RU2523505C2

RU2523505C2 - Disk planetary variator

Info

Publication number: RU2523505C2
Application number: RU2009135207/11D
Authority: RU
Inventors: Нурбей Владимирович Гулиа; Виталий Владимирович Давыдов
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Комбарко"
Priority date: 2009-09-22
Filing date: 2009-09-22
Publication date: 2014-07-20
Also published as: RU2428605C2; RU2009135207A

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to machine building and may be used in transmissions of various machines. The disk planetary variator contains cylindrical part of body (1), external and internal central friction discs (2, 4) and one row of satellites (3) placed between them which satellites are fixed with possibility to rotate and being displaced on slewing arms (9). Each row of variator is made as separate module. The cylindrical part of body (1), the slewing arms (9) and their pins (10), as well as input shaft (5) of each module are made capable to accept connection to them both similar parts of other module and end covers (14, 22) of variator with possibility to draw out of them the output shaft (5), connected with internal friction discs (4) of all modules, and the output shaft (15), connected with carriers (12) of all modules.

EFFECT: invention permits to increase rigidity, strength, kinematical accuracy and coefficient of efficiency variator.

3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано, в частности, в трансмиссиях различных машин.The invention relates to mechanical engineering and can be used, in particular, in transmissions of various machines.

Известны многодисковые вариаторы, включающие внешние и внутренние центральные фрикционные диски, сидящие, соответственно, на вращающемся корпусе вариатора и на его выходном валу, и находящиеся во фрикционном контакте с коническими промежуточными дисками, посаженными на шлицевом валу, закрепленном в подшипниках на водиле (см. Пронин Б.А., Ревков Г.А., Бесступенчатые клиноременные и фрикционные передачи (вариаторы), М., Машиностроение 1980, с.263, рис.154). Схема этого вариатора типично планетарная, однако, она может использоваться и с неподвижным водилом в качестве реверсивной повышающее передачи. Недостатком этой конструкции является высокая нагруженность шлицевого вала, закрепленного на подшипниках в водиле, и воспринимающего крутящий момент, передаваемый одной группой промежуточных дисков, находящихся в контакте, например, с внешними центральными дисками, другой группе дисков, находящихся в контакте с внутренними центральными дисками. Кроме крутящего момента вращающийся шлицевой вал воспринимает изгиб от передачи дисками окружного усилия. Все это вынуждает изготовлять шлицевой вал большого диаметра, что существенно снижает диапазон варьирования передаточного отношения, в большой мере зависящий от меньшего расстояния от зоны контакта промежуточных дисков с центральными до оси вращения конических дисков.Multi-disc variators are known, including external and internal central friction disks, seated, respectively, on the rotating case of the variator and on its output shaft, and in frictional contact with conical intermediate disks mounted on a spline shaft mounted in bearings on the carrier (see Pronin B.A., Revkov G.A., Stepless V-belt and friction gears (variators), M., Mechanical Engineering 1980, p. 263, Fig. 154). The scheme of this variator is typically planetary, however, it can also be used with a stationary carrier as a reverse upshift. The disadvantage of this design is the high load of the spline shaft, mounted on bearings in the carrier, and receiving the torque transmitted by one group of intermediate disks in contact, for example, with external central disks, to another group of disks in contact with internal central disks. In addition to torque, a rotating spline shaft perceives a bend from the transmission of disks of circumferential force. All this forces the manufacture of a large-diameter splined shaft, which significantly reduces the range of variation of the gear ratio, to a large extent depending on the smaller distance from the contact zone of the intermediate disks with the central ones to the axis of rotation of the conical disks.

Конструкция планетарного вариатора по патенту РФ №2140028, 6 F16H 15/50, 1998, автор Н.В. Гулиа, позволила частично устранить этот недостаток, уменьшив практически вдвое число промежуточных дисков - сателлитов, обеспечив одним и тем же дискам контакт и с внешними, и с внутренними центральными дисками. По этому патенту выполнен ряд конструкций, изготовленных и успешно испытанных.The design of the planetary variator according to the patent of the Russian Federation No. 2140028, 6 F16H 15/50, 1998, author N.V. Gulia, partially eliminated this drawback by reducing almost half the number of intermediate disks - satellites, providing the same disks with contact with both external and internal central disks. According to this patent, a number of designs are made, manufactured and successfully tested.

