Вариатор осевой

(51) 16 15/00 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ сообщенную через радиальные отверстия с замкнутыми цилиндрическими пазами скользящей гильзы, причем камера, центральная полость и цилиндрические пазы заполнены наполнителем в виде жидкости либо графита, кроме этого скользящая гильза с обеих сторон контактирует с роликами, образуя две ступени подшипников, при этом ролики первой ступени контактируют с первичным валом и с наружной обоймой скользящей гильзы, а ролики второй ступени,контактируют с внутренней обоймой скользящей гильзы и наружной обоймой цилиндра промежуточного вала, кроме этого, первоначальный натяг роликов к беговым дорожкам выполнен посредством болтов, либо пружины, расположенной в замкнутой камере, а рабочий натяг роликов выполняется поршнем за счет центробежных сил инерции, возникающих в наполнителе замкнутой камеры и действующей через плунжер и наполнитель в замкнутых пазах скользящей гильзы на деформируемые стенки, рабочий натяг роликов изменяется автоматически за счет изменения скорости вращения первичного вала. Изменение направления вращения ведомого вала осевого вариатора выполнено посредством скользящей гильзы и цилиндра промежуточного вала, на наружной поверхности которых выполнены шлицевые пазы, по которым перемещается шлицевая втулка(72) Овчаров Михаил Степанович Овчаров Андрей Михайлович(57) Изобретение относится к отрасли машиностроения, в частности, к устройствам и механизмам в которых используется бесступенчатое регулирование угловой скорости ведомого вала,например, в качестве коробок передач автомобилей мотоциклов, в приводных механизмах прессов,конвейеров и т.д. Цель изобретения является - создание осевого вариатора, в котором отсутствуют радиальные нагрузки, а силы прижатия деталей друг к другу изменяются в зависимости от передаваемого крутящего момента. Устройством для достижения указанной цели является осевой вариатор, в котором все валы вариатора расположены на одной оси, при этом первичный вал выполнен за одно целое с цилиндром, внутри которого установлен поршень с осевым перемещением, поршень образует со стенкой цилиндра замкнутую камеру и взаимодействует с плунжером, расположенным на оси первичного вала, который в свою очередь образует замкнутую центральную полость, 25584 Предлагаемый вариатор осевой относится к отрасли машиностроения,в частности,к устройствам и механизмам в которых используется бесступенчатое регулирование угловой скорости ведомого вала, например, в коробках передач автомобилей, мотоциклов, в приводных механизмах прессов, конвейеров и т.д. Все существующие вариаторы относятся к фрикционным передачам, использующие для передачи движения силы трения. Они бесшумны в работе, способны работать при высоких скоростях,обеспечивают сохранность элементов конструкции от повреждения при перегрузках, толчках и ударах. Существуют две группы вариаторов. К первой группе относятся лобовые и конусные вариаторы,которые работают с непосредственным соприкосновением ведущего и ведомого колес,регулирование передаточного отношения в них достигается изменением рабочего радиуса одного из колес. Ко второй группе вариаторов относятся двухконусные с раздвижными конусами шаровые и торовые, все они имеют промежуточное звено. Регулирование передаточного отношения в этой группе осуществляется одновременным изменением рабочих радиусов ведущего и ведомого колес.(Дмитриев В. А. Детали машин. Л., Судостроение,1970, с 214. 