RU2199044C2

RU2199044C2 - Engagement of stepless drive

Info

Publication number: RU2199044C2
Application number: RU2001108181A
Authority: RU
Inventors: В.В. Сиденко
Original assignee: Некоммерческое партнерство "Инновационное агентство"
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2001-03-28
Publication date: 2003-02-20
Also published as: WO2002077491A1

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: engagement of rotary drive is provided by two disks. Power members are installed on end face surface of one disk over circumference by means of spherical joints. Power members are installed at angle to plane of disk rotation. Mating surface of other disk is made serrated. Power members are round, with toroidal working surface. EFFECT: reduced friction losses and wear of power member and working surface of tooth in zone of contact. 11 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для трансформации вращательного движения, в том числе бесступенчатой. The invention relates to the field of engineering and can be used in all sectors of the economy for the transformation of rotational motion, including stepless.

Известна бесступенчатая фрикционная передача (вариатор), содержащая пакет раздвижных конических дисков и пакет 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. A stepless friction gear (variator) is known that contains a package of sliding conical disks and a package of sliding disks with belts (Bayer scheme) (Reshetov L. N. "Machine Details". Mechanical Engineering, 1989, p. 271). The output shaft rotation frequency is controlled by the displacement of the axis of the packets, which is accompanied by the expansion (displacement) of the disks and the change in the position of the contact spot relative to the axis of rotation of the disks. In this case, the gear ratio (transformation ratio) changes. The number of disks in a package is determined by the amount of transmitted power.

Недостатком этого устройства являются шум в работе, ограниченный диапазон регулирования (a≤5), а также относительно низкий кпд. В связи с перемещением осей дисков в состав передачи входит зубчатая пара, что усложняет устройство и дополнительно снижает кпд. 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). The disadvantage of this device is noise in operation, a limited regulation range (a≤5), and also a relatively low efficiency. In connection with the movement of the axes of the disks, the gear includes a gear pair, which complicates the device and further reduces the efficiency. During overload, in case of slippage, the variator fails, because flats are formed on the disk. This is a chronic lack of friction engagement. Also a chronic drawback is the presence of losses associated with an unequal change in speed along the length of the touch pad (geometric slip).

Эти недостатки частично устранены в конструкции нефрикционного вариатора (А. С. 954678, МКИ F 16 H). 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 1,36≥i≥1. These disadvantages are partially eliminated in the design of non-friction variator (A. S. 954678, MKI F 16 H). It consists of a shaft with a cylindrical hinge, on which a flat rotary washer is installed with an intermediate disk having teeth on both ends. On both sides, this disk interacts with elastic elements made in the form of spring plates and mounted on the respective disks. This variator has two versions with ranges of gear ratios: 0.383≥i≤-0.383 and 1.36≥i≥1.

По сравнению с известным устройством (фрикционный вариатор Байера) он имеет больший кпд 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). Compared with the known device (Bayer friction variator), it has greater efficiency and less noise in operation. The disadvantage of this device is that it has a limited range of gear ratios. This disadvantage is eliminated in the technical solution "CVT Section" (Russian patent 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. The device consists of three disks: master, intermediate and slave. The inner end surface of the leading disk is made in the form of a profiled notch, and on the adjacent end surface of the intermediate disk mounted at an angle to the axis of the leading with the possibility of radial movement in the plane of this angle, power elements made of spring wire are installed along the ring. The opposite side of the intermediate disk is made with a profiled notch, and the driven disk has power elements located along the ring, the free ends of which form a flat surface.

Недостатком этого устройства является относительно низкая удельная мощность (мощность, приходящаяся на единицу объема вариатора). The disadvantage of this device is the relatively low specific power (power per unit volume of the variator).

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"). An infinitely variable gear engagement is known, in which the power elements are made in the form of rigid rectangular plates with a cylindrical working surface, using spherical self-aligning bearings mounted on one disc and meshed with an adjacent disc with shaped teeth (RF patent 2153614 “Continuous gear engagement”).

Недостатком известного технического решения является то, что:
- во-первых, при радиальном относительном движении силового элемента по рабочей поверхности зуба смежного диска имеет место трение скольжения, а значит, потеря энергии и износ контактирующих деталей;
- во-вторых, в силовом элементе, имеющем относительно большие габариты, работает (изнашивается) только одна поверхность, что нерационально.A disadvantage of the known technical solution is that:
- firstly, with a radial relative movement of the power element along the working surface of the tooth of an adjacent disc, sliding friction occurs, which means energy loss and wear of the contacting parts;
- secondly, in a power element having relatively large dimensions, only one surface works (wears out), which is irrational.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение потерь трения и износа силового элемента и рабочей поверхности зуба в зоне их контакта. The present invention is to reduce friction and wear of the power element and the working surface of the tooth in the area of their contact.

Поставленные задачи решаются за счет того, что силовые элементы выполняются круглыми с тороидальной рабочей поверхностью. The tasks are solved due to the fact that the power elements are performed round with a toroidal working surface.

При этом силовые элементы могут выполняться переменной толщины от центра к периферии. In this case, the power elements can be of variable thickness from the center to the periphery.

