RU2315215C2 - Gear-ball variable speed drive having gear wheels with end teeth - Google Patents

Gear-ball variable speed drive having gear wheels with end teeth Download PDF

Info

Publication number
RU2315215C2
RU2315215C2 RU2005132429/11A RU2005132429A RU2315215C2 RU 2315215 C2 RU2315215 C2 RU 2315215C2 RU 2005132429/11 A RU2005132429/11 A RU 2005132429/11A RU 2005132429 A RU2005132429 A RU 2005132429A RU 2315215 C2 RU2315215 C2 RU 2315215C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gear
motion
teeth
wheels
balls
Prior art date
Application number
RU2005132429/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005132429A (en
Inventor
Альберт Алексеевич Тупицын
Алексей Альбертович Тупицын
Original Assignee
Альберт Алексеевич Тупицын
Алексей Альбертович Тупицын
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Альберт Алексеевич Тупицын, Алексей Альбертович Тупицын filed Critical Альберт Алексеевич Тупицын
Priority to RU2005132429/11A priority Critical patent/RU2315215C2/en
Publication of RU2005132429A publication Critical patent/RU2005132429A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2315215C2 publication Critical patent/RU2315215C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Friction Gearing (AREA)

Abstract

FIELD: machine engineering, possibly mechanisms for changing motion speed without interruption of power transmission process.
SUBSTANCE: gear-ball variable speed drive includes two coaxial gear wheels 1, 4 with end teeth. Set of spherical rolling bodies (balls) is used for transmitting motion from driving gear wheel 1 to driven gear wheel 4. Said balls are free but they are arranged in closed space between teeth of gear wheels, outer and inner rings 7, 8. At rotation of driving wheel lateral surfaces of its teeth provide motion of rolling bodies in circular and axial directions. Balls have different motion paths and motion speeds totally providing rotation motion of some medium called as "third body" for transmitting motion of driving gear wheel to driven gear wheel. Gear ratio depends upon density of said medium that in turn depends upon geometry parameters of gear wheels, diameters and number of rolling bodies and play between teeth of gear wheels. Design of variable speed drive provides possibility of motion of one gear wheel along spines of shaft or on guiding pin along axis.
EFFECT: possibility for varying gear ratio without interrupting power transmission due to using "third body".
6 dwg

Description

Предлагаемое изобретение касается конструкции механизмов, позволяющих изменять скорость движения во время работы без прерывания потока мощности.The present invention relates to the design of mechanisms that allow you to change the speed during operation without interrupting the flow of power.

В приводах многих машин возникает необходимость изменения скоростей движения во время работы. Для этого используются коробки передач (КПП), представляющие собой сложные механизмы. Применение КПП требует отключения главного движения, например, сцеплением в автомобилях или остановкой двигателя в металлорежущих станках и т.д.In the drives of many machines, there is a need to change the speeds during operation. For this, gearboxes (gearboxes) are used, which are complex mechanisms. The use of gearboxes requires disabling the main movement, for example, clutch in cars or stopping the engine in metal cutting machines, etc.

В современных легковых автомобилях используются «коробки-автоматы» - коробки с автоматическим переключением скоростей.In modern cars, automatic transmission boxes are used - boxes with automatic gear changes.

«Коробка-автомат» - сложнейшая техническая система, состоящая из:“Automatic transmission” is a complex technical system, consisting of:

- механической части, содержащей многодисковое сцепление и многоступенчатую планетарную передачу;- a mechanical part comprising a multi-plate clutch and a multi-stage planetary gear;

- гидравлической части, содержащей гидронасос, гидротрансформатор, систему трубопроводов и клапанов;- a hydraulic part containing a hydraulic pump, a torque converter, a piping and valve system;

- блок управления, содержащий систему управления силовой электрикой, электромагнитными клапанами и датчиками.- a control unit comprising a control system for power electrics, electromagnetic valves and sensors.

Стоимость коробки-автомата сопоставима со стоимостью двигателя.The cost of the automatic gearbox is comparable to the cost of the engine.

