RU2492377C1

RU2492377C1 - Chain drive with automatically changed pitch

Info

Publication number: RU2492377C1
Application number: RU2011154019/11A
Authority: RU
Inventors: Владимир Анатольевич Бяков; Сергей Владимирович Котович
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2013-09-10
Also published as: RU2011154019A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: closed multi-link chain of a chain drive is made from odd and even links (2, 3) accordingly. Links are alternately hingedly connected between each other with fingers (4, 5) to outer ledges (6) for engagement with slots on master and slave conical wheels of a variator. The chain is covered with a closed flexible element outside and the second flexible element installed inside the first one. Links (2, 3) are arranged each in the form of a pair of flat stepped cheeks (12) and rigidly connected to each other by flat or cylindrical crosspieces (13), installed on the longitudinal axis of symmetry of the link. Flexible elements are placed as capable of reciprocal displacement in gaps between crosspieces (13) and connecting fingers (4) of chain links.

EFFECT: invention makes it possible to reduce impact dynamic loads in a chain drive with simultaneous increase of torsional rigidity.

5 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к области бесступенчатых механических передач, и может быть использовано в вариаторах и любых других механизмах для плавного регулирования скорости.The invention relates to mechanical engineering, in particular to the field of stepless mechanical gears, and can be used in variators and any other mechanisms for smooth speed control.

Известны фрикционные цепные вариаторы, в которых цепная передача выполнена с пластинчатой цепью в виде звеньев, нанизанных по бокам на две одинаковые параллельно расположенные металлические ленты. При работе устройства передача крутящего момента осуществляется за счет трения клиновидных звеньев цепи с поверхностью конических полушкивов [1]. Подобная конструкция, однако, ограничивает предельно допустимую передаваемую мощность величиной коэффициента трения между взаимодействующими поверхностями шкивов и цепи.Known friction chain variators, in which the chain gear is made with a plate chain in the form of links strung on the sides on two identical parallel metal strips. When the device is operating, torque transmission is carried out due to the friction of the wedge-shaped chain links with the surface of the conical half-cows [1]. Such a design, however, limits the maximum permissible transmitted power to the value of the coefficient of friction between the interacting surfaces of the pulleys and the chain.

Известна наиболее близкая по технической сущности и достигаемому результату к заявленному изобретению, принятая в качестве прототипа цепная передача в составе зубчатого вариатора, который содержит ведущий и ведомый валы, на каждом из которых вращается по паре конических колес, имеющих силовые элементы в виде радиальных прорезей и выполненных с возможностью принудительного взаимосвязанного изменения расстояний между колесами в каждой ведущей и ведомой паре. Передача крутящего момента осуществляется посредством цепной передачи в виде замкнутой шарнирной цепи с зубьями, опоясанной снаружи гибкой металлической лентой [2].Known closest in technical essence and the achieved result to the claimed invention, adopted as a prototype, a chain gear consisting of a gear variator, which contains drive and driven shafts, each of which rotates through a pair of bevel wheels having power elements in the form of radial slots and made with the possibility of forced interconnected changes in the distances between the wheels in each driving and driven pair. Torque transmission is carried out by means of a chain transmission in the form of a closed articulated chain with teeth encircled on the outside by a flexible metal tape [2].

Недостатком конструкции является возможность динамических ударов из-за неопределенности задания данным механизмом, основанным на изменении радиуса кривизны цепи, такого шага, который необходим по условиям зацепления в момент входа в контакт ее силовых пальцев с прорезями конических колес.The design flaw is the possibility of dynamic impacts due to the uncertainty of the task given by this mechanism, based on a change in the radius of curvature of the chain, of such a step, which is necessary according to the engagement conditions when its power fingers come into contact with the slots of the bevel wheels.

Другим недостатком является низкая совместная жесткость на кручение цепи и опоясывающей ее гибкой ленты, что может привести к скручиванию цепи вокруг продольной оси и дополнительному усилению динамических ударов. Кроме того, во избежание ударов звеньев цепи о стык гибкой ленты приходится использовать сплошное металлическое кольцо, что затрудняет его монтаж и демонтаж в вариаторе.Another disadvantage is the low joint torsional stiffness of the chain and the flexible tape encircling it, which can lead to twisting of the chain around the longitudinal axis and additional amplification of dynamic impacts. In addition, in order to avoid impact of chain links on the joint of the flexible tape, it is necessary to use a solid metal ring, which makes it difficult to mount and dismantle it in the variator.

