RU2711843C1

RU2711843C1 - Continuously variator

Info

Publication number: RU2711843C1
Application number: RU2019116379A
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Набоков
Original assignee: Сергей Владимирович Набоков
Priority date: 2019-05-28
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2020-01-22

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: invention relates to machine building and can be used as stealth transmission of vehicles. Essence of the invention consists in that the stepless variator is developed, characterized by that the driving and driven pulleys with variable diameter, covered with belt or chain, wherein pulleys and belt-chain have contacting elements in the form of ratchet gear consisting of cams arranged on pulleys of pulleys and toothed belt or chain, at the same time pawls on cams of driven pulley are installed opposite to pawls on driving pulley.EFFECT: when implementing the disclosed solution, the following technical results can be obtained, namely: implementation of continuously variable torque transmission without use of friction forces, high transmitted power, at operation of the variator, the gear ratio is not violated, as the belt or chain does not slip relative to the pulleys, as well as it will be possible to change the gear ratio both at rotating pulleys, and in case they do not rotate.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве бесступенчатой трансмиссии транспортных средств.The invention relates to mechanical engineering and can be used as a continuously variable transmission vehicles.

Известен клиноременный вариатор, где два равных круглых конических шкива вращаются вокруг неподвижной оси, и могут сближаться или удаляться друг от друга вдоль оси. Такие же равные конические шкивы вращаются и скользят вокруг и вдоль другой неподвижной оси. Гибкое звено в форме жестко-упругого клиноременного звена охватывает шкивы. Раздвижению шкивов должно соответствовать определенное сближение конусов и наоборот. Передаточное отношение переменное и зависит от положения шкивов. Таким образом, механизм может осуществлять бесступенчатое изменение передаточного отношения. [Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике. В 7 томах. – Том 4. - Кулачковые и фрикционные механизмы. Механизмы с гибкими звеньями. – М.: Издательство «Наука» главная редакция физико-математической литературы, 1975. – с. 447.]A V-belt variator is known, where two equal round conical pulleys rotate around a fixed axis, and can approach or move away from each other along the axis. Equal conical pulleys rotate and slide around and along another fixed axis. A flexible link in the form of a rigid-elastic V-belt link covers pulleys. The pulley extension must correspond to a certain convergence of the cones and vice versa. The gear ratio is variable and depends on the position of the pulleys. Thus, the mechanism can implement a stepless change in the gear ratio. [Artobolevsky I.I. Mechanisms in modern technology. In 7 volumes. - Volume 4. - Cam and friction mechanisms. Mechanisms with flexible links. - M .: Publishing house "Science" the main edition of the physical and mathematical literature, 1975. - p. 447.]

Известен способ преобразования крутящего момента, предусматривающий его передачу посредством ремня от ведущего шкива ведомому шкиву, по меньшей мере один из которых образован подвижными элементами, установленными с возможностью изменения радиуса охватываемой ремнем поверхности, отличающийся тем, что подвижные элементы выполнены прямолинейными, образующими поверхность однополостного гиперболоида вращения, а изменение радиуса охватываемой ремнем поверхности осуществляют путем изменения угла наклона подвижных элементов к плоскости расположения ремня. [патент РФ № 2124155, кл. F16Н9/16, опубл. 27.12.1998, Бюл. №18-2004]. A known method of converting torque, providing for its transmission by means of a belt from the driving pulley to the driven pulley, at least one of which is formed by movable elements installed with the possibility of changing the radius of the surface covered by the belt, characterized in that the movable elements are made rectilinear, forming the surface of a single-cavity rotation hyperboloid and a change in the radius of the surface covered by the belt is carried out by changing the angle of inclination of the moving elements to the plane belt arrangement. [RF patent No. 2124155, cl. F16H9 / 16, publ. 12/27/1998, Bull. No. 18-2004].

Общим для данных и аналогичных им устройств являются то, что передача крутящего момента происходит за счет сил трения, которые возникают между шкивами и ремнем. Поэтому они имеют и общие недостатки, а именно:Common to data and similar devices is that the transmission of torque occurs due to the friction forces that arise between the pulleys and the belt. Therefore, they have common disadvantages, namely:

1. Ограниченная передаваемая мощность.1. Limited transmitted power.

2. Значительные силы, действующие на валы и опоры. 2. Significant forces acting on the shafts and bearings.

3. Повышенный износ ремня.3. Increased belt wear.

