ведущий шкив для бесступенчато-регулируемой передачи

Формула изобретения

1. Ведущий шкив (10) для бесступенчато-регулируемой передачи, выполненный с возможностью его соосной установки вокруг главного вала (16) и с возможностью вращения с переменной частотой вращения, содержащий:

первую реборду (28), имеющую противоположные первую и вторую стороны, при этом первая сторона снабжена конической стенкой (30),

вторую реборду (36), соосную с первой ребордой (28) и имеющую коническую стенку (38), обращенную к конической стенке (30) первой реборды (28) для образования канавки (12) для приема приводного ремня, вокруг которой обегает приводной ремень (14), при этом вторая реборда (36) выполнена с возможностью перемещения по направлению оси относительно первой реборды (28),

первое средство для соединения первой реборды (28) с главным валом (16) при передающем крутящий момент взаимодействии,

второе средство для соединения второй реборды (36) с главным валом (16) при передающем крутящий момент взаимодействии,

положительный узел (50), содержащий:

- положительную каретку (52), соосную с первой ребордой (28) и жестко соединенную со второй ребордой (36),

- третье средство для соединения положительной каретки (52) с главным валом (16) при передающем крутящий момент взаимодействии,

- по меньшей мере, две симметрично расположенные пары радиально-сходящихся и взаимнопротивоположных наклонных направляющих (64, 66), при этом каждая пара имеет одну наклонную направляющую (64), соединенную с положительной кареткой (52), и другую наклонную направляющую (66), соединенную со второй стороной первой реборды (28), и

- радиально-подвижные грузики (62), каждый из которых расположен между соответствующей парой первых наклонных направляющих (64, 66),

четвертое средство для создания возвратной силы, заставляющей вторую реборду (36) перемещаться от первой реборды (28),

при этом ведущий шкив (10) отличается тем, что он далее содержит отрицательный узел (80), содержащий:

- отрицательную каретку (82), соосную первой реборде (28) и подвижную относительно ее по направлению оси, а также выполненную и расположенную с возможностью взаимодействия с положительной кареткой (52),

- пятое средство для соединения отрицательной каретки (82) с главным валом (16) при передающем крутящий момент взаимодействии,

- по меньшей мере, две симметрично расположенные пары радиально-сходящихся и взаимнопротивоположных вторых наклонных направляющих (94, 96), при этом каждая пара имеет одну наклонную направляющую (96), соединенную с отрицательной кареткой (82), и другую наклонную направляющую (94), соединенную с торцевой стенкой (20), неподвижной относительно первой реборды (28),

- шестое средство для соединения торцевой стенки (20) с главным валом (16) при передающем крутящий момент взаимодействии и

- радиально подвижные грузики (92), каждый из которых расположен между соответствующей парой вторых наклонных направляющих (94, 96), и

седьмое средство для создания возвратной силы, заставляющей отрицательную каретку (82) перемещаться от первой реборды (36).

2. Ведущий шкив (10) по п. 1, отличающийся тем, что первое средство содержит полый барабан (18), соосно расположенный вокруг главного вала (16) и имеющий один конец (20), жестко соединяемый с главным валом (16), и второй конец, жестко соединенный со второй стороной первой реборды (28).

3. Ведущий шкив (10) по п. 2, отличающийся тем, что третье средство содержит множество пар радиально-выступающих кулачковых следящих элементов (56) и соответствующих направленных по оси пазов (60), при этом в каждой паре один из кулачкового следящего элемента (56) и паза (60) расположен на положительной каретке (52), а другой – на барабане (18).

4. Ведущий шкив (10) по п. 3, отличающийся тем, что кулачковыми следящими элементами (56) являются ролики.

5. Ведущий шкив (10) по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что второе средство содержит скользящую по направлению оси втулку (40), соосно установленную вокруг главного вала (16) и жестко соединяющую вместе вторую реборду (36) и положительную каретку (52).

6. Ведущий шкив (10) по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что четвертое средство содержит пружину, установленную между положительной кареткой (52) и отрицательной кареткой (82).

7. Ведущий шкив (10) по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что пятое средство содержит множество пар радиально-выступающих кулачковых следящих элементов (86) и соответствующих, направленных по оси пазов (90), при этом в каждой паре один из кулачкового следящего элемента (86) и паза (90) расположен на отрицательной каретке (82), а другой – на барабане (18).

8. Ведущий шкив (10) по п. 7, отличающийся тем, что кулачковыми следящими элементами (86) являются ролики.

9. Ведущий шкив (10) по п. 2, отличающийся тем, что торцевая стенка (20) является частью барабана (18).

10. Ведущий шкив (10) по п. 9, отличающийся тем, что седьмое средство содержит пружину, один конец которой соединен с барабаном (18), а другой конец – с отрицательным узлом (82).

11. Ведущий шкив (10) по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что он далее содержит средство для ограничения перемещения отрицательной каретки (82) относительно положительной каретки (52).

12. Ведущий шкив (10) по п. 1, отличающийся тем, что средство для ограничения перемещения отрицательной каретки (82) содержит, по меньшей мере, один стопор (78), установленный между верхней частью отрицательной каретки (82) и местом, неподвижным относительно первой реборды (28).