Технической задачей, решаемой изобретением, является снижение ударных динамических нагрузок в цепной передаче в момент соприкосновения силовых элементов цепи при входе в зацепление с коническими колесами вариатора при одновременном повышении жесткости цепи на кручение.The technical problem solved by the invention is the reduction of dynamic shock loads in a chain gear at the moment of contact of the power elements of the chain when it engages with the bevel wheels of the variator while increasing the torsional stiffness of the chain.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что цепная передача с автоматически изменяемым шагом, содержащая замкнутую многозвенную цепь, звенья которой соединены шарнирно посредством соединительных пальцев с двухсторонними внешними выступами для зацепления с силовыми элементами колес вариатора, и, по меньшей мере, один охватывающий цепь снаружи замкнутый гибкий элемент, имеющий возможность смещения в звеньях цепи относительно соединительных пальцев, согласно изобретению передача снабжена вторым гибким элементом, установленным концентрично внутри первого, при этом каждое из звеньев выполнено в виде пары плоских ступенчатых щек, жестко скрепленных между собой поперечинами, расположенными на продольной оси симметрии звена, а каждый из гибких элементов размещен с возможностью поступательного смещения в зазорах между поперечинами и соединительными пальцами звеньев цепи.The solution of the technical problem is achieved by the fact that the chain transmission with automatically variable pitch, containing a closed multi-link chain, the links of which are pivotally connected by connecting fingers with two-sided external protrusions for engagement with the power elements of the variator wheels, and at least one closed circuit enclosing the outside a flexible element having the possibility of displacement in the chain links relative to the connecting fingers, according to the invention, the transmission is equipped with a second flexible element, updated concentrically inside the first, each of the links being made in the form of a pair of flat stepped cheeks rigidly fastened to each other by cross members located on the longitudinal axis of symmetry of the link, and each of the flexible elements is placed with the possibility of translational displacement in the gaps between the cross members and connecting fingers of the chain links .

Решение поставленной технической задачи достигается также тем, что в качестве варианта каждый замкнутый гибкий элемент выполнен в виде упругой металлической ленты.The solution of the technical problem is also achieved by the fact that, as an option, each closed flexible element is made in the form of an elastic metal tape.

Решение поставленной технической задачи достигается также тем, что в другом варианте каждый замкнутый гибкий элемент выполнен в виде разъемного тросика, защищенного оболочкой и соединенного в кольцо полумуфтами с регулировочной стяжкой.The solution of the technical problem is also achieved by the fact that in another embodiment, each closed flexible element is made in the form of a detachable cable protected by a sheath and connected into a ring by half-couplings with an adjusting screed.

Решение поставленной технической задачи достигается также тем, что в частном случае соединительная поперечина каждого из звеньев цепи выполнена плоской.The solution of the technical problem is also achieved by the fact that in the particular case, the connecting cross member of each of the chain links is made flat.

Решение поставленной технической задачи достигается также тем, что в другом частном случае соединительная поперечина каждого из звеньев цепи выполнена цилиндрической.The solution of the technical problem is also achieved by the fact that in another particular case, the connecting cross member of each of the chain links is cylindrical.

