RU2286495C1

RU2286495C1 - Friction toroidal variator

Info

Publication number: RU2286495C1
Application number: RU2005109285/11A
Authority: RU
Inventors: Игорь Витальевич Ведерников (RU); Игорь Витальевич Ведерников
Original assignee: Игорь Витальевич Ведерников
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: friction toroidal variator comprises inlet disk (2) and outlet disk (3) provided with toroidal surfaces, friction roller (5), spider whose one axle is provided with roller (5), holder (8) of friction roller, control mechanism, and mechanism for control of gear ratio. The second axle of the spider is fit in holder (8) of the friction roller that can rotate around the main axle of the variator. The control mechanism and mechanism for control of gear ration are made of gear sector (9) that rotates on the second axle of the spider secured to the first axle of the spider and housing (12) by means of worm gearing and spring (15) secured in housing (12) and connected with holder (8) directly or through the reduction gear.

EFFECT: simplified control and control of gear ratio.

8 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно, к фрикционным передачам с бесступенчатым плавным изменением передаточного отношения, и более конкретно, к передачам, в которых усилие передается за счет качения роликов по дорожкам с тороидальной поверхностью.The invention relates to mechanical engineering, namely, to friction gears with stepless smooth change of the gear ratio, and more specifically, to gears in which the force is transmitted due to the rolling of the rollers along tracks with a toroidal surface.

Вариаторы такого типа в общем случае содержат входной и выходной диски, поверхности которых, обращенные друг к другу, выполнены в виде части тора, и фрикционные диски, касающиеся этих поверхностей, а также механизм изменения положения фрикционных дисков. В вариаторах, описанных в RU 2087777, GB 1395319, ЕР 0078125, ЕР 0133330, положение дисков изменяется с помощью гидроцилиндров. Понятно, что такие механизмы имеют большое количество деталей, сложны конструктивно, требуют подвода гидравлической жидкости, формирования каналов внутри отливки корпуса, применения уплотнений высокого давления.CVTs of this type generally comprise input and output disks whose surfaces facing each other are made as part of a torus, and friction disks touching these surfaces, as well as a mechanism for changing the position of friction disks. In the variators described in RU 2087777, GB 1395319, EP 0078125, EP 0133330, the position of the disks is changed using hydraulic cylinders. It is clear that such mechanisms have a large number of parts, are structurally complex, require the supply of hydraulic fluid, the formation of channels inside the casting of the body, the use of high-pressure seals.

Известен вариатор US 3.276.279, выбранный нами за прототип, в котором изменяют положение фрикционного диска, изменяя угол плоскости его вращения. Вариатор содержит входной и выходной диски, с тороидальными дорожками качения. Между тороидальными поверхностями расположены фрикционные ролики. Каждый фрикционный ролик через подшипники свободно посажен на одной из осей крестовины, которая является осью вращения фрикционного ролика. Эта ось представляет собой внутреннее кольцо подшипника. Вторую ось крестовины определяет цилиндр, посаженный боковой поверхностью в держателе, связанном с корпусом. Этот цилиндр выполнен с поршнем двухстороннего действия, соединенным с держателем ролика. Цилиндр соединен с входным и выходным гидравлическими выводами. Изменение разности давлений, действующей на поршень текучей среды, изменяет угол плоскости вращения ролика, а соответственно, передаточное отношение. Давление меняется гидравлическим серводвигателем. Вариатор снабжен устройством контроля передаточного отношения по положению серводвигателя. Основными недостатками прототипа являются сложность механизма контроля передаточного отношения, включающего гидравлическую систему (насос, датчики давления и расхода жидкости, сложную систему трубок подвода жидкости), обуславливающую высокие потери, а также сравнительно небольшой диапазон изменения передаточного отношения, определяемый углом отклонения фрикционного диска (около 50 градусов).Known variator US 3.276.279, we have chosen for the prototype, in which they change the position of the friction disk, changing the angle of the plane of its rotation. The variator contains input and output disks with toroidal raceways. Friction rollers are located between the toroidal surfaces. Each friction roller through bearings is freely seated on one of the axes of the crosspiece, which is the axis of rotation of the friction roller. This axis represents the inner ring of the bearing. The second axis of the cross is defined by a cylinder planted with a lateral surface in a holder connected to the housing. This cylinder is made with a double-acting piston connected to a roller holder. The cylinder is connected to the input and output hydraulic terminals. Changing the pressure difference acting on the piston of the fluid changes the angle of the plane of rotation of the roller, and accordingly, the gear ratio. The pressure is changed by a hydraulic servomotor. The variator is equipped with a gear ratio control device for the position of the servomotor. The main disadvantages of the prototype are the complexity of the gear ratio control mechanism, including a hydraulic system (pump, pressure and fluid flow sensors, a complex system of fluid supply tubes), which causes high losses, as well as a relatively small range of gear ratio changes, determined by the deflection angle of the friction disk (about 50 degrees).