Описание изобретения к патенту

Бесступенчато-регулируемая передача (БРП) – это механическое устройство, в котором передаточное число является бесступенчато-регулируемым по всему рабочему диапазону в противоположность обычной передаче с ограниченным количеством выбираемых передаточных чисел. БРП автоматически изменяет передаточное число, когда этого требуют нагрузка и скоростной режим, обеспечивая увеличенный крутящий момент при больших нагрузках и малых скоростях и еще регулируя частоту вращения двигателя при ускорении транспортного средства. Ее обычно используют в широком ряде транспортных средств, как, например, в малолитражных легковых автомобилях или грузовиках, снегоходах, микроавтомобилях для использования при игре в гольф, вездеходах и мотороллерах. БРП обычно соединена с двигателем, как, например, двигателем внутреннего сгорания или электродвигателем.

Обычная БРП содержит ведущий шкив, механически соединенный с двигателем, ведомый шкив, механически соединенный с колесами или гусеницей, и трапецеидальный приводной ремень, передающий крутящий момент между ведущим шкивом и ведомым шкивом. На каждом шкиве приводной ремень боковыми сторонами захватывается между двумя противоположными ребордами, которые соосно установлены на главном валу. Одна из реборд может перемещаться по направлению оси относительно другой реборды. Каждая реборда прямо или косвенно находится в передающем крутящий момент зацеплении с соответствующим главным валом.

Первоначально, например, при остановке транспортного средства или при малых скоростях диаметр окружности обегания ведущего шкива является минимальным, а диаметр окружности обегания ведомого шкива – максимальным. Это соответствует минимальному передаточному числу, так как на каждый полный оборот ведущего шкива приходится минимальное число оборотов или часть оборота ведомого шкива.

Ведущий шкив обычно содержит центробежный механизм, который предназначен увеличивать передаточное число, когда увеличивается его частота вращения. Для этого центробежный механизм способен прилагать усилие к подвижной реборде ведущего шкива для ее передвижения ближе к неподвижной реборде, тем самым заставляя приводной ремень обегать окружность большего диаметра вокруг ведущего шкива. В то же самое время смещение в положении приводного ремня по направлению к ведущему шкиву заставляет подвижную реборду ведомого шкива отходить от его неподвижной реборды.

Ведомый шкив БРП является чувствительным к крутящему моменту. Это дает возможность ведомому шкиву уравновешивать силу, создаваемую центробежным механизмом ведущего шкива, так чтобы позволить частоте вращения двигателя повыситься до оптимального уровня до того, как БРП начнет увеличивать передаточное число во время ускорения. Кроме того, ведомый шкив дает возможность БРП уменьшать передаточное число, если увеличивается нагрузка. В соответствии с этим ведомый шкив содержит кулачковую систему, заставляющую подвижную реборду перемещаться по направлению к неподвижной реборде ведомого шкива, когда увеличивается крутящий момент, тем самым оттягивая назад приводной ремень и противодействуя силе, создаваемой центробежным механизмом ведущего шкива. Обычная кулачковая система содержит дисковый кулачок, имеющий множество симметрично расположенных наклонных скошенных поверхностей, с которыми взаимодействуют соответствующие элементы, приводимые в движение кулачком. Этими элементами обычно являются ползуны или ролики. Дисковый кулачок или набор элементов, приводимых в движение кулачком, установлены на задней стороне неподвижной реборды, а другой из них обычно жестко соединен с главным валом.

При использовании БРП ее подвижные части постоянно стремятся изменить свое положение, пока не будет достигнуто равновесие или пока они не достигнут максимального передаточного числа. Передаточное число, при котором стабилизируется БРП, является равновесием между силами, приложенными к приводному ремню ведущим и ведомым шкивами. При максимальной частоте вращения передаточное число является максимальным, так как имеется максимальное число оборотов или часть оборота ведомого шкива на каждый полный оборот ведущего шкива. В таком случае при уменьшении частоты вращения двигателя также уменьшается сила, создаваемая центробежным механизмом. Возвратные пружины, расположенные в ведущем и ведомом шкивах, дают возможность соответствующим подвижным ребордам перемещаться обратно к их первоначальному положению или близко к этому положению, соответствующему малому передаточному числу.

Обычный центробежный механизм ведущего шкива, в общем, содержит группу центробежных грузиков, прокладывающих себе путь через пару противоположных наклонных направляющих, сходящихся по направлению к периферии ведущего шкива. Каждый из этих грузиков подвергается действию центробежной силы F согласно следующему уравнению:

,

где m – масса грузика, r – радиус от центра главного вала, – частота вращения и – угол наклонных направляющих относительно главного вала. Как можно видеть из этого уравнения, сила является функцией квадрата частоты вращения, что означает, что центробежная сила увеличивается быстрее, чем пропорционально увеличивается сама частота вращения. Кроме того, грузики отодвигаются от центра главного вала, когда увеличивается центробежная сила, что, в свою очередь, также увеличивает силу, так как последняя зависит от радиуса r. Из этого следует, что центробежная система ведущего шкива скоро становится пропорционально сильнее, чем кулачковая система ведомого шкива, тем самым смещая положение приводного ремня по направлению к ведущему шкиву. В результате этого обычная БРП стремится слишком рано повышать передаточное число по направлению к максимальному передаточному числу, когда увеличивается частота вращения ведущего шкива. Это отчасти находится под контролем благодаря изменению угла наклонных направляющих как функции положения грузиков таким образом, как функции передаточного числа. Угол наклонных направляющих относительно оси вращения меньше при большем передаточном числе.

