полезной модели в предпочтительном исполнении позволяет усилить основной технический результат и существенно подавить вибрации вариатора, связанные с резкими изменениями нагрузки на ведомый вал, поскольку благодаря связи между вспомогательными роликами появление в связи с изменением нагрузки на ведомый вал дополнительной силы фрикционного взаимодействия, направленной на один из вспомогательных роликов, сопровождается появлением компенсирующей силы, действующей на второй вспомогательный ролик, которая через указанную связь между вспомогательными роликами (штангу) компенсирует действие указанной ранее силы, действующей на первый вспомогательный ролик.
Поверхность вспомогательного ролика, контактирующая с поверхностями ведущего и ведомого роликов, выполнена криволинейной с осевой симметрией, при этом ось симметрии совпадает с осью вращения вспомогательного ролика, каждая точка линии, образующей указанную криволинейную поверхность, по мере удаления от оси симметрии непрерывно удаляется от плоскости, перпендикулярной оси симметрии и пересекающей ось симметрии со стороны указанной криволинейной поверхности;
поверхность ведущего ролика, контактирующая с поверхностями вспомогательных роликов, и поверхность ведомого ролика, контактирующая с поверхностями вспомогательных роликов, выполнена криволинейной с осевой симметрией, при этом ось симметрии совпадает с осью вращения ролика, имеющего указанную криволинейную поверхность, каждая точка линии, образующей криволинейную поверхность, по мере удаления от оси симметрии непрерывно удаляется от плоскости, перпендикулярной оси симметрии и пересекающей ось симметрии со стороны указанной криволинейной поверхности;
поверхности ведущих и ведомых роликов, контактирующие с поверхностями вспомогательных роликов, а также поверхности вспомогательных роликов, контактирующие с поверхностями ведущих и ведомых роликов, выполнены криволинейными, при этом образующая указанной поверхности ведущего ролика и образующая указанной поверхности вспомогательного ролика в месте их контакта образуют линию сопряжения, образующая указанной поверхности ведомого ролика и образующая указанной поверхности вспомогательного ролика в месте их контакта образуют линию сопряжения.
В дальнейшее развитие первого варианта полезной модели вариатор содержит также привод, соединенный, по меньшей мере, с одним из роликов, каждый из роликов, относящихся к ведущему или ведомому, не соединенный с приводом, соединен с корпусом или с валом, на котором он установлен, с помощью пружинящего элемента.
Применение заявленной полезной модели позволяет также существенно подавить влияние динамических нагрузок на привод, управляющий изменением коэффициента передачи скорости вариатором.
Если управление переключением коэффициента передачи скорости вариатора производится путем перемещения ведущих или ведомых роликов, применение пары вспомогательных роликов позволяет полностью отказаться от связи вспомогательных роликов как с приводом, так и с какими-либо элементами корпуса вариатора, что исключает влияние динамических нагрузок на привод.
Если же привод соединен с вспомогательным роликом или каким-либо элементом, связанным с вспомогательными роликами, например, со штангой, на которой установлены вспомогательные ролики, динамические нагрузки на привод существенно подавляются благодаря взаимно компенсирующему действию сил фрикционного взаимодействия на пару роликов.
В дальнейшее развитие первого варианта полезной модели контактирующие криволинейные поверхности роликов выполнены коническими, выпуклыми или вогнутыми, штанга соединена с корпусом посредством подвижной связи, обеспечивающей перемещение перпендикулярно плоскости, проходящей через оси вращения вспомогательных роликов, привод соединен со штангой и выполнен способным перемещать штангу плоскости, проходящей через оси вращения вспомогательных роликов.
Оси вращения вспомогательных роликов параллельны или почти параллельны между собой. В предпочтительном исполнении угол между осями вращения вспомогательных роликов составляет не более 30 градусов, угол между осями вращения ведущего и ведомого роликов составляет не более 30 градусов.
В другой реализации полезной модели ось, по крайней мере, одного вспомогательного ролика соединена с корпусом посредством подвижной связи, обеспечивающей перемещение в плоскости, перпендикулярной плоскости, проходящей через ось вращения вспомогательного ролика.
Вариатор может содержать также направляющие, обеспечивающие возможность перемещения вспомогательных роликов перпендикулярно плоскости, проходящей через оси вращения вспомогательных роликов, при этом вспомогательные ролики установлены на осях, подвижно соединенных с указанными направляющими. Направляющие могут быть выполнены в виде пластин с разрезами, ориентированными перпендикулярно плоскости, проходящей через оси вращения вспомогательных роликов, оси вспомогательных роликов установлены в указанных разрезах, либо в другой реализации в корпусе могут быть выполнены углубления, ориентированные перпендикулярно плоскости, проходящей через оси вращения вспомогательных роликов, направляющие могут быть выполнены в виде Т-образных звеньев, соединенных с осями вспомогательных роликов, симметричные части Т-образных звеньев установлены в указанных углублениях в корпусе.
Ведущий ролик контактирует с поверхностью вспомогательного ролика с той же стороны, что и ведомый ролик, либо ведущий и ведомый ролики контактируют с поверхностями вспомогательного ролика с противоположных сторон вспомогательного ролика относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения вспомогательного ролика и проходящей между контактирующими поверхностями вспомогательного ролика, при этом обе противоположные поверхности вспомогательного ролика, контактирующие с поверхностями ведущего и ведомого роликов, выполнены криволинейными.
Привод может быть соединен с вспомогательным роликом и выполнен способным перемещать его в плоскости, перпендикулярной оси вращения вспомогательного ролика, соединенного с приводом. Ведущий и ведомый ролики могут быть упруго соединены с корпусом или валами, на которых они установлены, с помощью металлических или полимерных пружинящих элементов.
В предпочтительном исполнении первого варианта заявленной полезной модели вариатор скорости содержит, по меньшей мере, одну пару ведущих роликов, установленных на ведущем валу, по меньшей мере, одну пару ведомых роликов, установленных на ведомом валу, при этом часть вспомогательного ролика, контактирующая с поверхностями ведущих роликов, расположена между противолежащими поверхностями ведущих роликов, а часть вспомогательного ролика, контактирующая с поверхностями ведомых роликов, расположена между противолежащими поверхностями ведомых роликов; каждый из роликов, относящихся к ведущему или ведомому, не соединенный с приводом, испытывает действие силы, направленной на сокращение расстояния между ним и соседним роликом, установленным на том же валу; каждый из роликов, относящихся к ведущему или ведомому, не соединенный с приводом, соединен с корпусом или с валом, на котором он установлен, или с соседним роликом, установленным на том же валу, с помощью пружинящего элемента.