По наличию максимального количества признаков, общих с предлагаемым техническим решением, прототипом целесообразно выбрать конструкцию, выполненную по вышеуказанному патенту и наглядно изложенную в журнале «Вестник машиностроения» №4, 2003 на с.6, рис.3. Это техническое решение включает планетарный многодисковый вариатор, с водилом из двух боковин, соединенных между собой трубчатой деталью, внутри которой с возможностью поворота зафиксирована ось поворотных рычагов, несущих на одних концах подшипники, в которых зафиксирована ось с группой сателлитов на ней, а на других концах - элементы управления, перемещением которых изменяется передаточное отношение вариатора с помощью механизма изменения этого передаточного отношения.By the presence of the maximum number of features common with the proposed technical solution, it is advisable to choose a prototype design made according to the above patent and clearly set forth in the journal "Engineering Bulletin" No. 4, 2003 on p.6, Fig. 3. This technical solution includes a planetary multi-disk variator, with a carrier from two sidewalls, interconnected by a tubular part, inside of which the axis of the pivoting levers, bearing at one ends the bearings, in which the axis is fixed with a group of satellites on it, and at the other ends is fixed - controls, the movement of which changes the gear ratio of the variator using the mechanism for changing this gear ratio.

Недостатком технического решения - прототипа является недостаточная прочность и жесткость вращающейся оси сателлитов, на которой находится группа сателлитов, сжимаемая с боков центральными фрикционными дисками. При высоких скоростях вращения водила, что имеет место при положении осей сателлитов вблизи оси вариатора, ось сателлитов подвергается изгибу, как от радиальных составляющих нажима, так и от центробежных воздействий при вращении. В результате, вращающаяся ось сателлитов изгибается наружу и выходит из строя из-за усталостных нагрузок. Выполнять же ее толстой нецелесообразно, так как это резко снижает диапазон варьирования вариатора и КПД из-за высокого значения минимального передаточного отношения.The disadvantage of the technical solution of the prototype is the lack of strength and rigidity of the rotating axis of the satellites, on which there is a group of satellites, compressed from the sides by the central friction discs. At high speeds of rotation of the carrier, which occurs when the axes of the satellites are close to the axis of the variator, the axis of the satellites undergoes bending, both from the radial components of the pressure and from centrifugal effects during rotation. As a result, the rotating axis of the satellites bends outward and fails due to fatigue loads. Performing it thick is impractical, since this sharply reduces the range of variation of the variator and efficiency due to the high value of the minimum gear ratio.

Задачей изобретения является повышение жесткости, прочности, кинематической точности и КПД вариатора с повышенной несущей способностью за счет того, что вариатор выполнен модульной конструкции, составленной из отдельных однорядных модулей.The objective of the invention is to increase the stiffness, strength, kinematic accuracy and efficiency of the variator with high bearing capacity due to the fact that the variator is made of a modular design, composed of separate single-row modules.

Указанная задача решается тем, что вариатор выполняется как минимум однорядным с механизмом изменения его передаточного отношения, причем каждый ряд вариатора включает цилиндрическую часть корпуса, внешние и внутренние центральные фрикционные диски, первые из которых закреплены на цилиндрической части корпуса, а вторые - на входном валу, и размещенный между ними один ряд сателлитов, зафиксированных с возможностью вращения и осевого смещения на поворотных рычагах, посаженных с возможностью поворота на осях, жестко зафиксированных в водиле, характеризующийся тем, что каждый ряд вариатора выполнен в виде отдельного модуля, причем цилиндрические части корпуса, поворотные рычат и их оси, а также входной вал каждого модуля выполнены с возможностью подсоединения к ним как таких же частей другого модуля, так и торцевых крышек вариатора с возможностью вывода из них входного вала, соединенного с центральными внутренними фрикционными дисками всех модулей, и выходного вала, соединенного с водилами всех модулей.This problem is solved by the fact that the variator is at least one-row with a mechanism for changing its gear ratio, each row of the variator includes a cylindrical part of the housing, external and internal central friction discs, the first of which are mounted on the cylindrical part of the housing, and the second on the input shaft, and placed between them one row of satellites, fixed with the possibility of rotation and axial displacement on the rotary levers, planted with the possibility of rotation on the axes, rigidly fixed in the water ile, characterized in that each row of the variator is made in the form of a separate module, and the cylindrical parts of the housing, rotary growls and their axes, as well as the input shaft of each module are made with the possibility of connecting to them both the same parts of another module and the end caps of the variator with the ability to output from them an input shaft connected to the central internal friction discs of all modules, and an output shaft connected to the carriers of all modules.

