RU2749317C1

RU2749317C1 - Multistage variator-based chain transmission

Info

Publication number: RU2749317C1
Application number: RU2020124070A
Authority: RU
Inventors: Николай Павлович Сумин
Original assignee: Николай Павлович Сумин
Priority date: 2020-07-13
Filing date: 2020-07-13
Publication date: 2021-06-08

Abstract

FIELD: mechanical transmissions.SUBSTANCE: invention relates to mechanical transmissions. The multistage transmission consists of two pairs of tapered discs connected by a wedge chain. The design of the tapered disk includes a chain link element - a bushing, and a wedge chain in its link - a cavity corresponding to the shape of the bushing, forming a chain drive according to the selected parameters: the step size and the number of teeth that determine the number and parameters of the pitch reference diameters of the chain transmission.EFFECT: design is simplified, service life is increased.6 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к механическим передачам.The invention relates to mechanical transmissions.

Передачи, в области преобразования движения, подразделяются на два вида по характеру передаточных отношений: ступенчатые (передачи зацеплением) и бесступенчатые (передачи трением). Каждый вид имеет свои характерные признаки и особенности.Transmissions, in the field of motion transformation, are divided into two types according to the nature of the gear ratios: stepped (gearing transmission) and stepless (friction transmission). Each species has its own characteristics and characteristics.

Ступенчатые имеют в своем арсенале зубчатые, червячные, цепные и иные системные детали, которые имеют на каждую ступень отдельное материальное тело и свои геометрические параметры (шаг, количество зубьев, делительный диаметр). В определенных комбинациях образуют коробки передач: одно- и многступенчатые. Одноступенчатые просты по конструкции, многоступенчатые усложняют устройства. Имеют широкое применение: от ручных часов до карьерных экскаваторов и океанских танкеров. Стабильно сохранять заданные передаточные отношения - это их основное свойство, однако, в сложных и габаритных конструкциях, - тяжелы, громоздки, сложны и дороги в производстве. Пределы передаваемых мощностей 50000 л.с. и выше.Stepped ones have gear, worm, chain and other system parts in their arsenal, which have a separate material body for each step and their own geometric parameters (pitch, number of teeth, pitch diameter). In certain combinations, they form gearboxes: single and multi-stage. Single-stage ones are simple in design, multi-stage ones complicate the devices. They are widely used: from wristwatches to mining excavators and ocean tankers. Stably maintaining the given gear ratios is their main property, however, in complex and dimensional structures, they are heavy, cumbersome, complex and expensive to manufacture. The limits of the transmitted power are 50,000 hp. and higher.

Конструкция бесступенчатого вариатора (на примере легкового автомобиля) состоит из двух пар конусных дисков и гибкой связи в виде металлического ремня (цепи) в форме клина между ними. Вариативность заключается в том, что ремень, находящийся между дисками, занимает разное (от минимального до максимального) расположение от центра вращения диска и зависит от расстояния дисков между собой. Ремень в зоне контакта с диском на всем диапазоне передачи «перебирает» весь диапазон мгновенных значений диаметров. «Перебор» происходит непрерывно (бесступенчато), а передача усилия - посредством трения. Для обеспечения необходимых тяговых сил передаче требуется применить достаточные сжимающие усилия для дисков. Для этих целей применяется система гидравлического привода. По сравнению со ступенчатой конструкцией бесступенчатая передача представляет собой более простой механизм. К недостаткам вариатора относится сравнительно не высокий уровень передаваемой мощности и не высокий срок работоспособности в связи с фрикционным характером взаимодействия деталей.The design of a continuously variable variator (for example, a car) consists of two pairs of tapered discs and a flexible connection in the form of a metal belt (chain) in the form of a wedge between them. The variability lies in the fact that the belt located between the discs occupies a different (from minimum to maximum) location from the center of rotation of the disc and depends on the distance between the discs. The belt in the zone of contact with the disc over the entire transmission range "enumerates" the entire range of instantaneous diameters. "Overkill" occurs continuously (steplessly), and the transfer of force - through friction. To provide the necessary pulling forces, the transmission needs to apply sufficient compressive forces to the discs. For these purposes, a hydraulic drive system is used. Compared to the stepped design, the continuously variable transmission is a simpler mechanism. The disadvantages of the variator include a relatively low level of transmitted power and a short service life due to the frictional nature of the interaction of parts.