Как и вариатор по прототипу для второго варианта, заявленный фрикционный вариатор скорости по второму варианту содержит ведущий вал, ведомый вал, по меньшей мере, одну пару ведущих роликов, установленных на ведущем валу, по меньшей мере, одну пару ведомых роликов, установленных на ведомом валу, вспомогательный ролик, контактирующий с поверхностями ведущих роликов и с поверхностями ведомых роликов, оси вращения ведущего и ведомого роликов лежат в одной плоскости и пространственно разнесены относительно друг друга.
В отличие от прототипа по второму варианту заявленной полезной модели вариатор по второму варианту содержит также второй вспомогательный ролик, контактирующий с поверхностями ведущих роликов и с поверхностями ведомых роликов, при этом вспомогательные ролики установлены на осях, связанных между собой, а оси вращения вспомогательных роликов находятся по разные стороны от плоскости, проходящей через оси вращения ведущего и ведомого роликов.
Реализация второго варианта заявленной полезной модели также позволяет получить указанный ранее общий технический результат - упрощение конструкции, повышение стабильности передачи мощности вариатором и устойчивости вспомогательных элементов, обеспечивающих фрикционную передачу вращательного движения от ведущего вала к ведомому, в условиях резких изменений нагрузки на ведомый вал, поскольку силы фрикционного взаимодействия, действующие на вспомогательные ролики, направлены на выталкивание одного из вспомогательных роликов из области пространства между ведущими и ведомыми роликами и одновременно в направлении затягивания второго вспомогательного ролика в указанную область пространства, что обеспечивает устойчивость пары вспомогательных роликов и устойчивость передачи мощности вариатором от ведущего вала к ведомому.
В развитие второго варианта заявленной полезной модели часть вспомогательного ролика расположена в зазоре между ведущими роликами, а часть вспомогательного ролика расположена в зазоре между ведомыми роликами;
часть вспомогательного ролика, контактирующая с поверхностями ведущих роликов, расположена между противолежащими поверхностями ведущих роликов, относящихся к одной паре ведущих роликов, а часть вспомогательного ролика, контактирующая с поверхностями ведомых роликов, расположена между противолежащими поверхностями ведомых роликов, относящихся к одной паре ведомых роликов;
ведущий и ведомый ролики выполнены способными перемещаться вдоль валов, на которых они установлены, и прижиматься к вспомогательным роликам контактирующими поверхностями, вспомогательные ролики выполнены способными перемещаться перпендикулярно плоскости, проходящей через оси вращения вспомогательных роликов;
вариатор содержит также привод, соединенный, по меньшей мере, с одним из роликов;
вспомогательные ролики установлены на осях, связанных между собой с помощью штанги;
вспомогательные ролики установлены на осях, образующих между собой подвижную или жесткую или упругую связь.
Реализация заявленной полезной модели в предпочтительном исполнении позволяет усилить основной технический результат и существенно подавить вибрации вариатора, связанные с резкими изменениями нагрузки на ведомый вал, поскольку благодаря связи между вспомогательными роликами появление дополнительной силы фрикционного взаимодействия, направленной на один из вспомогательных роликов, сопровождается появлением компенсирующей силы, действующей на второй вспомогательный ролик, которая через указанную связь между вспомогательными роликами (штангу) действует на первый вспомогательный ролик и компенсирует действие первой силы.
В дальнейшее развитие второго варианта полезной модели вариатор содержит привод, соединенный, по меньшей мере, с одним ведущим или ведомым роликом и выполненный способным перемещать соединенный с ним ролик вдоль его оси вращения, каждый из роликов, относящихся к ведущему или ведомому, не соединенный с приводом, испытывает действие силы, направленной на сокращение расстояния между ним и соседним роликом, установленным на том же валу;
вариатор содержит также корпус, каждый из роликов, относящихся к ведущему или ведомому, не соединенный с приводом, соединен с корпусом или с валом, на котором он установлен, или с соседним роликом, установленным на том же валу, с помощью пружинящего элемента.
Применение заявленной полезной модели позволяет также существенно подавить влияние динамических нагрузок на привод, управляющий изменением коэффициента передачи скорости вариатором:
если управление переключением коэффициента передачи скорости вариатора производится путем перемещения ведущих или ведомых роликов, применение пары вспомогательных роликов позволяет полностью отказаться от связи вспомогательных роликов как с приводом, так и с какими-либо элементами корпуса вариатора, что исключает влияние динамических нагрузок на привод;
если же привод соединен с вспомогательным роликом или каким-либо элементом, связанным с вспомогательными роликами, динамические нагрузки на привод существенно подавляются благодаря взаимно компенсирующему действию сил фрикционного взаимодействия на пару роликов.
В предпочтительном исполнении второго варианта заявленной полезной модели:
оси вращения вспомогательных роликов лежат в одной плоскости, оси вращения ведущего и ведомого роликов (валов) находятся по разные стороны от плоскости, проходящей через оси вращения вспомогательных роликов;
оси вращения вспомогательных роликов ориентированы в пространстве симметрично относительно плоскости, проходящей через оси вращения ведущего и ведомого роликов;
оси вращения вспомогательных роликов лежат в одной плоскости, оси вращения ведущего и ведомого роликов ориентированы в пространстве симметрично относительно плоскости, проходящей через оси вращения вспомогательных роликов;
оси вращения вспомогательных роликов лежат в одной плоскости, перпендикулярной плоскости, проходящей через оси вращения ведущего и ведомого роликов;
поверхности вспомогательных роликов, контактирующие с поверхностями ведущих и ведомых роликов, выполнены криволинейными с осевой симметрией, при этом ось симметрии совпадает с осью вращения вспомогательного ролика, каждая точка линии, образующей указанную криволинейную поверхность, по мере удаления от оси симметрии непрерывно удаляется от плоскости, перпендикулярной оси симметрии и пересекающей ось симметрии со стороны указанной криволинейной поверхности;
поверхности ведущих роликов, контактирующие с поверхностями вспомогательных роликов, и поверхности ведомых роликов, контактирующие с поверхностями вспомогательных роликов, выполнены криволинейными с осевой симметрией, при этом ось симметрии совпадает с осью вращения ролика, имеющего указанную криволинейную поверхность, каждая точка линии, образующей криволинейную поверхность, по мере удаления от оси симметрии непрерывно удаляется от плоскости, перпендикулярной оси симметрии и пересекающей ось симметрии со стороны указанной криволинейной поверхности;
поверхности ведущих и ведомых роликов, контактирующие с поверхностями вспомогательных роликов, а также поверхности вспомогательных роликов, контактирующие с поверхностями ведущих и ведомых роликов, выполнены криволинейными, при этом образующая указанной поверхности ведущего ролика и образующая указанной поверхности вспомогательного ролика в месте их контакта образуют линию сопряжения, образующая указанной поверхности ведомого ролика и образующая указанной поверхности вспомогательного ролика в месте их контакта образуют линию сопряжения.
