Автоматическая бесступенчатая механическая передача

 

Изобретение относится к машиностроению. Автоматическая бесступенчатая механическая передача содержит входной 1 и выходной 2 валы, инерционное тормозное устройство и дифференциал. Водило 11 дифференциала закреплено на входном валу, а его центральные колеса 15, 16 установлены соответственно на выходном валу и ведущем валу 17, который связывает упомянутое центральное колесо 16 с водилом 18 инерционного тормозного устройства, на радиальных осях которого размещены конические сателлиты 9 и жестко соосно связанные с ними инерционные грузы 10. Сателлиты 9 введены в зацепление с коническим центральным опорным колесом 8, закрепленным на полом промежуточном валу 7, на котором закреплено также ведомое колесо 6, связанное через опорное колесо 3, ось которого размещена в корпусе 4, и ведущее колесо 5 с выходным валом. Передача и преобразование вращательного движения и вращающего момента осуществляется путем противодействия вращению водила 18 и связанного с ним центрального колеса 16, что достигается при вращении сателлитов 9 и инерционных грузов 10 одновременно вокруг линии оси передачи и диаметральной линии радиальных осей водила 18, что равнозначно их вращению относительно центральной точки пересечения линий упомянутых осей. Расширяется диапазон автоматического преобразования вращающего момента и обеспечивается повышение стабильности в передаче вращающего момента при разных режимах работы. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

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

Известна автоматическая бесступенчатая передача, содержащая параллельные входной и выходной валы, инерционную муфту, дифференциал, пары зубчатых колес и механизмы свободного хода. Инерционная муфта включает по меньшей мере два инерционных груза, полые, коаксиально установленные друг относительно друга, ведомые валы по числу инерционных грузов. Ведомые валы посредством пар зубчатых колес, имеющих по величине разные передаточные отношения, и механизмов свободного хода связаны с дифференциалом, входным и выходным валами. Одно из центральных колес дифференциала связано с другим центральным колесом или водилом посредством механизма свободного хода. Водило инерционной муфты несет инерционные грузы в виде маховиков или массивных сателлитов (патент РФ 2063567, кл. F 16 Н 3/74, 33/14, 1996 г.).

Наиболее близким по совокупности признаков техническим решением к заявленному изобретению является автоматическая бесступенчатая механическая передача, которая содержит входной и выходной валы, инерционное тормозное устройство и дифференциал. На радиальных осях закрепленного на входном валу водила установлены сателлиты. Зацепленные с сателлитами центральные колеса дифференциала закреплены соответственно на ведущем валу инерционного тормозного устройства и на выходном валу. На радиальных осях водила инерционного тормозного устройства с возможностью свободного вращения размещены соединенные друг с другом сателлиты и инерционные грузы в виде маховиков. Зацепленное с сателлитом центральное колесо инерционного тормозного устройства закреплено на промежуточном валу и через опорное колесо и ведомое колесо связано с установленным на входном валу ведущим колесом (патент РФ 2163317, кл. F 16 Н 33/14, 3/74, 20.02.2001, БИ 5), У этой автоматической бесступенчатой механической передачи центральное колесо инерционного тормозного устройства связано с входным валом и при любых режимах работы вращается с непосредственно зависимой от него частотой в противоположном направлении по отношению к водилу инерционного тормозного устройства, что ограничивает возможности изменения величины передаваемого на выходной вал вращающего момента в зависимости от приложенной к этому валу нагрузки. Помимо этого, включенный в состав передачи механизм свободного хода не позволяет выходному валу вращаться с большей частотой по сравнению с входным валом, что уменьшает в определенных пределах возможности автоматического изменения частоты вращения выходного вала.

Предлагаемая автоматическая бесступенчатая механическая передача без какого-либо усложнения ее устройства по сравнению с указанным выше ближайшим аналогом позволяет расширить диапазон автоматического преобразования величины передаваемого вращающего момента и частоты вращения выходного вала в зависимости от приложенной к нему нагрузки и обеспечивает повышение стабильности в передаче вращающего момента при различных режимах работы.