Пока «коробки-автоматы» удерживают позиции, но отмечена тенденция их отступления перед полуавтоматическими и бесступенчатыми трансмиссиями (вариаторами).While the “automatic boxes” hold their positions, a tendency has been noted for their retreat in front of semi-automatic and continuously variable transmissions (variators).

Специалисты ведущих автомобильных фирм пришли к выводу, что для бесступенчатой трансмиссии из существующих конструкций наиболее приемлема конструкция клиноременного вариатора, имеющего разъемные шкивы, такие, что их половинки расходятся и сходятся, за счет чего ремень работает на разных диаметрах. Однако слабое место клиноременного вариатора - ремень, который проскальзывает и разрушается при больших нагрузках.Specialists from leading automotive companies came to the conclusion that for a continuously variable transmission of existing structures, the most suitable is the design of a V-belt variator with split pulleys such that their halves diverge and converge, due to which the belt works on different diameters. However, the weak point of the V-belt variator is a belt that slips and collapses under heavy loads.

На некоторых моделях автомобилей «Ниссан» и «Ауди» установлены вариаторы, где ремень заменен цепью из стальной ленты и нанизанных на нее трапецеидальных сегментов.On some models of Nissan and Audi cars, CVTs are installed, where the belt is replaced by a chain of steel tape and trapezoidal segments strung on it.

Клиноременный вариатор с обычным ремнем - не очень надежная конструкция, с цепью - более дорогой и сложный в изготовлении, поэтому некоторые фирмы ведут исследования по разработке более надежных и компактных конструкций вариатора. Так, например, немецкая фирма GJT из Альсдорфа заинтересовалась конструкцией вариатора, состоящего из двух металлических конусов и кольца между ними. При перемещении кольца вдоль конусов передаточное отношение изменяется. Конструкция вариатора была запатентована в 1902 г. и только теперь внедряется. Разработчики не раскрыли механизм перемещения кольца и отметили, что конусы и кольцо находятся в жидкости, которая покрывает рабочие поверхности тончайшей легкой пленкой и это дает возможность передавать значительные нагрузки. Состав жидкости также не раскрывается.A V-belt variator with a conventional belt is not a very reliable design, with a chain it is more expensive and difficult to manufacture, so some companies are researching to develop more reliable and compact variator designs. For example, the German company GJT from Alsdorf became interested in the design of a variator consisting of two metal cones and a ring between them. When you move the ring along the cones, the gear ratio changes. The design of the variator was patented in 1902 and is only now being introduced. The developers did not disclose the mechanism for moving the ring and noted that the cones and the ring are in the liquid, which covers the work surfaces with the thinnest light film and this makes it possible to transfer significant loads. The composition of the liquid is also not disclosed.

Предлагаемое техническое решение может служить альтернативой существующим конструкциям вариаторов, применяемых в автостроении и других отраслях машиностроения.The proposed technical solution can serve as an alternative to the existing designs of variators used in automotive and other engineering industries.

Известна механическая передача [1], содержащая ведущее и ведомое колеса с торцовыми зубьями, набор тел качения в виде шариков, размещенных равномерно по окружности в продольных пазах корпуса и ограниченном пространстве между зубьями колес. Известна также передача [2], отличающаяся от [1] тем, что тела качения (шарики) расположены в межзубчатом пространстве свободно. Набор свободных, в пределах замкнутого межзубчатого пространства, сферических тел качения можно представить в виде некой среды - «третьего тела». При вращении ведущего колеса боковая поверхность зубьев заставляет шарики двигаться одновременно в круговом и осевом направлениях. Тела качения имеют различные траектории и скорости движения, в сумме составляющие вращательное движение «третьего тела», передающего движение от ведущего колеса к ведомому.Known mechanical transmission [1], containing the driving and driven wheels with end teeth, a set of rolling bodies in the form of balls placed uniformly around the circumference in the longitudinal grooves of the housing and the limited space between the teeth of the wheels. The transmission [2] is also known, which differs from [1] in that the rolling bodies (balls) are freely located in the interdental space. A set of free, within a closed interdental space, spherical rolling bodies can be represented in the form of a certain medium - the "third body". When the drive wheel rotates, the lateral surface of the teeth causes the balls to move simultaneously in a circular and axial directions. Rolling bodies have different trajectories and speeds, in total, constituting the rotational movement of the "third body", transmitting the movement from the drive wheel to the follower.

