DE934923C

DE934923C - Waelz gear with continuously variable transmission ratio

Info

Publication number: DE934923C
Application number: DEF11336A
Authority: DE
Inventors: Maurizio Wolf
Original assignee: Fiat SpA
Current assignee: Fiat SpA
Priority date: 1952-06-17
Filing date: 1953-03-14
Publication date: 1955-11-10

Description

Wälzgetriebe mit stufenlos veränderlichem Übersetzungsverhältnis Die Erfindung bezieht sich auf ein Wälzgetriebe mit stufenlos veränderlichem Übersetzungsverhältnis, das mehrere Kugelreihen zur Bewegungsübertragung umfaßt und bei dem sich die Kugeln auf Bahnen abwälzen, die in den gleichachsigen Primär- und Sekundärgliedern und in einem ringförmigen Zwischenglied vorgesehen sind, und die Änderung des Übersetzungsverhältnisses mittels relativer axialer Verstellung der genannten Glieder erfolgt.Rolling gear with continuously variable transmission ratio Die The invention relates to a rolling gear with a continuously variable transmission ratio, which comprises several rows of balls for the transmission of motion and in which the balls roll on tracks in the coaxial primary and secondary links and are provided in an annular intermediate member, and the change in gear ratio takes place by means of relative axial adjustment of said links.

Es sind Einrichtungen bekannt, welche eine oder zwei Kugelreihen aufweisen. Von diesen Einrichtungen können solche mit nur einer Kugelreihe jedoch keine hohen Belastungen übertragen, da ein auch nur geringfügiger Unterschied im Kugeldurchmesser die Anzahl der wirksamen Kugeln sofort vermindert. So kann es im Betrieb vorkommen daß nur drei Kugeln aus der Reihe die Gesamtbelastung aufnehmen müssen, die als auf sämtliche Kugeln verteilt vorgesehen ist. Ferner müssen die Kugeln durch einen Käfig voneinander in Abstand gehalten werden, wodurch sich Reibungen ergeben und der Wirkungsgrad nachteilig beeinflußt wird.Devices are known which have one or two rows of balls. Of these devices, however, those with only one row of balls cannot be high Loads transferred because there is only a slight difference in the ball diameter the number of effective balls is immediately reduced. This can happen in the company that only three balls from the series have to absorb the total load, which as is provided distributed over all balls. Furthermore, the balls must go through a Cage are held at a distance from each other, resulting in friction and the efficiency is adversely affected.

Bei den Einrichtungen mit zwei Kugelreihen dreht sich jede Kugel um eine Achse, die nie zur Hauptachse der Vorrichtung parallel ist, so daß die Kugeln insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten bzw. bei verhältnismäßig schwerer Kugelausführung je ein Kreiselkräftepaar erzeugen, welches bestrebt ist, die Stellung der Drehachse jeder Kugel zu verändern, wodurch die Kugeln und dazugehörigen Abwälzbahnen gegenseitig schleifen und das Übertragungsverhältnis Schwankungen erfährt. In einem gewissen Punkt nimmt die Drehgeschwindigkeit einen bestimmten kritischen Wert an, bei welchem die Vorrichtung auf die Sekundärwelle keine Leistung mehr überträgt, da die gesamte auf die Primärwelle abgegebene Leistung durch Innenreibungen aufgenommen und in Wärme umgesetzt wird.In the case of devices with two rows of balls, each ball turns over an axis never parallel to the main axis of the device so that the balls especially at high speeds or with a relatively heavy ball design each generate a pair of gyroscopic forces which strives to change the position of the axis of rotation change each ball, causing the balls and associated rolling paths to reciprocate loops and the transmission ratio experiences fluctuations. In a certain way Point, the speed of rotation assumes a certain critical value at which the device no longer transmits power to the secondary shaft, since the entire emitted on the primary shaft Performance absorbed by internal rubbing and is converted into heat.