Таким образом, одним из недостатков обычного ведущего шкива является отсутствие прямого контроля за силой, создаваемой центробежным механизмом. Изменение параметров, как, например, массы грузиков или профиля наклонных направляющих для допущения более высокой частоты вращения двигателя во время ускорения, не всегда является подходящим или возможным решением из-за воздействий, которые оно оказывает на общее поведение БРП. Например, если БРП предназначена для допущения малой частоты вращения двигателя при средней эксплуатационной скорости с целью уменьшения расхода топлива и шума, то тогда во время интенсивного ускорения частота вращения двигателя, как наиболее вероятно, будет слишком малой. И наоборот, если БРП предназначена для допущения высокой частоты вращения двигателя во время интенсивного ускорения с целью получения максимальной мощности от него, то тогда частота вращения, вероятно, будет слишком высокой при средней эксплуатационной скорости.

Целью настоящего изобретения является обеспечение дополнительного контроля по всему диапазону изменения передаточного числа БРП для того, чтобы уменьшить силу, создаваемую центробежной системой ведущего шкива, когда удовлетворяются определенные условия. Таким образом, положение ведущего шкива обычно контролируется известным образом посредством первой группы грузиков, которые являются частью узла, называемого “положительным узлом”. Затем, начиная с заданной частоты вращения, начинает вступать в действие вторая группа грузиков, которые являются частью узла, называемого “отрицательным узлом”. Основное назначение отрицательного узла – это создание осевой силы, которая противоположна силе, создаваемой положительным узлом на второй реборде. Однако эта противоположная сила по существу не действует, если отсутствует соприкосновение между отрицательным узлом и положительным узлом. В конструкции учитываются масса грузиков, углы наклонных направляющих, наличие и длина стопоров, жесткость пружин и их предварительное нагружение, а также все другие параметры, так что соприкосновение между отрицательным и положительным узлами происходит только тогда, когда удовлетворяются надлежащие условия.

Конкретнее, согласно настоящему изобретению предлагается ведущий шкив для бесступенчато-регулируемой передачи, который выполнен соосно устанавливаемым вокруг главного вала и вращаемым с переменной частотой вращения и содержит:

первую реборду, имеющую противоположные первую и вторую стороны, при этом первая сторона снабжена конической стенкой,

вторую реборду, соосную с первой ребордой и имеющую коническую стенку, обращенную к конической стенке первой реборды для образования канавки для приема приводного ремня, вокруг которой обегает приводной ремень, при этом вторая реборда выполнена с возможностью перемещения по направлению оси относительно первой реборды,

первое средство для соединения первой реборды с главным валом при передающем крутящий момент зацеплении,

второе средство для соединения второй реборды с главным валом при передающем крутящий момент зацеплении,

положительный узел, содержащий:

- положительную каретку, соосную с первой ребордой и жестко соединенную со второй ребордой,

- третье средство для соединения положительной каретки с главным валом при передающем крутящий момент зацеплении,

- по меньшей мере, две симметрично расположенные пары радиально-сходящихся во взаимно противоположных первых наклонных направляющих, при этом каждая пара имеет одну наклонную направляющую, соединенную с положительной кареткой, и другую наклонную направляющую, соединенную со второй стороной первой реборды, и

- радиально-подвижные грузики, каждый из которых расположен между соответствующей парой первых наклонных направляющих,

четвертое средство для создания возвратной силы, заставляющей вторую реборду отодвигаться от первой реборды,

при этом ведущий шкив отличается тем, что он, кроме того, имеет отрицательный узел, содержащий:

- отрицательную каретку, соосную первой реборде и подвижную относительно ее по направлению оси, а также выполненную и расположенную с возможностью взаимодействия с положительной кареткой,

- пятое средство для соединения отрицательной каретки с главным валом при передающем крутящий момент взаимодействии,

- по меньшей мере, две симметрично расположенные пары радиально-сходящихся и взаимнопротивоположных вторых наклонных направляющих, при этом каждая пара имеет одну наклонную направляющую, соединенную с отрицательной кареткой, и другую наклонную направляющую, соединенную с торцевой стенкой, неподвижной относительно первой реборды,

- шестое средство для соединения торцевой стенки с главным валом при передающем крутящий момент взаимодействии,

- радиально-подвижные грузики, каждый из которых расположен между соответствующей парой вторых наклонных направляющих, и

- седьмое средство для создания возвратной силы, заставляющей отрицательную каретку отодвигаться от первой реборды.

