Автоматическая бесступенчатая передача

 

Использование: машиностроение. Сущность изобретения: автоматическая бесступенчатая передача содержит соосные входной и выходной валы и промежуточный вал, инерционную муфту, пары зубчатых колес и механизм свободного хода (МСХ). Инерционная муфта включает водило, конические сателлиты с инерционными грузами, два центральных колеса. Инерционные грузы выполнены или в виде маховиков или роль маховиков выполняют массивные сателлиты. Центральные колеса размещены на коаксильных друг относительно друга ведомых валах, один из которых связан с выходным валом, другой посредством зубчатой пары с промежуточным валом, а последний посредством зубчатой пар с выходным валом. Общее передаточное отношение двух пар колес больше единицы. Один из МСХ соединяет один из ведомых валов инерционной муфты с выходным валом,другой - входной и выходной валы. Изменение режимов работы осуществляется при автоматическом зажигании и размыкании МСХ и при изменении нагрузки на выходном валу. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

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

Известна автоматическая передача, содержащая входной и выходной валы, инерционную муфту, ведущий вал которой установлен на входном валу, дифференциал, первое центральное колесо которого установлено на ведомом валу инерционной муфты, водило с выходным валом, и три механизма свободного хода, ведущая и ведомая обоймы первого из которых соответственно связаны с входным и выходным валами, ведомый и ведущий валы инерционной муфты установлены коаксиально, ведомые обоймы второго и третьего механизмов свободного хода установлены на выходном валу, а ведущие соответственно связаны с водилом и первым центральным колесом, а второе центральное колесо установлено на входном валу (см. авторское свидетельство N 1768843, кл. F 16 H 33/14, 1990 г.). (1).

В состав указанной автоматической передачи включен дифференциал, что усложняет устройство, увеличивает размеры и массу механизма, она не обеспечивает передачу вращающего момента от выходного вала на входной вал, что не позволяет использовать двигатель для торможения рабочей машины.

Известна также автоматическая коробка передач, содержащая входной, выходной и промежуточный валы, инерционную муфту, ведущий вал которой является входным валом передачи, а ведомый вал постоянно кинематически связан при помощи первой пары колес с выходным валом, промежуточный вал установлен соосно выходному валу и связан с ним при помощи механизма свободного хода, а с входным валом кинематически связан при помощи второй пары колес, имеющей более высокое передаточное отношение по сравнению с первой парой колес (см. авторское свидетельство N 1504423, кл. F 16 H 5/46, 1987 г.) (2).

У этой автоматической коробки передач отсутствует возможность передачи вращающего момента от выходного вала на входной вал, что сужает функциональные возможности механизма, она не позволяет передавать вращающий момент на неподвижный заторможенный нагрузкой выходной вал, что исключает возможность плавного пуска рабочей машины из неподвижного положения, выходной и промежуточный валы коробки передач установлены параллельно инерционной муфте, что увеличивает ее габариты, а соответственно и массу, устройство коробки передач не предусматривает устранение неравномерностей в передаче вращающего момента и обеспечение полной уравновешенности относительно всех осей действующих центробежных и гироскопических сил.

Изобретение обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в возможности работы в автоматическом режиме при широком диапазоне регулирования передаточного отношения и высоком коэффициенте полезного действия, обеспечении передачи вращающего момента от входного вала на неподвижный выходной вал, а также от выходного вала на входной вал, уменьшении габаритов и массы, упрощении устройства, при одновременной обеспечении плавности в передаче вращающего момента и полной уравновешенности относительно всех осей действующих центробежных и гироскопических сил.