Demgegenüber wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, für das Getriebe drei in axialer Richtung nebeneinanderliegende Kugelreihen vorzusehen, welche derart angeordnet sind, daß sich die Kugeln im Betrieb je um eine zur gemeinsamen Achse der Primär- und Sekundärglieder parallele Achse drehen. Ein derartiges Getriebe mit drei Kugelreihen gemäß der Erfindung weist wesentliche Vorteile gegenüber den bekannten Einrichtungen auf. Einmal ist das Getriebe statisch bestimmt, d. h. sämtliche Kugeln sind ständig miteinander und mit den dazugehörigen Wälzbahnen in Berührung, selbst wenn die Einzelkugeln im Durchmesser etwas abweichen. Demzufolge wird die Gesamtbelastung stets auf sämtliche Kugeln gleichförmig verteilt. Das Getriebe, vermag weiterhin erhebliche Leistungen bei hohem Wirkungsgrad zu übertragen. Ferner drehen sich die Kugeln je um eine zur Hauptachse der Vorrichtung stets parallele Achse, wodurch jedes Kreiselkräftepaar entfällt.In contrast, it is proposed according to the invention for the transmission to provide three rows of balls lying next to one another in the axial direction, which such are arranged that the balls are each around a common axis during operation the primary and secondary links rotate parallel axis. Such a transmission with three rows of balls according to the invention has significant advantages over known institutions. Once the transmission is statically determined, i. H. all Balls are constantly in contact with each other and with the associated rolling tracks, even if the individual balls differ slightly in diameter. As a result, the Total load always evenly distributed over all balls. The gear, can continue to transmit considerable power with a high degree of efficiency. Further each of the balls rotate around an axis that is always parallel to the main axis of the device Axis, which means that there is no need for any gyroscopic force pair.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der schematischen Darstellungen der Zeichnungen.Further features and advantages of the invention emerge from the description of exemplary embodiments with reference to the schematic representations of the drawings.

Fig. I zeigt einen Axialschnitt eines Getriebes gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine Einzelheit zu Fig. I, Fig. 3 eine gegenüber Fig. I geänderte Ausführungsform und Fig. 4 die Anwendung der Erfindung auf ein Wechselgetriebe für Fahrzeuge; in Fig. I und 2 bezeichnet I die Antriebswelle, welche über die Kugeln 2, 3 und 4 die Bewegung auf eine Welle 5 überträgt.Fig. I shows an axial section of a transmission according to the invention, FIG. 2 shows a detail of FIG. 1, FIG. 3 shows an embodiment that is modified compared to FIG and FIG. 4 shows the application of the invention to a change gear for vehicles; in Fig. I and 2 denotes I the drive shaft, which on the balls 2, 3 and 4 the Transferring movement to a shaft 5.

Die Kugeln 2 treten mit der Wälzbahn Ia der Welle I bzw. mit der Wälzbahn 6a des Gehäuses 6 an den Punkten a bzw. b in Berührung. Die Berührungspunkte der Kugeln 2 und 3 sind mit c bezeichnet. Die Berührungspunkte der Kugeln 3 und 4 tragen das Bezugszeichen f, während die Berührungspunkte der Kugeln 4 mit der Wälzbahn 7a des Ringes 7 sowie der Wälzbahn 5a der Welle 5 mit g bzw. h bezeichnet sind.The balls 2 occur with the rolling path Ia of the shaft I or with the rolling path 6a of the housing 6 at points a and b in contact. The points of contact of the Balls 2 and 3 are labeled c. The contact points of balls 3 and 4 bear the reference symbol f, while the points of contact of the balls 4 with the rolling path 7a of the ring 7 and the rolling track 5a of the shaft 5 are denoted by g and h, respectively.

Der Ring 7 ist auf dem Lager 8 angeordnet und kann ohne weitere Abstützung, außer der, die durch die Kugeln 4 gebildet wird, umlaufen.The ring 7 is arranged on the bearing 8 and can, without further support, except that which is formed by the balls 4, rotate.

Die Kugeln 3 werden durch den äußeren Ring gehalten und geführt. Die Feder Io hat die Aufgabe, die Teile I und 5 gegen die Kugeln 2 und 4 zu drücken, welche ihrerseits gegen die durch den Ring 9 geführten und gehaltenen Kugeln 3 drücken. Der Ring 9 hält die Kugeln 3 so, daß sie sich um eine durch die Berührungspunkte d, e gelegte Achse X9 X9 abwälzen bzw. jeweils eine Eigendrehung um die Achse X3 X3 ausführen können, welch letztere genau parallel zur Symmetrieachse X-X des gesamten Getriebes liegt. Diese Lage der Drehachse X3 X3 hat infolge der winkelsymmetrischen Anordnung der Kugeln die Wirkung, daß auch die Kugeln 2 und 4 sich um zur Hauptachse X-X parallele Achsen drehen müssen, und zwar die Kugeln 2 um die Achse X2-X2 und die Kugeln 4 um die Achse X4 X4, so daß auf die Kugeln daher kein Kreiselmoment wirksam wird. Der Ring 9 kann auch so angeordnet sein, daß er, anstatt die Kugeln 3 von außen zu halten, eine Kugelreihe 3 von innen hält (Fig. 3).The balls 3 are held and guided by the outer ring. the Spring Io has the task of pressing parts I and 5 against balls 2 and 4, which in turn press against the balls 3 guided and held by the ring 9. The ring 9 holds the balls 3 so that they move around one through the points of contact d, e roll off the laid axis X9 X9 or each turn around the axis X3 X3 can perform, the latter exactly parallel to the axis of symmetry X-X of the whole Transmission lies. This position of the axis of rotation X3 X3 has due to the angular symmetry Arrangement of the balls has the effect that balls 2 and 4 also turn to the main axis X-X must rotate parallel axes, namely the balls 2 around the axis X2-X2 and the balls 4 about the axis X4 X4, so that there is therefore no gyroscopic moment on the balls takes effect. The ring 9 can also be arranged so that, instead of the balls 3 from the outside to hold a row of balls 3 from the inside (Fig. 3).