220). Характерная особенность всех вариаторов необходимость сильного прижатия колес одного к другому с целью создания потребной силы трения и снижения проскальзывания тел качения в зоне контакта. Создание необходимой силы прижатия колес в настоящее время осуществляются пружинновинтовыми,клиновыми,гидравлическими и другими натяжными устройствами. Вариаторы получили широкое распространение в передаточных механизмах различных приборов, где действующие усилия не велики и необходимое прижатие элементов передачи осуществляются небольшими пружинами. В последнее время вариаторы стали использовать в качестве бесступенчатых коробок передач на мотоциклах и легковых автомобилях. Существующие вариаторы несовершенны, так как они не обеспечивают изменение силы прижатия колес друг к другу с уменьшением или увеличением передаваемого крутящего момента, а это приводит к снижению их работоспособности, они имеют большие радиальные нагрузки на валы и оси, что вызывает сложность конструкции, большие размеры и вес. Целью настоящего изобретения является создание осевого вариатора фрикционного типа, в котором отсутствуют радиальные нагрузки на валы,а силы прижатия деталей друг к другу изменяются в зависимости от передаваемого крутящего момента. Технический результат достигается тем, что все валы осевого вариатора расположены на одной оси,при этом первичный вал выполнен за одно целое с цилиндром, внутри которого установлен поршень с осевым перемещением, поршень образует со стенкой цилиндра замкнутую камеру и 2 взаимодействует с плунжером, расположенным на оси первичного вала, который в свою очередь образует замкнутую центральную полость,сообщенную через радиальные отверстия с замкнутыми цилиндрическими пазами скользящей гильзы, причем замкнутая камера, центральная полость и цилиндрические пазы заполнены наполнителем в виде жидкости или графита, кроме этого скользящая гильза с обеих сторон контактирует с роликами, образуя две ступени подшипников, ролики первой ступени контактируют с первичным валом и с наружной обоймой скользящей гильзы, а ролики второй ступени,контактируют с внутренней обоймой скользящей гильзы и наружной обоймой цилиндра промежуточного вала. Первоначальный натяг роликов к беговым дорожкам выполнен посредством болтов, либо пружины, расположенной в замкнутой камере, а рабочий натяг роликов выполняется поршнем за счет центробежных сил инерции, возникающих в наполнителе замкнутой камеры при е вращении и действующей через плунжер и наполнитель в замкнутых пазах скользящей гильзы на деформируемые стенки,кроме этого рабочий натяг роликов изменяется автоматически за счет изменения скорости вращения первичного вала с цилиндром. Изменение направления вращения ведомого вала выполнено посредством скользящей гильзы и цилиндра промежуточного вала, на наружной поверхности которых выполнены шлицевые пазы, по которым перемещается шлицевая втулка На фиг. 1 представлен общий вид осевого вариатора на фиг. 2 показаны направление вращения деталей первой и второй ступеней подшипников осевого вариатора относительно друг друга. Устройство осевого вариатора выполнено из корпуса 1, жестко закрепленного к картеру 2 двигателя автомобиля, первичного вала 3, с встроенным в середине вала цилиндра 4. Внутри цилиндра 4 установлен поршень 5, имеющий возможность осевого перемещения и вращения совместно с цилиндром 4 и соответственно с первичным валом 3. Замкнутая камера А между стенкой цилиндра и поршнем заполнена наполнителем 6 (например, жидкостью либо графитом), который при вращении цилиндра за счет центробежных сил создает давление, воздействует на поршень и перемещает его вправо. Чем сильнее вращается цилиндр с первичным валом, тем сильнее центробежные силы, тем больше давление в наполнителе и больше силы, действующие на поршень. На первичном валу 3 установлена скользящая гильза 7. Гильза 7, кроме скользящей посадки, сообщается с первичным валом 3 через ролики 8, образуя первую ступень радиального роликоподшипника, у которого внутренней обоймой является первичный вал 3, а наружной обоймой является цилиндрический корпус скользящей гильзы. Соосно с первичным валом 3 в корпусе осевого вариатора в подшипниках установлены промежуточный вал 9, выполненный за одно целое с цилиндром 10, и ведомый вал 11. Цилиндр промежуточного вала 9 совместно с роликами 12 образует вторую ступень радиального роликоподшипника, у которого внутренней обоймой является корпус скользящей гильзы 7, а наружной обоймой является сам цилиндр. Скользящая гильза 7 имеет цилиндрические замкнутые пазы а и в,соединенные между