В предпочтительном исполнении вариатор содержит упругие пружинящие элементы, соединенные, по крайней мере, с одним из ведущих роликов и выполненные способными прикладывать к ведущему ролику силу, направленную на сокращение расстояния между ведущими роликами вдоль их оси вращения, вариатор содержит также упругие пружинящие элементы, соединенные, по крайней мере, с одним из ведомых роликов и выполненные способными прикладывать к ведомому ролику силу, направленную на сокращение расстояния между ведомыми роликами вдоль их оси вращения, указанные упругие пружинящие элементы выполнены в виде металлических или полимерных пружин.
Оси вращения вспомогательных роликов параллельны или почти параллельны между собой. В предпочтительном исполнении угол между осями вращения вспомогательных роликов составляет не более 30 градусов, угол между осями вращения ведущего и ведомого роликов составляет не более 30 градусов.
Ведущие ролики могут быть соединены между собой с помощью упругих пружинящих элементов, и ведомые ролики также могут быть соединены между собой с помощью упругих пружинящих элементов, выполненных в виде металлических или полимерных пружин.
В дальнейшее развитие второго варианта полезной модели контактирующие криволинейные поверхности роликов выполнены коническими, выпуклыми или вогнутыми, штанга соединена с корпусом посредством подвижной связи, обеспечивающей перемещение перпендикулярно плоскости, проходящей через оси вращения вспомогательных роликов, привод соединен со штангой и выполнен способным перемещать штангу перпендикулярно плоскости, проходящей через оси вращения вспомогательных роликов. В другой реализации полезной модели ось, по крайней мере, одного вспомогательного ролика соединена с корпусом посредством подвижной связи, обеспечивающей перемещение перпендикулярно плоскости, проходящей через оси вращения вспомогательных роликов.
Вариатор может содержать также направляющие, обеспечивающие возможность перемещения вспомогательных роликов перпендикулярно плоскости, проходящей через оси вращения вспомогательных роликов, при этом вспомогательные ролики установлены на осях, подвижно соединенных с указанными направляющими. Направляющие могут быть выполнены в виде пластин с разрезами, ориентированными перпендикулярно плоскости, проходящей через оси вращения вспомогательных роликов, оси вспомогательных роликов установлены в указанных разрезах.
Обе противоположные поверхности вспомогательного ролика, контактирующие с поверхностями ведущего и ведомого роликов, выполнены криволинейными. Привод может быть соединен с вспомогательным роликом и выполнен способным перемещать его перпендикулярно плоскости, проходящей через оси вращения вспомогательных роликов. Ведущий и ведомый ролики упруго соединены с корпусом или валами, на которых они установлены, с помощью металлических или полимерных пружинящих элементов. В другом исполнении второго варианта полезной модели вариатор может не содержать корпус, а пружинящие элементы могут соединять ведущие и ведомые ролики непосредственно с валами, на которых они установлены.
Возможно исполнение второго варианта заявленного вариатора, в котором на ведущем валу могут быть установлены несколько пар ведущих роликов, на ведомом валу - несколько пар ведомых роликов, а между парами ведущих и ведомых роликов - соответствующее количество пар вспомогательных роликов.
На фиг.1 показан главный вид вариатора в исполнении, реализующем первый вариант заявленной полезной модели, с ведущим и ведомым роликами, размещенными с одной стороны от вспомогательных роликов, в состоянии, когда вспомогательные ролики смещены в сторону ведущего ролика;
на фиг.2 показан вид сверху вариатора, показанного на фиг.1, с тем же положением вспомогательных роликов, что и на фиг.1;
на фиг.3 показан главный вид вариатора в исполнении, изображенном на фиг.1, в состоянии, когда вспомогательные ролики смещены в сторону ведомого ролика;
на фиг.4 показан вид сверху вариатора, показанного на фиг.3, с тем же положением вспомогательных роликов, что и на фиг.3;
на фиг.5 показан главный вид вариатора в исполнении, реализующем первый вариант заявленной полезной модели, с ведущим и ведомым роликами, размещенными по разные стороны от вспомогательных роликов;
на фиг.6 показан вид сверху вариатора, показанного на фиг.5;
на фиг.7 показано сопряжение ведущего и вспомогательного ролика в исполнении вариатора, показанного на фиг.5 - фиг.6;
на фиг.8 показан главный вид вариатора в исполнении, реализующем второй вариант заявленной полезной модели;
на фиг.9 показан вид сверху вариатора, показанного на фиг.8.
На фиг.1 - фиг.4 показан один из примеров реализации первого варианта заявленного вариатора. На фиг.1 дан главный вид вариатора, на фиг.2 - вид сверху вариатора в том же положении вспомогательных роликов, что и на фиг.1. Для упрощения корпус на фиг.2 не показан. Фрикционный вариатор скорости содержит корпус 1, ведущий вал 2, ведомый вал 3, ведущий ролик 6 с осью вращения 4, установленный на ведущем валу 2, ведомый ролик 7 с осью вращения 5, установленный на ведомом валу 3, вспомогательный ролик 10, контактирующий с конической поверхностью 31 ведущего ролика 6 и с конической поверхностью 32 ведомого ролика 7.
