RU2550928C2

RU2550928C2 - Planetary frontal variable-speed drive

Info

Publication number: RU2550928C2
Application number: RU2013118883/11A
Authority: RU
Inventors: Салман Шахботович Евлоев
Original assignee: Салман Шахботович Евлоев
Priority date: 2013-04-23
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2015-05-20
Also published as: RU2013118883A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention refers to machine building, namely, to a friction mechanism for infinitely variable change of driven shaft speed. The drive comprises a casing (1), a carrier (2), driving (3) and support (4) central wheels, two-row planetary pinions with conical gear wheels (5) in the first row and friction rollers (6) of frontal type - in the second row. The friction rollers are clamped between friction disks, the first friction disk (7) is coupled to a gear pinion (10) via a cam clutch (9), then to a driven shaft (12) via an output gear pinion (11), and the second friction disk (8) is coupled to the first one (7) via an intermediate gear pinion (13) freely fit on the carrier. An input shaft (14) is rigidly connected to the driving wheel (3). There is a mechanism to move the friction rollers at a spline shaft (15) by means of lead screws (16) fit on the gear pinions (17) via guides (22). The lead screws pass through the friction rollers (6) with lead nuts (27). Then the gear pinions (17) are coupled to the shaft (21) via a gear pinion block (18, 19), a gear pinion (20), rotation of the shaft can move the friction rollers (6).

EFFECT: small dimensions and increased torque transmission.

3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к конструированию фрикционных передач вращения с бесступенчатым изменением передаточных отношений, и может быть использовано в автомобилестроении и станкостроении.The invention relates to mechanical engineering, namely to the design of friction gears of rotation with stepless change of gear ratios, and can be used in the automotive industry and machine tool industry.

Известны планетарно-фрикционно-зубчатые вариаторы, содержащие корпус, входной и выходной валы, водило с радиальными осями, на которых размещены зубчатые и фрикционные сателлиты. Первые взаимодействуют с центральными колесами, а вторые обжаты фрикционными дисками.Known planetary-friction-gear variators containing a housing, input and output shafts, a carrier with radial axes on which gear and friction satellites are placed. The former interact with the central wheels, and the latter are compressed by friction discs.

Наиболее близким по совокупности признаков является - планетарно-фрикционно-зубчатый вариатор скоростей (а.с. 169964, МПК F16H 38/08, опубликован 17.03.1965 г.).The closest in combination of features is a planetary-friction-gear speed variator (AS 169964, IPC F16H 38/08, published March 17, 1965).

Устройство оснащено двухрядными сателлитами, в первом ряду которых находятся конические зубчатые колеса, во втором ряду - фрикционные ролики лобового типа. Фрикционные ролики зажаты между неподвижным и вращающимся фрикционными дисками. Дополнительный планетарный блок состоит из конических зубчатых колес. Центральные колеса этого блока укреплены одно на подвижном фрикционном диске, другое на вращающемся диске, и по числу осей на конце оси свободно посажены остальные шестерни, связанные с винтами, перемещающими фрикционные ролики, и тем самым регулирующие обороты ведомого вала.The device is equipped with two-row satellites, in the first row of which are bevel gears, in the second row are friction rollers of the frontal type. Friction rollers are sandwiched between the stationary and rotating friction discs. The optional planetary block consists of bevel gears. The central wheels of this block are mounted one on the movable friction disk, the other on a rotating disk, and the remaining gears are freely set according to the number of axles at the end of the axis, connected with the screws that move the friction rollers, and thereby regulate the revolutions of the driven shaft.

У данного прототипа недостаточно диапазона регулирования ведомого вала, а также невысокая нагрузочная способность, на один фрикционный ролик только одна точка пятно-контакта, передающая мощность. Не ясен механизм, регулирующий величину прижимных усилий в местах контакта фрикционных деталей. Водило вращается против вращения ведущего колеса, что в принципе не может вращаться.This prototype does not have enough control range of the driven shaft, as well as low load capacity, for one friction roller there is only one point of the contact spot transmitting power. The mechanism governing the amount of downforce at the contact points of the friction parts is not clear. The carrier rotates against the rotation of the drive wheel, which, in principle, cannot rotate.

Целью настоящего изобретения является расширение диапазона регулирования оборотов ведомого вала от нуля до оборотов ведущего вала, получение нулевых оборотов ведомого вала при вращаюшемся ведушем. Передаточное отношение (i=Nвх/Nвых=Nвх/0=∞) равно бесконечности. Увеличение нагрузочной способности по крайней мере в два раза за счет увеличения числа пятно-контактов в два раза. Дать простой надежный механизм увеличения усилия на точки пятно-контакта пропорционально моменту на ведомом валу.The aim of the present invention is to expand the control range of the revolutions of the driven shaft from zero to revolutions of the drive shaft, obtaining zero revolutions of the driven shaft with a rotating drive. The gear ratio (i = Nin / Nout = Nin / 0 = ∞) is infinite. An increase in load capacity by at least two times due to a twofold increase in the number of spot-contacts. Give a simple reliable mechanism to increase the force on the spot-contact points in proportion to the moment on the driven shaft.