Указанный технический результат достигается тем, что в автоматической бесступенчатой передаче, содержащей входной, выходной и промежуточный валы, пары зубчатых колес, инерционную муфту, ведущий вал которой совмещен с входным валом передачи, а ведомый вал связан с выходным валом, применяется инерционная муфта, на ведущем валу которой установлено водило, состоящее по меньшей мере из двух диаметральных осей, на каждой из которых попарно симметрично относительно оси муфты и передачи в целом размещены зубчатые конические сателлиты, жестко соединенные с инерционными грузами в виде соосных с сателлитами маховиков, сателлиты, размещенные на разных диаметральных осях, находятся попарно в зацеплении с разными, по меньшей мере двумя, центральными зубчатыми коническими колесами, имеющими разные диаметры, которые установлены на разных, по меньшей мере двух, ведомых валах, размещенных коаксиально относительно друг друга, внутренний из ведомых валов является выходным валом передачи, а внешний из ведомых валов при помощи первой пары колес связан с параллельным промежуточным валом, который при помощи второй пары колес связан с выходным валом, обе пары колес и промежуточный вал составляют кинематическую связь внутреннего и внешнего ведомых валов, совокупное передаточное отношение которой больше единицы, эта кинематическая связь содержит механизм свободного хода, ведущая обойма которого связана с внешним ведомым валом, а ведомая обойма с выходным валом, входной и выходной валы размещены соосно, роль маховиков в инерционной муфте могут выполнять массивные сателлиты.

В автоматической бесступенчатой передаче применяется механизм свободного хода, ведущая обойма которого связана с выходным валом, а ведомая обойма установлена на входном валу.

Указанные существенные признаки, характеризующие изобретение, обеспечивают достижение заданного технического результата за счет применения отдельных кинематических связей каждой из пары инерционных грузов с отдельным ведомым валом, которые кинематически связаны друг с другом. При этом одна инерционная муфта без применения дифференциала обеспечивает создание нескольких режимов работы, автоматически включающихся в передачу вращающего момента в зависимости от нагрузки на выходном валу и частоты его вращения относительно входного вала, что будет показано ниже при описании работы передачи.

На фиг. 1 и 2 показано устройство автоматической бесступенчатой передачи в двух проекциях соответственно.

Автоматическая вариаторная передача (фиг. 1 и 2) содержит входной 1, соосный ему выходной 2 валы и параллельный первым двум валам промежуточный вал 3. Входной вал совмещен с ведущим валом 1 инерционной муфты, на котором установлено водило в виде по меньшей мере двух диаметральных осей 4, на каждой из которых попарно симметрично относительно оси О-О муфты и передачи в целом размещены зубчатые конические сателлиты0 5, жестко соединенные с инерционными грузами в виде соосных с сателлитами по осевым линиям O₁-O₁ маховиков 6. Роль маховиков могут выполнять массивные сателлиты. Сателлиты 5, размещенные на разных диаметральных осях 4 водила, находятся попарно в зацеплении с разными, по меньшей мере двумя, центральными зубчатыми коническими колесами 7, 8, имеющими разные диаметры, которые установлены на разных, по меньшей мере двух, ведомых валах 9, 10, размещенных коаксиально относительно друг друга на осевой линии О-О передачи. Внутренний из ведомых валов 9 совмещен с выходным валом 2 передачи, а внешний из ведомых валов 10 при помощи первой пары колес 11, 12 связан с параллельным оси О-О промежуточным валом 3, который при помощи второй пары колес 13, 14 связан с выходным валом 2. Совокупное передаточное отношение этих двух пар колес больше единицы. С любым из указанных четырех колес 11, 12, 13, 14, в данном конкретном случае с колесом 12, связан механизм свободного хода 15, ведущая обойма которого связана с внешним ведомым валом 10, в данном конкретном случае с колесом 12, а ведомая обойма с выходным валом 2, в данном конкретном случае посредством промежуточного вала 3 и второй пары колес 13, 14. Осевые линии муфты О-О и осей водила, сателлитов и маховиков O₁-O₁ перпендикулярны и пересекаются в центральной точке O¹.

В автоматической передаче применяется механизм свободного хода 16, ведущая обойма которого связана с выходным валом 2 посредством внутреннего ведомого вала 9 инерционной муфты, а ведомая обойма установлена на входном валу 1, совмещенном с ведущим валом муфты.

Автоматическая бесступенчатая передача работает следующим образом.

