Автоматическая бесступенчатая механическая передача

 

Изобретение относится к машиностроению, транспортному машиностроению, станкостроению. Передача содержит входной (1) и выходной (2) валы, основное водило (3) с радиальными осями (5), на которых размещены основные (6) и дополнительные (12) сателлиты, и дифференциальный механизм, первое центральное колесо (9) которого установлено на размещенном коаксиально с входным валом полом промежуточном валу (4), на котором закреплено также основное водило (3). Второе центральное колесо (11) дифференциального механизма закреплено на входном валу (1). Основные сателлиты (6) введены в зацепление с закрепленным в корпусе (7) передачи неподвижном опорном колесом (8). Дополнительные сателлиты (12) находятся в зацеплении с подвижным опорным колесом (10), закрепленным на входном валу. Первое (9) и второе (11) центральные колеса дифференциального механизма находятся в зацеплении с сателлитами (13) дифференциального механизма, водило (14) которых закреплено на выходном валу (2). Обеспечено автоматическое бесступенчатое преобразование частоты вращения выходного вала и величины передаваемого вращающего момента в зависимости от нагрузки на выходном валу. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в транспортном машиностроении, в частности - в автомобилестроении и станкостроении.

Известна инерционная автоматическая бесступенчатая передача, содержащая соосные входной и выходной валы, инерционное тормозное устройство, состоящее из ведущего и опорного элементов, механически взаимодействующих при помощи включенных в состав инерционного тормозного устройства инерционных грузов, которые установлены при помощи водила на валу инерционного тормозного устройства с возможностью вращения вместе с этим валом, дифференциал, один из концевых валов которого связан с инерционным тормозным устройством, два других - с входным и выходным валами (патент РФ N 2072718, МПК F 16 H 33/10, 3/74, 27.01.97 Бюл. N 3).

Наиболее близким по совокупности признаков техническим решением к заявленной передаче является автоматическая бесступенчатая механическая передача, содержащая соосные входной и выходной валы, инерционное тормозное устройство, состоящее из ведущего и опорного элементов, первый из которых включает водило, закрепленное на размещенном коаксиально с входным валом полом промежуточном валу и снабженное радиальными осями, на которых симметрично оси передачи размещены зубчатые конические сателлиты, введенные в зацепление с закрепленным в корпусе передачи коническим центральным неподвижным опорным колесом, являющимся опорным элементом передачи, с промежуточным валом жестко соединено первое центральное колесо размещенного на выходе из передачи дифференциала, водило дифференциала закреплено на входом валу и выполнено в виде радиальных осей, на которых установлены сателлиты, входящие в зацепление с центральными колесами дифференциала, при этом второе центральное колесо дифференциала закреплено на выходном валу (патент РФ N 2109188, МПК F 16 H 33/10, 3/74, 20.04.98 Бюл. N 11).

У этой автоматической бесступенчатой механической передачи верхним пределом повышения частоты вращения выходного вала является режим работы при неподвижном ведущем элементе инерционного тормозного устройства, когда инерционные грузы на водиле и вместе с ним не вращаются и не передают на первое центральное колесо дифференциала тормозящий момент силы. При этом не передается вращающий момент и на выходной вал. С уменьшением частоты вращения водила и приближением к указанному верхнему пределу частоты вращения выходного вала соответственно уменьшается КПД и эффективность использования мощности применяемого двигателя.

Предлагаемое изобретение обеспечивает достижение технического результата, который заключается в автоматическом бесступенчатом изменении передаваемого вращающего момента в зависимости от нагрузки на выходном валу, осуществлении возможности передачи вращающего момента при неподвижном водиле и при равной частоте вращения выходного и входного валов, создании максимального по величине вращающего момента на неподвижном (заторможенном нагрузкой) выходном валу при отсутствии при этом угрозы остановки двигателя, возможности автоматического торможения рабочей машины при помощи выключенного двигателя (например, при движении машины под уклон) и запуска двигателя с применением буксировки машины. При этом обеспечивается оптимальное использование мощности двигателя. Одновременно с этим упрощается управление транспортной машиной и уменьшается износ двигателя в связи с плавным преобразованием нагрузки на выходном валу.