Другой особенностью предлагаемого вариатора является то, что входной вал выполнен общим для всех модулей и выходящим из торцевых крышек в одну или обе стороны.Another feature of the proposed variator is that the input shaft is made common to all modules and emerging from the end caps in one or both sides.

Еще одной особенностью предложенного вариатора является то, что механизм изменения передаточного отношения расположен на элементе, связанном с выходным валом вариатора и вращается вместе с ним, а подвижным управляющим звеном он связан с поворотными рычагами примыкающего к нему модуля вариатора.Another feature of the proposed variator is that the mechanism for changing the gear ratio is located on the element connected to the output shaft of the variator and rotates with it, and with a movable control link it is connected with the rotary levers of the variator module adjacent to it.

Благодаря описанным выше особенностям выполнения вариатора обеспечивается технический результат, который состоит в повышении жесткости, прочности, кинематической точности КПД вариатора.Due to the above-described features of the variator, a technical result is achieved, which consists in increasing the rigidity, strength, kinematic accuracy of the efficiency of the variator.

Устройство представлено на чертежах фиг.1 - фиг.4, где на фиг.1 дано сечение А-А по фиг.2, на фиг.2 - сечение Б-Б по фиг.1, на фиг.3 - сечение Б-Б фиг.2 с торцевой крышкой и механизмом изменения передаточного отношения, на фиг.4 - сечение Б-Б фиг.2 вариатора, собранного из двух модулей.The device is presented in the drawings of FIG. 1 to FIG. 4, where FIG. 1 shows a section A-A of FIG. 2, FIG. 2 shows a section B-B of FIG. 1, FIG. 3 shows a section BB figure 2 with the end cap and the mechanism for changing the gear ratio, figure 4 is a section bB figure 2 variator assembled from two modules.

Модуль вариатора (фиг.1, фиг.2) включает цилиндрическую часть корпуса 1, в которой закреплены внешние центральные фрикционные диски 2, контактирующие с сателлитами 3, в качестве не менее 3 в ряду. Сателлиты 3 контактируют также с внутренними центральными фрикционными дисками 4, кинематически связанными с входным валом 5 с передачей крутящего момента, например, шпонкой 6. Сателлиты 3 посажены на осях 7 в подшипники 8, зафиксированные на поворотных рычагах 9, сидящих с возможностью поворота на осях 10, в которых выполнены отверстия 11. Оси 10 жестко посажены в водило 12, с двух торцов охватывающее центральные внутренние фрикционные диски 4. Поворотные рычат 9 выполнены с поводками 13, служащими для их кинематического соединения с механизмами для осуществления их поворота для изменения передаточного отношения модуля вариатора.The CVT module (FIG. 1, FIG. 2) includes the cylindrical part of the housing 1, in which the external central friction discs 2 are in contact with the satellites 3, at least 3 in a row. The satellites 3 are also in contact with the internal central friction discs 4, kinematically connected to the input shaft 5 with the transmission of torque, for example, a key 6. The satellites 3 are mounted on the axles 7 in the bearings 8, fixed on the pivoting arms 9, which are rotatably mounted on the axles 10 in which the holes are made 11. The axles 10 are firmly seated in the carrier 12, from two ends covering the central internal friction discs 4. The rotary growls 9 are made with leashes 13, which serve for their kinematic connection with mechanisms for I am implementing their rotation to change the gear ratio of the CVT module.