Теперь будет дано неограничительное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг.1 – вид в продольном разрезе ведущего шкива согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, показывающий два возможных положения отрицательного узла, когда ведущий шкив находится в положении малого передаточного числа,

фиг.2 – вид в продольном разрезе, сходный с видом на фиг.1 и показывающий два возможных положения отрицательного узла, когда ведущий шкив находится в положении высокого передаточного числа,

фиг.3 – вид в радиальном разрезе по линии III-III на фиг.1,

фиг.4 - вид в радиальном разрезе по линии IV-IV на фиг.2,

фиг.5 - вид в продольном разрезе по линии V-V на фиг.4,

фиг.6 – график, показывающий три типичные экспериментальные кривые (1, 2, 3) частоты вращения ведущего шкива как функции скорости транспортного средства во время непрерывного и интенсивного ускорения от малой скорости и типичную кривую (5) для непрерывного и интенсивного ускорения от средней скорости (4).

В дальнейшем приводится перечень ссылочных номеров наряду с названиями соответствующих частей, которые используются в сопроводительных чертежах и описании:

10 – ведущий шкив,

12 – канавка для принятия ремня,

14 – трапецеидальный приводной ремень,

16 – главный вал,

18 – полый барабан,

20 – торцевой элемент (барабана),

22 – цилиндрический корпус (барабана),

24 – соединительная муфта,

28 – первая реборда,

30 – коническая стенка (первой реборды),

36 – вторая реборда,

38 – коническая стенка (второй реборды),

40 – втулка (для второй реборды),

42 – вкладыши (для второй реборды),

44 – отверстие (в первой реборде),

46 – вкладыш (в отверстии первой реборды),

50 – положительный узел,

52 – положительная каретка,

54 – вкладыши (положительной каретки),

56 – кулачковые следящие элементы (положительного узла),

58 – оси (положительного узла),

60 – пазы (в барабане),

62 – грузики (положительного узла),

64 – первые наклонные направляющие (положительного узла),

66 – вторые наклонные направляющие (положительного узла),

70 – пружина (положительного узла),

72 - пружина (отрицательного узла),

74 – промежуточная часть (цилиндрического корпуса),

78 – стопоры,

80 – отрицательный узел,

82 – отрицательная каретка,

84 – вкладыши (отрицательной каретки),

86 – кулачковые следящие элементы (отрицательного узла),

88 – оси (отрицательного узла),

90 – пазы (в барабане),

92 – грузики (отрицательного узла),

94 – первые наклонные направляющие (отрицательного узла),

96 – вторые наклонные направляющие (отрицательного узла).

Ведущий шкив (10) предназначен главным образом для использования в бесступенчато-регулируемой передаче (БРП) транспортного средства, как, например, малолитражного легкового автомобиля или грузовика, снегохода, микроавтомобиля для использования при игре в гольф, вездехода или мотороллера. Однако он может найти применение в других случаях или в других условиях, где может быть полезным использование ведущего шкива (10), как, например, в стационарных торговых или промышленных машинах.

На фиг.1-5 показан ведущий шкив (10) согласно возможному и предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что части, показанные на фиг.2-5 и не обозначенные ссылочными номерами, соответствуют аналогичным частям, показанным на фиг.1. В пределах настоящего изобретения могли быть также созданы другие варианты его осуществления.

Ведущий шкив (10) соосно установлен вокруг главного вала (16), который механически соединяют с выходным валом двигателя (не показан), например двигателя внутреннего сгорания автомобиля. Главный вал (16) может быть выполнен как часть ведущего шкива (10) или может быть продолжением существующего вала, вокруг которого установлен ведущий шкив (10). Преимущество в использовании главного вала (16) как части ведущего шкива (10) заключается в том, что последний может быть предварительно собран и непосредственно установлен на транспортное средство.

Следует отметить, что термин “соосный”, используемый в описании и формуле изобретения, означает только то, что соответствующие элементы имеют общую срединную ось, и не означает, что элементы обязательно имеют круглое поперечное сечение. Кроме того, так как ведущий шкив (10) должен приводиться в движение с высокой частотой вращения, то, как очевидно специалисту в данной области, все части уравновешены относительно главного вала (16).

Ведущий шкив (10) содержит первую реборду (28) и вторую реборду (36), которые обе обращены друг к другу и имеют противоположные конические стенки (30, 38), образующие между собой канавку (12) для приема приводного ремня. Трапецеидальный приводной ремень (14) обегает по дуге вокруг большей части конических стенок (30, 38). Почти половина крутящего момента, передаваемого приводным ремнем (14), приходится на первую реборду (28), в то время как другая половина – на вторую реборду (36).

Первая реборда (28) предпочтительно поддерживается посредством полого барабана (18). Барабан (18) содержит радиально направленный торцевой элемент (20) и цилиндрический корпус (22). Цилиндрический корпус (22) прикреплен к периферии торцевого элемента (20). Торцевой элемент (20) находится в передающем крутящий момент взаимодействии с главным валом (16). Для этого торцевой элемент (20) может быть жестко соединен с главным валом соответствующим средством, как, например, шлицом или конусом, который запрессован в соответствующую сопрягаемую часть. Он также может быть соединен крепежными деталями, сваркой, запрессовкой и т.д.