Решение поставленной технической задачи становится возможным благодаря тому, что при работе устройства тяговое усилие передается звеньями цепи совместно с концентрично установленными гибкими элементами, выполненными в виде металлических лент или тросиков. Гибкие элементы, устанавливаемые с возможностью их смещения относительно соединительных пальцев, способствуют оперативному изменению шага цепи в момент зацепления с ведомыми и ведущими колесами вариатора за счет углового смещения соседних звеньев друг относительно друга. В итоге автоматически происходит выравнивание между собой шага элементов цепи, входящих в зону взаимодействия с силовыми элементами колеса вариатора, с текущим значением шага самого колеса, что в результате приводит к снижению динамических нагрузок элементов цепной передачи с изменяемым шагом. При этом, применение пары концентрично установленных гибких элементов однозначно позволяет повысить жесткость цепи на кручение по сравнению с единичным гибким элементом.The solution of this technical problem becomes possible due to the fact that during the operation of the device, the traction is transmitted by chain links together with concentrically installed flexible elements made in the form of metal bands or cables. Flexible elements installed with the possibility of their displacement relative to the connecting fingers contribute to the operational change of the chain pitch at the moment of engagement with the driven and drive wheels of the variator due to the angular displacement of adjacent links relative to each other. As a result, the pitch of the chain elements that are part of the zone of interaction with the power elements of the variator wheel automatically aligns with the current value of the pitch of the wheel itself, which results in a decrease in the dynamic loads of the chain drive elements with a variable pitch. Moreover, the use of a pair of concentrically mounted flexible elements unambiguously makes it possible to increase the stiffness of the chain for torsion compared to a single flexible element.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 дана кинематическая схема механизма; на фиг.2 изображен выносной элемент А на фиг.1 с плоскими соединительными поперечинами и ленточными гибкими элементами; на фиг.3 представлен в изометрической проекции фрагмент участка цепи, показанный на фиг.2; на фиг.4 изображены в изометрической проекции элементы цепи, показанной на фиг.2 и 3; на фиг.5 представлены в изометрической проекции четное и нечетное звенья цепи с круглыми поперечинами; на фиг.6 представлен в изометрической проекции фрагмент участка цепи с гибкими металлическими тросиками; на фиг.7 изображены в изометрической проекции элементы цепи, показанной на фиг.6, и на фиг.8 изображен регулировочный стык гибкого тросика.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 is a kinematic diagram of the mechanism; figure 2 shows the remote element A in figure 1 with flat connecting cross-beams and tape flexible elements; figure 3 presents in isometric projection a fragment of a section of the circuit shown in figure 2; figure 4 shows in isometric projection the elements of the circuit shown in figure 2 and 3; figure 5 presents in isometric projection even and odd chain links with round cross members; figure 6 presents in isometric projection a fragment of a section of the chain with flexible metal cables; Fig.7 shows in isometric projection the elements of the circuit shown in Fig.6, and Fig.8 shows the adjustment joint of the flexible cable.

На фиг.1 штрихпунктирными линиями показаны прорези в конических колесах; М и ω - соответственно крутящий момент и частота вращения ведущих конических колес вариатора.Figure 1 dashed lines show the slots in the bevel wheels; M and ω, respectively, the torque and frequency of rotation of the drive bevel wheels of the variator.