собой радиальными отверстиями с, причем толщина стенок у поверхностях гильзы, контактирующих с роликами значительно меньше внешних стенок гильзы. Толщина стенок выбирается из условия возникновения упругих деформаций металла и создания необходимого рабочего натяга в роликоподшипниках. Кроме этого, цилиндрические замкнутые пазы сообщаются с поршнем 5 через плунжер 13, центральную полостьи радиальные отверстия е, выполненные в первичном валу 3. Все полости заполнены наполнителем в виде графита. При воздействии поршня 5 на плунжер 13 в цилиндрических замкнутых пазах а и в возникает давление,которое определяется давлением в камере А и соотношением площадей поршня и плунжера. На наружной цилиндрической поверхности скользящей гильзы 7 и цилиндра 10 промежуточного вала выполнены шлицы, по которым с возможностью их соединения и разъединения перемещается втулка 14. Втулка 14 обеспечивает изменение направление вращения ведомого вала (направление вращения гильзы 7 и цилиндра 10 имеют противоположное направление и представлены на фиг.2). При состоянии, когда скользящая гильза 7 и цилиндр 10 промежуточного вала 9 разъединены автомобиль движется вперед,когда втулка 14 соединяет скользящую гильзу 7 и цилиндр 10 движение автомобиля происходит в обратную сторону. Предварительное натяг роликов к беговым дорожкам скользящей гильзы, первичного вала и цилиндра промежуточного вала осуществляется при помощи болтов 15 либо пружины, действующих на поршень 5 и через него на плунжер 13. Плунжер 13 создает первоначальное давление в цилиндрических пазах а и в, и первоначальный натяг на роликах,за счет упругих деформаций тонких стенок беговых дорожек. Рабочий натяг роликов к беговым дорожкам гильзы, вала и цилиндра осуществляется за счет центробежных сил, действующих на наполнитель в замкнутой камере А. Центробежные силы,возникающие в наполнителе, действуют на поршень, поршень через плунжер создает давление в цилиндрических пазах скользящей гильзы и,преодолевая упругую деформацию стенок беговых дорожек гильзы, прижимает ролики в одном случае к первичному валу, а в другом к наружной обойме цилиндра 10, обеспечивая передачу крутящего момента от двигателя к трансмиссии автомобиля. Контактные напряжения, возникающие в зоне соприкосновения роликов с беговыми дорожками скользящей гильзы, первичного вала и цилиндра промежуточного вала, определяются длиной роликов. 3 Соединение промежуточного вала 9 с ведомым валом 11 осуществляется с помощью втулки со шлицами 16, которая обеспечивает отключения и подключения осевого вариатора к трансмиссии автомобиля. Принцип работы осевого вариатора заключается в следующем. В холостом режиме работы двигателя автомобиля втулка 16 разъединяет промежуточный 9 и ведомый 11 валы. Втулка 14 находится в правом положении и тоже разъединяет скользящую гильзу 7 и цилиндр 10 промежуточного вала 9. Первичный вал 3 вращается и вращает цилиндр с поршнем и наполнителем 6. Сила, действия наполнителя на поршень, определяется скоростью вращения первичного вала 3, удельным весом наполнителя и диаметром поршня и может быть определена по формуле 2,2 4 4 где р - давление наполнителя в цилиндре при его вращении- площадь поршня- удельный вес наполнителя- угловая скорость вращения первичного вала,- максимальный и минимальный радиусы положения наполнителя относительно оси вращения- ускорение свободного падения ц - диаметр поршня. В начале движения автомобиля водитель выжимает сцепление,скорость вращение первичного вала снижается и включается втулка 16,которая соединяет промежуточный вал 9 и ведомый вал 11, при этом втулка 14 находится в правом положении и скользящая гильза 7 и цилиндр 10 разъединены. Сцепление отпускается, и первичный вал 3 начинает вращаться. Чтобы сдвинуть автомобиль с места необходимо создать определенный рабочий натяг на роликах и беговых дорожках подшипников и возникновения между ними силы трения, достаточного, чтобы сдвинуть автомобиль с места. Постепенно увеличивая число оборотов коленчатого вала двигателя, первичный