SE430099B - Kontinuerligt variabel transmission - Google Patents

Description

lO l5 20 ' 25 30 I 35 40 ee~zao19s -3 i 2 hos de tre arbetskropparna är utbytbara med varandra i avsevärd utsträckning inses av det stora antal utföringsformer som anges i ovannämnda patentskrifter att det är lämpligt att använda godtyckligt valda termer för att identifiera respektive kroppar med avseende på de två transmissionsaxlarna. För användning här nedan definierar termen "alfakropp“ en av de tre arbetskropparna som är koncentrisk med den primära eller första transmissionsaxeln; termen "betakropp" identifierar en annan av de tre arbetskropparna som är uppburen av alfakroppen l ia och är koncentrisk med en andra transmissionsaxel som är lutande relativt och skär den första eller primära axeln; och termen "omegakropp“ identifierar den sista av de tre arbetskropparna som är koncentrisk med den första axeln och är roterbar eller icke-roterbar oberoende i relation till alfakroppen. Även om dessatermer är godtyckliga såsom nämnts väljes de för att underlätta en rela- tion av arbetskomponenterna till hastighetsförhällandeekvationer givna i tidigare patentskrifter och andra publikationer och som genomgående har använt de grekiska bokstäverna.0¿ ,/3 , och Lu för att ange rotationshastigheterna hos de tre kropparna.

Hittills har ett föredraget sätt att hålla de med varandra samverkande rull- ytorna i kontakt med varandra under normal kraftbelastningar tillräckliga för att uppnå momentöverföring genom friktion, varit att förse den bikoniska kroppen med ett aggregat bestående av två koniska element på en gemensam axel i koncentriskt utförande och förbinda axeln med ett kamsystem som fungerar för att separera kon- elementen utmed axeln i beroende av en momentskillnad mellan axeln och konelementen.

Denna konstruktion har använts i ovan beskrivna utföringsformer både där den bi- koniska kroppen är den nuterbara betakroppen och där den är en roterbar omegakropp.

Genom koppling av axeln antingen direkt eller indirekt till transmissionens utgångs- belastning kommer kraften med vilken konelementen tvingas mot de ringliknande lelementen att vara proportionell mot utgângsbelastningen. En huvudsaklig svårighet med detta sätt att alstra normalkrafter är att storleken och typen av belastning utövad på aggregatet av konelement och axel tenderar att utböja axeln relativt kon- elementen, vilket förorsakar att konelementen kärvar eller på annat sätt åstad- kommer en icke önskad bana för momenttransmission mellan axeln och konelementen.

Effektiviteten hos kam- eller rampsystemet anordnat mellan axeln och konelementen är därför reducerad med resultatet att normalkrafterna alstrade vid friktions- kontaktpunkterna är lägre än den som erfordras för att hantera utgångsbelastningen hos transmissionen. Denna situation kan i sin tur resultera i glidning hos de g friktionssamverkande ytorna, ojämn belastning vid de två kontaktpunkterna och andra faktorer som reducerar verkningsgraden och kraftöverföringen och/eller förorsakar skada på transmissionskomponenterna. Olika lösningar på detta problem har före- slagits och visats vara effektiva men vid efterföljande betraktning har dessa lös- ningar visat sig ge konstruktionskomplexitet och vara komprommiser snarare än 10 15 20 25 30 35 40 a2no19s-a eliminering av potentiella källor för kraftöverförande effektförluster och mekaniska fel.

Enligt föreliggande uppfinning är den bikoniska kroppen i kontinuerligt variabla transmissioner av den allmänna typ som angetts i ovannämnda amerikanska patentskrifter ett i ett stycke utformat element uppburet vid sina motbelägna ändar av radiallager. Lagren begränsar inte axiell rörelse hos den bikoniska kroppen och ger företrädesvis också frihet för en svängrörelse sfäriskt omkring respektive centrum för lagren.

