Автоматическая бесступенчатая механическая передача

 

Изобретение относится к машиностроению, транспортному машиностроению, станкостроению. На соосных ведущем (1) и ведомом (2) валах установлены соответственно ведущее (3) и ведомое (4) центральные зубчатые колеса, введенные в зацепление со сблокированными основными сателлитами (8, 9), размещенными по разные стороны от оси О-О передачи на радиальных осях (6) водила (5), которое установлено с возможностью вращения на ведущем валу. На других радиальных осях (7) водила размещены по разные стороны от оси O-O передачи маховики (11), сблокированные с сателлитами (10), введенными в зацепление с опорным колесом (12), закрепленным на полом промежуточном валу (13), установленном коаксиально с ведущим валом с возможностью независимого от него вращения. Промежуточный вал связан с приводом опорного колеса, который содержит зубчатые колеса (14, 15), установленные соответственно на ведущем и промежуточном валах и введенные в зацепление с промежуточным колесом (16), ось которого установлена в корпусе (17) передачи. Центральные колеса (3, 4) размещены по разные стороны от радиальных осей O₁-O₁ водила. При вращении маховиков и всех сателлитов (8, 9, 10) одновременно вокруг оси O-O передачи и осей O₁-O₁ радиальных осей (6, 7) водила происходит их вращение вокруг центральной точки О¹, что приводит к торможению вращения водила в связи с постоянным изменением направления векторов моментов количества движения маховиков и сателлитов относительно центральной точки О¹. Обеспечен широкий диапазон автоматического регулирования величины передаваемого вращающего момента в зависимости от нагрузки. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

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

Известна инерционная муфта Б.Ф.Кочеткова, на ведущем и ведомом валах которой расположены соответственно ведущее и ведомое центральные конические зубчатые колеса, которые находятся в зацеплении с сателлитами, расположенными с возможностью свободного вращения на оси, имеющей цапфы, размещенные по оси муфты в подшипниках на центральных колесах. К сателлитам соосно прикреплены инерционные грузы в виде маховиков. Вращающий момент передается при вращении сателлитов и маховиков одновременно вокруг их оси и оси муфты, что приводит к торможению этой оси гироскопическими силами (авторское свидетельство СССР N 1821584, кл. F 16 D 43/20, 1993 г.).

Эта инерционная муфта не обеспечивает автоматического преобразования вращающего момента в зависимости от нагрузки и не передает вращающий момент при равной частоте вращения ведущего и ведомого валов.

Наиболее близким по совокупности признаков техническим решением к заявленному изобретению является инерционная передача, содержащая установленное с возможностью вращения вокруг оси передачи водило с радиальными осями, размещенные по разные стороны от радиальных осей конические зубчатые центральные колеса, закрепленные на соосных ведущем и ведомом валах, конические зубчатые сателлиты, введенные в зацепление с центральными колесами и образующие с последними пары колес, имеющие разные по величине передаточные отношения, и маховики, установленные на радиальных осях водила. Передача снабжена жестко соединенным с корпусом передачи опорным коническим зубчатым центральным колесом, установленными на радиальных осях водила сателлитами, жестко соединенными с маховиками и введенными в зацепление с опорным колесом, и установленными на осях водила по разные стороны от оси передачи сблокированными по два сателлитами, внутренними и внешними относительно оси передачи, введенными порознь в зацепление с разными центральными колесами, при этом блоки сателлитов и сателлиты с маховиками размещены с возможностью независимого друг от друга вращения вокруг радиальных осей водила (патент Российской Федерации N 2072715, МПК F 16 H 33/10, 3/74, 1997 г.).

Недостатками указанной инерционной передачи являются большие размеры в радиальных направлениях, невозможность передачи вращающего момента при неподвижном водиле, когда ведомый вал вращается с наибольшей частотой, что сужает диапазон автоматического регулирования величины передаваемого вращающего момента и уменьшает КПД передачи.

