Автоматическая бесступенчатая механическая передача

 

Изобретение относится к машиностроению. Передача содержит входной (1) и выходной (2) валы, основное водило (3) с радиальными осями (5), на которых размещены основные (6) и дополнительные (11) сателлиты, и дифференциальный механизм, первое центральное колесо (10) которого установлено на входном валу, второе центральное колесо (12) - на выходном валу, а концевой вал водила (13) выполнен полым и является промежуточным валом (4), который установлен коаксиально с входным валом (1) и на котором закреплено основное водило. Основные сателлиты введены в зацепление с закрепленным в корпусе (7) передачи неподвижным опорным колесом (8). Дополнительные сателлиты (11) находятся в зацеплении с подвижным опорным колесом (9), закрепленным на входном валу. Обеспечено автоматическое бесступенчатое преобразование частоты вращения выходного вала и величины передаваемого вращающего момента в зависимости от нагрузки на выходном валу, осуществлена возможность передачи вращающего момента в диапазоне частоты вращения выходного вала от неподвижного до максимального, равного частоте вращения входного вала. 8 з.п.ф-лы, 3 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 входном 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 закрепленным в корпусе передачи центральным неподвижным опорным колесом. На выходе из передачи размещен дифференциальный механизм, концевые валы которого связаны с входным, выходным и промежуточным валами. Согласно изобретению на входном валу последовательно в направлении к выходному валу закреплены зубчатое коническое центральное подвижное опорное колесо и первое центральное колесо дифференциального механизма. Центральное подвижное опорное колесо введено в зацепление с размещенными на радиальных осях основного водила коническими дополнительными сателлитами, размещенными на радиальных осях основного водила с возможностью независимого вращения от основных сателлитов. Второе центральное колесо дифференциального механизма закреплено на выходном валу, а водило дифференциального механизма установлено на промежуточном 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 сателлиты 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 радиальных оси основного водила, на каждой из которых 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 второе из упомянутых центральных колес, установленное на выходном валу, имеет внутреннее зацепление, первое центральное колесо и сателлиты выполнены с внешним зацеплением, 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.

Промежуточный вал связан с корпусом передачи механизмом свободного хода, ведущий элемент которого установлен на промежуточном валу, а ведомый элемент жестко связан с корпусом передачи с обеспечением свободного вращения промежуточного вала в одном направлении с входным валом и недопущением вращения промежуточного вала в направлении вращения выходного вала.

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. На фиг. 3 показан пример устройства дифференциального механизма, содержащего конические центральные колеса и сателлиты, с размещением осей сателлитов под прямым углом к оси передачи.

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 О-О передачи размещены зубчатые конические основные сателлиты 6, введенные в зацепление с закрепленным в корпусе 7 передачи центральным неподвижным опорным колесом 8. На выходе из передачи размещен дифференциальный механизм, концевые валы 1, 2, 4 которого соответственно являются входным 1, выходным 2 и промежуточным 4 валами. На входном валу 1 последовательно в направлении к выходному валу 2 закреплены зубчатое коническое центральное подвижное опорное колесо 9 и первое центральное колесо 10 дифференциального механизма. Центральное подвижное опорное колесо 9 введено в зацепление с коническими дополнительными сателлитами 11, размещенными на радиальных осях 5 основного водила 3 с возможностью независимого вращения от основных сателлитов 6. Второе центральное колесо 12 дифференциального механизма закреплено на выходном валу 2, а водило 13 дифференциального механизма установлено на промежуточном валу 4. Упомянутые основные 6 и дополнительные 11 сателлиты совмещены с инерционными грузами в виде маховиков.

Основные сателлиты 6 и дополнительные 11 сателлиты снабжены массивными ободами и выполняют функции маховиков.

Как частный случай выполнения, основные сателлиты 6 и дополнительные сателлиты жестко соосно связаны с размещенными на радиальных осях 5 основного водила 3 маховиками 14.

Как частный случай выполнения, приведенная на фиг. 1 передача содержит две размещенные на одной диаметральной линии радиальных оси 5 основного водила 3, на каждой из которых размещены основные 6 и дополнительные 11 сателлиты.

Как частный случай выполнения, приведенное на фиг. 2 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 11.

Геометрические оси О₁-О₁ радиальных осей основного водила и геометрическая ось О-О передачи пересекаются в центральной точке О¹, совмещенной с этими осями.