Указанный технический результат достигается тем, что автомтическая бесступенчатая механическая передача содержит входной и выходной валы, установленные соосно линии оси передачи, инерционное тормозное устройство и дифференциал. Инерционное тормозное устройство содержит опорное колесо, ось которого расположена в корпусе автоматической бесступенчатой механической передачи в одной плоскости с линией оси передачи и не совмещена с ней, а само опорное колесо находится в зацеплении с ведущим и ведомым колесами с обеспечением их вращения во взаимно противоположных направлениях. При этом ведомое колесо установлено на полом промежуточном валу, на другом конце которого закреплено зубчатое коническое центральное опорное колесо, находящееся в зацеплении с сателлитами инерционного тормозного устройства, соосно жестко соединенными с инерционными грузами.

Водило дифференциала закреплено на входном валу и несет размещенные на его осях сателлиты дифференциала, которые входят в зацепление с размещенными по разные стороны от осей водила дифференциала центральными колесами дифференциала. Одно из указанных колес закреплено на выходном валу, а другое из упомянутых центральных колес дифференциала закреплено на полом ведущем валу, на другом конце которого установлено водило инерционного тормозного устройства, выполненное в виде радиальных осей, на которых с возможностью вращения размещены сателлиты инерционного тормозного устройства с жестко соосно связанными с ними инерционными грузами. Линия оси передачи и диаметральная линия радиальных осей водила инерционного тормозного устройства пересекаются в центральной точке.

Согласно изобретению ведущее колесо закреплено на выходном валу, полый промежуточный вал размещен коаксиально с выходным валом, полый ведущий вал размещен коаксиально с выходном валом.

Как частный случай выполнения, опорное колесо является цилиндрическим, ось его размещена параллельно линии оси передачи и оно находится в зацеплении с цилиндрическими ведущим и ведомым колесами, при этом одно из упомянутых колес имеет внутреннее зацепление, а другое колесо - внешнее зацепление с опорным колесом.

Как частный случай выполнения, опорное колесо, ведущее и ведомое колеса являются коническими с внешним зацеплением и ось опорного колеса размещена под углом, например перпендикулярно, к линии оси передачи.

Инерционные грузы выполнены в виде массивных ободов колес сателлитов инерционного тормозного устройства и/или соосных с упомянутыми колесами сателлитов и жестко связанными с ними маховиков.

Как частный случай выполнения, каждый из сателлитов дифференциала представляет собой жестко соосно соединенные между собой в единый блок два зубчатых конических колеса, одно из которых находится в зацеплении с центральным колесом дифференциала, закрепленным на выходном валу, а другое из упомянутых колес входит в зацепление с другим центральным колесом дифференциала, закрепленным на полом ведущем валу. Передаточные отношения упомянутых пар зацепляющихся колес имеют разную величину.

Как частный случай выполнения, каждый из сателлитов дифференциала представляет собой одно зубчатое колесо, которое находится в зацеплении одновременно с обоими центральными колесами дифференциала.

Полый ведущий вал связан с корпусом передачи механизмом свободного хода, обеспечивающим возможность свободного вращения упомянутого полого ведущего вала в направлении вращения входного вала и не допускающим вращение указанного полого ведущего вала в противоположном направлении.

На чертеже дан общий вид автоматической бесступенчатой механической передачи с показом всех ее элементов и отличительных признаков, характеризующих изобретение.

Автоматическая бесступенчатая механическая передача содержит входной 1 и выходной 2 валы, установленные соосно линии оси О-О передачи, инерционное тормозное устройство и дифференциал.

Инерционное тормозное устройство содержит опорное колесо 3, ось которого расположена в корпусе 4 передачи в одной плоскости с линией оси О-О передачи и не совмещена с ней, а само опорное колесо 3 находится в зацеплении с ведущим 5 и ведомым 6 колесами с обеспечением их вращения во взаимно противоположных направлениях. При этом ведомое колесо 6 установлено на полом промежуточном валу 7, на другом конце которого закреплено зубчатое коническое центральное опорное колесо 8, находящееся в зацеплении с сателлитами 9 инерционного тормозного устройства, соосно жестко соединенными с инерционными грузами 10.

