Вариатор осевой

(51) 16 15/00 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ расположенной в камере, а рабочий натяг выполняется поршнем за счет центробежных сил инерции, возникающих в наполнителе при вращении цилиндра с поршнем, причем рабочий натяг изменяется автоматически за счет изменения скорости вращения коленчатого вала двигателя,кроме этого изменение направления вращения ведомого вала выполнено посредством двух переходных гильз, одна из которых жестко связана с промежуточным валом и на наружной поверхности этих гильз выполнены шлицы, по которым перемещается шлицевая втулка. Для механизмов с малыми мощностями предварительный и рабочий натяг роликов осуществляется за счет соединения первичного и промежуточного валов посредством винтового зацепления, либо зубчатой сцепной муфтой с косыми зубьями. В вариаторе конические роликовые подшипники используются в качестве фрикционной передачи,с передаточным отношением диаметра беговых дорожек наружной обоймы подшипника к диаметру беговых дорожек внутренней обоймы, при этом внутренняя и наружная обоймы подшипника сидят на разных скользящих переходных гильзах. Кроме этого конический роликовый подшипник, выполнен многорядным в радиальном направлении, при этом наружная обойма первого ряда роликов является одновременно внутренней обоймой второго ряда роликов, а наружная обойма второго ряда роликов является внутренней обоймой третьего ряда роликов и так далее.(76) 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 расположены на одной оси, при этом первичный вал выполнен с цилиндром и поршнем, который образует с цилиндром замкнутую камеру,заполненную наполнителем и взаимодействует с коническими роликовыми подшипниками,установленные в скользящих переходных гильзах на промежуточном валу, кроме этого осевой предварительный натяг роликов к беговым дорожкам внутренней и наружной обойм подшипника выполнен посредством пружины, 25583 Предлагаемый осевой вариатор 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. 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 214220). 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, в котором отсутствуют радиальные нагрузки, 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 и поршнем с осевым перемещением,который образует с цилиндром замкнутую камеру,заполненную наполнителем, причем поршень 2 взаимодействует с коническими роликовыми подшипниками, установленные в скользящих переходных гильзах на промежуточном валу, кроме этого предварительный натяг конических роликов к беговым дорожкам внутренней и наружной обойм подшипника выполнен посредством пружины,расположенной в замкнутой камере, а рабочий натяг конических роликов выполняется поршнем за счет центробежных сил инерции, возникающих в наполнителе при вращении цилиндра с поршнем. Рабочий натяг изменяется автоматически за счет изменения скорости вращения первичного вала. В осевом вариаторе конические роликовые подшипники используются в качестве фрикционной передачи, с передаточным отношением диаметра беговых дорожек наружной обоймы подшипника к диаметру беговых дорожек внутренней обоймы, при этом внутренняя и наружная обоймы подшипника сидят на разных скользящих переходных гильзах, а изменение направления вращения ведомого вала выполнено посредством соединения или рассоединения двух гильз, одна из которых жестко связана с промежуточным валом, кроме этого на наружной поверхности этих гильз выполнены шлицы, по которым перемещается управляемая шлицевая втулка. Для случая использования маломощных механизмов, предварительный и рабочий натяг роликов осуществляется за счет соединения первичного и промежуточного валов посредством винтового зацепления, либо зубчатой сцепной муфтой с косыми зубьями. С целью снижения габаритных размеров в вариаторе конический роликовый подшипник выполнен многорядным в радиальном направлении, при этом наружная обойма первого ряда роликов является одновременно внутренней обоймой второго ряда роликов, а наружная обойма второго ряда роликов является внутренней обоймой третьего ряда роликов и так далее. На фиг. 1 представлен общий вид осевого вариатора на фиг. 2 показан вариант компоновки подшипников в осевом вариаторе на фиг. 3 показан винтовой вариант нагрузочного устройства на фиг. 4 показаны направление вращения деталей ступеней осевого вариатора относительно друг друга. Устройство осевого вариатора выполнено из корпуса 1, жестко закрепленного к картеру 2 двигателя автомобиля, первичного вала 3, который выполнен за одно целое с цилиндром 4. Внутри цилиндра