Барабан (18) образует кожух, закрывающий и защищающий большинство других частей ведущего шкива (10). Следует отметить, что возможно изготовление иного барабана (18), чем тот, который показан на фиг.1 и 2. Например, торцевой элемент (20) и цилиндрический корпус (22) могут быть разделены на полосы, расположенные на расстоянии друг от друга (не показаны), или могут быть образованы из жесткой сетки (не показана).

Вторая реборда (36) предпочтительно поддерживается вокруг главного вала (16) посредством удлиненной втулки (40). Втулка (40) соосно установлена вокруг главного вала (16) и свободно скользит относительно главного вала (16). Вкладыши (42) используются для отделения втулки (40) от главного вала (16) и облегчают скольжение. Втулка (40) проходит через центральное отверстие (44), выполненное в середине первой реборды (28). Отверстие (44) охватывает вкладыш (46), а наружная поверхность втулки (40) находится в соединении со скольжением с внутренней поверхностью вкладыша (46). Вкладыши (42) могут быть также заменены линейной направляющей (не показана) и т.п.

На фиг.1 и 2, кроме того, показан положительный узел (50), который регулирует относительное расстояние между первой ребордой (28) и второй ребордой (36) в зависимости от частоты вращения ведущего шкива (10). Расстояние между ребордами (28, 36) является также функцией результирующей осевой силы, прилагаемой приводным ремнем (14) к их коническим стенкам (30, 38). Положительный узел (50) содержит каретку (52) положительного узла, соосно и подвижно установленную на главном валу (16) предпочтительно посредством вкладышей (54). Каретка (52) положительного узла предпочтительно жестко соединена с втулкой (40) и поддерживается ею.

Как лучше всего показано на фиг.3, каретка (52) положительного узла функционально соединена с барабаном (18) посредством множества кулачковых следящих элементов (56), которые симметрично расположены относительно главного вала (16). Кулачковыми следящими элементами (56) предпочтительно являются ролики в количестве трех роликов. С другой стороны, кулачковыми следящими элементами (56) могут быть ползуны (не показаны). Каждый ролик (56) предпочтительно установлен вокруг вкладыша или подшипника. Каждый ролик (56) соосно расположен вокруг соответствующей радиально направленной оси (58) и направляется продольно направленным пазом (60), расположенным в барабане (18). Пазы (60) имеют ширину несколько больше, чем наружный диаметр роликов (56). В таком случае ролики (56) могут свободно и продольно перемещаться внутри соответствующего паза (60), при этом длина пазов (60) по существу соответствует величине перемещения второй реборды (36).

При использовании БРП часть крутящего момента от двигателя, передаваемая второй ребордой (36), проходит через главный вал (16), барабан (18), каретку (52) положительного узла посредством роликов (56) и пазов (60) для них, втулку (40) и затем, наконец, достигает второй реборды (36). Крутящий момент может также передаваться в другом направлении, например, во время замедления. С другой стороны, можно придумать другие пути достижения передачи крутящего момента, одним из которых является использование линейной направляющей (не показана) между втулкой (40) и главным валом (16).

Как показано на фиг.1 и 2, положительный узел (50) содержит множество грузиков (62), симметрично расположенных относительно главного вала (16). Предпочтительно имеются три грузика (62). Каждый грузик (62) расположен между соответствующей парой наклонных направляющих (64, 66) для грузиков. Количество грузиков (62) равно количеству пар наклонных направляющих (64, 66). Обе наклонные направляющие (64, 66) каждой пары являются радиально сходящимися относительно главного вала (16). В показанном варианте осуществления изобретения первые наклонные направляющие (64) расположены на каретке (52) положительного узла, а вторые наклонные направляющие (66) выполнены за одно целое с задней стороной первой реборды (28).

Как показано на фиг.4, каждый грузик (62) предпочтительно изготовлен из трех частей, а именно центральной цилиндрической части и двух одинаковых цилиндрических боковых частей.

Центральная часть имеет диаметр, отличающийся от диаметра двух боковых частей. Вкладыш или подшипник (не показан) обеспечивает возможность отдельного вращения центральной части относительно двух боковых частей. Одна из наклонных направляющих (64, 66) выполнена из двух частей, каждая из которых находится во взаимодействии с соответствующими боковыми частями, а другая из наклонных направляющих (64, 66) находится во взаимодействии с центральной частью. Угол наклонных направляющих (64, 66) относительно продольной оси ведущего шкива предпочтительно уменьшается по направлению наружу. Кроме того, части грузиков могут быть покрыты амортизирующим материалом, например пластмассовым композиционным материалом, чтобы избежать деформации наклонных направляющих. Например, они могут быть выполнены для скольжения по наклонным направляющим (64, 66) вместо качения по ним.

