Автоматическая бесступенчатая передача

 

Использование: машиностроение. Сущность изобретения: автоматическая бесступенчатая передача содержит соосно размещенные инерционную муфту, дифференциал и механизмы свободного хода (МСХ). Ведомые валы инерционной муфты связаны с инерционными грузами и коаксиально установлены таким образом, что на внутреннем у них имеется возможность создания большего по величине вращающего момента. На каждом из ведомых валов установлено одно из центральных колес дифференциала. Один МСХ связан с внешним ведомым валом инерционной муфты для вращения его в сторону вращения входного вала. Два других МСХ связывают инерционную муфту с входным и выходным валами. 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 и дифференциал, кинематически связанные между собой, и механизм свободного хода, ведомая обойма которого кинематически связана с выходным валом, ведомое звено инерционной муфты выполнено полым, через него пропущен входной вал, на нем последовательно установлены ведущее звено инерционной муфты и ведущая обойма механизма свободного хода, у дифференциала водило кинематически связано с входным валом, одно центральное колесо с ведомым звеном инерционной муфты, а второе с выходным валом (см. авторское свидетельство СССР N 1672046, кл. E 16 H 33/14, 1991 г.).

Известна также автоматическая передача, содержащая корпус, входной и выходной валы, инерционную муфту, ведущее звено которой установлено на входном валу, механизм свободного хода, ведущая обойма которого установлена на ведомом звене, ведомая обойма закреплена в корпусе и дифференциал, водило которого установлено на выходном валу, центральные колеса установлены соответственно на входном валу и ведомом валу инерционной муфты (см. авторское свидетельство СССР N 1749583, кл. F 16 Н 33/14, 1992 г.).

Недостатком этой автоматической передачи является ограниченность интервала автоматического регулирования передаточного отношения, поскольку предельная разница в частотах вращения входного и выходного валов не превышает двух раз, и невозможность торможения рабочей машины при помощи неработающего двигателя.

Предлагаемое изобретение обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в автоматическом бесступенчатом изменении вращающего момента при плавном и неограниченном интервале автоматического регулирования передаточного отношения в зависимости от нагрузки, возможности торможения рабочей машины при помощи двигателя, простоте устройства и компактности.

Указанный технический результат достигается тем, что в автоматической бесступенчатой передаче, содержащей соосные входной и выходной валы, корпус инерционную муфту, ведущее звено которой установлено на входном валу, дифференциал, водило которого установлено на выходном валу, и механизм свободного хода, ведущая обойма которого установлена на ведомом валу инерционной муфты, а ведомая обойма в корпусе, отличающаяся тем, что инерционная муфта имеет два связанных с инерционными грузами ведомых вала, коаксиально установленных таким образом, что на внутреннем из них имеется возможность создания большего по величине вращающего момента, чем на внешнем, а на каждом из ведомых валов установлено по одному центральному колесу дифференциала.

Инерционная муфта включает центральные колеса, установленные на соответствующих ведомых валах, водило, установленное на ведущем звене и имеющее две диаметрально расположенные оси, и размещенные на каждой из осей симметрично относительно муфты и передачи в целом для зацепления с центральными колесами зубчатые конические сателлиты и закрепленные с ними инерционные грузы, выполненные в виде маховиков или зубчатые конические сателлиты выполнены массивными для выполнения функций маховиков, из которых связанные с внутренним из ведомых валов имеют большую массу и/или размещены на большем расстоянии от оси муфты, по сравнению с маховиками, связанными с внешним из ведомых валов.

Автоматическая бесступенчатая передача снабжена двумя дополнительными механизмами свободного хода, ведущая обойма одного из которых связана с выходным валом, ведомая с внутренним ведомым валом, ведущая обойма другого связана также с внутренним ведомым валом, а ведомая обойма с входным валом.

Указанные существенные признаки, характеризующие изобретение, обеспечивают достижение заданного технического результата за счет создания двух чередующихся режимов работы, которые в совокупности обеспечивают возможность бесступенчатого регулирования в широком диапазоне передаточного отношения и передаваемого вращающего момента. При этом входной вал имеет возможность вращаться и передавать максимальный по величине вращающий момент на выходной вал при неподвижном, заторможенном нагрузкой выходном вале. Применение дополнительных механизмов свободного хода позволяет производить торможение рабочей машины при помощи неработающего двигателя.

На фиг. 1 показано устройство автоматической бесступенчатой передачи с изображением инерционной муфта в разрезе в вертикальной осевой плоскости, на фиг. 2 приведен вид инерционной муфты со стороны входного вала.

