Шариковый дисковый вариатор относится к передачам с бесступенчатым изменением передаточного числа.The ball disc variator refers to gears with a stepless change in the gear ratio.
Технический результатом является - упрощение конструкции вариатора, расширение его функциональных возможностей и ресурса. Вариатор , состоит по меньшей мере из двух валов один из которых ведущий 1 а второй ведомый 2 , двух дисков 3 и 4 насаженных на валы и вращающихся совместно с ними а также свободно вращающего шарика 5 зажатого между дисками в зоне их пресечения с необходимым для передачи крутящего момента усилием сжатия Q. Плавное изменение передаточного числа осуществляется путем перемещения шарика помещенного в отверстие подвижной позиционирующей планки 6 в зоне пресечения дисков. На фиг. 1 приведен пример простейшей реализации механизма позиционирования шарика, когда подвижная планка выполнена в виде рычага имеющего ось вращения, но он может быть реализован любым иным способом, обеспечивающим не радиальное, как в представленном случае, а линейное передвижение шарика в плоскости образованной осями валов, поскольку именно такое позиционирование представляется оптимальным. Если шарик находится на равноудаленном расстоянии от осей вращения дисков и диски имеют одинаковый диаметр то передаточное число равно единице, а при перемещении его в ту или иную сторону относительно осей вращения передаточное число будет либо меньше, либо больше единицы. Реализации функции муфты сцепления может быть осуществлена либо за счет вывода шарика за область сектора двойного кругового сегмента пересечения дисков, также диск может быть снабжен скосом обеспечивающий плавное начало сцепления или канавкой и в зоне которых шарик теряет контакт с дисками вследствие чего кинематическая связь разрывается и передача крутящего момента прекращается. Вторым вариантом реализации той же функции является изменение силы сжатия Q, которая может осуществляться любым известным из уровня техники способом. Например, не только пружиной как на фиг. 1, но и гидравлическим, пневматическим цилиндром, соленоидом т.д. В этом случае сила прижатия может регулироваться и отключаться. Когда сила прижатия прекращает воздействие кинематическая связь в данном устройстве разрывается мгновенно. Это может быть полезно для систем безопасности и аварийного отключения. При передаче больших крутящих моментов одного шарика может быть недостаточно. Для увеличения эффективности передачи крутящего момента применяется принцип осевого масштабирования, который подразумевает что, ведущие и ведомые диски 3 и 4 многократно дублируются и между ними располагаются шарики 6 предающие крутящий момент. При этом направляющие планки обеспечивают синхронное перемещение шариков и образуют один единый позиционирующий механизм. В этом случае диски вращаются совместно с валами, но имеют осевую подвижность, которая позволяет дискам самопозиционироваться, исключая условия при которых в них будут возникать циклические изгибающие нагрузки крайне негативно влияющих на ресурс механизма.The technical result is to simplify the design of the variator, expand its functionality and resource. The variator consists of at least two shafts, one of which is driving 1 and the second is driven 2, two disks 3 and 4 mounted on the shafts and rotating together with them, as well as a freely rotating ball 5 clamped between the disks in the zone of their intersection with the necessary for the transmission of torque torque by compressive force Q. A smooth change in the gear ratio is carried out by moving the ball placed in the hole of the movable positioning bar 6 in the area of the discs interception. FIG. 1 shows an example of the simplest implementation of the ball positioning mechanism, when the movable bar is made in the form of a lever having an axis of rotation, but it can be implemented in any other way that provides not radial, as in the presented case, but linear movement of the ball in the plane formed by the axes of the shafts, since it is this positioning seems to be optimal. If the ball is at an equidistant distance from the axes of rotation of the disks and the disks have the same diameter, then the gear ratio is equal to one, and when it moves to one side or the other relative to the axes of rotation, the gear ratio will be either less or more than one. The implementation of the clutch function can be carried out either by bringing the ball out of the sector of the double circular segment of the intersection of the discs, the disc can also be provided with a bevel providing a smooth start of the clutch or a groove and in the area of which the ball loses contact with the discs, as a result of which the kinematic connection is broken and the transmission of torque moment stops. The second embodiment of the same function is to change the compression force Q, which can be carried out by any method known from the prior art. For example, not only by the spring as in FIG. 1, but also hydraulic, pneumatic cylinder, solenoid etc. In this case, the pressing force can be adjusted and turned off. When the pressing force ceases to affect the kinematic connection in this device is broken instantly. This can be useful for safety and emergency shutdown systems. When transmitting high torques, one ball may not be enough. To increase the efficiency of the transmission of torque, the principle of axial scaling is applied, which implies that the driving and driven discs 3 and 4 are repeatedly duplicated and balls 6 are located between them delivering torque. In this case, the guide strips ensure the synchronous movement of the balls and form one single positioning mechanism. In this case, the disks rotate together with the shafts, but have axial mobility, which allows the disks to self-position, excluding the conditions under which cyclic bending loads will occur in them, which will have an extremely negative effect on the resource of the mechanism.