На фиг.3 представлена схема модуля вариатора по фиг.2, закрытая с одного из торцов крышкой 14, присоединяющейся к цилиндрической части корпуса 1 модуля, через которую проходят выходной вал 15, соединенные с водилом 12, например, стержнями 16, проходящими через отверстия 11 в осях 10 и закрепленными на элементе, связанном с выходным валом 15, например, резьбой. С выходным валом 15 соединен механизм 17 изменения передаточного отношения модуля, например, шаговый электродвигатель, вращающийся вместе с валом 15 и питаемый извне от токосъемника 18 и щечки с проводом 19. В крышке 14 на подшипнике 20 сидит выходной вал 15. Механизм 17 содержит приводимый управляющий элемент 21, кинематически связанные с поводком 13, управляющим изменением передаточного отношения модуля вариатора. Расчетом и экспериментом показано, что угол поворота поводка 13 не более 30°, и таким образом, поворот поводка вполне укладывается в свободное пространство, образованное водилом и составляющее около 150°.Figure 3 presents a diagram of the variator module of figure 2, closed at one end by a lid 14 connecting to the cylindrical part of the housing 1 of the module through which the output shaft 15 is connected, connected to the carrier 12, for example, rods 16 passing through the holes 11 in the axes 10 and mounted on an element associated with the output shaft 15, for example, by a thread. A mechanism 17 for changing the gear ratio of the module is connected to the output shaft 15, for example, a stepper motor rotating together with the shaft 15 and supplied externally from the current collector 18 and the cheeks with the wire 19. The output shaft 15 sits in the cover 14 on the bearing 20. The mechanism 17 contains an actuating control element 21, kinematically connected with the leash 13, controlling the change in the gear ratio of the variator module. Calculation and experiment showed that the angle of rotation of the lead 13 is not more than 30 °, and thus, the rotation of the lead completely fits into the free space formed by the carrier and is about 150 °.

На фиг.4 представлена схема модульного вариатора, составленного из двух модулей по фиг.2 и закрытого торцевыми крышками с двух торцов. Торцевая крышка 22, как и крышка 14, крепится к цилиндрической части 1 модуля вариатора и в данном исполнении имеет отверстие с подшипником 23 для выхода входного вала 5. Таким образом, на фиг.4 изображена схема модульного вариатора, состоящего из двух модулей, с выходом выходного вала 15 с левого торца, а входного - с правого, хотя валы эти могут иметь выход в любую сторону, и вместе и порознь. Поводки 13 у обоих модулей соединены друг с другом, вал 5 у них общий, а оси 10 соединены стержнями 16 и стянуты, например, резьбой. Водила двух модулей, примыкающих друг к другу, могут быть дополнительно соединены друг с другом, например, болтами, а сами модули могут содержать центрующие посаженные кольца 24. Места выходов валов 15 и 5 из торцевых крышек 14 и 22 уплотнены подшипниками с уплотнениями 20 и 23, либо специальными уплотнениями.Figure 4 presents a diagram of a modular variator made up of two modules of figure 2 and closed with end caps from two ends. The end cover 22, like the cover 14, is attached to the cylindrical part 1 of the variator module and, in this design, has an opening with a bearing 23 for output of the input shaft 5. Thus, Fig. 4 shows a diagram of a modular variator consisting of two modules with an output the output shaft 15 from the left end, and the input from the right, although these shafts can have an exit in any direction, and together separately. The leads 13 of both modules are connected to each other, the shaft 5 is common, and the axes 10 are connected by rods 16 and tightened, for example, by thread. The carriers of two modules adjacent to each other can be additionally connected to each other, for example, by bolts, and the modules themselves can contain centering rings 24. The outlets of the shafts 15 and 5 from the end caps 14 and 22 are sealed with bearings with seals 20 and 23 or special seals.

Работа устройства происходит следующим образом (рассматривается наиболее общий случай работы двухмодульного вариатора по фиг.4).The operation of the device is as follows (the most common case of the two-module variator of FIG. 4 is considered).