Указанный технический результат достигается тем, что автоматическая бесступенчатая механическая передача содержит соосные входной и выходной валы, основное водило, закрепленное на размещенном коаксиально с входным валом полом промежуточном валу и снабженное радиальными осями, на которых симметрично оси передачи размещены зубчатые конические основные сателлиты, введенные в зацепление с закрепленном в корпусе передачи центральным неподвижным опорным колесом. С промежуточным валом жестко соединено первое центральное колесо размещенного на выходе из передачи дифференциального механизма. Согласно изобретению на входном валу последовательно в направлении к выходному валу закреплены зубчатое коническое центральное подвижное опорное колесо и второе центральное колесо упомянутого дифференциального механизма. Центральное подвижное опорное колесо введено в зацепление с размещенными на радиальных осях основного водила коническими дополнительными сателлитами. Упомянутые первое и второе центральные колеса дифференциального механизма введены в зацепление с сателлитами, установленными на водиле дифференциального механизма, закрепленном на выходном валу. Упомянутые основные и дополнительные сателлиты совмещены с инерционными грузами в виде маховиков.

Основные сателлиты и дополнительные сателлиты снабжены массивными ободами и выполняют функции маховиков.

Как частный случай выполнения, основные и дополнительные сателлиты жестко соосно связаны с размещенными на радиальных осях основного водила маховиками.

Как частный случай выполнения, передача содержит две размещенные на одной диаметральной линии радиальные оси основного водила, на каждой из которых с возможностью независимого друг от друга вращения размещены основные и дополнительные сателлиты.

Как частный случай выполнения, основное водило содержит две пары перпендикулярных между собой радиальных осей и на одной из этих пар радиальных осей размещены основные сателлиты, а на другой паре осей - дополнительные сателлиты.

Геометрические оси радиальных осей основного водила и геометрическая ось передачи пересекаются в центральной точке, совмещенной с этими осями.

Как частный случай выполнения, центральные колеса и сателлиты дифференциального механизма выполнены цилиндрическими, при этом первое из упомянутых центральных колес, установленное на промежуточном валу, имеет внутреннее зацепление, а оси сателлитов параллельны оси передачи.

Как частный случай выполнения, центральные колеса и сателлиты дифференциального механизма выполнены коническими, а оси сателлитов размещены под углом, в том числе под прямым углом к оси передачи.

Входной и выходной валы связаны механизмом свободного хода, ведущий элемент которого связан с выходным валом, а ведомый элемент - с входным валом.

На фиг. 1 дан общий вид автоматической бесступенчатой механической передачи (далее - передача) с показом ее элементов и отличительных признаков, характеризующих изобретение; на фиг. 2 показано устройство передачи в частном случае ее выполнения с изображением только тех ее элементов, которые попадают в плоскость сечения, перпендикулярную геометрической оси передачи и совмещенную с радиальными осями водила; при этом приведен вариант устройства без применения маховиков.

Передача содержит соосные входной 1 и выходной 2 валы, основное водило 3, закрепленное на размещенном коаксиально с входным валом 1 полом промежуточном валу 4 и снабженное радиальными осями 5, на которых симметрично оси передачи размещены зубчатые конические основные сателлиты 6, введенные в зацепление с закрепленным в корпусе 7 передачи центральным неподвижным опорным колесом 8. С промежуточным валом 4 жестко соединено первое центральное колесо 9 дифференциального механизма, размещенного на выходе из передачи. На входном валу 1 последовательно в направлении к выходному валу 2 закреплены зубчатое коническое центральное подвижное (т.е. вращающееся вместе с входным валом 1) опорное колесо 10 и второе центральное колесо 11 дифференциального механизма. Центральное подвижное опорное колесо 10 введено в зацепление с размещенными на радиальных осях 5 основного водила 3 коническими дополнительными сателлитами 12. Упомянутые основные 6 и дополнительные 12 сателлиты совмещены с инерционными грузами в виде маховиков. Второе центральное колесо 11 дифференциального механизма находится в зацеплении с сателлитами 13 дифференциального механизма, которые одновременно введены в зацепление с установленным на промежуточном валу 4 первым центральным колесом 9 дифференциального механизма. Сателлиты 13 дифференциального механизма размещены на водиле 14 дифференциального механизма, закрепленном на выходном валу 2.

