CC BY
117
УДК 621.839, 629.3
К. Е. МИРОНОВ
КОНИЧЕСКИЙ РОЛИКОВЫЙ ВАРИАТОР
Ключевые слова: вариатор, конструкция, конусы, лобовой вариатор, передаточное число, ролики, торовый вариатор.
Аннотация. В статье рассмотрены различные конструкции вариаторов, выявлены их преимущества и недостатки. Проведен патентный поиск, приводится прототип нашего изобретения. По предлагаемой конструкции вариатора отправлена заявка на патент, прилагается описание изобретения и принцип работы.
Вариатор (лат. variator «изменитель») - устройство, передающее крутящий момент и способное плавно менять передаточное отношение в некотором диапазоне регулирования. Изменение передаточного отношения может производиться автоматически, по заданной про-гр мме или вручную.
Вариатор применяется в механизмах, машинах (агрегатах), где требуется бесступенчато изменять передаточное отношение: автомобилях, мотороллерах, снегоходах, квадроциклах, конвейерах, металлорежущих станках, мешалках и др. В стационарных устройствах вместо вариаторов обычно применяется регулируемый электропривод. В некоторых вариаторах также применяются гидротрансформаторы.
Перед нами стоят следующие задачи:
- провести обзор существующих конструкций вариаторов, наиболее распространенных и альтернативных;
- выявить их преимущества и слабые стороны;
- предложить пути усовершенствования конструкции вариатора;
- разработать собственную конструкцию, имеющую преимуществ перед н лог ми;
- запатентовать авторские права на интеллектуальную собственность;
- изготовить опытный образец вариатора.
В ри торы предн зн чены для бесступенч того изменения крутящего момент они н шли широкое применение в р зличных областях техники. Наиболее распространен в настоящее время ременный
© Миронов К. Е., 2014
вариатор [2, с. 54], схема которого представлена на рисунке. На рис.1сверху изображена высшая передача, на которой передаточное число передачи ниже единицы, что обеспечивает высокую скорость и низкий крутящий момент. При низшей передаче передаточное число больше единицы, при этом обеспечивается высокий крутящий момент и низкая скорость. Внизу изображения передаточное число равно единице, при этом ведущий и ведомый в лы вр щ ются с один ковой скоростью.
Рисунок 1 - Схема работы ременного вариатора
Однако слабым местом ременного вариатора является ремень, который интенсивно изнашивается. Современные производители разработали металлические ремни, ресурс и КПД которых увеличен, однако они являются весьма дорогостоящими.
Существуют и другие конструкции в ри торов. Одним из наиболее простых является лобовой вариатор (2, с.214), где передаточное число изменяется передвижением ролик , з ж того между ведущим и ведомым дисками (рис.2). Однако при данной схеме очень малое пятно конт кт между диск ми и роликом, что серьезно сниж ет КПД перед чи.
Рисунок 2 - Лобовой фрикционный вариатор
Известен также и торовый вариатор [2, с. 232], где передаточное число варьируется при помощи изменения угла наклона роликов, зажатых между ведущим и ведомым дисками с роликовыми канавками (рис.3). Пятно контакта увеличивается за счет повышения количества роликов, передающих крутящий момент. Однако недостатками данной конструкции является сложность устройства и высокие требования к точности изготовления деталей.
Рисунок 3 - Торовый фрикционный вариатор 74
Н ами был проведен патентный поиск по известным конструкциям в ариаторов, и з а прототип нашего произведения предлагаем взять патент на изобретение ЯИ2197656 Афанасьева С. Н. от 27.01.2003 [1]. Устройство включ ает ведущий и ведомый в алы с уст ановленными н а них конусами, между которыми находится ролик (рис.4). Недостатками д нной конструкции является усложнение конструкции и м лое пятно контакта между роликом и конусами.
На основании проведенных исследований мы предлагаем конструкцию в ариатор а (рис. 5), содержащую корпус вариатор а, ведущий в ал с жестко з акрепленным н а нем диском, ведомый в ал с жестко з акрепленным на нем диском, дв а ролика на осях с подшипниковыми опор ми, корпус н тяжного устройств с пружин ми или другими упругими элементами, приводной механизм устройств а упр авления и подшипниковые опоры в алов. При этом используется не один, а дв а ролик , которые прижим ются к диск м при помощи н тяжного устройств а и имеют не конусообразную, а з акругленную форму. При этом ролики соприкас аются с дисками не в двух, а ср азу в четырех точках, прижимаясь к ним с двух сторон, а диски жестко без пружин и других упругих элементов уст н влив ются н в л х.
