АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВАРИАТОР Б.Ф.КОЧЕТКОВА Российский патент 1994 года по МПК F16H33/14 

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно - к устройствам, передающим вращающий момент от входного вала на выходной вал с плавным автоматическим изменением передаточного отношения в зависимости от нагрузки на выходном валу, и может быть использовано в транспортном машиностроении и станкостроении.

Известна автоматическая коробка передач, содержащая входной, выходной валы и инерционную муфту, входной вал при помощи первой пары зубчатых колес, промежуточного вала и механизма свободного хода связан с выходным валом. Ведущий вал инерционной муфты соединен с входным валом. Ведомый вал муфты посредством второй пары зубчатых колес, имеющий меньшее по величине передаточное отношение по сравнению с первой парой колес, связан с выходным валом [1].

Известна также автоматическая передача, содержащая входной и выходной валы, три пары зубчатых колес и расположенные соосно дифференциал и инерционную муфту, входной и выходной валы связаны первой парой колес с наибольшим передаточным отношением и механизмом свободного хода. Водило дифференциала установлено на входном валу. Одно из центральных колес дифференциала при помощи второй пары колес и механизма свободного хода связано с выходным валом. Второе центральное колесо непосредственно соединено с ведущим валом инерционной муфты. Оба центральных колеса имеют связь с применением механизма свободного хода. Ведомый вал инерционной муфты при помощи третьей пары колес с наименьшим передаточным отношением связан с выходным валом [2].

К недостаткам этой автоматической передачи относится то, что она имеет фиксированный по величине режим работы с наибольшим передаточным отношением, что исключает возможность вращения входного вала при неподвижном выходном вале и не позволяет осуществлять плавный пуск рабочей машины. Дифференциал и инерционная муфта расположены параллельно выходному валу, что увеличивает габаритные размеры передачи и ее массу.

Цель изобретения - расширение диапазона автоматического и плавного регулирования величины передаточного отношения с возможностью вращения входного вала при заторможенном нагрузкой выходном вале и обеспечением плавного пуска рабочей машины при одновременном повышении компактности и уменьшении массы.

Поставленная цель достигается тем, что в автоматическом вариаторе, содержащем параллельные входной и выходной валы, два механизма свободного хода, связанные с этими валами, расположенные соосно дифференциал и инерционную муфту, водило дифференциала, установленное на входном валу, одно из центральных колес дифференциала, связанное с выходным валом при помощи пары колес и первого механизма свободного хода, второе центральное колесо, непосредственно соединенное с ведущим валом инерционной муфты, и ведомый вал инерционной муфты, связанный с выходным валом при помощи второй пары колес, имеющей меньшее по сравнению с первой парой колес передаточное отношение, ведущий, ведомый валы инерционной муфты, соответствующие им полумуфты инерционной муфты и второе центральное колесо дифференциала установлены коаксиально валу первого центрального колеса с выходом этого вала по обе стороны инерционной муфты. Ведущая обойма второго механизма свободного хода жестко соединена с первым центральным колесом, а ведомая обойма - с водилом дифференциала. Как частный случай выполнения второй механизм свободного хода установлен между центральными колесами дифференциала. В автоматическом вариаторе может применяться любая инерционная муфта, обеспечивающая переменную частоту вращения ведомого вала в зависимости от нагрузки и позволяющая коаксиальную установку ведущего и ведомого валов, а также ведущей и ведомой полумуфт инерционной муфты с валом первого центрального колеса дифференциала (а. с. N 1344985, кл. F 16 D 43/18, 1985, N 1555565, кл. F 16 D 43/14, 1988).

Автоматический вариатор осуществляет плавное автоматическое изменение передаточного отношения в зависимости от нагрузки во всем интервале регулирования и при этом создает возможность повышения величины вращающего момента на выходном валу, а также увеличения частоты его вращения по сравнению с входным валом и позволяет передавать максимальный по величине вращающий момент на заторможенный нагрузкой неподвижный выходной вал, обеспечивая плавный пуск рабочей машины.

На фиг. 1 приведен автоматический вариатор, общий вид; на фиг.2 - то же, вариант; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.4; на фиг.4 - инерционная муфта.