Упор исходного положения может выполняться упругим. The emphasis of the initial position may be elastic.

Диск с силовыми элементами может быть выполнен с упругими фиксаторами исходного положения силовых элементов. The disk with power elements can be made with elastic retainers of the initial position of the power elements.

Рабочая поверхность зуба в поперечном сечении может быть образована отрезком прямой. The working surface of the tooth in cross section can be formed by a straight line segment.

Рабочая поверхность зуба в поперечном сечении может быть образована вогнутой дугой. The working surface of the tooth in cross section can be formed by a concave arc.

Рабочая поверхность зуба в поперечном сечении может быть образована двумя отрезками, образующими вогнутый угол. The working surface of the tooth in cross section can be formed by two segments forming a concave angle.

Рабочая поверхность зуба в поперечном сечении может быть образована двумя вогнутыми дугами. The working surface of the tooth in cross section can be formed by two concave arcs.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где:
- на фиг.1 показана схема зацепления двух дисков;
- на фиг. 2 укрупненно показано зацепление силового элемента и зуба смежного диска;
- на фиг.3 показаны силовой элемент и схема его установки на диск;
- на фиг.4 показан вариант исполнения фиксатора исходного положения;
- на фиг.5 показан вариант поперечного сечения зуба;
- на фиг.6 показан вариант поперечного сечения зуба;
- на фиг.7 показан вариант поперечного сечения зуба.The invention is illustrated in the drawing, where:
- figure 1 shows a gearing diagram of two disks;
- in FIG. 2, the engagement of a power element and a tooth of an adjacent disc is shown in an enlarged manner;
- figure 3 shows the power element and the diagram of its installation on the disk;
- figure 4 shows an embodiment of the retainer of the initial position;
- figure 5 shows a variant of the cross section of the tooth;
- figure 6 shows a variant of the cross section of the tooth;
- Fig.7 shows a variant of the cross section of the tooth.

Предлагаемое устройство состоит из двух дисков 1 и 2 (фиг.1, 2). Один из них, например 2, выполняется с профилированными зубьями 3, а другой - с силовыми элементами 4. Силовые элементы 4 устанавливаются под углом α к плоскости вращения (фиг. 1, 3) при помощи сферического шарнира 5 с возможностью вращения в своей плоскости и отклонения на угол Δα из этой плоскости (см. фиг.3). The proposed device consists of two disks 1 and 2 (1, 2). One of them, for example 2, is made with profiled teeth 3, and the other with power elements 4. The power elements 4 are installed at an angle α to the plane of rotation (Fig. 1, 3) using a spherical joint 5 with the possibility of rotation in its plane and deviations by an angle Δα from this plane (see Fig. 3).

Положение силового элемента 4, соответствующее максимальному значению угла α, ограничивается специальным упором 6 (см. фиг.2, 3). The position of the power element 4, corresponding to the maximum value of the angle α, is limited by a special focus 6 (see figure 2, 3).

Рабочая поверхность 7 силового элемента выполняется скругленной (радиусом r₀) тороидальной (см. фиг.3).The working surface 7 of the power element is rounded (radius r ₀ ) toroidal (see figure 3).

Рабочая поверхность 8 зубьев 3 в поперечном сечении может иметь форму отрезка прямой (см. фиг.2). The working surface 8 of the teeth 3 in cross section may take the form of a straight line segment (see figure 2).

Передаточное отношение может изменяться путем относительного перемещения дисков эквидистантно (или близко к этому) рабочей поверхности диска с зубьями. При этом не нарушается контакт силового элемента с зубом, а только изменяется радиус пятна их контакта относительно оси вращения зубчатого диска и, следовательно, передаточное отношение. The gear ratio can be changed by the relative movement of the disks equidistant (or close to this) of the working surface of the tooth disk. In this case, the contact of the power element with the tooth is not disturbed, but only the radius of the spot of their contact with respect to the axis of rotation of the gear disc and, therefore, the gear ratio, changes.

Работает предлагаемое зацепление следующим образом. При вращении диска 1 силовые элементы 4 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 4 под действием контактных усилий самоустанавливается относительно зуба 3. Рациональное (относительно диска 2) смещение силового элемента реализуется качением по зубу. Пятно контакта - точечное, а с учетом контактных деформаций - в виде эллипса. The proposed engagement works as follows. When the disk 1 rotates, the force elements 4 are pressed against the stop 6 under the action of aerodynamic forces or the efforts of special elastic elements. The power elements alternately engage with the teeth 3 of the adjacent disc 2, transmitting the circumferential force to it. In this case, due to the spherical hinge 5, the power element 4 under the action of contact forces is self-installing relative to the tooth 3. The rational (relative to the disk 2) displacement of the power element is realized by rolling along the tooth. The contact spot is a point spot, and taking into account contact deformations - in the form of an ellipse.

Для повышения упругости силового элемента 4 он может выполняться переменной от центра к периферии толщины. To increase the elasticity of the power element 4, it can be performed variable from the center to the periphery of the thickness.

