ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 1994 года по МПК F16H47/08 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах машин и механизмов для обеспечения компактности привода и большой глубины редукции.

Известны гидромеханические передачи, включающие низкомоментный гидродвигатель, зубчатый редуктор и муфту, соединяющую валы этих агрегатов. Гидродвигатель и редуктор размещают в своих корпусах, а муфту устанавливают на выступающие из корпусов валы, поэтому масса и габариты такой гидромеханической передачи наибольшие. При увеличении глубины редукции масса и объем как редуктора, так и всей передачи возрастают.

Известны также гидромеханические передачи, представляющие собой совокупность аксиально-поршневого гидромотора с наклонным диском и одно- или двухступенчатого планетарного редуктора, встроенных в общий корпус. Эта совокупность отличается от других известных прежде всего компактностью, однако габариты механической части существенно превышают габариты гидромотора по всем трем измерениям. Кроме того, глубина редукции использованных передач, отражаемая передаточным отношением, не всегда достаточна: так у одноступенчатого редуктора передаточное отношение равно однозначному числу, а у двухступенчатого редуктора хотя и двузначному числу, но из первого десятка двузначных чисел.

Повышение глубины редукции в известных решениях связано с увеличением числа ступеней или при сохранении числа ступеней с увеличением размеров зубчатых колес, т.е. увеличением размеров и массы.

Техническим результатом изобретения является увеличение глубины редукции без увеличения массы и объема передачи.

Для достижения этого результата в гидромеханической передаче, содержащей аксиальный гидромотор с наклонным диском и планетарную передачу, в которую входят водило с сателлитами на его осях и зубчатые колеса, наклонный диск гидромотора выполнен с коническим зубчатым венцом, а два соосно установленных между собой и водилом зубчатых колеса выполнены коническими и с двумя венцами: внешним большего и внутренним меньшего диаметров (или одно колесо выполнено с одним венцом, но удлиненными зубьями, поэтому на нем образуются также два венца с разными диаметрами). При этом зубчатый венец наклонного диска входит в зацепление в диаметрально противоположных зонах с внешними венцами зубчатых колес, а сателлиты на водиле тоже в диаметрально противоположных зонах входят в зацепление с внутренними венцами. Поскольку окружные скорости внешних венцов одинаковы, а диаметры различны, угловые скорости двухвенцовых колес отличаются, кроме того, направления их вращения противоположны, как и направления окружных скоростей внутренних венцов. Следовательно, окружная скорость сателлита относительно геометрической оси водила равна разности окружных скоростей внутренних венцов. Эти скорости не одинаковы даже при равных диаметрах внутренних венцов.

При достаточно близких величинах окружных скоростей внутренних венцов достигается глубокая редукция передачи, передаточное отношение которой выражается трехзначным числом. Здесь имеется в виду, что диаметры колес предлагаемого решения и известных решений одинаковы. Если глубину редукции предлагаемого решения выполнить такой же, как у известных решений, то размеры колес, а следовательно, габариты и масса передачи, уменьшаются. Поскольку в предлагаемом решении применены конические зацепления, то габарит в направлении осей конических колес уменьшается. Этот габарит сокращается и при уменьшении диаметра зубчатого венца на наклонном диске, а это одновременно увеличивает глубину редукции. В предлагаемом решении применено только одно водило и нет муфт, соединяющих звенья передачи.

На чертеже показана гидромеханическая передача, разрез.

Гидромеханическая передача включает в себя размещенные в общем корпусе 1 аксиальный гидромотор и планетарную передачу. В гидромотор входят блок цилиндров 2, поршни 3, контактирующие с шатунами 4 наклонного диска 5, геометрическая ось которого наклонена к оси блока цилиндров 2 под углом α.

В планетарную передачу входят конический зубчатый венец 6, выполненный на наклонном диске 5, два зубчатых колеса 7 и 8, соосно установленных с возможностью вращения на валу 9 водила с сателлитами 10 на осях 11 водила (на чертеже показан один сателлит 10 и одна ось 11). Зубчатые колеса 7 и 8 выполнены коническими с двумя венцами: внешним большего диаметра и внутренним меньшего диаметра. Делительные конусы венцов по меньшей мере одного конического зубчатого колеса не совпадают, как, например, у большего 12 и меньшего 13 венцов колеса 7, или как у венцов 14 и 15 колеса 8, образуя практически один венец с удлиненными зубьями, а деление его на два венца 14 и 15 делается для анализа кинематики механизма.

С внешними венцами 12 и 14 в зацепление введен венец 6, с внутренними венцами 13 и 15 находятся в зацеплении сателлиты 10. Диаметры d₁₂ и d₁₄ внешних венцов 12 и 14 не одинаковы. Отношения диаметров d₁₃ и d₁₅ внутренних венцов 13 и 15 в зависимости от угла β наклона оси сателлита, который может быть острым, тупым или прямым, меньше, больше или равно единице. Если геометрические оси наклонного диска 5, вала 9 водила и сателлитов 10 пересекаются в одной точке, углы α и β не должны быть равными. Все диаметры венцов даны для средних по длине зубьев сечений.