Предлагаемое изобретение обеспечивает достижение технического результата, который заключается в уменьшении габаритных размеров передачи в радиальных направлениях, обеспечении возможности передачи вращающего момента на ведомый вал при любой частоте его вращения в интервале от нулевой до максимальной, а также при неподвижном водиле с повышением при этом КПД. Обеспечивается автоматическое и бесступенчатое изменение в широких пределах величины передаваемого вращающего момента в зависимости от нагрузки на ведомом валу, осуществляется возможность торможения ведомого вала и рабочей машины при помощи двигателя, например, при движении транспортной машины под уклон, а также обеспечивается возможность пуска двигателя внутреннего сгорания путем буксировки машины. Предложенная передача позволяет передавать максимальный по величине момент силы на неподвижные ведомый вал в связи с приложенной к нему нагрузкой без прекращения при этом работы двигателя.

Все его в совокупности обеспечивает более экономное раcходование моторного топлива и при этом уменьшает вредное экологическое воздействие на окружающую среду применяемых двигателей внутреннего сгорания. Одновременно с этим упрощается управление транспортной машиной. Предложенная передача сопоставима с известными коробками передач по простоте устройства, габаритным размерам и массе. Благодаря постоянному зацеплению применяемых зубчатых колес она подвержена меньшему износу, более долговечна и надежна в работе.

Указанный технический результат достигается тем, что в автоматической бесступенчатой механической передаче, содержащей установленное с возможностью вращения вокруг оси передачи водило с радиальными осями, размещенные по разные стороны от радиальных осей водила ведущее и ведомое центральные колеса, выполненные в виде конических зубчатых колес, закрепленных на соосных ведущем и ведомом валах, основные сателлиты, введенные в зацепление с ведущим и ведомым центральными колесами и образующие с последними пары колес, маховики, установленные на радиальных осях водила, опорное колесо, выполненное в виде конического зубчатого центрального колеса, установленные на радиальных осях водила сателлиты, жестко соосно соединенные с маховиками и введенные в зацепление с опорным колесом, cогласно изобретению радиальные оси водила установлены попарно по диаметрам относительно оси передачи и имеют равное назначение.

На одной из пар указанных осей водила размещены по разные стороны от оси передачи основные сателлиты, находящиеся в зацеплении с ведущим и ведомым центральными колесами, а на другой паре осей раздельно от основных сателлитов размещены по разные стороны от оси передачи сателлиты с маховиками. Опорное колесо закреплено на конце полого промежуточного вала, установленного коаксиально с ведущим валом с возможностью вращения относительно этого вала. Другой конец полого промежуточного вала связан с приводом опорного колеса, одно из зубчатых колес этого привода закреплено на ведущем валу, другое зубчатое колесо указанного привода закреплено на полом промежуточном валу и эти два колеса связаны между собой при помощи промежуточного колеса, ось которого установлена в корпусе передачи и обеспечивает за счет опоры на корпус вне пределов оси передачи возможность изменения передаваемого вращающего момента.

Как вариант устройства, привод опорного колеса содержит цилиндрические колеса, одно из которых выполнено с внутренним зацеплением, а ось промежуточного колеса установлена в корпусе передачи параллельно оси передачи.

Как вариант устройства, привод опорного колеса содержит конические зубатые колеса, при этом ось промежуточного колеса установлена в корпусе передачи под углом к оси передачи.

Как вариант устройства, каждый сателлит, находящийся в зацеплении с опорным колесом, и маховик выполнены как единая деталь в виде массивного сателлита.

Основные сателлиты выполнены массивными с возможностью функционирования также и в качестве маховиков.

Как вариант устройства, каждый из основных сателлитов выполнен в виде блока двух сателлитов, внутреннего и внешнего относительно оси передачи, введенных порознь в зацепление с разными центральными колесами и образующих с последними пары колес, имеющие разные по величине передаточные отношения.

Передача снабжена механизмом свободного хода, одна из обойм которого закреплена в корпусе передачи, а другая обойма связана с водилом с обеспечением возможности вращения водила только в направлении вращения ведущего вала и стопорения вращения в направлении вращения ведомого вала.

