RU2197656C2

RU2197656C2 - Cone variable-speed drive (versions)

Info

Publication number: RU2197656C2
Application number: RU2000123388/28A
Authority: RU
Inventors: С.Н. Афанасьев
Original assignee: Афанасьев Сергей Николаевич
Priority date: 2000-09-08
Filing date: 2000-09-08
Publication date: 2003-01-27

Abstract

FIELD: transport engineering. SUBSTANCE: invention relates to stepless transmissions. Proposed cone variable-speed drive has housing accommodating driving, driven and auxiliary shafts. Cone-shaped disks are installed on driving and driven shafts for translational displacement along splines of shafts. Roller is installed on auxiliary shaft. Roller of two-side conical shape can move translationally upwards and downwards square to axis of auxiliary shaft. EFFECT: simplified design of variable-speed drive. 7 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к бесступенчатым трансмиссиям и может быть использовано в конструкциях различных транспортных средств. The invention relates to continuously variable transmissions and can be used in the construction of various vehicles.

Как известно вариатор - это бесступенчатая коробка передач, в которой крутящий момент является непрерывной функцией скорости, что позволяет двигателю при любой скорости транспортного средства работать в оптимальном режиме, что отличает вариатор от обычной коробки передач, в которой режимы работы переключаются дискретно и каждому режиму работы соответствует определенное передаточное отношение. As you know, a variator is a stepless gearbox in which torque is a continuous function of speed, which allows the engine to work in optimal mode at any vehicle speed, which distinguishes the variator from a conventional gearbox in which operation modes are switched selectively and each operation mode corresponds to certain gear ratio.

Известны различные конструкции вариаторов. Самая распространенная из них - клиноременный вариатор. Он состоит из двух раздвижных шкивов, один из которых является ведущим, а другой ведомым, а также соединяющего их ремня, в сечении имеющем трапецеидальную форму. Если половинки ведомого шкива сдвинуть, они вытолкнут ремень, подобно попавшему между них клину, наружу. В этом случае радиус ведомого шкива увеличится, следовательно, увеличится и передаточное отношение. А если половинки ведомого шкива, наоборот, раздвинуть, то ремень провалится внутрь и будет работать по меньшему радиусу, а передаточное отношение уменьшится. Когда оба шкива находятся в промежуточном положении, то передача будет прямой. Various variator designs are known. The most common of them is a V-belt variator. It consists of two sliding pulleys, one of which is the leading, and the other driven, as well as the belt connecting them, in a section having a trapezoidal shape. If the halves of the driven pulley are moved, they will push out the belt, like a wedge between them, out. In this case, the radius of the driven pulley will increase, therefore, the gear ratio will also increase. And if, on the contrary, the halves of the driven pulley are moved apart, then the belt will fall inward and will work along a smaller radius, and the gear ratio will decrease. When both pulleys are in an intermediate position, the transmission will be direct.

Из уровня техники также известно устройство, конический вариатор, содержащий корпус с расположенным в нем ведущим валом, вращающимся в подшипниковых опорах в корпусе, вспомогательный ролик, ведущий диск, расположенный на ведущем валу и ведомый диск, расположенный на ведомом валу, при этом ведущий диск и ведомый диск имеют конусообразную форму и расположены таким образом, что остриями концов направлены друг на друга и с помощью пружин или других упругих элементов, расположенных соответственно на ведущем и ведомом валу, плотно прижаты конусными поверхностями к вспомогательному ролику и могут перемещаться поступательно по шлицам соответственно ведущего и ведомого валов, а вспомогательный ролик плотно зажат между конусными поверхностями ведущего и ведомого дисков и жестко сидит на вспомогательном валу, вращающемся в подшипниковых опорах, перемещение вспомогательного вала позволяет перемещать по шлицам ведущего и ведомого вала соответственно ведущий и ведомый диск посредством приводного механизма, с которым жестко связаны направляющие и который управляется устройством управления (US 2555079, A.GIORGI, 29.05.1951г.). The prior art also knows a device, a conical variator, comprising a housing with a drive shaft located therein, rotating in bearings in the housing, an auxiliary roller, a drive disk located on the drive shaft and a driven disk located on the driven shaft, while the drive disk and the driven disk are cone-shaped and arranged so that the tips of the ends are directed at each other and are tightly pressed against the horse by means of springs or other elastic elements located respectively on the drive and driven shaft surfaces to the auxiliary roller and can move translationally along the splines of the drive and driven shafts, respectively, and the auxiliary roller is tightly sandwiched between the tapered surfaces of the drive and driven disks and sits rigidly on the auxiliary shaft rotating in the bearings, moving the auxiliary shaft allows you to move along the splines of the master and the driven shaft, respectively, the master and the driven disk by means of a drive mechanism, to which the guides are rigidly connected and which is controlled by devices m Management (US 2,555,079, A.GIORGI, 29.05.1951g.).

