ВАРИАТОР
VARIATOR

Изобретение относится к передачам с бесконечными гибкими элементами для сообщения вращения с переменным передаточным отношением, преимущественно для управления скоростью транспортных средств.
В заявке US 2012100944, публикация 26.04.2012, МПК F16H 9/12, описана конструкция вариатора, содержащая ведущий и ведомый конусные шкивы, соединенные клиновидным ремнем, при этом ведущий шкив выполнен с одним регулируемым фланцем шкива. Перемещение одного из фланцев ведущего шкива обеспечивается с помощью скользящей гайки, перемещаемой шестерней, которая свою очередь управляется передачей, содержащей зубчатое колесо червячной передачи. Конструкция управления является достаточно сложной.
В патенте US 2566997, публикация 04.09.1951, МПК F16H 9/26, описана конструкция вариатора, содержащая ведущий и ведомый конусные шкивы, соединенные клиновидным ремнем. Регулировка скорости производится посредством вращения вала червячной передачи, которая перемещает конусный фланец (4) по штифтам (6) и конусный фланец (11) по штифтам 16.
Более близким аналогом является конструкция по патенту US 6755759, публикация 29.062004, МПК F16H 63/00, раскрыта конструкция вариатора для газонокосилки. Техническим результатом, по патенту, является обеспечение передачи скорости в широких пределах, упрощение конструкции и снижение габаритов.
Данная конструкция содержит ведущий и ведомый конусные шкивы и клиновидным ремнем, при этом ведущий шкив выполнен с одним регулируемым фланцем шкива. Перемещение фланца обеспечивается с помощью клинового элемента с неподвижной и подвижной частью, содержащий на упомянутых частях элемента взаимодействующие между собой клиновидные поверхности. Неподвижная часть закреплена на валу, а подвижная часть установлена соосно валу, с возможностью вращения на валу и перемещения вдоль него. Вращение подвижной части клиновидного элемента обеспечивается с помощью тяги, вручную, с помощью троса (15). Таким образом, вручную обеспечивается изменение скорости вращения на ведомом шкиву вариатора.
Техническим результатом, достигаемым в заявляемом изобретении, является повышение нагрузочной способности вариатора и повышение компактности конструкции.
Вариатор по изобретению выполнен с ведущим и ведомым конусными шкивами и клиновидным ремнем, ведущий шкив вариатора имеет один подвижный фланец. На одном конце вала ведущего шкива, жестко установлен упорный подшипник, на другом конце жестко установлен неподвижный фланец шкива. Между упорным подшипником и упомянутым жестко закрепленным на валу фланцем установлены первая и вторая втулки, которые имеют боковые сопрягаемые поверхности, выполненные с профилями, обеспечивающими смещение второй втулки при повороте первой втулки. Первая втулка закреплена на упорном подшипнике с возможностью вращения, вторая втулка установлена на упомянутом валу с возможностью перемещения и взаимодействия с упомянутым подвижным фланцем. При этом первая втулка имеет возможность вращения при взаимодействии с механизмом управления работой вариатора. К первой втулке подсоединен кулачковый механизм, по меньшей мере, одного устройства натяжения клиновидного ремня.
Благодаря тому, что механизм смещения подвижного фланца имеет две втулки с боковыми сопрягаемыми поверхностями, выполненными с профилями, обеспечивающими смещение второй втулки при повороте первой втулки, при этом первая втулка закреплена на упорном подшипнике, обеспечивается возможность перемещать подвижный фланец с достаточным усилием, необходимым для вариатора большой нагрузочной способности. Повышение нагрузочной способности вариатора способствует наличие устройства натяжения ремня, при этом для вариаторов с большей нагрузочной способностью может потребоваться применение двух устройств натяжения. При этом механизм такой конструкции занимает небольшие размеры, имеет сравнительно немного деталей и обеспечивает компактность вариатора большой нагрузочной способности. Остальные преимущества данной конструкции будут раскрыты при детальном описании вариатора.
В частном случае выполнения, в качестве механизма управления работой вариатора может быть использована цепная передача. При этом соосно упомянутой первой втулке механизма преобразования установлено зубчатое колесо цепной передачи, жестко закрепленное на первой втулке, а цепь цепной передачи соединена с приводом управления вариатора.