Как частный случай выполнения, центральные колеса 10, 12 и сателлиты 15 дифференциального механизма выполнены цилиндрическими, при этом второе из упомянутых центральных колес 12, установленное на выходном валу 2, имеет внутреннее зацепление, первое центральное колесо 10 и сателлиты 15 имеют внешнее зацепление, а оси 16 сателлитов параллельны оси О-О передачи.

Как частный случай выполнения, центральные колеса 10, 12 и сателлиты 15 дифференциального механизма выполнены коническими, а оси 16 сателлитов размещены под углом, в том числе под прямым углом к оси О-О передачи. Этот частный случай выполнения дифференциального механизма приведен на фиг. 3.

Промежуточный вал 4 связан с корпусом 7 передачи механизмом свободного хода 17, ведущий элемент которого установлен на промежуточном валу 4, а ведомый элемент жестко связан с корпусом 7 передачи с обеспечением свободного вращения промежуточного вала 4 в одном направлении с входным валом 1 и недопущением вращения промежуточного вала 4 в направлении вращения выходного вала 2.

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 9 и первым центральным колесом 10 дифференциального механизма и неподвижном выходном валу 2 в связи с приложенной к нему нагрузкой или началом вращения из неподвижного положения вращающееся подвижное опорное колесо 9 приводит во вращение установленные на радиальных осях 5 основного водила 3 дополнительные сателлиты 11. Одновременно с этим вращающееся первое центральное колесо 10 дифференциального механизма приводит во вращение сателлиты 15 дифференциального механизма, которые, обкатываясь по неподвижному второму центральному колесу 12 дифференциального механизма, совершают круговое движение вокруг оси О-О передачи и при этом приводят во вращение вокруг этой оси водило 13 дифференциального механизма и жестко с ним связанный промежуточный вал 4 вместе с установленным на этом валу основным водилом 3 с его радиальными осями 5. Указанное вращение промежуточного вала 4 и основного водила 3 совершается в одном направлении с вращением входного вала 1 с максимальной частотой, что обусловлено неподвижным положением выходного вала 2 и закрепленного на нем второго центрального колеса 12 дифференциального механизма. При этом частоты вращения входного вала 1 и промежуточного вала 4 различны.

При указанном вращении основного водила 3 относительно неподвижного опорного колеса 8 и подвижного опорного колеса 9 установленные на радиальных осях 5 водила 3 основные 6 и дополнительные 11 сателлиты перекатываются соответственно по неподвижному опорному колесу 8 и подвижному опорному колесу 9 и вращаются при этом на радиальных осях 5 основного водила 3 вокруг осей О₁-О₁ и вместе с радиальными осями 5 вокруг оси О-О передачи. Вращение основных 6 и дополнительных 11 сателлитов одновременно вокруг осей О₁-О₁ радиальных осей 5 основного водила и оси О-О передачи равнозначно их вращению относительно центральной точки О¹ пересечения этих осей. Частота вращения основных сателлитов 6 вокруг осей О-О и О₁-О₁ и относительно центральной точки О¹ будет максимальной. В то же время частота вращения дополнительных сателлитов 11 вокруг упомянутых осей О-О и О¹-О¹ и относительно центральной точки О¹ будет минимальной, поскольку основное водило 3 с его радиальными осями 5 при данных условиях вращается с максимальной частотой вокруг оси О-О передачи в одном направлении с подвижным опорным колесом 9.

При частном случае выполнения передачи, когда основные 6 и дополнительные 11 сателлиты жестко соосно сблокированы с маховиками 14, указанные выше вращательные движения совершают одновременно упомянутые сателлиты 6, 11 и жестко связанные с ними маховики 14.

Известно, что момент количества движения при вращении тела относительно точки является векторной величиной и направление этого вектора совпадает с направлением оси вращения непосредственно тела, в данном случае с направлением радиальных осей О₁-О₁ основного водила 3 ("Политехнический словарь" под ред. академика Ишлинского А. Ю., изд. "Советская энциклопедия", М. - 1980, стр. 310/2). Но поскольку оси О₁-О₁ основного водила 3 совершают вращение вокруг оси О-О передачи и относительно центральной точки О¹ пересечения этих осей, направление векторов моментов количества движения сателлитов 6 и 11 постоянно изменяется.

Известно также, что действия над векторами являются отражением соответствующих действий над векторными величинами, а векторные величины являются равными, если совпадают их числовые значения и направления (см. там же, стр. 73/1).