Таким образом, задачей изобретения является создание простого и надежного вариатора, с контролируемой установкой передаточного отношения при одновременном расширении диапазона его изменения. Кроме того, задачей изобретения является увеличение КПД.Thus, the objective of the invention is to create a simple and reliable variator, with a controlled installation of the gear ratio while expanding the range of its changes. In addition, the object of the invention is to increase the efficiency.

Техническим результатом изобретения является упрощение контроля и управления передаточным отношением с плавным изменением режимов работы вариатора.The technical result of the invention is to simplify the control and management of the gear ratio with a smooth change of the operating modes of the variator.

Поставленная задача решается тем, что фрикционный торовый вариатор, как и прототип, содержит соосные входной и выходной диски с тороидальными поверхностями и, по меньшей мере, один фрикционный ролик между ними, взаимодействующий с их тороидальными поверхностями, крестовину, на одну из осей которой свободно посажен фрикционный ролик, держатель фрикционного ролика, и механизм управления и контроля передаточного отношения путем изменения наклона фрикционного ролика относительно оси входного и выходного дисков.The problem is solved in that the friction torus variator, like the prototype, contains coaxial input and output disks with toroidal surfaces and at least one friction roller between them, interacting with their toroidal surfaces, a cross, on one of the axes of which it is freely fitted a friction roller, a friction roller holder, and a mechanism for controlling and controlling the gear ratio by changing the inclination of the friction roller relative to the axis of the input and output disks.

Вторая ось ОО3 крестовины посажена в держателе фрикционного ролика. В отличие от прототипа держатель имеет возможность вращения вокруг главной оси вариатора. Механизм управления и контроля передаточного отношения выполнен в виде зубчатого сектора, посаженного с возможностью вращения на второй оси крестовины и жестко связанного с первой осью крестовины, и, посредством червячного зацепления, - с корпусом вариатора, и пружины, одним концом закрепленной в корпусе, а другим - связанной с держателем фрикционного диска непосредственно или через редуктор.The second axis OO3 of the cross is seated in the friction roller holder. Unlike the prototype, the holder has the ability to rotate around the main axis of the variator. The control mechanism and gear ratio control is made in the form of a gear sector, mounted rotatably on the second axis of the cross and rigidly connected to the first axis of the cross, and, by means of worm gearing, with the case of the variator, and the spring, one end fixed in the case, and the other - connected to the friction disc holder directly or via a gearbox.

Изменение передаточного отношения происходит при вращении держателя вследствие набегания фрикционного ролика по поверхности ведомого диска от вращения ведущего. Пружина обеспечивает сопротивление вращению держателя от ведущего диска.The change in the gear ratio occurs during rotation of the holder due to the running of the friction roller on the surface of the driven disk from the rotation of the master. The spring provides resistance to rotation of the holder from the drive disk.

