зацепление бесступенчатой передачи

Формула изобретения

1. Зацепление бесступенчатой передачи, содержащее силовые элементы, расположенные по окружности в плоскости вращения диска, связанные с ним при помощи сферических шарниров, и взаимодействующие с ними профилированные зубья, расположенные на поверхности другого (зубчатого) диска, отличающееся тем, что рабочая поверхность зубчатого диска с профилированными зубьями выполнена тороидальной.

2. Зацепление бесступенчатой передачи по п.1, отличающееся тем, что рабочая поверхность зубчатого диска с профилированными зубьями выполнена выпуклой.

3. Зацепление бесступенчатой передачи по п.1, отличающееся тем, что рабочая поверхность зубчатого диска с профилированными зубьями выполнена вогнутой.

4. Зацепление бесступенчатой передачи по п.1, или 2, или 3, отличающееся тем, что зубья выполнены радиальными прямыми, лежащими в диаметральных плоскостях образующей тороидальной поверхности диска.

5. Зацепление бесступенчатой передачи по п.1, или 2, или 3, отличающееся тем, что зубья в плане выполнены криволинейными.

6. Зацепление бесступенчатой передачи по п.4 или 5, отличающееся тем, что в поперечном сечении рабочая поверхность зуба выполнена прямолинейной.

7. Зацепление бесступенчатой передачи по п.4 или 5, отличающееся тем, что в поперечном сечении рабочая поверхность зуба выполнена вогнутой клинообразной.

8. Зацепление бесступенчатой передачи по п.4 или 5, отличающееся тем, что рабочая поверхность зуба в поперечном сечении выполнена вогнутой криволинейной торообразной.

9. Зацепление бесступенчатой передачи по п.4 или 5, отличающееся тем, что в поперечном сечении рабочая поверхность зуба выполнена из двух вогнутых криволинейных поверхностей.

10. Зацепление бесступенчатой передачи по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что рабочие поверхности силовых элементов выполнены цилиндрическими.

11. Зацепление бесступенчатой передачи по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что рабочие поверхности силовых элементов выполнены тороидальными.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для трансформации вращательного движения, в том числе бесступенчатой.

Известна бесступенчатая фрикционная передача (вариатор), содержащая пакет раздвижных конических дисков и пакетов раздвижных дисков с поясками (схема Байера) (Решетов Л.Н. "Детали машин", Машиностроение. 1989 г., стр. 271). Регулирование частоты вращения выходного вала осуществляется смещением осей пакетов, которое сопровождается раздвиганием (сдвиганием) дисков и изменением положения пятна контакта относительно осей вращения дисков. При этом изменяется передаточное отношение (коэффициент трансформации). Количество дисков в пакете определяется величиной передаваемой мощности.

Недостатком этого устройства является шум в работе, ограниченный диапазон регулирования (d>5), а также относительно низкий к.п.д. В связи с перемещением осей дисков в состав передачи входит зубчатая пара, что усложняет устройство и дополнительно снижает к.п.д. При перегрузке, в случае проскальзывания, вариатор выходит из строя, т.к. на диске образуются лыски. Это хронический недостаток фрикционного зацепления. Также хроническим недостатком является наличие потерь, связанных с неодинаковым изменением скорости по длине площадки касания (геометрическое скольжение).

Эти недостатки частично устранены в конструкции нефрикционного вариатора (А.c. 954678 МКИ F16H). Он состоит из вала с цилиндрическим шарниром, на котором установлена плоская поворотная шайба с промежуточным диском, имеющим на обоих торцах зубья. С обеих сторон этот диск взаимодействует с упругими элементами, выполненными в виде пружинных пластин и установленными на соответствующих дисках. Этот вариатор имеет два варианта исполнения с диапазонами изменения передаточных чисел:

0,383>i>0,383

и

1.360>i>1.000.

По сравнению с известным устройством (фрикционный вариатор Байера) он имеет больший к.п.д. и меньше шумит в работе. Недостатком этого устройства является то, что оно имеет ограниченный диапазон передаточных отношений. Этот недостаток устранен в техническом решении "Секция вариатора" (патент России 2064619).

Устройство состоит из трех дисков: ведущего, промежуточного и ведомого. Внутренняя торцевая поверхность ведущего диска выполнена в виде профилированной насечки, а на смежной торцевой поверхности промежуточного диска, установленного под углом к оси ведущего, с возможностью радиального перемещения в плоскости этого угла по кольцу установлены силовые элементы из пружинной проволоки. Противоположная сторона промежуточного диска выполнена с профилированной насечкой, а ведомый диск имеет расположенные по кольцу силовые элементы, свободные концы которых образуют плоскую поверхность.

Недостатком этого устройства является относительно низкая удельная мощность (мощность, приходящаяся на единицу объема вариатора).

Известно зацепление бесступенчатой передачи, в которой силовые элементы выполнены в виде жестких прямоугольных пластин с цилиндрической рабочей поверхностью при помощи сферических самоустанавливающихся подшипников, закрепленных на одном диске и находящихся в зацеплении со смежным диском с профилированными зубьями (патент РФ 2153614 "Зацепление бесступенчатой передачи"). Недостатком известного технического решения является то, что рабочая (торцевая) поверхность смежного зубчатого диска выполняется плоской или конической. Изменение передаточного отношения достигается перемещением одного из дисков параллельно (или близко к этому) рабочей поверхности зубчатого диска, т.е. по прямой. Такое перемещение с одной стороны предполагает наличие свободного объема в корпусе вариатора, а с другой требует создания достаточно сложного устройства для обеспечения такого (прямолинейного) движения.