Механизм цепной передачи с автоматически изменяемым шагом содержит замкнутую многозвенную цепь 1 (см. фиг.1), составленную из нечетных и четных звеньев 2 и 3, соответственно (см. фиг.2…7). Последние выполнены штампованными и поочередно шарнирно соединены между собой посредством пальцев 4 и 5. При этом пальцы 4 и 5 имеют внешние двухсторонние выступы 6 для зацепления с силовыми элементами в виде прорезей 7 на ведущих и ведомых конических колесах 8 и 9 вариатора. Причем пальцы 5 выполнены укороченными по сравнению с пальцами 4. Взаимосвязанные зазоры в осевом направлении между колесами 8 и 9 каждой пары могут быть принудительно установлены с помощью предназначенного для этого механизма (на черт, не показан). В состав цепной передачи входит охватывающий цепь 1 снаружи замкнутый гибкий элемент, выполненный, например, в виде упругой металлической ленты 10, имеющей возможность смещения в звеньях цепи относительно соединительных пальцев. Согласно изобретению цепная передача снабжена вторым гибким элементом, выполненным также в виде упругой металлической ленты 11, которая установлена концентрично в качестве внутренней относительно первой ленты 10. Ленты 10 и 11 установлены с зазором и имеют возможность смещения относительно пальцев 4 и 5. При этом каждое из звеньев 2 и 3 выполнено в виде пары плоских, ступенчатых щек 12, жестко скрепленных между собой поперечинами 13, выполненными либо плоскими, либо цилиндрическими, и расположенными на продольной оси симметрии каждого звена 2 и 3 (см. фиг.2). Наружный гибкий элемент, а именно, лента 10, размещен с возможностью поступательного смещения в зазорах между поперечинами 13 звеньев цепи и удлиненными соединительными пальцами 4, а внутренний элемент - лента 11, размещен в аналогичных зазорах между теми же поперечинами 13 и укороченными пальцами 5. Пальцы 4 и 5 закреплены на звеньях цепи 2 и 3 при помощи фиксаторов 14 (см. фиг.3, 4 и 5).The chain transmission mechanism with automatically variable pitch contains a closed multi-link chain 1 (see figure 1), composed of odd and even links 2 and 3, respectively (see figure 2 ... 7). The latter are stamped and alternately pivotally interconnected by means of fingers 4 and 5. The fingers 4 and 5 have external two-sided projections 6 for engagement with power elements in the form of slots 7 on the drive and driven bevel wheels 8 and 9 of the variator. Moreover, the fingers 5 are made shorter compared to the fingers 4. The interconnected axial clearance between the wheels 8 and 9 of each pair can be forcedly set using the mechanism intended for this (to hell, not shown). The chain gear includes a closed flexible element enclosing the chain 1 from the outside, made, for example, in the form of an elastic metal tape 10, which can be displaced in the chain links relative to the connecting fingers. According to the invention, the chain gear is provided with a second flexible element, also made in the form of an elastic metal tape 11, which is mounted concentrically as internal relative to the first tape 10. The tapes 10 and 11 are installed with a gap and can be displaced relative to the fingers 4 and 5. In addition, each of links 2 and 3 is made in the form of a pair of flat, stepped cheeks 12, rigidly fastened to each other by cross members 13, made either flat or cylindrical, and located on the longitudinal axis of symmetry of each link 2 and 3 ( see figure 2). The outer flexible element, namely, the tape 10, is placed with the possibility of translational displacement in the gaps between the cross members 13 of the chain links and the elongated connecting fingers 4, and the inner element is the tape 11, placed in similar gaps between the same cross members 13 and the shortened fingers 5. Fingers 4 and 5 are fixed on the links of the chain 2 and 3 using the clips 14 (see Fig. 3, 4 and 5).

В другом варианте механизма (см. фиг.6…8) в качестве гибких элементов могут быть использованы разъемные металлические тросики 15 и 16, защищенные оболочкой 17, имеющие на концах соединительные полумуфты 18, с помощью которых тросики 15 и 16 могут быть соединены в кольцо, причем полумуфты 18 снабжены стяжками 19, вворачиваемыми в полумуфты 18. Стяжка 19 с правой и левой резьбой фиксируется, например, при помощи клея или контргайки 20, закрепляемой от раскручивания при помощи «холодной» сварки 21 после получения оптимальной длины настраиваемого тросика. Наружный металлический тросик 16 ограничивается в поперечном перемещении втулками 22, которые размещены в зазорах между щеками 12 и данным тросиком на удлиненных пальцах 4, при этом, поперечины 13 звеньев цепи могут быть выполнены либо плоскими (см. фиг.3 и 4), либо цилиндрическими (см. фиг.5).In another embodiment of the mechanism (see FIGS. 6 ... 8), flexible metal cables 15 and 16, protected by a sheath 17, having coupling halves 18 at the ends, with which the cables 15 and 16 can be connected into a ring, can be used moreover, the coupling halves 18 are equipped with couplers 19 screwed into the coupling halves 18. The coupler 19 with the right and left threads is fixed, for example, with glue or a lock nut 20, which is secured from untwisting by means of "cold" welding 21 after obtaining the optimal length of the adjustable cable. The outer metal cable 16 is limited in lateral movement by bushings 22, which are placed in the gaps between the cheeks 12 and this cable on the elongated fingers 4, while the cross members 13 of the chain links can be either flat (see FIGS. 3 and 4) or cylindrical (see figure 5).

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.The work of the proposed device is as follows.