Das Übersetzungsverhältnis zwischen der Welle I und der Welle 5, die ersichtlich beide entweder Antriebswelle oder Abtriebswelle sein können, hängt von der axialen Lage der Teile I, 2, 3, 4, 5 gegenüber dem Teil 6 ab, oder umgekehrt, da durch eine Veränderung der gegenseitigen Lage dieser Teile vor allem die Abstände der Berührungspunkte a, b, g und h von der Achse X-X verändert werden, von denen auch die jeweiligen Wälzhalbmesser va, vb, vg und rh der Kugeln 2 und 4 bezüglich ihrer eigenen Achse abhängen. Wenn die Winkelgeschwindigkeit der Welle I als Antriebswelle mit w1 und die der Welle 5 als Abtriebswelle mit w5 bezeichnet wird, ist das Übersetzungsverhältnis offensichtlich eine Funktion der Abstände der Punkte a, b, g und h von der Achse X-X, d. h. von der Größe der Halbmesser va, vb und vg und vh. Für eine, und zwar nur für eine einzige axiale Zwischenlage bei völliger Symmetrie erhält man das Übersetzungsverhältnis Die vorstehend beschriebene Anordnung ist mit einem Planeten- oder einem Ausgleichsgetriebe vergleichbar; bei welchem an Stelle der durch die Zahnräder (Stirnräder oder Kegelräder) gegebenen festen Übersetzungsverhältnisse eine Anordnung getroffen ist, die veränderliche Übersetzungsverhältnisse ermöglicht.The transmission ratio between shaft I and shaft 5, which can be seen to be either the drive shaft or the output shaft, depends on the axial position of parts I, 2, 3, 4, 5 relative to part 6, or vice versa, because of a change The mutual position of these parts mainly changes the distances between the points of contact a, b, g and h from the axis XX, on which the respective rolling radius va, vb, vg and rh of the balls 2 and 4 depend on their own axis. If the angular speed of shaft I as the drive shaft is designated by w1 and that of shaft 5 as the output shaft by w5, the transmission ratio is obviously a function of the distances between points a, b, g and h from the axis XX, i.e. the size of the radius va, vb and vg and vh. The transmission ratio is obtained for one, and only for a single axial intermediate position with complete symmetry The arrangement described above is comparable to a planetary gear or a differential gear; in which, instead of the fixed gear ratios given by the gears (spur gears or bevel gears), an arrangement is made that enables variable gear ratios.

Hieraus daß ähnlich wie bei den Planeten-oder Ausgleichsgetrieben auch das Getriebe gemäß der Erfindung auf unterschiedliche Weise zur Anwendung kommen kann, so daß alle Möglichkeiten und Wirkungen erzielt werden können, welche durch die erwähnten Planetengetriebe erreichbar sind, wobei diese Möglichkeiten jedoch noch dadurch zu steigern sind, daß sich weitere Möglichkeiten aus der Veränderlichkeit des Verhältnisses ergeben, das nachstehend mit »inneres Verhältnis« (veränderlich) des Wälzgetriebes bezeichnet wird.From this that similar to the planetary or differential gears the transmission according to the invention can also be used in different ways can, so that all possibilities and effects can be achieved which through the planetary gears mentioned are achievable, but these possibilities can still be increased by the fact that further possibilities arise from the changeability of the relationship, hereinafter referred to as "inner relationship" (changeable) of the rolling gear is referred to.

