Изобретение относится к машиностроению, автомобилестроению, а именно к устройствам для изменения числа оборотов. Вариатор содержит механизм регулирования скорости, выполненный в виде зубчатого дифференциального механизма, привод механизма регулирования скорости, рабочую (4) и балансировочную (5) планетарные рамки, направляющую (11) рамок и корпус (12) вращения рамок. Рамки (4, 5) зацеплены с центральным зубчатым колесом (3) и вместе с ним расположены внутри направляющей (11) рамок. Два планетарных рабочих зубчатых колеса (6, 10) закреплены в рамке (4). Планетарное рабочее зубчатое колесо (6) через карданную передачу (8) и ось (9) прикреплено к корпусу (7) вариатора и вращается относительно рамки (4). Планетарное зубчатое колесо (10) через вторую карданную передачу (8), промежуточные зубчатые колеса (21, 22) и зубчатое колесо (23) соединено с ведомым валом (24) вариатора и обегает вокруг первого планетарного рабочего зубчатого колеса (6). При увеличении оборотов или при регулировке рамки (4, 5) за счет центробежной силы смещаются относительно центра вращения ведущего вала (1). При смещении рамок увеличиваются радиусы вращения планетарных рабочих колес (6, 10) относительно центра вращения ведущего вала (1) и меняется передаточное отношение. Технический результат — увеличение КПД и возможность передачи больших мощностей зубчатой передачи. 12 ил.
Изобретение относится к машиностроению, автомобилестроению, а именно к устройствам для изменения числа оборотов, в частности к бесступенчатым зубчатым планетарным вариатором скорости, и может быть использовано в механизмах, где требуется изменять скорость вращения ведомого вала в заданном диапазоне.
Недостатком таких вариаторов является то, что в таких вариаторах оси сателлитов вращаются вокруг оси вариатора, что при повышении передаваемой удельной мощности за счет увеличения числа оборотов ведущего вала влечет к возникновению больших центробежных сил, неблагоприятно сказывающихся на работе вариатора.
В изобретении, принятом за прототип, устранены вышеперечисленные в аналоге недостатки.
Кроме того, механизм регулирования скорости выполнен в виде зубчатого дифференциального механизма, два центральных колеса которого с одинаковым числом зубьев соединены соответственно с центральными колесами вариатора, одно соединено жестко с колесом, установленным на ведущем валу, другое — посредством винтового соединения и через зубчатые сателлиты, установленные на общей оси в свободно вращающемся водиле, взаимодействует с двумя другими центральными колесами дифференциального механизма, имеющими также одинаковое число зубьев, одно из которых жестко смонтировано в корпусе вариатора, а другое кинематически связано с приводом механизма регулирования скорости.
Недостатком изобретения, принятого за прототип, по сравнению с заявляемым изобретением является более низкий КПД по сравнению с заявляемой конструкцией «Вариатор саморегулирующий зубчатый планетарный» и оно не позволяет удерживать передаточное отношение в режиме саморегулирования передаточного отношения от «0» до «50» и возврата передаточного отношения к «0» при прекращении вращении ведущего вала.
Технический результат достигается тем, что по сравнению с изобретением, принятым за прототип, известный фрикционный вариатор скорости содержит корпус, ведомый вал, ведущий вал, два конических зубчатых колеса, одно из которых установлено на ведущем валу, по крайней мере, одну пружину, контактирующие с ними конические сателлиты, и, по крайней мере, одно центральное зубчатое колесо, при этом вариатор снабжен элементом, установленным на ведущем валу с возможностью осевого перемещения относительно его, механизмом регулирования скорости, выполненным в виде зубчатого дифференциального механизма, два зубчатых колеса которого имеют одинаковое число зубьев, одно из которых жестко соединено с центральным зубчатым колесом вариатора, и снабжен приводом механизма регулирования скорости, в заявляемом изобретении вариатор саморегулирующий зубчатый планетарный снабжен планетарными рамками, включающими рабочую и балансировочную рамки, направляющую рамок и корпус вращения рамок, причем рабочая и балансировочная рамки находятся в зацеплении с упомянутым центральным зубчатым колесом и вместе с ним расположены внутри направляющей рамок, смонтированной в корпусе рамок, при этом упомянутый механизм регулирования скорости выполнен в виде зубчатого дифференциального механизма, содержащего упомянутые два конических зубчатых колеса, одно из которых установлено на ведущем валу, а второе смонтировано на корпусе рамок, и контактирующие с ними упомянутые сателлиты, причем второе коническое зубчатое колесо выполнено с возможностью взаимодействия через упомянутые сателлиты с первым коническим зубчатым колесом при угловом смещении корпуса рамок относительно ведущего вала, при этом вариатор снабжен двумя планетарными рабочими зубчатыми колесами, закрепленными на подшипниках в упомянутой планетарной рабочей рамке, причем одно планетарное рабочее зубчатое колесо через карданную передачу и ось закреплено к корпусу вариатора и выполнено с возможностью вращения относительно упомянутой планетарной рабочей рамки, оставаясь при этом не имеющим углового смещения относительно этой оси, а упомянутое второе планетарное зубчатое колесо через вторую карданную передачу, соединенное с ней планетарное промежуточное зубчатое колесо взаимодействует с промежуточным зубчатым колесом, имеющим с ним одинаковое количество зубьев, установленным на оси, закрепленной в корпусе вариатора, и через взаимодействующее с ним зубчатое колесо соединено с ведомым валом вариатора, причем второе планетарное рабочее зубчатое колесо выполнено с возможностью оббегания, путем вращения, вокруг упомянутого первого планетарного рабочего зубчатого колеса, не имеющего углового смещения относительно оси, на которой закреплено, при этом упомянутый привод механизма регулирования скорости содержит упомянутое центральное зубчатое колесо и упомянутый элемент, установленный на ведущем валу с возможностью осевого перемещения относительно его, выполненный в виде зубчатого реечного толкателя, взаимодействующего с упомянутыми сателлитами, а также содержит толкатели, смонтированные на корпусе толкателей, расположенные между корпусом толкателей и корпусом вариатора и через отверстие в корпусе вариатора взаимодействующие с упомянутым реечным зубчатым толкателем, которые выполнены с возможностью осевого перемещения с ним относительно ведущего вала, причем на корпусе толкателей закреплены упомянутые пружины, расположенные между корпусом толкателей и корпусом вариатора, которые выполнены с возможностью удержания передаточного отношения в режиме саморегулирования передаточного отношения от «0» до «50» и возврата передаточного отношения к «0» при прекращении вращении ведущего вала, при этом упомянутые планетарные рабочая и балансировочная рамки снабжены упорами, расположенными с обеих сторон по торцам рамок, выполнены с возможностью ограничения хода рамок, при возврате их в «0» передаточное отношение, причем упомянутые планетарные рабочие зубчатые колеса, а также упомянутые планетарные рабочая, балансировочная рамки, корпус вращения рамок и зубчатый реечный толкатель, выполнены с возможностью вращения относительно ведущего вала и регулировки передаточного отношения.
Фиг.1 — вариатор саморегулирующий зубчатый планетарный, вид сбоку в разрезе.
Фиг.3 — часть карданной передачи.
Фиг.5 — привод механизма регулировки скорости (сечении Б-Б на фиг.1).
Фиг.7 — рабочая рамка, вид спереди.
Фиг.9 — балансировочная рамка, вид спереди.
фиг.11 — схема, поясняющая работу планетарных рабочих зубчатых колес в корпусе планетарной рабочей рамки, при нулевом передаточном отношении.
Сущность изобретения.
Вариатор саморегулирующий зубчатый планетарный работает следующим образом.
Вариатор саморегулирующий зубчатый планетарный, содержащий корпус, ведомый вал, ведущий вал, два конических зубчатых колеса, одно из которых установлено на ведущем валу, по крайней мере, одну пружину, контактирующие с ними конические сателлиты, и, по крайней мере, одно центральное зубчатое колесо, при этом вариатор снабжен элементом, установленным на ведущем валу с возможностью осевого перемещения относительно его, механизмом регулирования скорости, выполненным в виде зубчатого дифференциального механизма, два зубчатых колеса которого имеют одинаковое число зубьев, одно из которых жестко соединено с центральным зубчатым колесом вариатора, и снабжен приводом механизма регулирования скорости, отличающийся тем, что вариатор снабжен планетарными рамками, включающими рабочую и балансировочную рамки, направляющую рамок и корпус вращения рамок, причем рабочая и балансировочная рамки находятся в зацеплении с упомянутым центральным зубчатым колесом и вместе с ним расположены внутри направляющей рамок, смонтированной в корпусе рамок, при этом упомянутый механизм регулирования скорости, выполненный в виде зубчатого дифференциального механизма, содержит упомянутые два конических зубчатых колеса, одно из которых установлено на ведущем валу, а второе смонтировано на корпусе рамок, и контактирующие с ними упомянутые сателлиты, причем второе коническое зубчатое колесо выполнено с возможностью взаимодействия через упомянутые сателлиты с первым коническим зубчатым колесом при угловом смещении корпуса рамок относительно ведущего вала, при этом вариатор снабжен двумя планетарными рабочими зубчатыми колесами, закрепленными на подшипниках в упомянутой планетарной рабочей рамке, причем одно планетарное рабочее зубчатое колесо через карданную передачу и ось закреплено к корпусу вариатора и выполнено с возможностью вращения относительно упомянутой планетарной рабочей рамки, оставаясь при этом не имеющей углового смещения относительно этой оси, а упомянутое второе планетарное зубчатое колесо через вторую карданную передачу, соединенное с ней планетарное промежуточное зубчатое колесо взаимодействует с промежуточным зубчатым колесом, имеющим с ним одинаковое количество зубьев, установленным на оси, закрепленной в корпусе вариатора, и через взаимодействующее с ним зубчатое колесо соединено с ведомым валом вариатора, причем второе планетарное рабочее зубчатое колесо выполнено с возможностью обегания путем вращения вокруг упомянутого первого планетарного рабочего зубчатого колеса, не имеющего углового смещения относительно оси, на которой закреплено, при этом упомянутый привод механизма регулирования скорости содержит упомянутое центральное зубчатое колесо и упомянутый элемент, установленный на ведущем валу с возможностью осевого перемещения относительно его, выполненный в виде зубчатого реечного толкателя, взаимодействующего с упомянутыми сателлитами, а также содержит толкатели, смонтированные на корпусе толкателей, расположенные между корпусом толкателей и корпусом вариатора и через отверстие в корпусе вариатора взаимодействующие с упомянутым реечным зубчатым толкателем, которые выполнены с возможностью осевого перемещения с ним относительно ведущего вала, причем на корпусе толкателей закреплены упомянутые пружины, расположенные между корпусом толкателей и корпусом вариатора, которые выполнены с возможностью удержания передаточного отношения в режиме саморегулирования передаточного отношения от «0» до «50» и возврата передаточного отношения к «0» при прекращении вращении ведущего вала, при этом упомянутые планетарные рабочая и балансировочная рамки снабжены упорами, расположенными с обеих сторон по торцам рамок, выполнены с возможностью ограничения хода рамок, при возврате их в «0» передаточное отношение, причем упомянутые планетарные рабочие зубчатые колеса, а также упомянутые планетарные рабочая, балансировочная рамки, корпус вращения рамок и зубчатый реечный толкатель выполнены с возможностью вращения относительно ведущего вала и регулировки передаточного отношения.