Ось вращения 4 ведущего ролика 6 и ось вращения 5 ведомого ролика 7 лежат в одной плоскости 18 (фиг.2), пространственно разнесены относительно друг друга и образуют угол 20 градусов между собой. Вариатор содержит также второй вспомогательный ролик 11, контактирующий с конической поверхностью 31 ведущего ролика бис конической поверхностью 32 ведомого ролика 7. Ось вращения ведущего вала 2 совпадает с осью вращения 4 ведущего ролика 6. Ось вращения ведомого вала 3 совпадает с осью вращения 5 ведомого ролика 7.
Вспомогательный ролик 10 установлен на оси 12, вспомогательный ролик 11 установлен на оси 13. Оси вращения вспомогательных роликов 10 и 11 совпадают с осями симметрии осей 12 и 13, на фиг.1 для примера показана ось вращения 16 вспомогательного ролика 10. При этом оси вращения вспомогательных роликов 10 и 11 находятся по разные стороны от плоскости 18, проходящей через оси вращения 4 и 5 ведущего и ведомого роликов. Оси вращения вспомогательных роликов 10 и 11 лежат в одной плоскости 19 (фиг.2), оси вращения 4 и 5 ведущего 6 и ведомого 7 роликов находятся по разные стороны от плоскости 19, проходящей через оси вращения вспомогательных роликов 10 и 11.
Оси вращения вспомогательных роликов 10 и 11 ориентированы в пространстве симметрично относительно плоскости 18, проходящей через оси вращения 4 и 5: параллельны между собой и плоскости 18 и равноудалены от нее. При этом плоскость 18 перпендикулярна плоскости 19. В другой реализации угол между осями вращения вспомогательных роликов может составлять 20 градусов.
Оси вращения вспомогательных роликов 10 и 11 лежат в одной плоскости 19, оси вращения 4 и 5 ведущего 6 и ведомого 7 роликов ориентированы в пространстве симметрично относительно плоскости 19, проходящей через оси вращения вспомогательных роликов 10 и 11: ось вращения 4 образует угол 10 градусов к плоскости 19, ось вращения 5 также образует угол 10 градусов к плоскости 19, при этом точка пересечения осей 4 и 5 лежит в плоскости 19. Оси вращения 4 и 5 могут быть ориентированы параллельно между собой и по отношению к плоскости 19.
Поверхность 34 вспомогательного ролика 10, контактирующая с поверхностями 31 и 32 ведущего и ведомого роликов 6 и 7, выполнена криволинейной конической с осевой симметрией, при этом ось симметрии совпадает с осью вращения 16 вспомогательного ролика 10, каждая точка прямой линии, образующей указанную коническую криволинейную поверхность 34, по мере удаления от оси симметрии (оси вращения 16) непрерывно удаляется от плоскости 33, перпендикулярной оси симметрии и пересекающей ось симметрии со стороны указанной криволинейной поверхности. Аналогично поверхность 35 вспомогательного ролика 11, контактирующая с поверхностями 31 и 32 ведущего и ведомого роликов 6 и 7, выполнена криволинейной конической с осевой симметрией, при этом ось симметрии совпадает с осью вращения вспомогательного ролика 11, каждая точка прямой линии, образующей указанную коническую криволинейную поверхность 35, по мере удаления от оси симметрии непрерывно удаляется от плоскости, перпендикулярной оси симметрии и пересекающей ось симметрии со стороны указанной криволинейной поверхности 35.
Поверхность 31 ведущего ролика 6, контактирующая с поверхностями 33 и 34 вспомогательных роликов 10 и 11, и поверхность 32 ведомого ролика 7, контактирующей с поверхностями 34 и 35 вспомогательных роликов 10 и 11, выполнены криволинейными коническими с осевой симметрией, при этом ось симметрии поверхности 31 совпадает с осью вращения 4 ведущего ролика 6, имеющего указанную криволинейную поверхность, а ось симметрии поверхности 32 совпадает с осью вращения 5 ведомого ролика 7. Каждая точка прямой линии, образующей криволинейную поверхность 31, по мере удаления от оси симметрии (оси вращения 4) непрерывно удаляется от плоскости 36, перпендикулярной оси симметрии и пересекающей ось симметрии со стороны указанной криволинейной поверхности 31. Аналогично каждая точка прямой линии, образующей криволинейную поверхность 32, по мере удаления от оси симметрии (ос вращения 5) непрерывно удаляется от плоскости 37, перпендикулярной оси симметрии и пересекающей ось симметрии со стороны указанной криволинейной поверхности 32.
Поверхности 31 и 32 ведущих и ведомых роликов 6 и 7, контактирующие с вспомогательными роликами 10 и 11, а также поверхности 34 и 35 вспомогательных роликов 10 и 11, контактирующие с ведущими и ведомыми роликами 6 и 7, выполнены криволинейными коническими. В других исполнениях заявленного устройства образующая криволинейной поверхности ведущего или ведомого ролика и криволинейной поверхности вспомогательного ролика может быть кривой линией, так что поверхность ведущего или ведомого ролика может быть выпуклой, а поверхность вспомогательного ролика - вогнутой или наоборот.
Вспомогательные ролики 10 и 11 установлены на осях 12 и 13, связанных между собой с помощью штанги 14, которая образует жесткую связь между осями 12 и 13. Связь между осями 12 и 13 может быть также выполнена упругой или подвижной. Вариатор содержит также привод 15, соединенный в данном примере реализации с вспомогательными роликами 10 и 11 с помощью штанги 14, на которой установлены оси 12 и 13 вспомогательных роликов 10 и 11 соответственно. Место контакта привода 15 со штангой 14 обозначено позицией 17 на фиг.1 - фиг.4. В других исполнениях привод 15 может быть соединен с осью вспомогательного ролика 10 или 11 или непосредственно с ведущим роликом 6 или ведомым роликом 7.