установлен поршень 5, имеющий возможность осевого перемещения и вращения совместно с цилиндром 4. Полость между цилиндром и поршнем заполнена наполнителем 6(например, графитом), который при вращении цилиндра за счет центробежных сил создает давление на поршень и перемещает его вправо. Чем сильнее вращается цилиндр,тем сильнее инерционные силы, тем больше давление в наполнителе и больше силы, действующие на поршень. Соосно с первичным валом 3 в корпусе 1 осевого вариатора в подшипниках установлены промежуточный вал 7 и ведомый вал 8. На промежуточном валу 7 надеты скользящие переходные гильзы 9, 10, 11 и гильза 12, которые посредством роликов конических упорных подшипников 13 сообщаются между собой и с поршнем 5. Скользящие переходные гильзы 9, 10, 11 и гильза 12 выполнены с наружной и внутренней посадочными поверхностями,на которые прессуются наружные и внутренние обоймы подшипников 13. Обоймы, в комплекте с коническими роликами и переходной гильзой в собранном виде представляют собой ступени осевого вариатора 1, , , . На наружной цилиндрической поверхности скользящей переходной гильзы 11 и гильзы 12 выполнены шлицы, по которым с возможностью их соединения и рассоединения перемещается втулка 14. Втулка 14 обеспечивает изменение направление вращения ведомого вала (направление вращения переходных гильз имеют противоположное направление и представлены на фиг.4), так как гильза 12 жестко связана с промежуточным валом 7. При состоянии,когда скользящая переходная гильза 11 и гильза 12 не соединены втулкой 14, автомобиль движется вперед, когда втулка соединяет скользящую переходную гильзу 11 и гильзу 12 движение автомобиля происходит в обратную сторону. Кроме этого, гильза 12 прижимается к упорному подшипнику 15, который в свою очередь прижимается к корпусу вариатора. Предварительный натяг в упорных подшипниках 13 всех ступеней вариатора, обеспечивает плотное прилегание конических роликов к беговым дорожкам и осуществляется посредством тарельчатой пружины 16, через поршень 5. Соединение промежуточного вала 7 с ведомым валом 8 осуществляется с помощью втулки со шлицами 17, которая обеспечивает отключения и подключения осевого вариатора к трансмиссии автомобиля. Осевая нагрузка возникает в вариаторе при вращении цилиндра с наполнителем и поршнем. Инерционные силы, возникающие в наполнителе,действуют на поршень, поршень через внутреннюю обойму подшипника 13, прижимает конические ролики к наружной обойме, расположенной в переходной гильзе 9. На скользящей переходной гильзе 9 запрессована внутренняя обойма другого подшипника,которая воздействует через конические ролики на наружную обойму,запрессованную в скользящую переходную гильзу 10, которая аналогично действует на другую скользящую переходную гильзу и т.д. В месте контакта роликов с беговыми дорожками внутренней и наружной обоймах возникает натяг. Натяг выбирается такой величины, чтобы ролики,перекатывались по беговым дорожкам подшипников, не проскальзывали, а силы трения,возникающие в зонах контактов, обеспечивали заданный крутящий момент. Выбор расчетного натяга можно достичь-изменением угла контакта роликов с обоймами- использованием подшипников с различным числом роликов в подшипнике 3-увеличением числа подшипников в ступени. Так как длина окатываемых поверхностей наружного и внутреннего обойм подшипников разные, то они будут вращаться с разными скоростями,с передаточным числом, где- диаметр беговой дорожки наружной обоймы подшипника- диаметр беговой дорожки внутренней обоймы подшипника. Общее передаточное число осевого вариатора определяется числом его ступеней и может быть вычислено по формуле 12 3 4,где 12 3 4, - передаточные числа ступеней. Крутящий момент на ведомом валу осевого вариатора определяться выражением в д ,где д - крутящий момент, развиваемый двигателем на первичном валу. С целью снижения габаритных размеров осевого вариатора(фиг.2) конический роликовый подшипник 18 выполнен многорядным в радиальном направлении, при этом наружная обойма первого ряда роликов является одновременно внутренней обоймой второго ряда роликов, а наружная обойма второго ряда роликов является внутренней обоймой третьего ряда роликов и так далее. Верхняя обойма многорядного подшипника охватывается скользящей переходной гильзой 19, имеющей шлицевые пазы, которые при изменении направления движения автомобиля соединяются втулкой 14 с гильзой 12. Для автомобилей легкого типа и мотоциклов в качестве нагружающего устройства могут быть использованы - зубчатая сцепная муфта с косыми зубьями, либо