provariator.ru
СУПЕРМАХОВИК И СУПЕРВАРИАТОР ДЛЯ СУПЕРАВТОМОБИЛЯ » Перуница
Обычный легковой автомобиль, если его оборудовать супермаховиком и супервариатором, может расходовать 1-2 литра топлива на 110 км
Если бы профессор Нурбей Гулиа жил на Западе, то наверняка был бы мультимиллионером. Супермаховик, который он изобрел в 1964 году, давно применяется во всем мире, что, однако, никак не отразилось на благосостоянии ученого. Из-за бюрократизма советской патентной системы патент был выдан автору… только через 20 лет после подачи заявки, а за эти годы срок действия документа истек. Но профессор взял реванш. Спустя десятилетия он изобрел (и сейчас патентует во многих странах) «супервариатор», который обладает настолько фантастическими характеристиками, что в полной мере оправдывает свою щегольскую приставку.
Разрушитель законов
Теория, подтвержденная практикой
Когда к нам в редакцию пришло письмо с описанием устройства под названием «супервариатор», мы решили, что это очередная профанация вроде вечного двигателя и гравитолета. Но внизу стояла подпись «Нурбей Гулиа», что заставило взглянуть на устройство по-другому. Тем не менее, несмотря на реноме ученого, его изобретение продолжало казаться абсолютной фантастикой. Крупные компании, специализирующиеся на выпуске коробок передач и вариаторов, тратят огромные деньги на исследования, и вдруг некий российский изобретатель разрабатывает продукт, который по основным показателям заметно превосходит модели ведущих производителей. Разве такое возможно? Впрочем, с другой стороны, вряд ли в мире можно найти ученого, который посвятил бы вариаторам столько же времени. Ведь Гулиа начал заниматься этой темой еще в начале 1960-х.
Вариаторы, или устройства, которые позволяют плавно изменять передаточное отношение привода, получили широкое распространение на автомобилях сравнительно недавно. Подобно автоматической гидродинамической коробке передач, вариатор облегчает управление, но в отличие от нее демонстрирует лучшие показатели разгонной динамики и экономичности. Однако не лишен он и недостатков: диапазон регулирования передаточных отношений у вариаторной коробки передач обычно узок (4–6), а КПД невысок – около 0,85. Впрочем, каждый из этих показателей можно увеличить, но, увы, только за счет другого. Поиском разумного компромисса и занимаются сейчас конструкторы вариаторов, но Гулиа пошел другим путем. Он решил найти способ обойти существующие «вариаторные законы» и заставить этот упрямый механизм работать с максимальным диапазоном и максимальной отдачей на главных режимах. Годы исследований не ушли впустую: Гулиа нашел такой способ. но схема устройства была настолько непростой, что иногда и специалисты не могли до конца понять принципы ее работы. Тогда, чтобы «в доступной форме» доказать возможность существования такого устройства, Гулиа решил создать опытный образец.
При финансовой поддержке одной немецкой компании, ставшей совладельцем немецкого патента профессора, Гулиа в тандеме со своим аспирантом Иваном Бессудновым работали почти год над созданием этого устройства. Профессор признается, что сам не был до конца уверен в том, что аппарат будет работать, но его опасения не подтвердились. Первые же испытания доказали верность догадок Гулиа: супервариатор обладал прямо-таки фантастическими свойствами: диапазон 15–20, КПД на основных режимах – 0,97–0,98! как же такое стало возможным?
Планетарные чудеса
Опытный образец супервариатора
В основе всего этого беззакония лежат два сравнительно простых механизма – планетарный и дифференциальный, объединенные, правда, хитрым способом. За десятилетия работы с вариаторами профессор Гулиа пришел к выводу, что из всех их разновидностей лучший для автомобиля – планетарный, поскольку при передаточном отношении, близком к единице, КПД у него стремится к 100%. А автомобиль, как известно, наибольшие расстояния преодолевает именно на высоких передачах, когда передаточное отношение коробки приближается к единице. Среди вариаторов, которые могут работать по планетарной схеме, Гулиа выбрал дисковый, способный передавать внушительные мощности. Схема планетарного дискового вариатора (для простоты однорядного) изображена на рис., а рядом описан принцип его работы. По своим характеристикам такой дисковый планетарный вариатор хорош: при диапазоне, равном 10, он может работать с КПД 87–95%, но с помощью дифференциала «хорошиста» можно превратить в гениального «отличника».
Схема супервариатора Входной и выходной валы дискового вариатора связаны с центральными колесами дифференциала, а входной при этом еще вращается двигателем. от водила крутящий момент передается на выходной вал супервариатора через зубчатую передачу. Если бы передаточное отношение вариатора было равно единице, то все валы вращались бы с одинаковой скоростью
Схема объединения дифференциала и планетарного вариатора изображена на рисунке. Если бы передаточное отношение вариатора было равно единице, то все валы вращались бы с одинаковой скоростью, а КПД был бы равен 100%. Но передаточное отношение вариатора больше единицы, поэтому ведомый вал дискового вариатора вращается медленнее ведущего, а ведомый вал супервариатора, исходя из особенностей работы планетарного механизма, будет вращаться медленнее ведущего и быстрее ведомого дискового вариатора. Стало быть, диапазон всего устройства уменьшится по сравнению с дисковым, но зато КПД станет выше – за счет того, что через вариатор теперь будет проходить только часть мощности, а остальная пойдет напрямую от двигателя к ведомому валу. «КПД повысился, диапазон сузился – все как в обычном вариаторе», – может возразить читатель. Пока так и есть, но, чтобы из вариатора сделать супервариатор, достаточно проделать с ним два хитрых «финта». Во-первых, нужно превратить понижающий режим работы в повышающий (конструкция разработанного Гулиа устройства это позволяет), а во-вторых, еще и сузить его диапазон – для увеличения КПД. При этом даже если этот суженный диапазон составит всего 1,5–2, то, используя на первом этапе работы вариатор без дифференциала с диапазоном около 10, а на втором – с дифференциалом и с суженным диапазоном, в результате, согласно теории замкнутых дифференциальных передач, мы получим диапазон около 20. И при этом на основных режимах работы КПД будет выше 97%!
Схема суперавтомобиля Гулиа Объединив супермаховик и супервариатор в одну схему, можно значительно снизить расход топлива: до 1,2 л на 100 км при использовании дизельного двигателя и до 0,9 л на 100 км при применении топливных элементов. Так что заправлять автомобили будущего топливом придется в несколько раз реже
Представленная на рисунке схема носит упрощенный характер: на самом деле изобретенный Гулиа супервариатор куда сложнее. Более подробно с устройством этого механизма можно ознакомиться в новом издании книги Гулиа «В поисках «энергетической капсулы»», которое появится к лету 2006 года (издательство ЭНАС). В оригинале базовый планетарный вариатор является многодисковым (с тремя и более рядами дисков), а его дифференциальный механизм выполнен с применением вместо конических зубчатых колес цилиндрических, которые проще, технологичнее и экономичнее. но сути дела это не меняет. На основных режимах работы КПД вариатора составляет 0,97–0,98, понижаясь лишь до 0,87 в режимах, где требуется высокое передаточное число (например, при трогании с места).
Сейчас профессор Гулиа патентует свое изобретение в ведущих странах мира, чтобы не повторилась та несправедливая история с супермаховиком, и ищет будущих партнеров. Если изобретением заинтересуются такие высокотехнологические производители коробок передач, как, например, ZF Friedrichshafen, супервариатору уготовано великое будущее. Но Гулиа не собирается на этом останавливаться. «Если объединить достоинства супервариатора и супермаховика, то можно создать суперавтомобиль», – говорит ученый.
На пути к пределу экономичности
Еще одна схема суперавтомобиля Гулиа
Когда профессор Гулиа начинает рассказывать о проекте «суперавтомобиля», можно подумать, что он писатель-фантаст, а не ученый. Слишком удивительными кажутся его выкладки. «В одном из номеров «Популярной механики» (№7, 2005, с. 16) вы писали про карбоновое нановолокно, – говорит профессор. – Если из такого материала навить супермаховик, то его удельная энергия достигнет 1 Мвт*ч/кг, или в тысячи раз больше, чем у самых перспективных аккумуляторов! Это значит, что на таком накопителе массой в 150 кг легковой автомобиль сможет пройти с одной зарядки свыше 2 миллионов километров – больше, чем способно выдержать шасси. То есть теоретически уже сейчас можно создавать автомобили, которые в течение всего срока службы не требовали бы никакого топлива. Беда в том, что заряжать такие накопители будет не от чего: мощность всех автомобилей в мире в десятки раз больше мощности всех электростанций». Поэтому в качестве альтернативы такой фантастической машине Гулиа предлагает более реальный проект автомобиля: его заправлять топливом все-таки придется, но раза в три реже, чем обычное авто.
