автомобильный вариатор
Классы МПК: | F16H15/52 с элементом с постоянным рабочим диаметром, взаимодействующим с различными частями другого элемента |
Автор(ы): | Черняев Б.Н. |
Патентообладатель(и): | Черняев Борис Николаевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-06-03 публикация патента:
10.03.1999 |
Изобретение предназначено преимущественно для использования в автомобилях. Ускоряющий разделитель частоты оборотов автомобильного вариатора выполнен в виде двух соосно расположенных обойм и двух соосно соединенных ободов, имеющих возможность эксцентричного смещения относительно обойм. В обоймах радиально установлены скользящие упоры, соединенные между собой пружинящими кольцами. Одна из обойм имеет зубчатый венец и планетарный механизм с сателлитами. Сателлиты установлены на водиле ведущего вала и находятся в зацеплении с зубчатым венцом обоймы и зубчатым венцом ведомого вала. Такое выполнение позволяет создать конструктивно простой, надежный и удобный в эксплуатации вариатор для замены в автомобилях коробок скоростей и решающий задачу согласования оптимальных частот мотора и трансмиссии. 4 з. п. ф-лы, 5 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5
Формула изобретения
1. Автомобильный вариатор, содержащий корпус, ведущий и ведомый валы, ускоряющий разделитель частоты оборотов в виде двух соосно расположенных обойм и двух соосно соединенных ободов, имеющий возможность эксцентричного смещения относительно обойм, одна из которых имеет зубчатый венец и планетарный механизм с сателлитами, установленными на водиле ведущего вала и находящимися в зацеплении с зубчатым венцом обоймы и зубчатым венцом ведомого вала, отличающийся тем, что он снабжен радиально установленными в обоймах скользящими упорами, соединенными между собой пружинящими кольцами. 2. Вариатор по п. 1, отличающийся тем, что скользящие упоры размещены многорядно и со смещением, а рабочим поверхностям зубьев венцов соосно соединенных ободов и наконечникам скользящих упоров придана цилиндрическая форма. 3. Вариатор по п. 1, отличающийся тем, что сателлиты выполнены в виде блоков зубчатых колес. 4. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что ведущий вал имеет торсионный участок, выполненный в виде винтовой спирали. 5. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен гидроуспокаивающими кожухами, закрывающими ускоряющий распределитель частоты оборотов и планетарный механизм.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к машиностроению, предназначается для использования в транспортных средствах, в основном в автомобилях, в качестве механизма согласования мощности мотора с крутящим моментом ведущих колес и регулирования скорости. Известны транспортные, в том числе и автомобильные, вариаторы разнообразных конструкций. Например, известен фрикционный вариатор - патент США N 3793910, кл. F 16 H 15/50, 1974 г. -, представляющий собой планетарный механизм, выходным звеном которого являются параллельно расположенные сателлиты с встречными коническими поверхностями с двух сторон замкнутые кольцевыми шайбами. Шайбы имеют самостоятельное встречное вращение и в процессе настройки перемещаясь вдоль конусов сателлитов выдают на ведомый вал изменяемую частоту оборотов. Этот вариант сложен в исполнении и не обладает способностью прямого соединения ведущего и ведомого валов. Известен транспортный вариатор- "Трансунвартор Черняева" - патент России N 2052689, кл. F 16 H 15/52, 1996 г. - содержащий конусообразные сателлиты, расположенные параллельными блоками, снабженный подпружиненными подвесками, обеспечивающими холостой ход, и планетарным механизмом, передающим на зубчатый венец ведомого вала разницу частот оборотов обкатки сателлитами центральных колес, которые имеют возможность перемещаться вдоль корпуса для изменения частоты оборотов выходного, ведомого вала. Этот вариатор обладает расширенными функциональными возможностями, однако в нем также отсутствует плавный переход на прямое соединение ведущего им ведомого валов, что является немаловажным недостатком поло применения его в качестве автомобильного вариатора. Наиболее близким к изобретению является рычажно-планетарный вариатор И. И.Кайдановского - В.Ф.Мальцев, "Механические импульсные передачи", М., Машиностроение 1978 г., рис. 34. Этот вариатор содержит ускоряющий разделитель частоты, в виде цилиндрических обойм, в пазы которых помещены фрикционные пары роликов, и барабанных ободов, один из которых соединен с зубчатым колесом внутреннего зацепления с сателлитами водила, которые зацепляются с зубчатым венцом ведомого вала. При смещении осей роликонесущих обойм в отношении соосных барабанных ободов ролики, заклиниваясь, передают вращение с ведущей обоймы на барабанный обод и со смежного барабанного обода на ведомую обойму и далее на планетарный механизм. При этом из-за разницы угловых скоростей изменяется окружная скорость и частота оборотов зубчатого венца ведомого вала за счет изменяемой частоты обкатки его сателлитами. Малая разница разделенных частот и отказы функционирования фрикционных сочленений при отклонениях формы и размеров делают этот вариатор малонадежным. В качестве разделителя частоты можно было бы использовать в прототипе вариатор по а.