RU2179671C1

RU2179671C1 - Frictional-planetary device with inclined washer, stepless gearing

Info

Publication number: RU2179671C1
Application number: RU2000114595A
Authority: RU
Inventors: В.В. Становской; А.В. Становской; Т.А. Ремнева
Original assignee: Становской Виктор Владимирович
Priority date: 2000-06-08
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2002-02-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: frictional-planetary device contains driving1 and driven 2 shafts, swinging inclined washer 5, frictional disk 3 fixed to driving shaft 1, and body of revolution 4 connecting together disk 3 and washer 5. Washer 5 is connected with driven shaft 2 through bearing 6 and crown cam 7 and provided with device fixing it from rotation. Stepless gearing can be made on the bases of the above mentioned frictional-planetary device. EFFECT: improved design. 11 cl, 13 dwg

Description

Изобретение относится к области общего машиностроения, предназначено для передачи вращения от одного вала к другому как с постоянным, так и с плавно изменяющимся передаточным отношением, и может быть использовано в приводах машин и механизмов самого широкого назначения. The invention relates to the field of general engineering, is intended to transmit rotation from one shaft to another with both a constant and a smoothly changing gear ratio, and can be used in drives of machines and mechanisms for the widest purpose.

Известен механизм муфты свободного хода с аксиальным смещением заклинивающихся шариков (см. Кожевников С.Н. и др. Механизмы. М., "Машиностроение", 1976 г., стр. 414-417). Механизм представляет собой полумуфту, жестко закрепленную на ведущем валу и выполненную с клиньями по внешней окружности. Между клиньями полумуфты и торцовыми канавками двух дисков ведомой части расположены шарики, которые заклиниваются при вращении ведущего вала в одну сторону и свободно вращаются при его вращении в противоположном направлении. Этот механизм передает вращательное движение без изменения скорости и только в одном направлении. The known mechanism of the freewheel with axial displacement of jammed balls (see Kozhevnikov S.N. and other mechanisms. M., "Engineering", 1976, pp. 414-417). The mechanism is a coupling half rigidly fixed to the drive shaft and made with wedges around the outer circumference. Between the wedges of the coupling half and the end grooves of the two drives of the driven part there are balls which are wedged when the drive shaft rotates in one direction and rotates freely when it rotates in the opposite direction. This mechanism transmits rotational motion without changing speed and in only one direction.

Известен фрикционно-планетарный механизм Кузнецова с косой шайбой (см. Артоболевский И. И, Механизмы в современной технике. Т.5, М., "Наука", 1981 г. , стр. 324), который является бесступенчатой передачей. Механизм содержит входной вал, соединенный с кривошипом. Движение от кривошипа передается к косой шайбе с помощью тела качения - ролика, который прижимает косую шайбу к неподвижной конической поверхности, сообщая шайбе сложное пространственное качающееся движение. От шайбы через кулису с ползуном движение передается вилке, закрепленной на ведомом валу. Перемещением вилки вдоль вала можно изменять высоту ползуна и изменять число оборотов в минуту ведомого вала. Этот механизм имеет очень сложную конструкцию, и, как следствие, низкую надежность. Наличие нескольких передаточных звеньев, особенно пары трения кулиса- ползун, резко снижает кпд механизма. У передачи ограничена передаваемая мощность, т.к. в ней не решена проблема создания прижимного усилия тела качения к косой шайбе и его регулировки по мере износа. Данное устройство, имеющее наибольшее количество признаков с первым объектом изобретения, принимаем за прототип для фрикционно-планетарного механизма. Kuznetsov’s friction-planetary mechanism with a slanting washer is known (see Artobolevsky I. I, Mechanisms in modern technology. V.5, M., "Science", 1981, p. 324), which is a stepless transmission. The mechanism includes an input shaft connected to the crank. The movement from the crank is transmitted to the oblique washer with the help of a rolling body - a roller that presses the oblique washer to a fixed conical surface, giving the washer a complex spatial oscillating motion. From the washer through the wings with the slider, the movement is transmitted to the fork, mounted on the driven shaft. By moving the fork along the shaft, you can change the height of the slide and change the number of revolutions per minute of the driven shaft. This mechanism has a very complex structure, and, as a result, low reliability. The presence of several transmission links, especially the coulter-slider friction pair, dramatically reduces the efficiency of the mechanism. The transmission has limited transmitted power, as it does not solve the problem of creating a clamping force of the rolling body to the oblique washer and its adjustment as it wears. This device, having the greatest number of features with the first object of the invention, is taken as a prototype for the friction-planetary mechanism.