Максимальный КПД современного бензинового двигателя всего 25–30%, дизельного выше – около 40%, но беда в том, что реально в городе (даже без учета пробок) двигатель работает с КПД около 7%. Чтобы переводить тепловую энергию топлива в механическую максимально выгодно, надо заставить двигатель работать в оптимальном режиме, близком к максимальной мощности. Если бы автомобиль был оснащен специальным накопителем, с его помощью можно было бы собирать энергию от двигателя, работающего в режиме максимального КПД, а уже из накопителя расходовать ее на движение автомобиля.
«Такая схема позволила бы сократить расход топлива как минимум втрое», – рассказывает Гулиа. «Нурбей Владимирович, но ведь уже существуют различные гибридные автомобили, которые работают по такой схеме, однако ждать серьезного снижения расхода топлива от них не приходится». – «Вы правы. но в современных гибридных автомобилях механическую энергию двигателя приходится преобразовывать в электрическую, а затем снова в механическую. Это приводит к слишком большим потерям – энергетическую «пошлину» платить надо. Я же говорю о накопителе механической энергии – супермаховике, работающем в паре с супервариатором».
Опытные образцы подобных автомобилей, оказывается, уже пыталась создать американская компания United technologies, и ей удалось достичь расхода дизельного топлива 3 л на 100 км для автомобиля массой 1500 кг. Но система была достаточно сложна и дорога: в частности, тут были использованы электрогенераторы и полномоментные (без коробки передач) тяговые двигатели, что и не позволило извлечь максимум достоинств из этой схемы. Именно изобретенный супервариатор призван сделать автомобиль куда привлекательнее. При такой схеме работы двигатель периодически автоматически включается и, работая в оптимальном режиме, «дополняет» энергию в накопитель. Кроме того, в этой схеме осуществляется рекуперация энергии на спусках и торможениях, что ведет к фантастической экономии топлива. По данным Гулиа, обычный автомобиль может при этом расходовать всего лишь 1,2 л дизельного топлива на 100 км. но самое любопытное, что это еще не предел экономичности. Если вместо двигателя использовать более экономичные топливные элементы с КПД около 56% (при работе на обычном топливе), то можно достичь еще большей экономичности – до 0,85 л солярки на 100 км! Пожалуй, это реальный ответ повышению цен на автомобильное топливо…
Март 2006
Этапы большого пути
1939. Родился в Тбилиси (там же окончил школу и Политехнический институт). 1961. Сделал первое изобретение, затем изобретает вариаторы новых конструкций. 1962. Поступает в аспирантуру в Москве, через 3 года защищает кандидатскую диссертацию, спустя еще 8 лет – докторскую. 1964–1984. Подает заявку на изобретение супермаховика: из-за затянувшейся экспертизы получает патент только через 20 лет. 1978. Начинает работать в Московском государственном индустриальном университете (МГИУ) профессором кафедры «Автомобили и двигатели». по настоящее время – заведующий кафедры «Детали машин». 2003. Подает международную заявку на изобретение супервариатора, по которой в 2005 году началось патентование в России и за рубежом.
Планетарный дисковый вариатор
От двигателя вращение подается на входной вал вариатора, на котором жестко закреплены внутренние диски. Они заставляют вращаться конические сателлиты. За счет того, что внешние диски неподвижны, сателлиты участвуют не только в орбитальном движении, вращая водило (выходной вал), но и вращаются вокруг своей оси. Изменение передаточного отношения в механизме обеспечивается за счет радиального перемещения сателлитов на водиле.
perunica.ru
Полезная модель относится к механизмам зубчатых бесступенчатых передач и может быть использована в машиностроении, в частности для бесступенчатой трансмиссии транспортных средств.
Сущность полезной модели: Вариатор планетарный включает в себя корпус, размещенные в нем ведущий вал, планетарный ряд и механизм управления. Планетарный ряд включает ведущую шестерню, ведомую шестерню и водило с сателлитами. Сателлиты выполнены двухвенцовыми, при этом первый венец каждого сателлита связан с ведущей шестерней, а второй венец — с ведомой шестерней. Ведомая шестерня через ведомый вал жестко связана с рабочим органом устройства. Сателлиты установлены при помощи подшипников А, водило — на подшипнике Б. Тормозное приспособление жестко закреплено на корпусе и размещено на водиле.
Технический результат заключается в упрощении конструкции вариатора и снижении его габаритов, повышение надежности работы. 1 н.п. ф-лы, 1 ил.
Полезная модель относится к механизмам зубчатых бесступенчатых передач и может быть использована в машиностроении, в частности для бесступенчатой трансмиссии транспортных средств.
В современном машиностроении, в частности в автомобилестроении, широко используются двигатели внутреннего сгорания, которые имеют очень узкий рабочий диапазон оборотов. Для того чтобы расширить этот диапазон, служит коробка переключения передач (КПП). Она предназначена для изменения передаточного соотношения между двигателем и рабочим органом устройства (РОУ). Например, в автомобиле, где РОУ являются колеса, изменение передаточного соотношения в КПП позволяет при различных скоростях движения двигателю работать в режиме, близком к оптимальному.
Наиболее распространенной среди КПП является механическая коробка переключения передач (МКПП). Главными недостатком МКПП является ступенчатость изменения передаточного соотношения между двигателем и РОУ. В результате во всем диапазоне возможных значений оборотов двигателя и РОУ можно получить лишь несколько вариантов их оптимальных соотношений. Во всех остальных случаях двигатель либо недогружен, и его мощность тратится впустую, либо перегружен, в результате чего бесполезно расходуются его ресурсы. Дополнительным недостатком МКПП является наличие сцепления.
Другим видом коробок передач является вариаторная коробка переключения передач (ВКПП), плавно изменяющая передаточное соотношение оборотов двигателя и РОУ. В результате независимо от скорости и нагрузки на рабочий орган двигатель постоянно работает в оптимальных условиях (на оборотах максимальной мощности или экономичности — в зависимости от режима, заданного оператором), а плавное изменение передаточного соотношения позволяет не разрывать связь между двигателем и РОУ для уравнивания скоростей и не прерывать крутящий момент. Сцепление в ВКПП служит только для обеспечения работы двигателя при остановке РОУ. При наличии определенных недостатков, связанных с несовершенством устройств, недостаточной надежностью, преимущества вариаторов над классическими многоступенчатыми коробками очевидно. Например, благодаря оптимальному использованию возможностей двигателя и непрерывной передаче крутящего момента автомобили, оснащенные ВКПП, намного более динамичны и экономичны. Отмеченные выше недостатки ВКПП в последние годы довольно успешно устраняются.
Известен планетарный фрикционный вариатор (RU 2300677 МПК F16H 37/08, F16H 15/48), включающий первичный вал с установленным на нем солнечным колесом, входящим в зацепление с коронным колесом через сателлиты, вторичный вал, водило, фрикционные механизмы, в котором коронное колесо применено в качестве управляющего звена, с одной стороны связанное с корпусом вариатора, а с другой стороны — с первичным валом через фрикционные механизмы, и вторичный вал объединен с водилом с возможностью регулирования скорости и направления вращения коронного колеса посредством фрикционных механизмов и управляющего электродвигателя, соединенного с коронным колесом.
Энергия приводного двигателя расходуется внутри самого устройства. Коэффициент полезного действия (КПД) устройства достигает максимального значения только на прямой передаче. При этом максимальное передаточное отношение устройства при максимальном КПД составит 1. В связи с этим необходимо использовать приводной двигатель с большой мощностью для преодоления максимального стартового нагрузочного момента на ведомом звене.
Таким образом, недостатком известного устройства является малое значение его КПД.
Известен вариатор Челнокова (RU 2108508 МПК F16H 47/04), содержащий корпус, входной и выходной валы, ведущее и ведомое колеса, водило и жидкость, при этом он снабжен герметичной камерой и блок-шестерней, установленной на водиле и находящейся в зацеплении с колесами, ведущее и ведомое колеса жестко закреплены на входном и выходном валах, жидкость заполняет герметичную камеру, пара сопряженных зубчатых колес заключена в герметичную камеру, зоны низкого и высокого давления камеры соединены перепускным каналом с установленным на нем управляемым дросселем, а ведущее колесо имеет меньшее чем у ведомого число зубьев.
Недостатком вариатора является отсутствие центровки относительно оси вращения, приводящая к возникновению биений, особенно на больших оборотах. Наличие герметичной камеры служит источником поломок устройства при возникновении протечек, а также существенно усложняет само устройство и процедуры его обслуживания. Кроме того, максимальное передаточное отношение устройства равно 1, что требует использование приводного двигателя с большой мощностью для преодоления максимального стартового нагрузочного момента на ведомом валу. Это также понижает КПД устройства.
Известен вариатор планетарный (RU 2374528 МПК F16H 47/08), выбранный в качестве прототипа, содержащий корпус, размещенные в нем ведущий вал и ведомую шестерню, механизм управления и два планетарных ряда, отличающийся тем, что он снабжен управляющим звеном, первый и второй планетарные ряды размещены последовательно, каждый из которых включает центральную и коронную шестерни и водило с сателлитами, ведущий вал жестко связан с коронной шестерней первого планетарного ряда и выполнен сквозным с возможностью установки приводного двигателя на любой его конец, а механизм управления размещен на ведущем валу, неподвижно закреплен на корпусе, содержит контролирующий и исполнительный органы, выполнен гидравлическим и имеет возможность изменения общего передаточного числа вариатора в независимости от оборотов приводного двигателя.
Недостатком устройства является сложность конструкции, содержащей два связанных планетарных ряда, результатом чего являются большие габариты устройства, недостаточно надежная работа, дополнительные сложности в его обслуживании и управлении.