с. 881435, кл. F 16 H 15/40, 1984 г. с храповым механизмом передачи усилий, однако, он ограничен по нагрузке, шумен из-за проскальзывания собачек и имеет повышенный износ. Целью настоящего изобретения является создание конструктивно простого, надежного и удобного в эксплуатации устройства для замены в автомобилях коробок скоростей и решающего задачу согласования оптимальных частот мотора и трансмиссии. Для достижения поставленной цели ускоряющий разделитель частоты автомобильного вариатора содержит радиальные скользящие упоры, соединенные между собой пружинящими кольцами, которые обеспечивают контактирование рабочих поверхностей упоров и зубьев обоймы ободов только в рабочих зонах. Равномерность вращения и увеличенные нагрузки достигаются за счет многорядной установки упоров со смещением и приданием рабочим поверхностям наконечников упоров и зубьями цилиндрической формы. Уменьшение максимальной величины смещения обойм и ободов компенсируется применением сателлитных блоков, что позволяет автомобильному вариатору расширить диапазон регулирования от прямого соединения ведущего и ведомого валов плавно через "нулевую" скорость до глубокого реверса. Автомобильный вариатор снабжен устройством автоматического согласования момента сопротивления и потребляемой мощности. Торсионный участок вала устройства выполнен в виде винтовой многозаходной спирали, что значительно повышает чувствительность. Ускоряющий разделитель частоты и планетарный механизм автомобильного вариатора закрыты гидроуспокаивающими кожухами, что уменьшает нагрев масла и повышает КПД. Автомобильный вариатор в продольном разрезе изображен на фиг. 1. На фиг. 2 показан разрез "А-А" на фиг.1. Стрелка указывает направление вращения ведущего вала. На фиг. 3 изображено в разрезе "Б-Б" на фиг. 1 устройство автоматического согласования момента сопротивления и потребляемой мощности. На фиг. 4 - местный разрез "В-В" на фиг. 1. В увеличенном виде изображено положение упоров 9 обоймы 8 относительно зубьев 12 обода. На фиг. 5 - разрез по "Г-Г" на фиг. 1. Изображена ведомая обойма 22 с выходом на планетарный механизм и ведущий вал. Здесь же приведены обозначения всех элементов, используемых далее в расчетных формулах. Стрелка указывает направление вращения ведущего обода 14, ведомой обоймы 22 и ее зубчатого венца 23. Автомобильный вариатор состоит из корпуса 1, ведущего вала 2 с водилом 3, по окружности которого равномерно распределены подшипниковые узлы 4 с валиками 5, несущими сателлиты 6 и 7. На ведущем валу закреплена ведущая обойма 8 ускоряющего разделителя частоты. В кольце ведущей обоймы равномерно по окружности со смещением в два / или более/ ряда выполнены радиальные сквозные отверстия, в которых размещены скользящие упоры 9. Концы скользящих упоров имеют отверстия, через которые упоры соединены пружинящими, например, из сталистого тросика, кольцами 10. Для уменьшения удельной нагрузки рабочим поверхностям наконечников 11 скользящих упоров придана цилиндрическая форма, соответствующая форме рабочих поверхностей зубьев 12 ведомого обода 13 и ведущего обода 14. Ведомый обод соединяется с ведущим ободом ступицей 15, на которой установлен узел подшипников 16 управляющего рычага 17. Управляющий рычаг установлен горизонтально на оси 18. С одной стороны он опирается на пружину 19, с другой стороны от тросиком 20 боудена соединен с управляющей педалью /не показана/. Для временной фиксации положения "нуль-скорости" управляющий рычаг имеет шариковый фиксатор 21. По отношению к зубьям ведомого обода зубья ведущего обода направлены в противоположную сторону и контактируют с наконечниками скользящих упоров ведомой обоймы 22, которая снабжена зубчатым венцом 23 и через сателлитные блоки соединена с зубчатым венцом 24 ведомого вала 25. Для уменьшения гидравлических потерь в масле разделитель частоты и сателлитные блоки закрыты гидроуспокаивающими кожухами 26, 27. Автомобильный вариатор снабжен устройством автоматического согласования момента сопротивления и потребляемой мощности. Ведущий вал имеет винтовой участок 28 переходящий в двухвитковую торсион-спираль 29, которая закреплена в торце гнезда 30 вала. Гнездо имеет шлицевой участок, отвечающий шлицам винтовой втулки 31, на которой установлены подшипники 32. Между кольцами подшипников помещена вилка 33 двуплечего рычага 34, установленного на оси 35 в проушинах крышки-проставки 36. Второе плечо двуплечего рычага соединено с тросом 37 боудена управления заслонкой карбюратора. Для улучшения теплообмена корпус снабжен ребрами 28. Ведомый вал установлен в подшипниковом узле 39 торцевой крышки 40. Автомобильный вариатор работает следующим образом :В нейтральном положении управляющего рычага 17 0 положении "нуль-скорости" - соосно соединенные ободы 13 и 14 установлены со смещением
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127010/916.gif)
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127010/916.gif)
v1 = 2
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127022/960.gif)
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127010/916.gif)
Элементарно выводится, что частота оборотов ведомого обода 13 равна:
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127382/2127382-2t.gif)
Из формулы следует, что при отсутствии эксцентриситета, частота оборотов ведомого обода равняется частоте оборотов ведущего вала, то есть блоки сателлитных шестерен не вращаются в отношении водила, и ведущий и ведомый валы соединены напрямую. Чем на большую величину увеличивается эксцентриситет
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127010/916.gif)
