Механизм привода для бесступенчатой коробки передач
Изобретение относится к механизмам привода для бесступенчатой коробки передач. Коробка передач с вариатором содержит входной вал, входной диск, установленный на входном валу для вращения вместе с ним, и выходной диск, обращенный к входному диску и выполненный с возможностью вращения коаксиально с ним. Входной и выходной диски ограничивают между собой тороидальную полость. В тороидальной полости находятся два ролика (14, 16) и предусмотрены первое и второе роликоопорные средства, на которых соответственно установлены с возможностью вращения первый и второй ролики. Концевое нагрузочное средство принудительно вводит ролики в контакт с входным и выходным дисками для передачи движения. Оба роликоопорных средства установлены с противоположных сторон от оси поворота рычага (50), а ось поворота рычага (50) подвижна и в радиальном, и в не радиальном направлении относительно оси поворота входного и выходного дисков. Достигается упрощение конструкции устройства. 13 з.п. ф-лы, 3 ил.
Настоящее изобретение относится к характеризующемуся бесступенчато изменяемым передаточным отношением передаточному устройству тягового типа со средствами качения по тороидальной дорожке, именуемому далее вариатором.
Базовая форма вариатора содержит входной диск с тороидальной выточкой, соединенный с входным ведущим валом, и выходной диск с тороидальной выточкой, расположенный коаксиально относительно входного диска. В тороидальной полости, ограниченной между входным и выходным дисками, предусмотрено множество роликов (обычно - три ролика), и посредством этих роликов мощность передается от входного диска к выходному диску. Ролики установлены на роликоопорах, которые подвергаются воздействию поперечных сил (обычно - через гидравлические поршни двойного действия). То же самое гидравлическое давление обычно приложено к так называемой концевой нагрузочной камере для приложения осевого усилия к одному из дисков, чтобы гарантировать, что ролики будут находиться во фрикционном контакте с входным и выходным дисками.
Такие коробки передач обычно предназначены для использования в приложениях, связанных с относительно большой мощностью и большим крутящим моментом, например в коробках передач автомобилей. В самом деле, чтобы иметь возможность регулировать уровни мощности и крутящего момента и обеспечить более сбалансированную коробку передач, обычно необходимо использовать пару входных дисков и пару коаксиально установленных выходных дисков, ограничивающих две тороидальные полости, в каждой из которых заключены три ролика. Одно преимущество использования трех роликов в каждой тороидальной полости заключается в том, что этой компоновке присуща устойчивость, поскольку контакт с роликами в трех местах, равноудаленных друг от друга вокруг дисков, минимизирует изгиб компонентов вариатора, а значит - минимизирует и износ. Вместе с тем, обычно также необходимо предусматривать для каждого ролика его собственный управляющий поршень двойного действия, а для управления гидравлическим давлением - компьютер.
Если в коробках передач автомобилей стоимость такого усложнения оказывается приемлемой, то она препятствует использованию вариаторов в менее ответственных условиях эксплуатации.
Поэтому существует потребность в создании упрощенного дешевого вариатора для использования в не столь ответственных обстоятельствах.
В одновременно рассматриваемой международной патентной заявке РСТ/ЕР2006/050860 описан упрощенный дешевый вариатор, имеющий два ролика в контакте с входным диском вариатора и выходным диском вариатора. Каждый ролик установлен на соответствующей роликоопоре, соединенной с противоположными концами рычага, который поворачивается в ответ на входное воздействие оператора. Ось поворота рычага подвижна в радиальном направлении относительно оси вращения входного и выходного дисков.
В одной конкретной компоновке, описанной в заявке РСТ/ЕР2006/050860, рычаг снабжен шарнирным пальцем, который выполнен с возможностью смещения вдоль радиально проходящего паза в кронштейне, который неподвижен относительно картера вариатора. Хотя эта компоновка работает очень хорошо, передача этого типа обычно предназначена для использования в дешевом механизме, и поэтому желательно как можно больше упростить конструкцию, а значит - и уменьшить стоимость.