Där den bikoniska kroppen använts som nuterbar betakropp i transmissioner av ovan beskriven typ alstras de normalkraftkomponenter medelst vilka rullytorna eller friktionsytorna på den bikoniska kroppen pressas till ingrepp med de komple- mentära rullytorna eller friktionsytorna hos omegakroppen, vilka komplementära ytor är koncentriska och rotationssymmetriska omkring en axel som är lutad rela- tivt och skär axeln för den bikoniska kroppen, varvid ett av de två lager, i vilka den bikoniska kroppen är lagrad, är uppburet av alfakroppen medelst en excentermekanism, som fungerar för att omvandla moment som verkar mellan alfa- kroppen och den bikoniska betakroppen till en belastningskraft i ett radialplan vinkelrätt mot axeln hos betakroppen. Belastningskraften motverkas av en reaktion vid rullytorna hos omegakroppen (eller ringarna). Eftersom omegakroppens rullytor är koncentriska med en axel lutande relativt axeln hos den bikoniska betakroppen så resulterar reaktionskrafterna i en axialkraftkomponent vid en punkt av rull- friktionskontakt, som är motverkad av en lika stor axialkraft vid en andra punkt för rullfriktionskontakt mellan den bikoniska betakroppen och omegakroppen. Såsom ett resultat av den geometriska utformningen av arbetskropparna och friheten för rörelse vid lagren, kommer friktionsytorna eller rullytorna på respektive betakropp och omegakropp att tvingas tillsammans vid två kontaktpunkter under lika stor normalkraftbelastning även om den ursprungliga belastningskraften tillföres endast vid ena änden av betakroppen. Vidare möjliggör arrangemanget av den normalkraft- alstrande anordningen att friktionsytorna hos betakroppen och omegakroppen kan förflyttas från kontakt med varandra.

Ett huvudändamål med föreliggande uppfinning är därför att åstadkomma en unik bikonisk kropp utformad i ett stycke för transmissionen av den typ som beskrivits ovan tillsammans med en unik normalkraftsalstrande mekanism och ett förfarande medelst vilket friktionsytorna pâ den bikoniska kroppen hâlles i rullfriktionssam- verkan med en komplementär kropp vid tvâ diametralt motbelägna punkter för rull- friktionskontakt. Andra ändamål och ytterligare tillämpningsområden för föreliggande uppfinning framgår av nedanstående detaljerade beskrivning under hänvisning till bifogade ritningar, där lika delar betecknats med samma hänvisningsbeteckningar.

Fig. l är ett längdsnitt genom en transmissions utföringsform enligt före- liggande uppfinning. Fig. 2 är en förstorad fragmentarisk tvärsnittsvy enligt 10 f 15 zo 25 30 ' 35 40 saaa*i139 ßa- ß i 4 linjen 2-2 i fig. 1. Fig. 3 är en schematisk sidovy som visar kraftkomponenter U alstrade enligt föreliggande uppfinning. Fig. 4 och 5 är schematiska diagram som anger funktionsegenskaper hos uppfinningen.

I fig. l på ritningarna visas en bikonisk momentöverförande betakropp be- tecknad med hänvisningsbeteckningen 10 och inbegripen i en kontinuerligt variabel transmissionsenhet med en ram 12, en ingångsaxel 14 och en utgångsaxel 16. Även om funktionsprinciperna samt många alternativa konstruktionsutföringsformer av den totala transmissionen anges i ovannämnda amerikanska patentskrifter 4.112.779, 4.112.780 och 4.152.946 samt andra patentskrifter och patentansökningar kommer transmissionsutföringsformen enligt fig. l att beskrivas summariskt här nedan för att åstadkomma en fullständig förståelse av föreliggande uppfinning.