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127010/945.gif)
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127010/945.gif)
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127010/945.gif)
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127010/945.gif)
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127382/2127382-3t.gif)
Итак, в процессе обгонного вращения зубчатого венца 23 сателлиты 6 вращаются в том же направлении, что и зубчатый венец. Если рассматривать вращение сателлитов в отношении водила, то можно условно считать водило неподвижным. Тогда частота вращения сателлитных блоков в отношении водила равна:
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127382/2127382-4t.gif)
Введем понятие: прирост поворота
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127017/948.gif)
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127382/2127382-5t.gif)
Прирост поворота
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127017/948.gif)
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127382/2127382-6t.gif)
Очевидно, что величина поворота сателлитного блока по отношению к водилу определяется длиной дуги прироста поворота развернутой по длине окружности сателлита d2:
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127382/2127382-7t.gif)
При этом длина дуги сателлита "d3", обкатывающего зубчатый венец d4 выходного вала, равна:
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127382/2127382-8t.gif)
Для обеспечения "нуль-скорости", т.е. полной обкатки неподвижного зубчатого венца d4, нужно, чтобы было выдержано условие равенства дуги поворота
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127382/2127382-9t.gif)
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127022/960.gif)
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127022/960.gif)
Таким образом, основное условие "нуль-скорости" определяется выражением:
d2d4(R-
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127010/916.gif)
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127010/916.gif)
В общем случае формула ля определения передаточного числа i автомобильного вариатора выглядит так:
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127382/2127382-10t.gif)
При этом должно быть выдержано нижеследующее условие зацепления:
d1 = d2 + d3 +d4. Как видно из формулы передаточного числа при "d2d4n = d1d3(n2-n)" i =
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127159/8734.gif)
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127017/948.gif)
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127382/2127382-11t.gif)
Можно выразить формулу передаточного числа автомобильного вариатора, используя элементы механизма ускоряющего разделителя частоты:
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127382/2127382-12t.gif)
Из вышеприведенной формулы можно определить значение эксцентриситета
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127010/916.gif)
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127382/2127382-13t.gif)
На конкретном примере можно показать, что автомобильный вариатор компактнее существующих коробок скоростей. Например, у существующих легковых автомобилей коробка скоростей имеет усредненные габаритные размеры в мм.: 250 х 280 х 500. Определим ориентировочные габариты автомобильного вариатора для легкового автомобиля мощностью 100 л.с. 1. Крутящий момент на ведущем валу: М - 716 N/n = 20 кГм. 2. Модуль зубчатого зацепления на выходе существующих коробок скоростей такой мощности равен трем. Так как зубчатый венец выходного вала автомобильного вариатора снимает мощность одновременно с 4-х сателлитов равнопрочным для него является m=2. 3. Сохраняем диаметр выходного вала равным 35...40 мм. и конструктивно принимает диаметр его зубчатого венца "d4" равным 50 мм. 4. Максимальная нагрузка на скользящий упор 9 разделителя частоты:
P = M/R = 20/ 0,1 = 200 кГс. 5. Диаметр штанги упора при его вылете
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127010/916.gif)
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127020/697.gif)
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127349/8771.gif)
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127382/2127382-14t.gif)
6. Допустимое десятипроцентное смещение ободов в отношении обойм:
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127010/916.gif)
d2d4(R-
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127010/916.gif)
![автомобильный вариатор, патент № 2127382](/images/patents/344/2127010/916.gif)
Класс F16H15/52 с элементом с постоянным рабочим диаметром, взаимодействующим с различными частями другого элемента
дисковый планетарный вариатор - патент 2523509 (20.07.2014) | ![]() |
широкодиапазонный бесступенчатый привод (супервариатор) - патент 2523507 (20.07.2014) | ![]() |
широкодиапазонный бесступенчатый привод (супервариатор) - патент 2523506 (20.07.2014) | ![]() |
широкодиапазонный бесступенчатый привод (супервариатор) - патент 2428608 (10.09.2011) | ![]() |
широкодиапазонный бесступенчатый привод (супервариатор) - патент 2428607 (10.09.2011) | ![]() |
дисковый планетарный вариатор - патент 2428606 (10.09.2011) | ![]() |
дисковый планетарный вариатор - патент 2391586 (10.06.2010) | ![]() |
дисковый планетарный вариатор - патент 2357139 (27.05.2009) | ![]() |
бесступенчатая передача - патент 2332599 (27.08.2008) | ![]() |
импульсный вариатор - патент 2297565 (20.04.2007) | ![]() |