Для еще большего увеличения передаваемого крутящего момента устройство имеет возможность радиального масштабирования фиг. 2, когда на дополнительных валах добавляется наборы ведомых дисков 7 и 8 по периметру ведущего диска. В этом случае можно реализовать либо синхронную схему позиционирования шариков, когда они располагаются в одном и том же месте соответствующих двойных сегментов пересечения дисков и тогда скорости вращения всех ведомых валов будут одинаковыми, либо независимую и тогда возникает возможность на разных валах получать разную скорость вращения в пределах регулирования передаточного числа. И таким образом устройство приобретает функции дифференциального вариатора.To further increase the transmitted torque, the device is radially scalable in FIG. 2, when on additional shafts sets of driven discs 7 and 8 are added around the perimeter of the driving disc. In this case, it is possible to implement either a synchronous ball positioning scheme, when they are located in the same place of the corresponding double segments of the intersection of the disks and then the rotation speeds of all driven shafts will be the same, or independent, and then it becomes possible to obtain different rotation speeds on different shafts within gear ratio regulation. And thus, the device acquires the functions of a differential variator.
На сегодняшний день известно достаточное количество фрикционных дисковых вариаторов различной конструкции, в которых крутящий момент передается за счет трения между набором ведущих и ведомых дисков, а изменения передаточного отношения достигают главным образом перемещением ведущего вала относительно ведомого вала или наоборот. При этом изменяется межосевое расстояние. Подобная конструкция обладает рядом недостатков, в частности сам способ изменения передаточного отношения за счет изменения межосевого расстояния делает конструкцию технически сложной, а способ передачи крутящего момента за счет силы трения скольжения создает высокие потери и износ рабочих поверхностей. Однако наиболее близкой к предложенной схеме является техническое решение, предложенное в патенте RU 95 107 762 A1. В данной конструкции валы так же имеют фиксированное межосевое расстояние, но крутящий момент передается с одного пакета дисков на другой за счет сдавливания роликами и создания точки контакта на дисках в определенном месте двойного кругового сегмента пересечения окружностей дисков. Однако данное техническое решение имеет все те же недостатки. Какой бы малой ни была точка контакта, в ней непременно возникнут силы трения, снижающие эффективность устройства и создающие механические потери. Трение будет вызывать локальный нагрев в точке контакта и повышенный износ. Таким образом, устройство не может гарантировать высокий уровень надежности и долговечности. В предложенном устройстве сила трения скольжения заменена на силу трения качения, которая в большей степени способна передавать крутящий момент с меньшими потерями. При этом, если в случае с прочими фрикционными передачами попадание смазки в зону контакта является крайне не желательной то для данного устройства это требование не столь критично, либо не критично вовсе. Нужно лишь создать прижимное усилие, которое в точках контакта будет больше, нежели силы поверхностного натяжения масляной пленки. Кроме того сама конструкция позволяет распределять крутящий момент между шариками и расчетным путем определять его допустимые значения гарантирующие отсутствие проскальзывания. При необходимости суммарный крутящий момент может быть увеличен за счет по крайне мере трех параметров: 1 – изменения диаметра шариков 2 – изменения силы прижатия и 3 - дублирования фрикционных пар, как осевого, так и радиального. Все перечисленные качества позволят на базе предложенного устройства создавать широкий спектр механизмов с необходимыми характеристиками и разнообразными свойствами.To date, a sufficient number of friction disk variators of various designs are known, in which torque is transmitted due to friction between a set of driven and driven disks, and changes in the gear ratio are achieved mainly by moving the drive shaft relative to the driven shaft or vice versa. In this case, the center-to-center distance changes. Such a design has a number of disadvantages, in particular, the very method of changing the gear ratio by changing the center distance makes the structure technically difficult, and the method of transmitting torque due to the sliding friction force creates high losses and wear of the working surfaces. However, the closest to the proposed scheme is the technical solution proposed in the patent RU 95 107 762 A1. In this design, the shafts also have a fixed center-to-center distance, but the torque is transmitted from one disk package to another due to squeezing by rollers and creating a point of contact on the disks at a certain place of the double circular segment of the intersection of the disk circles. However, this technical solution has all the same disadvantages. No matter how small the contact point is, frictional forces will certainly arise in it, reducing the efficiency of the device and creating mechanical losses. Friction will cause localized heating at the point of contact and increased wear. Thus, the device cannot guarantee a high level of reliability and durability. In the proposed device, the sliding friction force is replaced by the rolling friction force, which is more capable of transmitting torque with less losses. At the same time, if, in the case of other frictional gears, the ingress of lubricant into the contact zone is extremely undesirable, then for this device this requirement is not so critical, or not critical at all. It is only necessary to create a clamping force, which at the points of contact will be greater than the forces of surface tension of the oil film. In addition, the design itself allows the torque to be distributed between the balls and by calculation to determine its permissible values that guarantee the absence of slippage. If necessary, the total torque can be increased due to at least three parameters: 1 - changes in the diameter of the balls 2 - changes in the pressing force and 3 - duplication of friction pairs, both axial and radial. All of the above qualities will make it possible, on the basis of the proposed device, to create a wide range of mechanisms with the required characteristics and various properties.