В соответствии с настоящим изобретением, предложена коробка передач с вариатором, содержащая:
картер;
входной вал;
входной диск, установленный на входном валу для вращения вместе с ним;
выходной диск, обращенный к входному диску и выполненный с возможностью вращения коаксиально с ним, причем входной и выходной диски ограничивают между собой тороидальную полость;
два ролика, находящиеся в тороидальной полости;
первое и второе роликоопорные средства, на которых соответственно установлены с возможностью вращения первый и второй ролики;
концевое нагрузочное средство для принудительного введения роликов в контакт с входным и выходным дисками для передачи движения;
рычажное средство, имеющее ось поворота, причем оба роликоопорных средства установлены на рычажном средстве с противоположных сторон от оси поворота; и
поворотное средство для поворота рычажного средства вокруг оси поворота;
при этом ось поворота рычажного средства подвижна в радиальном направлении относительно оси поворота входного и выходного дисков, а также имеет составляющую движения в не радиальном направлении.
За счет наличия коробки передач с вариатором, имеющей только два ролика, и управления роликами с помощью рычажного средства, а не гидравлически, становится возможным снижение сложности и стоимости коробки передач, да еще и создание коробки передач, пригодной для приложений, связанных с малой мощностью и малым крутящим моментом, как в случае заявки РСТ/ЕР2006/050860. Вместе с тем, обеспечение оси поворота рычага, перемещаемой и в радиальном, и в не радиальном направлениях, также позволяет получить упрощенную и удешевленную конструкцию механизма управления вариатором.
В предпочтительном варианте, поворотное средство содержит удлиненную выемку в рычажном средстве, вводимую в зацепление с выступом, который неподвижен относительно картера. Наличие выемки в рычаге, которая вводится в зацепление с выступом, который неподвижен относительно картера, упрощает конструкцию коробки передач, а значит - и снижает ее стоимость.
Выступ предпочтительно содержит шарнирный палец, неподвижный относительно картера, на котором шарнирно установлен блок ползуна, причем этот блок ползуна введен в зацепление с выемкой в рычажном средстве. Ширина блока ползуна предпочтительно является такой же, как ширина выемки. В предпочтительном варианте, ось поворота можно перемещать на заданное расстояние.
Поворотное средство, предназначенное для поворота рычажного средства, предпочтительно содержит плечевую часть.
В предпочтительном варианте, между каждым роликоопорным средством и рычажным средством предусмотрено шарнирное средство (например, шаровая опора).
В предпочтительном варианте, входной вал и выходной диск передают движение на входы смешивающей планетарной зубчатой передачи, которая предпочтительно расположена коаксиально относительно входного вала.
Также можно предусмотреть редукторное средство, соединенное с выходом смешивающей планетарной зубчатой передачи.
В предпочтительном варианте, концевое нагрузочное средство содержит упруго деформируемое средство. В предпочтительном варианте, концевое нагрузочное средство содержит только упруго деформируемое средство.
Упруго деформируемое средство предпочтительно простирается между картером коробки передач и одним из входного и выходного дисков.
Упруго деформируемое средство предпочтительно содержит пружину, например тарельчатую пружину.
Теперь, лишь в качестве примера, приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, будет описан конкретный вариант осуществления настоящего изобретения, при этом:
на фиг.1 представлено продольное сечение через конструкцию, представляющую собой вариант осуществления коробки передач с вариатором в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг.2 представлено схематическое изображение коробки передач согласно фиг.1; и
на фиг.3 представлен вид спереди в поперечном сечении коробки передач согласно фиг.1, рассматриваемый в направлении стрелок III-III и иллюстрирующий средство управления роликами.
Система коробки передач с бесступенчато изменяемым передаточным отношением содержит вариатор V, имеющий картер H, окружающий входной диск 10 с тороидальной выточкой и обращенный к нему выходной диск 12 с тороидальной выточкой. В тороидальной полости, ограниченной между противоположными тороидально выточенными поверхностями входного и выходного дисков 10 и 12, установлены два ролика 14, 16 для передачи движения от входного диска 10 к выходному диску 12 с передаточным отношением, которое изменяется за счет наклона роликов 14, 16.