Если передаточное отношение вариатора равно единице, то цепь 1 имеет примерно одинаковый шаг на конических колесах 8 и 9. Увеличение шага между звеньями 2 и 3 цепи 7 под действием приложенной к ней силы тяги ограничивается упругими деформациями гибких элементов, например, в виде металлических лент 10 и 11, которые изгибаются в зазорах между поперечинами 13 и пальцами 4 или 5, соответственно. Крутящий момент от ведущих конических колес 8 на тяговой ветви цепи 1 создает усилие за счет сделанных в колесе прорезей 7 и контактирующих с ними выступов 6 каждого из соединительных пальцев 4 и 5 (см. фиг.3). Тяговое усилие передается звеньями 2 и 3 цепи 1 совместно с гибкими элементами в виде лент 10 и 11 (из-за трения о поперечины 13). Благодаря имеющимся зазорам у гибких элементов 10 и 11, последние не препятствуют оперативному принудительному изменению шага цепи 1 при зацеплении с прорезями 7 ее внешних выступов 6, выполненных как на удлиненных, так и на укороченных пальцах 4 и 5, соответственно.If the variator gear ratio is equal to unity, then chain 1 has approximately the same pitch on the bevel wheels 8 and 9. The increase in the pitch between links 2 and 3 of chain 7 under the action of the traction force applied to it is limited by elastic deformations of flexible elements, for example, in the form of metal bands 10 and 11, which are bent in the gaps between the cross members 13 and the fingers 4 or 5, respectively. The torque from the driving bevel wheels 8 on the traction branch of the chain 1 creates a force due to the slots 7 made in the wheel and the protrusions 6 in contact with each of the connecting fingers 4 and 5 (see FIG. 3). Traction is transmitted by links 2 and 3 of chain 1 together with flexible elements in the form of belts 10 and 11 (due to friction against the cross member 13). Due to the gaps in the flexible elements 10 and 11, the latter do not prevent the operative forced change of the pitch of the chain 1 when engaged with the slots 7 of its outer protrusions 6, made on both elongated and shortened fingers 4 and 5, respectively.

Пусть происходит увеличение передаточного отношения с помощью механизмов управления вариатором (на чертежах не показаны) путем расширения зазора между ведущими коническими колесами 8 и уменьшения его - у ведомых 9. Выдавливание ведомыми колесами 9 пальцев 4 и 5 к периферии ведет к увеличению радиуса и уменьшению кривизны цепи 1 в рабочей области данных колес при одновременном увеличении кривизны цепи в рабочей области ведущих колес 8. В результате одновременного воздействия на пальцы 4 и 5 цепи 1 сил со стороны прорезей 7 в рабочей области колес 8 и 9, а также действия момента сил упругости концентрически расположенных гибких металлических лент 10 и 11 соседние звенья 2 и 3 на ведомых колесах раздвигаются и по той же причине сдвигаются звенья цепи 1 - на ведущих колесах. При этом на свободных участках цепи 1, благодаря ее подвижному креплению относительно гибких металлических лент 10 и 11 (или гибких тросиков 15 и 16 - в другом варианте), происходит плавное изменение шага до значения, необходимого в момент контакта с коническими колесами 8 и 9 вариатора и зависящего от кривизны цепи 1 в рабочих областях. В результате происходит выравнивание между собой шага элемента цепи (см. фиг.2), приближающегося к прорези 7 колеса, с текущим значением шага самого колеса вариатора и поэтому снижаются динамические нагрузки на контактирующие поверхности цепной передачи.Let there be an increase in the gear ratio with the help of the variator control mechanisms (not shown in the drawings) by expanding the clearance between the driving conical wheels 8 and decreasing it in the followers 9. Extruding the driven wheels 9 of fingers 4 and 5 to the periphery leads to an increase in the radius and a decrease in the curvature of the chain 1 in the working area of these wheels while increasing the curvature of the chain in the working area of the driving wheels 8. As a result of the simultaneous action on the fingers 4 and 5 of the chain 1 forces from the side of the slots 7 in the working area of the count 8 and 9, as well as action points elastic forces concentrically arranged flexible metal strips 10 and 11 of adjacent links 2 and 3 at the driven wheels and are moved apart for the same reason shift the chain links 1 - to the drive wheels. At the same time, on free sections of chain 1, due to its movable fastening of relatively flexible metal tapes 10 and 11 (or flexible cables 15 and 16 — in another variant), the step changes smoothly to the value required at the moment of contact with the bevel wheels 8 and 9 of the variator and depending on the curvature of chain 1 in the work areas. As a result, the pitch of the chain element is aligned with each other (see FIG. 2), approaching the slot 7 of the wheel, with the current value of the pitch of the variator wheel itself, and therefore the dynamic loads on the contacting surfaces of the chain drive are reduced.