Задача полезной модели — совершенствование конструкции планетарного вариатора.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в упрощении конструкции вариатора и снижении его габаритов, повышение надежности работы.
Указанный технический результат достигается тем, что в вариаторе планетарном, содержащем корпус, размещенные в нем ведущий вал, планетарный ряд, включающий ведущую шестерню, ведомую шестерню и водило с сателлитами, и механизм управления, неподвижно закрепленный на корпусе, сателлиты выполнены двухвенцовыми, при этом первый венец каждого сателлита связан с ведущей шестерней, второй венец — с ведомой, а механизм управления размещен на водиле.
Устройство поясняется чертежом, на фиг. изображена общая кинематическая схема вари
poleznayamodel.ru
Планетарный вариатор достоинства — Достоинства и недостатки вариатора
Преимущества и недостатки вариатора
Количество возможных режимов при движении автомобиля бесконечно велико. Поэтому оптимальную работу двигателя можно обеспечить, если бесконечным будет и количество ступеней в коробке передач. Вариатор — единственный из существующих на сегодняшний день видов КПП позволяет безступенчато изменять передаточное отношение между двигателем и трансмиссией. А это значит, что для каждого режима работы автомобиля (т.е. скорости и сопротивления движению) удается подобрать наиболее эффективное значение передаточного отношения, а не усредненное, как в любой другой коробке передач.
Следствием постоянной работы двигателя в зоне оптимальных оборотов является высокая экономичность, снижение токсичности выхлопных газов и лучшая динамика разгона автомобилей с вариаторами. А так как передаточное отношение изменяется плавно, а не ступенчато, то такие автомобили отличаются и плавностью хода. Отсутствие рывков при переключениях увеличивает срок службы узлов трансмиссии. Вариаторы имеют небольшой вес, простую конструкцию (по сравнению с АКПП) и достаточно надежны. Так же, как и «автоматы» они избавляют водителя от «ручного» труда.
Так что, имеем идеальную коробку передач? Увы, нет. Главный недостаток вариаторов состоит в том, что они фрикционные (работают за счет трения, а не зубчатого зацепления), и поэтому могут передавать ограниченный крутящий момент, при превышении которого рабочие поверхности начинают проскальзывать и интенсивно изнашиваться. А это означает, что их нельзя использовать в паре с мощными двигателями.
Вариатор не любит долгой работы в режиме максимальных нагрузок. «Спортивный» стиль вождения, резкие рывки и торможения приводят к его быстрому износу. Стихия вариатора — спокойное, плавное движение.
Принцип работы вариатора
В настоящее время на автомобилях применяют два типа вариатора: клиноременной и торовый. Клиноременной состоит из двух раздвижных шкивов и натянутого между ними ремня. Один шкив соединен с двигателем, и является ведущим, второй, ведомый, — с ведущими колесами. Шкивы, как уже говорилось, раздвижные, то есть, состоят из двух половинок. Если половинки шкива сближаются, ремень выталкивается наружу, если раздвигаются, ремень проваливается внутрь. Изменение радиусов, по которым вращается ремень, происходит синхронно — когда один шкив увеличивает радиус, другой его уменьшает. В итоге плавно изменяется передаточное отношение: пока радиус ведущего шкива меньше, чем ведомого, имеем пониженную передачу; если радиусы равны — передача прямая; если же ремень на ведущем шкиве вращается по большему радиусу, чем на ведомом — получаем повышенную передачу.
Почему же при такой простоте и прочих своих достоинствах вариатор стали применять на автомобилях сравнительно недавно? Проблема заключалась в резиновом ремне, который не позволял передавать большой крутящий момент. Только с изобретением металлического наборного ремня стала возможной установка вариатора на легковых автомобилях (о грузовых даже и речи не идет). Такой ремень представляет собой две металлические ленты с нанизанными на них металлическими пластинками специальной формы. Он передает усилие путём прижима звеньев друг к другу и толкания их ведущим шкивом. Ведущий шкив толкает зажатые между его дисков звенья, те толкают соседние, и так далее к звеньям, зажатым в ведомый шкив. То есть такой ремень является толкающим, а не тянущим, что позволяет передавать значительно большее усилие.
Существуют и цепные вариаторы, в которых вместо ремня применяется цепь. Принципиальных различий с ремнем нет, есть некоторые отличия. Первое — цепь передает тянущее усилие, а не толкающее. Второе — мощность передается скошенными торцами осей звеньев цепи.
В торовых вариаторах вместо раздвижных шкивов применяются конусовидные диски, а ремень заменяют ролики. Один диск (ведущий) соединяется с коленвалом двигателя, другой (ведомый) — с трансмиссией. К дискам прижимаются ролики, которые могут вращаться вокруг горизонтальной оси, передавая крутящий момент, и смещаться относительно вертикальной, соприкасаясь с дисками в разных точках. Изменяя положение роликов, меняем передаточное отношение. Если ролик соприкасается с ведущим диском по малому радиусу, то с ведомым он контактирует по большому — получаем понижающую передачу. При вращении по одинаковым радиусам передача будет прямой, а если ролик прижат к ведущему диску по большему радиусу — повышающей.
Торовые вариаторы способны передавать больший крутящий момент, чем клиноременные. При этом им присущи недостатки клиноременных, так как усилие передается также за счет трения. Торовый вариатор дороже, ввиду того, что для изготовления его деталей требуется высокопрочная сталь, а для смазки — специальное фрикционное масло.
Устройство вариатора
Практические конструкции вариаторов включают в себя устройства для обеспечения плавного трогания с места, движения задним ходом, систему управления, гидронасос.
В роли сцепления могут выступать либо пакет фрикционов, либо гидротрансформатор. Пакет фрикционов проще, компактнее, но по плавности включения и долговечности уступает гидротрансформатору. Поэтому такая конструкция применяется на недорогих автомобилях. Гидротрансформатор имеет большие габариты и массу, зато обеспечивает более плавное трогание, сглаживание рывков, что увеличивает ресурс работы вариатора. Кроме того, вариатор с гидротрансформатором быстрее переходит с низших передач на высшие при резком разгоне.
Для обеспечения движения задним ходом применяется простая планетарная передача.
Система управления состоит из блока управления, датчиков, гидросистемы управления шкивами. Получая данные об оборотах двигателя, скорости автомобиля и положении педали акселератора, блок управления определяет оптимальное для данного режима движения передаточное число. По показаниям датчиков скорости вращения первичного и вторичного валов определяется реальное передаточное отношение. При их несовпадении блок управления выдает команду гидросистеме на изменение диаметра шкивов.
Рабочее давление в гидросистеме и смазку деталей вариатора обеспечивает насос, приводимый от первичного вала. Причем давление в системе зависит не от оборотов двигателя, а поддерживается пропорциональным развиваемому крутящему моменту. Чем больше момент, тем сильнее сжимаются диски, предотвращая проскальзывание ремня. От давления, создаваемого насосом, зависит быстродействие вариатора — чем оно выше, тем быстрее изменяется передаточное отношение. Масло в системе применяется специальное, с маркировкой CVT. В качестве напоминания такая же надпись ставится на маляном щупе вариатора.
Электронная система управления позволяет наделить вариатор большим перечнем дополнительных функций: адаптация к стилю вождения, экономичный или спортивный режим, «ручное» переключение передач.
Последняя опция введена больше в связи с субъективным восприятием некоторыми водителями особенностей работы вариатора, чем с технической необходимостью. При резком нажатии на педаль акселератора двигатель вначале выводится на обороты, соответствующие максимальной мощности, и далее разгон происходит за счет изменения передаточного отношения вариатора. При этом мотор все время работает «на одной ноте». Водителей «с музыкальным слухом» это раздражает. Поэтому и вводится «ручной» режим с 6-8 фиксированными передачами, и тогда звук двигателя с вариатором приобретает ласкающую слух переменную тональность.
Еще один нюанс конструкции вариаторных трансмиссий связан с диапазоном передаточных чисел. Прямой передаче соответствует положение, когда диаметры дисков одинаковы. Поэтому низшее и высшее передаточные числа симметричны относительно единицы. А значит, высших передач получается слишком много, а низших, наоборот, недостаточно. Чтобы компенсировать этот недостаток, увеличивают передаточное число главной передачи.
Планетарные втулки для велосипедов существуют уже много лет и за это время было достигнуто много успехов. Планетарная втулка Nuvinci CVP представляет собой совершенно другой тип велосипедной втулки. В обычной планетарной передаче для получения разных передаточных отношений (скоростей) используется серия шестерёнок или комбинаций шестерёнок. Из-за того, что для каждого передаточного отношения требуется свой собственный набор шестерней, существует практический лимит количества шестерней, устанавливаемых в велосипедную планетарную втулку. При этом каждое передаточное отношение производители стараются равномерно распределить по общему передаточному диапазону. Во втулке Nuvinci CVP шестерни не используются — вместо них с целью изменения передаточного отношения используются шарики. Втулка Nuvinci относится классу вариаторов. Аббревиатура слова вариатор на английском языке звучит как CVP или CVT, что и отражено в названии втулки. Термин вариатор означает отсутствие дискретных шагов передаточных отношений. Передаточное отношение можно настроить бесконечно точно внутри диапазона общего передаточного отношения втулки. Это достигается благодаря конструкции планетарной втулки Nuvinci, использующей вводную и выводную пластины, вокруг которых вращаются планетарные шарики. Благодаря изменению эффективного диаметра шарика, вращающегося между пластинами, и возникают разные передаточные отношения. Чтобы лучше понять, как работает такая конструкция, можете посмотреть видео на сайте NuVinci.
Привлекательность бесступенчатой трансмиссии Nuvinci заключается в том, что совершенно не нужно учиться ездить на ней. Причин перейти с обычной системы переключения передач на планетарную трансмиссию (вариатор) достаточно много. К главным преимуществам планетарной трансмиссии можно отнести:
Лёгкость переключения. Для переключения передачи на планетарных втулках и вариаторах требуется только повернуть один переключатель. Это достигается благодаря использованию скользящего механизма переключения в вариаторе вместо перемещения цепи с одной звёздочки на другую.