Известен фрикционный механизм лобовой бесступенчатой передачи с двумя дисками (см. Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике. Т. 5, М., "Наука", 1981 г. , стр. 314). Оси входного и выходного валов этой передачи смещены друг относительно друга. На обоих валах посажены фрикционные лобовые диски, между которыми расположено тело качения - ролик, вращающийся вокруг собственной оси и имеющий возможность перемещения вдоль этой оси. Передаточное отношение определяется отношением расстояний от осей вращения дисков до точек соприкосновения ролика с дисками. При кажущейся простоте конструкции такие передачи имеют множество ограничений. Механизм состоит из двух передаточных звеньев: от диска к телу качения и от тела качения к диску и оба звена - фрикционные передачи. Поэтому такой механизм обладает недостатками, присущими всем фрикционным передачам. Во-первых, это необходимость создавать высокие прижимные усилия деталей друг к другу, особенно при передаче больших мощностей. Это требует создания дополнительных прижимных механизмов с регулируемым усилием при износе трущихся деталей, что приводит к созданию громоздких конструкций, к большим давлениям на опоры и большим потерям энергии на трение в опорах (см. Боков В.Н. Детали машин. М., "Высшая школа", 1994 г., с. 177-178). Наличие проскальзывания при перегрузках ограничивает сферу использования передачи. Данное устройство принимаем за прототип для бесступенчатой передачи. The friction mechanism of a frontal continuously variable transmission with two disks is known (see Artobolevsky II Mechanisms in modern technology. T. 5, M., "Science", 1981, p. 314). The axes of the input and output shafts of this transmission are offset from each other. Friction frontal disks are planted on both shafts, between which the rolling body is located - a roller rotating around its own axis and having the ability to move along this axis. The gear ratio is determined by the ratio of the distances from the axes of rotation of the disks to the points of contact of the roller with the disks. Despite the apparent simplicity of design, such gears have many limitations. The mechanism consists of two transmission links: from a disk to a rolling body and from a rolling body to a disk, and both links are friction gears. Therefore, this mechanism has the disadvantages inherent in all friction gears. Firstly, it is the need to create high clamping forces of the parts to each other, especially when transferring large powers. This requires the creation of additional clamping mechanisms with adjustable force during wear of the rubbing parts, which leads to the creation of bulky structures, to high pressure on the bearings and large losses of friction energy in the bearings (see VN Bokov Machine Details. M., "Higher school ", 1994, p. 177-178). The presence of slippage during overloads limits the scope of use of the gear. This device is taken as a prototype for continuously variable transmission.

Таким образом, задачей изобретения является создание простого, надежного и передающего высокие мощности механизма с плавным изменением передаточного отношения. При этом один из узлов этого механизма, а именно фрикционно-планетарный механизм, может использоваться как самостоятельная передача высокой мощности с постоянным передаточным числом. Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в том, что у фрикционно-планетарного механизма с косой шайбой автоматически появляется и регулируется прижимное усилие для тела качения, что повышает мощность и кпд механизма и бесступенчатой передачи в целом. Техническим результатом для бесступенчатой передачи является также расширение арсенала средств, преобразующих движение с плавно регулируемым передаточным отношением. Thus, the object of the invention is the creation of a simple, reliable and transmitting high power mechanism with a smooth change in gear ratio. Moreover, one of the nodes of this mechanism, namely the friction-planetary mechanism, can be used as an independent high power transmission with a constant gear ratio. The technical result achieved by the invention is that in the friction-planetary mechanism with a slanting washer, the clamping force for the rolling body automatically appears and is regulated, which increases the power and efficiency of the mechanism and the continuously variable transmission as a whole. The technical result for continuously variable transmission is also the expansion of the arsenal of means that transform the movement with a continuously adjustable gear ratio.

Для решения поставленной задачи фрикционно-планетарный механизм с косой шайбой, как и прототип, содержит входной вал, тело качения, взаимодействующее с косой качающейся шайбой, снабженной устройством ее фиксации от вращения. Косая качающаяся шайба имеет связь с выходным валом. В отличие от прототипа на входном валу закреплен лобовой фрикционный диск, взаимодействующий с телом качения, а косая шайба связана с выходным валом через подшипник и торцовый кулачок. To solve this problem, the friction-planetary mechanism with a slanting washer, like the prototype, contains an input shaft, a rolling body interacting with a slanting washer equipped with a device for fixing it from rotation. The slanting swash plate is connected to the output shaft. Unlike the prototype, a frontal friction disk is mounted on the input shaft, which interacts with the rolling body, and the oblique washer is connected to the output shaft through the bearing and the end cam.

Этот механизм имеет простую конструкцию и высокую передаточную мощность, обусловленную практическим отсутствием проскальз ывания тела качения. Действительно, в этом механизме прижимное усилие тела качения к фрикционному диску создается автоматически за счет торцового кулачка. Передаточное отношение механизма u = n₁/n₂ постоянно и равно 2.This mechanism has a simple design and high transmission power, due to the practical absence of slip of the rolling body. Indeed, in this mechanism, the clamping force of the rolling body to the friction disk is created automatically by the end cam. The gear ratio of the mechanism u = n ₁ / n _{2 is} constant and equal to 2.

При необходимости возможно конструирование по такому принципу передаточного механизма с иным передаточным отношением. Для этого на лобовом фрикционном диске и на поверхности качающейся шайбы выполнены дорожки качения такого профиля, что зоны контакта тела качения с дорожками качения расположены на разных расстояниях от оси вращения тела качения. If necessary, it is possible to design a transmission mechanism with a different gear ratio according to this principle. To do this, on the frontal friction disk and on the surface of the swinging washer, raceways of such a profile are made that the contact areas of the rolling body with the raceways are located at different distances from the axis of rotation of the rolling body.

Для тела качения, выполненного в виде шарика, для выполнения вышеупомянутого условия, по меньшей мере, одна из дорожек качения должна иметь две зоны контакта с телом качения - шариком. For a rolling body, made in the form of a ball, to fulfill the above conditions, at least one of the raceways must have two zones of contact with the rolling body - the ball.

Тело качения может быть выполнено в виде ступенчатого ролика, при этом ролик контактирует с дорожками качения на лобовом фрикционном диске и на косой качающейся шайбе поверхностями ступеней, имеющих разный диаметр. The rolling body can be made in the form of a stepped roller, while the roller is in contact with the raceways on the frontal friction disk and on the oblique swinging washer by the surfaces of the steps having different diameters.