В [2] передаточное отношение определяется плотностью «третьего тела», зависящей от геометрических параметров зубчатых колес, диаметров тел качения, их количества и зазора между зубьями колес.In [2], the gear ratio is determined by the density of the “third body”, which depends on the geometric parameters of the gears, the diameters of the rolling elements, their number and the gap between the teeth of the wheels.

Предлагаемая конструкция торцового зубчато-шарикового вариатора предусматривает изменение зазора между зубьями ведущего и ведомого колес во время работы перемещением одного из них вдоль оси передачи.The proposed design of the end gear-ball variator provides for a change in the gap between the teeth of the driving and driven wheels during operation by moving one of them along the transmission axis.

На фиг.1 показана конструктивная схема зубчато-шарикового вариатора.Figure 1 shows a structural diagram of a gear-ball variator.

Ведущее зубчатое колесо 1 расположено на валу 2 таким образом, что возможно перемещение его по шпонке 3 вдоль оси вала 2. Ведомое колесо 4 закреплено на валу 5. Колеса 1 и 4 имеют торцовые зубья и непосредственно между собой не взаимодействуют. Передача движения осуществляется через «третье тело» 6 - набор тел качения сферической формы. Шарики ⌀ 5,6 мм в количестве 250 шт, составляющие «третье тело», находятся в замкнутом пространстве между колесами и кольцами: внутренними 7 и наружными 8. Наружное кольцо 8 может быть заменено стенкой корпуса.The driving gear 1 is located on the shaft 2 so that it can be moved along the key 3 along the axis of the shaft 2. The driven wheel 4 is fixed to the shaft 5. The wheels 1 and 4 have end teeth and do not directly interact with each other. The transmission of motion is carried out through the "third body" 6 - a set of rolling bodies of a spherical shape. Balls ⌀ 5.6 mm in an amount of 250 pieces, constituting the “third body”, are located in a confined space between the wheels and the rings: inner 7 and outer 8. The outer ring 8 can be replaced by a wall of the housing.

Перемещением зубчатого колеса 1 вдоль оси передачи по направляющей шпонке изменяется расстояние s между зубьями колес, при этом изменяются свойства «третьего тела» - его плотность, от которой зависит передаточное отношение.By moving the gear 1 along the transmission axis along the guide key, the distance s between the teeth of the wheels changes, and the properties of the “third body” - its density, on which the gear ratio depends.

Для проверки возможности работы была изготовлена модель вариатора, которую исследовали на специальном стенде (фиг.2).To test the possibility of work, a variator model was made, which was investigated on a special stand (Fig. 2).

Вариатор 9 передает движение от вала двигателя 10 на вал генератора 11. Двигатель и генератор закреплены на салазках 12 и 13. Салазки 12 жестко закреплены в направляющей 14. В модели вариатора перемещение зубчатого колеса осуществляется не по направляющей шпонке (фиг.1), а перемещением салазок 13 вместе с генератором вдоль направляющей с помощью винта 15 (фиг.2).The variator 9 transmits the movement from the shaft of the engine 10 to the shaft of the generator 11. The engine and the generator are fixed on the slide 12 and 13. The slide 12 is rigidly fixed in the guide 14. In the variator model, the gear is not moved along the guide key (Fig. 1), but by movement the slide 13 together with the generator along the guide using the screw 15 (figure 2).

Венцы ведомого и ведущего колес вариатора имеют одинаковые параметры (фиг.3). Число зубьев z=6.The crowns of the driven and drive wheels of the variator have the same parameters (figure 3). The number of teeth is z = 6.