Далее изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлена кинематическая схема торового вариатора, на фиг.2 - вид в продольном разрезе, на фиг.3 - продольный вид держателя с фрикционным диском и кольцевидной шестерней на нем, на фиг.4 - вид держателя в плоскости, поперечной оси вариатора, с фрикционными дисками, кольцевидной шестерней и резьбой на корпусе, на фиг.5, 6, 7 и 8 представлены различные варианты исполнения торового вариатора.The invention is further illustrated by drawings, in which Fig. 1 is a kinematic diagram of a torus variator, Fig. 2 is a longitudinal sectional view, Fig. 3 is a longitudinal view of a holder with a friction disk and an annular gear on it, and Fig. 4 is a view of a holder in the plane transverse to the axis of the variator, with friction discs, an annular gear and a thread on the housing, FIGS. 5, 6, 7 and 8 show various versions of the torus variator.

Вариатор состоит из ведущего вала 1 с закрепленным на нем диском 2 с тороидальной поверхностью, обращенной к такой же поверхности диска 3, соединенного с ведомым валом 4. Диски 2 и 3 вращаются вокруг главной оси ОО1. По меньшей мере, один фрикционный ролик 5, расположенный между тороидальными рабочими поверхностями дисков 2 и 3 и зацепляющийся с ними, передает вращение от ведущего диска 2 к ведомому диску 3. (На Фиг.1 показаны два ролика, хотя их может быть и больше). Оси ОО2 вращения роликов 5 установлены с двумя степенями подвижности во взаимно перпендикулярных направлениях, для чего внутренняя обойма 7 подшипника 6, на котором вращается ролик 5, установлена с возможностью вращения вокруг оси ОО3, перпендикулярной оси ОО2, установленной в держателе 8. На внутренней обойме 7 закреплен зубчатый сектор 9, находящийся в постоянном контакте с резьбой огибающего вариатор кольца 10 с резьбой 11. Данное кольцо 10 неподвижно закреплено в корпусе 12. Держатель фрикционных роликов 8 установлен с возможностью вращения относительно главной оси ОО1, например, в подшипнике на валу 4 (либо на валу 1, или на обоих валах). Держатель 8 имеет на себе кольцевидную шестерню 13, работающую в паре с управляющей шестерней 14, которая соединена с пружиной 15 сопротивления вращению держателя 8.The variator consists of a drive shaft 1 with a disk 2 fixed on it with a toroidal surface facing the same surface of the disk 3 connected to the driven shaft 4. The disks 2 and 3 rotate around the main axis OO1. At least one friction roller 5 located between the toroidal working surfaces of the disks 2 and 3 and engaged with them transmits rotation from the leading disk 2 to the driven disk 3. (Two rollers are shown in Fig. 1, although there may be more) . The axis of rotation OO2 of the rollers 5 is installed with two degrees of mobility in mutually perpendicular directions, for which the inner race 7 of the bearing 6, on which the roller 5 rotates, is mounted to rotate around the axis OO3, perpendicular to the axis OO2 installed in the holder 8. On the inner race 7 fixed gear sector 9, which is in constant contact with the thread of the envelope of the variator of the ring 10 with the thread 11. This ring 10 is fixedly mounted in the housing 12. The holder of the friction rollers 8 is mounted for rotation about in relative OO1 main axis, for example, the bearing on the shaft 4 (or a shaft 1, or on both shafts). The holder 8 has on itself an annular gear 13 that is paired with a control gear 14, which is connected to the spring 15 of the resistance to rotation of the holder 8.

Держатель 8 как вариант соединяется непосредственно с пружиной 15, вторым концом закрепленной в корпусе 12 (соединенной с ним).The holder 8 as an option is connected directly to the spring 15, the second end fixed in the housing 12 (connected to it).