В другом частном случае выполнения, в качестве механизма управления работой вариатора может быть использована червячная передача. При этом соосно упомянутой первой втулке механизма преобразования установлено зубчатое колесо червячной передачи, жестко закрепленное на первой втулке, а винт червяной передачи соединен с приводом управления вариатора.
Первая и вторая втулки могут быть выполнены с треугольными профилями на боковых сопрягаемых поверхностях.
Кроме того, первая и вторая втулки могут быть выполнены с трапециевидными профилями на боковых сопрягаемых поверхностях. В этом случае более эффективно реализуется реверсивная работа вариатора, как в прямом, так и в обратном направлении.
При реализации с одним устройством натяжения ремня кулачковый механизм может содержать кольцо, жестко прикрепленное к первой втулке и снабженное зубчатым колесиком. Также он может содержать кольцевой элемент, размещенный на упомянутом кольце с возможностью поворота, содержащий по образующей элемент зубчатой передачи, связанный кинематически с упомянутым зубчатым колесиком кольца. Этот кольцевой элемент содержит по образующей также криволинейную поверхность кулачкового механизма, взаимодействующую с роликовым толкателем устройства натяжения клиновидного ремня.
При реализации с двумя устройствами натяжения ремня, кулачковый механизм может содержать кольцо, жестко прикрепленное к первой втулке и снабженное зубчатым колесиком. Также он может содержать кольцевой элемент, размещенный на упомянутом кольце с возможностью поворота, и содержащий по образующей элемент зубчатой передачи, кинематически связанный с упомянутым зубчатым колесиком кольца. Этот кольцевой элемент содержит по образующей также две расположенные симметрично криволинейных поверхности кулачкового механизма, при этом каждая из криволинейных поверхностей выполнена с возможностью взаимодействия с соответствующим с роликовым толкателем соответствующего устройства натяжения клиновидного ремня, а роликовые механизмы натяжения клиновидного ремня расположены на разных плечах клиновидного ремня.
Изобретение поясняется рисунками.
На Фиг. 1 приведен рисунок общей конструкции вариатора с ведущим и ведомым конусными шкивами и клиновидным ремнем на виде сбоку.
На Фиг. 2 показан разрез ведущего шкива вариатора в одном, сведенном положении подвижного фланца, а на Фиг. 3 показан разрез ведущего шкива вариатора в другом, разведенном, положении подвижного фланца шкива.
На Фиг. 4 показаны отдельные детали ведущего шкива в аксонометрии при использовании цепной передачи механизма управления работой вариатора.
На Фиг. 5 приведена конструкция вариатора с цепной передачей в аксонометрии.
На Фиг. 6 приведена развертка боковых сопрягаемых поверхностей первой и второй втулок ведущего шкива вариатора.
На Фиг. 7 показано устройство натяжения ремня с одним кулачковым механизмом и роликовым толкателем, а на Фиг. 8 отдельно кольцо с зубчатым колесиком кулачкового механизма.
На Фиг 9 показано устройство натяжения ремня с двумя кулачковым механизмом и двумя роликовыми толкателями, а на Фиг. 10 отдельно кольцо с зубчатым колесиком кулачкового механизма.
На Фиг. 11 и Фиг 12 в аксонометрии показана конструкция с механизмом управления работой вариатора червячной передачей, в двух положениях, с разведенным и сведенным подвижным фланцем ведущего шкива.
На Фиг. 13 показан вариант выполнения отдельных деталей ведущего шкива в аксонометрии при использовании червячной передачи механизма управления работой вариатора.
Вариатор (Фиг. 1) включает двигатель 1, ведущий шкив 2, ведомый шкив 3, соединенные клиновидным ремнем 4. Ведущий шкив 2 имеет один подвижный фланец б. На вале 7 ведущего шкива 2 (Фиг. 2 - Фиг. 5) установлен упорный подшипник 8, на котором с возможностью вращения закреплена первая втулка 9, которая в данном варианте выполнения имеет треугольный профиль 16. Вторая втулка 10 имеет также боковую поверхность с треугольным профилем 16, сопрягаемую с треугольным профилем 16 первой втулки. Вторая втулка 10 установлена на валу 7 с возможностью перемещения вдоль него и взаимодействует с подвижным фланцем 6. На конце вала 7 жестко закреплен неподвижный фланец 5. Первая втулка 9 жестко соединена с зубчатым колесом 13, в данном варианте выполнения, цепной передачи от механизма управления работой вариатора. На рисунках механизм управления не показан. К первой втулке 9 подсоединен кулачковый механизм 11, в данном варианте, одного устройства 12 натяжения клиновидного ремня 4.