Основные сателлиты 6 и дополнительные сателлиты 12 снабжены массивными ободами и наряду с передачей вращательных движений и вращающих моментов выполняют также функции маховиков.

Как частный случай выполнения, основные сателлиты 6 и дополнительные сателлиты 12 жестко соосно связаны с размещенными на радиальных осях 5 основного водила 3 маховиками 15.

Как частный случай выполнения, передача содержит две размещенные на одной диаметральной линии O₁-O₁ радиальные оси 5 основного водила 3, на каждой из которых с возможностью независимого друг от друга вращения размещены основные 6 и дополнительные 12 сателлиты (фиг. 1).

Как частный случай выполнения, основное водило 3 содержит две пары перпендикулярных между собой радиальных осей 5 и на одной из этих пар радиальных осей размещены основные сателлиты 6, а на другой паре осей - дополнительные сателлиты (фиг. 2).

Геометрические оси O₁-O₁ радиальных осей 5 основного водила 3 и геометрическая ось O-O передачи пересекаются в центральной точке O¹, совмещенной с указанными осями O₁-O₁ и O-O.

Как частный случай выполнения, центральные колеса 9, 11 и сателлиты 13 дифференциального механизма выполнены цилиндрическими, при этом первое из упомянутых центральных колес 9, установленное на промежуточном валу 4, имеет внутреннее зацепление, а оси 16 сателлитов 13 дифференциального механизма параллельны оси O-O передачи.

Как частный случай выполнения, центральные колеса и сателлиты дифференциального механизма выполнены коническими, а оси сателлитов размещены под углом, в том числе под прямым углом, к оси O-O передачи.

Входной 1 и выходной 2 валы связаны механизмом свободного хода 17, ведущий элемент которого связан с выходным валом 2, а ведомый элемент - с входным валом 1.

Автоматическая бесступенчатая механическая передача работает следующим образом.

За исходное положение принимается, что входной вал 1 вращается с постоянной частотой и передает неизменный по величине вращающий момент.

При вращении входного вала 1 вместе с установленными на нем подвижным опорным колесом 10 и вторым центральным колесом 11 дифференциального механизма и неподвижном выходном вале 2 в связи с приложенной к нему нагрузкой или началом вращения из неподвижного положения вращающееся подвижное опорное колесо 10 приводит во вращение установленные на радиальных осях 5 основного водила 3 дополнительные сателлиты 12. Одновременно с этим вращающееся второе центральное колесо 11 дифференциального механизма приводит во вращение сателлиты 13 дифференциального механизма и находящееся с ними в зацеплении первое центральное колесо 9 дифференциального механизма. При этом указанное первое центральное колесо 9 вместе с жестко связанными с ним промежуточным валом 4 и основным водилом 3 вращаются с максимальной частотой в противоположном направлении по отношению к входному валу 1 и подвижному опорному колесу 10. Максимальная частота вращения всех этих упомянутых элементов 9, 4 и 3 обусловлена тем, что выходной вал 2 и водило 14 дифференциального механизма согласно указанному выше условию неподвижны.

При вращении основного водила 3 установленные на его радиальных осях 5 основные 6 и дополнительные 12 сателлиты перекатываются соответственно по неподвижному опорному колесу 8 и подвижному опорному колесу 10 и вращаются при этом на радиальных осях 5 водила относительно осей O₁-O₁ и вместе с радиальными осями 5 относительно оси O-O передачи. Вращение основных 6 и дополнительных 12 сателлитов одновременно вокруг осей O₁-O₁, радиальных осей 5 водила и оси O-O передачи равнозначно их вращению относительно центральной точки O¹ пересечения этих осей. Частота вращения указанных сателлитов 6 и 12 вокруг осей O₁-O₁, O-O и центральной точки O¹ будет максимальной. При этом дополнительные сателлиты 12 будут вращаться вокруг оси O₁-O₁ с повышенной частотой в связи с противоположными направлениями вращения опорного колеса 10.

