Автоматическая бесступенчатая передача б.ф.кочеткова

 

Использование: машиностроение. Сущность изобретения: автоматическая бесступенчатая передача содержит параллельные входной и выходной валы, инерционную муфту, дифференциал, пары зубчатых колес и механизмы свободного хода. Инерционная муфта включает по меньшей мере два инерционных груза, полые, коаксиально установленные друг относительно друга, ведомые валы по числу инерционных грузов. Ведомые валы посредством пар зубчатых колес, имеющих по величине разные передаточные отношения, и механизмов свободного хода связаны с дифференциалом, входным и выходным валами. Одно из центральных колес дифференциала связано с центральным колесом или водилом механизма свободного хода. Входной вал также может быть связан с выходным валом посредством пары зубчатых колес и механизма свободного хода. Инерционная муфта может иметь водило, несущее инерционные грузы в виде механизмов или массивных сателлитов. Частота вращения выходного вала автоматически изменяется в зависимости от нагрузки в связи с возможностью вращения с переменной частотой маховиков с сателлитами. Величина передаваемого вращающего момента определяется передаточными отношениями зубчатых пар, включаемых в работу в зависимости от разности в частотах вращения входного и выходного валов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в транспортном машиностроении и станкостроении.

Известна автоматическая передача, содержащая параллельные входной и выходной валы, инерционную муфту, дифференциал, водило которого установлено на входном валу, а центральные колеса кинематически связаны с инерционной муфтой и выходным валом, и механизмы свободного хода, ведущая и ведомая обоймы которых связаны с центральными колесами, инерционной муфтой, входным и выходным валами, при этом каждая кинематическая связь представляет собой пару зубчатых колес, а все элементы размещены соосно с входным и выходным валами (см. авторское свидетельство СССР N 1747783, кл. F 16 H 33/14, 15.07.92 г. Бюл. 26).

У этой автоматической передачи выходной вал размещен параллельно инерционной муфте и дифференциалу, что увеличивает размеры и массу, она не обеспечивает передачу вращающего момента от выходного вала на входной вал, что не позволяет использовать двигатель для торможения рабочей машины, автоматическая передача не обеспечивает также возможность вращение входного вала и передачи вращающего момента при неподвижном, заторможенном нагрузкой выходном вале.

Известна также автоматическая передача, содержащая параллельные входной и выходной валы, инерционную муфту, имеющую по меньшей мере два инерционных груза, дифференциал, водило которого установлено на входном валу, одно из центральных колес связано с ведущим валом инерционной муфты, второе центральное колесо и ведомая полумуфта инерционной муфты порознь кинематически связаны с выходным валом при помощи пар зубчатых колес, и механизмы свободного хода, у последовательно расположенных дополнительных инерционных муфт ведущие полумуфты установлены на общем ведущем валу, а ведомые полумуфты кинематически с использованием механизмов свободного хода связаны с выходным валом, при этом передаточные отношения кинематических связей у дополнительных инерционных муфт больше, чем у кинематической связи основной инерционной муфты с выходным валом (см. авторское свидетельство СССР 1803663, кл. F 16 H 33/14, 23.03.93 г. Бюл. 11).

Недостатком этой автоматической передачи является параллельное размещение выходного вала с дифференциалом и инерционными муфтами с их внешних боковых сторон, а также использование нескольких инерционных муфт, что усложняет устройство, увеличивает размеры и массу, она не обеспечивает возможность передачи вращающего момента от выходного вала на входной вал, что не позволяет применять неработающий двигатель для торможении рабочей машины.

Предлагаемое изобретение обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в упрощении устройства, уменьшении размеров и массы, возможности передачи вращающего момента от выходного вала на входной вал при одновременном обеспечении работы с повышенным коэффициентом полезного действия в автоматическом режиме и передачи максимального по величине вращающего момента на неподвижный, заторможенный нагрузкой выходной вал.