Вспомогательные ролики 10 и 11 выполнены способными перемещаться в плоскости рисунка фиг.2 - перпендикулярно плоскости 19, проходящей через оси вращения вспомогательных роликов 10 и 11. Ведущий ролик 6 соединен с корпусом 1 с помощью пружинящего элемента 8, а ведомый ролик 7 соединен с корпусом 1 с помощью пружинящего элемента 9. Ведущий и ведомый ролики 6 и 7 выполнены способными перемещаться вдоль валов 2 и 3 соответственно, на которых они установлены, и с помощью пружин 8 и 9 прижиматься к вспомогательным роликам 10 и 11 контактирующими поверхностями 31 и 32 соответственно. Пружинящие элементы 8 и 9 могут быть выполнены в виде металлических винтовых пружин.
Устройство работает следующим образом. Благодаря фрикционному взаимодействию вспомогательных роликов 10 и 11 с поверхностью 31 ведущего ролика 6 и поверхностью 32 ведомого ролика 7 вращательное движение ведущего вала 2 через ведущий ролик 6 и вспомогательные ролики 10 и 11 передается ведомому ролику 7, а от него - ведомому валу 3. Ведущий ролик 6 контактирует с вспомогательным роликом 10 в точке 22, удаленной на расстоянии 27 от оси вращения 4, и с вспомогательным роликом 11 в точке 24, удаленной на расстоянии 26 от оси вращения 4. В силу симметричности размещения вспомогательных роликов 10 и 11 расстояния 26 и 27 равны и образуют радиус контактной поверхности ведущего ролика 6. Ведомый ролик 7 контактирует с вспомогательным роликом 10 в точке 23, удаленной на расстоянии 29 от оси вращения 5, и с вспомогательным роликом 11 в точке 25, удаленной на расстоянии 28 от оси вращения 5. Расстояния 28 и 29 равны и образуют радиус контактной поверхности ведомого ролика 7.
Соотношение между радиусами 26 и 28 определяет передаточное число - коэффициент передачи скорости от ведущего вала 2 к ведомому валу 3. Для изменения передаточного числа с помощью привода 15 перемещают штангу 14 с установленными на ней вспомогательными роликами 10 и 11 перпендикулярно плоскости 19. На фиг3, фиг.4 показан вариатор в том же исполнении, что и вариатор на фиг1, фиг.2, но в состоянии, в котором оси вращения вспомогательных роликов 10 и 11 приближены к оси вращения 5 ведомого ролика 7 по отношению к положению вспомогательных роликов 10 и 11, показанному на фиг.1 и фиг.2. На фиг.3 дан главный вид вариатора, а на фиг.4 - вид сверху вариатора в том же положении вспомогательных роликов, что и на фиг.3.
По мере удаления вспомогательных роликов 10 и 11 от оси вращения 4 ведущего ролика 6 радиус 26 контактной поверхности ведущего ролика 6 увеличивается, а радиус 28 контактной поверхности ведомого ролика 7 уменьшается, что приводит к увеличению передаточного числа. Обратное перемещение штанги 14 в направлении к оси вращения 4 приводит к уменьшению передаточного числа. Резкое изменение нагрузки на ведомом валу 3 приводит к появлению сил, направленных на выталкивание одного из вспомогательных роликов из области пространства между ведущим и ведомым роликами 6 и 7 и затягиванию второго вспомогательного ролика в указанную область, что приводит к кратковременному увеличению силы прижима затягиваемого вспомогательного ролика к ведущему и ведомым роликам 6 и 7 и ослаблению прижима выталкиваемого вспомогательного ролика к ведущему и ведомым роликам 6 и 7. Сила, действующая на привод 15 со стороны соединенной с ним штанги 14, складывается из силы, действующей на штангу 14 со стороны вспомогательного ролика 10 и силы, действующей на штангу 14 со стороны вспомогательного ролика 11. Кратковременное увеличение силы, направленной на привод со стороны затягиваемого ролика, компенсируется уменьшением силы со стороны выталкиваемого ролика, направленной в том же направлении, что позволяет уменьшить вибрации вариатора.
На фиг.5 - фиг.7 показан другой пример реализации первого варианта заявленного вариатора. На фиг.5 дан главный вид вариатора, на фиг.6 - вид сверху вариатора в том же положении вспомогательных роликов 110 и 111, что и на фиг.5, корпус вариатора на фиг.6 не показан. На фиг.7 показано сопряжение ведущего ролика 106 и вспомогательного ролика 110 в сечении плоскостью, проходящей через ось вращения 104 ведущего ролика 106 и ось вращения 116 вспомогательного ролика 110. Фрикционный вариатор скорости содержит корпус 101, ведущий вал 102, ведомый вал 103, ведущий ролик 106 с осью вращения 104. установленный на ведущем валу 102, ведомый ролик 107 с осью вращения 105, установленный на ведомом валу 103, вспомогательный ролик 110, контактирующий с конической поверхностью 141 ведущего ролика 106 и с конической поверхностью 142 ведомого ролика 107. Ведущий ролик 106 соединен с корпусом 101 с помощью пружинящего элемента 108, который может быть выполнен в виде металлической винтовой пружины.
Ось вращения 104 ведущего ролика 106 и ось вращения 105 ведомого ролика 107 лежат в одной плоскости 118 (фиг.6), пространственно разнесены относительно друг друга и параллельны между собой. Ось вращения ведущего вала 102 совпадает с осью вращения 104 ведущего ролика 106. Ось вращения ведомого вала 103 совпадает с осью вращения 105 ведомого ролика 107.
Вариатор содержит также второй вспомогательный ролик 111, контактирующий с конической поверхностью 141 ведущего ролика 106 и с конической поверхностью 142 ведомого ролика 107. Вспомогательный ролик 110 установлен на оси 112, вспомогательный ролик 111 установлен на оси 113. Оси вращения вспомогательных роликов 110 и 111 совпадают с осями симметрии осей 112 и 113, на фиг.5 для примера показана ось вращения 116 вспомогательного ролика 110. При этом оси вращения вспомогательных роликов 110 и 111 находятся по разные стороны от плоскости 118, проходящей через оси вращения 104 и 105 ведущего и ведомого роликов. Оси вращения вспомогательных роликов 110 и 111 лежат в одной плоскости 119, оси вращения 104 и 105 ведущего 106 и ведомого 107 роликов находятся по разные стороны от плоскости 119, проходящей через оси вращения вспомогательных роликов 110 и 111.