При частном случае выполнения передачи, когда основные и дополнительные 12 сателлиты жестко соосно сблокированы с маховиками 15, указанные выше вращательные движения совершают одновременно упомянутые сателлиты 6, 12 и жестко связанные с ними маховики 15.

Известно, что вращающееся тело имеет определенный момент количества движения, который проявляется с соблюдением фундаментального всеобщего физического закона сохранения, согласно которому момент количества движения может быть изменен только под действием внешних сил. Известно также, что момент количества движения при вращении тела относительно точки является векторной величиной и направление вектора совпадает с направлением оси вращения непосредственно тела, в данном случае с направлением оси O₁-O₁ водила, перпендикулярной оси O-O передачи. Но поскольку ось O₁-O₁ водила совершает вращение вокруг оси O-O передачи и относительно центральной точки O¹ пересечения этих осей, направление векторов моментов количества движения сателлитов и маховиков постоянно изменяется.

Известно, что действия над векторами являются отражением соответствующих действий над векторными величинами, а векторные величины являются равными, если совпадают их числовые значения и направления. Исходя из этого, при указанных выше условиях вращения сателлитов и маховиков относительно двух осей одновременно их моменты количества движения принудительно изменяются под воздействием в конечном итоге от вращающего момента, передаваемого входным валом 1, и момента сопротивления, приложенного к выходному валу 2. Проявление при этом закона сохранения противодействует вращению осей 5 водила 3 вокруг оси O-O передачи, которые стремятся сохранить свое стабильное неподвижное положение. В связи с этим радиальные оси 5 основного водила 3 за счет силового взаимодействия в конечном итоге с закрепленным в корпусе 7 передачи неподвижным опорным колесом 8 и подвижным опорным колесом 10 являются опорами, обеспечивающими торможение вращения первого центрального колеса 9 дифференциала, что обеспечивает передачу вращающего момента от второго центрального колеса 11 через сателлиты 13 дифференциального механизма на водило 14 этого механизма и далее на выходной вал 2. При этом передаваемый вращающий момент имеет максимальную величину в связи с максимальным по величине моментом торможения, приложенным к основному водилу 3.

С началом вращения выходного вала 2 и по мере увеличения частоты его вращения замедляется вращение первого центрального колеса 9 дифференциального механизма и связанных с ним промежуточного вала 4 и основного водила 3 с его радиальными осями. При этом уменьшается скорость перекатывания основных 6 и дополнительных 12 сателлитов соответственно по неподвижному 8 и подвижному 10 опорным колесам. Это приводит к замедлению вращения упомянутых сателлитов 6 и 12 относительно центральной точки O¹ и обусловленному этим уменьшению приложенного к основному водилу 5 тормозящего момента силы с соответствующим уменьшением передаваемого на выходной вал 2 вращающего момента.

Следовательно, величина передаваемого на выходной вал 2 вращающего момента находится в обратной зависимости от частоты его вращения.

При дальнейшем уменьшении нагрузки на выходном валу 2 и соответствующем увеличении частоты его вращения первое центральное колесо 9 дифференциального механизма, а вместе с ним промежуточный вал 4 и основное водило 3 прекращают вращение вокруг оси O-O передачи, а основной сателлит 6 - относительно центральной точки O¹. При этом тормозящий момент силы на водило создают только продолжающие вращение дополнительные сателлиты 12, находящиеся в зацеплении с подвижным опорным колесом 10. Действие дополнительных сателлитов 12 в данных условиях подобно действию гироскопа, который противодействует повороту оси своего вращения.

Предложенная передача не исключает возможности передачи вращающего момента при максимально возможной частоте вращения выходного вала 2, равной частоте вращения входного вала 1 (прямая передача). При этом все составные элементы передачи от входного вала 1 до выходного вала 2 вращаются с одинаковой частотой вокруг оси O-O передачи, а удерживают их в этом положении относительно друг друга тормозящие моменты силы, создаваемые основными сателлитами 6 в связи с их вращением вокруг оси O-O передачи вместе с радиальными осями 5 основного водила 3 и одновременным вращением вокруг осей O₁-O₁ радиальных осей 5 водила при перекатывании по неподвижному опорному колесу 8, что равнозначно их вращению относительно центральной точки O¹. Проявление при этом закона сохранения момента количества движения основных сателлитов 6 показано выше.