Грузики (62) могут радиально перемещаться между их соответствующей парой наклонных направляющих (64, 66). Грузики (62) под действием центробежной силы выдавливаются радиально наружу, при этом воздействуя на наклонные направляющие (64, 66) и создавая первую силу, смещающую вторую реборду (36) по направлению к первой реборде (28) и зависящую от частоты вращения ведущего шкива (10). Первая сила стремится увеличить диаметр окружности обегания канавки (12) для приема приводного ремня и тем самым передаточное число БРП. Осевая сила реакции грузиков (62) уравновешивается силой, прилагаемой первой пружиной, которая предпочтительно является цилиндрической винтовой пружиной (70), соосно установленной вокруг главного вала (16) и предварительно нагруженной при сжатии. На фиг.1, 2 и 5 пружина (70) установлена между кареткой (52) положительного узла и отрицательным узлом (80), как это будет объяснено позже. Первая пружина (70) также может быть конической пружиной (не показано), расположенной между положительной кареткой (52) и стационарным местом, как, например, промежуточной частью (74). Как очевидно специалисту в данной области, возможны также другие устройства.

При использовании БРП в случае постоянной скорости достигается равновесие между силами, стремящимися сомкнуть ведущий шкив (10) и возникающими вследствие грузиков (62) положительного узла (50), и силами, стремящимися раскрыть ведущий шкив (10) и возникающими вследствие пружины (70) и осевой силы реакции приводного ремня (14) в ребордах (28, 36) ведущего шкива (10).

Настоящее изобретение отличается тем, что ведущий шкив (10) далее содержит отрицательный узел (80). Назначение отрицательного узла (80) – это создание второй силы, которая противоположна первой силе, создаваемой положительным узлом (50). Вторая сила фактически будет увеличивать частоту вращения, при которой изменяется передаточное число по сравнению с передаточным числом при использовании аналогичного ведущего шкива (10) без отрицательного узла (80). Вторая сила действует против первой силы, главным образом, во время ускорения. Однако в зависимости от конструкции ее действие может быть полезным в других ситуациях.

Конструкция отрицательного узла (80) сходна с конструкцией положительного узла (50). Отрицательный узел (80) содержит отрицательную каретку (82), которая подвижно установлена вокруг главного вала (16) предпочтительно посредством вкладышей (84) или линейного подшипника (не показан). Кроме того, отрицательный узел (80) содержит множество пар наклонных направляющих (94, 96) для грузиков, симметрично расположенных относительно главного вала (16). Обе наклонные направляющие (94, 96) одной пары радиально сходятся относительно главного вала (16). Первые наклонные направляющие (94) расположены на торцевой стенке (20), а вторые наклонные направляющие (96) – на отрицательной каретке (82). Грузики (92), предпочтительно изготовленные так, как и грузики (62) положительного узла (50), расположены между каждой парой наклоных направляющих (94, 96) для грузиков. Каждый грузик (92) отрицательного узла (80) может по существу радиально перемещаться между соответствующей парой наклонных направляющих (94, 96).

При использовании БРП грузики (92) выдавливаются радиально наружу под действием центробежной силы и воздействуют на наклонные направляющие (94, 96), создавая осевую силу реакции, которая стремится переместить отрицательную каретку (82) по направлению к положительной каретке (52). Вторая пружина (72), которая предпочтительно является конической пружиной, сильно нагруженной при сжатии, служит для отжатия отрицательной каретки (82) от задней стороны реборды (28). Вторая пружина (72) одной стороной опирается на кольцевую часть (74), жестко соединенную с внутренней стороной цилиндрического корпуса (22) барабана (18). В таком случае отрицательная каретка (80) будет начинать перемещаться из своего первоначального положения, только если осевая сила реакции, создаваемая при выдавливании грузиков (92) под действием центробежной силы, будет выше, чем начальная сила предварительного нагружения второй пружины (72). Это происходит при заданной частоте вращения ведущего шкива (10). В показанном варианте осуществления изобретения первая пружина (70) также прилагает силу, которая направлена против осевой силы реакции, создаваемой грузиками (92).

Как лучше всего показано на фиг.4 и 5, отрицательная каретка (82) подобно положительной каретке (52) функционально соединена с барабаном (18) посредством множества кулачковых следящих элементов (86), симметрично расположенных относительно главного вала (16). Кулачковыми следящими элементами (86) предпочтительно являются ролики в количестве трех или, в качестве альтернативы, ползуны (не показаны). Каждый ролик (86) предпочтительно на вкладыше или подшипнике установлен вокруг соответствующей оси (88) и направляется продольно направленным пазом (90), расположенным в барабане (18). Ролики (86) могут свободно и продольно перемещаться внутри их соответствующих пазов (90), при этом длина пазов (90) по существу соответствует величине перемещения отрицательной каретки (82). Ролики (86) и пазы (90) позволяют отрицательной каретке (82) следовать за перемещением барабана (18). Следует отметить, что количество роликов (86) может быть меньше, особенно из-за того, что к ним не прикладывается никакой крутящий момент. Следует также отметить, что ролики (86) или кулачковые следящие элементы любого другого вида могут быть заменены линейной направляющей (не показана), установленной между отрицательной кареткой (82) и главным валом (16).