Входной диск 10 соединен с входным валом 18 системы и вращается вместе с ним. Вариатор V обеспечивает выход посредством трубчатого выходного вала 20, который соединен с выходным диском 12, а также расположен коаксиально с входным валом 18 и вокруг него. Входной вал 18 и выходной вал 20 вариатора обеспечивают входы в комбинированную смешивающую планетарную зубчатую передачу Е1. Как схематически показано на чертеже, конец выходного вала 20 вариатора, удаленный от выходного диска 12, несет первое солнечное зубчатое колесо S1 смешивающей планетарной зубчатой передачи Е1. Водило С1 зубчатой передачи Е1 соединено с входным валом 18 и приводится им в движение. Водило С1 несет четыре идентичных равноотстоящих радиально внутренних сателлита Р1 и четыре идентичных равноотстоящих радиально внешних сателлита Р2 (не видных на фиг.1) такого же размера, как радиально внутренние сателлиты Р1. Радиально внешние сателлиты Р2 также введены в зацепление с кольцевым венцом А1, имеющим внутренние зубья, который образует выход смешивающей планетарной зубчатой передачи Е1. Выход кольцевого венца А1 соединен посредством трубчатого коаксиального выходного вала 22 с простым планетарным редуктором Е2. Планетарный редуктор Е2 содержит входное солнечное зубчатое колесо S2, несомое валом 22, которое введено в зацепление с четырьмя разнесенными через равные углы сателлитами Р3, несомыми водилом С2. Сателлиты Р3 также введены в зацепление с кольцевым венцом А2, прикрепленным к картеру коробки передач. Вращение водила С2 образует выход планетарного редуктора Е2 и передается наружу выходным валом 24, который соединен с водилом С2. Выходной вал 24 коаксиален с входным валом 18, один конец которого заключен в выемке 26 во внутреннем конце выходного вала 24.
Зубчатый механизм, описанный выше и соединенный с выходным валом 20, является лишь одним примером зубчатого механизма, который можно использовать. Возможно использование других совокупностей средств зубчатого механизма в зависимости от требований и предполагаемого использования коробки передач.
Коробка передач заключена в картере 30, являющемся в основном трубчатым, который служит опорой входному и выходному валам 18, 20. Конец картера 30, находящийся рядом с входным валом 18, заглушен посредством концевой крышки 32. Между внутренней гранью концевой крышки 32 и кольцевой несущей плитой 36, которая находится в контакте качения с внешней плоской гранью входного диска 10 вариатора, простирается коническая тарельчатая пружина 32. Тарельчатая пружина прикладывает силу («концевую нагрузку») к входному диску 10 и допускает передачу крутящего момента от входного диска 10 через ролики 14, 16 к выходному диску 12.
Изменяя наклон обоих роликов 14, 16 (как будет рассмотрено ниже), можно изменять скорость выходного диска 12 относительно входного диска 10. Комбинируя обороты входа коробки передач и выхода вариатора в смешивающей планетарной зубчатой передаче Е1, можно изменять выход коробки передач. В изображенной компоновке, состояние коробки передач можно изменять от соответствующего движению состояния максимальной скорости заднего хода через «нейтральное состояние зубчатого механизма» до соответствующего максимальной скорости переднего хода. Вместе с тем, за счет надлежащего выбора зубчатого механизма, можно адаптировать рабочий диапазон вариатора к требованиям. Например, вариатор может быть выполнен с возможностью перехода между состоянием малой скорости заднего хода - через нейтральное состояние зубчатого механизма - и состоянием повышающей передачи для движения вперед с высокой скоростью, если транспортное средство, на которое установлена коробка передач, обычно эксплуатируется с применением передачи, обеспечивающей движение вперед, и лишь иногда эксплуатируется на заднем ходу.
Механизм для изменения наклона обоих роликов 14, 16 подробнее показан на фиг.3. Каждый ролик 14, 16 установлен с возможностью вращения на роликоопоре 40 посредством поворотной цапфы 42, которая установлена с возможностью вращения в противолежащих плоских несущих плитах 44, 46 роликоопоры (на фиг.3 показана лишь одна роликоопора 40, но другая ей идентична). Один конец каждой из роликоопор 40 соединен с соответствующим одним из двух концов поперечины 48 управляющего рычага 50 посредством шаровой опоры 52 (например, «опоры Rose», изготавливаемой фирмой Rose Bearing Limited). Управляющий рычаг 50 снабжен пазом 54, находящимся посредине между центральными точками шаровых опор 52 и проходящим перпендикулярно поперечине 48 рычага. В пазу 54 заключен выступ в форме удлиненного прямостороннего блока 56 ползуна такой же ширины, как ширина паза 54. Блок 54 ползуна шарнирно установлен на шарнирном пальце 58, который установлен неподвижно относительно картера вариатора.
Рычаг 50 снабжен исполнительным плечом 60, которое выступает из картера вариатора в направлении, перпендикулярном линии, соединяющей центральные точки обеих шаровых опор 52 (т.е. перпендикулярном оси поперечины 48 рычага). Конец плеча 60, который выступает из картера вариатора, снабжен отверстием 62 для соединения двух тросов Боудена (не показаны) иди других звеньев прямой механической связи для поворота рычага в противоположных направлениях. Это соединение будет соединением прямой механической связи от человека, эксплуатирующего оборудование, частью которого является коробка передач. Например, плечо 60 может быть соединено с педалью газа транспортного средства или педалью передач переднего и заднего хода.