Пружина 15 непосредственно или с редукцией с подобранной характеристикой сопротивления несет основную нагрузку удержания держателя 8 в положении, адекватном востребованному соотношению посредством баланса сил; крутящего момента двигателя на валу 1, сопротивления вращению ведомого вала 4 и сопротивления пружины 15, противостоящего вращению держателя 8 от набегания фрикционного ролика 5. Пружина 15 постоянно напряжена. Усилие сопротивления пружины 15 непосредственно или через редуктор в максимально закрученном состоянии равно или меньше максимального крутящего момента (мощности) двигателя - положение "В". Наименьшее сопротивление пружины 15 при раскрутке к положению "А" (фигура 2) чуть более или равно минимальному крутящему моменту двигателя (минимальным устойчивым оборотам).The spring 15, directly or with a reduction with a selected resistance characteristic, carries the main load of holding the holder 8 in a position adequate to the desired ratio by means of a balance of forces; engine torque on the shaft 1, the resistance to rotation of the driven shaft 4 and the resistance of the spring 15, opposing the rotation of the holder 8 from the running of the friction roller 5. The spring 15 is constantly stressed. The resistance force of the spring 15 directly or through the gearbox in the most twisted state is equal to or less than the maximum torque (power) of the engine - position "B". The least resistance of the spring 15 when unwinding to the position "A" (figure 2) is slightly more or equal to the minimum engine torque (minimum stable speed).

Варианты исполнения:Execution Options:

1) Фигура 2 - плоская витая пружина 15 внешним концом соединена с корпусом 12, внутренним концом соединена с валом управляющей шестерни 14.1) Figure 2 - a flat twisted spring 15 with an outer end connected to the housing 12, an inner end connected to the shaft of the control gear 14.

2) Пружина 15 соединена концом с держателем 8 непосредственно без шестерни 14.2) The spring 15 is connected by an end to the holder 8 directly without gear 14.

3) Витая цилиндрическая круглого сечения пружина - одна или две - (15) находится на держателе 8 (фигуры 5, 6), будучи соединена валом 16 с шестерней 17, с огибающим кольцом 10, имеющим зубчатый нарез 18 на стороне. Вал 16 соединен с упорными стаканами 19 пружины 15 тросами или штангами 20.3) A coiled round cylindrical spring - one or two - (15) is located on the holder 8 (figures 5, 6), being connected by a shaft 16 with a gear 17, with an envelope ring 10 having a serrated cut 18 on the side. The shaft 16 is connected to the thrust cups 19 of the spring 15 with cables or rods 20.

Фрикционные колодки ролика 5 могут иметь несколько вариантов исполнения, например:The friction pads of the roller 5 can have several options, for example:

4) Жестко закрепленное кольцо - фигуры 1, 5.4) A rigidly fixed ring - figures 1, 5.

5) В виде секторных колодок с подпружиненным люфтом с геометрическим центром в оси ОО₃, снизу колодки поджаты общей упорной шайбой и могут иметь перегородки. Необходимое меридианное уменьшение размера колодок на соприкасающихся боковых торцах до 1 мм в данном размере - фигуры 2, 3.5) In the form of sector pads with a spring-loaded play with a geometric center in the OO ₃ axis, bottom pads are pressed by a common thrust washer and may have partitions. The necessary meridian reduction in the size of the pads on the adjacent side ends to 1 mm in this size is figures 2, 3.

6) Колодки круглого сечения, закрепленные на роликах или антифрикционных прокладках, вращающиеся вокруг своей оси во время изменения угла вращения диска 5 при контакте с рабочей поверхностью дисков 2 и 3 - фигуры 7, 8.6) Pads of circular cross section, mounted on rollers or antifriction gaskets, rotating around its axis during a change in the angle of rotation of the disk 5 in contact with the working surface of the disks 2 and 3 - figures 7, 8.

Варианты 5, 6 предназначены для компенсации увода из положения в плоскости вращения фрикционной поверхности ролика 5, не находящейся в контакте при изменении угла вращения, против гистерезиса.Options 5, 6 are designed to compensate for the removal from a position in the plane of rotation of the friction surface of the roller 5, which is not in contact with a change in the angle of rotation, against hysteresis.

