Автоматическая бесступенчатая механическая передача

 

Изобретение относится к машиностроению. Передача содержит корпус 1, соосные ведущий 2 и ведомый 3 валы, коаксиальный ведомому валу дополнительный вал 4, закрепленное в корпусе коническое неподвижное опорное колесо 5, дифференциальный механизм, содержащий водило 6, сателлиты 7, первое 8 и второе 9 центральные колеса, которые установлены соответственно на ведущем валу и дополнительном валу, на последнем из этих валов установлено также основное водило 10 с радиальными осями 11, на которых размещены конические основные сателлиты 12, введенные в зацепление с неподвижным опорным колесом, и конические дополнительные сателлиты 14, находящиеся в зацеплении с установленным на ведомом валу коническим подвижным опорным колесом 13. Основным и дополнительным сателлитам придана масса, обеспечивающая возможность выполнения ими функций инерционных грузов в виде маховиков. Обеспечено автоматическое бесступенчатое преобразование частоты вращения ведомого вала и величины передаваемого вращающего момента в зависимости от нагрузки на ведомом 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 корпус, соосные ведущий и ведомый валы, коническое центральное колесо, водило с радиальными осями, установленные на последних с возможностью вращения конические сателлиты, находящиеся в зацеплении с центральным колесом и жестко связанные с соосными маховиками. Передача снабжена тремя дополнительными центральными колесами, одно из которых жестко связано с ведущим валом, два других - с установленными коаксиально относительно друг друга соответствующими ведомыми валами, жестко связанным с основным водилом при помощи полого вала, установленного коаксиально ведомым валам, дополнительным водилом с радиальными осями, на которых с возможностью вращения установлено по два сблокированных сателлита, внешнего и внутреннего относительно оси передачи, для зацепления внешнего сателлита с ведущим дополнительным центральным колесом, а внутреннего сателлита - с двумя ведомыми дополнительными центральными колесами. Основное центральное колесо жестко связано с корпусом. Ведомые валы связаны с выходным валом передачи (патент Российской Федерации N 2072713, 27.01.97, МПК 6 F 16 H 3/74, F 16 H 33/10).

Наиболее близким по совокупности признаков техническим решением к заявленной передаче является инерционная автоматическая бесступенчатая передача, содержащая корпус, соосные ведущий и ведомый валы, закрепленные в корпусе основное коническое центральное колесо, основное водило с радиальными осями, установленные на последних конические основные сателлиты, находящиеся в зацеплении с центральным колесом и жестко связанные с соосными с ними маховиками. Передача снабжена размещенным на входе в нее дифференциальным механизмом с двумя дополнительными центральными колесами, одно из которых является ведущим и жестко связано с ведущим валом, а второе является ведомым и закреплено на ведомом валу. Коаксиально ведомому валу установлен дополнительный вал, жестко соединяющий основное водило с дополнительным водилом с радиальными осями с установленными на последних с возможностью вращения и жестко связанными между собою соосно сателлитами, внешним и внутренним относительно оси передачи, для зацепления с соответствующими дополнительными ведущим и ведомым центральными колесами, составляющими пары колес с возможностью создания разных по величине передаточных отношений. Основное коническое центральное колесо жестко связано с корпусом, а ведомый вал связан с выходным валом передачи (патент Российской Федерации N 2072718, 27.01.97, МПК F 16 H 33/10, 3/74).

У этой инерционной автоматической бесступенчатой передачи понижается КПД и эффективность использования мощности двигателя при уменьшении частоты вращения основного водила вокруг оси передачи, поскольку при этом уменьшается частота вращения установленных на этом водиле основных сателлитов вместе с маховиками относительно центральной точки пересечения осей передачи и радиальных осей основного водила, что уменьшает тормозящий момент силы, воздействующий на основное водило. При неподвижном основном водиле и обусловленной этим максимальной частоте вращения ведомого вала, основные сателлиты с маховиками также неподвижны и не обеспечивают передачу вращающего момента от ведущего вала на ведомый вал.

Предлагаемое изобретение обеспечивает расширение диапазона автоматического бесступенчатого изменения силового передаточного отношения между ведущим и ведомым валами в прямой зависимости от нагрузки на ведомом валу и в обратной зависимости от частоты вращения ведомого вала. Описываемая передача позволяет передавать вращающий момент с высокими показателями КПД при любых режимах работы, в том числе при неподвижном ведомом вале, а также при максимальной частоте его вращения. Благодаря постоянному зацеплению всех входящих в передачу зубчатых колес, она обладает повышенной износоустойчивостью. Достоинством передачи является простота ее устройства и обеспечение легкости управления транспортной машиной. Передача обеспечивает возможность использования любых по мощности двигателей.