'Såsom framgår ur fig. l är ingångsaxeln 14 anordnad som en axelförlängning av en alfakropp 18 uppburen i ramen 12 medelst lager 20 och 22 för rotation omkring en första axel 24. Betakroppen 10 i sin tur är uppburen av alfakroppen 18 medelst lager 26 och 28 för att vara roterbar omkring en andra axel 30 lutande relativt 1 och skärande den första axeln 24 i en axelskärpunkt l. Ett par omegaringar 32 och 34 är uppburna av och kopplade mot rotation relativt ramen 12. Omegaringarna 32 .och 34 kan inställas axiellt mot och bort från axelskärpunkten S. I den visade transmissionen är ringarna 32 och 34 separata och axiellt rörliga relativt varandra men är kopplade genom ramen 12 såsom en enda momentkropp och utgör såsom sådan omegakroppen hos den visade transmissionen. I den visade utföringsformen utföres axiell inställning av omegaringarna 32 och 34 medelst en eller flera i motsatta riktningar gängade skruvar 36 roterbara medelst en yttre regleranordning (ej visad) via kugghjul 38 och 40. som är roterbara på axlar fästa relativt ramen 12. Ett ytterligare reglerkugghjul 42 roterbart relativt ramen 12 visas och an- vänds i praktiken för att synkronisera rotationen av kugghjulet 40 med motsvarande kugghjul för ytterligare uppsättningar av dubbelgängade skruvar (ej visade). Ett drivkugghjul 44 är direkt förbundet med den bikoniska betakroppen 10 och ingriper med ett ringkugghjul 46 kopplat direkt med utgângsaxeln 16.

I likhet med flera transmissionsutföringsformer angivna i ovannämnda amerikanska patentskrifter bildar den bikoniska betakroppen 10 i den visade utföringsformen ett par yttre koniska ytor 48 och 50 för samverkan med komplementära inre friktionsytor 51 och 52 på omegaringarna 32 och 34 vid tvâ diametralt motbelägna kontaktpunkter :Pl och P2. Såsom ett resultat av denna friktionskontakt mellan den bikoniska kroppen 7 10 och ringarna 32 och 34 består rotationshastigheten hos utgângsaxeln 16 av produkten av både rotationen av alfakroppen 18 på den första axeln 24, vilket föror- sakar en planetliknande rörelse hos drivkugghjulet 44 och rotation av drivkugghjulet med den bikoniska betakroppen 10 på axeln 30. Om Ãí är rotationshastigheten hos ' alfakroppen 18 omkring axeln 24; Gå är rotationshastigheten hos utgångsaxeln 16; ? är förhållandet mellan friktionsytornas radier hos ringarna 32 och 34 relativt 10 15 20 25 30 35 40 5 aaooies-3 radierna hos de koniska ytorna 48 och 50 vid kontaktpunkterna P1 och P2; och k är diameterförhållandet mellan drivkugghjulet 44 och ringkugghjulet 46, så blir utgângs/ingångs-hastighetsförhâllandet hos transmissionen bestämt av ekvationen: é/óc =l-kç.

Det är tydligt speciellt från ett flertal av utföringsformer som anges i den amerikanska patentskriften 4.152.946 att denna ekvation för utgångs/ingångs- hastighetsförhållanden representerar endast ett funktionssätt hos denna typ av transmission som representeras av utföringsformen i fig. 1. Även i detta avseende skall noteras att i den visade utföringsformen undergår den bikoniska kroppen 10 en nutationsrörelse såsom ett resultat av att den är uppburen på den andra axeln 30 av alfakroppen 18. I andra utföringsformer av samma grundläggande transmission och såsom angetts i den amerikanska patentskriften 4.152.946 kan den bikoniska kroppen 10 vara koncentrisk med den första axeln 24 såsom omegakroppen och kopplad direkt med en utgångsaxel, medan ringarna 32 och 34 är koncentriska med den andra axeln 30 och betakroppen och såsom sådana uppburna i nutationsrörelse av motsvarig- heten till alfakroppen 18. Såsom framgår av nedanstående beskrivning är konstruk- tionen och funktionen av den bikoniska kroppen 10 lika tillämpbar på vilken som helst utföringsform av transmissionen av denna allmänna typ.