Гидромеханическая передача работает следующим образом.

Под действием давления масла, подаваемого в блок цилиндров 2, на поршнях 3 образуются силы, приводящие через шатуны 4 в движение с угловой скоростью ω_в наклонный диск 5. Его зубчатый венец 6 приводит во вращение зубчатые колеса 7 и 8, причем в противоположных направлениях и с разными угловыми скоростями. Венцы 13 и 15 с разными и противоположно направленными окружными скоростями за исключением случая, когда α=β, а геометрические оси наклонного диска 5, вала 9 водила и сателлитов 10 пересекаются в одной точке, приводят сателлиты 10 в сложное движение: вокруг осей 11 и вокруг вала 9 водила, который приводится во вращение с угловой скоростью ω_в. При этом окружная скорость самих сателлитов равна разности окружных скоростей венцов 13 и 15, а направление вращения вала 9 водила завиcит от знака разности окружных скоростей этих венцов.

Если наклонный диск 5 с зубчатым венцом 6 диаметра d₆ вращается с угловой скоростью ω₆, тот окружные скорости средних сечений зубьев венцов 6, 12, 14
V₆=V₁₂=V₁₄= Угловые скорости зубчатых колес 7 и 8
ω₇= = и
ω₈= = Так как d₁₂ ≠ d₁₄, то ω₇≠ω₈ Окружные скорости внутренних венцов 13 и 15
V₁₃= = и
V₁₅= = Поскольку d₁₂ ≠ d₁₄, даже при равенстве d₁₃=d₁₅, V₁₃ ≠ V₁₅. Так как направления вращения колес 7 и 8 противоположны, то окружная скорость сателлита 10 V_с (скорость точки, в которой окружное усилие с сателлита 10 передается на ось 11 и расстояние до которой от геометрической оси вала 9 водила равно одной четвертой суммы диаметров d₁₃ и d₁₅) находится через полуразность окружных скоростей венцов 13 и 15
V_c= (V₁₃-V₁₅) = - Угловая скорость вала 9 (водила)
ω_в= = · - (1) Передаточное отношение планетарной передачи есть отношение угловых скоростей входного звена (венец 6) и выходного звена (вал 9)
i = Из выражения (1) получают
i = (2)
Формулы (1) и (2) показывают, что и угловая скорость и передаточное отношение i зависят от диаметров зубчатых венцов и могут принимать самые разные значения. При одинаковых диаметрах зубчатых колес предлагаемого решения с колесами известных решений угловая скорость ω_в и передаточное отношение i могут отличаться не менее, чем на порядок, т.е. если теоретически разность , то ω_в ->> 0, а i ->> ∞.

Таким образом, чтобы получить передаточные отношения таких же больших значений, как у предлагаемого, в известных решениях должны быть или увеличены размеры колес, или увеличено число ступеней, что связано с возрастанием массы и габаритов. Кроме того, предлагаемая передача имеет уменьшенный габарит в направлении оси вала 9 в сравнении с двумя другими габаритами. Этот габарит сокращается при уменьшении диаметра венца 6 на наклонном диске, одновременно углубляя редукцию передачи. В передаче отсутствуют муфты, соединяющие звенья механизма.

Использование: в машиностроении, в приводах машин и механизмов. Сущность изобретения: гидромеханическая передача содержит смонтированные в корпусе аксиальный гидромотор с наклонным диском и планетарную передачу. Последняя выполнена в виде сателлитов на осях водила и зубчатых колес. Наклонный диск гидромотора выполнен с коническим зубчатым венцом. Каждое из зубчатых колес выполнено коническим и с двумя зубчатыми венцами - внешним большего диаметра и внутренним меньшего диаметра. Большие диаметры венцов конических зубчатых колес различны между собой. Делительные конусы венцов по меньшей мере одного конического зубчатого колеса не совпадают. Внешний венец каждого конического зубчатого колеса входит в зацепление с коническим зубчатым венцом наклонного диска аксиального гидромотора. Внутренний венец каждого конического зубчатого колеса входит в зацепление с сателлитами. 1 ил.

ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА, содержащая смонтированные в корпусе аксиальный гидромотор с наклонным диском и планетарную передачу в виде сателлитов на осях водила и зубчатых колес, отличающаяся тем, что наклонный диск гидромотора выполнен с коническим зубчатым венцом, каждое из зубчатых колес выполнено коническим и с двумя зубчатыми венцами - внешним большего диаметра и внутренним меньшего диаметра, большие диаметры венцов конических зубчатых колес различны между собой, делительные конусы венцов по меньшей мере одного конического зубчатого колеса не совпадают, при этом внешний венец каждого конического зубчатого колеса входит в зацепление с коническим зубчатым венцом наклонного диска аксиального гидромотора, а внутренний венец каждого конического зубчатого колеса входит в зацепление с сателлитами.