Автоматическая бесступенчатая передача содержит соосные входной 1 и выходной 2 валы, инерционную муфту, ведущее звено которой установлено на входном валу и содержит водило в виде двух перпендикулярных друг другу диаметрально расположенных осей 3, механизм свободного хода 4, дифференциал, водило 5 которого установлено на выходном валу, и два дополнительных механизма свободного хода 6 и 7. На разных диаметральных осях 3 водила попарно симметрично оси О-О передачи размещены соответственно малые 8 и большие 9 зубчатые конические сателлиты, к которым прикреплены инерционные грузы в виде соосных этим сателлитам соответственно больших 10 и малых 11 маховиков. Малые сателлиты 8 находятся в зацеплении с малым центральным зубчатым коническим колесом 12 инерционной муфты, установленном на одном из двух ведомых валов 13 муфты. Большие сателлиты 9 находятся в зацеплении с большим центральным зубчатым коническим колесом 14 инерционной муфты, которое установлено на другом ведомом валу 15 муфты. Ведомые валы размещены коаксиально относительно друг друга. Большие маховики 10, связанные при помощи малых сателлитов 8 и малого центрального колеса 12 с внутренним из ведомых валов 13, имеют большую массу и/или размещены на большем расстоянии от оси О-О муфты, по сравнению с малыми маховиками 11, связанными соответственно с внешним из ведомых валов 15, что обеспечивает возможность создания на внутреннем ведомом валу 13 большего по величине вращающего момента, чем на внешнем ведомом валу 15. На каждом из ведомых валов 13, 15 установлено по одному центральному колесу 16 и 17 дифференциала. Ведущая обойма механизма свободного хода 4 установлена на внешнем ведомом валу 15 инерционной муфты, а ведомая обойма в корпусе 18 передачи с обеспечением возможности вращения внешнего ведомого вала 15 в том же направлении, что и внутреннего ведомого вала 13. Ведущая обойма одного из дополнительных механизмов свободного хода 6 связана с выходным 2, ведомая с внутренним ведомым валом 13, ведущая обойма другого дополнительного механизма свободного хода 7 связана также с внутренним ведомым валом, а ведомая обойма - с входным валом 1 с обеспечением возможности передачи вращающего момента от выходного вала 2 на входной вал 1 в направлении вращения входного вала. Оси О-О передачи и О₁-О₁ диаметрально расположенных осей 3 водила пересекаются в центральной точке О₁. Роль маховиков 10, 11 могут выполнять массивные сателлиты 8, 9.

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, водило дифференциала 5, его центральные колеса 16, 17 и центральные колеса 12, 14 инерционной муфты также неподвижны. Сателлиты 8, 9 инерционной муфты вращаются вместе с входным валом 1 вокруг оси О-О муфты и при этом сателлиты обкатываются по неподвижным центральным колесам 12, 14 муфты и вращаются вместе в маховиками 10, 11 относительно своих осей О₁-О₁. Вращение сателлитов и маховиков одновременно вокруг пересекающихся осей О-О и О₁-О₁ является их вращением относительно центральной точки О₁ пересечения этих осей. 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 осей, направление их векторов моментов количества движения постоянно и принудительно-меняется, что является следствием воздействия на сателлиты и маховики моментов внешних сил со стороны выходного вала 2 и ведомых валов 13, 15. Согласно закону классической механики о равенстве и противоположной направленности действия и противодействия тел, при этом центральные колеса 12, 14 инерционной муфты воспринимают моменты сил со стороны сателлитов и маховиков и передают их через ведомые валы 13, 15, центральные колеса 16, 17 дифференциала и водило 5 дифференциала на выходной вал 2. Величина передаваемых вращающих моментов от каждой пары сателлитов 8 и 9 и связанных с ними маховиков 10, 11 зависит от интенсивности изменения направления векторов создаваемых ими моментов количества движения, т.е. от разности частот вращения входного вала 1 и ведомых валов 13, 15, а также от суммарных масс каждой из пар сателлитов и связанных с ними маховиков и от среднего расстояния их от центральной точки О₁ вращения. Суммарная масса малых сателлитов 8 и связанных с ними больших маховиков 10 больше, чем у больших сателлитов 9 и связанных с ними малых маховиков 11 и первые находятся в среднем на большем расстоянии центральной точки О₁ вращения, чем вторые. Поэтому на внутренний ведомый вал 13 со стороны инерционной муфты передается больший по величине вращающий момент, чем на внешний ведомый вал 15. При неподвижном выходном вале 2 и центральных колесах 12, 14 инерционной муфты ее сателлиты 8, 9 вращаются вокруг своих осей О₁-О₁ с максимальной частотой и обеспечивают передачу на ведомые валы 13, 15 и выходной вал наибольшие по величине вращающие моменты. Это соответствует первому режиму работы передачи.