Указанный технический результат достигается тем, что автоматическая бесступенчатая механическая передача содержит корпус, соосные ведущий и ведомый валы, расположенный коаксиально с ведомым валом полый дополнительный вал, закрепленное в корпусе коническое центральное неподвижное опорное колесо, размещенный на входе в передачу дифференциальный механизм, на водиле которого размещены с возможностью вращения сателлиты дифференциального механизма, находящиеся в зацеплении с центральными колесами дифференциального механизма, первое из которых закреплено на ведущем валу. На дополнительном валу установлено основное водило с радиальными осями, на которых размещены конические основные сателлиты, находящиеся в зацеплении с неподвижным опорным колесом. Согласно изобретению водило дифференциального механизма закреплено на ведомом валу, а второе центральное колесо - на дополнительном валу, на ведомом валу закреплено коническое центральное подвижное опорное колесо, введенное в зацепление с размещенными на радиальных осях основного водила коническими дополнительными сателлитами, при этом основным и дополнительным сателлитам придана масса, обеспечивающая возможность выполнения ими функций инерционных грузов в виде маховиков.

Основные сателлиты и дополнительные сателлиты снабжены массивными ободами и одновременно с основным назначением выполняют также функции инерционных грузов подобно маховикам.

Основные сателлиты и дополнительные сателлиты жестко связаны с размещенными на радиальных осях основного водила маховиками, являющимися инерционными грузами.

Передача содержит две размещенных на одной диаметральной линии радиальных оси основного водила, на каждой из которых размещены основные и дополнительные сателлиты.

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, что позволяет уменьшить габариты передачи.

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

Центральные колеса и сателлиты дифференциального механизма выполнены коническими, а оси сателлитов размещены под углом, в том числе под прямым углом, к оси передачи.

Центральные колеса и сателлиты дифференциального механизма выполнены цилиндрическими на основе известных схем их устройства, а оси сателлитов параллельны оси передачи.

Ведущий вал и ведомый вал связаны механизмом свободного хода, ведущее звено которого закреплено на ведомом валу, а ведомое звено - на ведущем валу.

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 совпадающую с радиальными осями основного водила. При этом приведен вариант устройства без применения маховиков и с основными и дополнительными сателлитами.

Передача содержит корпус 1, соосные ведущий 2 и ведомый 3 валы, расположенный коаксиально с ведомым валом 3 полый дополнительный вал 4, закрепленное в корпусе 1 коническое центральное неподвижное опорное колесо 5, размещенный на входе в передачу дифференциальный механизм, на водиле 6 которого размещены с возможностью вращения сателлиты 7 дифференциального механизма, находящиеся в зацеплении с центральными колесами 8, 9, первое из которых 8 закреплено на ведущем валу 2. На дополнительном валу 4 установлено основное водило 10 с радиальными осями 11, на которых размещены конические основные сателлиты 12, находящиеся в зацеплении с неподвижным опорным колесом 5. Водило 6 дифференциального механизма закреплено на ведомом валу 3, а второе центральное колесо 9 - на дополнительном валу 4. На ведомом валу 3 закреплено коническое центральное подвижное опорное колесо 13, введенное в зацепление с размещенными на радиальных осях 11 основного водила 10 коническими дополнительными сателлитами 14. Основным 12 и дополнительным 14 сателлитам придана масса, обеспечивающая возможность выполнения ими функций инерционных грузов в виде маховиков.

Основные 12 и дополнительные 14 сателлиты снабжены массивными ободами и одновременно выполняют функции маховиков.

Основные сателлиты 12 и дополнительные сателлиты 14 жестко соосно связаны с размещенными на радиальных осях 11 основного водила 10 маховика 15.

Передача содержит две размещенных на одной диаметральной линии радиальных оси 11 основного водила 10, на каждой из которых размещены основные 12 и дополнительные 14 сателлиты.

Основное водило 10 содержит две пары перпендикулярных между собой радиальных осей 11 и на одной из этих пар радиальных осей размещены основные сателлиты 12, а на другой паре осей - дополнительные сателлиты 14. Этот вариант устройства приведен на фиг. 2.

Геометрические оси O₁-O₁ радиальных осей 11 основного водила 10 и геометрическая ось O-O передачи пересекаются в центральной точке O¹, совмещенной с этими осями.

Центральные колеса 8, 9 и сателлиты 7 дифференциального механизма выполнены коническими, а оси сателлитов размещены под углом, в том числе под прямым углом, к оси O-O передачи.

Центральные колеса и сателлиты дифференциального механизма по известной схеме его устройства выполнены цилиндрическими, а оси сателлитов параллельны оси O-O передачи.