Целью изобретения является упрощение данной конструкции вариатора. The aim of the invention is to simplify this design of the variator.

Поставленная цель достигается тем, что в коническом вариаторе, содержащем корпус, ведущий вал с ведущим диском и пружиной или другим упругим элементом, ведомый вал с ведомым диском и пружиной или другим упругим элементом, вспомогательный вал со вспомогательным роликом, приводной механизм устройства управления и подшипниковые опоры валов, вместо ведущего и ведомого дисков, состоящих каждый из двух половинок с цилиндрической формой рабочих поверхностей, используются конусообразные ведущий и ведомый диски, каждый из которых является целым элементом, а вспомогательный ролик имеет двухстороннюю конусообразную форму, контактируя одной конусной стороной с ведущим диском, а другой конусной стороной с ведомым диском. Вспомогательный вал вместе со вспомогательным роликом может перемещаться вверх и вниз перпендикулярно оси вспомогательного вала поступательно по направляющим в полостях в корпусе. При этом легко управлять изменением передаточного отношения, перемещая поступательно вверх и вниз вспомогательный вал вместе со вспомогательным роликом по направляющим в полостях в корпусе вариатора. This goal is achieved in that in a conical variator comprising a housing, a drive shaft with a drive disk and a spring or other elastic element, a driven shaft with a drive disk and a spring or other elastic element, an auxiliary shaft with an auxiliary roller, a drive mechanism of the control device and bearing bearings shafts, instead of the leading and driven disks, consisting of each of two halves with a cylindrical shape of the working surfaces, cone-shaped leading and driven disks are used, each of which is intact m element, and the auxiliary roller has a two-sided conical shape, contacting one conical side with the drive disk, and the other conical side with the driven disk. The auxiliary shaft together with the auxiliary roller can move up and down perpendicular to the axis of the auxiliary shaft translationally along the guides in the cavities in the housing. It is easy to control the change in the gear ratio by translating up and down the auxiliary shaft along with the auxiliary roller along the guides in the cavities in the variator housing.

Вспомогательный вал можно сделать неподвижным и жестко закрепить в направляющих, а подшипниковые опоры, в которых вращается вспомогательный ролик, разместить на вспомогательном валу. The auxiliary shaft can be made stationary and rigidly fixed in the guides, and the bearing bearings in which the auxiliary roller rotates can be placed on the auxiliary shaft.

Управлять коническим вариатором можно также перемещая поступательно не вспомогательный вал со вспомогательным роликом, а ведомый и ведущий диски по шлицам своих валов. It is also possible to control the conical variator by translating translationally not the auxiliary shaft with the auxiliary roller, but the driven and driving disks along the splines of their shafts.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен конический вариатор в разрезе, передаточное отношение максимальное; на фиг.2 - то же, передаточное отношение минимальное; на фиг.3 - упрощенная схема конического вариатора с основными геометрическими размерами, передаточное отношение максимальное; на фиг.4 - то же, передаточное отношение минимальное; на фиг.5 - на конический вариатор, в котором вспомогательный вал неподвижен, а подшипниковые опоры размещены на вспомогательном валу; на фиг.6 - конический вариатор, в котором приводной механизм размещен на ведущем и ведомом валу; на фиг.7 - то же, приводной механизм размещен только на ведущем валу. The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a conical variator in the context, the maximum gear ratio; figure 2 is the same, the minimum gear ratio; figure 3 is a simplified diagram of a conical variator with basic geometric dimensions, the maximum gear ratio; figure 4 is the same, the minimum gear ratio; figure 5 - on a conical variator, in which the auxiliary shaft is stationary, and bearing bearings are placed on the auxiliary shaft; figure 6 - conical variator, in which the drive mechanism is placed on the drive and driven shaft; Fig.7 is the same, the drive mechanism is placed only on the drive shaft.