На фиг. 1 и 2 показано в общем виде в двух проекциях устройство автоматической бесступенчатой механической передачи. Изображения даны в вертикальных разрезах секущими плоскостями А-А и В-В.

Автоматическая бесступенчатая механическая передача содержит соосные ведущий 1 и ведомый 2 валы, на которых закреплены соответственно ведущее 3 и ведомое 4 центральные колеса, выполненные в виде конических зубчатых колес. На ведущем валу 1 размещено с возможностью вращения относительно этого вала водило 5 с установленными на нем попарно по диаметрам относительно оси О-О передачи радиальными осями 6 и 7, имеющими разное назначение. При этом ведущее 3 и ведомое 4 центральные колеса размещены по разные стороны от водила 5 и его радиальных осей.

Исходя из содержания пункта 1 формулы изобретения, на схемах фиг. 1 и фиг. 2 показан вариант устройства, когда на одной из пар осей 6 водила 5 размещены по разные стороны от оси О-О передачи сблокированные между собой основные сателлиты 8, 9, внутренние 8 и внешние 9 относительно оси передачи, выполненные в виде конических зубчатых колес и введенные порознь в зацепление с разными центральными колесами ведущим 3 и ведомым 4, образующие с ними пары колес, имеющие разные по величине передаточные отношения.

Согласно содержанию пунктов 1 и 7 формулы изобретения основные сателлиты могут быть также выполнены в виде размещенных на осях 6 водила 5 по разные стороны от оси О-О передачи единых конических зубчатых колес, каждое из которых введено в зацепление одновременно с обоими центральными колесами 3, 4 с образованием пар колес, имеющих одинаковые по величине передаточные отношения.

На другой паре осей 7 водила 5 раздельно от основных сателлитов 8, 9 размещены по разные стороны от оси О-О передачи сателлиты 10 с жестко соединенными с ними маховиками 11.

Обе пары осей 6 и 7 водила 5 размещены вдоль линий своих радиальных осей О₁-О₁ перпендикулярно к оси О-О передачи с пересечением всех этих осей О-О и О₁-О₁ в центральной точке О¹.

Сателлиты 10 маховиков 11 введены в зацепление с опорным колесом 12, выполненным в виде конического центрального колеса, которое закреплено на конце полого промежуточного вала 13, установленного коаксиально с ведущим валом 1 с возможностью вращения относительно этого вала. Другой конец промежуточного вала 13 связан с приводом опорного колеса 12. Одно из зубчатых колес 14 этого привода закреплено на ведущем валу 1, другое зубчатое колесо 15 привода закреплено на конце промежуточного вала 13, обращенного в сторону привода, и эти два колеса 14 и 15 связаны между собой при помощи промежуточного колеса 16, ось которого установлена в корпусе 17 передачи вне пределов оси О-О передачи и служит внешней корпусной опорой, обеспечивающей возможность изменения передаваемого вращающего момента.

На схеме фиг. 1 показан вариант устройства привода опорного колеса 12, содержащий цилиндрические колеса 14, 15, одно из которых 15 выполнено с внутренним зацеплением, а ось промежуточного колеса 16 установлена в корпусе 17 передачи параллельно оси О-О передачи. Такое устройство привода обеспечивает возможность вращения ведущего вала 1 и промежуточного вала 13 вместе с опорным колесом 12 в противоположных направлениях и с разной частотой.

Согласно пункту 1 формулы изобретения возможен также вариант устройства, когда привод опорного колеса 12 содержит конические зубчатые колеса, при этом ось промежуточного колеса установлена в корпусе передачи под углом к оси O-O передачи, например, под прямым углом. Такое устройство привода обеспечивает возможность вращения ведущего вала 1 и промежуточного вала 13 вместе с опорным колесом 12 в противоположных направлениях с одинаковой частотой.

Как вариант устройства, каждый сателлит 10, находящийся в зацеплении с опорным колесом 12, и маховик 11 выполнены как единая деталь в виде массивного сателлита, что дополнительно уменьшает размеры передачи в радиальных направлениях.