Автоматический вариатор содержит параллельные входной 1 и выходной 2 валы, дифференциал и установленную соосно ему инерционную муфту 3. Водило 4 дифференциала установлено на входном валу 1. Первое центральное колесо 5 дифференциала при помощи вала 6, первой пары колес 7 и 8 и первого механизма свободного хода 9 (МСХ 9) связано с выходным валом. Ведущая обойма МСХ в данном случае кинематически связана с первым центральным колесом 5, ведомая обойма установлена на выходном валу 2. Возможен также равнозначный вариант конструктивного оформления, при котором ведущая обойма МСХ 9 установлена на валу 6 первого центрального колеса дифференциала, ведомая обойма - на колесе 7 первой пары колес, а второе колесо 8 этой пары соединено жестко с выходным валом 2. Второе центральное колесо 10 дифференциала установлено на ведущем валу 11 инерционной муфты, ведомый вал 12 которой при помощи второй пары колес 13 и 14 кинематически связан с выходным валом 2. Передаточное отношение первой пары колес 7, 8 больше, чем второй пары колес 13, 14. Второе центральное колесо 10, ведущий 11, ведомый 12 валы инерционной муфты, соответствующие им полумуфты инерционной муфты 3 установлены коаксиально с валом 6 первого центрального колеса с выходом вала 6 по обе стороны инерционной муфты. Водило 4 и первое центральное колесо 5 дифференциала связывает второй механизм свободного хода 15 (МСХ 15), ведущая обойма которого жестко соединена с первым центральным колесом 5, а ведомая обойма - с водилом 4. Как частный случай выполнения второй МСХ 15 установлен между первым 5 и вторым 10 центральными колесами дифференциала.

Инерционная муфта (фиг. 2 и 4) содержит полые ведущий 11 и ведомый 12 валы, которые входят в состав соответственно ведущей и ведомой полумуфт. К ведущему валу 11 крепится водило 16 муфты в виде радиальных выступов в количестве более двух, к концам которых при помощи шарниров в виде осей 17 присоединены шатуны 18, несущие на своих концах инерционные грузы 19 в виде роликов, имеющих возможность свободно вращаться на своих осях 20, которые прикреплены к концам шатунов параллельно оси муфты. На ведомом валу 12 установлена ведомая полумуфта, которая выполнена в виде барабана 21, эксцентрически прикрепленного к валу. Внутри барабана соосно ему размещен обод 22. Цилиндрическая стенка 23 барабана и обод 22 образуют кольцевую камеру 24, в которой размещаются инерционные грузы 19, контактируя с внутренней поверхностью цилиндрической стенки 23 барабана и наружной поверхностью обода 22. Наличие более двух инерционных грузов обеспечивает фиксированное положение обода 22 относительно цилиндрической стенки 23 барабана. Кольцевой выступ на ободе и совмещенные с ним кольцевые канавки на инерционных грузах удерживают обод от сдвига в осевом направлении. Осевые линии муфты О-О и барабана с ободом О₁-О₁ параллельны и расстояние между ними обеспечивает создание плеча для вращающего момента за счет давления инерционных грузов под воздействием центробежных сил на цилиндрическую стенку барабана, установленного эксцентрически относительно оси О-О вращения. К барабану крепится противовес 25, обеспечивающий балансировку ведомой полумуфты относительно оси вращения.

Инерционная муфта передает вращающий момент за счет изменения величины момента количества движения инерционных грузов при вращении полумуфт с разными угловыми скоростями. При этом в связи с эксцентрическим положением барабана 21 и обода 22 относительно оси вращения О-О инерционные грузы 19 циклически приближаются к этой оси с соответствующим уменьшением скорости движения (при постоянной угловой скорости) и удаляются от нее, увеличивая скорость движения. Это соответствует циклическому изменению момента количества движения грузов. Согласно фундаментальному закону сохранения изменение момента количества движения тела может произойти только под действием внешних сил. Увеличение момента количества движения грузов в данном случае может происходить и происходит только за счет взаимодействия с ведущим валом, подводящим мощность. Уменьшается момент количества движения в связи с взаимодействием грузов с ведомым валом - потребителем мощности. Это определяет передачу мощности от ведущего вала 11 на ведомый вал 12 при разной частоте вращения этих валов. Величина передаваемого вращающего момента находится в прямой зависимости от величины разности в частотах вращения этих валов.

Автоматический вариатор работает следующим образом.

При вращении входного вала 1 и неподвижном выходном вале 2 в связи с приложенной к нему нагрузкой или началом работы, первая пара колес 7, 8, вал 6 первого центрального колеса дифференциала и само первое центральное колесо 5, а также вторая пара колес 13 и 14 и ведомый вал 12 инерционной муфты неподвижны. Исходя из свойств дифференциала, его второе центральное колесо 10 будет вращаться с удвоенной частотой по сравнению с частотой вращения входного вала 1. С учетом особенностей инерционной муфты 3 она при тех же условиях передает максимальный по величине вращающий момент. Следовательно, на выходной вал вращающий момент передается по двум потокам через обе пары колес 7 и 8 и 13 и 14 и величина его на валу 2 равна сумме величин вращающих моментов, передаваемых указанными парами колес. Величина момента на выходном валу 2 может быть больше величины момента на входном валу за счет применения пар колес с соответствующими передаточными отношениями. Под воздействием приложенного момента выходной вал 2 приводится во вращение, частота которого зависит от нагрузки. Регулирующим звеном при этом является инерционная муфта. С началом вращения вала 2 соответственно увеличивается частота вращения первого центрального колеса 5 дифференциала и когда она сравняется с частотой вращения водила 4 дифференциала произойдет замыкание второго МСХ 15, что приведет к блокированию дифференциала и вращению его как единой детали, т.е. вращению водила 4 и обоих центральных колес 5 и 10 с одинаковой частотой. Ведомый вал 12 инерционной муфты и вторая пара колес 13 и 14 с учетом ее передаточного отношения при дальнейшем уменьшении нагрузки увеличивают частоту вращения выходного вала и когда она превысит частоту вращения колеса 8 произойдет размыкание первого МСХ 9 и весь поток мощности будет передаваться только через сблокированный дифференциал, инерционную муфту и вторую пару колес. В зависимости от принятых передаточных отношений пар колес, а также при малой нагрузке на выходном валу, он под воздействием вращающего момента, передаваемого через вторую пару колес 13, 14, способен быстро увеличить частоту вращения. Возможна иная очередность изменения режимов работы первого МСХ 9 и второго МСХ 15, по сравнению с указанной выше, т.е. вначале произойдет размыкание первого МСХ 9 и снятие нагрузки с первого центрального колеса 5 дифференциала, которое в связи с этим форсированно увеличивает частоту вращения и обеспечивает замыкание второго МСХ 15 и блокирование дифференциала. При этом второе центральное колесо 10 постоянно нагружено со стороны инерционной муфты. Далее вариатор работает указанным выше порядком.