Момент количества движения тела проявляется с соблюдением всеобщего физического закона сохранения и может быть изменен только под действием внешних сил. В связи с этим проявление указанного всеобщего закона сохранения у вращающихся относительно центральной точки О¹ сателлитов 6 и 11 противодействует вращению радиальных осей 5 водила 3 и связанного с ними водила 13 дифференциального механизма вокруг оси О-О передачи. В связи с этим упомянутые радиальные оси 5 и водило 13 дифференциального механизма являются опорами для передачи вращающего момента от входного вала 1 и первого центрального колеса 10 дифференциального механизма через сателлиты 15 на второе центральное колесо 12 дифференциального механизма и жестко связанный с этим колесом выходной вал 2.

Как указано выше, при неподвижном выходном вале 2 частота вращения основных сателлитов 6 относительно центральной точки О¹ будет максимальной, а частота вращения дополнительных сателлитов 11 соответственно минимальной. В связи с этим при неподвижном выходном вале 2 вращающий момент на него передается в основном за счет принудительного изменения моментов количества движения основных сателлитов 6.

При начале вращения выходного вала 2 и по мере увеличения частоты его вращения частота вращения основных сателлитов 6 относительно центральной точки О¹ уменьшается, а частота вращения дополнительных сателлитов 11 относительно этой точки соответственно возрастает.

При одинаковой частоте вращения входного 1 и выходного 2 валов (прямая передача) все подвижные элементы передачи вращаются относительно оси О-О передачи с одинаковой частотой как единое целое. При этом дополнительные сателлиты 11 относительно осей О₁-О₁ не вращаются, а следовательно, их момент количества движения проявляется только относительно одной оси О-О передачи и в связи с этим не является векторной величиной, а поэтому упомянутые сателлиты не принимают участия в передаче вращающего момента от входного вала 1 на выходной вал.

В то же время, при указанных условиях, т.е. при максимальной частоте вращения основного водила 3 вокруг оси О-О передачи основные сателлиты 6 перекатываются по неподвижному опорному колесу 8 с максимальной скоростью и совершают вращательное движение вокруг упомянутых осей О-О и О₁-О₁ и относительно центральной точки О¹ с максимальной частотой с соответствующим изменением направлений векторов их моментов количества движения. Следовательно, при данной максимальной частоте вращения выходного вала 2 (т.е. при прямой передаче) вращающий момент на него передается только за счет противодействия вращению основного водила 3 и водила 13 дифференциального механизма в связи с принудительным изменением моментов количества движения основных сателлитов 6.

Исходя из сказанного следует, что предложенная передача обеспечивает силовую связь входного вала 1 и выходного вала 2 с автоматическим бесступенчатым изменением частоты вращения последнего из них в обратной зависимости от приложенной к нему нагрузки и при любых соотношениях в частотах вращения упомянутых валов.

Исходя из отличительных признаков изобретения, приведенных в зависимых пунктах формулы изобретения, сателлиты 6 и 11 передачи могут быть выполнены или с массивными ободами и осуществлять при этом функции маховиков, или могут быть дополнительно жестко соосно связаны с маховиками 14. Приведенное выше описание работы передачи в обоих указанных частных случаях ее выполнения не имеет отличий.

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.

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 через дифференциальный механизм от выходного вала 2 на входной вал 1, происходит замыкание механизма свободного хода 17, который обеспечивает передачу потока мощности от выходного вала 2 на входной вал 1 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, на выходе из передачи размещен дифференциальный механизм, концевые валы которого связаны с входным, выходным и промежуточным валами, отличающаяся тем, что на входном валу последовательно в направлении к выходному валу закреплены зубчатое коническое центральное подвижное опорное колесо и первое центральное колесо дифференциального механизма, центральное подвижное опорное колесо введено в зацепление с размещенными на радиальных осях основного водила коническими дополнительными сателлитами, размещенными на радиальных осях основного водила с возможностью независимого вращения от основных сателлитов, второе центральное колесо дифференциального механизма закреплено на выходном валу, а водило дифференциального механизма установлено на промежуточном валу, упомянутые основные и дополнительные сателлиты совмещены с инерционными грузами в виде маховиков.

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

3. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, основные сателлиты 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 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 стеллиты, 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 выполнения цилиндрическими, при этом второе из упомянутых центральных колес, установленное на выходном 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 промежуточный вал связан с корпусом передачи механизмом свободного хода с обеспечением свободного вращения промежуточного вала в одном направлении с входным валом и недопущением вращения промежуточного вала в направлении вращения выходного вала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3