7) Управление (и; или) уточняющее управление производится воздействием на кольцевидную шестерню 13 держателя 8, управляющей шестерней 14 с пружиной (и; или) с редуктором (и; или) электродвигателем под управлением контролера.7) The control (and; or) the refinement control is performed by acting on the ring gear 13 of the holder 8, controlling the gear 14 with a spring (and; or) with a gear (and; or) an electric motor under the control of the controller.

Ориентирование при описании работы вариатора следующее: со стороны ведущего вала 1, вращение ведущего вала 1 вправо, резьба огибающего кольца 10 левая. При любом положении ролика 5, кроме "А", и сопротивлении ведомого вала 4, меньшем усилия пружины 15, держатель 8 вращается против часовой стрелки (влево), увлекая в набегание по поверхности ведущего диска 2 (относительное) фрикционный ролик 5. Сектор 9 изменяет угол вращения ролика 5 до упора в положении "А" независимо от вращения диска 2. Обозначение соотношения: например, А=1/4, где 1 - цифра соотношения вращения ведомого (вм) вала, 4 - ведущего (вд) - вм/вд и в дальнейшем.The orientation when describing the operation of the variator is as follows: from the side of the drive shaft 1, rotation of the drive shaft 1 to the right, the thread of the envelope ring 10 is left. For any position of the roller 5, except for "A", and the resistance of the driven shaft 4, less than the force of the spring 15, the holder 8 rotates counterclockwise (to the left), entraining a friction roller 5 (relative) to run on the surface of the drive disk 2. Sector 9 changes the rotation angle of the roller 5 to the stop in position "A" regardless of the rotation of the disk 2. Ratio designation: for example, A = 1/4, where 1 is the figure of the ratio of rotation of the driven (vm) shaft, 4 - of the driving (vd) - vm / vd and further.

При вращении ведущего вала 1 с диском 2, фрикционный ролик 5 воспринимает вращение и передает его противостоящему диску 3.When the drive shaft 1 rotates with the disk 2, the friction roller 5 perceives the rotation and transfers it to the opposing disk 3.

При максимальном штатном сопротивлении вращению ведомого вала и его невращении (при трогании транспорта с места) из положения "А" вм/вд=1/4 фигура 1 ролик 5 под действием диска 2 набегает относительно стоящего диска 3, увлекая во вращение держатель 8, под действием пружины 15 - от наименьшего сопротивления пружины к наибольшему - держатель 8 встречает возрастающее сопротивление, сектор 9, двигаясь контактно с резьбой 11 кольца 10, изменяет угол вращения ролика 5, т.е. оси ОО2 относительно оси ОО1, изменяя этим передаточное число от наименьшего к наибольшему вм/вд 1/4=>4/1 (в данном варианте) от положения "А" к "В" - фигуры 1, 2, усилие крутящего момента двигателя посредством измененного соотношения вращения дисков 2, 3 становится достаточным для вращения диска 3, вместе с разгоном которого до соответствующей соотношению скорости приостанавливается вращение держателя 8 под действием возросшего сопротивления пружины 15.With the maximum nominal resistance to rotation of the driven shaft and its non-rotation (when starting to move the vehicle) from the “A” position vm / vd = 1/4, figure 1 roller 5 under the action of disk 2 runs relative to the standing disk 3, carrying the holder 8 into rotation, under the action of the spring 15 - from the least resistance of the spring to the greatest - the holder 8 meets increasing resistance, sector 9, moving in contact with the thread 11 of the ring 10, changes the rotation angle of the roller 5, i.e. axis ОО2 relative to axis ОО1, thereby changing the gear ratio from the smallest to the highest vm / vd 1/4 => 4/1 (in this embodiment) from position “A” to “B” - figures 1, 2, the engine torque by the changed rotation ratio of the disks 2, 3 becomes sufficient for the rotation of the disk 3, along with the acceleration of which to the corresponding speed ratio, the rotation of the holder 8 is suspended under the action of the increased resistance of the spring 15.