Såsom visas i fig. l och enligt föreliggande uppfinning är den bikoniska kroppen 10 en i ett stycke utformad konstruktion med en yttre form för att åstad- komma de stympat konformade friktionsytorna 48 och 50 och har axiellt förlängda navpartier 54 och 56 vid motbelägna ändar. Företrädesvis men inte nödvändigtvis är kroppen 10 ihålig för reducerad vikt och för att underlätta kylning. I sist- nämnda avseende är bägge naven 54 och 56 också ihåliga för att åstadkomma fluid- förbindelse genom längden av kroppen 10.

Lagren 26 och 28 medelst vilka kroppen 10 uppbäres av alfakroppen 18 är före- trädesvis hydrodynamiska lager försedda med smörjmedel genom portar 58 och 60 i alfakroppen 18. Vart och ett av lagrena 26 och 28 innefattar en inre hylsa 62 be- ' lägen på den inre ytan av en sfärisk lagerkudde 64. Vart och ett av naven 54 och 56 har vidare en längd som är större än längden för hylsorna 62 så att vid från- varo av någon annan begränsning kan kroppen 10 utföra en glidande rörelse i en begränsad utsträckning utmed axeln 30. De sfäriska lagerkuddarna 64 åstadkommer likaledes en liknande frihet för universell svängrörelse hos bägge naven 54 eller 56 omkring dess sfäriska centrum för kuddarna 64. Det inses därför att lagren 26 och 28 uppbär betakroppen 10 för rotation relativt alfakroppen 18 medan kroppen 10 uppbäres med frihet för axiell rörelse av lagren utmed den andra axeln 30.

Såsom visas i fig. l och 2 på ritningarna uppbäres lagret 26 vid ena änden av betakroppen 10 av alfakroppen 18 medelst ett excentriskt element 66 med ett fläns- TO 15' 20 25 iso 35 40 3260198-5 e 8 6 försett ringparti 68 för att upptaga den sfäriska lagerkudden 64 och ett halv- cylindriskt lobliknande parti 70. Såsom visas i fig. 2 passar det excentriska elementet 66 i en urtagning 72 i alfakroppen, som är formad för att bilda en halvcylindrisk lageryta 74, som är komplementärt utformad relativt det cirkulära periferiella partiet 76 hos det lobliknande partiet 70. Bägge ytorna 74 och 76 1 är koncentriska med en punkt eller axel 78, som är excentriskt relativt den _ första eller primära transmissionsaxeln 24 omkring vilken alfakroppen l8 är roterbar. Vidare inses att punkten eller axeln 78 är förskjuten från ett plan 80, som innehåller både den första axeln 24 och den andra axeln 30, medelst ett avstånd d och i en riktning, i vilken moment överföres mellan alfakroppen l8 och betakroppen l0. I sistnämnda avseende är punkten 78 orienterad relativt den första axeln 24 som om alfakroppen l8 var driven i en medurs rotationsrikt- ning i fig. 2 eller i en riktning som tenderar att förflytta punkten 78 mot planet 80. Såsom ett resultat av ett sådant moment kommer excentriciteten hos punkten 78 från axeln 24 att alstra en belastningskraft mot lagret 26 vinkelrätt 4 mot den andra axeln 30 och i en riktning som tenderar att framflytta lagret 26 radiellt utåt från alfakroppen l8. 8 Såsom visas i fig. 2 är det excentriska elementet 66 placerat i alfakroppens urtagning 72 för att vara beläget diametralt mellan en eftergivligt förbelastad kolv 82 och en hydrauliskt manövrerbar kolv 84. Belastningskolven 82 hålles i samverkan med elementet 66 under inverkan av en kompressionsfjäder 86 medan 'kolven 84 är upptagen i en kammare 88, till vilken hydraulisk fluid kan införas under tryck genom porten 90.