Упор 6 исходного положения силового элемента 4 может выполняться упругим в виде специальной пружины (см. фиг.2, 3). The stop 6 of the initial position of the power element 4 can be made elastic in the form of a special spring (see figure 2, 3).

Исходное положение силового элемента 4 (т.е. положение, при котором угол α = α_max) может обеспечиваться при помощи специального упругого фиксатора 9 (см. фиг.3).The initial position of the power element 4 (i.e., the position at which the angle α = α _max ) can be achieved using a special elastic retainer 9 (see figure 3).

Фиксатор исходного положения 9 (см. фиг.4) может выполняться заодно с упругим упором исходного положения 6 (см. фиг.4) в виде упругой рессоры. В исходном положении силового элемента 4 последний находится в равновесии при условии, что они равны между собой и противоположно направлены. The lock of the initial position 9 (see figure 4) can be performed along with the elastic stop of the initial position 6 (see figure 4) in the form of an elastic spring. In the initial position of the power element 4, the latter is in equilibrium, provided that they are equal to each other and oppositely directed.

Если ось 10 сферического подшипника 5 не перпендикулярна радиусу, соединяющему ось вращения диска 1 с центром сферического шарнира, то для уменьшения влияния составляющей F_x центробежной силы силового элемента на сферический подшипник 5 фиксатор 9 и упругий упор 6 исходного положения следует размещать с внешней относительно оси вращения диска стороны, т.е. на большем радиусе, так, чтобы усилия от них были направлены в противоположную сторону силе F_x, уравновешивая ее.If the axis 10 of the spherical bearing 5 is not perpendicular to the radius connecting the axis of rotation of the disk 1 with the center of the spherical hinge, then to reduce the influence of the component F _{x of the} centrifugal force of the force element on the spherical bearing 5, the retainer 9 and the elastic stop 6 of the initial position should be placed with the outer relative to the axis of rotation side disk, i.e. over a larger radius, so that the forces from them are directed in the opposite direction to the force F _x , balancing it.

Рабочая поверхность 8 зуба 3 может быть выполнена в виде вогнутой дуги (фиг.5). The working surface 8 of the tooth 3 can be made in the form of a concave arc (figure 5).

Рабочая поверхность 8 зуба 3 может быть образована двумя отрезками прямой (фиг.6) образующими вогнутый угол. The working surface 8 of the tooth 3 can be formed by two straight sections (Fig.6) forming a concave angle.

Рабочая поверхность 8 зуба 3 может быть образована (фиг.7) двумя вогнутыми дугами. The working surface 8 of the tooth 3 can be formed (Fig.7) by two concave arcs.

Последние три варианта исполнения формы зуба обеспечивают увеличение несущей способности зацепления, причем два последних обеспечивают это за счет двухточечного контакта силового элемента и зуба. The last three options for the execution of the shape of the tooth provide an increase in the bearing capacity of the engagement, the latter two providing this due to point-to-point contact of the power element and the tooth.

Главный технический результат настоящего изобретения состоит в том, что все смещения силового элемента относительно зуба осуществляются качением. Скольжение исключено. Это обеспечивает повышение кпд зацепления и уменьшение износа как силовых элементов, так и зубьев. The main technical result of the present invention is that all displacements of the force element relative to the tooth are carried out by rolling. Slip excluded. This provides increased gearing efficiency and reduced wear of both the power elements and the teeth.

Предлагаемое изобретение может эффективно использоваться в бесступенчатых передачах, например, по патентам РФ 2064619 и 2071686. The present invention can be effectively used in continuously variable transmissions, for example, according to RF patents 2064619 and 2071686.

Claims

1. An engagement of a continuously variable transmission comprising power elements located circumferentially on the disk, at an angle to the plane of rotation, connected with it by spherical joints and profiled teeth interacting with them, located on the surface of another disk, characterized in that the power elements are made round .

2. The gearing according to claim 1, characterized in that the working surface of the power element is made toroidal.

3. Gearing continuously variable transmission according to claims 1 and 2, characterized in that the power element is made of variable thickness from the center to the working surface.

4. Engagement of a continuously variable transmission according to claims 1 to 3, characterized in that the emphasis of the initial position of the power element is elastic.

5. The engagement of a continuously variable transmission according to claims 1 to 4, characterized in that it has an elastic lock of the initial position of the power element.

6. Gearless transmission gearing according to claims 4 and 5, characterized in that the initial position lock is integral with the elastic stop of the initial position in the form of an elastic spring located along the diameter of the power element.

7. Gearless transmission engagement according to claims 5 and 6, characterized in that the initial position lock is located on the side of the power element external to the disk rotation axis.

8. Gearless transmission gearing according to claims 1 and 2, characterized in that the working surface of the tooth in cross section is formed by a straight line segment.

9. Engagement of a continuously variable transmission according to claims 1 and 2, characterized in that the working surface of the tooth in the cross section is formed by a concave arc.

10. Engagement of a continuously variable transmission according to claims 1 and 2, characterized in that the working surface of the tooth in cross section is formed by two segments forming a concave angle.

11. The continuously variable gearing according to claim 1, characterized in that the working surface of the tooth in cross section is formed by two concave arcs.