Поведение ведущего шкива (10) не полностью зависит от частоты вращения. Фактически в предпочтительном варианте осуществления изобретения косвенно используется ведомый шкив БРП для контроля особых возможностей ведущего шкива (10). Как указывалось выше, обычный ведомый шкив является механическим устройством, чувствительным к крутящему моменту. Если будет увеличиваться нагрузка, как, например, при увеличении крутящего момента от двигателя, то тогда расстояние между ребордами ведомого шкива будет стремиться к уменьшению для того, чтобы уменьшить передаточное число БРП. Уменьшение передаточного числа происходит, если осевая сила реакции приводного ремня (14) на реборды ведомого шкива больше, чем осевая сила реакции грузиков (62) положительного узла (50). Если это будет иметь место, то ведомый шкив будет смещать приводной ремень (14), когда передаточное число выше минимального передаточного числа, тем самым заставляя увеличиваться расстояние между ребордами ведущего шкива (10). Если БРП уже будет находиться на минимальном передаточном числе, то тогда приводной ремень (14) не будет смещаться, но натяжение в нем будет очень большим.

Отрицательный узел (80) предназначен для получения более эффективной реакции от БРП. Это обусловлено тем, что отрицательная каретка (82) отрицательного узла (80) может перемещаться в диапазоне положений, который перекрывает диапазон положений положительной каретки (52). Когда частота вращения ведущего шкива (10) выше пороговой величины, диктуемой предварительным нагружением второй пружины (72) и, по выбору, предварительным нагружением первой пружины (70), зависит от относительного положения между положительной кареткой (52) и отрицательной кареткой (82), отрицательная каретка (82) перемещается ближе к положительной каретке (52). Происходит взаимодействие между положительной кареткой (52) и отрицательной кареткой (82), если частота вращения ведущего шкива (10) является достаточно высокой, в зависимости от передаточного числа. Если передаточное число небольшое, то для взаимодействия частота вращения должна быть довольно высокой. Однако, если передаточное число высокое, то положительная каретка (52) уже близко к отрицательному узлу (82). Во время взаимодействия осевая сила реакции грузиков (62) положительной каретки (52) уменьшается на осевую силу реакции грузиков (92) отрицательного узла (80) минус сила второй пружины (72), которая возрастает по мере того, как происходит дальнейшее сжатие пружины. Конечно, пороговая частота вращения, при которой отрицательная каретка (82) начинает перемещаться, ниже частоты вращения, при которой положительный узел обычно начинал бы повышать передаточное число БРП.

В дальнейшем приводится пример транспортного средства, которое имеет механические характеристики при типичном применении транспортного средства с двигателем и которое использовали для проведения экспериментов на ведущем шкиве, воплощающем настоящее изобретение.

Некоторые из результатов этих экспериментов показаны на фиг.6 для лучшей иллюстрации преимуществ настоящего изобретения.

Пример

Двигатель: 55 л.с., около 5000 об/мин.

Максимальная расчетная скорость транспортного средства: 160 км/час.

Наружный диаметр ведущего шкива: 164 мм.

Расстояние между центрами ведущего и ведомого шкивов: 170 мм.

Расчетная длина ремня: 710 мм.

Минимальное передаточное число (замедляющая передача): 0,4.

Максимальное передаточное число (ускоряющая передача): 2,0.

Грузики (положительный узел): 3×320 г.

Грузики (отрицательный узел): 3×175 г.

Углы наклонных направляющих (относительно продольной оси главного вала):

Передаточное число	0,4	1,0	2,0
Наклонные направляющие (положительный узел)	80°	60°	55°
Наклонные направляющие (отрицательный узел)	-	55°	70°

Пружины:

	Предварительная нагрузка	Жесткость пружины
Первая пружина (70)	35 кг	10 кг/см
Вторая пружина (72)	135 кг	30 кг/см

В обычном ведущем шкиве устойчивое увеличение крутящего момента от двигателя в конце концов увеличивает его частоту вращения, таким образом увеличивает частоту вращения ведущего шкива (10), а также осевую силу реакции от грузиков (62) положительного узла (50). Как указывалось выше, обычная центробежная система скоро становится пропорционально сильнее, чем кулачковая система ведомого шкива, и обычно слишком рано повышает передаточное число по направлению к максимальному передаточному числу. Это ясно видно из экспериментальной кривой 1 на фиг.6, где ведущий шкив не имел отрицательного узла. В этом примере переход происходил вблизи 2500 об/мин и при скорости транспортного средства около 20 км/час. В пределах нескольких секунд повышение передаточного числа увеличивало нагрузку на двигатель и удерживало частоту вращения ведущего шкива (10) около 3000 об/мин. Транспортное средство продолжало ускоряться, но передаточное число БРП изменялось пропорционально, пока не достигало максимального значения при 110 км/час. Затем БРП становилась односкоростной передачей вплоть до максимальной скорости несколько ниже 140 км/час.