Переключение в любое время. Планетарные втулки и вариаторы можно переключать во время езды или даже остановки, что абсолютно невозможно у дерайлера.
Надёжность. Так как все механизмы планетарной передачи или вариатора защищены оболочкой, то влияние неблагоприятных погодных условий минимально. Также цепь планетарной втулки или вариатора расположена выше над землей, так как ей не требуется проходить через низко расположенный дерайлер. Кроме того для односкоростной цепи можно купить более эффективную защиту цепи. Всё это приводит к меньшему налипанию грязи.
Меньше технического обслуживания. Чистка втулки обычно заключается в её протирании от грязи.
У велосипедного вариатора Nuvinci CVP присутствуют все эти достоинства. Из-за того, что во втулке CVP отсутствуют шестерни, у неё в сравнении с другими планетарными втулками меньше вероятность поломки при чрезмерном вращательном моменте. Nuvinci — это единственная в мире втулка, абсолютно не требующая никакого технического обслуживания. Чтобы почистить грязную втулку, всего лишь полейте на неё из шланга или потрите щёткой. Вам никогда не потребуется разбирать планетарную втулку Nuvinci, так как специальная жидкость не требует замены во время всего срока службы втулки. В обычных планетарных втулках износ шестерней рано или поздно приводит к образованию продуктов деградации металла, требующих замены масла. Шарики во втулке Nuvinci не подвержены износу.
Какую выбрать ведущую и заднюю звезду для вариатора NuVinci.
Одним из приятных бонусов эксплуатации планетарной втулки или вариатора является тот факт, что для изменения передаточного отношения цепи не требуется перемещаться с одной звёздочки на другую. Чтобы дополнительно упростить трансмиссию и отказаться от переднего дерайлера, я рекомендую спользовать одну ведущую звезду или переднюю планетарную систему, такую как Schlumpf High Speed Drive или Truvativ HammerSchmidt. У втулки Nuvinci максимально приемлемый входящий крутящий момент должен не превышать соотношение передней звёздочки к задней 2:1. Это означает, что если на втулке Nuvinci используется задняя звёздочка на 19 зубьев, то ведущая звезда должна иметь не менее 38-ми зубьев. Изменяя ведущую или заднюю звезду, можно повышать или понижать передаточное отношение. Рекомендуемые передние звёзды в комбинации с задней звёздочкой на 19 зубьев:
Передняя звезда на 38 зубьев — передаточное отношение 18 — 65 дюймов (29 км/час, 60 об/мин). Передняя звезда на 42 зуба — передаточное отношение 20 — 72 дюймов (32 км/час, 60 об/мин). Передняя звезда на 46 зубьев — передаточное отношение 22 — 80 дюймов (37 км/час, 60 об/мин). Передняя звезда на 52 зуба — передаточное отношение 25 — 89 дюймов (42 км/час, 60 об/мин). Schlumpf HSD 34/85 — передаточное отношение 16 — 146 дюймов (68 км/час, 60 об/мин).
На втулке Nuvinci задняя звёздочка на 19 зубьев и ведущая звезда на 46 зубьев предоставляет хороший диапазон для большинства велосипедистов, но если вы в хорошей физической форме или хотите ехать быстрее, вы то можете поставить ведущую звезду побольше или заднюю звезду поменьше. И наоборот для холмистой местности может потребоваться ведущая звезда поменьше или задняя звезда побольше. С комбинацией планетарной втулки Nuvinci с Schlumpf HSD у вас будет очень широкий диапазон передач, пригодный как для крутых подъёмов, так и для стремительных даунхиллов. Nuvinci может использовать задние звёздочки вплоть до 16 зубьев.
Установка планетарной втулки Nuvinci на велосипед.
Самым простым способом установить втулку Nuvinci на велосипед — это купить её вместе с велосипедом или нанять веломеханика. Если ты хотите модифицировать уже имеющийся велосипед планетарной втулкой Nuvinci CVP, то вам придётся решить несколько проблем. В манетках Nuvinci для управление переключающим блоком на втулке используется два троса. Поэтому тебе придётся проложить новые тросы.
Самой трудной частью установки втулки Nuvinci является продевание оси переключателя. Придерживайтесь инструкции по установке и запаситесь терпением.
Так как задний дерайлер вам больше не потребуется, то вам необходимо как-то настроить натяжение цепи. Если вы сохраняете передний дерайлер, то убедитесь что для его нормальной работы хватит длины цепи. Поэтому вам потребуется сохранить натяжитель цепи. Может возникнуть только проблема с установкой натяжителя цепи, так как рубашка переключателя Nuvinci не позволяет установить стандартный дерайлер. Вам придётся самостоятельно выкрутиться из данной ситуации. Fallbrook Technologies (производитель Nuvinci CVP) на заказ производит адаптированный под их систему натяжитель цепи.
Использование Nuvinci CVP с одной ведущей звездой (Schlumpf HSD или Truvativ HammerSchmidt) всё значительно упрощает. Используя переднюю планетарную втулку, вам придётся только обрезать цепь до необходимой длины и установить её на ведущую и заднюю звёздочки, отрегулировав её натяжение с дропаутами или кареткой с эксцентриком. Если всё же вы хотите использовать натяжитель цепи, то самыми лучшими будут натяжители YESS. Они самые тонкие и их можно установить на держатель дерайлера на каретке спереди, произведя всего лишь небольшую их модификацию.
Тестирование Nuvinci.
Опыт езды на велосипеде с планетарной втулкой Nuvinci нельзя ни с чем сравнить. У Nuvinci CVP общее передаточное отношение 350% и для переключения с самой верхней передачи на самую нижнюю требуется полный оборот переключателя на 360 градусов. Диапазон движения ручки переключателя действительно широкий, позволяющий вам тонко настроить требуемое передаточное отношение. Для смены с самой верхней передачи на самую нижнюю потребуется не один поворот ручки. Мне потребовалось совершить около трёх поворотов для совершения полного поворота переключателя на 360 градусов. На индикаторе переключателя отображается выбранная вами передача. На низких передачах отображается холм (как будто вы взбираетесь на холм), а на высоких передачах — прямая линия. На прямом типе руля индикатор хорошо доступен для обзора, на большинстве рулей для туристических велосипедов и гоночных велосипедов с вертикальным расположением индикатора привыкнуть к нему поначалу не так то и просто. Но вам и не нужно постоянно смотреть на индикатор. Просто крутите переключатель до тех пор, пока не подберёте оптимальную передачу.
Сначала выберите оптимальный для каденс, а только потом подбирайте под него передачу. Это полностью противоречит настройке передач на классической системе переключения передач, когда сначала требуется переключить передачу, а потом только понять устраивает ли тебя каденс на данной передачей. Постоянное вращение ручки переключателя входит в привычку и во время езды хочется постоянно регулировать передаточное отношение. Ощущение от езды трудно передать словами — это нужно попробовать. Оно напоминает использование регулируемого гидротрансформатора. При переходе с одного передаточного отношения на другое нет никаких щелчков и толчков в трансмиссии, возникающих при перепрыгивании с одной звезды на другую на дерайлере или с одного блока шестерней на другой на планетарной втулке. Всё происходит предельно гладко.
Также как и в случае с большинством планетарных втулок, можно переключаться как во время остановки, так и во время езды, независимо от того вращаете ли вы педали или нет. Ощущение от резкого переключения во время езды немного странное и к нему следует привыкнуть.
Чем сильнее вы давите на педали, тем труднее переключиться. Это особенно заметно при переключении с высокой передачи на низкую. Когда я первый раз с этим столкнулся, то сначала я подумал, что что-то сломалось. Но как только я уменьшил давление на педали — переключатель легко повернулся.
Из негативных отзывов об планетарной втулке Nuvinci CVP можно встретить только её вес. В сравнении с обычным колесом с дерайлером и кассетой она прибавляет велосипеду 3,18 — 4,08 кг веса (2,45 кг весит новая версия). Так как весь вес сосредоточен на заднем колесе, то он особенно ощущается при разгоне. Но во время езды огромный вес не так заметен. Если вы требовательны к весу велосипеда или вам требуется велосипед для соревнований, то втулка Nuvinci вам не подойдёт. Но если вам нужен отличный велосипед для поездок на работу, то благодаря передаточному отношению 350% и лёгкому переключению передач эта втулка будет отличным выбором.
Многих очень часто интересует эффективность Nuvinci. Производитель не указал КПД Nuvinci, но по их заявлениям «общая эффективность езды на NuVinci CVP лучше, чем у планетарных втулок, и в некоторых условиях может превышать эффективность дерайлера». Так как техника езды на велосипедном вариаторе от Nuvinci сильно отличается от велосипедов с обычной трансмиссией, то очень трудно провести непосредственное сравнение Nuvinci с остальными планетарными втулками. Неоспоримым преимуществом втулки Nuvinci является эффективность, достигаемая подбором оптимальной передачи.
Мы протестировали три велосипеда с тремя разными трансмиссиями: один велосипед с Nuvinci CVP, другой с планетарной втулкой Shimano Nexus 8 Premium и третий с дерайлером SRAM X.9. Мы включили на X.9 среднюю передачу. Затем отметили расстояние, которое мы проехали на одном обороте педалей (передаточное отношение в дюймах). Далее методом проб и ошибок подобрали это же передаточное отношение на Nuvinci. Велосипед с втулкой Nexus мы установили на четвёртую передачу. Мы тестировали каждый велосипед только на этой одной передаче. Велосипед с классической системой переключения передач имел минимальное сопротивление и разгонялся легче всего. Велосипед с Nuvinci из-за своего веса разгонялся хуже всех (учитывая, что была включена средняя передача). Принимая во внимание более широкий диапазон втулки Nuvinci (350%) по сравнению с Nexus 8 (300%) и сопоставимый порядок цен, Nuvinci будет хорошим выбором.