Конусный вариатор содержит (фиг.1) корпус 1, в котором расположены ведущий вал 12, вращающийся в подшипниковых опорах 13, ведомый вал 6, вращающийся в подшипниковых опорах 2, вспомогательный вал 18, вращающийся в подшипниковых опорах 9. На ведущем валу находится ведущий диск 15 конусообразной формы, который может перемещаться в осевом направлении в шлицах 16 ведущего вала и который посредством пружины 14 или другого упругого элемента плотно прижимается к вспомогательному ролику с одной стороны. Соответственно на ведомом валу находится ведомый диск 4 конусообразной формы, который может перемещаться в осевом направлении в шлицах 5 ведомого вала и который посредством пружины 3 или другого упругого элемента плотно прижимается к вспомогательному ролику с другой стороны. На вспомогательном валу находится вспомогательный ролик 17, имеющий двухстороннюю конусообразную форму, и который жестко сидит на вспомогательном валу. Подшипниковые опоры вспомогательного вала 9 находятся в направляющих 8, которые могут перемещаться поступательно вверх и вниз перпендикулярно оси валов по полостям 7 в корпусе конусного вариатора. Направляющие 8, в которых расположены подшипниковые опоры 9 вспомогательного вала, жестко связаны с приводным механизмом устройства управления 11 посредством штанг 10. The cone variator contains (Fig. 1) a housing 1 in which a drive shaft 12 is located, rotating in the bearings 13, a driven shaft 6, rotating in the bearings 2, an auxiliary shaft 18, rotating in the bearings 9. A drive disk is located on the drive shaft 15 of a conical shape, which can axially move in the splines 16 of the drive shaft and which, by means of a spring 14 or other elastic element, is pressed firmly against the auxiliary roller on one side. Correspondingly, on the driven shaft there is a driven disk 4 of a cone-shaped shape that can axially move in the splines 5 of the driven shaft and which is tightly pressed against the auxiliary roller by means of a spring 3 or other elastic element on the other hand. On the auxiliary shaft is an auxiliary roller 17 having a double-sided conical shape, and which sits rigidly on the auxiliary shaft. Bearing support of the auxiliary shaft 9 are located in the guides 8, which can move progressively up and down perpendicular to the axis of the shafts along the cavities 7 in the case of the cone variator. The guides 8, in which the bearings 9 of the auxiliary shaft are located, are rigidly connected to the drive mechanism of the control device 11 by means of rods 10.

В конструкции, где вспомогательный вал 18 жестко закреплен в направляющих 8 (фиг.5), подшипниковые опоры 9 размещены по центру вспомогательного вала и в них вращается вспомогательный ролик 17. In the design, where the auxiliary shaft 18 is rigidly fixed in the guides 8 (figure 5), the bearing bearings 9 are located in the center of the auxiliary shaft and the auxiliary roller 17 rotates in them.