Предлагается третий вариант передачи, объединяющий положительные свойства ступенчатых и бесступенчатых механизмов передач. Сущность заключается в следующем. За основу преобразуемой передачи рассматривается конструкция бесступенчатого вариатора. На вариаторе фрикционный характер передачи между диском и ремнем замещается переходом на передачу зацеплением (цепь-«звездочка»). Физическим телом для «звездочки» является конусный диск с диапазоном диаметров от минимального до максимального с выделением диаметров, по значению делительных, с параметрами: шаг и число зубьев передачи. Фиксацией делительного диаметра является выдвижной штырь с функцией втулки цепи (по терминологии цепной передачи), но которая (втулка) уже принадлежит не цепи в новой передаче, а «звездочке», а впадина зуба звездочки перемещается на звено цепи. Цепь в поперечном сечении имеет форму клина, согласованную с углами конусных дисков. На всем диапазоне диаметров конусного диска содержится некоторый набор делительных диаметров звездочки с заданными параметрами передачи: шагами и количеством зубьев. По координатам осей втулок на делительных диаметрах сверлятся отверстия на конусном диске для выдвижных штырей, которые являются связующими элементами между цепью и диском и определяющие как передачу зацеплением. В соответствии с количеством делительных диаметров в наборе на диске имеем соответствующее количество передаточных отношений. Т.е. двумя парами конусных дисков, с соответствующими конструкциями, и соединяющих их бесконечной цепью, получаем многоступенчатую передачу. Почему на делительных диаметрах? Потому, что это расчетный диаметр, на котором цепь с соответствующим шагом укладывается в конечное количество шагов без излишних долей и искажений. Количество отверстий для втулок на делительном диаметре может быть размещено в соответствии с расчетным либо по усмотрению конструктора при наличии пространства для размещения, но минимально три, для обеспечения непрерывности сцепления цепи с диском. На уровень делительного диаметра цепь выводится в соответствии с расстоянием между дисками. Предлагаемая конструкция многоступенчатой передачи позволит существенно снизить себестоимость производства. Передаваемые мощности из расчета передачи. Форма штыря (втулки) и форма гнезда на звене зуба для посадки на втулку при зацеплении выбирается конструктором (конфигурация цилиндра, профиля зуба и пр.).A third transmission option is proposed, combining the positive properties of stepped and continuously variable transmission mechanisms. The essence is as follows. The design of a continuously variable variator is considered as the basis for the convertible transmission. On the variator, the frictional nature of the transmission between the disc and the belt is replaced by a transition to gearing (chain "sprocket"). The physical body for the "sprocket" is a conical disk with a diameter range from minimum to maximum with the selection of diameters, according to the pitch value, with the parameters: pitch and number of gear teeth. The pitch diameter is fixed by a retractable pin with the function of a chain bushing (in the terminology of a chain drive), but which (bushing) no longer belongs to the chain in the new gear, but to the "sprocket", and the sprocket tooth cavity moves to the chain link. The chain is wedge-shaped in cross-section, matched to the corners of the tapered discs. A certain set of pitch diameters of a sprocket with given transmission parameters: steps and number of teeth is contained over the entire range of diameters of the tapered disk. Along the coordinates of the axes of the bushings on the pitch diameters, holes are drilled on the tapered disc for retractable pins, which are connecting elements between the chain and the disc and define as gearing transmission. In accordance with the number of pitch diameters in the set on the disc, we have the corresponding number of gear ratios. Those. two pairs of conical discs, with the corresponding designs, and connecting them with an endless chain, we get a multistage transmission. Why on pitch diameters? Because this is the calculated diameter at which the chain with the appropriate pitch fits into a finite number of steps without unnecessary fractions and distortions. The number of holes for bushings on the pitch diameter can be placed in accordance with the calculated one or at the discretion of the designer if there is space for placement, but at least three, to ensure the continuity of the chain adhesion to the disc. The chain is brought to the level of the pitch diameter in accordance with the distance between the discs. The proposed design of the multistage transmission will significantly reduce the production cost. Transmitted powers based on transmission. The shape of the pin (sleeve) and the shape of the socket on the tooth link for landing on the sleeve when engaging is selected by the designer (configuration of the cylinder, tooth profile, etc.).