вал увеличивает вращение цилиндра с поршнем и наполнителем. Давление в наполнителе растет и оно, воздействуя на поршень, перемещает его и создает осевое усилие (см. формулу), которое действует на плунжер 13. Плунжер сжимает наполнитель в цилиндрических пазах скользящей гильзы 7, который, действуя на тонкие стенки гильзы, деформирует их. При деформации тонких стенок гильз ролики зажимаются между беговыми дорожками, создавая силы трения, которые обеспечивают трогание автомобиля с места. Автомобиль начинает разгоняться. После разгона автомобиля, сопротивления движению снижается, и если водитель не изменяет угловую скорость вращения коленчатого вала двигателя и соответственно первичного вала, то осевое усилие, действующее со стороны поршня на плунжер, не снижается, соответственно не снижаются и силы трения в зоне контакта роликов с беговыми дорожками. Появляются излишки сил трения, которые притормаживают движение роликов относительно беговых дорожек и при определенном сопротивлении движению автомобиля, ролики прекращают перекатываться, и ведомый вал вращаться со скоростью первичного вала. Движение автомобиля будет осуществляться на прямой передаче. При любом изменении сопротивления движению автомобиля или изменении скорости вращения коленчатого вала двигателя, усилия, действующие на ролики, автоматически будет изменяться и тем самым, будет изменяться крутящий момент на ведомом валу и соответственно скорость движения автомобиля. При движении автомобиля в обратную сторону,работа осевого вариатора аналогична движению автомобиля вперед, но при этом необходимо включить скорость заднего хода, т.е. соединить скользящую гильзу 7 с цилиндром 10 промежуточного вала 9, посредством шлицевого соединения с втулкой 16. Внедрение предлагаемого изобретения в народное хозяйство даст значительный экономический эффект, обеспечит бесступенчатое регулирование скорости движения автомобиля,позволит автоматизировать работу водителя и снизить себестоимость изготовления автомобиля. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Вариатор осевой, включающий корпус,первичный, промежуточный и ведомый валы,отличающийся тем, что все валы расположены на одной оси, при этом первичный вал выполнен за одно целое с цилиндром, внутри которого подвижно установлен поршень, который образует со стенкой цилиндра замкнутую камеру,заполненную наполнителем, и взаимодействует с плунжером,который в свою очередь расположен в первичном валу и образует замкнутую центральную полость,которая сообщена через радиальные отверстия с цилиндрическими пазами скользящей гильзы, при этом все замкнутые полости и пазы вариатора заполнены наполнителем. 2. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что скользящая гильза установлена на первичном валу и образует две ступени подшипников, ролики первой ступени контактируют с первичным валом и с наружной обоймой скользящей гильзы, а ролики второй ступени, контактируют с внутренней обоймой скользящей гильзы и наружной обоймой цилиндра промежуточного вала. 3. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что первоначальный натяг роликов выполнен посредством болтов либо пружины, расположенной в замкнутой камере и действующей через поршень на плунжер и наполнитель замкнутых пазов скользящей гильзы, создавая давление в этих полостях, а также деформацию тонких стенок скользящей гильзы. 4. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что рабочий натяг роликов выполняется за счет центробежных сил инерции, возникающих в наполнителе замкнутой камеры и действующих через поршень, плунжер и наполнитель на тонкие,деформируемые стенки скользящей гильзы, причем рабочий натяг изменяется автоматически за счет изменения скорости вращения первичного вала. 5. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что изменение направления вращения ведомого вала выполнено посредством соединения скользящей гильзы и цилиндра промежуточного вала шлицевой втулкой, перемещающейся по шлицевым пазам,выполненных на их наружной поверхности.