Вращение от внешнего источника (например, двигателя (на чертеже не указан)) подается на входной вал 5, который посредством шпонок 6 приводит во вращение внутренние центральные фрикционные диски 4. От них, посредством сателлитов 3, закрепленных на осях 7 в подшипниках 8 на поворотных рычагах 9, сидящих на осях 10 в водило 12, взаимодействующих силой трения с внешними центральными фрикционными дисками 2, закрепленными на корпусе 1, вращение передается на водило 12, соединенное с выходным валом 15. Соединение водил 12 обоих модулей вариатора с выходным валом 15 производится с помощью стержней 16, проходящих через отверстие 11 в осях 10 (см. фиг.1), соединенных с водилами 12 и выходным валом 15 резьбой и головкой на стержнях 16. Таким образом скрепляются с выходным валом 15 и друг с другом водила 12 обоих модулей, кроме того, водила модулей центруются между собой посадочным кольцом 24 и могут быть дополнительно скреплены друг с другом, например, болтами. На фиг.4 изображено исполнение вариатора, когда входной вал 5 и выходной вал 15 выходят наружу соответственно через торцевые крышки 22 и 14, но в принципе и входной 5 и выходной 15 валы могут быть выполнены выходящими в любую из торцевых сторон. Регулировка передач очного отношения вариатора производится механизмом 17, например, шаговым электродвигателем, установленным на валу и вращающемся вместе с ним, питаемым от токосъемника 18 и щетки с проводом 19. Механизм 17 через управляющий элемент 21 и поводки 13 поворачивает синхронно на требуемый угол поворотные рычаги 9 всех модулей вариатора, изменяя передаточное отношение вариатора. Входной вал 5 подбирается по длине набора модулей вариатора и вставляется на шпонках 6 в центральные отверстия блоков внутренних центральных фрикционных дисков 4. Корпус 1 модулей и торцевые крышки 14 и 22 к ним скрепляются между собой любым известным способом, например, фланцами с болтами.Rotation from an external source (for example, an engine (not shown in the drawing)) is fed to the input shaft 5, which, through the keys 6, drives the internal central friction discs 4. From them, by means of the satellites 3 mounted on the axles 7 in the bearings 8 on the slewing levers 9, sitting on the axes 10 in the carrier 12, interacting by friction with external central friction discs 2 mounted on the housing 1, the rotation is transmitted to the carrier 12, connected to the output shaft 15. Connection of the carrier 12 of both variator modules with the output scrap 15 is produced using rods 16 passing through the hole 11 in the axes 10 (see Fig. 1), connected to the carriers 12 and the output shaft 15 by a thread and a head on the rods 16. Thus, they are fastened to the output shaft 15 and to each other 12 of both modules, in addition, the carrier modules are centered between each other with the seat ring 24 and can be additionally fastened to each other, for example, by bolts. Figure 4 shows the performance of the variator when the input shaft 5 and the output shaft 15 go out respectively through the end caps 22 and 14, but in principle both the input 5 and output 15 shafts can be made facing any of the end sides. The gears are adjusted in person by a mechanism 17, for example, a stepper motor mounted on a shaft and rotating with it, powered by a current collector 18 and a brush with a wire 19. The mechanism 17, through the control element 21 and the leashes 13, rotates the rotary levers 9 all variator modules by changing the gear ratio of the variator. The input shaft 5 is selected along the length of the set of variator modules and inserted on the dowels 6 into the central holes of the blocks of the inner central friction discs 4. The housing 1 of the modules and the end caps 14 and 22 are fastened to each other by any known method, for example, flanges with bolts.

Claims

1. Disk planetary variator, made at least one-row with a mechanism for changing its gear ratio, each row of the variator includes a cylindrical part of the housing, external and internal central friction disks, the first of which are mounted on the cylindrical part of the housing, and the second on the input shaft, and one row of satellites located between them, fixed with the possibility of rotation and axial displacement on the pivot arms, planted with the possibility of rotation on the axes, rigidly fixed in the carrier, excellent in that each row of the variator is made in the form of a piece-wise module, and the cylindrical parts of the housing, pivoting arms and their axes, and also the input shaft of each module are configured to connect to them both the same parts of another module and the end caps of the variator output from them an input shaft connected to the central internal friction discs of all modules, and an output shaft connected to the carriers of all modules.

2. The variator according to claim 1, characterized in that the input shaft is made common to all modules and exits from the end caps in one or both sides.

3. The variator according to claim 1, characterized in that the mechanism for changing the gear ratio is located on the element connected with the output shaft of the variator and rotates with it, and it is connected with the rotary levers with the rotary levers of the adjacent variator module.