В результате достигается однозначное соответствие между текущими значениями шага конических колес и звена цепи в момент их входа в зацепление, что снижает динамические нагрузки на цепную передачу с изменяемым шагом. При этом применение гибких тросиков 15 и 16, регулируемых по периметру за счет стяжек 19, упрощает сборку и разборку механизма вариатора, а также регулировочную компенсацию неравномерной вытяжки гибких элементов цепной передачи, возникающую в процессе эксплуатации.As a result, an unambiguous correspondence is achieved between the current pitch values of the bevel wheels and the chain link at the moment of their engagement, which reduces the dynamic loads on the chain gear with a variable pitch. At the same time, the use of flexible cables 15 and 16, adjustable along the perimeter due to the ties 19, simplifies the assembly and disassembly of the variator mechanism, as well as the adjustment compensation for the uneven drawing of the flexible elements of the chain transmission that occurs during operation.

За счет наличия растянутых внутренними силами гибких элементов 10 и 11, окантовывающих цепь 1, обеспечивается дополнительная жесткость на кручение ее участков между колесами вариатора, а также ограничивается зигзагообразное складывание звеньев на свободной ветви.Due to the presence of flexible elements 10 and 11 stretched by internal forces that surround the chain 1, additional torsional rigidity of its sections between the variator wheels is provided, and the zigzag folding of links on the free branch is also limited.

Таким образом, изобретение позволяет снизить ударные динамические нагрузки в цепной передаче в момент соприкосновения силовых элементов цепи и конических колес вариатора за счет возможности изменения шага звена цепи при его входе в зацепление, скорректированного автоматически по текущему значению шага колес при одновременном повышении жесткости цепи на кручение.Thus, the invention allows to reduce shock dynamic loads in a chain gear at the moment of contact between the power elements of the chain and the conic wheels of the variator due to the possibility of changing the pitch of the chain link when it engages, automatically adjusted to the current value of the pitch of the wheels while increasing the torsional stiffness of the chain.

Источники информацииInformation sources

1. Lechner G., Naunheimer Н. Automotive transmissions. Springer, Verlag Berlin Heidelberg, 1999, p.143, fig.6.32b.1. Lechner G., Naunheimer N. Automotive transmissions. Springer, Verlag Berlin Heidelberg, 1999, p. 143, fig. 32.32.

2. Патент РФ №2133393, Мкл. F16H 9/24 от 20.07.99 (прототип).2. RF patent No. 2133393, Mcl. F16H 9/24 from 07.20.99 (prototype).

Claims

1. A chain transmission with automatically variable pitch, comprising a closed multi-link chain, the links of which are pivotally connected by connecting fingers with double-sided external protrusions for engagement with the power elements of the variator wheels, and at least one closed flexible element enclosing the chain from the outside, which can be displaced in the links of the chain relative to the connecting fingers, characterized in that the gear is equipped with a second flexible element mounted concentrically inside the first, each of which enev formed as a pair of stepped flat cheeks, fixedly attached to one another cross members, disposed on the longitudinal axis of symmetry of the link, and each of the flexible elements is arranged to translational offset between the cross members in the clearances and connecting the fingers of the chain links.

2. The chain transmission according to claim 1, characterized in that each closed flexible element is made in the form of an elastic metal tape.

3. The chain drive according to claim 1, characterized in that each closed flexible element is made in the form of a detachable cable protected by a sheath and connected into a ring by half-couplings with an adjusting coupler.

4. Chain transmission according to claims 1 to 3, characterized in that the connecting cross member of each of the chain links is made flat.

5. Chain transmission according to claims 1 to 3, characterized in that the connecting cross member of each of the chain links is cylindrical.