Оси вращения вспомогательных роликов 110 и 111 ориентированы в пространстве симметрично относительно плоскости 118: параллельны между собой и плоскости 118 и равноудалены от нее. Оси вращения 104 и 105 параллельны между собой и ориентированы в пространстве симметрично относительно плоскости 119, при этом плоскость 118 перпендикулярна плоскости 119.
Вспомогательные ролики 110 и 111 выполнены составными, каждый из которых содержит по два соосных конуса, установленных на осях 112 и 113 соответственно. Поверхность 144 вспомогательного ролика 110, контактирующая с поверхностью 141 ведущего ролика 106, выполнена криволинейной конической с осевой симметрией, поверхность 143 вспомогательного ролика 110, контактирующая с поверхностью 142 ведомого ролика 107, также выполнена криволинейной конической с осевой симметрией. При этом ось симметрии обеих поверхностей 144 и 143 вспомогательного ролика 110 совпадает с его осью вращения 116, а ось симметрии конических поверхностей вспомогательного ролика 111 совпадает с его осью вращения.
Каждая точка прямой линии, образующей коническую криволинейную поверхность 144, по мере удаления от оси симметрии (оси вращения 116) непрерывно удаляется от плоскости 148, перпендикулярной оси симметрии и пересекающей ось симметрии со стороны указанной криволинейной поверхности 144, а каждая точка прямой линии, образующей коническую криволинейную поверхность 143, по мере удаления от оси симметрии (оси вращения 116) непрерывно удаляется от плоскости 149, перпендикулярной оси симметрии и пересекающей ось симметрии со стороны указанной криволинейной поверхности 143. Так же поверхности вспомогательного ролика 111, контактирующие с поверхностями 141 и 142 ведущего и ведомого роликов 106 и 107, выполнены криволинейными коническими с осевой симметрией, при этом ось симметрии совпадает с осью вращения вспомогательного ролика 111, каждая точка прямой линии, образующей каждую из указанных конических криволинейных поверхностей, по мере удаления от оси симметрии непрерывно удаляется от плоскости, перпендикулярной оси симметрии и пересекающей ось симметрии со стороны указанной криволинейной поверхности.
Поверхности 141 и 142 ведущего ролика 106 и ведомого ролика 107 соответственно, контактирующие с поверхностями вспомогательных роликов 110 и 111, выполнены криволинейными коническими с осевой симметрией, при этом ось симметрии поверхности 141 совпадает с осью вращения 104 ведущего ролика 106, имеющего указанную криволинейную поверхность, а ось симметрии поверхности 142 совпадает с осью вращения 105 ведомого ролика 107. Каждая точка прямой линии, образующей криволинейную поверхность 141, по мере удаления от оси симметрии (оси вращения 104) непрерывно удаляется от плоскости 146, перпендикулярной оси симметрии и пересекающей ось симметрии со стороны указанной криволинейной поверхности 141. Аналогично каждая точка прямой линии, образующей криволинейную поверхность 142, по мере удаления от оси симметрии (оси вращения 105) непрерывно удаляется от плоскости 147, перпендикулярной оси симметрии и пересекающей ось симметрии со стороны указанной криволинейной поверхности 142.
Прямая образующая конической поверхности 141 ведущего ролика 106 и прямая образующая конической поверхности 144 вспомогательного ролика 110 в месте их контакта 122 образуют прямую линию сопряжения 170 фиг.7. Образующая конической поверхности 142 ведомого ролика 107 и образующая конической поверхности 145 вспомогательного ролика 10 в месте их контакта 123 образуют прямую линию сопряжения. Так же образующая конической поверхности 141 ведущего ролика 106 и образующая конической поверхности вспомогательного ролика 111 в месте их контакта 124 образуют прямую линию сопряжения, а образующая конической поверхности 142 ведомого ролика 107 и образующая конической поверхности вспомогательного ролика 111 в месте их контакта 125 образуют прямую линию сопряжения.
Вспомогательные ролики 110 и 111 установлены на осях 112 и 113, связанных между собой с помощью штанги 114, которая соединяется с корпусом 101 и образует подвижную связь между осями 112 и 113. В штанге имеются сквозные продольные отверстия 131 и 133. При этом ось 112 проходит насквозь через отверстие 131, с обеих сторон на оси 112 установлены шайбы 135 и 136, внешний диаметр которых превышает ширину 132 отверстия 131. Ширина 132 отверстия 131 немного превышает диаметр оси 112, так что ось 112 может свободно перемещаться в отверстии 131 по его длине в плоскости штанги 114. На концах оси 112 установлены конусы, образующие поверхности 143 и 144. Аналогично ось 113 проходит насквозь через отверстие 133, с обеих сторон на оси 113 установлены шайбы. Ширина 134 отверстия 133 немного превышает диаметр оси 113, так что ось 113 также может свободно перемещаться в отверстии 133 по его длине в плоскости штанги 114. На концах оси 113 установлены конусы, образующие поверхности, контактирующие с поверхностями 141 и 142 ведущего и ведомого роликов соответственно.
Вариатор содержит также привод 115, соединенный в данном примере реализации с ведомым роликом 107. Привод 115 способен перемещать ведомый ролик 107 вдоль вала 103, на котором он установлен (вдоль оси вращения 105). В других исполнениях привод 115 может быть соединен также с ведущим роликом 106 или только с ведущим роликом 106.
Вспомогательные ролики 110 и 111 выполнены способными перемещаться в плоскости штанги 114 (плоскость рисунка фиг.6) - перпендикулярно плоскости 119, проходящей через оси вращения вспомогательных роликов 110 и 111. Ведущий и ведомый ролики 106 и 107 выполнены способными перемещаться вдоль валов 102 и 103 соответственно, на которых они установлены (вдоль осей вращения 104 и 105), и прижиматься к вспомогательным роликам 110 и 111 контактирующими поверхностями 141 и 142 соответственно.
В другом исполнении первого варианта полезной модели вариатор может не содержать корпус, а пружинящие элементы могут соединять ведущие и ведомые ролики непосредственно с валами, на которых они установлены.