Когда рычаг 50 поворачивается, на один из роликов 10, 12 оказывается толкающее воздействие, а на другой - тяговое, причем оба - с одинаковым крутящим моментом. Наличие паза 54 в рычаге 50, который расположен с возможностью скольжения на блоке ползуна, шарнирно установленном на шарнирном пальце, неподвижном относительно картера, обеспечивает балансировку системы, потому что движение роликов по пазу направляет ролики в положения, в которых крутящий момент, передаваемый одним из них, уменьшается, крутящий момент, передаваемый одним из них, увеличивается. Таким образом, происходит регулирование сил реакции и направление их, способствующее балансировке, а значит - правильной ориентации. Это важно в дешевых узлах, где изготовитель компонентов, вероятно, допускает меньшую точность. Радиальное движение шарнирного пальца рычага обеспечивает движение рычага в положении, в котором дисбаланс между двумя роликами, возникающий вследствие технологических различий при изготовлении, будет исключен.
Описанное устройство также обеспечивает малую поперечную (т.е. не радиальную) составляющую движения рычага, делая изготовление проще, а значит - и дешевле, чем в случае устройства, описанного в заявке РСТ/ЕР2006/050860.
1. Коробка передач с вариатором, содержащая:
картер;
входной вал;
входной диск, установленный на входном валу для вращения вместе с ним;
выходной диск, обращенный к входному диску и выполненный с возможностью вращения коаксиально с ним, причем входной и выходной диски ограничивают между собой тороидальную полость;
два ролика, находящиеся в тороидальной полости;
первое и второе роликоопорные средства, на которых соответственно установлены с возможностью вращения первый и второй ролики;
концевое нагрузочное средство для принудительного введения роликов в контакт с входным и выходным дисками для передачи движения;
рычажное средство, вращающееся вокруг оси поворота, причем оба роликоопорных средства установлены на рычажном средстве с противоположных сторон от оси поворота; и
поворотное средство для установки рычажного средства с возможностью поворота вокруг оси поворота, причем поворотное средство содержит удлиненную выемку в рычажном средстве, вводимую в зацепление с выступом, содержащим шарнирный палец, неподвижный относительно картера, на котором шарнирно установлен блок ползуна, причем этот блок ползуна введен в зацепление с выемкой в рычажном средстве так, что рычажное средство подвижно в радиальном направлении относительно оси поворота входного и выходного дисков, а также имеет составляющую движения в нерадиальном направлении.
2. Коробка передач с вариатором по п.1, в которой ширина блока ползуна является, по существу, такой же, как ширина выемки.
3. Коробка передач с вариатором по п.1, в которой выемка в рычажном средстве представляет собой паз.
4. Коробка передач с вариатором по любому из пп.1-3, в которой ось поворота рычажного средства можно перемещать на заданное расстояние.
5. Коробка передач с вариатором по любому из пп.1-3, в которой поворотное средство, предназначенное для поворота рычажного средства, содержит плечевую часть.
6. Коробка передач с вариатором по любому из пп.1-3, дополнительно содержащая шарнирное средство между каждым роликоопорным средством и рычажным средством.
7. Коробка передач с вариатором по любому из пп.1-3, в которой шарнирное средство содержит шаровую опору.
8. Коробка передач с вариатором по любому из пп.1-3, в которой входной вал и выходной диск образуют входы смешивающей планетарной зубчатой передачи.
9. Коробка передач с вариатором по п.8, в которой смешивающая планетарная зубчатая передача расположена коаксиально относительно входного вала.
10. Коробка передач с вариатором по любому из пп.1-3, дополнительно содержащая редукторное средство, соединенное с выходом смешивающей планетарной зубчатой передачи.
11. Коробка передач с вариатором по любому из пп.1-3, в которой концевое нагрузочное средство содержит упругодеформируемое средство.
12. Коробка передач с вариатором по п.11, в которой концевое нагрузочное средство содержит только упругодеформируемое средство.
13. Коробка передач с вариатором по любому из пп.1-3, в которой концевое нагрузочное средство содержит упругодеформируемое средство, простирающееся между картером коробки передач и одним из входного и выходного дисков.
14. Коробка передач с вариатором по п.13, в которой упругодеформируемое средство содержит пружину.
