Автоматическая бесступенчатая механическая передача

 

Изобретение относится к машиностроению. Автоматическая бесступенчатая механическая передача содержит ведущий 1 и ведомый 2 валы, инерционное тормозное устройство (ИТУ) и дифференциал. Водило 3 дифференциала закреплено на ведущем валу и на его осях 4 размещены сателлиты 5,6, введенные в зацепление с центральными колесами 7,8, одно из которых является ведомым колесом 7 и закреплено на ведомом валу, а другое является воздушным колесом 8 ИТУ и закреплено на полом валу 9, на котором закреплено водило 10 ИТУ, несущее с возможностью их вращения сателлиты 11 и дополнительные сателлиты 16. И те и другие сателлиты соосно связаны с инерционными грузами 12 в виде массивных ободов колес сателлитов. Сателлиты 11 ИТУ введены в зацепление с закрепленным в корпусе 14 передачи центральным неподвижным опорным колесом 13. Дополнительные сателлиты введены в зацепление с закрепленным на ведомом валу подвижным опорным колесом 15. Полый вал 9 размещен коаксиально с ведомым валом. Передача и преобразование вращающего момента и вращательного движения осуществляется путем противодействия вращению водила 10 и связанного с ним центрального ведущего колеса 8, что достигается при вращении сателлитов 11 и дополнительных сателлитов относительно центральной точки пересечения линии оси передачи и диаметральной линии радиальных осей водила 10. Расширяется диапазон автоматического преобразования вращающего момента и повышается кпд. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в транспортном машиностроении 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 на изобретение 2072718, кл. F 16 Н 33/10, F 16 Н 3/74, 1997).

Наиболее близким по совокупности признаков техническим решением к заявленному изобретению является автоматическая бесступенчатая механическая передача, которая содержит 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.

Водило дифференциала закреплено на входном валу и выполнено в виде радиальных осей. На этих осях установлены с возможностью вращения сателлиты, которые входят в зацепление с размещенными по разные стороны от осей сателлитов водила центральными колесами дифференциала, одно из которых закреплено на полом валу инерционного тормозного устройства, а второе центральное колесо закреплено на выходном валу. Полый вал инерционного тормозного устройства установлен коаксиально с входным валом, а опорный элемент инерционного тормозного устройства неподвижно закреплен в корпусе и взаимодействует с инерционными грузами при их вращении относительно оси передачи (патент РФ на изобретение 21091888, кл. F 16 Н 33/10, F 16 Н 3/74, 1998, БИ 11).

У этой автоматической бесступенчатой передачи по мере увеличения частоты вращения выходного вала прогрессивно понижается кпд и эффективность использования мощности двигателя, поскольку при этом уменьшается частота вращения сателлитов инерционного тормозного устройства относительно центральной точки пересечения осей передачи и водила. При максимальной частоте вращения выходного вала, когда водило инерционного тормозного устройства не вращается, вращающий момент на выходной вал вообще не передается.

Предлагаемая передача при незначительном усложнении ее устройства по сравнению с указанным выше ближайшим аналогом позволяет передавать вращающий момент с высокими показателями кпд при любых режимах работы, в том числе при максимальной частоте вращения ведомого вала.

Указанный технический результат достигается тем, что автоматическая бесступенчатая механическая передача содержит соосные ведущий и ведомый валы, инерционное тормозное устройство и дифференциал. Водило дифференциала закреплено на ведущем валу и имеет радиальные оси, на этих осях размещены сателлиты, которые введены в зацепление с центральными колесами дифференциала. Одно из указанных центральных колес закреплено на ведомом валу и является ведомым колесом передачи. Другое из упомянутых центральных колес дифференциала является ведущим колесом инерционного тормозного устройства и закреплено на полом валу, на другом конце которого закреплено водило инерционного тормозного устройства в виде радиальных осей, на которых с возможностью вращения размещены сателлиты в виде зубчатых конических колес. Упомянутые сателлиты связаны соосно с инерционными грузами и входят в зацепление с зубчатым коническим центральным неподвижным опорным колесом, которое закреплено в корпусе передачи.