So kann z. B., anstatt die Bewegung durch die Welle i oder 5 einzuleiten, die Bewegung auch durch das Teil b (Gehäuse) eingeleitet werden. In diesem Falle bleibt bei völlig symmetrischer Lage der Teile, wenn das Teil 6 gedreht wird und das Teil 5 beispielsweise festgehalten wird, auch das Teil i feststehend. Das Verschieben der Teile i, 2, 3, 4, 5 in axialer Richtung mit Bezug auf das Teil b entweder nach links oder nach rechts hat zur Folge, daB die Welle i in dem einen oder anderen Drehsinn umzulaufen beginnt.So z. B., instead of initiating the movement through shaft i or 5, the movement can also be initiated through part b (housing). In this case remains in a completely symmetrical position of the parts when the part 6 is rotated and the part 5 is held, for example, also the part i is stationary. The move of parts i, 2, 3, 4, 5 in the axial direction with respect to part b either according to left or right has the consequence that the wave i in one or the other Direction of rotation begins to revolve.

Das in Fig.4 gezeigte Wechselgetriebe ist entsprechend dem vorbeschriebenen Prinzip aufgebaut. In dieser Darstellung ist die Antriebswelle mit ii und das Schwungrad mit 6 bezeichnet. Die Welle i mit der Wälzbahn ia steht mit einem Zusatzplanetengetriebe, das durch die Zahnräder 20, 22 und den Planetenradträger 23 gebildet wird, fest in Verbindung. Die Welle 5 kann an einer Drehung im Gegensinn durch einen Freilauf 24 oder in beiden Drehrichtungen durch ein Zahnrad 13, das mit einem Ansatz des Gestells 14 im Eingriff steht, gehindert werden.The change gear shown in Figure 4 corresponds to that described above Principle. In this illustration, the drive shaft is marked with ii and the flywheel denoted by 6. The shaft i with the rolling track ia is connected to an additional planetary gear, which is formed by the gears 20, 22 and the planet carrier 23, fixed in connection. The shaft 5 can rotate in the opposite direction a freewheel 24 or in both directions of rotation by a gear 13, which with a Approach of the frame 14 is in engagement, are prevented.

Das gegenseitige axiale Verschieben der Teile I, 2, 3, 4, 5 gegenüber dem Teil 6 wird zur Veränderung des inneren Übersetzungsverhältnisses und damit zur Veränderung des Außenverhältnisses mit Hilfe einer hydraulischen Einrichtung erreicht, bei welcher der Kolben 15 in einem Zylinder 16 gleitet, dem die Steuerflüssigkeit über Bohrungen 17 bzw. 18 zugeführt wird. Die Verteilung der Flüssigkeit geschieht mit Hilfe eines nicht dargestellten Steuerschiebers, dessen Betätigung erfolgen kann I. von Hand, 2. selbsttätig (beispielsweise in Abhängigkeit von dem durch das Getriebe übertragenen Drehmoment), 3. selbsttätig und von Hand (um den jeweiligen Betriebserfordernissen Rechnung zu tragen).The mutual axial displacement of parts I, 2, 3, 4, 5 with respect to part 6 changes the internal transmission ratio and thus to change the external relationship achieved with the aid of a hydraulic device, in which the piston 15 slides in a cylinder 16 to which the control fluid is fed via bores 17 and 18, respectively. The liquid is distributed with the help of a control slide (not shown), which can be actuated I. by hand, 2. automatically (for example, depending on the torque transmitted by the gearbox), 3. automatically and by hand (to take account of the respective operating requirements wear).

Die Welle I9 ist einerseits mit dem Schwungrad 6 und der Antriebswelle II fest verbunden, andererseits trägt sie das Zahnrad 2o des Zusatzplanetengetriebes, das für den Antrieb der Abtriebswelle 2I vorgesehen ist.The shaft I9 is on the one hand with the flywheel 6 and the drive shaft II firmly connected, on the other hand it carries the gear 2o of the additional planetary gear, which is provided for driving the output shaft 2I.