Последнее об чём мы ещё не упомянули — это бесшумность втулки. Если у вас когда-то был велосипед с планетарной втулкой, то вы должен быть знакомы со звуком «шестерней». Втулка Nuvinci практически бесшумная. Встроенная трещотка достаточно совершенная, так как при движении накатом она практически не издаёт звуков в отличии от других трещоток, издающих «тик-тик-тик». Мне кажется, что для бесшумности трещотки пришлось пожертвовать эффективностью. Но вряд ли вы сможете заметить это дополнительное снижение КПД.
Замена пробитой покрышки.
Давайте рассмотрим такой вопрос как снятие и установка покрышки при заклеивании прокола камеры на велосипедах с планетарной втулкой или вариатором. По моему эта процедура на планетарной втулке Nuvinci достаточна сложна и я б рекомендовал купить планетарную втулку Nuvinci N360 сразу с покрышками Schwalbe Marathon Plus или хотя бы использовать антипрокольную ленту. Перед снятием колеса сначала придётся снять рубашку переключателя на втулке.
Выводы.
В целом я рад появлению на рынке такой инновационной втулки, как Nuvinci. Это был обзор первой серии планетарной втулки Nuvinci. Недавно вышла ещё более совершенная лёгкая версия их велосипедного вариатора. Я уверен, что производитель будет постоянно совершенствовать своё детище. Я в восторге от возможности бесконечно точно настраивать передаточное отношение, которая помогает всегда оставаться на одном и том же каденсе. Этой втулке не помешал бы механизм переключения, помогавший бы быстро понизить передачу. Но это не настолько критично. Я думаю, что новая втулка Nuvinci со значительно сниженным весом со временем сможет занять достаточно большую долю рынка городских велосипедов.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано, например, в качестве бесступенчатых трансмиссий автомобилей. Вариатор содержит внутренние (1) и внешние (2) центральные фрикционные диски, соединенные соответственно с ведущим валом (13) и эпициклом (8) планетарного механизма, включающего сателлиты (6), закрепленные на осях (17) в водиле (18), соединенном с выходным валом (19) вариатора. Диски (1) и (2) связаны с валом (13) и эпициклом (8) через тела качения (14), установленные в наклонных канавках (15) и (16), выполненных в дисках — упорах (11) и (12), закрепленных соответственно на валу (13) и на эпицикле (8) и в примыкающих друг к другу внутренних (1) и внешних (2) центральных фрикционных дисках. Вариатор позволяет обеспечить высокий КПД в широком диапазоне передаваемых крутящих моментов. 7 з.п. ф-лы, 14 ил.
Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться как самостоятельно, например, в качестве бесступенчатых трансмиссий автомобилей, так и в качестве базового вариатора широкодиапазонных бесступенчатых передач — супервариаторов.
Из уровня техники известны дисковые (многодисковые) вариаторы с автоматическими нажимными устройствами, включающими тела качения, катящиеся по профилированным дорожкам качения (кулачкам), и прижимающими все центральные фрикционные диски вариатора ко всем промежуточным — фрикционным сателлитам, причем прижим осуществляется пропорционально передаваемому крутящему моменту (см. Пронин Б.А., Ревков Г.А. Вариаторы. М.: Машиностроение, 1980, с.263, рис.154). Параллельно с автоматическими нажимными устройствами прижим фрикционных дисков осуществляется также пружинами с усилиями нажатия 0,25…0,33 от максимального прижимного усилия (см. упомянутую выше книгу, с.273). Эта конструкция принята за аналог.
Недостатком аналога является невозможность индивидуального поджима каждой фрикционной пары, что препятствует использованию упругоподатливых центральных фрикционных дисков и снижает эффективность и точность прижима.
Известно также нажимное устройство планетарных дисковых вариаторов, включающее тела качения — шарики, катящиеся по профилированной поверхности и осуществляющие индивидуальный прижим дисков (см. патенты GB 1384679, F16Н 15/50, 19.02.1975, и ЕР 0459234 В1, F16Н, 15/50, 04.12.91). Однако вариаторы с этими нажимными устройствами, принятые за аналоги, не обладают свойством автоматического поджима без специального сервопривода с отдельным двигателем, и осуществляют лишь принудительный прижим дисков, что является их недостатком.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому и принятым за прототип является устройство по патенту RU 2140028 C1, F16Н 15/50, 20.10.1999, «Многодисковый планетарный вариатор», автор Н.В.Гулиа. В этом устройстве дисковый (многодисковый) планетарный вариатор, включающий внутренние и внешние упругоподатливые центральные фрикционные диски, соединенные соответственно с ведущим валом и эпициклом планетарного механизма и охватывающие с обоих торцов фрикционные сателлиты, закрепленные на осях с возможностью их радиального перемещения на водиле, содержит автоматически действующие нажимные устройства, осуществляющие прижим каждого ряда сателлитов, зависящий от передаточного отношения вариатора, и прижим этот осуществляется с каждой боковой стороны каждого ряда сателлитов индивидуально.
Недостатком устройства — прототипа является низкий его КПД при передаче невысоких крутящих моментов, так как прижим здесь рассчитан только на максимальный входящий крутящий момент. При этом в применении в качестве базового вариатора широкодиапазонной передачи через этот вариатор проходит лишь малая часть — от 5% входного крутящего и КПД вариатора при этом будет очень низок.
Задача изобретения состояла в создании дискового планетарного вариатора, позволяющего использовать его при передаче как высоких, так и низких значений крутящего момента, а также с возможностью его реверсирования, что характерно для вариаторов, входящих в состав широкодиапазонных бесступенчатых приводов, с обеспечением силы нажатия на рабочие тела вариатора, соответствующей передаваемому крутящему моменту, что обеспечивает высокий КПД вариатора.
Указанная задача решается тем, что предложен дисковый планетарный вариатор, содержащий корпус, в котором установлены внутренние и внешние центральные фрикционные диски, соединенные соответственно с ведущим валом и эпициклом планетарного механизма, и охватывающие с обоих торцов фрикционные сателлиты, закрепленные на осях с возможностью их радиального перемещения на водиле, в котором согласно изобретению на ведущем валу и эпицикле планетарного механизма выполнены упоры в виде дисков, контактирующих соответственно с внутренними и внешними центральными фрикционными дисками через тела качения, установленные в наклонных канавках, имеющих форму дуг окружности, выполненных в торцевых сторонах внутренних и внешних фрикционных дисков, противоположных сторонам, контактирующим с сателлитами, при этом в соответствующих упорах на ведущем валу и эпицикле выполнены ответные канавки, в которые входят тела качения.
Другим отличием устройства является то, что наклонные канавки выполнены в примыкающих торцами друг к другу внешних и внутренних центральных фрикционных дисках соседних планетарных рядов, а тела качения установлены в упомянутых канавках между примыкающими друг к другу торцами центральными фрикционными дисками соседних планетарных рядов.
Еще одним отличием устройства является то, что внешние и внутренние центральные фрикционные диски содержат подвижные в осевом направлении кольцевые фрикционные элементы, подпружиненные относительно центральных фрикционных дисков в направлении к сателлитам, и периферийные участки упомянутых фрикционных элементов входят с одной стороны в соответствующие углубления периферийных частей внешних и внутренних центральных фрикционных дисков, а с противоположной стороны контактируют с поверхностями фрикционных сателлитов.
Следующим отличием устройства является то, что количество планетарных рядов, включающих внутренние и внешние центральные фрикционные диски, прижимаемые к фрикционным сателлитам при установке тел качения между центральными фрикционными дисками соседних рядов, равно нечетному числу и минимально равно трем рядам.
Следующим отличием устройства является то, что центральные внутренние и внешние фрикционные диски каждого планетарного ряда выполнены попарно телескопически связанными друг с другом.
Следующим отличием устройства является то, что в каждом четном планетарном ряду, начиная от любого торца вариатора, центральные фрикционные диски связаны телескопическими связями соответственно с эпициклом и ведущим валом вариатора, а упомянутые диски в нечетных планетарных рядах связаны телескопической связью друг с другом, выполнены с возможностью как поворота, так и осевого перемещения относительно эпицикла и ведущего вала.
Следующим отличием устройства является то, что угол наклона наклонных канавок к плоскости дисков в контакте центральных фрикционных дисков данного ряда через тела качения с неподвижными в осевом направлении упорами выполнен вдвое меньшим угла наклона наклонных канавок к плоскости дисков в контакте через тела качения с подвижными в осевом направлении центральными фрикционными дисками соседнего планетарного ряда.
Следующим отличием устройства является то, что тела качения выполнены в виде шариков.
Благодаря отмеченным выше особенностям выполнения устройства в нем обеспечивается технический результат, заключающийся в том, что предложенное устройство позволяет использовать его при передаче как высоких, так и низких значений крутящего момента с возможностью его реверсирования, что характерно для вариаторов, входящих в состав широкодиапазонных бесступенчатых приводов, при этом сила нажатия на рабочие тела вариатора всегда соответствует передаваемым крутящим моментам, что обеспечивает высокий КПД вариатора.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где фиг.1 изображена схема вариатора с одним планетарным рядом при максимальном передаточном отношении вариатора и высоких значениях крутящего момента, на фиг.2 изображен разрез по А-А фиг.1, на фиг.3 изображен разрез по Б-Б фиг.1, на фиг.4 изображен разрез по В-В фиг.1, на фиг.5 изображен разрез по Г-Г фиг.1; на фиг.6 изображена схема вариатора с одним планетарным рядом при минимальном передаточном отношении вариатора и высоких значениях крутящего момента. На фиг.7 изображена схема вариатора с одним планетарным рядом при максимальном передаточном отношении вариатора и малых значениях крутящего момента, на фиг.8 изображен разрез по А-А фиг.7, на фиг.9 изображен разрез по Б-Б фиг.7, на фиг.10 изображен разрез по В-В фиг.7, на фиг.11 изображен разрез по Г-Г фиг.7. На фиг.12 изображена схема вариатора с одним планетарным рядом при минимальном передаточном отношении вариатора и малых значениях крутящего момента. На фиг.13 изображена схема вариатора с двумя планетарными рядами при максимальном передаточном отношении вариатора и высоких значениях крутящего момента, на фиг.14 изображена схема вариатора с тремя планетарными рядами при максимальном передаточном отношении вариатора и высоких значениях крутящего момента.