Согласно изобретению полый вал установлен коаксиально с ведомым валом. На ведомом валу закреплено зубчатое коническое подвижное опорное колесо, введенное в зацепление с дополнительными сателлитами, размещенными с возможностью вращения на радиальных осях водила инерционного тормозного устройства, при этом упомянутые дополнительные сателлиты связаны со своими инерционными грузами.

Как вариант устройства сателлиты и дополнительные сателлиты, входящие в состав инерционного тормозного устройства, снабжены массивными ободами, обеспечивающими указанным сателлитам возможность одновременно выполнять и функции инерционных грузов.

Как вариант устройства сателлиты и дополнительные сателлиты, входящие в состав инерционного тормозного устройства, жестко соосно связаны с маховиками, выполняющими функции инерционных грузов.

Как вариант устройства передача содержит две размещенных на одной диаметральной линии радиальных оси водила инерционного тормозного устройства, на каждой из которых размещены сателлиты и дополнительные сателлиты.

Как вариант устройства водило инерционного тормозного устройства содержит две пары перпендикулярных между собой радиальных осей, размещенных на соответствующих диаметральных линиях, и на одной из этих пар радиальных осей размещены сателлиты, а на другой паре осей - дополнительные сателлиты вместе со своими инерционными грузами.

Как вариант устройства сателлиты дифференциала выполнены в виде сблокированных по два конических зубчатых колеса - внутреннего и внешнего относительно линии оси передачи, каждое из которых введено порознь в зацепление или с ведущим колесом инерционного тормозного устройства, или с ведомым колесом передачи. Указанные зацепляющиеся колеса образуют пары колес с разными по величине передаточными отношениями.

Как вариант устройства сателлиты дифференциала выполнены в виде единых зубчатых конических колес, введенных в зацепление одновременно с ведущим колесом инерционного тормозного устройства и с ведомым колесом передачи.

Диаметральные линии радиальных осей водила инерционного тормозного устройства и линия оси передачи пересекаются в центральной точке, совмещенной с этими линиями.

Передача содержит механизм свободного хода, ведущее звено которого закреплено на полом валу, а ведомое звено жестко связано с корпусом передачи с обеспечением возможности вращения полого вала только в одном направлении с ведущим и ведомым валами.

На фиг.1 дан общий вид автоматической бесступенчатой механической передачи (далее - передача). На фиг.2 показано устройство передачи в варианте выполнения с двумя парами радиальных осей водила инерционного тормозного устройства с изображением только тех ее элементов, которые попадают в плоскость сечения, перпендикулярную линии геометрической оси О-О передачи и совмещенную с радиальными осями указанного водила. При этом на обоих чертежах приведен вариант устройства, при котором сателлиты и дополнительные сателлиты инерционного тормозного устройства снабжены массивными ободами, обеспечивающими выполнение этими сателлитами также и функций инерционных грузов.

Автоматическая бесступенчатая механическая передача содержит соосные ведущий 1 и ведомый 2 валы, инерционное тормозное устройство и дифференциал. Водило 3 дифференциала закреплено на ведущем валу 1 и имеет радиальные оси 4, на этих осях размещены сателлиты 5, 6, которые введены в зацепление с центральными колесами дифференциала. Одно из указанных центральных колес закреплено на ведомом валу 2 и является ведомым колесом 7 передачи. Другое из упомянутых центральных колес дифференциала является ведущим колесом 8 инерционного тормозного устройства и закреплено на полом валу 9, на другом конце которого закреплено водило 10 инерционного тормозного устройства в виде радиальных осей 10, на которых с возможностью вращения размещены сателлиты 11 в виде зубчатых конических колес. Упомянутые сателлиты 11 связаны соосно с инерционными грузами 12 и входят в зацепление с зубчатым коническим центральным неподвижным опорным колесом 13, которое закреплено в корпусе передачи 14.

Согласно изобретению полый вал 9 установлен коаксиально с ведомым валом 2. На ведомом валу 2 закреплено зубчатое коническое подвижное опорное колесо 15, введенное в зацепление с дополнительными сателлитами 16, размещенными с возможностью вращения на радиальных осях водила 10 инерционного тормозного устройства, при этом упомянутые дополнительные сателлиты 16 связаны со своими инерционными грузами 12.