Указанный технический результат достигается тем, что в автоматической бесступенчатой передаче, содержащей параллельные входной и выходной вала, инерционную муфту, имеющую по меньшей мере два инерционных груза, дифференциал, водило которого установлено на входном валу, одно из центральных колес связано с ведущим валом инерционной муфта, второе центральное колесо и ведомая полумуфта инерционной муфта порознь кинематически связаны с выходным валом при помощи пар зубчатых колес, и механизмы свободного хода, инерционная муфта имеет по меньшей мере два ведомых вала по числу инерционных грузов, кинематически связанных с этими ведомыми валами, которые выполнены полыми, коаксиально установленными относительно друг друга и кинематически связанными с выходным валом посредством пар зубчатых колес, имеющих разные по величине передаточные отношения, и одна из пар зубчатых колес, имеющая наименьшее передаточное отношение, связана посредством механизма свободного хода с валом второго центрального колеса, который размещен внутри ведомых валов и связан парой зубчатых колес с наибольшим передаточным отношением с выходным валом, другие пары зубатых колес посредством механизмов свободного хода связаны с выходным валом, а второе центральное колесо связано с первым центральным колесом или водилом также механизмом свободного хода, ведущая обойма которого размещена на втором центральном колесе, ведомая на водиле или первом центральном колесе.

Валы обоих центральных колес дифференциала выполнены полыми и установлены коаксиально относительно друг друга, входной вал размещен внутри последних и внутри ведомых валов инерционной муфты и связан с выходным валом посредством пара зубчатых колес и механизма свободного хода.

Применяемая в автоматической бесступенчатой передаче инерционная муфта имеет установленное на ведущем валу водило, несущее по меньшей мере две радиальных оси, на каждой из которых размещен инерционный груз в виде маховика, жестко соединенный с сателлитом, или выполняющий роль маховика массивный сателлит в виде конического зубчатого колеса, и зубчатые конические колеса по числу ведомых валов, закрепленные на последних для зацепления с соответствующим сателлитом.

Указанные существенные признаки, характеризующие изобретение, обеспечивают достижение заданного технического результата за счет использования отдельных кинематических связей каждого из инерционных грузов с выходным валом, что позволяет ограничиться применением в передаче только одной инерционной муфты и обеспечить при этом создание нескольких режимов работы с разными передаточными отношениями и с соответствующим изменением величины передаваемого вращающего момента.

На фиг. 1 прилагаемых графических материалов показано устройство автоматической бесступенчатой передачи с изображением инерционных грузов в виде маховиков в разрезе в вертикальной осевой плоскости, на фиг. 2 приведен вариант выполнения передачи.

Автоматическая бесступенчатая передача (фиг. 1) содержит параллельные входной 1 и выходной 2 валы. На входном валу установлено водило 3 дифференциала, одно из центральных колес 4 которого установлено на валу 5, являющимся ведущим валом инерционной муфты, несущим установленное на нем водило муфты в виде по меньшей мере двух размещенных равномерно по окружности радиальных осей 6, на каждой из которых размещен с возможностью вращения инерционный груз в виде маховика 7, жестко соединенного с сателлитом 8 в виде зубчатого конического колеса, находящегося в зацеплении со своим зубчатым коническим колесом 9, установленном на своем ведомом валу 10. Ведомые валы 10 выполнены полыми и установлены коаксиально относительно друг друга. Роль маховиков могут выполнять массивные сателлиты 8. Ведущий вал 5, водило муфта в виде осей 6 с маховиками 7 и сателлитами 8 образуют ведущую полумуфту, а соосные зубчатые конические колеса 9 муфты, установленные на своих ведомых валах 10, являются ведомой полумуфтой. Каждый из ведомых валов 10 при помощи своих пар колес 11, 12 и 13, 14, имеющих разное передаточное отношение, кинематически связан с выходным валом 2, из них пара колес 11, 12 с более высоким передаточным отношением связана с выходным валом с помощью механизма свободного хода 15, ведущая обойма которого установлена на колесе 12, а ведомая обойма на выходном валу 2. Вал 16 второго центрального колеса 17 дифференциала проходит через осевые отверстия в зубчатых конических колесах 9 ведомой полумуфты, полые ведомые валы 10 и при помощи пары колес 18, 19, имеющей наибольшее передаточное отношение, и механизма свободного хода 20 кинематически связан с выходным валом 2. Ведущая обойма этого механизма свободного хода 20 установлена на колесе 19, а ведомая обойма на выходном валу 2. Валы 5 и 16 соответственно первого 4 и второго 17 центральных колес дифференциала связывает механизм свободного хода 21, ведущая обойма которого установлена на валу 16 второго центрального колеса 17, а ведомая обойма связана с валом 5 первого центрального колеса, являющегося одновременно ведущим валом инерционной муфты. Пара колес 13, 14, имеющая наименьшее передаточное отношение, и вал 16 второго центрального колеса дифференциала связаны механизмом свободного хода 22, ведущая обойма которого связана с колесом 13, а ведомая обойма установлена на валу 16 второго центрального колеса 17 дифференциала при выходе его из полого ведомого вала 10. При этом применительно к указанному механизму свободного хода 22 ведущая и ведомая обоймы принимаются относительно направления передачи вращающего момента от выходного вала 2 на входной вал 1.