При вращении входного вала 1 вместе с сателлитами 5 и маховиками 6 вокруг оси О-О и неподвижным выходном вале 2 в связи с приложенной к нему нагрузкой или началом работы из неподвижного положения, ведомые валы 9, 10 и центральные колеса 7, 8 также неподвижны, поскольку внутренний ведомый вал 9 связан с выходным валом 2 непосредственно, а внешний ведомый вал 10 через промежуточный вал 3 и пары колес 11, 12 и 13, 14. Сателлиты 5 обкатываются по своим центральным колесам 7, 8 и одновременно вместе с маховиками вращаются вокруг своих осей O₁-O₁. При этом сателлиты и маховики, размещенные на одной диаметральной оси 4 симметрично по разную сторону от оси О-О вращаются в противоположные стороны, что взаимно уравновешивают гироскопические силы при любых режимах работы и устраняет соответствующие нагрузки на подшипники валов. Вращение сателлитов и маховиков одновременно вокруг двух пересекающихся осей О-О и O₁-O₁ являются их вращением вокруг центральной точки O¹ пересечения этих осей. Вращающиеся сателлиты и маховики имеют определенный момент количества движения. Известно, что момент количества движения тела относительно точки является векторной величиной и при этом он проявляется с соблюдением фундаментального физического закона сохранения. В данном случае, в связи с вращением сателлитов и маховиков одновременно вокруг указанных выше двух пересекающихся осей, направление их векторов моментов количества движения постоянно принудительно изменяется, что является следствием воздействия на сателлиты и маховики моментов внешних сил со стороны центральных колес 7, 8 ведомых 9, 10 и выходного 2 валов. Согласно закону классической механики о равенстве и противоположной направленности действия и противодействия тел, при этом центральные колеса воспринимают моменты сил со стороны сателлитов и маховиков и передают их через ведомые валы 9, 10, в том числе с помощью промежуточного вала 3, на выходной вал 2. Величина передаваемых вращающих моментов от каждого сателлита и маховика зависит от интенсивности изменения направления векторов моментов количества движения и величины этих моментов, т.е. от разности частот вращения ведущего 1 и соответствующего для каждого из сателлитов и маховиков ведомого 9 или 10 валов. В связи с направлением потока мощности в сторону выходного вала 2 механизм свободного хода 15 замкнут и вращающиеся моменты от обоих пар сателлитов с маховиками передаются на выходной вал непосредственно по внутреннему ведомому валу 9 и по внешнему ведомому валу 10 и промежуточному валу 3. При этом на выходном валу вращающиеся моменты, передаваемые по обоим ведомым валам, складываются и суммарная величина вращающего момента на выходном валу будет зависеть от совокупного передаточного отношения применяемых пар колес 11, 12 и 13, 14. При неподвижных выходном вале и центральных колесах сателлиты и маховики вращаются вокруг своих осей O₁-O₁ с максимальной частотой и на выходной вал передается наибольший по величине вращающий момент, под воздействием которого этот вал приводится во вращение. Одновременно приводятся во вращение центральные колеса, что уменьшает частоту вращения сателлитов и маховиков вокруг осей O₁-O₁ с соответствующим уменьшением величины передаваемого вращающего момента. При этом меньшее по диаметру центральное колесо 7, установленное на внутреннем ведомом валу 9 вращается с меньшей частотой по сравнению с большим по диаметру центральным колесом 8, установленным на внешнем ведомом валу 10, что обусловлено передаточным отношением применяемых в данном случае пар колес. Когда частота вращения большего по диаметру центрального колеса 8 сравняется с частотой вращения входного вала 1, связанные с этим колесом сателлиты прекратят перекатывание по центральному колесу и вращение вокруг своей диаметральной оси O₁-O₁, а следовательно у них не будет изменяться момент количества движения, что приведет к прекращению передачи вращающего момента и мощности на внешний ведомый вал 10 и размыканию механизма свободного хода 15. Зубчатые колеса 11, 12, 13, 14 будут вращаться вхолостую, поскольку вращающий момент от выходного вала 2 при разомкнутом механизме свободного хода 15 по промежуточному валу не передается. Дальнейшая передача вращающего момента от инерционной муфты на выходной вал 2 будет происходить только через центральное колесо 7 меньшего диаметра внутренний ведомый вал 9 в режиме прямой передачи. Бесступенчатый характер передачи вращательного движения от входного вала 1 на выходной вал 2 обеспечивается при любом режиме работы за счет возможности вращения сателлитов и центральных колес с переменной частотой, зависящей от нагрузки на ведомых валах, а соответственно и на выходном валу. При этом независимо от режима работы обеспечивается полная балансировка всех динамических нагрузок, включая действие центробежных и гироскопических сил, относительно оси O-O и осей O₁-O₁ сателлитов, поскольку все одинаковые по назначению элементы передачи имеют равную массу и размеры, размещены симметрично этим осям и вращаются соответственно с равными частотами.