4. Нарушение передаточного отношения вследствие проскальзывания ремня относительно шкивов при повышенной нагрузке.4. Violation of the gear ratio due to slippage of the belt relative to the pulleys at high load.

5. Практически невозможность менять передаточное отношение в том случае, если шкивы не вращаются, или вращаются с очень небольшой скоростью. Это связано с тем, что при увеличении или уменьшении диаметра шкива меняется величина пятна контакта шкива с ремнем, при этом ремень вынужден проскальзывать относительно шкива, т.е. преодолевать силу трения, за счет которой передается крутящий момент.5. It is almost impossible to change the gear ratio if the pulleys do not rotate, or rotate at a very low speed. This is due to the fact that when the diameter of the pulley increases or decreases, the contact spot of the pulley with the belt changes, while the belt is forced to slip relative to the pulley, i.e. to overcome the frictional force due to which the torque is transmitted.

Известен также, выбранный в качестве ближайшего аналога (прототип), ремень для вариатора с приводными кольцами, включающий негибкое первое приводное кольцо, негибкое второе приводное кольцо, замкнутый гибкий приводной элемент, натянутый между первым приводным кольцом и вторым приводным кольцом на внешней поверхности первого приводного кольца и внешней поверхности второго приводного кольца, первую втулку, установленную вокруг внешней поверхности первого приводного кольца, причем первая втулка имеет скользящее зацепление с первым приводным кольцом и нескользящее зацепление со вторым приводным кольцом, вторую втулку, установленную вокруг внешней поверхности второго приводного кольца, причем вторая втулка имеет скользящее зацепление со вторым приводным кольцом и нескользящее зацепление с первым приводным кольцом, при этом первое приводное кольцо выполнено с возможностью взаимодействия с первым шкивом переменного диаметра, имеющим щеки, причем щеки названного первого шкива переменного диаметра подвижны в осевом направлении относительно друг друга и второе приводное кольцо выполнено с возможностью взаимодействия со вторым шкивом переменного диаметра, имеющим щеки, причем щеки названного второго шкива переменного диаметра подвижны в осевом направлении относительно друг друга [патент РФ № 2247272, кл. F16Н9/00, F16Н9/12, F16Н55/56, опубл. 27.02.2005, Бюл. № 6].Also known, chosen as the closest analogue (prototype), a belt for a CVT with drive rings, including an inflexible first drive ring, an inflexible second drive ring, a closed flexible drive element, tensioned between the first drive ring and the second drive ring on the outer surface of the first drive ring and the outer surface of the second drive ring, the first sleeve mounted around the outer surface of the first drive ring, and the first sleeve has a sliding engagement with the first one ring and non-slip engagement with the second drive ring, a second sleeve mounted around the outer surface of the second drive ring, the second sleeve having sliding engagement with the second drive ring and non-slip engagement with the first drive ring, while the first drive ring is configured to interact with the first a pulley of variable diameter having cheeks, the cheeks of said first pulley of variable diameter are axially movable relative to each other and the second drive e ring is adapted to engage with a second variable diameter pulley having cheeks, wherein the cheeks of said second variable diameter pulley is axially movable relative to each other [RF patent № 2247272, cl. F16H9 / 00, F16H9 / 12, F16H55 / 56, publ. 02/27/2005, Bull. No. 6].

Основное техническое решение описанного устройства заключается в том, что передача мощности происходит в месте контакта приводного кольца со щеками шкивов, а не между гибким ремнем и щеками. Отказы ремня, вызванные перегревом и трением, значительно снижены. Достоинством является так же и то, что, когда ремень и приводные кольца имеют зубчатый профиль, они не проскальзывают относительно друг друга. The main technical solution of the described device is that power transfer occurs at the contact point of the drive ring with the pulley cheeks, and not between the flexible belt and the cheeks. Belt failures caused by overheating and friction are significantly reduced. An advantage is that when the belt and drive rings have a toothed profile, they do not slip relative to each other.