Поставленная цель достигается тем, что вводится второе опорное колесо, жестко связанное с корпусом, а фрикционные диски вращаются в разные стороны. Первый диск связан с выходной шестерней посредством кулачковой муфты с кулачками треугольной формы, а второй фрикционный диск связан с первым через промежуточную шестерню, свободно посаженную на водило.This goal is achieved by introducing a second support wheel, rigidly connected with the housing, and friction discs rotate in different directions. The first disk is connected to the output gear by means of a cam clutch with triangular-shaped cams, and the second friction disk is connected to the first through an intermediate gear, freely mounted on the carrier.

Сателлиты первого ряда - конические зубчатые колеса взаимодействуют с центральными колесами, а сателлиты второго ряда - фрикционные ролики лобового типа зажаты между двумя фрикционными дисками с возможностью перемещаться вдоль водила на шлицевом валу с помощью ходовых винтов, меняя тем самым обороты ведомого вала от нуля до максимального. В момент, когда отношение числа зубьев центрального колеса к числу зубьев сателлита будет равно отношению длины окружности на точке пятно-контакта фрикционного диска к длине окружности фрикционного ролика, один из дисков, связанный с выходной шестерней за раз, и ведомый вал будут стоять, а второй диск в этот момент будет вращаться в два раза быстрее водила. Этот момент называем моментом нулевых оборотов. В зависимости от диаметра фрикционных роликов пятно-контакта с нулевыми оборотами может находиться ближе к оси, в середине или на периферии фрикционного диска. Когда пятно-контакта с нулевыми оборотами находится ближе к оси, здесь вариатор в целом будет уже, если в середине диска, то вариатор будет реверсивным и при перемещении фрикционных роликов к центру или к периферии ведомый вал будет вращаться в разные стороны при вращающемся ведущем вале в одну сторону. Более предпочтительным является, когда пятно-контакта с нулевыми оборотами находится на периферии. Здесь радиус до пятно-контакта на фрикционном диске больше, легче развивать больший момент на ведомом валу, а обороты ведомого вала будут увеличиваться от нуля до максимальных по мере перемещения фрикционных роликов от периферии к центру фрикционного диска. Чтобы фрикционные ролики не проскальзывали и чтобы передать максимальную мощность, предусмотрена муфта с кулачками треугольной формы. При приложении момента на ведомый вал полумуфточки делают угловое смещение относительно друг друга, зараз давят и в осевом направлении, сжимая фрикционные диски и ролики внутри корпуса, пропорционально приложенному моменту. Во время отсутствия момента на ведомом валу это сжатие производится слабой пружиной, не сильно сжимая фрикционные диски и ролики.The satellites of the first row - bevel gears interact with the central wheels, and the satellites of the second row - frontal friction rollers are sandwiched between two friction disks with the ability to move along the carrier on the spline shaft using spindles, thereby changing the speed of the driven shaft from zero to maximum. At the moment when the ratio of the number of teeth of the central wheel to the number of teeth of the satellite is equal to the ratio of the circumference at the point of contact of the friction disk to the circumference of the friction roller, one of the disks connected to the output gear at a time and the driven shaft will stand, and the second the disk at this moment will rotate twice as fast as the carrier. This moment is called the moment of zero revolutions. Depending on the diameter of the friction rollers, the contact spot with zero revolutions may be closer to the axis, in the middle or on the periphery of the friction disk. When the contact spot with zero revolutions is closer to the axis, here the variator as a whole will be narrower, if in the middle of the disk, the variator will be reversible and when the friction rollers move to the center or to the periphery, the driven shaft will rotate in different directions when the drive shaft rotates in one side. It is more preferable when the spot-contact with zero revolutions is on the periphery. Here, the radius to the contact spot on the friction disk is larger, it is easier to develop a larger moment on the driven shaft, and the speed of the driven shaft will increase from zero to maximum as the friction rollers move from the periphery to the center of the friction disk. To prevent friction rollers from slipping and to transmit maximum power, a triangular-shaped clutch is provided. When a moment is applied to the driven shaft, the half-couplings make an angular displacement relative to each other, they also press in the axial direction at the same time, compressing the friction discs and rollers inside the housing, in proportion to the applied moment. When there is no moment on the driven shaft, this compression is done by a weak spring, not compressing the friction discs and rollers very much.