Водило 11 дифференциала закреплено на входном валу 1 и несет размещенные на его осях 12 сателлиты 13, 14 дифференциала, которые входят в зацепление с размещенными по разные стороны от осей 12 водил 11 дифференциала центральными колесами 15, 16 дифференциала. Одно из указанных колес 15 закреплено на выходном валу 2, а другое из упомянутых центральных колес 16 дифференциала закреплено на полом ведущем валу 17, на другом конце которого установлено водило 18 инерционного тормозного устройства, выполненное в виде радиальных осей 18, на которых с возможностью вращения размещены сателлиты 9 инерционного тормозного устройства с жестко соосно связанными с ними инерционными грузами 10.

Линия оси О-О передачи и диаметральная линия О₁-О₁ радиальных осей водила 18 инерционного тормозного устройства пересекаются в центральной точке О'.

Согласно изобретению ведущее колесо 5 закреплено на выходном валу 2, полый промежуточный вал 7 размещен коаксиально с выходным валом 2, полый ведущий вал 17 размещен коаксиально с выходным валом 2.

Как частный случай выполнения, опорное колесо 3 является цилиндрическим, ось его размещена параллельно линии оси О-О передачи и оно находится в зацеплении с цилиндрическими ведущим 5 и ведомым 6 колесами, при этом одно из упомянутых колес имеет внутреннее зацепление, а другое колесо - внешнее зацепление с опорным колесом 3.

Как частный случай выполнения, опорное колесо, ведущее и ведомое колеса являются коническими с внешним зацеплением и ось опорного колеса размещена под углом, например перпендикулярно, к линии оси О-О передачи.

Инерционные грузы 10 выполнены в виде массивных ободов колес сателлитов 9 инерционного тормозного устройства и/или соосных с упомянутыми колесами сателлитов 9 и жестко связанными с ними маховиков.

Как частный случай выполнения, каждый из сателлитов дифференциала представляет собой жестко соосно соединенные между собой в единый блок два зубчатых конических колеса 13, 14, одно из которых 13 находится в зацеплении с центральным колесом 15 дифференциала, закрепленным на выходном валу 2, а другое из упомянутых колес 14 входит в зацепление с другим центральным колесом 16 дифференциала, закрепленным на полом ведущем валу 17, Передаточные отношения упомянутых пар зацепляющихся колес 15, 13 и 14, 16 имеют разную величину.

Как частный случай выполнения, каждый из сателлитов дифференциала представляет собой одно зубчатое колесо, которое находится в зацеплении одновременно с обоими центральными колесами 15 и 16 дифференциала.

Полый ведущий вал 17 связан с корпусом 4 передачи механизмом свободного хода 19. обеспечивающим возможность свободного вращения упомянутого полого ведущего вала 17 в направлении вращения входного вала 1 и не допускающим вращение указанного полого ведущего вала 17 в противоположном направлении.

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 установленным на нем водилом 11 дифференциала и неподвижных выходном вале 2 и закрепленных на нем одном из центральных колес 15 дифференциала и ведущем колесе 5 в связи с приложенной к выходному валу 2 нагрузкой или началом вращения из неподвижного положения, другое центральное колесо 16 дифференциала вместе с жестко связанными с ним полым ведущим валом 17 и водилом 18 инерционного тормозного устройства совершают совместное вращение вокруг линии оси О-О передачи в том же направлении, что и водило 11 дифференциала, но с большей частотой по сравнению с этим водилом 11, что вытекает из известных свойств дифференциала. Вместе с тем, центральное опорное колесо 8 в данном случае не вращается в связи с тем, что выходной вал 2 и закрепленное на нем ведущее колесо 5 неподвижны по указанным выше причинам. При данных условиях сателлиты 9 инерционного тормозного устройства обкатываются по неподвижному центральному опорному колесу 8 и совершают при этом вращение одновременно вокруг двух перпендикулярных относительно друг друга осей - линии оси О-О передачи и диаметральной линии О₁-О₁ радиальных осей водила 18 инерционного тормозного устройства, что равнозначно вращению упомянутых сателлитов 9 вместе с жестко с ними связанными инерционными грузами 10 относительно центральной точки О' пересечения упомянутых линий осей О-О и О₁-О₁.