I Funktionen hos kolvarna 82 och 84 framgår ur de schematiska diagrammen i fig;-4 och 5. I dessa figurer representeras rullfriktionsytorna 48 pâ betakroppen l0 av en båge 48' medan friktionsytorna 5l och 52 representeras av en båge 5l'.

'Det inses att dessa schematiska vyer är kraftigt överdrivna i illustrativt syfte och inte skalenliga. Ur fig. l framgår att en momentkraft som verkar i riktningen för pilen T alstrar en kraftkomponent Fn, som tvingar ytan 48' till ingrepp med ytan 5l', vilken sistnämnda yta är koncentrisk med axeln 24. Det inses likaledes att den fjäderbelastade kolven 82 verkar i riktningen för pilen 82' i fig. 5 och kommer att förstärka kraften F och tillförsäkra kontakt mellan ytorna 48' och 51' under en förspänning. Ur fig. 4 framgår å andra sidan att en rörelse av den hydrauli- ska kolven 84 i riktningen för pilen 84' kommer att förorsaka att det excentriska elementet 66 svänger omkring axeln 78 mot verkan för kolven 82. Denna funktion resulterar i en separation av ytorna 48' och 5l' eller åtminstone en fullständig 8 avlastning av krafterna som håller ytorna 48' och 5l' i rullfriktionssamverkan.

Således kan de koniska ytorna 48 och 50 på betakroppen l0 tillbakadragas från gkontakt med omegaringfriktionsytorna 5l och 52 vid de diametralt motbelägna punkterna Tl och T2 för att erhålla ett neutralt eller urkopplat tillstånd; 10 15 20 25 30 35 8200198-3 Även om belastningskraften mellan alfakroppen l8 och betakroppen l0 sker endast genom lagret 26 eller vid ena änden av betakroppen uppdelas denna ur- sprungliga belastningskraft i huvudsakligen lika normalkraftskomponenter vid punkterna Pl och P2 för rullfriktionskontakten. Uppdelningen av krafterna som verkar för att hålla betakroppens rullytor i samverkan med rullytorna för omegaringarna 32 och 34 inses under hänvisning till fig. 3 på ritningarna.

Speciellt noteras att den ursprungliga belastningskraften Ft är i riktningen för pilen Ft och som sådan vinkelrät mot den andra axeln 30. Belastnings- kraften motverkas av en reaktionskraft Fr såsom ett resultat av att ringen 32 ingriper med den koniska ytan 48 vid punkten Pl. Eftersom ringarna 32 och 34 är koncentriska med den första axeln 24 kommer emellertid den effektiva riktningen hos reaktionskraften Fr att vara vinkelrät mot den första axeln 24. Vinkeln mellan axlarna 24 och 30 och således vinkeln under vilken krafterna Ft och Fr verkar alstrar en axialkraftkomponent Fa, som motverkas av en lika stor och motriktad kraft vid punkten P2. Detta i sin tur alstrar en kraft- komponent Fn vid punkten P2 som är lika med kraften Fr och vilken motverkas till en del av en kraft Fb vid lagret 28. Med andra ord, eftersom betakroppen lO uppbäres av lagrena 26 och 28 med frihet för rörelse utmed axeln 30, är tillförseln av den ursprungliga belastningskraften Ft vid endast en ände utan konsekvens som ett resultat av möjligheten för betakroppen att centrera sig själv mellan ringarna 32 och 34.