Устройство управления 12 натяжением клиновидного ремня, в варианте с одним узлом натяжения (Фиг. 6), содержит кулачковый механизм 11 с кольцом 18, жестко прикрепленным к первой втулке 9, в котором закреплено зубчатое колесико 19. Кольцевой элемент 20, размещен на кольце 18 с возможностью поворота. На кольцевом элементе 20, по образующей выполнен элемент 21 зубчатой передачи, связанный кинематически с упомянутым зубчатым колесиком 19 кольца 18. Этот кольцевой элемент 20 содержит по образующей также криволинейную поверхность 22 кулачкового механизма 11, взаимодействующую с роликовым толкателем 23 устройства натяжения 12 клиновидного ремня 4.
В данном варианте выполнения вариатор работает следующим образом.
Мотор 1 посредством вала 7 передает вращение от ведущего шкива 2 ведомому шкиву 3 с помощью клиновидного ремня 4, который на ведомом шкиву 2 зажат между неподвижным фланцем 5 и подвижным фланцем 6. При необходимости изменить передаточное число механизм управления работой вариатора с помощью цепного привода (в общем случае приводы могут быть применены разные) поворачивает зубчатое колесо 13 и вместе с ним втулку 9. Боковая поверхность втулки 9, в данном варианте с несколькими секторами треугольного профиля 16, сопряженная с таким же профилем втулки 10, перемещает втулку 10 вдоль вала 7, тем самым перемещая подвижный фланец 6. Клиновидный ремень 4 изменяет свое положение между фланцами 5 и 4, тем самым изменяется передаточное число вариатора. При этом изменяет свое положение и устройство натяжения 12 клиновидного ремня 4. Это происходит потому, что при повороте зубчатого колеса 13, поворачивается не только первая втулка 9, но и кольцо 18 жестко скрепленное с ней. При повороте кольца 18 зубчатое колесико 19, благодаря элементу зубчатой передачи 21 кольцевого элемента 20, поворачивает его относительно кольца 18. При повороте кольцевого элемента 20 смещается устройство натяжения 12, потому что роликовый толкатель 23 кулачкового механизма скользит по криволинейной поверхности 22. При смещении устройства натяжения 12 ролик 27 все время поддерживает необходимое натяжение клиновидного ремня 4 при всех режимах работы вариатора.
Если необходим вариатор с большей тягой, в данной конструкции может быть применен трапециевидный профиль на боковых сопрягаемых поверхностях первой втулки 9 и второй втулки 10 (Фиг. 6) и два устройства натяжения 12 ремня. Это обеспечивает примерно равномерное натяжение ремня при реверсной работе вариатора. В этом случае обеспечивается возможность движения устройства натяжения 12 в одну или другую сторону, чтобы работал либо один, либо второй кулачок 23 кулачковых механизмов 12, симметрично расположенных на разных плечах ремня 4 клиновидной передачи. В данном случае кольцевой элемент 24 содержит по образующей две расположенные симметрично криволинейных поверхности 26 кулачкового механизма. Каждая из криволинейных поверхностей 26 взаимодействует с соответствующим роликовым толкателем 23 соответствующего устройства натяжения 12. Тогда сопрягаемые поверхности трапециевидного профиля втулок 9 и 10 в точке максимального раскрытия фланцев 4 и 5 направляются механизмом управления в одну или другую сторону, с тем, чтобы работал либо один, либо второй роликовый толкатель 23 кулачкового механизма. Поскольку смена движения тягового вариатора происходит через нулевую скорость, т.е. через положение максимального раскрытия фланцев 4 и 5, то мы получаем возможность обеспечивать натяжение клиновидного ремня 4 при любом направлении вращения вариатора.
Кроме цепной передачи в данной конструкции возможно применение и других видов передачи в устройстве управления вариатором. На Фиг. 11 - Фиг. 13 показана конструкция вариатора с одним устройством натяжения 12 и червячной передачей устройства управления. Зубчатое колесо 14 червячной передачи, жестко закреплено на первой втулке 9, а винт 15 червяной передачи соединен с приводом управления вариатора.
Такая конструкция вариатора позволяет создавать вариаторы, обеспечивающие большую мощность. Они просты в изготовлении, компактны и могут применяться в различных областях, в том числе в тяговых механизмах транспортных средств.