фрикционный вариатор
Классы МПК: | F16H15/04 передачи с бесступенчатым изменением передаточного числа F16H15/26 с элементом Б, имеющим сферическую поверхность, центрированную на его оси вращения |
Автор(ы): | Волков Александр Павлович, Волков Павел Ильич, Комаров Евгений Ефимович |
Патентообладатель(и): | Волков Александр Павлович, Волков Павел Ильич, Комаров Евгений Ефимович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-07-25 публикация патента:
27.05.1998 |
Изобретение относится к области механических передач и может быть использован в качестве элемента трансмиссии в технологическом оборудовании, транспортных, грузоподъемных и сельскохозяйственных машинах. Сущность изобретения: вариатор содержит корпус, приводные валы и кинематически связанные с ними и взаимодействующие попарно фрикционные звенья с пересекающимися осями вращения, установленные с возможностью изменения угла их пересечения, причем одно из звеньев в каждой паре имеет сферическую рабочую поверхность с центром в точке пересечения осей вращения, а второе выполнено в виде обоймы с роликами, которые контактируют со сферической поверхностью и оси которых расположены в плоскости, проходящей через центр сферической поверхности и перпендикулярной оси вращения обоймы. Положительный эффект достигается тем, что при каждой паре фрикционных звеньев вариатор содержит дополнительное звено со сферической рабочей поверхностью, концентричной сферической поверхности фрикционного звена, не имеющее физической оси и кинематической связи с приводными валами, и взаимодействующие с ним центрирующие опоры, причем все ролики обоймы контактируют с обеими сферическими поверхностями, а их оси установлены с возможностью радиального по отношению к обойме перемещения в их общей плоскости. Направлено на уменьшение износа контактирующих звеньев. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
1. Фрикционный вариатор, содержащий корпус, приводные валы и кинематически связанные с ними и взаимодействующие попарно фрикционные звенья с пересекающимися осями вращения, установленные с возможностью изменения угла их пересечения, причем одно из звеньев в каждой паре имеет сферическую рабочую поверхность с центром в точке пересечения осей вращения, а второе выполнено в виде обоймы с роликами, которые контактируют со сферической поверхностью и оси которых расположены в плоскости, проходящей через центр сферической поверхности и перпендикулярной оси вращения обоймы, отличающийся тем, что при каждой паре фрикционных звеньев он содержит дополнительное звено со сферической рабочей поверхностью, концентричной сферической поверхности фрикционного звена, не имеющее физической оси и кинематической связи с приводными валами, и взаимодействующие с ним центрирующие опоры, причем все ролики обоймы контактируют с обеими сферическими поверхностями, а их оси установлены с возможностью радиального по отношению к обойме перемещения в их общей плоскости. 2. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что ролики установлены с возможностью поворота осей в их общей плоскости, а рабочая поверхность роликов имеет в меридиональном сечении либо меньшую кривизну, чем в экваториальном сечении, либо имеет кривизну переменной величины. 3. Вариатор по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере одно звено выполнено в виде упругой оболочки. 4. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что дополнительное звено выполнено в виде деформируемой герметичной оболочки, заключающей газ под давлением, а внутренняя полость вариатора изолирована от окружающей среды и соединена с регулируемым источником жидкости или газа. 5. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что в каждой паре фрикционных звеньев одно из них установлено в подшипниках поворотного устройства, ось поворота которого проходит через центр сферических поверхностей и совпадает с осью приводного вала, имеющего кинематическую связь с этим звеном. 6. Вариатор по п.5, отличающийся тем, что он содержит механизм поворота с чувствительным элементом, кинематически связанным с поворотным устройством. 7. Вариатор по п.5, отличающийся тем, что ось поворота поворотного устройства составляет с осью вращения установленного в нем фрикционного звена угол, равный половине максимально возможного угла между осями вращения фрикционных звеньев. 8. Вариатор по п.5, отличающийся тем, что фрикционные звенья установлены в подшипниках кинематически связанного с приводным валом вращающегося корпуса, ось вращения которого проходит через центры сферических поверхностей.