Осевые линии 0-0 передачи и 0₁-0₁ маховиков 7 и сателлитов 8 перпендикулярны и пересекаются в центральной точке 0¹. Маховики 7 инерционной муфты в данном конкретном исполнении имеют массивные обеды, которые максимально приближены к оси 0-0 передачи, что уменьшает воздействие центробежных сил на оси 6 водила и соответственно снижает динамические нагрузки при вращении маховиков относительно оси 0-0. Для достижения этого в центральной части маховиков выполнены обращенные в сторону оси 0-0 выемки, образующие в совокупности у всех маховиков центральную полость 23, в которой размещаются сателлиты 8 и зубчатые конические колеса 9 ведомой полумуфты.

Выше дано описание автоматической бесступенчатой передачи, содержащей два маховика 7 и сателлита 8. При использовании в передаче большего числа маховиков и сателлитов соответственно применяется большее количество колес 9 ведомой полумуфты и коаксиально установленных полых ведомых валов 10, каждый из которых при помощи своей пары колес и механизма свободного хода связан с выходным валом 2. При этом расширяется диапазон автоматического регулирования передаваемого вращающего момента с соответствующим повышением коэффициента полезного действия при передаче мощности от входного вала 1 на выходной вал 2.

В варианте устройства автоматической бесступенчатой передачи (фиг.2) валы 5 и 16 обоих центральных колес 4 и 17 дифференциала выполнены полыми, установленными коаксиально относительно друг друга, и через них, а также через полые ведомые вала инерционной муфты 10 соосно проходит входной вал 1, оконечность которого размещена у выхода из передачи и который связан с выходным валом 2 при помощи пары зубчатых колес 24, 25 с наибольшим по величине передаточным отношением и механизмом свободного хода 26, ведущая обойма которого связана с колесом 25, а ведомая обойма установлена на выходном валу. В Ладном случае выполнения передачи ведомая обойма механизма свободного хода 21 связана с водилом 3 дифференциала а маховики 7 инерционной муфты выполнены в виде дисков без центральных выемок.

Автоматическая бесступенчатая передача работает следующим образом.

При вращении входного вала 1 и неподвижном выходном вале 2 в связи с приложенной к нему нагрузкой или началом работы из неподвижного положения, второе центральное колесо 17 дифференциала и его вал 16 также неподвижны, поскольку вал 16 связав с выходным валом парой зубчатых колес 18, 19 и замкнутым механизмом свободного хода 20. Первое центральное колесо 4 при этом вращается с удвоенной частотой по сравнению с входным валом и обеспечивает вращение с той же частотой маховиков 7 с сателлитами 8 относительно оси 0-0 передачи. Ведомые валы 10 и зубчатые конические колеса 9 инерционной муфты неподвижны по той же причине, что и вал 16 второго центрального колеса. Механизмы свободного хода 21 и 22 разомкнуты, поскольку их ведомые обоймы вращаются с большей частотой по сравнению с ведущими обоймами. Сателлиты 8 обкатываются по неподвижным колесам 9 инерционной муфты и приводят маховики 7 во вращение относительно осей 6 водила и осевой линии 0₁-0₁. Вращение маховиков одновременно вокруг двух пересекающихся осей 0-0 и 0₁-0₁ является их вращением вокруг центральной точки 0¹ пересечения этих осей. Известно, что момент количества движения тела относительно точки является векторной величиной и при этом он проявляется с соблюдением фундаментального закона сохранения. В данном случае в связи с вращением маховиков одновременно вокруг указанных выше осей, направление их векторов моментов количества движения постоянно и принудительно изменяется, что является следствием воздействия на маховики внешних сил со стороны колес 9, ведомых 10 и выходного 2 валов. Согласно закону классической механики о равенстве и противоположной направленности действия и противодействия тел, при этом колеса 9 инерционной муфты воспринимают моменты сил со стороны маховиков 7 и передают их через ведомые валы 10, пары колес 11, 12 и 13, 14 и замкнутый механизм свободного хода 15 на выходной вал 2. Величина передаваемых вращающих моментов от каждого из маховиков зависит от интенсивности изменения направления векторов момента количества движения, т. е. от разности частот вращения ведущего вала 5 инерционной муфты и колес 9 и ведомых валов 10, а также от передаточных отношений пар колес 11, 12 и 13, 14. При этом суммарная величина вращающего момента, передаваемого на колеса 9 и ведомые валы 10, равна вращающему моменту на первом центральном колесе 4 дифференциала. Согласно свойству дифференциала вращающие моменты на его центральных колесах всегда равны и в сумме соответствуют величине момента на водиле 3 и входном валу 1. Исходя из этого, на второе центральное колесо 17 и его вал 16 также воздействует вращающий момент, равный половине величины момента на входном валу 1. Этот вращающий момент через пару колес 18, 19 и замкнутый механизм свободного хода 20 передается на выходной вал. Следовательно, на выходной вал при данном режиме работы передается вращающий момент всеми парами колес и его величина определяется передаточными отношениями этих пар колес. При неподвижных выходном вале и колесах 9 инерционной муфты маховики вращаются вокруг своих осей 0₁-0₁ с максимальной частотой и на выходной вал 2 передается максимальный по величине вращающий момент, под воздействием которого этот вал приводится во вращение. Одновременно приводятся во вращение все пары колес, связанные с ними ведомые валы 10, вал 16 второго центрального колеса, колеса 9 и второе центральное колесо 17. При этом частота вращения сателлитов 8 с маховиками 7 относительно их осей 6 и осевой линии 0₁-0₁ уменьшается, что приводит к соответствующему уменьшению величины передаваемого на выходной вал 2 вращающего момента.