Вариатор с одним планетарным рядом (см. фиг.1) содержит внутренние 1 и внешние 2 упругие центральные фрикционные диски с высокой осевой жесткостью, на периферии которых посажены с возможностью осевого перемещения соответственно внутренние 3 и внешние 4 кольцевые фрикционные элементы с низкой осевой жесткостью, обусловленной выполненными на этих элементах дисками 5 в виде тарельчатых пружин, контактирующими с промежуточными фрикционными коническими дисками — сателлитами 6, радиальное перемещение которых относительно внутренних 3 и внешних 4 центральных фрикционных дисков осуществляется сервоприводом 7 (на фиг.1 показан условно), например цилиндром с поршнем, линейным электродвигателем или другим известным приводом линейного перемещения. Внешние центральные фрикционные диски 2 с высокой осевой жесткостью установлены в эпицикле 8 планетарного механизма, с возможностью углового и осевого перемещения в нем. Основания 9 и 10 внутренних 1 и внешних 2 центральных фрикционных дисков контактируют с внутренними и внешними дисками — упорами 11 и 12, закрепленными соответственно на ведущем валу 13 вариатора и эпицикле 8 через тела качения 14, например шарики, установленные в наклонных канавках 15 и 16 дуговой формы (см. фиг.2 и 3), выполненных соответственно в упомянутых дисках 1, 2 и дисках-упорах 11, 12 (см. фиг.3 и 4). Для одновременного срабатывания всех тел качения 14 они могут помещаться в сепараторы, аналогичные применяемым в подшипниках качения, где тела качения фиксируются в их радиальном и осевом положениях (на чертежах не показаны).
Сателлиты 6 установлены с возможностью вращения на осях 17, закрепленных с возможностью радиального перемещения на водиле 18, соединенном с ведомым валом 19 вариатора (фиг.1). Оси 17 с сателлитами 6 на них, в количестве от 3-х и более, равномерно распределены по окружности.
Работа устройства вариатора с одним планетарным рядом происходит следующим образом.
При максимальном передаточном отношении вариатора, т.е. в положении сателлитов 6 на максимальном удалении от центральной оси вариатора (см. фиг.1), при котором вариатор передает высокие значения крутящего момента и требуются высокие силы нажатия на рабочие тела вариатора — внутренние 3 и внешние 4 кольцевые фрикционные элементы и сателлиты 6, тела качения 14, расположенные в наклонных канавках 15 и 16 (см. фиг.2, 3, 4 и 5), выполненных на торцевых поверхностях соответственно дисков 1, 2 и упоров 11,12 под действием крутящего момента занимают положение, когда они находятся в зоне минимального заглубления в наклонных канавках 15 и 16, тем самым вызывая сдвигание друг к другу как внутренних 1, так и внешних 2 центральных фрикционных дисков, которые сжимают внутренние 3 и внешние 4 фрикционные элементы. При этом элементы 3 и 4 посажены до упора соответственно в диски 1 и 2, а диски 5 сжаты до их распрямления. Однако в данном положении сателлитов 6, когда они находятся в раздвинутом от оси вращения положении, заглубление тел качения 14 в канавки 15 и 16 выше на внешних дисках 2 и упорах 12, чем на дисках 1 и упорах 11, что видно из фиг.1, а также фиг.2, 3, 4 и 5. При изменении сервоприводом 7 положения сателлитов 6 на максимально приближенное к оси вариатора, а передаточного отношения вариатора от максимального до минимального значения при высоком значении входного крутящего момента (см. фиг.6), тела качения 14, расположенные в наклонных канавках 15 и 16 дисков 1, 2 и упоров 11, 12, остаются в зоне, близкой к минимальному заглублению. Фрикционные элементы 3 и 4 посажены до упора в соответствующие диски 1 и 2, а диски 5 выпрямлены, что видно из фиг.6. Однако в отличие от предыдущего случая тела качения 14 на этот раз заглублены в канавки 15 и 16 больше на внутренних дисках 1 и упорах 11, чем на дисках 2 и упорах 12, что видно из фиг.6. Крутящий момент от вала 13 через упоры 11, тела качения 14, диски 1, кольцевые фрикционные элементы 3 и 4, диски 2, внешние упоры 12 на эпицикле 8 и тела качения 14, помещенные между упорами 12 и дисками 2, передается на сателлиты 6, оси 17, водило 18 и ведомый вал 19. Ввиду того, что коэффициент трения между сателлитами 6 и фрикционными элементами 3 и 4 в смазываемых вариаторах, какими и являются планетарные дисковые вариаторы, заведомо меньше, чем таковой между неподвижными друг относительно друга фрикционными элементами 3, 4 и дисками 1, 2 (соответственно 0,03…0,06 и 0,08…0,1), то крутящий момент от дисков 1 и 2 передается элементами 3 и 4 за счет сил трения при прижиме дисков 1 и 2 к элементам 3 и 4 упругими коническими дисками 5 при малых значениях крутящего момента, и при добавлении прижима за счет упругой деформации дисков 1 и 2 большой осевой жесткости под действием осевых сил тел качения 14 в наклонных канавках 15 и 16, вызываемых передаваемыми крутящими моментами и пропорциональных им.
При отсутствии передаваемого крутящего момента (см. фиг.7 и 12, а также виды на фиг.8, 9, 10 и 11), когда тела качения 14 максимально заглублены в наклонные канавки 15 и 16, небольшой прижим элементов 3 и 4 к сателлитам все равно продолжает существовать за счет упругой деформации дисков 5. Этот небольшой гарантированный прижим, действующий последовательно основным нажимным устройствам, позволяет подгружать диски 1 и 2 к упорам 11 и 12, нагружая тела качения 14 гарантированным прижимом для их надежного срабатывания при появлении крутящего момента. Фрикционные элементы 3 и 4 при этом отстоят от дисков соответственно 1 и 2, причем диски 5 принимают коническую форму, отодвигая фрикционные элементы 3 и 4 от торцов дисков 1 и 2. При высоких значениях передаточного отношения вариатора (фиг.7) элементы 3 отодвинуты от торцов дисков 1 больше, чем элементы 4 от торцов дисков 2, а при низких его значениях (фиг.12), напротив, элементы 4 отодвинуты от дисков 2 больше, чем элементы 3 от дисков 1. Элементы 3 и 4 полностью садятся на диски 1 и 2 только при передаче крутящих моментов больше определенной величины, когда тела качения 14 выглубятся из канавок 15, 16 и подожмут элементы 3, 4 к дискам 1, 2. Значения крутящего момента при этом выбираются из условий работы вариатора.
Вариаторы с двуми планетарными рядами (см. фиг.13), как и вообще вариаторы с четным числом планетарных рядов, строятся путем простого увеличения рядов однорядного вариатора, причем упоры 11 и 12 между смежными рядами являются общими для них. Работа таких вариаторов аналогична вышеописанной для однорядных вариаторов. На фиг.13 передаточные отношения вариатора, как и крутящего момента, максимальны и тела качения 14 выглублены из канавок 15 и 16.
Вариаторы с нечетным числом планетарных рядов, например, с тремя планетарными рядами, могут строиться как простым повторением рядов, как в предыдущем случае, так и иначе, когда сильно сокращается длина вариатора. Последний случай представлен на схеме трехрядного вариатора сокращенной длины (фиг.14), также при максимальных значениях передаточного отношения и крутящего момента. Отличие этой схемы от предыдущей состоит в том, что крайние упоры 11, 12 и диски 1, 2 по своему взаимодействию друг с другом через тела качения 14 не отличаются от предыдущих схем, а средний планетарный ряд включает внутренние 1 и внешние 2 диски, соединенные соответственно с ведущим валом 13 и эпициклом 8 телескопической связью, например, с помощью шпонок 20 (телескопическая связь, соединение или просто соединение «телескопически» — это соединение с передачей крутящего момента, но со свободным осевым перемещением, например шпонкой, шлицами и т.д.). Кроме того, диски 1 и 2 крайних планетарных рядов соединены между собой также телескопически, например, торцовыми кулачками 21, позволяющими этим дискам вращаться синхронно при их раздвигании и сдвигании друг с другом. Наклонные канавки 15 и 16 нажимных устройств для двух средних дисков 1 и 2, крайних дисков 1 и 2 и упоров 11 и 12, примыкающих к этим дискам, также отличаются друг от друга. Угол наклона канавок 15 и 16 к плоскости дисков 1 в однорядных вариаторах и вариаторах с четным числом рядов обозначим γ1, а к плоскости дисков 2 — γ2. Эти углы вычисляются, исходя из значения коэффициентов трения дисков 1 и 2 с сателлитами 6 и соотношения радиусов контактов с сателлитами дисков 1 — R1 и радиусов центров тел качения 14 на дисках 1 — r1, и соответственно для дисков 2 — R2 и r2. Тогда углы γ3 и γ4, соответствующие углам γ1 и γ2, но для двух средних нажимных устройств по схеме фиг.14 составят соответственно γ3=4/3γ1 и γ4=4/3γ2, а для крайних нажимных устройств по фиг.14 γ5 и γ6 составят соответственно γ5=0,5γ3 и γ6=0,5γ4, или γ5=2/3γ1 и γ6=2/3γ2 (углы γ3, γ4, γ5 и γ6 на чертежах не показаны). Эти соотношения следуют из основных положений теоретической механики (например, принципа возможных перемещений) и заложены в реальную конструкцию вариатора. Из сравнения схем по фиг.1, 6, 7, 12 и фиг.14 видно, что вариатор по схеме фиг.14 существенно короче длины трехрядного вариатора, составленного из трех рядов по схеме фиг.1, 6, 7, 12.