Как вариант устройства сателлиты 11 и дополнительные сателлиты 16, входящие в состав инерционного тормозного устройства, снабжены массивными ободами 12, обеспечивающими указанным сателлитам возможность одновременного выполнения и функций инерционных грузов.

Как вариант устройства сателлиты 11 и дополнительные сателлиты 16, входящие в состав инерционного тормозного устройства, жестко соосно связаны с маховиками, выполняющими функции инерционных грузов.

Как вариант устройства передача содержит две размещенных на одной диаметральной линии О₁- О₁ радиальных оси водила инерционного тормозного устройства, на каждой из которых размещены сателлиты 11 и дополнительные сателлиты 16.

Как вариант устройства водило 10 инерционного тормозного устройства содержит две пары перпендикулярных между собой радиальных осей 10, размещенных на соответствующих диаметральных линиях О₁- О₁, и на одной из этих пар радиальных осей размещены сателлиты 11, а на другой паре осей - дополнительные сателлиты 16 вместе со своими инерцинными грузами 12 (см. фиг. 2).

Как вариант устройства сателлиты дифференциала выполнены в виде сблокированных по два конических зубчатых колес 5, 6-6 внутреннего 5 и внешнего 6 относительно линии О-О оси передачи, каждое из которых введено порознь в зацепление или с ведущим колесом 8 инерционного тормозного устройства, или с ведомым колесом 7 передачи. Указанные зацепляющиеся колеса образуют пары колес 5, 8 и 6, 7 с разными по величине передаточными отношениями.

Как вариант устройства сателлиты дифференциала выполнены в виде единых конических зубчатых колес, введенных в зацепление одновременно с ведущим колесом 8 инерционного тормозного устройства и с ведомым колесом 7 передачи.

Диаметральные линии О₁- О₁ радиальных осей водила 10 инерционного тормозного устройства и линия оси О-О пересекаются в центральной точке ¹, совмещенной с этими линиями.

Передача содержит механизм свободного хода 17, ведущее звено которого закреплено на полом валу 9, а ведомое звено жестко связано с корпусом 14 передачи с обеспечением возможности вращения полого вала 9 только в одном направлении с ведущим 1 и ведомым 2 валами.

Автоматическая бесступенчатая механическая передача работает следующим образом.

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

При вращении ведущего вала 1 вместе с установленным на нем водилом 3 дифференциала и неподвижном ведомом вале 2 вместе с закрепленными на нем ведомым колесом 7 передачи в связи с приложенной к ведомому валу 2 нагрузкой или началом вращения из неподвижного положения, ведущее колесо 8 инерционного тормозного устройства вращается вместе с полым валом 9 и водилом 10 инерционного тормозного устройства вокруг линии О-О оси передачи в одном направлении с ведущим валом 1, но с большей по сравнению с ним частотой, что вытекает из известных свойств дифференциала. При указанном вращении упомянутого водила 10 размещенные на его радиальных осях сателлиты 11 перекатываются по неподвижному опорному колесу 13 и при этом вместе со связанными с указанными сателлитами 11 инерционными грузами 12 совершают вращение относительно центральной точки О пересечения линии оси О-О передачи и диаметральной линии О₁- О₁ радиальных осей водила 10.

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 10 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 11 инерционного тормозного устройства и жестко связанных с ними инерционных грузов 12 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 11 инерционных грузов 12 относительно линий двух осей О-О и ₁-О₁ их моменты количества движения принудительно изменяются под воздействием в конечном итоге от вращающего момента, передаваемого ведущим валом 1, и момента сопротивления, приложенного к ведомому залу 2. Проявление при этом закона сохранения момента количества движения противодействует вращению водила 10 инерционного тормозного устройства вокруг линии оси О-О передачи и упомянутое водило 10 стремится сохранить свое стабильное положение. В связи с этим радиальные оси водила 10 инерционного тормозного устройства и связанное с указанным водилом полым валом 9 центральное колесо 6 дифференциала играют роль опор для передачи вращения и вращающего момента от ведущего вала 1 на ведомый вал 2, а также для преобразования передаваемого вращающего момента в зависимости от нагрузки на ведомом валу 2. При этом передача и преобразование вращающего момента осуществляется при помощи внешней опоры, в качестве которой выступает корпус 14 передачи.