При уменьшении сопротивления вращению ведомого вала 4 держатель 8 под действием пружины 15, вращаясь в обратную сторону (влево), уменьшает соотношение вм/вд=>1/4 "А".When reducing the resistance to rotation of the driven shaft 4, the holder 8 under the action of the spring 15, rotating in the opposite direction (to the left), reduces the ratio vm / vd => 1/4 "A".

Таким образом, при подобранном сопротивлении пружины (либо другого устройства сопротивления) механизм вариатора обеспечивает постоянное плавное изменение передаточного числа при изменяющихся нагрузках ведомого вала и оборотах ведущего.Thus, with the selected resistance of the spring (or other resistance device), the variator mechanism provides a constant smooth change in the gear ratio with changing loads of the driven shaft and revolutions of the master.

Плавное начало вращения обеспечивается следующим: к моменту начала вращения держатель 8 и зубчатый сектор 9, совершив несколько оборотов, изменяя соотношение вращения дисков 2 и 3, благодаря плавному нарастанию сопротивления пружины постепенно приостанавливаются при одновременном начале вращения ведомого диска 3, что обеспечивает растяжение приложенного усилия. При максимальном сопротивлении вращению на ведомом валу 4 держатель 8 в своем вращении, по причине преодоления силы сопротивления троганию и по инерции, поставит фрикционный ролик 5 в положение, большее необходимого соотношения для вращения ведомого диска 3 - при имеющихся запасах рабочей поверхности дисков 2 и 3, угла отклонения ролика 5.A smooth start of rotation is ensured by the following: at the time of the start of rotation, the holder 8 and the gear sector 9, having made several revolutions, changing the rotation ratio of the disks 2 and 3, due to the smooth increase in the resistance of the spring, the springs gradually stop while the rotation of the driven disk 3 begins, which ensures stretching of the applied force. With maximum resistance to rotation on the driven shaft 4, the holder 8 in its rotation, due to overcoming the resistance to friction and inertia, will put the friction roller 5 in a position greater than the necessary ratio for the rotation of the driven disk 3 - with the available reserves of the working surface of the disks 2 and 3, deflection angle of the roller 5.

Благодаря вышеописанному эффекту начало вращения вала 4 произойдет с объективно меньшей скоростью, чем если это было продолжение вращения.Due to the above effect, the start of rotation of the shaft 4 will occur at an objectively lower speed than if it was a continuation of the rotation.

Плавность изменения передаточного числа обеспечивается кроме вышеизложенного изменением соотношения вращения дисков 2 и 3 только в результате "набегания" ролика 5 по замедлившемуся диску под действием ведущего. Рывок вращения любого из дисков 2 или 3 может быть сглажен также управляющей системой (пружиной) через шестерню 14.The smoothness of the gear ratio is ensured, in addition to the foregoing, by changing the ratio of the rotation of the disks 2 and 3 only as a result of the “run-in” of the roller 5 along the slowed down disk under the influence of the master. The rotation jerk of any of the disks 2 or 3 can also be smoothed out by the control system (spring) through the gear 14.

Claims

A friction torus variator comprising coaxial input and output disks with toroidal surfaces and at least one friction roller between them interacting with their toroidal surfaces, a crosspiece, on one of the axes of which a friction roller, a friction roller holder and a control mechanism are freely mounted gear ratio control by changing the inclination of the friction roller relative to the main axis of the input and output disks, characterized in that the second axis of the cross is seated in the holder fr iktsionnogo roller having the ability to rotate around the main axis of the variator, the control mechanism and gear ratio is made in the form of a gear sector, mounted rotatably on the second axis of the cross, rigidly connected to the first axis of the cross and by means of worm gearing - with the body, and the spring, one end fixed in the housing, and the other connected to the holder directly or through a gearbox.