Если в механизме с телом качения - шариком внешнюю кольцевую часть с дорожкой качения, по меньшей мере, одной из взаимодействующих деталей: лобового фрикционного диска или косой качающейся шайбы, выполнить упруго подвижной относительно самой детали, то у устройства появляется новое качество. При резком повышении нагрузки в механизме автоматически будет несколько изменяться передаточное отношение, т.е. механизм будет стойким к перегрузкам. If, in a mechanism with a rolling body — a ball — the outer annular part with the raceway of at least one of the interacting parts: the frontal friction disk or the oblique swinging washer, is elastically movable relative to the part itself, then the device has a new quality. With a sharp increase in the load in the mechanism, the gear ratio will automatically change somewhat, i.e. the mechanism will be resistant to overloads.

Того же результата можно добиться и иным путем. Для этого лобовой фрикционный диск посажен на входной вал с возможностью осевого перемещения, ограниченного упругим элементом. Дорожка качения на лобовом фрикционном диске имеет две зоны контакта с телом качения, выполненные на отдельных кольцевых элементах, поджатых друг к другу с помощью упругих вставок и соединенных с лобовым фрикционным диском с возможностью сдвига в радиальном направлении посредством муфты Ольдгема или параллельного кривошипа. The same result can be achieved in another way. For this, the frontal friction disc is mounted on the input shaft with the possibility of axial movement limited by the elastic element. The raceway on the frontal friction disk has two zones of contact with the rolling body, made on separate ring elements, pressed against each other by means of elastic inserts and connected to the frontal friction disk with the possibility of radial shift by means of an Oldham coupling or a parallel crank.

На основе вышеописанного фрикционно-планетарного механизма возможно создание бесступенчатой передачи. Такая передача, как и прототип, содержит передаточный механизм с входным и выходным валами, с двумя дисками на них и с телом качения между дисками, а также узел плавного изменения скорости вращения выходного вала, путем изменения расстояния от оси вращения входного лобового фрикционного диска до точки контакта тела качения с ним. В отличие от прототипа, передаточный механизм выполнен в виде фрикционно-планетарного механизма с косой шайбой по п.1, в котором лобовой фрикционный диск соединен с входным валом посредством механизма привода между параллельными осями, допускающего изменение расстояния между осями. Кроме того, фрикционный диск снабжен узлом, позволяющим диску совершать сателлитно-планетарное движение относительно оси входного и выходного валов. На косой качающейся шайбе выполнена дорожка для удержания тела качения. Узел плавного изменения скорости выполнен в виде устройства, сдвигающего ось вращения фрикционного диска относительно оси входного и выходного валов в радиальном направлении. Based on the friction-planetary mechanism described above, a stepless transmission is possible. Such a transmission, like the prototype, contains a transmission mechanism with input and output shafts, with two disks on them and a rolling body between the disks, as well as a node for smoothly changing the speed of rotation of the output shaft, by changing the distance from the axis of rotation of the input frontal friction disk to the point contact of the rolling body with it. In contrast to the prototype, the transmission mechanism is made in the form of a friction-planetary mechanism with an oblique washer according to claim 1, in which the frontal friction disk is connected to the input shaft by a drive mechanism between parallel axes, allowing a change in the distance between the axes. In addition, the friction disk is equipped with a node that allows the disk to perform satellite-planetary motion relative to the axis of the input and output shafts. On the oblique swinging washer, a track is made to hold the rolling body. The smooth speed change unit is made in the form of a device shifting the axis of rotation of the friction disc relative to the axis of the input and output shafts in the radial direction.

Механизм привода между параллельными осями, узел сателлитно-планетарного движения лобового фрикционного диска и устройство сдвига оси вращения фрикционного диска в радиальном направлении могут быть выполнены в различных вариантах конкретного исполнения. The drive mechanism between the parallel axes, the satellite-planetary motion unit of the frontal friction disk and the device for shifting the axis of rotation of the friction disk in the radial direction can be made in various versions of a specific design.

Механизм привода между параллельными осями может быть выполнен в виде карданной передачи, либо в виде муфты Ольдгема. The drive mechanism between the parallel axes can be made in the form of a cardan drive, or in the form of an Oldham coupling.

Узел сателлитно-планетарного движения лобового фрикционного диска содержит закрепленный в корпусе наружный подшипник, с внутренней обоймой которого с возможностью перемещения вдоль радиуса связан внутренний подшипник, в котором закреплен вал лобового фрикционного диска. The satellite-planetary motion unit of the frontal friction disk contains an outer bearing fixed in the housing, with an inner bearing with the possibility of moving along the radius of the inner bearing, in which the shaft of the frontal friction disk is fixed.