Вариатор содержит корпус 1, водило 2, ведущее 3 и опорное 4 центральные колеса. Двухрядные сателлиты, в первом ряду - конические зубчатые колеса 5, во втором ряду - фрикционные ролики лобового типа 6. Фрикционные ролики зажаты между двумя фрикционными дисками, первый из которых 7 связан через кулачковую муфту 9 шестерней 10 далее через выходную шестерню 11 на ведомый вал 12, а второй фрикционный диск 8 связан с первым через промежуточную шестерню 13, свободно посаженную на водило. Ведущий вал 14 жестко связан с ведущим колесом 3. Фрикционные ролики 6 имеют шлицевое соединение с валиком 15 и могут перемещаться между фрикционными дисками на валу 15 с помощью ходовых винтов 16, которые в свою очередь посажены на шестерни 17, проходя сквозь направляющее 22, закрепленное на шлицевом валу 15 и вращающееся вместе с валом. Ходовые винты проходят сквозь фрикционные ролики с ходовыми гайками 27, закрепленными на этих же роликах. Шестерни 17 через блок шестерен 18 и 19 выходят на шестерню 20 и связанный с ней вал 21, вращая который можно вращать ходовые винты 16, перемещая тем самым фрикционные ролики 6, в положении неработающего или работающего вариатора без нагрузки.The variator contains a housing 1, a carrier 2, a driving 3 and a supporting 4 central wheels. Two-row satellites, in the first row - bevel gears 5, in the second row - friction rollers of the frontal type 6. Friction rollers are sandwiched between two friction disks, the first of which 7 is connected via a cam clutch 9 to the gear 10 then through the output gear 11 to the driven shaft 12 and the second friction disk 8 is connected to the first through an intermediate gear 13 freely set on the carrier. The drive shaft 14 is rigidly connected to the drive wheel 3. The friction rollers 6 have a spline connection with the roller 15 and can be moved between the friction disks on the shaft 15 using the spindles 16, which in turn are mounted on the gears 17, passing through the guide 22 mounted on spline shaft 15 and rotating with the shaft. The lead screws pass through the friction rollers with the lead nuts 27 mounted on the same rollers. Gears 17 through gear block 18 and 19 go to gear 20 and the shaft 21 connected to it, rotating which the spindle screws 16 can be rotated, thereby moving the friction rollers 6, in the idle or working variator position without load.

Отношение числа зубьев опорного колеса 4 к числу зубьев сателлита 5 равно отношению числа зубьев блок шестерни 19, ее конической части, к числу зубьев блока шестерни 18. А потому угловая скорость блок шестерни 18 равна угловой скорости сателлита 5. В зависимости от назначения на вал 21 может быть установлено тормозное устройство и отсчетное устройство, показывающее обороты ведомого вала, а также привод может быть от руки или от двигателя.The ratio of the number of teeth of the support wheel 4 to the number of teeth of the satellite 5 is equal to the ratio of the number of teeth of the gear block 19, its conical part, to the number of teeth of the gear block 18. Therefore, the angular speed of the gear block 18 is equal to the angular speed of the gear 5. Depending on the purpose of the shaft 21 a braking device and a reading device showing the revolutions of the driven shaft can be installed, as well as the drive can be by hand or from the engine.

На фиг.1 приведена кинематическая схема вариатора с тремя осями с сателлитами и тремя промежуточными шестернями, установленными на отдельных осях между сателлитами.Figure 1 shows the kinematic diagram of the variator with three axles with satellites and three intermediate gears mounted on separate axes between the satellites.

На фиг.2 приведена кинематическая схема вариатора с четырьмя осями, сателлитами и четырьмя промежуточными шестернями, посаженными на осях свободно с сателлитами.Figure 2 shows the kinematic diagram of the variator with four axles, satellites and four intermediate gears, mounted on the axles freely with satellites.

На фиг.3 показана кулачковая муфта в развернутом виде.Figure 3 shows the cam clutch in the expanded form.