Конструкцию конического вариатора, в которой управление работой осуществляется посредством перемещения поступательно ведомого и ведущего дисков по шлицам своих валов можно выполнить в двух вариантах. В первом случае (фиг.6) приводной механизм устройства управления 11 расположен на ведущем и ведомом валу и посредством штанг 10 жестко связан соответственно с ведущим и ведомым диском таким образом, что вспомогательный ролик плотно зажат между рабочими поверхностями ведущего и ведомого дисков. Получая сигнал от устройства управления, приводной механизм перемещает ведущий и ведомый диски поступательно по шлицам соответствующих валов, изменяя передаточное отношение. При этом вспомогательный вал перемещается поступательно вверх или вниз аналогично предыдущему случаю. The design of the conic variator, in which the operation is controlled by moving the translationally driven and leading disks along the splines of their shafts, can be performed in two versions. In the first case (Fig.6), the drive mechanism of the control device 11 is located on the drive and driven shaft and through the rods 10 is rigidly connected respectively to the drive and the drive so that the auxiliary roller is tightly sandwiched between the working surfaces of the drive and the drive. Receiving a signal from the control device, the drive mechanism moves the drive and driven drives progressively along the splines of the respective shafts, changing the gear ratio. In this case, the auxiliary shaft moves progressively up or down similarly to the previous case.

Во втором случае (фиг.7) приводной механизм устройства управления 11 посредством штанг 10 жестко связан только с ведущим диском, а ведомый диск подпружинен с помощью пружины 3 или другого упругого элемента. Принцип работы аналогичен, как и в первом случае. In the second case (Fig. 7), the drive mechanism of the control device 11 by means of the rods 10 is rigidly connected only with the drive disk, and the driven disk is spring-loaded by means of a spring 3 or other elastic element. The principle of operation is similar as in the first case.

Конический вариатор работает следующим образом. В начальный момент времени, когда скорость вращения ведущего вала равна нулю или не превышает скорости вращения холостого хода (фиг.1), приводные механизмы устройства управления 11 с помощью штанг 10 устанавливают вспомогательный вал, а вместе с ним вспомогательный ролик в крайнее нижнее положение. При этом ведущий диск и ведомый диск находятся в крайнем правом положении, а вспомогательный ролик под действием пружин 14 и 3 или других упругих элементов плотно зажат между рабочими поверхностями ведущего и ведомого дисков. Крутящий момент от ведущего вала и ведущего диска через вспомогательный ролик передается на ведомый диск и ведомый вал. Как видно из кинематической схемы на фиг.3 передаточное отношение равно:
d1/D1•D2/d2,
где d1 - средний диаметр рабочей части вспомогательного ролика, соприкасающейся с ведущим диском;
d2 - средний диаметр рабочей части вспомогательного ролика, соприкасающейся с ведомым диском;
D1 - средний диаметр рабочей части ведущего диска, соприкасающейся со вспомогательным роликом;
D2 - средний диаметр рабочей части ведомого диска, соприкасающейся со вспомогательным роликом.Conical variator works as follows. At the initial time, when the speed of rotation of the drive shaft is zero or does not exceed the speed of rotation of idle (Fig.1), the drive mechanisms of the control device 11 using the rods 10 install the auxiliary shaft, and with it the auxiliary roller in the lowest position. In this case, the drive disk and the driven disk are in the extreme right position, and the auxiliary roller is tightly sandwiched between the working surfaces of the drive and driven drives under the action of springs 14 and 3 or other elastic elements. Torque from the drive shaft and drive disk through the auxiliary roller is transmitted to the driven disk and the driven shaft. As can be seen from the kinematic diagram in figure 3, the gear ratio is:
d1 / D1 • D2 / d2,
where d1 is the average diameter of the working part of the auxiliary roller in contact with the drive disk;
d2 is the average diameter of the working part of the auxiliary roller in contact with the driven disk;
D1 is the average diameter of the working part of the drive disk in contact with the auxiliary roller;
D2 is the average diameter of the working part of the driven disk in contact with the auxiliary roller.