Ведущий вал 2 и ведомый вал 3 связаны механизмом свободного хода 16, ведущее звено которого закреплено на ведомом валу 3, а ведомое звено - на ведущем валу 2.

Автоматическая бесступенчатая механическая передача работает следующим образом.

За исходное положение принимается, что ведущий вал 2 вращается с постоянной частотой и передает неизменный по величине вращающий момент.

При вращении ведущего вала 2 вместе с установленным на нем первым центральным колесом 8 дифференциального механизма и неподвижных ведомом вале 3 и водиле 6 дифференциального механизма в связи с приложенной к ведомому валу нагрузкой или началом вращения из неподвижного положения вращающееся первое центральное колесо 8 через сателлиты 7 дифференциального механизма приводит во вращение второе центральное колесо 9 дифференциального механизма и связанный с ним дополнительный вал 4 вместе с установленным на нем основным водилом 10 в противоположном направлении по сравнению с ведущим валом 2. Размещенные на радиальных осях 11 основного водила 10 основные сателлиты 12 вращаются вместе с основным водилом вокруг оси O-O передачи и перекатываются по неподвижному опорному колесу 5, совершая при этом одновременно вращение вокруг осей O₁-O₁ радиальных осей 11 основного водила. При неподвижных ведомом вале 3 и водиле 6 дифференциального механизма указанная частота вращения основных сателлитов 12 одновременно вокруг оси O-O передачи и осей O₁-O₁ радиальных осей 11 основного водила будет максимальной. В связи с неподвижностью в данном случае ведомого вала 3 и установленного на нем подвижного опорного колеса 13, находящиеся с этим колесом в зацеплении дополнительные сателлиты 14 будут вращаться вокруг осей O₁-O₁ радиальных осей 11 основного водила с одинаковой частотой с основными сателлитами 12. Вместе с тем, дополнительные сателлиты 14 будут совершать вращение вокруг оси O-O передачи вместе с основным водилом 10.

Одновременное вращение основных 12 и дополнительных 14 сателлитов вокруг указанных осей O-O и O₁-O₁ равнозначно их вращению относительно центральной точки O¹ пересечения этих осей. При этом указанное вращение при неподвижном ведомом вале 3 совершается с максимальной частотой.

При частном случае выполнения передачи, когда основные 12 и дополнительные 14 сателлиты жестко связаны с соосными с ними маховиками 15, указанные выше вращательные движения совершают одновременно упомянутые сателлиты и жестко связанные с ними маховики.

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 осей O₁-O₁ радиальных осей 11 основного водила 10 ("Политехнический словарь" под ред. академика Ишлинского А.Ю., изд. "Советская энциклопедия", М. - 1980, стр. 310/2). Но поскольку оси O₁-O₁ радиальных осей 11 основного водила 10 совершают вращение вокруг оси O-O передачи и относительно центральной точки O¹ пересечения этих осей, направление векторов моментов количества движения основных 12 и дополнительных 14 сателлитов 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 проявляется с соблюдением всеобщего физического закона сохранения и может быть изменен только под действием внешних сил. Проявление указанного всеобщего закона сохранения у вращающихся относительно центральной точки O¹ сателлитов 12 и 14 противодействует вращению радиальных осей 11 основного водила 10 и связанного с ними второго центрального колеса 9 дифференциального механизма вокруг оси O-O передачи. В связи с этим упомянутые оси 11 основного водила 10 и второе центральное колесо 9 дифференциального механизма являются опорами для передачи вращающего момента от ведущего вала 2 через дифференциальный механизм на ведомый вал 3. Основной первичной опорой для передачи вращающего момента является корпус 1 передачи, который через закрепленное в нем неподвижное опорное колесо 5 обеспечивает вращение основных сателлитов 12 относительно центральной точки O¹ и создание при этом тормозящего момента силы на основном водиле 10 и втором центральном колесе 9 дифференциального механизма. Как указано выше, при неподвижном ведомом вале 3 основные 12 и дополнительные 14 сателлиты совершают вращение относительно центральной точки O¹ с максимальной частотой. Соответственно и тормозящий момент силы на втором центральном колесе 9 дифференциального механизма имеет максимальное значение, что обеспечивает передачу на ведомый вал 3 максимального по величине вращающего момента. Направление передаваемого вращающего момента совпадает с направлением вращения ведущего вала 2. Согласно известному свойству дифференциального механизма передаваемый при этом на ведомый вал 3 вращающий момент будет в два раза превышать по величине вращающий момент на ведущем валу 2.