Заявляемое изобретение и прототип имеют следующие общие технические признаки: Ремень (цепь) предающий крутящий момент между ведущим и ведомым шкивами имеет зубчатый профиль исключающий проскальзывание между ним и приводными кольцами (у прототипа) и между ним и кулачками (у заявляемого изобретения). Конструкция заявляемого изобретения и прототипа, так же позволяет увеличить срок службы ремня (цепи), так как при работе вариатора в том и другом случае отсутствуют поперечные или сжимающие усилия. У заявляемого изобретения в них нет необходимости, а у прототипа эти усилия воспринимаются приводными кольцами.The claimed invention and the prototype have the following common technical features: The belt (chain), the transmitting torque between the drive and driven pulleys, has a toothed profile preventing slipping between it and the drive rings (of the prototype) and between it and the cams (of the claimed invention). The design of the claimed invention and the prototype also allows to increase the service life of the belt (chain), since when the variator is in this case, there are no transverse or compressive forces. The claimed invention does not need them, and the prototype of these efforts are perceived drive rings.

Заявляемое изобретение отличается от прототипа тем, что у него отсутствуют приводные кольца, которые являются переходными элементами между ремнем (цепью) и шкивами. Основное отличие, так же в том, что передача крутящего момента между шкивами происходит не за счет сил трения, а за счет контактирующих между собой элементов шкивов и ремня (цепи), представляющих собой храповое зацепление. The claimed invention differs from the prototype in that it lacks drive rings, which are transition elements between the belt (chain) and pulleys. The main difference is also that the transmission of torque between the pulleys does not occur due to friction, but due to the contacting elements of the pulleys and the belt (chain), which are ratchet gears.

Недостатком прототипа является то, что передача крутящего момента происходит за счет сил трения и есть вероятность проскальзывания приводных колец относительно шкивов. Это ограничивает величину передаваемого крутящего момента. Отличие от других аналогов в том, что силы трения возникают не между шкивами и ремнем, а между шкивами и приводными кольцами. The disadvantage of the prototype is that the transmission of torque occurs due to friction and there is a possibility of slipping of the drive rings relative to the pulleys. This limits the amount of transmitted torque. The difference from other analogues is that friction forces arise not between the pulleys and the belt, but between the pulleys and the drive rings.

Задача, заявленного технического решения, заключается в разработке вариатора для бесступенчатого изменения передаточного отношения между ведущим и ведомым шкивами с высокой передаваемой мощностью, без нарушения передаточного отношения вследствие проскальзывания ремня (цепи) относительно шкивов, с возможностью менять передаточное отношение, как при вращающихся шкивах, так и в том случае если они не вращаются.The objective of the claimed technical solution is to develop a variator for steplessly changing the gear ratio between the driving and driven pulleys with high transmitted power, without disrupting the gear ratio due to slipping of the belt (chain) relative to the pulleys, with the ability to change the gear ratio, as with rotating pulleys, and if they do not rotate.

Данная задача достигается за счет того, что ведущий и ведомый валы имеют шкивы с изменяющимся диаметром, охваченные ремнем (цепью), при этом контактирующие между собой элементы шкивов и ремня (цепи), представляют собой храповое зацепление, которое не допускает проскальзывание ремня (цепи) относительно шкивов, и позволяет изменять диаметр шкивов, как при их вращении, так и в том случае если они не вращаются.This task is achieved due to the fact that the drive and driven shafts have pulleys with a varying diameter, covered by a belt (chain), while the pulley and belt (chain) elements in contact, are ratchet gear that prevents the belt (chain) from slipping. relative to the pulleys, and allows you to change the diameter of the pulleys, both during their rotation, and in the event that they do not rotate.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного конструктивного исполнения.The essence of the technical solution is illustrated by an example of a specific design.

Вариатор состоит из ведущего и ведомого шкивов, охваченных ремнем (цепью) 9. Шкивы состоят из наклонных стержней 1, которые придают им форму конусов, направленных противоположно (фиг.). Стержни 1 являются направляющими для перемещения кулачков 2 вдоль осей 8 шкивов. Кулачки 2 имеют наклонное отверстие 3 для стержней 1 и ролики 4, для взаимодействия с радиальными пазами 5 дисков 6, 7. Пазы 5 дисков 6, 7 являются направляющими для радиального перемещения кулачков 2. Стержни 1 проходят через пазы 5, поэтому диски 6, 7 вращаются вместе с соответствующими шкивами. Диски 6, 7 могут, так же синхронно перемещаться вдоль соответствующих осей вращения 8 шкивов, передвигая при этом кулачки в сторону большего радиуса на одном из шкивов и в сторону меньшего радиуса на другом. Устройства управления дисками шкивов известны в технике, поэтому в данном примере рассматриваться не будут.The variator consists of a driving and driven pulleys covered by a belt (chain) 9. The pulleys consist of inclined rods 1, which give them the shape of cones directed in the opposite direction (Fig.). The rods 1 are guides for moving the cams 2 along the axles 8 of the pulleys. The cams 2 have an inclined hole 3 for the rods 1 and the rollers 4, for interaction with the radial grooves 5 of the disks 6, 7. The grooves 5 of the disks 6, 7 are guides for the radial movement of the cams 2. The rods 1 pass through the grooves 5, therefore, the disks 6, 7 rotate with their respective pulleys. The disks 6, 7 can also move synchronously along the corresponding axes of rotation of the 8 pulleys, while moving the cams toward the larger radius on one of the pulleys and towards the smaller radius on the other. Pulley disc control devices are known in the art, and therefore will not be considered in this example.