Как следует из кинематической схемы на фиг.3, диаметры d1 и d2 равны между собой. Тогда передаточное отношение равно D2/D1. Так как D2>D1, то передаточное отношение максимально. Когда ведущий вал начинает раскручиваться, то устройство управления выдает сигнал на приводные механизмы 11 и штанги 10 начинают перемещать поступательно вверх вспомогательный вал вместе со вспомогательным роликом по направляющим 8 в полостях 7 в корпусе вариатора (фиг. 1). Вспомогательный ролик, преодолевая воздействие пружины 3 или другого упругого элемента, начинает перемещать ведомый диск по шлицам вала влево, а пружина 14 или другой упругий элемент, при этом поджимает ведущий диск к вспомогательному ролику с другой стороны, перемещая его также влево. При этом передаточное отношение начинает уменьшаться. Когда частота вращения ведущего вала достигает максимальной, штанги 10 выдвигаются на максимальную длину и ведущий и ведомый диски занимают крайнее левое положение. При этом, как видно из кинематической схемы на фиг.4, передаточное отношение равно:
d1/D1•D2/d2.As follows from the kinematic diagram in figure 3, the diameters d1 and d2 are equal to each other. Then the gear ratio is D2 / D1. Since D2> D1, the gear ratio is maximum. When the drive shaft begins to unwind, the control device provides a signal to the drive mechanisms 11 and the rods 10 begin to translate upwardly the auxiliary shaft along with the auxiliary roller along the guides 8 in the cavities 7 in the variator housing (Fig. 1). The auxiliary roller, overcoming the influence of the spring 3 or other elastic element, begins to move the driven disk along the splines of the shaft to the left, and the spring 14 or other elastic element, while compressing the drive disk to the auxiliary roller on the other hand, moving it also to the left. In this case, the gear ratio begins to decrease. When the speed of the drive shaft reaches its maximum, the rods 10 extend to the maximum length and the drive and driven discs are in the leftmost position. Moreover, as can be seen from the kinematic diagram in figure 4, the gear ratio is equal to:
d1 / D1 • D2 / d2.

Так как диаметры d1 и d2 равны между собой, то передаточное отношение равно D2/D1. Как следует из схемы, на фиг.4 D1>d2, то передаточное отношение минимально. Since the diameters d1 and d2 are equal to each other, the gear ratio is equal to D2 / D1. As follows from the diagram, in figure 4 D1> d2, the gear ratio is minimal.

Claims

1. A conical variator comprising a housing, a drive shaft with a drive disk and a driven shaft with a driven disk, which are conical in shape and arranged in such a way that the tips of the ends are directed at each other, and with by means of springs or other elastic elements located respectively on the drive and driven shafts, they are tightly pressed by conical surfaces to the auxiliary roller with the possibility of movement along the splines of the said shafts, and the auxiliary roller it is clamped between the tapered surfaces of the driving and driven disks, while the auxiliary roller is rigidly mounted on the auxiliary shaft, rotating in the bearing bearings and moving in the guides, moving the drive and driven disks through the splines of the driving and driven shaft, respectively, by means of a drive mechanism with which the guides are rigidly connected and which is controlled by a control device, characterized in that the auxiliary roller has a conical shape on both sides, the guides are located in the cavities orpusa variator and the auxiliary shaft is movable in guides translationally up and down perpendicular to the auxiliary shaft, depending on the drive shaft rotation rate.

2. A conical variator comprising a housing, a drive shaft with a drive disk and a driven shaft with a driven disk, which are conical in shape and arranged in such a way that the tips of the ends are directed at each other and using springs or other elastic elements located respectively on the driving and driven shafts are tightly pressed by conical surfaces to the auxiliary roller with the possibility of movement along the splines of the said shafts, and the auxiliary roller it is clamped between the tapered surfaces of the driving and driven disks, while the auxiliary roller is rigidly mounted on the auxiliary shaft, rotating in the bearing bearings and moving in the guides, moving along the splines of the driving and driven shaft, respectively, of the driving and driven disks by means of a drive mechanism with which the guides are rigidly connected and which is controlled by a control device, characterized in that the master and slave disks are rigidly connected to the drive mechanism of the control device and move along stepwise along the splines of the shafts, depending on the speed of rotation of the drive shaft, the auxiliary roller has a conical shape on both sides, and the auxiliary shaft has the ability to move in guides located in the cavities in the variator housing, translationally up and down perpendicular to the axis of the auxiliary shaft.