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области механических передач и может быть использовано в качестве элемента трансмиссии в технологическом оборудовании, транспортных, грузоподъемных и сельскохозяйственных машинах. Известны фрикционные вариаторы [1 и 2], содержащие фрикционные звенья в виде тел вращения с криволинейными образующими, пересекающимися осями вращения, и контактирующее с ними промежуточное фрикционное звено в виде кольца. Недостатками упомянутых вариаторов являются ограниченная нагрузочная способность вследствие связи между звеньями через одно пятно фрикционного контакта и существенные потери энергии из-за наличия геометрического скольжения. Известен фрикционный вариатор [3], содержащий взаимодействующие попарно фрикционные звенья с пересекающимися осями вращения, причем в каждой из пар одно из звеньев имеет сферическую рабочую поверхность с центром в точке пересечения осей вращения, второе выполнено в виде обоймы с двумя кинематически связанными между собой роликами, оси которых расположены в плоскости, проходящей через центр сферической поверхности и перпендикулярной оси вращения обоймы, а приводные валы имеют механическую связь с фрикционными звеньями, имеющими сферические рабочие поверхности. Недостатком этого вариатора является ограниченные нагрузочная способность и надежность вследствие того, что фрикционные звенья составляют кинематическую цепь, в которой связь между фрикционными звеньями осуществляется через одно пятно фрикционного контакта сферической рабочей поверхности с роликом. В качестве прототипа принят фрикционный вариатор [4], содержащий корпус, приводные валы, кинематически связанные с ними и взаимодействующие попарно фрикционные звенья с пересекающимися осями вращения, установленные с возможностью изменения угла их пересечения, причем одно из звеньев в каждой паре имеет сферическую рабочую поверхность с центром в точке пересечения осей вращения, второе выполнено в виде обоймы с роликами, которые контактируют со сферической поверхностью и оси которых расположены в плоскости, проходящей через центр сферической поверхности и перпендикулярной оси вращения обоймы, а ролики установлены в подшипниках нажимных устройств. Недостатком этого вариатора является ограниченная нагрузочная способность и низкий КПД вследствие того, что передача необходимой для фрикционного взаимодействия роликов со сферической поверхностью нормальной силы (в 10 - 20 раз превышающей тангенциальную фрикционную силу) осуществляется через подшипники роликов, что ограничивает ее величину и сопровождается потерями мощности. Принципиальную роль при этом играет компонента фрикционной силы, необходимая для придания углового ускорения роликам, имеющая место даже при равномерном вращении приводных валов вследствие синусоидальной зависимости угловой скорости ролика от его положения относительно плоскости осей вращения фрикционных звеньев, которая с увеличением размеров роликов, неизбежном при увеличении грузоподъемности подшипников, прогрессивно увеличиваается, соответственно уменьшая полезную компоненту тангенциальной фрикционной силы. Сущностью изобретения является повышение нагрузочной способности вариатора и уменьшение потерь мощности путем создания нормальной силы в зонах фрикционного взаимодействия без нагружения подшипников роликов. Указанный эффект достигается тем, что при каждой паре фрикционных звеньев вариатор содержит дополнительное звено со сферической рабочей поверхностью, концентричной сферической поверхности фрикционного звена, не имеющее физической оси и кинематической связи с приводными валами, а также взаимодействующие с ним центрирующие опоры, причем все ролики обоймы контактируют с обеими сферическими поверхностями, а их оси установлены с возможностью радиального по отношению к обойме перемещения в их общей плоскости. Для уменьшения износа контактирующих звеньев и потерь мощности при частичных нагрузках путем обеспечения зависимости нормальной силы в зонах фрикционного взаимодействия от величины момента на обойме ролики могут быть установлены с возможностью поворота осей в их общей плоскости, а рабочая поверхность роликов в меридиональном сечении может быть выполнена либо меньшей кривизны, чем в экваториальном сечении, либо иметь кривизну переменной величины. Для обеспечения равномерного распределения нагрузки между роликами при пониженных требованиях к точности изготовления одно, или оба звена со сферическими рабочими поверхностями могут быть выполнены в виде упругих оболочек. Для управления нагрузочной способностью вариатора дополнительное звено может быть выполнено в виде деформируемой герметичной оболочки, заключающей газ под давлением, а внутренняя полость вариатора изолирована от окружающей среды и соединена с регулируемым источником жидкости или газа. Для удобства встраивания вариатора в трансмиссию одно из фрикционных звеньев в каждой их паре