При уменьшении нагрузки на выходном валу 2 или увеличении передаваемой мощности со стороны входного вала 1 первое центральное колесо 16 дифференциала, внутренний ведомый вал 13 и малое центральное колесо 12 инерционной муфты приводятся во вращение, обеспечивая при этом вращение выходного вала 2. Бесступенчатая передача переходит на второй режим работы, при котором большое центральное колесо 14 инерционной муфты, внешний ведомый вал 15 и второе центральное колесо 17 дифференциала неподвижны, а вращение выходного вала 2 осуществляется вращающимся внутренним ведомым валом 13. При неподвижном большом центральном колесе 14 муфта вращающиеся большие сателлиты 9 мощности не передают и не потребляют ее, так как внешний ведомый вал 15 неподвижен и отсутствуют другие потребители мощности, поскольку при этом не происходит преобразования механической энергии в тепловую. Вся мощность от двигателя по входному валу 1 передается на вращающееся малое центральное колесо 12 инерционной муфты и далее на внутренний ведомый вал 13 и первое центральное колесо 16 дифференциала. При равенстве моментов на центральных колесах 16, 17 дифференциала на его водило и выходной вал 2 будет передаваться сумма этих моментов и на выходном валу величина вращающего момента в два раза превысит вращающий момент на входном валу 1. При этом второе центральное колесо 17 дифференциала будет неподвижно, поскольку замкнутый механизм свободного хода 4 за счет опоры на корпус 18 передачи будет препятствовать вращению внешнего ведомого вала 15 в противоположном направлении по сравнению с входным валом 1 и внутренним ведомым валом 13. При данном втором режиме работы увеличение передаваемого вращающего момента обеспечивается в связи с наличием внешней опоры, в качестве которой выступает корпус 18 передачи.

При дальнейшем уменьшении нагрузки на выходном валу 2 соответственно снижается нагрузка на центральных колесах 16, 17 дифференциала и внешний ведомый вал 15 под воздействием вращающего момента, передаваемого от большого центрального колеса 14 инерционной муфты, начинает вращаться. При этом механизм свободного хода 4 размыкается бесступенчатая передача переходит на третий режим работы, при котором частота вращения выходного вала 2 будет равна половине суммы частот вращения центральных колес 16, 17 дифференциала.

Второй и третий режимы работы являются бесступенчатыми, обеспечивающими плавное изменение частоты вращения выходного вала 2 в зависимости от нагрузки и величина мощности, передаваемой по входному валу. Это обусловлено плавным характером изменения частоты вращения центральных колес 12, 14 инерционной муфты в зависимости от величины передаваемого вращающего момента.

При увеличении нагрузки на выходном валу 2 или уменьшении мощности, передаваемой по входному валу 1, происходит обратный процесс перехода с третьего режима работы на первый режим.

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. При этом выходной вал 2 вращается принудительно за счет кинетической энергии движущейся транспортной машины, а вращению входного вала 1 препятствует неработающий двигатель, что приводит к замыканию дополнительных механизмов свободного хода 6 и 7 и направлению потока мощности от выходного вала 2 на жестко соединенный с ним дополнительными механизмами свободного хода 6, 7 входной вал 1 и далее на неработающий двигатель и обеспечивает плавное торможение машины. Таким же образом бесступенчатая передача работает при буксировке транспортной машины с целью запуска двигателя.

Формула изобретения

1. Автоматическая передача, содержащая входной и выходной валы, инерционную муфту, ведущее звено которой установлено на входном валу, дифференциал, водило которого установлено на выходном валу, и механизм свободного хода, ведущая обойма которого установлена на ведомом валу инерционной муфты, а ведомая обойма в корпусе, отличающаяся тем, что инерционная муфта имеет два связанных с инерционными грузами ведомых вала, коаксиально установленных так, что на внутреннем из них имеется возможность создания большего по величине вращающего момента, чем на внешнем, а на каждом из ведомых валов установлено по одному центральному колесу дифференциала.

2. Передача по п.1, отличающаяся тем, что инерционная муфта включает центральные колеса, установленные на соответствующих ведомых валах, водило, установленное на ведущем звене и имеющее две диаметрально расположенные оси, и размещенные на каждой из осей симметрично относительно муфты и передачи в целом для зацепления с центральными колесами зубчатые конические сателлиты и закрепленные с ними инерционные грузы, выполненные в виде маховиков, из которых связанные с внутренним из ведомых валов имеют большую массу и /или размещены на большем расстоянии от оси муфты по сравнению с маховиками, связанными с внешним из ведомых валов.

3. Передача по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена двумя дополнительными механизмами свободного хода, ведущая обойма одного из которых связана с выходным валом, ведомая с внутренним ведомым валом, ведущая обойма другого связана также с внутренним ведомым валом, а ведомая обойма с входным валом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2