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 диаметральных линий О₁-О₁. Но поскольку радиальные оси водила 18 инерционного тормозного устройства и совмещенные с ними диаметральные линии О₁-О₁ совершают вращение вокруг линии оси О-О передачи, направление векторов моментов количества движения сателлитов 9 инерционного тормозного устройства и жестко связанных с ними инерционных грузов 10 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 указанном выше одновременном вращении упомянутых сателлитов 9 и инерционных грузов 10 относительно линий двух осей О-О и О₁-О₁ 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 момента количества движения противодействует вращению водила 18 инерционного тормозного устройства вокруг линии оси О-О передачи и упомянутое водило 18 стремится сохранить свое стабильное положение. В связи с этим радиальные оси водила 18 инерционного тормозного устройства и связанное с указанным водилом ведущим валом 17 центральное колесо 16 дифференциала играют роль опор для передачи вращения и вращающего момента от входного вала 1 на выходной вал 2, а также для преобразования передаваемого вращающего момента в зависимости от нагрузки на выходном валу 2. При этом передача и преобразование вращающего момента осуществляется при помощи внешней опоры, в качестве которой выступает корпус 4 передачи и размещенная в нем ось опорного колеса 3, которые в совокупности обеспечивают передачу тормозящего момента силы через полый промежуточный вал 7 на центральное опорное колесо 8.

При неподвижном (заторможенном нагрузкой) выходном вале 2 величина передаваемого вращающего момента будет максимальной, поскольку сателлиты 9 инерционного тормозного устройства вместе с закрепленными на них инерционными грузами 10 совершают вращение относительно центральной точки О' с максимальной частотой. Это обеспечивает передачу на водило 18 инерционного тормозного устройства максимальных по величине моментов силы, противодействующих вращению упомянутого водила 18 и связанного с ним центрального колеса 16 дифференциала.

Под воздействием передаваемого указанным выше порядком от входного вала 1 на выходной вал 2 вращающего момента выходной вал 2, преодолевая приложенную к нему нагрузку, начинает вращаться в том же направлении, что и входной вал 1. По мере увеличения частоты вращения выходного вала 2 и закрепленного на нем центрального колеса 15 дифференциала, другое центральное колесо 16 дифференциала, закрепленное на полом ведущем валу 17, замедляет свое вращение, что вытекает из известных свойств дифференциала. Одновременно и в связи с этим уменьшается частота вращения полого ведущего вала 17 и водила 18 инерционного тормозного устройства.

Одновременно с вращением выходного вала 2 приводится во вращение закрепленное на нем ведущее колесо 5, которое через опорное колесо 3, ведомое колесо 6 и полый промежуточный вал 7 приводит во вращение центральное опорное колесо 8 в направлении, противоположном направлению вращения водила 18 инерционного тормозного устройства.

Исходя из сказанного выше следует, что независимо от частоты вращения выходного вала 2 частота вращения сателлитов 9 и инерционных грузов 10 вокруг радиальных осей водила 18 инерционного тормозного устройства существенно не изменяется, поскольку, как показано выше, частоты вращения водила 18 инерционного тормозного устройства и центрального опорного колеса 8 находятся в обратной зависимости относительно друг друга. Этим обеспечивается достижение одной из указанных выше целей изобретения - повышение стабильности в передаче вращающего момента при различных режимах работы.

Вместе с тем, как показано выше, при увеличении частоты вращения выходного вала 2 уменьшается частота вращения водила 18 инерционного тормозного устройства вокруг линии оси О-О передачи, что приводит к соответствующему уменьшению частоты вращения сателлитов 9 и инерционных грузов 10 относительно центральной точки О', учитывая их практически неизменную частоту вращения вокруг диаметральной линии О₁-О₁. При этом в той же мере уменьшается величина тормозящего момента силы, передаваемого на центральное колесо 16 дифференциала, закрепленное на полом ведущем валу 17, и в связи с этим уменьшается величина вращающего момента, передаваемого на выходной вал 2.

Из сказанного выше следует, что величина передаваемого на выходной вал 2 вращающего момента, равного нагрузке на упомянутом валу 2, находится в обратной зависимости от частоты его вращения. При этом указанные взаимосвязанные обратной зависимостью изменения величины передаваемого на выходной вал 2 вращающего момента и частоты его вращения происходят автоматически и плавно, что обуславливает достижение основной цели описываемого изобретения.