Передаточное отношение пары колес 16, 19, связанной с валом 16 второго центрального колеса 17, больше, чем у других пар колес, поэтому под воздействием вращающих моментов, передаваемых ведомыми валами 10, частота вращения выходного вала превысит частоту вращения колеса 19, что приведет к размыканию механизма свободного хода 20 и снятию нагрузки на центральное колесо 17, частота вращения которого сравняется с частотой вращения первого центрального колеса 4 и водила 3 дифференциала. Это приведет к замыканию механизма свободного хода 21 и блокированию дифференциала, который будет вращаться подобно единому звену, связывающему входной вал 1 и инерционную муфту. При этом втором режиме работы вся мощность от входного вала на выходной вал будет передаваться через инерционную муфту и связанные с ней пары колес 11, 12 и 13, 14. Ведомый вал 10, связанный с парой колес 11, 12, будет иметь большую частоту вращения по сравнению с ведомым валом, связанным с парой колес 13, 14, что обусловлено разными передаточными отношениями этих пар колес. В связи с этим под воздействием вращающего момента, передаваемого парой колес 13, 14 с наименьшим передаточным отношением, при уменьшении нагрузки на выходном валу 2 частота его вращения превысит частоту вращения колеса 12, что приведет к размыканию механизма свободного хода 15. При этом третьем режиме работы мощность и вращающий момент на выходной вал будет передаваться только посредством пары колес 13, 14, не связанной с механизмом свободного хода и обеспечивающей постоянную кинематическую связь входного вала с выходным валом.

При числе маховиков и пар колес более двух эти пары колес при возрастании частоты вращения выходного вала будут отсоединяться от этого вала при помощи своих механизмов свободного хода указанным выше порядком в последовательности уменьшения их передаточных отношений. При этом каждый дополнительный маховик и связанная с ним пара колес с механизмом свободного хода обеспечивают дополнительный режим работы с соответствующим расширением диапазона регулирования передаваемого вращающего момента, а следовательно, с повышением коэффициента полезного действия при передаче мощности от входного вала на выходной вал.

Все указанные выше режимы работы передачи обеспечивают плавное изменение частоты вращения выходного вала в обратной зависимости от приложенной к нему нагрузки, что обусловлено возможностью вращения центральных колес 4, 17 дифференциала и колес 9 инерционной муфты с переменной плавно изменяемой частотой. Регулирующим элементом при этом является инерционная муфта.

При увеличении нагрузки на выходном валу 2 или уменьшении величины передаваемого вращающего момента по входному валу и частоты его вращения, произойдет обратный процесс включения в работу ранее отключенных от передачи мощности маховиков, ведомых валов и пар колес.