Двигатель, на валу которого помещалось ведущее колесо, имеет частоту вращения 980 об/мин, мощность 0,45 кВт. Ведомое колесо установлено на вал генератора, в качестве которого использован двигатель постоянного тока с независимым возбуждением обмоток. С помощью системы реостатов, включенных в электрическую цепь генератора, на ведомое колесо передачи подавалась нагрузка до 0,4 кВт.The engine, on the shaft of which the driving wheel was placed, has a rotation frequency of 980 rpm, a power of 0.45 kW. The driven wheel is mounted on the generator shaft, which uses a DC motor with independent excitation of the windings. Using a system of rheostats included in the electric circuit of the generator, a load of up to 0.4 kW was applied to the driven transmission wheel.

На фиг.4 показан общий вид стенда для исследования вариатора. На фиг.5 представлены ведущее колесо, закрепленное на валу двигателя и наружное кольцо на ведомом колесе, закрепленном на валу генератора; на фиг.6 - ведомое и ведущее зубчатые колеса и внутреннее кольцо.Figure 4 shows a General view of the stand for the study of the variator. Figure 5 presents the drive wheel mounted on the motor shaft and the outer ring on the driven wheel mounted on the generator shaft; in Fig.6 - driven and driving gears and inner ring.

Исследования на стенде подтвердили способность передачи данной конструкции преобразовывать вращательное движение с любым передаточным отношением, а также возможность изменения скорости без остановки движения (без прерывания потока мощности).Studies at the stand confirmed the ability of the transmission of this design to convert rotational motion with any gear ratio, as well as the ability to change speed without stopping the movement (without interrupting the power flow).

При максимальной плотности (крайнее левое положение генератора) ведущее и ведомое колеса вращаются с одинаковой скоростью (i=1). Уменьшение плотности третьего тела при работающей передаче снижает скорость вращения ведомого колеса до нуля. Скорость вращения колес замерялась тахометром.At maximum density (the leftmost position of the generator), the drive and driven wheels rotate at the same speed (i = 1). A decrease in the density of the third body with the gear running reduces the speed of the driven wheel to zero. The speed of rotation of the wheels was measured by a tachometer.

При установившемся режиме работы (постоянной нагрузке) было установлено постоянство передаточного отношения.Under steady-state operation (constant load), a constant gear ratio was established.

Передаточное отношение вариатора i зависит от плотности «третьего тела», которая определяется расстоянием s (фиг.1) между торцами колес. При заданных геометрических параметрах звеньев вариатора и постоянной мощности возможно аналитическое определение i в зависимости от s.The gear ratio of the variator i depends on the density of the "third body", which is determined by the distance s (Fig. 1) between the ends of the wheels. Given the geometric parameters of the variator links and constant power, an analytical determination of i depending on s is possible.

Возможно построение этих зависимостей в виде тарировочных графиков, замеряя с помощью тахометра числа оборотов ведущего и ведомого колес при различных s.It is possible to construct these dependencies in the form of calibration graphs, measuring with a tachometer the number of revolutions of the driving and driven wheels for various s.

Для заданного коэффициента варьирования и определенной мощности можно найти оптимальные значения диаметров колес, диаметров тел качения и их количество, параметры зубьев (количество, высота, профиль и т.д.).For a given coefficient of variation and a certain power, you can find the optimal values of the diameters of the wheels, the diameters of the rolling elements and their number, tooth parameters (quantity, height, profile, etc.).

Отсутствие в предлагаемой конструкции вариатора непосредственного контакта зубчатых колес не требует высокой точности их изготовления. Технология производства зубчатых колес упрощается за счет сокращения многих технологических операций, требующих специального оборудования. Стоимость тел качения, производимых в условиях массового производства на подшипниковых заводах, весьма невелика.The absence of direct contact of gears in the proposed variator design does not require high precision of their manufacture. The technology of production of gears is simplified by reducing many technological operations that require special equipment. The cost of rolling bodies produced in mass production at bearing factories is very low.

Таким образом, торцовые зубчато-шариковые вариаторы могут быть конкурентоспособными по отношению к вариаторам, выпускаемым как отечественной, так и зарубежной промышленностью.Thus, end gear-ball CVTs can be competitive with CVTs manufactured by both domestic and foreign industry.