Det inses av det ovanstående att som ett resultat av föreliggande upp- finning åstadkommes en mycket effektivtnormalkraftsalstrande system och för- farande med en mycket enkel betakroppskonstruktion. Möjligheten att tillbaka- dra rullytorna på respektive betakropp och omegaringar är vidare betydelsefullt för många tillämpningar av transmissioner av denna allmänna typ. När trans- missionen användes i en drivkedja där en snabb rörelse av ringarna 32 och 34 kan erfordras för omställning mellan områden av hastighetsförhållanden exempel- vis, kan tillbakadragningen av rullfriktionsytorna vara betydelsefull. Vidare möjliggör den tillämpningar av transmissionen med olika kugghjulskombinationer andra än de som visas i fig. l på ritningen i den utsträckningen att hålla alfaelementet mot rotation likaväl som att hälla omegaringarna mot rotation, varvid kugghjul kan användas som ett supplement för användning tillsammans med den kontinuerligt variabla transmissionen.

Avsikten är att modifikationer och/eller ändringar kan göras i den visade utföringsformen utan att frångå föreliggande uppfinning. Avsikten är därför att ovanstående beskrivning och bifogade ritningar som visar en föredragen ut- föringsform inte begränsar uppfinningen. Uppfinningens omfång definieras endast av nedanstående patentkrav.

Claims (7)

l0 15 20 I 25 30 35 8200? 98- 3 _ T 6 i i PAiENikRAv

1. l. Kontinuerligt variabel transmission innefattande en alfakr0pP (l8) roter- bar omkring en första axel; en betakropp (lO) uppburen av alfakroppen och bildande rullytor (48, 50) rotationssymmetriska omkring en andra axel (30) lutande med en vinkel relativt och skärande den första axeln vid en axelskärpunkt (S); och en omegakropp (32, 34) som bildar rullytor rotationssymmetriska omkring den första axeln, varvid rullytorna hos betakroppen och omegakroppen står i rullfriktions- samverkan med varandra vid tvâ kontaktpunkter (Pl, P2) belägna i ett plan inne- hållande den första och den andra axeln, k ä n n e t e c k n a d av en anordning (62, 64) för att uppbära betakroppen (l0) medelst alfakroppen (l8) med frihet för betakroppen och omegakroppen att självcentrera omkring nämnda axelskärpunkt; och en anordning (66) för att alstra en radiell belastningskraft mellan alfakroppen och betakroppen, vilken belastningskraft tillföres vinkelrätt mot den andra axeln och i en riktning mot en av rullytorna hos omegakroppen, varvid vinkelorienteringen av den första och den andra axeln tillsammans med friheten hos betakroppen och T omegakroppen att självcentrera fungerar för att fördela belastningskraften lika I vid nämnda två kontaktpunkter.

2. Transmission enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att anordningen för att uppbära betakroppen medelst alfakroppen innefattar en lageranordning för att medge begränsad axiell rörelse av betakroppen utmed den andra axeln.

3. Transmission enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att lageranord- ningen medger frihet från svängningsbegränsningar i en sfär koncentrisk med respek- tive punkter för uppbärning av betakroppen.

4. Transmission enligt krav l, k ä n n e t e C k n a d av att anordningen för att alstra en radiell belastningskraft innefattar en svänganordning som uppbär en ände av betakroppen relativt alfakroppen, vilken svänganordning har en svängaxel excentrisk relativt den första axeln.

5. Transmission enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att svängaxeln är *belägen mellan den första och den andra axeln och är förskjuten från ett plan inne- hållande den första och den andra axeln.

6. Transmission enligt krav 5,,k ä n n e t e c k n a d av en förbelastnings- anordning (82) som verkar mellan alfakroppen och svänganordningen i en riktning som tenderar att förskjuta den andra axeln till ett plan innehållande den första axeln och svängaxeln.

7. Transmission enligt något av krav 5 eller 6, k ä n n e t e c k n a d av en âterdragningsanordning (84) som verkar mellan svänganordningen och alfakroppen i en riktning som tenderar att förskjuta ett plan innehållande den första och den andra axeln ytterligare från svängaxeln och därigenom svänga rullytorna hos beta- kroppen i en riktning bort från rullytorna på omegakroppen.