Основные сателлиты 8, 9 выполнены массивными с возможностью функционирования также и в качестве маховиков. Это обеспечивает возможность более эффективного автоматического изменения величины передаваемого вращающего момента в зависимости от нагрузки при различных условиях работы передачи.

Передача снабжена механизмом свободного хода 18, одна из обойм которого закреплена в корпусе 17, а другая обойма при помощи крепежного звена 19 жестко связана с радиальными осями 6, 7 водила 5 с обеспечением возможности свободного вращения водила со своими осями в направлении вращения ведущего вала 1 и стопорения вращения водила в направлении вращения ведомого вала 2.

Автоматическая бесступенчатая механическая передача работает следующим образом.

При вращении ведущего вала 1 с ведущим центральным колесом 3 и неподвижном ведомом вале 2 в связи с приложенной к нему нагрузкой или началом вращения из неподвижного положения, блоки основных сателлитов 8, 9 вращаются на радиальных осях 6 водила вокруг оси О₁-О₁, поскольку внутренние сателлиты 8 находятся в зацеплении с вращающимся ведущим центральным колесом 3, а вращающиеся сблокированные с внутренними сателлитами внешние сателлиты 9 перекатываются по неподвижному ведомому центральному колесу 4, вовлекая водило 5 с его радиальными осями 6, 7 во вращение вокруг оси О-О передачи в направлении вращения ведущего вала 1. Вместе с водилом 5 вращаются вокруг оси О-О передачи установленные на радиальных осях 7 водила маховики 11 со сблокированными с ними сателлитами 10, которые находятся в зацеплении с опорным колесом 12.

Привод опорного колеса при помощи входящих в его состав зубчатых колес 14, 16, 15 передает постоянное вращение при любых режимах работы передачи от ведущего вала 1 на промежуточный вал 13 и закрепленное на нем опорное колесо 12 в направлении, обратном направлению вращения ведущего вала 1 и ведущего центрального колеса 3. При этом водило 5 с его радиальными осями 7 и опорное колесо 12 вращаются вокруг оси О-О передачи в противоположных направлениях. Это обеспечивает вращение сблокированных с маховиками 11 сателлитов 10 одновременно вокруг осей О₁-О₁ водила и оси О-О передачи с максимальной частотой.

В связи с вращением водила 5 и ведущего центрального колеса 3 вокруг оси О-О передачи и перекатыванием внешнего основного сателлита 9 по неподвижному ведомому колесу 4, блоки основных сателлитов 8, 9 также вращаются одновременно вокруг оси О₁-О₁ водила и оси О-О передачи. При этих условиях частота вращения блоков основных сателлитов вокруг оси О-О передачи будет наибольшей в связи с неподвижным ведомым центральным колесом 4, а частота вращений этих блоков вокруг оси О₁-О₁ водила будет наименьшей по той же причине.

Одновременное вращение маховиков 11 с сателлитами 10 и блоков основных сателлитов 8, 9 вокруг двух пересекающихся осей - оси О-О передачи и радиальных осей О₁-О₁ водила 5 равнозначно их вращению относительно центральной точки O¹ пересечения этих осей. Известно, что вращающееся тело имеет определенный момент количества движения, который проявляется с соблюдением фундаментального всеобщего закона сохранения, согласно которому момент количества движения может быть изменен только под воздействием внешних сил. Известно также, что момент количества движения при вращении тел относительно точки является векторной величиной. При указанном выше характере вращения маховиков 11 и всех сателлитов 8, 9, 10 относительно центральной точки О¹ векторы их моментов количества движения постоянно изменяют свое направление. Действия над векторами являются отражением соответствующих действий над векторными величинами (см., например, "Политехнический словарь" под редакцией академика А.Ю.Ишлинского, издание второе, изд. "Советская энциклопедия", Москва - 1980, стр. 73/1).