Источники информацииInformation sources

1. Авт. свидет. SU 12214180 (Г.И.Измалков). 30.03.1980 г.1. Auth. witness SU 12214180 (G.I. Izmalkov). 03/30/1980

2. Зубчатая передача зацеплением через «третье тело». Заявка № 2003134115/11 (036642) от 24.11.2003.2. Gearing gearing through the "third body". Application No. 2003134115/11 (036642) dated 11.24.2003.

Claims (1)

Зубчатая передача зацеплением через «третье тело», содержащая ведущее и ведомое колеса, имеющие торцовые зубья, набор тел качения сферической формы (шарики), свободно находящихся в ограниченном межзубчатом пространстве, отличающаяся тем, что одно из зубчатых колес имеет возможность осевого перемещения для варьирования передаточного отношения, в том числе без прерывания потока мощности.A gear gearing through the “third body”, containing the drive and driven wheels having end teeth, a set of spherical rolling bodies (balls) freely located in a limited interdental space, characterized in that one of the gears has the possibility of axial movement to vary the gear relationships, including without interrupting the flow of power.
RU2005132429/11A 2005-10-20 2005-10-20 Gear-ball variable speed drive having gear wheels with end teeth RU2315215C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005132429/11A RU2315215C2 (en) 2005-10-20 2005-10-20 Gear-ball variable speed drive having gear wheels with end teeth

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005132429/11A RU2315215C2 (en) 2005-10-20 2005-10-20 Gear-ball variable speed drive having gear wheels with end teeth

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005132429A RU2005132429A (en) 2007-04-27
RU2315215C2 true RU2315215C2 (en) 2008-01-20

Family

ID=38106667

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005132429/11A RU2315215C2 (en) 2005-10-20 2005-10-20 Gear-ball variable speed drive having gear wheels with end teeth

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2315215C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2597432C1 (en) * 2015-03-03 2016-09-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный аграрный университет (ФГБОУ ВПО Волгоградский ГАУ) Device for rotational motion transmission
RU2634061C1 (en) * 2016-07-05 2017-10-23 Дмитрий Алексеевич Решетников Clutch with endless flexible closed friction element in of single-sleeve and two-sleeve drives

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2597432C1 (en) * 2015-03-03 2016-09-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный аграрный университет (ФГБОУ ВПО Волгоградский ГАУ) Device for rotational motion transmission
RU2634061C1 (en) * 2016-07-05 2017-10-23 Дмитрий Алексеевич Решетников Clutch with endless flexible closed friction element in of single-sleeve and two-sleeve drives

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005132429A (en) 2007-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2315215C2 (en) Gear-ball variable speed drive having gear wheels with end teeth
US20140274533A1 (en) Infinitely variable transmission with ivt traction ring controlling assemblies
CN110953311A (en) Gear ring eccentric rotation stepless speed change system
CN204413722U (en) A kind of stepless speed-regulating device of vertical lathe gearbox
WO2014155835A1 (en) Shaft support structure for belt-type stepless transmission
KR101499936B1 (en) Continuously Variable Transmission
EP2716948A1 (en) Universal, high-torque, multi-turn electric drive for shut-off valves used in pipeline transport
Bhatia Basic fundamentals of gear drives
CN211398451U (en) Gear ring eccentric rotation stepless speed change mechanism
KR20190128272A (en) Helical transmission with varying shaft diameter and control method of rotation speed
CN107178591B (en) A kind of stepless transmission
CN110848348A (en) Gear ring eccentric rotation stepless speed change mechanism
EP3779237A1 (en) Differential transmission
CN105485277A (en) Cone type continuously variable transmission provided with reducing belt pulley
CN201083255Y (en) Split belt wheel type belt transmission stepless variable-speed gear
JP2008309229A (en) Stepped shift control device for continuously variable transmission
CN105782359A (en) Transmission system
KR20150054078A (en) Continuously variable transmission
USRE24288E (en) Speed changing device
JP4516134B2 (en) Gear and gear device
RU2542864C1 (en) Variable-speed gear with shifted axes of rotation
CN210440528U (en) Speed reducer with hollow rotating platform
CN116399745B (en) Wear-resisting test equipment for revolving body steel product
RU63007U1 (en) REDUCER-MULTIPLICATOR
US844748A (en) Speed-changing device.

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20091021