Экспериментальная кривая 2 на фиг.6 показывает пример зависимости между скоростью транспортного средства и частотой вращения ведущего шкива (10), который снабжен отрицательным узлом (80) согласно настоящему изобретению. В этом случае частота вращения увеличивалась до около 3250 об/мин до того, как изменялось передаточное число БРП. В этом примере действие отрицательной каретки (82) начинается при минимальном передаточном числе. Так как она уменьшает влияние положительной каретки (80), то она стремится создать перерегулирование по частоте вращения. В таком случае при передаточном числе около 0,8 зависимость между скоростью транспортного средства и частотой вращения ведущего шкива (10) становится по существу линейной. Изменение в кривой происходило, главным образом, потому, что углы в группах наклонных направляющих уменьшаются по направлению к периферии ведущего шкива (10). Взаимодействие между положительной кареткой (52) и отрицательной кареткой (82) продолжалось на всем протяжении до максимальной скорости транспортного средства в 160 км/час. Эта максимальная скорость была на 20 км/час выше, чем в предшествующем примере, так как двигателю внутреннего сгорания позволяли отдавать большую мощность при более высокой частоте вращения. В эксперименте двигателю позволяли достигать таких высоких значений частоты вращения, так как передаточное число было ниже, чем в примере, иллюстрируемом кривой 1. Например, при 110 км/час передаточное отношение достигало 2,0 на кривой 1, в то время как оно было равным 1,2 на кривой 2. При максимальной скорости на кривой 1, которая составляет около 137 км/час, частота вращения была около 3500 об/мин и частота вращения была такой, при которой двигатель не мог создавать достаточную мощность при данных условиях для достижения более высокой скорости. На кривой 2 при 137 км/час частота вращения двигателя была около 4750 об/мин. Повышенная мощность, отводимая от двигателя, позволяла транспортному средству достигать скорости 160 км/час, а двигателю – достигать частоты вращения свыше 5000 об/мин.

Экспериментальная кривая 3 на фиг.6 относится к примеру с ведущим шкивом (10), содержащим отрицательный узел (80), в котором диапазон положений отрицательной каретки (82) был ограничен группой стопоров (78), показанных на фиг.1. Стопоры (78) установлены на отрицательной каретке (82) и упирались в промежуточную часть (74). Обычно и в зависимости от конструкции наружная часть отрицательной каретки (82) может быть использована для ограничения диапазона положений, когда она упирается в промежуточную часть (74) или какую-нибудь другую часть, прикрепленную к барабану (18). Стопоры (78) уменьшают перемещение отрицательной каретки (82) на расстояние d1. Это позволяет сдержать начальное действие отрицательного узла (80) (уменьшить эффект перерегулирования) и дать возможность БРП повышать передаточное число от меньшей частоты вращения, тем самым поддерживая малую частоту вращения двигателя при сравнительно малых скоростях транспортного средства. Увеличение передаточного числа приводило к перемещению положительной каретки (52) по направлению к отрицательной каретке (82). Отрицательный узел (80) становился действующим в течение остальной части ускорения, как только происходило взаимодействие между положительной кареткой (52) и отрицательной кареткой (82). После окончания ускорения и достижения постоянной скорости транспортного средства БРП находит новое равновесие и частота вращения двигателя стремится уменьшиться вследствие изменения в крутящем моменте, приложенном к ведомому шкиву.

На графике фиг.6 ссылочным номером 4 обозначена точка, когда скорость транспортного средства была постоянной и равной 70 км/час. В этой точке передаточное число равно 1,5, а частота вращения ведущего шкива (10) составляет около 2200 об/мин. В этом случае при непрерывном и интенсивном ускорении от этой скорости транспортного средства зависимость между скоростью транспортного средства и частотой вращения ведущего шкива (10) следовала экспериментальной кривой 5. Вначале частота вращения пропорционально повышалась быстрее, чем увеличивалась скорость транспортного средства. Это вызвано тем фактом, что БРП в течение нескольких секунд уменьшала передаточное число до около 1, 2. Снижение передаточного числа происходило потому, что более высокий крутящий момент на ведомом шкиву приводил к уменьшению передаточного числа. Когда это происходило, частота вращения двигателя имела возможность увеличиться. Это увеличение частоты вращения позволяло отрицательной каретке (82) перемещаться по направлению к положительной каретке (52) и, в конце концов, достигать ее, чтобы способствовать уменьшению передаточного числа. Вторая часть этого ускорения была идентична второй части ускорения на экспериментальной кривой 3.

Следует отметить, что в этом примере ведущий шкив (10) непосредственно соединен с выходным валом двигателя, как это имеет место во многих случаях применения. С другой стороны, можно использовать редуктор или другое подобное устройство между выходным валом двигателя и ведущим шкивом (10). Кроме того, наличие первой пружины (70) между положительной кареткой (52) и отрицательной кареткой (82) позволяет отрицательному узлу (80) оказывать непосредственное влияние на положительный узел (50), даже когда они не взаимодействуют между собой.

В зависимости от конструкции и условий может не произойти взаимодействие между положительной кареткой (52) и отрицательной кареткой (82), если транспортное средство ускоряется с медленной скоростью. Например, если к ведомому шкиву прилагается только небольшой крутящий момент, то положительный узел (50) почти свободен для перемещения, как только изменится частота вращения. Частота вращения могла поддерживаться более низкой, чем пороговая величина, в тех случаях, когда вступает в действие отрицательный узел (80).

Настоящее изобретение не ограничено описанными вариантами его осуществления и охватывает любые другие альтернативные варианты в пределах, определяемых формулой изобретения.