Место контакта кулачков с ремнем (цепью) представляет собой храповое зацепление, состоящее из расположенных на кулачках 2 собачек 10 и зубчатого ремня (цепи) 9 с соответствующим (в данном примере прямоугольном) профилем зубьев. При этом собачки на кулачках ведомого шкива, установлены противоположно по отношению к собачкам на ведущем шкиве. Собачки прижимаются к ремню (цепи) с помощью пружин 12. The contact point of the cams with the belt (chain) is a ratchet gear consisting of 2 dogs 10 located on the cams and a toothed belt (chain) 9 with a corresponding (in this example, rectangular) tooth profile. In this case, the dogs on the cams of the driven pulley are installed opposite to the dogs on the drive pulley. Dogs are pressed to the belt (chain) using springs 12.

На фиг. изображен общий вид бесступенчатого вариатора.In FIG. depicts a general view of a stepless variator.

Работа устройства осуществляется следующим образом:The operation of the device is as follows:

Крутящий момент с ведущего шкива на ведомый передается с помощью храповых зацеплений между кулачками соответствующих шкивов и ремнем (цепью). На ведущем шкиве собачка кулачка упирается в зуб ремня (цепи) и передает усилие ремню (цепи) в направлении вращения ведущего шкива, а на ведомом шкиве зуб ремня упирается в собачку кулачка и передает усилие на ведомый шкив. При изменении радиусов шкивов изменяется и расстояние L между кулачками. При увеличении радиуса оно становится больше (L₂), а при уменьшении, меньше (L₁). В этом случае собачки скользят по ремню (цепи) 9 в направлении противоположном передаче усилия, так как храповое зацепление осуществляет передачу усилия только в одном направлении. При этом передача крутящего момента между шкивами не прерывается. The torque from the driving pulley to the driven one is transmitted using ratchet gears between the cams of the respective pulleys and the belt (chain). On the drive pulley, the cam dog rests on the tooth of the belt (chain) and transfers the force to the belt (chain) in the direction of rotation of the drive pulley, and on the driven pulley, the belt tooth abuts on the dog of the cam and transfers the force to the driven pulley. When changing the radii of the pulleys, the distance L between the cams also changes. As the radius increases, it becomes larger (L ₂ ), and as it decreases, it decreases (L ₁ ). In this case, the dogs slide along the belt (chain) 9 in the opposite direction of the force transmission, since the ratchet engagement transmits the force in only one direction. In this case, the transmission of torque between the pulleys is not interrupted.

Таким образом, происходит изменение диаметров шкивов, даже если они не вращаются.Thus, the pulley diameters change, even if they do not rotate.

При реализации заявляемого технического решения могут быть получены следующие технические результаты:When implementing the claimed technical solution, the following technical results can be obtained:

1. Реализация бесступенчатой передачи крутящего момента без использования сил трения.1. The implementation of stepless transmission of torque without the use of friction.

2. Высокая передаваемая мощность.2. High transmit power.

3. При работе вариатора передаточное отношение не нарушается, так как ремень (цепь) не проскальзывает относительно шкивов.3. During the operation of the variator, the gear ratio is not violated, since the belt (chain) does not slip relative to the pulleys.

4. Возможность изменения передаточного отношения, как при вращающихся шкивах, так и в том случае если они не вращаются.4. The possibility of changing the gear ratio, both with rotating pulleys, and in the event that they do not rotate.

Claims

A stepless variator, characterized in that the driving and driven pulleys with a varying diameter, covered by a belt or chain, while the pulleys and belt or chain have contacting elements in the form of ratchet engagement, consisting of dogs and a gear belt or chain located on the cams of the pulleys, while the dogs on the cams of the driven pulley are installed opposite to the dogs on the drive pulley.