В связи с неподвижностью в данном случае закрепленного на ведомом валу 2 подвижного опорного колеса 15 аналогичным образом будут функционировать также и дополнительные сателлиты 16 вместе со связанными с ними инерционными грузами.

При неподвижном (заторможенном нагрузкой) ведомом вале 2 величина передаваемого на него вращающего момента будет максимальной, поскольку упомянутые выше сателлиты 11 и 16 вместе со связанными с ними инерционными грузами 12 совершают вращение относительно центральной точки О с максимальной частотой. Это обеспечивает передачу от водила 10 на ведущее колесо 6 инерционного тормозного устройства, являющегося центральным колесом дифференциала, максимального по величине момента силы, противодействующего вращению упомянутого центрального колеса 8. При этом исходя из известных свойств дифференциала на другое центральное колесо - ведомое колесо 7 передачи, закрепленное на ведомом валу 2, также передается при данных условиях максимальный по величине вращающий момент.

Под воздействием передаваемого указанным выше порядком от ведущего вала 1 на ведомый вал 2 вращающего момента ведомый вал 2, преодолевая приложенную к нему нагрузку, начинает вращаться в том же направлении, что к ведущий вал 1. По мере увеличения частоты вращения ведомого вала 2 и закрепленного на нем ведомого колеса 7 передачи другое центральное колесо дифференциала, являющееся ведущим колесом 8 инерционного тормозного устройства, замедляет свое вращение, что вытекает из известных свойств дифференциала. Одновременно и в связи с этим уменьшается частота вращения полого вала 9 и водила 10 инерционного тормозного устройства. Это приводит к уменьшению частоты вращения сателлитов 11 и дополнительных сателлитов 16 относительно центральной точки О и связанному с этим уменьшению тормозящего момента силы, передаваемого на ведущее колесо 8 инерционного тормозного устройства. Соответственно уменьшается величина вращающего момента, передаваемого на ведомое колесо 7 передачи и на ведомый вал 2.

На указанное выше функционирование дополнительных сателлитов 16 вместе с их инерционными грузами 12 оказывает влияние вращающееся подвижное опорное колесо 15, направление вращения которого совпадает с направлением вращения водила 10 инерционного тормозного устройства. В связи с этим на данном этапе работы передачи на интенсивность уменьшения передаваемого на ведомый вал 2 вращающего момента по мере увеличения частоты его вращения дополнительные сателлиты 16 оказывают большее влияние по сравнению с сателлитами 11.

На промежуточном этапе работы передачи, когда ведущий 1 и ведомый 2 валы вращаются с одинаковой частотой, с той же частотой вращается полый вал 9 и водило 10 инерционного тормозного устройства. Дополнительные сателлиты 16 с их инерционными грузами 12 при этом не совершают вращение вокруг диаметральных линий О₁- О₁ радиальных осей водила 10 и не обеспечивают создание тормозящего момента силы. Передачу вращающего момента от ведущего вала 1 на ведомый вал 2 обеспечивают в данном случае только сателлиты 11 с их инерционными грузами 12, которые совершают вращение относительно центральной точки О¹.

При дальнейшем уменьшении нагрузки на ведомом валу 2 и соответствующем увеличении частоты вращения ведомого вала, в той же мере уменьшается частота вращения ведущего колеса 8 и водила 10 инерционного тормозного устройства. При этом частота вращения сателлитов 11 с их инерционными грузами 12 относительно центральной точки О¹ уменьшается. Вместе с тем, в связи с большей частотой вращения подвижного опорного колеса 15 по сравнению с водилом 10 инерционного тормозного устройства возобновляется вращение дополнительных сателлитов 16 с их инерционными грузами 12 относительно центральной точки О¹, и они снова оказывают тормозящее воздействие вращению водила 10, полого вала 9 и ведущего колеса 8 инерционного тормозного устройства, что обеспечивает передачу вращающего момента от ведущего вала 1 на ведомый вал 2.