Устройство работает следующим образом. Благодаря фрикционному взаимодействию вспомогательных роликов 110 и 111 с поверхностью 141 ведущего ролика 106 и поверхностью 142 ведомого ролика 107 вращательное движение ведущего вала 102 через ведущий ролик 106 и вспомогательные ролики 110 и 111 передается ведомому ролику 107, а от него - ведомому валу 103. Ведущий ролик 106 контактирует с вспомогательным роликом 110 в точке 122, удаленной на расстоянии 127 от оси вращения 104, и с вспомогательным роликом 111 в точке 124, удаленной на расстоянии 126 от оси вращения 104. Расстояния 126 и 127 равны и образуют радиус контактной поверхности ведущего ролика 106. Ведомый ролик 107 контактирует с вспомогательным роликом 110 в точке 123, удаленной на расстоянии 129 от оси вращения 105, и с вспомогательным роликом 111 в точке 125, удаленной на расстоянии 128 от оси вращения 105. Расстояния 128 и 129 равны и образуют радиус контактной поверхности ведомого ролика 107.
Соотношение между радиусами 126 и 128 определяет передаточное число - коэффициент передачи скорости от ведущего вала 102 к ведомому валу 103. Для изменения передаточного числа с помощью привода 115 перемещают ведомый ролик 107 вдоль ведомого вала 103, на котором он установлен. Увеличение расстояния 121 приводит к смещению вспомогательных роликов 110 и 111 в сторону ведущего ролика 106, что, в свою очередь, приводит к перемещению ведущего ролика 106 вдоль ведущего вала 102, на котором он установлен, и увеличению расстояния 120. При этом передаточное число увеличивается, обратное перемещение ведомого ролика 107 с уменьшением расстояния 121 приводит к уменьшению передаточного числа. Вспомогательные ролики 110 и 111 никак не связаны с корпусом 101 вариатора, поэтому при резком изменении нагрузки на ведомый вал 203 возникающие из-за этого ударные нагрузки на оси вспомогательных роликов 110 и 111 не передаются корпусу 101 вариатора.
На фиг.8, фиг.9 показан один из примеров реализации второго варианта заявленной полезной модели. На фиг.8 дан главный вид вариатора, на фиг.9 - вид сверху вариатора в том же положении вспомогательных роликов 210 и 211, что и на фиг.8. Для упрощения корпус вариатора на фиг.9 не показан. Фрикционный вариатор скорости содержит корпус 201, ведущий вал 202, ведомый вал 203, пару ведущих роликов 206, 256, установленных на ведущем валу 202, пару ведомых роликов 207, 257, установленных на ведомом валу 203, оси вращения 204 и 205 ведущих и ведомых роликов соответственно лежат в одной плоскости 218 и пространственно разнесены. Ось вращения 204 ведущих роликов 206, 256 совпадает с осью вращения ведущего вала 202. Ось вращения 205 ведомых роликов 207, 257 совпадает с осью вращения ведомого вала 203. Вариатор содержит также вспомогательные ролики 210 и 211, контактирующие с поверхностями 231 и 251 ведущих роликов 206 и 256 и с поверхностями 232 и 252 ведомых роликов 207 и 257.
При этом часть вспомогательного ролика 210, контактирующая с поверхностями 231 и 251 ведущих роликов 206 и 256, расположена между указанными противолежащими поверхностями 231 и 251, а часть вспомогательного ролика 210, контактирующая с поверхностями 232 и 252 ведомых роликов 207 и 257, расположена между указанными противолежащими поверхностями 232 и 252. Так же часть вспомогательного ролика 211, контактирующая с противолежащими поверхностями 231 и 251 ведущих роликов 206 и 256, расположена между ними, а часть вспомогательного ролика 211, контактирующая с противолежащими поверхностями 232 и 252 ведомых роликов 207 и 257, расположена между ними.
Вспомогательные ролики 210 и 211 установлены на осях 212 и 213 соответственно, соединенных между собой с помощью штанги 214, которая, таким образом, образует жесткую связь между осями 212 и 213. Вспомогательные ролики 210 и 211 могут быть установлены на осях, образующих между собой подвижную связь (шарнирную или упругую). Оси вращения вспомогательных роликов 210, 211 лежат в одной плоскости 219. Оси вращения 204 и 205 лежат в одной плоскости 218, находятся по разные стороны от плоскости 219 и ориентированы в пространстве симметрично относительно плоскости 219: они параллельны друг другу и плоскости 219 и равноудалены от нее. Плоскость 218 перпендикулярна плоскости 219. При этом оси вращения вспомогательных роликов 210 и 211 находятся по разные стороны от плоскости 218 и ориентированы в пространстве симметрично относительно нее: они параллельны между собой, параллельны плоскости 218 и равноудалены от нее. В другой реализации угол между осями вращения 204 и 205 ведущих и ведомых роликов может составлять 20 градусов, угол между осями вращения вспомогательных роликов 210 и 211 также может составлять 20 градусов.
Вспомогательные ролики 210 и 211 способны перемещаться перпендикулярно плоскости 219, проходящей через оси вращения вспомогательных роликов 210 и 211. Ведущие ролики 206, 256 способны перемещаться вдоль вала 202, на котором они установлены (вдоль оси вращения 204), ведомые ролики 207, 257 способны перемещаться вдоль вала 203, на котором они установлены (вдоль оси вращения 205).
Вариатор содержит также привод 215, соединенный с ведомым роликом 257 и выполненный способным перемещать соединенный с ним ролик 257 вдоль вала 203, на котором он установлен и, соответственно, вдоль его оси вращения 205. Ведущий ролик 206 соединен с корпусом 201 с помощью пружинящего элемента 208, ведущий ролик 256 соединен с корпусом 201 с помощью пружинящего элемента 258, ведомый ролик 207 соединен с корпусом 201 с помощью пружинящего элемента 209. Каждый из роликов 206, 256, 207 относятся к ведущему или ведомому, не соединены с приводом 215 и испытывают действие силы со стороны пружинящих элементов 208, 258, 209, направленной на сокращение расстояния 220 между ведущим роликом 206 и соседним ведущим роликом 256, установленным на том же валу 202, а также сокращение расстояния между ведомым роликом 207 и соседним ведомым роликом 257, установленным на том же валу 203. Ролики 206, 256, 207, 257 способны прижиматься к вспомогательным роликам 210 и 211 контактирующими поверхностями 231, 251, 232, 252 под воздействием пружинящих элементов 208, 258, 209 и привода 215.