На чертеже представлена конструкция передачи с выдвижными штырями (втулками, по терминологии цепной передачи):The drawing shows the design of the transmission with retractable pins (bushings, in the terminology of the chain transmission):

- поз. 1 - конусный диск,- pos. 1 - conical disc,

- поз. 2 - штырь,- pos. 2 - pin,

- поз. 3 - цепь,- pos. 3 - chain

- поз. 4 - делительные диаметры,- pos. 4 - pitch diameters,

- α - угол охвата шкива цепью,- α - the angle of coverage of the pulley by the chain,

- β - угол между выдвижными штырями на делительном диаметре,- β is the angle between the retractable pins on the pitch diameter,

- γ - угол между выдвижными штырями на разных делительных диаметрах для рационального их размещения.- γ is the angle between the retractable pins at different pitch diameters for their rational placement.

Обязательное условие α>β для обеспечения непрерывной связи цепи с диском.Prerequisite α> β to ensure continuous connection of the chain with the disk.

Вторым вариантом размещения штыря (втулки) является его размещение на ползуне в пазе диска по примеру кулачка в пазе токарного патрона. Два ползуна (на парных дисках), связанных между собой втулкой, образуют опору для цепи. В итоге этот вариант выглядит следующим образом: два конусных диска с тремя пазами, в которых располагаются ползуны, несущие на себе втулки, и цепь, имеющая форму клина и размещаемая между конусами на втулках. Оси втулок, находясь на размерах делительного диаметра, вместе с цепью образуют фиксированные ступени передачи. Цепь, при переходе со ступени на ступень, выходит из зацепления со втулками одного делительного диаметра и снова включается в зацепление при достижении осями втулок другого делительного диаметра посредством системы управления передачей. Одним из примеров такой системы может служить конусный кулачок, расположенный с внутренней стороны диска, имеющий ступицу и три паза по спирали. Кулачок расположен вместе с диском на валу передачи и связан штифтом с валом и пазом по спирали с ползуном. На ступице имеется винтовой паз, с помощью которого происходит необходимый поворот конусного кулачка при перемещении его вдоль вала и расположения оси втулки на нужном делительном диаметре.The second option for placing the pin (sleeve) is to place it on the slider in the groove of the disc, following the example of the cam in the groove of the lathe chuck. Two sliders (on paired discs), connected by a bushing, form a support for the chain. As a result, this option looks as follows: two tapered discs with three slots, in which the sliders are located, carrying the bushings, and a wedge-shaped chain placed between the cones on the bushings. The axes of the bushings, being on the pitch diameter dimensions, together with the chain, form fixed gear stages. The chain, when passing from stage to stage, disengages from the bushings of one pitch diameter and re-engages when the axes of the bushings of a different pitch diameter reach through the transmission control system. One example of such a system is a tapered cam located on the inner side of the disc, which has a hub and three helical slots. The cam is located together with the disc on the transmission shaft and is connected by a pin to the shaft and a groove in a spiral with a slider. There is a screw groove on the hub, with the help of which the necessary rotation of the cone cam occurs when it is moved along the shaft and the axis of the sleeve is located at the desired pitch diameter.

Источники Sources of

Добровольский В.А. и др. Детали машин, Машгиз, 1963 г.Dobrovolsky V.A. etc. Machine parts, Mashgiz, 1963

Claims

1. Multistage transmission, consisting of two pairs of tapered discs connected by a wedge chain, characterized in that the design of the tapered disc includes a chain drive engaging element - a bushing, and the wedge chain in its link - a cavity corresponding to the shape of the bushing forming a chain drive according to the selected parameters: the step size and the number of teeth, which determine the number and parameters of the calculated pitch diameters of the chain transmission.

2. The transmission of claim. 1, characterized in that the bushings are located directly on the tapered disc.

3. The transmission according to claim 1, characterized in that the number of bushings must be equal to the maximum calculated number of teeth, but not less than three.

4. The transmission according to claim 1, characterized in that the axles of the bushings are located on the disk at the calculated pitch diameters of the chain transmission.

5. The transmission according to claim 2, characterized in that the sleeves are retractable to bring them into the working position.

6. The transmission of claim. 1, characterized in that the bushings, as an option, are placed on the sliders in the radial slots of the tapered disc.