винтовая передача 20 с большим шагом витков (фиг.3), которые соединяют первичный и промежуточный валы. Принцип работы осевого вариатора заключается в следующем. В холостом режиме работы двигателя автомобиля втулка 17 разъединяет промежуточный 7 и ведомый 8 валы, втулка 14 находится в правом положении и тоже разъединяет скользящую переходную гильзу 11 и гильзу 12. Первичный вал 3 вращается и вращает цилиндр с поршнем и наполнителем. Осевая нагрузка на всех вращающихся ступенях вариатора определяется скоростью вращения первичного вала 3, удельным весом наполнителя и диаметром поршня и может быть определена по формуле 2 где- 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 водителем выжимается сцепление,скорость вращение первичного вала снижается и включается втулка 17,которая соединяет промежуточный вал 7 и ведомый вал 8, при этом втулка 14 находится в правом положении и скользящая переходная гильза 11 и гильза 12 разобщены. Сцепление отпускается, и первичный вал 3 начинает вращаться. Чтобы сдвинуть автомобиль с места необходимо приложить значительное осевое усилие, которое в вариаторе достигается за счет осевого прижатия роликов к беговым дорожкам конических роликовых подшипников и возникновение между ними силы трения. 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, создает осевое усилие(см. формулу), при использовании механической передачи (винтовой передачи либо шестеренчатой передачи с косыми зубьями) осевое усилие также растет. Ролики прижимаются к беговым дорожкам с такой силой, что за счет сил трения автомобиль трогается с места. Как только автомобиль тронулся с места, момент сопротивления движению автомобиля снижается, и автомобиль начинает разгоняться. После разгона автомобиля, если водитель не изменяет угловую скорость вращения коленчатого вала двигателя, то при снижении сопротивления движению автомобиля осевое усилие, действующее на ролики не изменяется и излишки силы трения начинают притормаживать вращение шариков относительно беговых дорожек внутреннего и наружного обойм,и при определенном сопротивлении они прекращают перекатываться и ведомый вал будет 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 водителем, осевое усилие, действующее от поршня 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 вперед, но при этом необходимо включить скорость заднего хода,т.е. соединить скользящую переходную гильзу 11 с гильзой 12 посредством шлицевого соединения с втулкой 14. 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 с цилиндром, внутри которого установлен поршень,который образует с цилиндром замкнутую камеру,заполненную наполнителем в виде жидкости или графита и взаимодействует с коническими роликовыми подшипниками, установленные в скользящих переходных гильзах на промежуточном валу, кроме этого осевой предварительный натяг роликов к беговым дорожкам внутренней и наружной обойм подшипника выполнен посредством пружины, расположенной в камере, а рабочий осевой натяг выполняется поршнем за счет центробежных сил инерции, возникающих в наполнителе при вращении цилиндра с поршнем,причем рабочий натяг изменяется автоматически за счет изменения скорости вращения коленчатого вала двигателя. 2. Вариатор осевой по п.1, отличающийся тем,что конические роликовые подшипники используются в качестве фрикционной передачи, с передаточным отношением диаметра беговых дорожек наружной обоймы подшипника к диаметру беговых дорожек внутренней обоймы, при этом внутренняя и наружная обоймы подшипника сидят на разных скользящих переходных гильзах. 3. Вариатор осевой по п.1, отличающийся тем,что изменение направления вращения ведомого вала выполнено посредством двух переходных гильз,одна из которых жестко связана с промежуточным валом и на наружной поверхности этих гильз выполнены шлицы, по которым перемещается шлицевая втулка. 4. Вариатор осевой по п.1, отличающийся тем,что предварительный и рабочий натяг роликов осуществляется за счет соединения первичного и промежуточного валов посредством винтового зацепления, либо зубчатой сцепной муфтой с косыми зубьями. 5. Вариатор осевой по п.1, отличающийся тем,что конический роликовый подшипник выполнен многорядным в радиальном направлении, при этом наружная обойма первого ряда роликов является одновременно внутренней обоймой второго ряда роликов, а наружная обойма второго ряда роликов является внутренней обоймой третьего ряда роликов и так далее, где для каждого последующего ряда роликов наружная обойма будет являться одновременно следующим по числу ряда роликов внутренней обоймой.