Пружинящие элементы 208, 258, 209 могут быть выполнены в виде металлических винтовых пружин или упругих полимерных элементов. Привод 215 может быть соединен также со вторым ведомым роликом 207 либо с одним или двумя ведущими роликами 206 и/или 256. В другом исполнении вариатора каждый из роликов 206, 256, 207, относящихся к ведущему или ведомому и не соединенный с приводом 215, может быть соединен с помощью пружинящего элемента с валом, на котором он установлен, или с соседним роликом, установленным на том же валу.
Вспомогательные ролики 210 и 211 выполнены составными: каждый из роликов содержит пару дисков, установленных на одной оси по разные стороны от штанги 214. Поверхность 234 вспомогательного ролика 210, контактирующая с поверхностью 231 ведущего ролика 206 и поверхностью 232 ведомого ролика 207, выполнена криволинейной конической с осевой симметрией, при этом ось симметрии совпадает с осью вращения 216 вспомогательного ролика 210, каждая точка прямой линии, образующей указанную криволинейную поверхность 234, по мере удаления от оси симметрии (оси вращения 216) непрерывно удаляется от плоскости 233, перпендикулярной оси симметрии и пересекающей ось симметрии со стороны указанной криволинейной поверхности 234. Так же поверхность 254 вспомогательного ролика 210, контактирующая с поверхностью 251 ведущего ролика 256 и поверхностью 252 ведомого ролика 257, выполнена криволинейной конической с осевой симметрией, при этом ось симметрии совпадает с осью вращения 216 вспомогательного ролика 210, каждая точка прямой линии, образующей указанную криволинейную поверхность 254, по мере удаления от оси симметрии (оси вращения 216) непрерывно удаляется от плоскости 253, перпендикулярной оси симметрии и пересекающей ось симметрии со стороны указанной криволинейной поверхности 254. В приведенном примере реализации вспомогательные ролики 210 и 211 идентичны.
Поверхности 231, 251 ведущих роликов 206, 256 и поверхности 232, 252 ведомых роликов 207, 257, контактирующие с поверхностями вспомогательных роликов 210 и 211, выполнены криволинейными с осевой симметрией, при этом ось симметрии криволинейных поверхностей 231, 251 совпадает с осью вращения 204 ведущих роликов 206, 256, имеющих указанную криволинейную поверхность, ось симметрии криволинейных поверхностей 232, 252 совпадает с осью вращения 205 ведомых роликов 207, 257. Каждая точка прямой линии, образующей криволинейную поверхность 231, по мере удаления от оси симметрии (оси вращения 204) непрерывно удаляется от плоскости 236, перпендикулярной оси симметрии и пересекающей ось симметрии со стороны указанной криволинейной поверхности. Криволинейные поверхности 251, 232 и 252 образуются аналогичным образом. При этом прямая образующая конической поверхности 231 ведущего ролика 206 и прямая образующая конической поверхности 234 вспомогательного ролика 10 в месте их контакта 222 образуют прямую линию сопряжения. Соответствующие линии сопряжения поверхностей 251, 232 и 252 с поверхностями вспомогательных роликов 210 и 211 образуют прямые линии в местах контакта, в проекции на плоскость рисунка фиг.9 обозначенные позициями 223, 224, 225.
Возможно исполнение второго варианта заявленного вариатора, в котором на ведущем валу могут быть установлены несколько пар ведущих роликов, на ведомом валу - несколько пар ведомых роликов, а между парами ведущих и ведомых роликов - соответствующее количество пар вспомогательных роликов. В другом исполнении второго варианта полезной модели вариатор может не содержать корпус, а пружинящие элементы могут соединять ведущие и ведомые ролики непосредственно с валами, на которых они установлены.
Устройство работает следующим образом. Благодаря фрикционному взаимодействию вспомогательных роликов 210 и 211 с поверхностями 231 и 251 ведущих роликов 206, 256 и поверхностями 232, 252 ведомых роликов 207, 257 вращательное движение ведущего вала 202 через ведущие ролики 206, 256 и вспомогательные ролики 210 и 211 передается ведомым роликам 207, 257, а от них - ведомому валу 203. Ведущий ролик 206 контактирует с вспомогательным роликом 210 в точке 222, удаленной на расстоянии 227 от оси вращения 204, и с вспомогательным роликом 211 в точке 224, удаленной на расстоянии 226 от оси вращения 204. Ведомый ролик 207 контактирует с вспомогательным роликом 210 в точке 223, удаленной на расстоянии 229 от оси вращения 205, и с вспомогательным роликом 211 в точке 225, удаленной на расстоянии 228 от оси вращения 205. Точки контакта ведущего ролика 256 с вспомогательными роликами 210 и 211 в проекции на плоскость рисунка фиг.9 совпадают с точками 222 и 224 соответственно, а точки контакта ведомого ролика 257 с вспомогательными роликами 210 и 211 в проекции на плоскость рисунка фиг.9 совпадают с точками 223 и 225 соответственно. Расстояния 226 и 227 равны и образуют радиус контактных поверхностей ведущих роликов 206, 256. Расстояния 228 и 229 равны и образуют радиус контактных поверхностей ведомых роликов 207, 257.
Соотношение между радиусами 226 и 228 определяет передаточное число - коэффициент передачи скорости от ведущего вала 202 к ведомому валу 203. Для изменения передаточного числа с помощью привода 215 перемещают ведомый ролик 257 вдоль ведомого вала 203, на котором он установлен (вдоль оси вращения 205). Увеличение расстояния 245 приводит к уменьшению расстояния 244 между ведомыми роликами 207 и 257 и смещению вспомогательных роликов 210 и 211 в сторону ведущих роликов 206, 256, что в свою очередь приводит к перемещению ведущих роликов 206 и 256 вдоль ведущего вала 202, на котором они установлены, и увеличению расстояния 220 между ними. При этом передаточное число уменьшается, а обратное перемещение ведомого ролика 257 с уменьшением расстояния 245 приводит к увеличению передаточного числа. Вспомогательные ролики 210 и 211 никак не связаны с корпусом 201 вариатора, так что ударные нагрузки на оси вспомогательных роликов 210 и 211, возникающие при резком изменении нагрузки на ведомый вал 203, не передаются корпусу 201 вариатора.