5 [_, %
Фиг 1 А Фиг 2
в 9 11 13
-пт“..............................Ггї"
К 12 10
Фиг 3
Рисунок 5 - Наш вариатор
Нами был проведен обзор существующих конструкций вариаторов, наиболее распространенных и альтернативных. Выявлены их преимущества и слабые стороны. На основании проведенного анализа было принято решение усовершенствовать конструкцию фрикционного конического вариатора с целью упрощения конструкции и увеличения сцепления между дисками и роликами по сравнению с прототипом. Данная конструкторская задача была решена при помощи использования сразу двух роликов, зажимающих конусы. Благодаря продел нной р боте н м уд лось добиться технического результ т в виде упрощения конструкции в ри тор и увеличения сцепления между диск ми и ролик ми.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен главный вид конического вариатора; на фиг. 2 - то же, в разрезе; на фиг. 3 - натяжное устройство, вид сверху.
Конический роликовый вариатор (рис. 5) содержит корпус 1, в котором расположены ведущий вал 2, вращающийся в подшипниковых опорах 3, ведомый вал 4, вращающийся в подшипниковых опорах 5. На ведущем валу 2 жестко установлен ведущий диск 6 конусообразной формы. Соответственно на ведомом валу 5 жестко установлен ведомый диск 7 конусообразной формы. Между дисками установлен корпус натяжного устройства 8, в котором находятся ролики 9 и 10, соответственно вр щ ющиеся н осях 11 и 12, стягив емые между собой и прижим емые к диск м с двух сторон при помощи пружин 13 и 14. Управление вариатором и изменение передаточного числа происходит перемещением корпуса натяжного устройства вдоль конусных поверхностей дисков 6 и 7. При этом в любой момент можно останав-лив ть перед чу вр щения н ведомый в л, р здвиг я ролики в р зные стороны внутри корпус н тяжного устройств 8, тем с мым преодолев я усилие пружин 13 и 14.
Конический вариатор работает следующим образом. В начальный момент времени, когда ролики при помощи механизма упр вления р зведены в р зные стороны, крутящий момент с вр -щающегося ведущего вала 2 на ведомый вал 4 не передается. При сдвижении роликов 9 и 10 по н пр влению друг к другу з счет действия пружин 13 и 14, ролики 9 и 10 прижимаются к поверхностям дисков 6 и 7 в четырех точк х, тем с мым крутящий момент с ведущего в л 2 при помощи ведущего диск 6 перед ется н ролики 9 и 10, и через них н ведомый диск 7, вместе с которым н чин -ет вр щ ться ведомый в л 4. К к видно из схемы н фиг. 2, перед -точное отношение равно:
d1/D1•D2/d1, d2/D1•D2/d2; где d1= d2,
d1 - средний диаметр рабочей части ролика 9; d2 - средний диаметр рабочей части ролика 10;
D1 - средний диаметр рабочей части ведущего диска 6, соприкасающейся с роликом;
D2 - средний диаметр рабочей части ведомого диска 7, соприкасающейся с роликом.
Перед точное отношение подобной перед чи можно выр зить следующим образом: D2/D1.
На схеме (рис. 5 фиг. 1,2) натяжное устройство с роликами занимает такое положение, при котором передаточное отношение данной передачи близко к максимальному. При перемещении натяжного устройства 12 вдоль поверхности роликов справа налево и вниз по диагонали (рис. 5 фиг.1) передаточное число будет плавно уменьшаться. Технический результат - упрощение конструкции вариатора, увеличение сцепления между дисками и роликами.
В настоящее время подана заявка на полезную модель, ведутся работы по изготовлению опытного образца.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент РФ RU2197656 Афанасьев С.Н. от 27.01.2003.
2. Пронин Б. А., Ревков Г. А. Бесступенчатые и клиноременные передачи. М.: Издательство «Машиностроение», 1980 г. 320 с.
TAPERED ROLLER VARIATOR
Keywords: cones, design, variator, front variator rollers, gear ratio, toroidal variator.
Annotation. The article discusses various designs variators, identified their strengths and weaknesses. Conducted a patent search, given the prototype of our invention. According to the proposed design of the variator submitted a patent application description and principle of operation of the invention.
МИРОНОВ КОНСТАНТИН ЕВГЕНЬЕВИЧ - старший преподаватель, Нижегородский инженерно-экономический институт, Россия, Княгинино, (mieronow@mail.ru).
MIRONOV KONSTANTIN EVGENIEVICH - chief teacher, Nizhny Novgorod state engineering-economic institute, Russia, Knyaginino, (mieronow@mail.ru).