Заявленная конструкция вариатора благодаря введенным новым признакам позволяет обеспечить высокий КПД вариатора как при высоких, так и при низких значениях передаваемого момента.
Формула изобретения
1. Дисковый планетарный вариатор, содержащий корпус, в котором установлены внутренние и внешние центральные фрикционные диски, соединенные соответственно с ведущим валом и эпициклом планетарного механизма и охватывающие с обоих торцов фрикционные сателлиты, закрепленные на осях с возможностью их радиального перемещения на водиле, отличающийся тем, что на ведущем валу и эпицикле планетарного механизма выполнены упоры в виде дисков, контактирующих соответственно с внутренними и внешними центральными фрикционными дисками через тела качения, установленные в наклонных канавках, имеющих форму дуг окружности, выполненных в торцевых сторонах внутренних и внешних фрикционных дисков, противоположных сторонам, контактирующим с сателлитами, причем в соответствующих упорах на ведущем валу и эпицикле выполнены ответные канавки, в которые входят тела качения.
2. Дисковый планетарный вариатор по п.1, отличающийся тем, что наклонные канавки выполнены в примыкающих торцами друг к другу внешних и внутренних центральных фрикционных дисках соседних планетарных рядов, а тела качения установлены в упомянутых канавках между примыкающими друг к другу торцами центральными фрикционными дисками соседних планетарных рядов.
3. Дисковый планетарный вариатор по п.1, отличающийся тем, что внешние и внутренние центральные фрикционные диски содержат подвижные в осевом направлении кольцевые фрикционные элементы, подпружиненные относительно центральных фрикционных дисков в направлении к сателлитам, и периферийные участки упомянутых фрикционных элементов входят с одной стороны в соответствующие углубления периферийных частей внешних и внутренних центральных фрикционных дисков, а с противоположной стороны контактируют с поверхностями фрикционных сателлитов.
4. Дисковый планетарный вариатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что количество планетарных рядов, включающих внутренние и внешние центральные фрикционные диски, прижимаемые к фрикционным сателлитам, при установке тел качения между центральными фрикционными дисками соседних рядов равно нечетному числу и минимально равно трем рядам.
5. Дисковый планетарный вариатор по п.4, отличающийся тем, что центральные внутренние и внешние фрикционные диски каждого планетарного ряда выполнены попарно телескопически связанными друг с другом.
6. Дисковый планетарный вариатор по п.2, или 4, или 5, отличающийся тем, что в каждом четном планетарном ряду, начиная от любого торца вариатора, центральные фрикционные диски связаны телескопическими связями соответственно с эпициклом и ведущим валом вариатора, а упомянутые диски в нечетных планетарных рядах связаны телескопической связью друг с другом, выполнены с возможностью как поворота, так и осевого перемещения относительно эпицикла и ведущего вала.
7. Дисковый планетарный вариатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что угол наклона наклонных канавок к плоскости дисков в контакте центральных фрикционных дисков данного ряда через тела качения с неподвижными в осевом направлении упорами выполнен вдвое меньшим угла наклона наклонных канавок к плоскости дисков в контакте через тела качения с подвижными в осевом направлении центральными фрикционными дисками соседнего планетарного ряда.
8. Дисковый планетарный вариатор по п.1, или 2, или 4, отличающийся тем, что тела качения выполнены в виде шариков.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для плавного изменения передаточного отношения от одного вала к другому на всех наземных транспортных средствах, речных и морских судах, в авиационной и космической технике, в промышленности. Планетарный фрикционный вариатор содержит первичный вал (1), солнечное колесо (2), коронное колесо (6), водило (4) с сателлитами (3) и вторичный вал (5). Коронное колесо (6), используемое в качестве управляющего звена, связано с корпусом (11) вариатора и с первичным валом (1) через фрикционные механизмы. Вторичный вал (5) объединен с водилом (4) с возможностью регулирования скорости и направления вращения коронного колеса с помощью фрикционных механизмов и управляющего электродвигателя (9), соединенного с коронным колесом. Изобретение направлено на упрощение конструкции, уменьшение габаритов и повышение надежности работы. 1 ил.
Изобретение относится к планетарному фрикционному вариатору, применяемому для плавного изменения передаточного отношения от одного вала к другому на всех наземных транспортных средствах, речных и морских судах, в авиационной и космической технике, в промышленности.
Известен механизм регулирования, содержащий два планетарных ряда с общим эпициклом, солнечные шестерни которых соединены одна с ведущим валом, другая — с механизмом регулировки. Передаточное отношение изменяется при остановке водила одного ряда и при вращении водила второго ряда и одновременном вращении солнечных шестерен относительно друг друга (Благонравов А.А. «Механические бесступенчатые передачи нефрикционного типа», М.: Машиностроение). Данный механизм очень сложен, имеет большие габариты по диаметру.
Известен планетарный механизм регулирования вариатора, содержащий два одинаковых планетарных ряда с общим эпициклом, солнечные шестерни которых соединены одна с ведущим валом, другая — с механизмом регулировки. Водило одного ряда соединено с корпусом механизма, водило второго ряда — с автономным регулятором. Каждый планетарный ряд содержит один сателлит с двумя зубчатыми венцами. Оси вращения водила и сателлита расположены со смещением и находятся друг от друга на расстоянии, составляющем меньше радиуса меньшего из зубчатых венцов сателлита (патент России № 2022182 МКИ F16H 61/00).
Недостатками являются большие габариты, сложность конструкции.
Наиболее известным является планетарный фрикционный вариатор, содержащий три центральных колеса и сателлиты с рабочими поверхностями, установленные на водиле фрикционные механизмы, первичный и вторичные валы. В качестве управляющего звена применяется водило, объединенное с одним из колес (А.Ф.Крайнев. Словарь-справочник по механизмам, Москва, Машиностроение 1987 г., с.294-295).
Недостатком данного вариатора является сложность конструкции, большие габариты, недостаточно надежная работа.
Фрикционное звено в данном вариаторе является одним из нескольких последовательно соединенных звеньев в общей цепочке, по которой передается крутящий момент от главного двигателя к движителю транспортного средства. Кроме этого, площадь контакта во фрикционном механизме сравнительно небольшая и регулирование силы прижатия двух элементов вариатора возможно в узком диапазоне. Увеличение площади контакта во фрикционном механизме ограничено габаритами конструкции. Следовательно, величина передаваемого крутящего момента и мощность двигателя ограничены. Увеличение крутящего момента приведет к проскальзыванию вариатора и нарушению работы всего механизма в целом за счет передачи мощности на первичный вал, фрикционный механизм, вторичный вал по одному направлению. Регулирование передаточного отношения происходит за счет изменения геометрических размеров фрикционного звена.
Задача, на решение которой направлено изобретение: упрощение конструкции, уменьшение габаритов и улучшение рабочих характеристик транспортного средства, надежности его работы за счет уменьшения количества зубчатых зацеплений и плавного бесступенчатого регулирования скорости вращения и передачи крутящего момента без разрыва потока мощности до максимальной скорости с возможностью получения тяговой характеристики транспортного средства, приближенной к идеальной.
Это достигается тем, что планетарный фрикционный вариатор, включающий первичный вал с установленным на нем солнечным колесом, входящим в зацепление с коронным колесом через сателлит, вторичный вал, водило и фрикционные механизмы, использует коронное колесо в качестве управляющего звена, с одной стороны, связанное с корпусом вариатора, а с другой стороны с первичным валом через фрикционные механизмы, и вторичный вал объединен с водилом с возможностью регулирования скорости и направления вращения коронного колеса с помощью фрикционных механизмов и управляющего электродвигателя, соединенного с коронным колесом.
На чертеже изображен планетарный фрикционный вариатор, общий вид.
На первичном валу 1 жестко закреплено солнечное колесо 2, входящее в зацепление с коронным колесом 6 через сателлиты 3 (не менее двух), которые в свою очередь установлены на водиле 4. Центральная ось водила 4 является вторичным валом. Регулирование передаточного отношения от первичного вала 1 к вторичному валу 5 выполняется коронным колесом 6.
Коронное колесо 6 связано с электродвигателем 9 и фрикционно с корпусом 11 вариатора посредством первого фрикционного механизма, а с другой стороны соединено с первичным валом с помощью второго фрикционного механизма.
Управляющий электродвигатель 9 имеет зубчатое соединение 10 с наружной частью коронного колеса 6.
Планетарный фрикционный вариатор работает следующим образом. Крутящий момент передается от первичного вала к вторичному валу по трем направляющим:
1) при работе второго фрикционного механизма 8 вращается первичный вал 1 и крутящий момент через солнечное колесо 2 передается на корпус коронного колеса 6 посредством второго фрикционного механизма 8, а первичный фрикционный механизм 7 плавно выключается. В результате коронное колесо 6 из состояния покоя плавно переходит в режим вращения в одну сторону с первичным валом 1. Обороты коронного колеса 6 плавно увеличиваются за счет увеличения нажатия во втором фрикционном механизме 8. А в результате обороты коронного колеса 6 выравниваются по сравнению с оборотами первичного вала 1. От коронного колеса 6 крутящий момент передается через сателлиты 3 на вторичный вал. При работе механизма в данном режиме передаточное отношение равно 1;
2) крутящий момент передается от первичного вала на солнечное колесо и через сателлиты на водило и вторичный вал вариатора. Фрикционные механизмы выключены;
3) управляющий электродвигатель через зубчатое соединение передает крутящий момент на корпус коронного колеса и через сателлиты на водило и вторичный вал.
Таким образом, при использовании предлагаемого технического решения появляется возможность регулирования передаточного отношения за счет изменения скорости вращения и направления вращения коронного колеса 6, передавая крутящий момент от первичного вала к вторичному, через планетарную зубчатую передачу, фрикционные механизмы и управляющий электродвигатель с регулировкой крутящего момента до максимальной скорости.
Отправить ответ