Устройство сдвига оси вращения лобового фрикционного диска в радиальном направлении разработано в двух вариантах. По первому варианту оно выполнено в виде, по меньшей мере, одного гидро - или пневмоцилиндра, корпус и поршень которого прикреплены к внешнему и внутреннему подшипникам. По второму варианту устройство содержит два параллельных соосных диска, закрепленных во внешнем подшипниковом узле с возможностью поворота их друг относительно друга. Каждый диск выполнен с наклонной к радиусу прорезью, причем наклон прорезей в одном диске противоположен к наклону прорези в другом диске, так что прорези пересекаются. В точке пересечения прорезей помещен внутренний подшипник планетарного механизма,
Изобретения иллюстрируются графическими материалами, На фиг. 1 представлен общий вид фрикционно-планетарного механизма с косой шайбой, на фиг. 2 - вид на косую шайбу сверху, а на фиг. 3, 4 показано тело качения - шарик, взаимодействующий с дорожками качения на лобовом фрикционном диске и на косой качающейся шайбе. На фиг. 5 представлено то же, но с телом качения - роликом. На фиг. 6 и 7 изображены механизмы, стойкие к перегрузкам. Схема на фиг. 8 иллюстрирует принцип действия механизмов, изображенных на фиг. 6 и 7. На фиг. 9 представлена кинематическая схема бесступенчатой передачи с карданной передачей в качестве одного из узлов. На фиг. 10 отдельно изображена муфта Ольдгема. На фиг. 11 показана конструкция узла, обеспечивающего сателлитно-планетарное движение фрикционного диска, с гидро- или пневмоприводом для плавного изменения передаточного отношения. Фиг. 12 поясняет принцип действия узла плавного изменения передаточного отношения на основе двух дисков с прорезями, на фиг. 13 изображен вид сверху на диск с прорезью.The device for shifting the axis of rotation of the frontal friction disk in the radial direction is developed in two versions. According to the first embodiment, it is made in the form of at least one hydraulic or pneumatic cylinder, the housing and piston of which are attached to the outer and inner bearings. According to the second embodiment, the device comprises two parallel coaxial disks fixed in an external bearing assembly with the possibility of their rotation relative to each other. Each disk is made with a slope inclined to the radius, and the slope of the slots in one disk is opposite to the slope of the slot in the other disk, so that the slots intersect. At the point of intersection of the slots, the inner bearing of the planetary mechanism is placed,
The inventions are illustrated in graphic materials. FIG. 1 shows a general view of the friction-planetary mechanism with an oblique washer, in FIG. 2 is a top view of the oblique washer, and in FIG. 3, 4, the rolling body is shown — a ball interacting with the raceways on the frontal friction disk and on the oblique swinging washer. In FIG. 5 presents the same, but with a rolling body - a roller. In FIG. 6 and 7 depict mechanisms that are resistant to overloads. The circuit of FIG. 8 illustrates the principle of operation of the mechanisms depicted in FIG. 6 and 7. FIG. 9 is a kinematic diagram of a continuously variable transmission with a cardan transmission as one of the nodes. In FIG. 10 depicts the Oldham coupling separately. In FIG. 11 shows the design of the node, providing satellite-planetary motion of the friction disk, with hydraulic or pneumatic drive for a smooth change in gear ratio. FIG. 12 illustrates the principle of operation of the smooth change ratio unit based on two slotted disks, in FIG. 13 is a plan view of a slotted disk.

Фрикционно-планетарной механизм с косой шайбой содержит входной и выходной валы 1 и 2. На входном валу 1 закреплен лобовой фрикционный диск 3, взаимодействующий с телом качения 4. Тело качения 4 взаимодействует также с косой качающейся шайбой 5. Шайба 5 через подшипник 6 и торцовый кулачок 7 связана с выходным валом 2. Весь механизм посредством подшипников 8 и 9 закреплен в корпусе, представляющем собой два фланца 10, стянутых между собой стержнями 11. Косая качающаяся шайба 5 по внешней окружности имеет выступы 12, расположенные между стержнями 11 (см. фиг. 2). Эти выступы не позволяют шайбе 5 совершать вращательное движение и не препятствуют ее колебательным качающимся движениям вдоль оси. На фиг. 3 дорожка качения 13 на лобовом фрикционном диске 3 имеет две зоны контакта с телом качения - шариком 4. При этом расстояние r₁; от зоны контакта шарика 4 с дорожкой качения 13 на фрикционном диске 3 до оси вращения А - А1 шарика 4 меньше, чем расстояние r₂ от оси вращения шарика 4 до зоны его контакта с косой шайбой 5. На фиг. 4 дорожки качения 13 и 14 выполнены на обеих взаимодействующих деталях 3 и 5. Телом качения может быть ступенчатый ролик (см. фиг. 5). В этом случае ролик ступенью 15 меньшего диаметра контактирует с одной из дорожек качения, например, с дорожкой качения 13 на фрикционном диске 3. Тогда ступенью 16 большего диаметра он будет контактировать с дорожкой качения 14 на другой взаимодействующей детали. Символами r₁ и r₂ здесь также обозначены расстояния от зон контактов тела качения с деталями 3 и 5 до оси вращения тела качения. На фиг. 6 внешняя кольцевая часть 17 фрикционного диска 3 с дорожкой качения 13 на ней выполнена упруго подвижной относительно самого фрикционного диска 3. Подвижность обеспечивается перегибом 18. Следует отметить, что так же может быть выполнена внешняя кольцевая часть косой качающейся шайбы 5, либо внешние кольца с дорожками качения на обеих деталях 3 и 5. На фигурах эти варианты не показаны.The friction-planetary mechanism with a slanting washer contains the input and output shafts 1 and 2. A frontal friction disk 3 is mounted on the input shaft 1, which interacts with the rolling body 4. The rolling body 4 also interacts with the oblique swinging washer 5. The washer 5 through the bearing 6 and the end the cam 7 is connected to the output shaft 2. The whole mechanism is fixed by bearings 8 and 9 in a housing, which is two flanges 10, tightened together by the rods 11. The oblique swinging washer 5 on the outer circumference has protrusions 12 located between the rods 11 (see Fig. 2). These protrusions do not allow the washer 5 to rotate and do not impede its oscillating oscillating movements along the axis. In FIG. 3 raceway 13 on the frontal friction disk 3 has two contact zones with the rolling body - the ball 4. The distance r ₁ ; from the contact zone of the ball 4 with the raceway 13 on the friction disk 3 to the axis of rotation A - A1 of the ball 4 is less than the distance r ₂ from the axis of rotation of the ball 4 to the zone of its contact with the oblique washer 5. In FIG. 4 raceways 13 and 14 are made on both interacting parts 3 and 5. The rolling element can be a stepped roller (see Fig. 5). In this case, the roller with a step 15 of a smaller diameter is in contact with one of the raceways, for example, with a raceway 13 on the friction disk 3. Then, with a step 16 of a larger diameter, it will contact the raceway 14 on another interacting part. The symbols r ₁ and r ₂ here also denote the distances from the contact zones of the rolling body with parts 3 and 5 to the axis of rotation of the rolling body. In FIG. 6, the outer annular part 17 of the friction disk 3 with the raceway 13 on it is made elastically movable relative to the friction disc 3. Mobility is ensured by bending 18. It should be noted that the outer annular part of the oblique swinging washer 5 can also be made, or the outer rings with tracks rolling on both parts 3 and 5. In the figures, these options are not shown.