Из сказанного следует, что проявление всеобщего закона сохранения момента количества движения противодействует вращению водила 5 с его радиальными осями 6, 7 вокруг оси О-О передачи. В связи с этим водило и его радиальные оси 6 являются опорой для передачи вращающего момента от ведущего центрального колеса 3 через блоки основных сателлитов 8, 9 на ведомое центральное колесо 4 и далее - на ведомый вал 2.

Как указано выше, при неподвижном ведомом центральном колесе 4 частота вращения маховиков 11 относительно центральной точки O¹ является наибольшей. Частота вращения блоков основных сателлитов 8, 9 вокруг оси О-О передачи также является наибольшей. Следовательно, при данных условиях противодействие вращению водила 5 вокруг оси О-О передачи также будет максимальным, что обеспечит передачу на неподвижное ведомое центральное колесо 4 максимального по величине момента силы. При этом обеспечивается возможность работы двигателя и вращения ведущего вала 1 вместе с ведущим центральным колесом 3 при неподвижном ведомом вале 2. Внешней опорой для торможения вращения водила 5 и обеспечения передачи и преобразования вращающего момента в конечном счете является корпус 17 автоматической передачи, в котором установлена ось промежуточного колеса 16 привода опорного колеса 12.

Помимо сказанного выше, в данном случае проявляется также свойство гироскопа устойчиво сохранять направление оси вращения. В роли гироскопов при этом выступают маховики 11 и все сателлиты 8, 9, 10, а осями этих гироскопов служат радиальные оси 6, 7 водила, выступающие в качестве опор для передачи вращающего момента или момента силы при неподвижном ведомом вале 2.

Из сказанного выше следует, что величина тормозящего момента силы, приложенного к водилу 5, зависит от массы вращающихся маховиков 11 и всех сателлитов 8, 9, 10 и от частоты их вращения относительно центральной точки О¹, а также от передаточных отношений всех включенных в состав передачи пар колес. Этим определяются основные параметры передачи.

Под действием максимального по величине момента силы, приложенного к ведомому колесу 4, оно начинает вращаться в противоположном направлении по сравнению с ведущим валом 1 и ведущим центральным колесом 3. Это приводит к замедлению вращения водила 5 с радиальными осями 6, 7 вокруг оси О-О передачи с одновременным замедлением вращения сателлитов 10 с маховиками 11 вокруг радиальных осей О₁-О₁ водила и центральной точки О¹. Соответственно уменьшается связанный с этим тормозящий момент силы на водило 5 и зависящая от этого величина передаваемого вращающего момента.

Вместе с тем, с началом вращения ведомого колеса 4 частота вращения блока основных сателлитов 8, 9 вокруг оси О₁-О₁ водила увеличивается, поскольку эти сателлиты входят в зацепление с ведущим 3 и ведомым 4 центральными колесами, которые вращаются в противоположных направлениях. Это обеспечивает сохранение тормозящего момента силы на водиле 5 при любом режиме работы передачи.

При дальнейшем увеличении частоты вращения ведомого колеса 4 происходит одновременное уменьшение частоты вращения водила вокруг оси О-О передачи с соответствующим уменьшением приложенного к нему тормозящего момента силы и величины передаваемого на ведомый вал 2 вращающего момента.

При максимальной частоте вращения ведомого колеса 4 и ведомого вала 2 водило 5 неподвижно. Однако и при этом к нему приложен тормозящий момент силы, обеспечивающий передачу вращающего момента на ведомое колесо 4. Это обусловлено тем, что опорное центральное колесо 12 постоянно вращается и приводит во вращение сателлиты 10 с маховиками 11 при любых режимах работы, в том числе и при неподвижном водиле 5. Помимо этого, при указанных условиях блоки основных сателлитов 8, 9 вращаются с максимальной частотой, поскольку они введены в зацепление с вращающимися в противоположных направлениях ведущим 3 и ведомым 4 центральными колесами, первое из которых вращается с постоянной частотой, а ведомое колесо 4 - с максимальной частотой. Устойчивость водила 5 и его радиальных осей 6, 7 при данном режиме работы обеспечивается тем, что даже при их незначительных поворотах вокруг оси О-О передачи происходит изменение направления векторов моментов количества движения маховиков и всех сателлитов относительно центральной точки О¹ с проявлением при этом всеобщего закона сохранения момента количества движения.