Установка механизма свободного хода 19 в корпусе 4 передачи с осуществлением беспрепятственного вращения полого ведущего вала 17 в направлении вращения входного 1 и выходного валов обеспечивает возможность вращения выходного вала 2 с большей частотой по сравнению с входным валом 1. Указанный выше характер работы передачи при этом не изменяется.

Максимально возможная частота вращения выходного вала 2 достигается при неподвижном водиле 18 инерционного тормозного устройства, когда центральное опорное колесо 8 также вращается с максимальной частотой. При этом сателлиты 9 и инерционные грузы 10 противодействуют вращению упомянутого водила 18 в основном за счет действия на них гироскопических сил.

Приведенные в описании и формуле изобретения разные варианты выполнения передачи позволяют конкретизировать устройство с учетом заданных конструктивных особенностей. Вместе с тем, изложенный выше характер работы передачи при этом не изменяется.

При необходимости передачи вращательного движения и вращающего момента 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 дифференциал от выходного вала 2 на входной вал 1, происходит замыкание механизма свободного хода 19, который не допускает вращение центрального колеса 16 дифференциала, закрепленного на полом ведущем валу 17, в противоположном направлении по сравнению с направлением вращения входного 1 и выходного 2 валов. Этим обеспечивается передача 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 входной и выходной валы, установленные соосно линии оси передачи, инерционное тормозное устройство и дифференциал, инерционное тормозное устройство содержит опорное колесо, ось которого расположена в корпусе автоматической бесступенчатой механической передачи в одной плоскости с линией оси передачи и не совмещена с ней, а само опорное колесо находится в зацеплении с ведущим и ведомым колесами с обеспечением их вращения во взаимно противоположных направлениях, при этом ведомое колесо установлено на полом промежуточном валу, на другом конце которого закреплено зубчатое коническое центральное опорное колесо, находящееся в зацеплении с сателлитами инерционного тормозного устройства, соосно жестко соединенными с инерционными грузами, водило дифференциала закреплено на входном валу и несет размещенные на его осях сателлиты дифференциала, которые входят в зацепление с размещенными по разные стороны от осей водила дифференциала центральными колесами дифференциала, одно из которых закреплено на выходном валу, а другое из упомянутых центральных колес дифференциала закреплено на полом ведущем валу, на другом конце которого установлено водило инерционного тормозного устройства, выполненное в виде радиальных осей, на которых с возможностью вращения размещены сателлиты инерционного тормозного устройства с жестко соосно связанными с ними инерционными грузами, линия оси передачи и диаметральная линия радиальных осей водила инерционного тормозного устройства пересекаются в центральной точке, отличающаяся тем, что ведущее колесо закреплено на выходном валу, полый промежуточный вал размещен коаксиально с выходным валом, полый ведущий вал размещен коаксиально с выходным валом.

2. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, опорное колесо выполнено цилиндрическим, ось его размещена параллельно линии оси передачи и оно находится в зацеплении с цилиндрическими ведущим и ведомым колесами, при этом одно из этих колес имеет внутреннее зацепление, а другое колесо - внешнее зацепление с опорным колесом.

3. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, опорное колесо, ведущее и ведомое колеса выполнены коническими с внешним зацеплением и ось опорного колеса размещена под углом, например, перпендикулярно, к линии оси передачи.

4. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что инерционные грузы выполнены в виде массивных ободов колес сателлитов инерционного тормозного устройства и/или соосных с упомянутыми колесами сателлитов и жестко связанными с ними маховиков.

5. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, каждый из сателлитов дифференциала выполнен в виде жестко соосно соединенных между собой в единый блок двух зубчатых конических колес, одно из которых находится в зацеплении с центральным колесом дифференциала, закрепленным на выходном валу, а другое из упомянутых колес входит в зацепление с другим центральным колесом дифференциала, закрепленным на полом ведущем валу, при этом передаточные отношения этих пар зацепляющихся колес имеют разную величину.

6. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, каждый из сателлитов дифференциала выполнен в виде одного зубчатого колеса и находится в зацеплении одновременно с обоими центральными колесами дифференциала.

7. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что полый ведущий вал связан с корпусом передачи механизмом свободного хода, обеспечивающим возможность свободного вращения упомянутого полого ведущего вала в направлении вращения входного вала и не допускающим вращение указанного полого ведущего вала в противоположном направлении.

РИСУНКИ

Рисунок 1