Вариатор работает следующим образом. При вращении входного вала 14 с ведущим центральным колесом 3 сателлиты начинают перекатываться по неподвижному центральному опорному колесу 4, вовлекая за собой водило 2 с его радиальными осями 15 и сателлитами 5 и 6. Водило вращается в направлении вращения ведущего колеса 3. Сателлиты 6 или фрикционные ролики 6, вращаясь между двумя фрикционными дисками 7 и 8, вращают их в разные стороны с одинаковой угловой скоростью относительно водила 2. Само водило вращается на подшипниковых опорах 24, что крепится за корпус 1 через стойку 25. Когда скорость диска 7 относительно водила равна скорости водила относительно корпуса, тогда фрикционный диск 7 стоит по отношению к корпусу 1 и ведомый вал 12 не вращается, а второй фрикционный диск 8 в этот момент вращается в два раза быстрее водила. Соответствует это моменту, когда Z4/Z5=R7/R6, где Z4 и Z5 - число зубьев опорного колеса и сателлита, а R7 и R6 - радиусы фрикционного диска на точке пятно-контакта и фрикционного ролика соответственно. Вращая вал 21 вручную или с помощью двигателя, системы шестерен 20, 19, 18, 17, ходовых винтов 16 перемещают фрикционные ролики 6 вдоль вала 15, изменяя радиус пятен-контактов на фрикционных дисках 7 и 8 и регулируя тем самым обороты ведомого вала 12 от нуля до максимальных.The variator works as follows. When the input shaft 14 is rotated with the driving central wheel 3, the satellites begin to roll along the fixed central support wheel 4, involving the carrier 2 with its radial axes 15 and satellites 5 and 6. The carrier rotates in the direction of rotation of the driving wheel 3. Satellites 6 or friction rollers 6, rotating between two friction discs 7 and 8, rotate them in different directions with the same angular velocity relative to the carrier 2. The carrier itself rotates on the bearing bearings 24, which is attached to the housing 1 through the rack 25. When the speed di ka 7 relative to the carrier is equal to the speed of the carrier relative to the housing, while the friction disc 7 is worth in relation to the housing 1 and the output shaft 12 does not rotate, and the second friction disc 8 at this time rotates twice as fast as the carrier. This corresponds to the moment when Z4 / Z5 = R7 / R6, where Z4 and Z5 are the number of teeth of the support wheel and satellite, and R7 and R6 are the radii of the friction disk at the spot-contact point and the friction roller, respectively. Rotating the shaft 21 manually or using an engine, a system of gears 20, 19, 18, 17, spindles 16 move the friction rollers 6 along the shaft 15, changing the radius of the contact spots on the friction discs 7 and 8 and thereby controlling the speed of the driven shaft 12 from zero to maximum.

Приведенный частный случай, когда фрикционные ролики 6 находятся на периферии фрикционных дисков 7 и 8, при этом диск 7, а также вал 12 будут иметь нулевые обороты. По мере перемещения фрикционных роликов 6 к центру, уменьшая радиус пятен-контактов, скорость вращения фрикционных дисков 7 и 8 увеличивается. Когда радиус пятен-контактов уменьшится до минимального, скорость вращения ведомого вала 12 будет максимальной. Максимальная скорость ведомого вала 12 зависит еще от передаточных отношений колес 10 и 11.The particular case when the friction rollers 6 are located on the periphery of the friction discs 7 and 8, the disk 7, as well as the shaft 12 will have zero speed. As the friction rollers 6 move to the center, decreasing the radius of the contact spots, the rotation speed of the friction discs 7 and 8 increases. When the radius of the spots of contacts is reduced to a minimum, the rotation speed of the driven shaft 12 will be maximum. The maximum speed of the driven shaft 12 also depends on the gear ratios of the wheels 10 and 11.

На приведенной схеме кулачковой муфты (фиг.3) показан угол α, если угол будет большим, то осевое усилие может быть слишком большим и может разрушить вариатор, если маленьким, то осевого усилия может не хватать для достаточного сжатия фрикционных дисков и роликов, а потому угол α необходимо подобрать опытным путем между 80-120 градусов. Число осей с сателлитами должно быть два и более, оптимально три или четыре.In the above diagram of the cam clutch (Fig. 3), the angle α is shown, if the angle is large, then the axial force may be too large and may destroy the variator, if small, then the axial force may not be enough to compress the friction discs and rollers sufficiently, and therefore the angle α must be selected empirically between 80-120 degrees. The number of axles with satellites should be two or more, optimally three or four.

Применение данного вариатора в станкостроении сулит определенные выгоды благодаря диапазону регулирования ведомого вала от нуля до оборотов ведущего вала и более, или даже реверса ведомого вала. Большое число пятен-контактов, на которых прикладывается сжимающее усилие, пропорционально моменту на ведомом валу. Может найти применение в транспортном машиностроении в качестве бесступенчатой коробки передач автомобилей.The use of this variator in machine tool building promises certain benefits due to the range of adjustment of the driven shaft from zero to revolutions of the drive shaft and more, or even the reverse of the driven shaft. A large number of contact spots on which a compressive force is applied is proportional to the moment on the driven shaft. It can be used in transport engineering as a continuously variable gearbox for cars.

Claims

A planetary-frontal variator containing a central wheel, a carrier with radial axes, two-row satellites in which the second row is formed by friction rollers of the frontal type with the ability to move along the carrier between friction pressure discs, as well as a mechanism for moving friction rollers, characterized in that in order to increase a range of gear ratios and an increase in load capacity, a second supporting central wheel is introduced, and friction discs rotate in different directions, the first of which is through the coula a triangular-shaped check clutch is connected to the driven shaft, and the second friction disk is connected to the first via an intermediate gear, freely mounted on the carrier.