Помимо сказанного выше, возможность передачи вращающего момента при неподвижном водиле 5 объясняется также противодействием повороту его радиальных осей подобно тому, как это имеет место при сохранении устойчивости направления оси гироскопа.

При необходимости передачи вращающего момента и вращения от ведомого вала 2 на ведущий вал 1 с целью торможения рабочей машины, работа двигателя прекращается. При этом под воздействием вращающегося ведомого вала 2 происходит замыкание механизма свободного хода 18, который обеспечивает передачу потока мощности от вращающегося ведомого вала 2 на ведущий вал 1 и далее - на двигатель, который оказывает сопротивление вращению его вала при неработающем режиме. Это же обеспечивает пуск двигателя путем буксировки рабочей машины.

Формула изобретения

1. Автоматическая бесступенчатая механическая передача, содержащая установленное с возможностью вращения вокруг оси передачи водило с радиальными осями, размещенные по разные стороны от радиальных осей водила ведущее и ведомое центральные колеса, выполненные в виде конических зубчатых колес, закрепленных на соосных ведущем и ведомом валах, основные сателлиты, введенные в зацепление с ведущим и ведомым центральными колесами и образующие с последними пары колес, маховики, установленные на радиальных осях водила, опорное колесо, выполненное в виде конического зубчатого центрального колеса, установленные на радиальных осях водила сателлиты, жестко соосно соединенные с маховиками и введенные в зацепление с опорным колесом, отличающаяся тем, что радиальные оси водила установлены попарно по диаметрам относительно оси передачи и имеют разное назначение, на одной из пар указанных осей водила размещены по разные стороны от оси передачи основные сателлиты, находящиеся в зацеплении с ведущим и ведомым центральными колесами, а на другой паре осей раздельно от основных сателлитов размещены по разные стороны от оси передачи сателлиты с маховиками, опорное колесо закреплено на конце полого промежуточного вала, установленного коаксиально с ведущим валом с возможностью вращения относительно этого вала, другой конец полого промежуточного вала связан с приводом опорного колеса, одно из зубчатых колес этого привода закреплено на ведущем валу, другое зубчатое колесо указанного привода закреплено на полом промежуточном валу и эти два колеса связаны между собой при помощи промежуточного колеса, ось которого установлена в корпусе передачи и обеспечивает за счет опоры на корпус вне пределов оси передачи возможность изменения передаваемого вращающего момента.

2. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как вариант устройства, привод опорного колеса содержит цилиндрические зубчатые колеса, одно из которых выполнено с внутренним зацеплением, а ось промежуточного колеса установлена в корпусе передачи параллельно оси передачи.

3. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как вариант устройства, привод опорного колеса содержит конические зубчатые колеса, при этом ось промежуточного колеса установлена в корпусе передачи под углом к оси передачи.

4. Передача по п.1, отличающаяся тем, что каждый сателлит, находящийся в зацеплении с опорным колесом, и маховик выполнены как единая деталь в виде массивного сателлита.

5. Передача по п.1, отличающаяся тем, что основные сателлиты выполнены массивными с возможностью функционирования также и в качестве маховиков.

6. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как вариант устройства, каждый из основных сателлитов выполнен в виде блока двух сателлитов, внутреннего и внешнего относительно оси передачи, введенных порознь в зацепление с разными центральными колесами и образующих с последними пары колес, имеющие разные по величине передаточные отношения.

7. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как вариант устройства, каждый из основных сателлитов выполнен в виде единого зубчатого колеса, введенного в зацепление одновременно с ведущим и ведомым центральными колесами.

8. Передача по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена механизмом свободного хода, одна из обойм которого закреплена в корпусе передачи, а другая обойма связана с водилом с обеспечением возможности свободного вращения водила только в направлении вращения ведущего вала и стопорения вращения в направлении вращения ведомого вала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2