В том случае, когда поток мощности направлен от выходного вала 2 к входному валу 1, например, при движении транспортной машины по инерции или под уклон, и возникает необходимость торможения машины, работа двигателя прекращается. В связи с принудительным вращением выходного вала 2 за счет кинетической энергии движущейся транспортной машины и торможением входного вала при помощи неработающего двигателя происходит замыкание механизма свободного хода 22 и механизма свободного хода 21, который обеспечивает блокирование дифференциала. При этом осуществляется передача вращающего момента от выходного вала на входной вал по кинематической связи, включающей пару колес 14, 13, механизм свободного хода 22, вал 16 второго центрального колеса 17 дифференциала и сблокированный дифференциал. Таким же образом автоматическая бесступенчатая передача работает при буксировке рабочей транспортной машины с целью запуска двигателя Автоматическая бесступенчатая передача по варианту выполнения (фиг. 2) работает также, как и приведенная выше с тем лишь отличием, что применение непосредственной связи входного вала 1 с выходным валом 2 при помощи пары колес 24, 25 с наибольшим передаточным отношением и механизма свободного хода 26 вводит дополнительный режим работы с фиксированным соотношением в величинах вращающего момента на входном и выходном валах и частотах их вращения. При этом обеспечивается возможность значительного увеличения передаваемого вращающего момента без повышения нагрузки на инерционную муфту, а мощность передается при высоких показателях коэффициента полезного действия в связи с непосредственной связью входного вала с выходным валом при помощи одной пары зубчатых колес. Вместе с тем, при этом теряется возможность вращения выходного вала при неподвижном, заторможенном нагрузкой выходном вале.

Интервал автоматического регулирования величины передаваемого вращающего момента определяется передаточными отношениями применяемых пар колес. Передача мощности при высоких показателях коэффициента полезного действия обеспечивается плавным изменением передаточного отношения между входным и выходным валами с соответствующим изменением величины передаваемого вращающего момента при нескольких режимах работы, а также наличием кинематической связи второго центрального колеса 17 дифференциала с выходным валом минуя инерционную муфту. Интервал автоматического регулирования передаточного отношения, т. е. отношения величин частот вращения входного и выходного валов, неограничен в связи с возможностью вращения входного вала при неподвижном выходном вале. Уменьшение габаритов и массы инерционной передачи достигается компоновкой всех ее элементов на двух осевых линиях входного и выходного валов, а также возможностью выполнения передачи с размерами по высоте и ширине в пределах диаметра инерционной муфты. Упрощение устройства достигается применением только одной инерционной муфты при нескольких режимах работы. Следовательно, автоматической бесступенчатая передача в полном объеме обеспечивает достижение заданного технического результата.

Формула изобретения

1. Автоматическая бесступенчатая передача, содержащая параллельные входной и выходной валы, инерционную муфту, имеющую по меньшей мере два инерционных груза, дифференциал, водило которого установлено на входном валу, одно из центральных колес связано с ведущим валом инерционной муфты, второе центральное колесо и ведомая полумуфта инерционной муфты порознь кинематически связаны с выходным валом при помощи пар зубчатых колес, и механизм свободного хода, отличающаяся тем, что инерционная муфта имеет по меньшей мере два ведомых вала по числу инерционных грузов, кинематически связанных с этими ведомыми валами, которые выполнены полыми, коаксиально установленными друг относительно друга и кинематически связанными с выходным валом посредством пар зубчатых колес, имеющих разные по величине передаточные отношения, и одна из пар зубчатых колес, имеющая наименьшее передаточное отношение, связана посредством механизма свободного хода с валом второго центрального колеса, который размещен внутри ведомых валов и связан парой зубчатых колес с наибольшим передаточным отношением с выходным валом, другие пары зубчатых колес посредством механизмов свободного хода связаны с выходным валом, а второе центральное колесо связано с первым центральным колесом или водилом также механизмом свободного хода, ведущая обойма которого размещена на втором центральном колесе, ведомая на водиле или первом центральном колесе.

2. Передача по п.1, отличающаяся тем, что валы обоих центральных колес дифференциала выполнены полыми и установлены коаксиально друг относительно друга, входной вал размещен внутри последних и внутри ведомых валов инерционной муфты и связан с выходным валом посредством пары зубчатых колес и механизма свободного хода.

3. Передача по п.1, отличающаяся тем, что инерционная муфта имеет установленное на ведущем валу водило, несущее по меньшей мере две радиальные оси, на каждой из которых размещен инерционный груз в виде маховика, жестко соединенный с сателлитом, или выполняющий роль маховика массивный сателлит в виде конического зубчатого колеса и зубчатые конические колеса по числу ведомых валов, закрепленные на последних для зацепления с соответствующим сателлитом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2