В механизме на фиг. 7 лобовой фрикционный диск 3 закреплен в полом валу 1 посредством шлицевого соединения 19. Шлицевое соединение 19 передает вращение от вала 1 к диску 3 и позволяет последнему совершать небольшие осевые перемещения относительно вала 1. При этом упругий элемент, в частности, пружина 20 поджимает фрикционный диск 3 к телу качения 4. Дорожка качения на лобовом фрикционном диске 3 имеет две зоны контакта 21 и 22 с телом качения 4. Эти зоны расположены на отдельных кольцевых деталях 23 и 24. Детали 23 и 24 поджаты друг к другу кольцевыми пружинами 25 и закреплены на лобовом фрикционном диске 3 с помощью муфт Ольдгема 26, которые обеспечивают вращение колец 23 и 24 совместно с диском 3, но позволяют им совершать небольшие перемещения вдоль радиуса диска 3. При этом зоны контакта шарика 4 с лобовым фрикционным диском 3 перемещаются по поверхности шарика, изменяя расстояние r₁ до оси вращения шарика.In the mechanism of FIG. 7, the frontal friction disk 3 is fixed in the hollow shaft 1 by means of a spline connection 19. The spline connection 19 transfers rotation from the shaft 1 to the disk 3 and allows the latter to make small axial movements relative to the shaft 1. In this case, the elastic element, in particular, the spring 20 compresses the friction disk 3 to the rolling body 4. The raceway on the frontal friction disk 3 has two contact zones 21 and 22 with the rolling body 4. These zones are located on separate ring parts 23 and 24. Parts 23 and 24 are pressed against each other by ring springs 25 and are fixed and the frontal friction disk 3 using Oldham couplings 26, which provide rotation of the rings 23 and 24 together with the disk 3, but allow them to make small movements along the radius of the disk 3. In this case, the contact areas of the ball 4 with the frontal friction disk 3 move along the surface of the ball, changing the distance r ₁ to the axis of rotation of the ball.

В бесступенчатой передаче на основе фрикционно-планетарного механизма (см. фиг. 9) входной вал 1 соединен с лобовым фрикционным диском 3 посредством механизма привода между параллельными осями, допускающего изменение расстояния между ними. На фиг. 9 привод выполнен в виде карданной передачи, состоящей из двух карданов 27 и 28, карданного вала 29 со шлицевым соединением 30. Механизм карданной передачи передает движение от входного вала 1 к смещаемому относительно него валу 31 лобового фрикционного диска 3. Эту же функцию может выполнять и механизм, так называемой, муфты Ольдгема, изображенный на фиг. 10 и состоящий из трех шайб, связанных друг с другом шлицевыми соединениями, перпендикулярными друг другу. На вал 31 посажен внутренний подшипник 32 узла сателлитно-планетарного движения фрикционного диска 3. Наружный подшипник 33 этого узла закреплен в корпусе (на схеме корпус показан условным обозначением). Для плавного изменения скорости бесступенчатой передачи путем изменения расстояния между осью вращения фрикционного диска 3 и точкой его контакта с телом качения 4 необходимо смещать фрикционный диск 3 в радиальном направлении от оси ОО¹. Узел, обеспечивающий эту функцию, может быть выполнен на основе гидро- или пневмопривода (см. фиг. 11). Он содержит два цилиндра 34, к которым неподвижно прикреплен внутренний подшипник 32 с валом 31 лобового фрикционного диска 3. Штоки поршней 35 закреплены на внутренней обойме наружного подшипника 33. При подаче рабочего тела в систему привода поршни 35 будут перемещаться относительно цилиндров 34, перемещая при этом внутренний подшипник 32 вдоль радиуса наружного подшипника 33.In a continuously variable transmission based on a friction-planetary mechanism (see Fig. 9), the input shaft 1 is connected to the frontal friction disk 3 by means of a drive mechanism between parallel axes, allowing a change in the distance between them. In FIG. 9, the drive is made in the form of a cardan drive, consisting of two cardans 27 and 28, a cardan shaft 29 with a spline connection 30. The cardan drive mechanism transmits movement from the input shaft 1 to the shaft 31 of the frontal friction disk 3 displaced relative to it. This function can also be performed by the mechanism of the so-called Oldham coupling depicted in FIG. 10 and consisting of three washers connected to each other by splined joints perpendicular to each other. The inner bearing 32 of the satellite-planetary motion unit of the friction disk 3 is planted on the shaft 31. The outer bearing 33 of this assembly is fixed in the housing (the housing is shown in the diagram with a symbol). To smoothly change the speed of a continuously variable transmission by changing the distance between the axis of rotation of the friction disk 3 and the point of contact with the rolling body 4, it is necessary to shift the friction disk 3 in the radial direction from the axis OO ¹ . The node providing this function can be made on the basis of a hydraulic or pneumatic drive (see Fig. 11). It contains two cylinders 34, to which the inner bearing 32 is fixedly mounted with the shaft 31 of the frontal friction disk 3. The piston rods 35 are mounted on the inner race of the outer bearing 33. When the working fluid is supplied to the drive system, the pistons 35 will move relative to the cylinders 34, while moving the inner bearing 32 along the radius of the outer bearing 33.