При начале вращения ведомого вала 3 в одном направлении с ведущим валом 2 и по мере увеличения частоты вращения установленного на ведомом валу водила 6 дифференциального механизма частота вращения второго колеса 9 дифференциального механизма, дополнительного вала 4 и основного водила 10 с его радиальными осями 11 вокруг оси O-O передачи уменьшается с соответствующим уменьшением частоты вращения основных 12 и в меньшей мере дополнительных 14 сателлитов относительно центральной точки ¹. Это приводит к уменьшению тормозящего момента силы на втором центральном колесе 9 дифференциального механизма и связанному с этим уменьшению передаваемого на ведомый вал 3 вращающего момента.

Ведомый вал 3 будет совершать вращение с максимальной частотой, в два раза меньшей частоты вращения ведущего вала 2, при неподвижном втором центральном колесе 9 дифференциального механизма, когда неподвижны также связанные с этим колесом дополнительный вал 4 и основное водило 10 с его радиальными осями 11. При этом основные сателлиты 12 также неподвижны относительно осей O-O и O₁-O₁ и не будут принимать участия в создании тормозящего момента силы на втором центральном колесе 9 дифференциального механизма. При указанных условиях дополнительные сателлиты 14, находящиеся в зацеплении с вращающимся подвижным опорным колесом 13, будут совершать вращение только вокруг осей O₁-O₁ радиальных осей 11 основного водила. Создаваемые при указанном вращении гироскопические силы будут противодействовать вращению основного водила 10 вокруг оси O-O передачи и обеспечивать вращение ведомого вала 3 и передачу на него вращающего момента, величина которого будет минимальной.

Исходя из сказанного следует, что предложенная передача обеспечивает силовую связь ведущего вала 2 и ведомого вала 3 с автоматическим бесступенчатым изменением частоты вращения последнего из них в обратной зависимости от приложенной к нему нагрузки и при любых соотношениях в частотах вращения у упомянутых валов.

Исходя из отличительных признаков изобретения, приведенных в зависимых пунктах формулы изобретения, основные 12 и дополнительные 14 сателлиты могут быть выполнены или с массивными ободами и осуществлять при этом функции маховиков, или могут быть дополнительно жестко соосно связаны с маховиками 15. Приведенное выше описание работы передачи в обоих указанных частных случаях ее выполнения не имеет отличий. При этом действие передачи осуществляется в диапазоне частоты вращения ведомого вала 3 от неподвижного до меньшей в два раза частоты вращения ведущего вала 2.

При частном случае выполнения передачи, приведенном на фиг. 2, когда основное водило 10 содержит две пары перпендикулярных между собой радиальных осей 11, 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 ведомого вала 3 на ведущий вал 2 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 ведомого вала 3 на ведущий вал 2, происходит замыкание механизма свободного хода 16, который обеспечивает передачу потока мощности от ведомого вала 3 на ведущий вал 2 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 корпус, соосные ведущий и ведомый валы, расположенные коаксиально с ведомым валом полый дополнительный вал, закрепленное в корпусе коническое центральное неподвижное опорное колесо, размещенный на входе в передачу дифференциальный механизм, на водиле которого размещены с возможностью вращения сателлиты дифференциального механизма, находящиеся в зацеплении с центральными колесами дифференциального механизма, первое из которых закреплено на ведущем валу, на дополнительном валу установлено основное водило с радиальными осями, на которых размещены конические основные сателлиты, находящиеся в зацеплении с неподвижным опорным колесом, отличающаяся тем, что водило дифференциального механизма закреплено на ведомом валу, а второе центральное колесо на дополнительном валу, на ведомом валу закреплено коническое центральное подвижное опорное колесо, введенное в зацепление с размещенными на радиальных осях основного водила коническими дополнительными сателлитами, при этом основным и дополнительным сателлитам придана масса, обеспечивающая возможность выполнения ими функций инерционных грузов в виде маховиков.

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

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

4. Передача по п.1, отличающаяся тем, что она содержит две размещенных на одной диаметральной линии радиальных оси основного водила, на каждой из которых размещены основные и дополнительные сателлиты.

5. Передача по п.1, отличающаяся тем, что основное водило содержит две пары перпендикулярных между собой радиальных осей и на одной из этих пар радиальных осей размещены основные сателлиты, 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 центральные колеса и сателлиты дифференциального механизма выполнены коническими, а оси сателлитов размещены под углом, в том числе под прямым углом, к оси передачи.

8. Передача по п.1, отличающаяся тем, что центральные колеса и сателлиты дифференциального механизма выполнены цилиндрическими, а оси сателлитов параллельны оси передачи.

9. Передача по п.1, отличающаяся тем, что ведущий вал и ведомый вал связаны механизмом свободного хода, ведущее звено которого закреплено на ведомом валу, а ведомое звено - на ведущем валу.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2