Максимально возможная частота вращения ведомого вала 2 достигается при неподвижном водиле 10 инерционного тормозного устройства. При этом сателлиты 11 неподвижны, а дополнительные сателлиты 16 вращаются вокруг радиальных осей водила 10 с частотой, соответствующей максимальной частоте вращения подвижного опорного колеса 15. Вращению водила 10 инерционного тормозного устройства при этом режиме работы передачи противодействуют гироскопические силы, создаваемые вращающимися дополнительными сателлитами 16 и их инерционными грузами.

Из сказанного выше следует, что величина передаваемого на ведомый 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 ведомый вал 2 вращающего момента и частоты его вращения происходят автоматически и плавно, что обуславливает достижение основной цели описываемого изобретения.

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 ведомого вала 2 на ведущий 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 ведомого вала 2 на ведущий вал 1 происходит замыкание механизма свободного хода 17, который не допускает вращение центрального колеса 8 дифференциала, закрепленного на полом валу 9, в противоположном направлении по сравнению с направлением вращения ведущего вала 1 и ведомого вала 2. Этим обеспечивается передача потока мощности от ведомого вала 2 на ведущий вал 1 и далее на двигатель, принудительное вращение вала которого приводит к торможению рабочей машины.

Формула изобретения

1. Автоматическая бесступенчатая механическая передача, содержащая ведущий и ведомый валы, инерционное тормозное устройство и дифференциал, водило дифференциала закреплено на ведущем валу и имеет радиальные оси, на этих осях размещены сателлиты, которые введены в зацепление с центральными колесами дифференциала, одно из указанных центральных колес закреплено на ведомом валу и является ведомым колесом передачи, а другое из упомянутых центральных колес дифференциала является ведущим колесом инерционного тормозного устройства и закреплено на полом валу, на другом конце которого закреплено водило инерционного тормозного устройства в виде радиальных осей, на которых с возможностью вращения размещены сателлиты в виде зубчатых конических колес, упомянутые сателлиты связаны соосно с инерционными грузами и входят в зацепление с зубчатым коническим центральным неподвижным опорным колесом, которое закреплено в корпусе передачи, отличающаяся тем, что полый вал установлен коаксиально с ведомым валом и на последнем из этих валов закреплено зубчатое коническое подвижное опорное колесо, введенное в зацепление с дополнительными сателлитами, размещенными с возможностью вращения на радиальных осях водила инерционного тормозного устройства, при этом упомянутые дополнительные сателлиты связаны со своими инерционными грузами.

2. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что как вариант устройства сателлиты и дополнительные сателлиты, входящие в состав инерционного тормозного устройства, снабжены массивными ободами, обеспечивающими указанным сателлитам возможность одновременно выполнять и функции инерционных грузов.

3. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что как вариант устройства сателлиты и дополнительные сателлиты, входящие в состав инерционного тормозного устройства, жестко соосно связаны с маховиками, выполняющими функции инерционных грузов.

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

5. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что как вариант устройства водило инерционного тормозного устройства содержит две пары перпендикулярных между собой радиальных осей, размещенных на соответствующих диаметральных линиях, и на одной из этих пар радиальных осей размещены сателлиты, а на другой паре осей - дополнительные сателлиты вместе со своими инерционными грузами.

6. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что как вариант устройства сателлиты дифференциала выполнены в виде сблокированных по два зубчатых конических колеса - внутреннего и внешнего относительно линии оси передачи, каждое из которых введено порознь в зацепление или с ведущим колесом инерционного тормозного устройства, или с ведомым колесом передачи, указанные зацепляющиеся колеса образуют пары колес с разными по величине передаточными отношениями.

7. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что как вариант устройства сателлиты дифференциала выполнены в виде единых зубчатых конических колес, введенных в зацепление одновременно с ведущим колесом инерционного тормозного устройства и с ведомым колесом передачи.

8. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что диаметральные линии радиальных осей водила инерционного тормозного устройства и линия оси передачи пересекаются в центральной точке, совмещенной с этими линиями.

9. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит механизм свободного хода, ведущее звено которого закреплено на полом валу, а ведомое звено жестко связано с корпусом передачи с обеспечением возможности вращения полого вала только в одном направлении с ведущим валом и ведомым валом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2