Узел смещения лобового диска 3 в радиальном направлении может быть выполнен и так, как показано на фиг. 12. Он представляет собой два параллельных соосных диска 36 и 37, закрепленных во внешнем подшипнике 33 с возможностью поворота друг относительно друга, В каждом из дисков 36 и 37 выполнены наклонные к его радиусу прорези 38 и 39, причем наклон прорезей в дисках противоположен (см. фиг. 13). В месте пересечения прорезей 38 и 39 расположен внутренний подшипник 32 с валом 31 лобового фрикционного диска 3. The radial directional displacement assembly of the frontal disk 3 can also be made as shown in FIG. 12. It consists of two parallel coaxial disks 36 and 37, mounted in the outer bearing 33 with the possibility of rotation relative to each other. In each of the disks 36 and 37, slots 38 and 39 are inclined to its radius, and the slope of the slots in the disks is opposite (see Fig. 13). At the intersection of the slots 38 and 39, the inner bearing 32 is located with the shaft 31 of the frontal friction disk 3.

Остальные элементы конструкции фрикционно-планетарного механизма остаются в бесступенчатой передаче неизменными. Исключение составляет лишь обязательное требование к дорожке качения 14 на косой качающейся шайбе 5. Эта дорожка должна иметь такой профиль, чтобы надежно удерживать тело качения 4 при смещении фрикционного диска 3. Узел фиксации косой шайбы 5 от вращения на фиг. 9 и 12 выполнен в виде шарнирно рычажного механизма 40. The remaining structural elements of the friction-planetary mechanism remain unchanged in the continuously variable transmission. The only exception is the mandatory requirement for the raceway 14 on the oblique swinging washer 5. This track must have such a profile that it can reliably hold the rolling body 4 when the friction disk 3 is displaced. The assembly for fixing the oblique washer 5 from rotation in FIG. 9 and 12 is made in the form of an articulated lever mechanism 40.

Работают предлагаемые устройства следующим образом. При вращении входного вала 1 фрикционно-планетарного механизма (фиг. 1) с ним совместно вращается лобовой фрикционный диск 3. При этом тело качения 4, вращаясь вокруг собственной оси вращения А-А1, вовлекается в сателлитное движение по окружности радиуса R по неподвижной дорожке качения на косой шайбе 5. Неподвижность дорожки качения обеспечивается выступами 12 и стержнями 11, которые не позволяют шайбе 5 вращаться (см. фиг. 2). Косое положение шайбы 5 приводит к тому, что шарик 4 оказывается постоянно поджатым к поверхности лобового фрикционного диска 3 без дополнительных прижимных механизмов. При одном обороте вала 1 шарик 4, как сателлит, совершит половину оборота по окружности и переместится на рисунке из крайнего левого положения в крайнее правое. Косая шайба 5 при этом совершит половину своего качающегося движения и, воздействуя через упорный подшипник 6 на торцовый кулачок 7, поворачивает его также на полоборота. Таким образом, предлагаемый механизм имеет передаточное отношение u = n₁/n₂ = 2. В предлагаемом механизме первое передаточное звено - фрикционное, второе - планетарное, а третье - кулачковое. Сочетание кулачковой и фрикционной передачи позволяет использовать прижимные усилия торцового кулачка 7 в качестве регулируемых прижимных усилий для фрикционного звена.The proposed devices work as follows. During rotation of the input shaft 1 of the friction-planetary mechanism (Fig. 1), the frontal friction disk 3 rotates together with it. on the oblique washer 5. The immobility of the raceway is provided by the protrusions 12 and the rods 11, which do not allow the washer 5 to rotate (see Fig. 2). The oblique position of the washer 5 leads to the fact that the ball 4 is constantly pressed against the surface of the frontal friction disk 3 without additional clamping mechanisms. With one revolution of the shaft 1, the ball 4, as a satellite, will make half a revolution around the circumference and move in the figure from the extreme left position to the extreme right. In this case, the oblique washer 5 will make half of its oscillating movement and, acting through the thrust bearing 6 on the end cam 7, also rotates it half a turn. Thus, the proposed mechanism has a gear ratio u = n ₁ / n ₂ = 2. In the proposed mechanism, the first transmission link is friction, the second is planetary, and the third is cam. The combination of cam and friction gear allows you to use the clamping forces of the end cam 7 as adjustable clamping forces for the friction link.

Передаточный механизм, в котором зоны контакта тела качения 4 с лобовым фрикционным диском 3 и косой шайбой 4 расположены на разных расстояниях от оси вращения тела качения, имеет иное, чем 2, передаточное отношение (фиг. 3, 4, 5). Передаточное отношение фрикционно-планетарного механизма u в зависимости от соотношения расстояний r₁ и r₂ определяется как u=1+r₁/r₂ и может быть как больше 2 (при r₁ больше r₂), так и меньше 2 (при r₁ меньше r₂).The gear mechanism, in which the contact areas of the rolling body 4 with the frontal friction disk 3 and the oblique washer 4 are located at different distances from the axis of rotation of the rolling body, has a gear ratio other than 2 (Figs. 3, 4, 5). The gear ratio of the friction-planetary mechanism u, depending on the ratio of the distances r ₁ and r _2, is determined as u = 1 + r ₁ / r ₂ and can be either more than 2 (when r _{1 is} greater than r ₂ ) or less than 2 (when r ₁ less than r ₂ ).