Задачами настоящего изобретения являются уменьшение объема вариатора и упрощение его конструкции.

Поставленные задачи решаются за счет того, что рабочая поверхность зубчатого диска с профилированными зубьями выполнена тороидальной.

При этом рабочая тороидальная поверхность зубчатого диска может выполняться как вогнутой, так и выпуклой.

Зубья в плановой проекции диска могут выполняться радиальными прямыми, лежащими в диаметральных плоскостях образующей торовой поверхности. Зубья в плановой проекции диска могут выполняться криволинейными. Зубья могут выполняться с плоской рабочей поверхностью.

Рабочая поверхность зуба в поперечном сечении может выполняться вогнутой клинообразной.

Рабочая поверхность зуба в поперечном сечении может выполняться криволинейной. Рабочая поверхность зуба в поперечном сечении может выполняться из двух криволинейных тороидальных поверхностей, образующих в стыке угол меньше 180^o.

Рабочая поверхность силовых элементов может выполняться как цилиндрической, так и тороидальной. Сущность изобретения поясняется чертежом, где:

- на фиг.1 показано зацепление двух дисков;

- на фиг.2 показано поперечное сечение зацепляющихся силовых элементов;

- на фиг.3 показаны силовой элемент и схема его установки на диск;

- на фиг.4 показан вариант исполнения зубчатого диска;

- на фиг.5 показан вариант поперечного сечения зуба;

- на фиг.6 показан вариант поперечного сечения зуба;

- на фиг.7 показан вариант поперечного сечения зуба.

Предлагаемое устройство состоит из двух дисков 1 и 2 (фиг.1 и 2). Один из них, например 2, выполняется с профилированными зубьями 3, а другой - с силовыми элементами 4. Силовые элементы 4 устанавливаются под углом к траектории движения (см. фиг. 2) при помощи сферического шарнира 5 с возможностью отклонения в своей плоскости и отклонения на угол из этой плоскости.

Крайние положения силовых элементов ограничиваются упорами 6, 7 и 8, которые могут быть жесткими (фиг.3) или упругими.

Рабочая поверхность 9 зубьев 3 в поперечном сечении может иметь форму отрезка прямой (см. фиг.2).

Рабочая поверхность зубчатого диска 10 (см. фиг.1, 5-7) - это поверхность диска, на которой нарезаны профилированные зубья 3.

Передаточное отношение может изменяться путем перемещения одного диска относительно другого так, чтобы силовой элемент, находящийся в зацеплении, перемещался в диаметральной плоскости торовой поверхности зубчатого эквидистантно ей (поверхности) или близко к этому.

Работает предлагаемое зацепление следующим образом. При вращении диска 1 силовые элементы 3 прижимаются к упору 6 под действием аэродинамических сил или усилий специальных упругих элементов. Силовые элементы поочередно входят в зацепление с зубьями 3 смежного диска 2, передавая на него окружное усилие. При этом благодаря сферическому шарниру 5 силовой элемент 3 под действием контактных усилий самоустанавливается относительно зуба 3. Для изменения передаточного отношения один из дисков (обычно меньшего диаметра) перемещается (путем поворота, плоскопараллельно или и то, и другое) в диаметральной плоскости торовой поверхности зубчатого диска так, чтобы находящийся в зацеплении силовой элемент перемещался относительно торовой поверхности эквидистантно или близко к этому. При этом он практически не выходит за габариты большего диска и не требует дополнительного объема в корпусе вариатора. Зубчатый диск может выполняться выпуклым (см. фиг.1) или вогнутым (фиг.4). Оси вращения дисков могут выполняться под углом друг к другу (см. фиг.4), при этом ось вращения диска с силовыми элементами может проходить через центр дуги, образующей торовую поверхность зубчатого диска, или вблизи него.

В обоих случаях зубья в плановой проекции диска могут выполняться радиальными, прямыми, лежащими в диаметральных плоскостях образующей тороидальной поверхности диска.

Зубья в плановой проекции диска могут выполняться криволинейными, например круговыми. При этом они могут иметь плоскую рабочую поверхность 9. Рабочая поверхность 9 зуба 3 может быть выполнена криволинейной (фиг.5). Рабочая поверхность 9 зуба 3 в поперечном сечении может быть образована двумя отрезками прямой (фиг.6), образующими вогнутый угол меньше 180.

Рабочая поверхность 9 зуба 3 в поперечном сечении может быть образована (фиг.7) двумя вогнутыми дугами.

Последние три варианта исполнения формы зуба обеспечивают увеличение несущей способности зацепления, причем два последних обеспечивают это за счет двухточечного контакта силового элемента и зуба.

Рабочие поверхности силовых элементов могут выполняться как цилиндрическими, так и тороидальной формы. В первом случае можно снизить контактные напряжения в зацеплении, а во втором - уменьшить потери на трение.

Главный технический результат настоящего изобретения состоит в том, что изменение передаточного отношения может осуществляться перемещением одного диска относительно другого не по прямой, а по дуге, что конструктивно обеспечить проще. Кроме того, перемещение одного диска по дуге (эквидистантно рабочей поверхности зубчатого диска) позволяет перемещаемому (обычно меньшему) диску не выходить за габариты большего диска и тем самым уменьшить объем вариатора.

Предлагаемое изобретение может эффективно использоваться в бесступенчатых передачах, например, по патенту РФ 2153614.