При увеличении нагрузки на выходном валу 2 или уменьшении величины передаваемого вращающего момента по входному валу 1 произойдет обратный процесс включения в работу ранее отключенных от передачи мощности сателлитов, маховиков и внешнего ведомого вала.

В том случае, если в автоматической передаче применяется большее число по сравнению с описанным выше диаметральных осей 4, сателлитов 5, маховиков 6, центральных колес и ведомых валов, связанных с выходным валом при помощи общего промежуточного вала 3 и своих пар колес с разными по величине передаточными отношениями, эти пары колес при возрастании частоты вращения выходного вала будут отсоединяться от этого вала или присоединяться к нему в зависимости от режима работы при помощи своих механизмов свободного хода по указанным выше причинам в последовательности изменения их передаточных отношений.

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 при помощи двигателя, работа двигателя прекращается. В связи с принудительным вращением выходного вала 2 за счет кинетической энергии движущейся рабочей машины и торможением при помощи неработающего двигателя входного вала 1 происходит размыкание механизма свободного хода 15 и замыкание механизма свободного хода 16, который жестко соединяет выходной вала 2 с входным валом 1 и обеспечивает передачу по ним вращающего момента от выходного вала на входной вал, что приводит к торможению рабочей машины при помощи неработающего двигателя.

Передача мощности при высоких показателях коэффициента полезного действия обеспечивается автоматическим изменением передаточного отношения между входным и выходным валами с соответствующим изменением передаваемого вращающего момента, а также возможностью передачи мощности при одном из режимов работы непосредственно от инерционной муфты на выходной вал без применения промежуточных зубчатых колес. Интервал автоматического регулирования передаточного отношения у передачи неограничен в связи с возможностью вращения входного вала при неподвижном выходном вале. Уменьшение габаритов и массы у передачи достигается применением в ее составе только одной инерционной муфты и пар колес по числу режимов работы, а также соосным размещением входного и выходного валов при одном промежуточном вале. Плавность в передаче вращающего момента достигается за счет равномерного изменения направления вектора момента количества движения сателлитов и маховиков при их непрерывном вращении. Следовательно, с учетом сказанного выше при описании работы, автоматическая передача в полной мере обеспечивает достижение заданного технического результата.

Формула изобретения

1. Автоматическая бесступенчатая передача, содержащая входной, выходной и промежуточный валы, пары зубчатых колес, инерционную муфту, ведущий вал которой соединен с входным валом передачи, ведомый связан с выходным валом, и механизм свободного хода, отличающаяся тем, что входной и выходной валы размещены соосно, инерционная муфта включает установленное на ведущем валу водило, состоящее по меньшей мере из двух диаметральных осей, размещенные на каждой из осей попарно-симметрично относительно оси муфты и передачи в целом зубчатые конические сателлиты, жестко соединенные с инерционными грузами в виде соосных с сателлитами меховиков по меньшей мере два центральных колеса с разными диаметрами, установленных соответственно по меньшей мере на двух размещенных коаксиально относительно друг друга ведомых валах для взаимодействия с соответствующими сателлитами, внутренний из ведомых валов связан с выходным валом, внешний посредством первой зубчатой пары с параллельным промежуточным валом, последний посредством второй зубчатой пары связан с выходным валом, общее передаточное отношение двух пар зубчатых колес больше единицы, а механизм свободного хода связан с одним из колес зубчатых пар таким образом, что ведущая обойма его соединена с внешним ведомым валом, ведомая обойма с выходным валом.

2. Автоматическая передача по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена вторым механизмом свободного хода, ведущая обойма которого связана с выходным валом, а ведомая обойма установлена на входном валу.

3. Автоматическая передача по п.1, отличающаяся тем, что сателлиты выполнены массивными для выполнения роли маховиков в инерционной муфте.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2