Механизмы, изображенные на фиг. 6 и 7, обладают способностью адаптироваться к перегрузкам. При действии нормальных расчетных нагрузок тело качения - шарик 4 расположено в месте наибольшего расстояния между лобовым фрикционным диском 3 и косой шайбой 5. На фиг. 8 это положение шарика обозначено цифрой 4. В случае появления на выходном валу перегрузок происходит проскальзывание, шарик 4 сдвигается в азимутальном направлении на угол α и занимает положение 4. При этом шарик смещается вверх и занимает положение, обозначенное на фиг. 6 штриховой линией. Благодаря упругим свойствам кольцевого участка 17 лобового диска 3, зона контакта шарика 4 с лобовым фрикционным диском 3 сдвигается от точки В по направлению к точке С на фиг. 6. Соответственно расстояние r₁ от зоны контакта до оси вращения А - А1 шарика 4 увеличивается вплоть до радиуса шарика, увеличивая передаточное отношение и передаваемую нагрузку. При уменьшении перегрузки кольцевой участок 17 и зона контакта шарика с лобовым фрикционным диском возвращаются в первоначальное положение, и передаточное отношение приобретает прежнее значение.The mechanisms depicted in FIG. 6 and 7, have the ability to adapt to overloads. Under the action of normal design loads, the rolling body - the ball 4 is located in the place of the greatest distance between the frontal friction disk 3 and the oblique washer 5. In FIG. 8, this position of the ball is indicated by 4. In the event of overloads appearing on the output shaft, slipping occurs, ball 4 is shifted in the azimuthal direction by angle α and occupies position 4. In this case, the ball shifts upward and occupies the position indicated in FIG. 6 dashed line. Due to the elastic properties of the annular portion 17 of the frontal disk 3, the contact zone of the ball 4 with the frontal friction disk 3 is shifted from point B towards point C in FIG. 6. Accordingly, the distance r ₁ from the contact zone to the axis of rotation A - A1 of the ball 4 increases up to the radius of the ball, increasing the gear ratio and the transmitted load. When the overload is reduced, the annular portion 17 and the contact zone of the ball with the frontal friction disk return to their original position, and the gear ratio acquires the previous value.

Аналогичным свойством адаптации к перегрузкам, но в более широком диапазоне обладает механизм на фиг. 7. Здесь также при возникновении перегрузки лобовой диск 3 приподнимается вверх, позволяя шарику 4 сместиться на угол α. Возможность осевого перемещения диска 3 обеспечивается шлицевым соединением 19 и пружиной 20. Зоны контакта 21 и 22 шарика 4 с лобовым диском 3 расположены на отдельных кольцевых деталях 23 и 24. Эти кольцевые детали вращаются вместе с лобовым фрикционным диском 3, но при перегрузках при смещении шарика 4 изменяют свое положение в радиальном направлении. Кольцевые пружины 25, сдвигая кольцевые детали 23 и 24 друг к другу, формируют дорожку качения для шарика 4. При этом зоны контакта 21 и 22 также перемещаются по поверхности шарика, изменяя передаточное отношение механизма. Передаточное отношение составляет u = 1+r₁/r₂, где r₁ - переменная величина, зависящая от нагрузки.A similar property of adaptation to overloads, but in a wider range, has the mechanism in FIG. 7. Here, also when an overload occurs, the frontal disk 3 rises up, allowing the ball 4 to shift by an angle α. The axial movement of the disk 3 is provided by a spline connection 19 and a spring 20. The contact areas 21 and 22 of the ball 4 with the frontal disk 3 are located on separate ring parts 23 and 24. These ring parts rotate together with the frontal friction disk 3, but during overloads when the ball is displaced 4 change their position in the radial direction. The annular springs 25, shifting the annular parts 23 and 24 to each other, form a raceway for the ball 4. In this case, the contact zones 21 and 22 also move along the surface of the ball, changing the gear ratio of the mechanism. The gear ratio is u = 1 + r ₁ / r ₂ , where r ₁ is a variable, depending on the load.