может быть установлено в подшипниках поворотного устройства, ось поворота которого проходит через центр сферических поверхностей и совпадает с осью приводного вала, имеющего кинематическую связь с этим фрикционным звеном. Для реализации зависимости передаточного отношения вариатора от нагрузки он может содержать механизм поворота поворотного устройства с чувствительным элементом, кинематически связанным с этим поворотным устройством. Для минимизации поперечного сечения вариатора ось поворота поворотного устройства может составлять с осью вращения установленного в нем фрикционного звена угол, равный половине максимально возможного угла между осями вращения фрикционных звеньев. Для увеличения диапазона изменения передаточного отношения вариатор может быть выполнен по планетарной схеме. При этом фрикционные звенья вариатора устанавливаются в подшипниках кинематически связанного с приводным валом вращающегося корпуса, ось вращения которого проходит центры сферических поверхностей. Использование изобретения позволит на порядок по сравнению с прототипом повысить нагрузочную способность вариатора и по этому параметру фрикционный вариатор не будет уступать гидродинамической передаче при существенно более высоком КПД. На фиг. 1-4 иллюстрируется принцип действия фрикционного вариатора и варианты исполнения. Заявляемый фрикционный вариатор (фиг. 1) содержит корпус 1, приводные валы 2 и 3, фрикционное звено с осью вращения X и сферической рабочей поверхностью 4, фрикционное звено, выполненное в виде обоймы 5 с осью вращения X1 и роликами 6, дополнительное звено со сферической рабочей поверхностью 7 и центрирующие опоры 8. Оси вращения X и X1 фрикционных звеньев пересекаются под углом![фрикционный вариатор, патент № 2112169](/images/patents/359/2112038/945.gif)
![фрикционный вариатор, патент № 2112169](/images/patents/359/2112089/960.gif)
![фрикционный вариатор, патент № 2112169](/images/patents/359/2112038/945.gif)
![фрикционный вариатор, патент № 2112169](/images/patents/359/2112089/960.gif)
![фрикционный вариатор, патент № 2112169](/images/patents/359/2112089/969.gif)
![фрикционный вариатор, патент № 2112169](/images/patents/359/2112089/969.gif)
![фрикционный вариатор, патент № 2112169](/images/patents/359/2112089/969.gif)
![фрикционный вариатор, патент № 2112169](/images/patents/359/2112002/183.gif)
![фрикционный вариатор, патент № 2112169](/images/patents/359/2112038/945.gif)
![фрикционный вариатор, патент № 2112169](/images/patents/359/2112169/2112169-2t.gif)
![фрикционный вариатор, патент № 2112169](/images/patents/359/2112169/2112169-3t.gif)
![фрикционный вариатор, патент № 2112169](/images/patents/359/2112089/981.gif)
![фрикционный вариатор, патент № 2112169](/images/patents/359/2112169/2112169-4t.gif)
![фрикционный вариатор, патент № 2112169](/images/patents/359/2112169/2112169-5t.gif)
![фрикционный вариатор, патент № 2112169](/images/patents/359/2112089/960.gif)
![фрикционный вариатор, патент № 2112169](/images/patents/359/2112089/960.gif)
![фрикционный вариатор, патент № 2112169](/images/patents/359/2112008/916.gif)
![фрикционный вариатор, патент № 2112169](/images/patents/359/2112008/916.gif)
![фрикционный вариатор, патент № 2112169](/images/patents/359/2112002/183.gif)
![фрикционный вариатор, патент № 2112169](/images/patents/359/2112008/916.gif)
![фрикционный вариатор, патент № 2112169](/images/patents/359/2112008/916.gif)
![фрикционный вариатор, патент № 2112169](/images/patents/359/2112002/183.gif)
![фрикционный вариатор, патент № 2112169](/images/patents/359/2112008/916.gif)
![фрикционный вариатор, патент № 2112169](/images/patents/359/2112169/2112169-6t.gif)
![фрикционный вариатор, патент № 2112169](/images/patents/359/2112169/2112169-7t.gif)
![фрикционный вариатор, патент № 2112169](/images/patents/359/2112169/2112169-8t.gif)
Класс F16H15/04 передачи с бесступенчатым изменением передаточного числа
зацепление бесступенчатой передачи - патент 2199044 (20.02.2003) | |
устройство для преобразования линейного колебательного движения во вращательное - патент 2159372 (20.11.2000) | |
устройство для преобразования линейного колебательного движения во вращательное - патент 2159371 (20.11.2000) | |
фрикционный вариатор - патент 2130562 (20.05.1999) | |
коробка передач - патент 2115047 (10.07.1998) | |
передача бесступенчатая - патент 2071688 (10.01.1997) | |
секция вариатора - патент 2064619 (27.07.1996) | |
фрикционный вариатор - патент 2020332 (30.09.1994) | |
вариатор - патент 2011070 (15.04.1994) |
Класс F16H15/26 с элементом Б, имеющим сферическую поверхность, центрированную на его оси вращения
вариатор - патент 2194895 (20.12.2002) | |
фрикционный вариатор тадевосяна д.о. - патент 2025620 (30.12.1994) |