Bei völlig symmetrischer Lage der Teile I, 2, 3, 4, 5 mit Bezug auf das Teil 6 sind die Welle I und der Innenzahnkranz I2 des Planetengetriebes feststehend. Da die Welle I9 und mit dieser das Zahnrad 2o sich mit der Winkelgeschwindigkeit w 11 des Antriebsaggregats dreht, ist das Außenverhältnis zwischen der Abtriebswelle 2I und der Antriebswelle II durch das Verhältnis R0 des Planetengetriebes I2, 20, 22, 23 bei feststehendem Zahnkranz I2 gegeben. Durch axiales Verschieben der Teile I, 2, 3, 4, 5 in bezug auf das Teil 6 in der einen oder anderen Richtung beginnt sich die Welle I und mit ihr der Zahnkranz 12 in der einen oder anderen Richtung zu drehen, wobei ihre Geschwindigkeit proportional der erwähnten Verschiebung ist, so daß sich der Planetenträger 23, der mit der Abtriebswelle 21 fest verbunden ist, ebenfalls mit einem entsprechend geänderten Verhältnis drehen muß. Dieses Außenverhältnis hängt, wie ersichtlich, sowohl von dem Innenverhältnis i als auch von dem Außenverhältnis R0 des Planetengetriebes ab.If parts I, 2, 3, 4, 5 are in a completely symmetrical position with respect to part 6, shaft I and inner ring gear I2 of the planetary gear are stationary. Since the shaft I9 and with it the gear 2o rotates at the angular speed w 11 of the drive unit, the external ratio between the output shaft 2I and the drive shaft II is given by the ratio R0 of the planetary gear I2, 20, 22, 23 with a stationary ring gear I2. By axially displacing the parts I, 2, 3, 4, 5 with respect to the part 6 in one direction or the other, the shaft I and with it the ring gear 12 begin to rotate in one direction or the other, their speed being proportional the mentioned shift is, so that the planet carrier 23, which is firmly connected to the output shaft 21, must also rotate with a correspondingly changed ratio. This external relationship depends, as can be seen, on both the internal ratio i and the external ratio R0 of the planetary gear.

Um einen direkten Antrieb zu erzielen, ist eine Kupplung 25 vorgesehen, durch die die Teile I und 5 miteinander verriegelt werden können, wobei gleichzeitig mit Hilfe einer nicht gezeigten Verbindung das Teil 5 außer Eingriff mit dem Gestell 14 gebracht werden kann, um eine freie Drehung des Gesamtaggregats ohne äußere Abstützungen zu ermöglichen.In order to achieve a direct drive, a coupling 25 is provided, by which the parts I and 5 can be locked together, at the same time with the aid of a connection, not shown, the part 5 out of engagement with the frame 14 can be brought to a free rotation of the entire assembly without external supports to enable.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Rolling gear with continuously variable transmission ratio, which comprises several rows of balls for the transmission of motion and in which the balls roll on tracks in the coaxial primary and secondary links and are provided in an annular intermediate member, and the change in gear ratio takes place by means of relative axial adjustment of the mentioned links, characterized in that that the gear unit has three rows of balls lying next to each other in the axial direction (2, 3, 4), which are arranged in such a way that the balls each about a parallel axis to the common axis of said primary and secondary members Rotate the axis.

2. Rolling gear according to claim I, characterized in that the row of balls (2) on one (I) of the primary and secondary links (I, 5) and on the path provided in a housing (6), the row of balls (4) on the other (5) of said primary and secondary links and rotatable in one of the housing (6) Worn ring (7) rolls off and the row of balls (3) for the transmission of motion with each of the aforesaid series is engaged and rests on the annular intermediate member (Fig. I to 3) rolls off.

3. Rolling gear according to claim I, characterized in that that the row of balls (2, Fig. 4) on one in one with the primary member (II) permanently connected housing (6) provided and on one of the secondary link (I) associated track, the row of balls (4) on a rotatably supported in a by the housing Ring (7) provided path and on a coaxial to the primary and secondary link Sleeve rolls off and the row of balls (3) for transmission with each of the aforementioned Rows of balls is engaged and rolls on the annular intermediate member (g).

4. Rolling transmission according to one of claims I to 3, characterized in that a Pressure means the relative axial adjustments to change the transmission ratio causes.

5. rolling gear according to claim ', 3 and 4, characterized in that the Primary element (II, I9, Fig. 4) for actuating pressure medium with a double-acting, in a chamber (i6) provided in the secondary member (i) movable piston (i5) and with bores or passages (i7, 18) for the inlet and outlet of the working pressure medium is provided in or out of the chamber (i6).

6. Rolling transmission according to claim i, 3 and 5, characterized in that the sleeve (5), which is prevented from rotating in one rolling direction by a freewheel (24) in a known manner, via a coupling (25) the secondary link (i) can be coupled directly. Cited publications: German patent specifications No. 446 40, 805 483, 877 o82, 911 0 83, 901 852; U.S. Patent No. 2,234,337-