Бесступенчатая передача на фиг. 9 и 13 работает следующим образом. Вращение от ведущего вала 1 через карданную передачу передается параллельному валу 31 лобового фрикционного диска 3. При этом лобовой диск 3 кроме вращательного движения относительно собственной оси вместе с валом 31 и подшипником 32 будет совершать также сателлитное движение во внешнем подшипнике 33 относительно оси OO¹ входного 1 и выходного 2 валов. Тело качения - шарик 4 будет катиться по дорожке качения 14 радиуса R2 на косой шайбе 5. Относительно лобового фрикционного диска 3 шарик 4 будет совершать движение по окружности радиуса R1. Передаточное отношение механизма составляет u = R2/R1, и зависит от соотношения радиусов R1 и R2. Радиус R1 можно плавно изменять, передвигая вал 31 в радиальном направлении. В передаче на фиг. 9 вал 31 передвигается вместе с внутренним подшипником 32 с помощью двух пневмоприводов, представляющих собой цилиндры 34 и поршни со штоками 35 (см. фиг. 11). В передаче на фиг. 12 передвижение вала 31 производится поворотом двух дисков 36 и 37 друг относительно друга. При этом точка пересечения прорезей 38 и 39 будет смещаться вдоль радиуса, и увлекать за собой вал 31 с подшипником 32, размещенные в месте пересечения прорезей.The continuously variable transmission of FIG. 9 and 13 works as follows. The rotation from the drive shaft 1 through the cardan transmission is transmitted to the parallel shaft 31 of the frontal friction disk 3. In addition, the frontal disk 3, in addition to the rotational movement about its own axis, together with the shaft 31 and the bearing 32 will also make a satellite movement in the outer bearing 33 relative to the axis OO ^{1 of} input 1 and output 2 shafts. The rolling body - the ball 4 will roll along the raceway 14 of radius R2 on the oblique washer 5. Relative to the front friction disk 3, the ball 4 will move along a circle of radius R1. The gear ratio of the mechanism is u = R2 / R1, and depends on the ratio of the radii R1 and R2. The radius R1 can be smoothly changed by moving the shaft 31 in the radial direction. In the transmission of FIG. 9, the shaft 31 is moved together with the inner bearing 32 by means of two pneumatic actuators, which are cylinders 34 and pistons with rods 35 (see Fig. 11). In the transmission of FIG. 12, the movement of the shaft 31 is performed by turning the two disks 36 and 37 relative to each other. In this case, the intersection point of the slots 38 and 39 will move along the radius, and carry along the shaft 31 with the bearing 32, located at the intersection of the slots.

Таким образом, предложен новый фрикционно-планетарный передаточный механизм, обладающий высоким кпд, высокой передаваемой мощностью при малых габаритах и простоте конструкции. На базе фрикционно-планетарного механизма разработана новая принципиальная схема бесступенчатой передачи, реализованная в нескольких конструктивных вариантах. Thus, a new friction-planetary gear mechanism with high efficiency, high transmitted power with small dimensions and simplicity of design is proposed. Based on the friction-planetary mechanism, a new conceptual scheme of stepless transmission has been developed, implemented in several design options.

Claims

1. Friction-planetary mechanism with a slanting washer containing an input shaft, a rolling body interacting with an oblique swinging washer equipped with a device for fixing it against rotation and having a connection with the output shaft, characterized in that a frontal friction disk is attached to the input shaft, interacting with the rolling element, and the oblique washer is connected to the output shaft through the bearing and the end cam.

2. The friction-planetary mechanism according to claim 1, characterized in that on the frontal friction disk and the oblique swinging washer there are raceways of such a profile that the contact areas of the rolling body with the raceways are located at different distances from the axis of rotation of the rolling body.

3. The friction-planetary mechanism according to claim 2, characterized in that the rolling body is made in the form of a ball, and at least one of the raceways has two zones of contact with the ball.

4. The friction-planetary mechanism according to claim 2, characterized in that the rolling body is made in the form of a stepped roller in contact with the raceways on the front friction disk and on the oblique swash plate with the surfaces of the steps having different diameters.

5. The friction-planetary mechanism according to claim 1, characterized in that the rolling body is made in the form of a ball, the outer annular part with the raceway on it of at least one of the parts: the frontal friction disk and the oblique swash plate is made elastically movable relative to the details.

6. The friction-planetary mechanism according to claim 1, characterized in that the rolling body is made in the form of a ball, the frontal friction disk is mounted on the input shaft with the possibility of axial movement limited by an elastic element, and the raceway on the frontal friction disk has two contact zones with rolling elements, made on separate ring elements, pressed against each other by means of elastic inserts and connected to the frontal friction disk by means of an Oldham coupling or a parallel crank, which allows the ring to be shifted output elements in the radial direction.

7. A continuously variable transmission comprising a gear with input and output shafts, with two disks on the shafts and with a rolling body between the disks, as well as a node for smoothly varying the speed of rotation of the output shaft, by changing the distance from the rotation axis of the input friction disk to the contact point of the rolling body with it, characterized in that the transmission mechanism is made in the form of a friction-planetary mechanism according to claim 1, in which the frontal friction disk is connected to the input shaft by means of a drive mechanism between parallel axes, d omitting the change in the distance between the axes, the friction disk is equipped with a node that allows the disk to perform satellite-planetary motion relative to the axis of the input and output shafts, a track is made on the oblique swinging washer to hold the rolling body, and the smooth speed change unit is made in the form of a device shifting the axis of rotation of the friction disk relative to the axis of the input and output shafts in the radial direction.

8. The continuously variable transmission according to claim 7, characterized in that the drive mechanism between the parallel axes is made in the form of a cardan transmission.

9. The continuously variable transmission according to claim 7, characterized in that the drive mechanism between the parallel axes is made in the form of an Oldheim coupling.

10. Stepless transmission according to any one of paragraphs. 7-9, characterized in that the satellite-planetary movement unit of the frontal friction disk contains an outer bearing fixed to the housing, with an inner bearing with the possibility of moving along the radius of the inner bearing, in which the shaft of the frontal friction disk is fixed.

11. The continuously variable transmission according to claim 10, characterized in that the device for shifting the axis of rotation of the frontal friction disc in the radial direction is made in the form of at least one hydraulic or pneumatic cylinder, the housing and piston of which are attached to the outer and inner bearings.

12. The continuously variable transmission according to claim 10, characterized in that the device for shifting the axis of rotation of the frontal friction disk in the radial direction contains two parallel coaxial disks mounted in an external bearing assembly so that they can be rotated relative to each other, each disk is made with a slot inclined to the radius moreover, the inclination of the slots in the disks is opposite and the slots intersect, at the point of intersection of the slots, an internal bearing is placed with the frontal friction disk shaft.