3. A conical variator comprising a housing located in it with the possibility of rotation in the bearing bearings of the drive shaft with a drive disk and a driven shaft with a driven disk, which are cone-shaped and arranged in such a way that the tips of the ends are directed at each other and with springs or other elastic elements located respectively on the driving and driven shafts are tightly pressed by conical surfaces to the auxiliary roller with the possibility of movement along the splines of the said shafts, and the auxiliary roller it is clamped between the tapered surfaces of the driving and driven disks, while the auxiliary roller is rigidly mounted on the auxiliary shaft, rotating in the bearing bearings and moving in the guides, moving along the splines of the driving and driven shaft, respectively, of the driving and driven disks by means of a drive mechanism with which the guides are rigidly connected and which is controlled by a control device, characterized in that the drive disk is rigidly connected to the drive mechanism of the control device and moves translationally along the splines of the drive shaft, depending on the speed of rotation of the drive shaft, the auxiliary roller has a conical shape on both sides, and the auxiliary shaft has the ability to move in guides located in the cavities in the variator housing, progressively up and down perpendicular to the axis of the auxiliary shaft.

4. A conical variator comprising a housing, a drive shaft with a drive disk and a driven shaft with a driven disk, which are conical in shape and arranged in such a way that the tips of the ends are directed at each other and using springs or other elastic elements located respectively on the driving and driven shafts are tightly pressed by conical surfaces to the auxiliary roller with the possibility of movement along the splines of the said shafts, and the auxiliary roller it is clamped between the conical surfaces of the driving and driven disks, while the auxiliary roller moves the drive and driven drives, respectively, along the slots of the driving and driven shaft, by means of a drive mechanism to which the guides are rigidly connected and which is controlled by a control device, characterized in that the auxiliary roller having a cone-shaped a form on both sides, rotates in bearings located on the auxiliary shaft, the guides are located in the cavities of the variator housing, and the auxiliary The 1st shaft is rigidly mounted in the rails with the possibility of moving them progressively up and down perpendicular to the axis of the auxiliary shaft, depending on the speed of rotation of the drive shaft.

5. A conical variator comprising a housing, a drive shaft with a drive disk and a driven shaft with a driven disk, which are conical in shape and arranged in such a way that the tips of the ends are directed at each other, and with by means of springs or other elastic elements located respectively on the drive and driven shafts, they are tightly pressed by conical surfaces to the auxiliary roller with the possibility of movement along the splines of the said shafts, and the auxiliary roller it is clamped between the tapered surfaces of the drive and driven drives, while the auxiliary roller moves the drive and driven drives, respectively, through the splines of the drive and driven shaft, by means of a drive mechanism, characterized in that the drive and driven drives are rigidly connected to the drive mechanism of the control device, and the disks move translationally on the splines of the shafts, depending on the speed of rotation of the drive shaft, the auxiliary roller, having a conical shape on both sides, rotates in the bearings, located data on the auxiliary shaft, and the auxiliary shaft is rigidly mounted in guides located in the cavities in the variator housing, with the possibility of moving them progressively up and down perpendicular to the axis of the auxiliary shaft.

6. A conical variator comprising a housing, a drive shaft with a drive disk and a driven shaft with a driven disk, which are conical in shape and arranged in such a way that the tips of the ends are directed at each other and using springs or other elastic elements located respectively on the driving and driven shafts are tightly pressed by conical surfaces to the auxiliary roller with the possibility of movement along the splines of the said shafts, and the auxiliary roller it is clamped between the tapered surfaces of the drive and driven drives, while the auxiliary shaft moves along the splines of the drive and driven drives, respectively, the drive and driven drives by means of a drive mechanism, characterized in that the drive drive is rigidly connected to the drive mechanism of the control device and moves progressively along the splines of the drive shaft depending on the speed of rotation of the drive shaft, the auxiliary roller has a conical shape on both sides and rotates in bearing bearings located on the auxiliary atelnom shaft and the auxiliary shaft is rigidly mounted in guides arranged in the cavities in the housing of the variator and progressively moves them up and down perpendicular to the auxiliary shaft.