Следовательно, описываемая передача будет надежно трансформировать передаваемый вращающий момент с плавным бесступенчатым изменением частоты вращения выходного вала 2 в зависимости от приложенной к нему нагрузки.

При частном случае выполнения передачи, приведенном на фиг. 2, когда основное водило 3 содержит две пары перпендикулярных между собой радиальных осей 5, взаимодействие всех элементов передачи не имеет отличий от приведенного выше описания, поскольку все силовые и кинематические связи элементов передачи остаются без изменений.

При выполнении передачи с массивными сателлитами и без использования маховиков характер ее работы не изменяется по сравнению с приведенным выше, поскольку сателлиты выполняют функции маховиков. Частный случай такого устройства приведен на фиг. 2.

Приведенные в описании и формуле изобретения другие частные случаи ее выполнения позволяют конкретизировать устройство с учетом заданных конструктивных особенностей. Вместе с тем изложенный выше характер работы передачи при этом не изменяется.

При необходимости передачи вращающего момента и вращения от выходного вала 2 на входной вал 1, с целью торможения рабочей машины (например, при движении ее под уклон), работа двигателя прекращается. При этом под воздействием вращающего момента, передаваемого от выходного вала 2 на входной вал 1, происходит замыкание механизма свободного хода 17, который обеспечивает передачу потока мощности от выходного вала на входной вал и далее на двигатель, принудительное вращение вала которого приводит к торможению рабочей машины. Таким же образом производится запуск двигателя путем буксировки транспортной машины.

Формула изобретения

1. Автоматическая бесступенчатая механическая передача, содержащая соосные входной и выходной валы, основное водило, закрепленное на размещенном коаксиально с входным валом полом промежуточном валу и снабженное радиальными осями, на которых симметрично оси передачи размещены зубчатые конические основные сателлиты, введенные в зацепление с закрепленным в корпусе передачи центральным неподвижным опорным колесом, с промежуточным валом жестко соединено первое центральное колесо размещенного на выходе из передачи дифференциального механизма, отличающаяся тем, что на входном валу последовательно в направлении к выходному валу закреплены зубчатое коническое центральное подвижное опорное колесо и второе центральное колесо упомянутого дифференциального механизма, центральное подвижное опорное колесо введено в зацепление с размещенными на радиальных осях основного водила коническими дополнительными сателлитами, упомянутые первое и второе центральные колеса дифференциального механизма введены в зацепление с сателлитами, установленными на водиле дифференциального механизма, закрепленном на выходном валу передачи, упомянутые основные и дополнительные сателлиты совмещены с инерционными грузами в виде маховиков.

2. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что основные и дополнительные сателлиты снабжены массивными ободами и выполняют функции маховиков.

3. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, основные и дополнительные сателлиты жестко соосно связаны с размещенными на радиальных осях основного водила маховиками.

4. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, она содержит две размещенные на одной диаметральной линии радиальные оси основного водила, на каждой из которых с возможностью независимого друг от друга вращения размещены основные и дополнительные сателлиты.

5. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, основное водило содержит две пары перпендикулярных между собой радиальных осей и на одной из этих пар радиальных осей размещены основные сателлиты, а на другой паре осей - дополнительные сателлиты.

6. Передача по п.1, отличающаяся тем, что геометрические оси радиальных осей основного водила и геометрическая ось передачи пересекаются в центральной точке, совмещенной с этими осями.

7. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, центральные колеса и сателлиты дифференциального механизма выполнены цилиндрическими, при этом первое из упомянутых центральных колес, установленное на промежуточном валу, имеет внутреннее зацепление, а оси сателлитов параллельны оси передачи.

8. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, центральные колеса и сателлиты дифференциального механизма выполнены коническими, а оси сателлитов размещены под углом, в том числе под прямым углом, к оси передачи.

9. Передача по п.1, отличающаяся тем, что входной и выходной валы связаны механизмом свободного хода, ведущий элемент которого связан с выходным валом, а ведомый элемент - с входным валом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2