Плавное изменение величины передаточного отношения между входным 1 и выходным 2 валами с соответствующим плавным изменением частоты вращения выходного вала в зависимости от нагрузки обеспечивается двумя основными свойствами вариатора, вытекающими из особенностей его устройства. Первое - возможность центральных колес 5 и 10 дифференциала вращаться с разной и переменной частотой относительно другу друга, в том числе способностью одного колеса 5 быть неподвижным и передавать в то же время на свой вал 6 вращающий момент с одновременным вращением другого центрального колеса 10 с удвоенной частотой по сравнению с частотой вращения входного вала 1 и водила 4. Здесь принимается во внимание, что второе центральное колесо 10 имеет постоянную нагрузку со стороны инерционной муфты. Второе - постоянная связь выходного вала 2 с ведомым валом 12 инерционной муфты при помощи второй пары колес 13 и 14, при этом ведомый вал 12 способен только к плавным изменениям частоты вращения. Этим обеспечивается достижение основной цели изобретения. Повышение компактности и уменьшение массы по сравнению с принятым прототипом достигается за счет коаксиальной установки обоих валов 11 и 12 инерционной муфты с валом 6 первого центрального колеса дифференциала. Изменение величины передаваемого вращающего момента обеспечивается применением пар колес 7 и 8 и 13 и 14 с соответствующими передаточными отношениями.

Использование: в транспортном машиностроении и станкостроении. Цель изобретения - расширение диапазона плавного регулирования величины передаточного отношения, повышение компактности, уменьшение массы. На входном валу 1 установлено водило 4 дифференциала, первое центральное колесо (ЦК) 5 которого посредством вала 6, первой пары колес 7 и 8 и первого механизма свободного хода (МСХ) 9 связано с выходным валом 2. Второе ЦК 10 дифференциала установлено на ведущем валу 11 инерционной муфты (ИМ) 3, ведомый вал 12 которой при помощи второй пары колес 13 и 14 связан с выходным валом. Передаточное отношение первой пары колес 7 и 8 больше, чем второй пары колес 13 и 14. Водило 4 и первое ЦК 5 связаны вторым МСХ 15, ведущая обойма которого соединена с ЦК 5, а ведомая обойма - с водилом. Второе ЦК 10, ведущий 11 и ведомый 12 валы ИМ установлены коаксиально валу 6 первого ЦК. При заторможенном нагрузкой выходном вале 2 ЦК 5 неподвижно, а ЦК 10 вращается с удвоенной частотой по сравнению с входным валом, МСХ 9 замкнут, МСХ 15 разомкнут, на выходной вал передается максимальный по величине момент через обе пары колес. При увеличении частоты вращения выходного вала под воздействием второй пары колес 13 и 14 МСХ 9 размыкается, а МСХ 15 замыкается, блокируя дифференциал. Момент на выходной вал передается только через ИМ и вторую пару колес 13 и 14. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Автоматический вариатор, содержащий параллельные входной и выходной валы, связанные с этими валами два механизма свободного хода и расположенные соосно дифференциал и инерционную муфту, водило дифференциала установлено на входном валу, одно из центральных колес дифференциала связано с выходным валом при помощи первой пары колес и первого механизма свободного хода, второе центральное колесо непосредственно соединено с ведущим валом инерционной муфты, ведомый вал муфты связан с выходным валом при помощи второй пары колес, имеющей меньшее по сравнению с первой парой колес передаточное отношение, отличающийся тем, что ведущий и ведомый валы инерционной муфты, соответствующие им полумуфты инерционной муфты и второе центральное колесо дифференциала установлены коаксиально с валом первого центрального колеса с выходом этого вала по обе стороны инерционной муфты. 2. Вариатор по п.1, отличающийся тем, что ведущая обойма второго механизма свободного хода жестко соединена с первым центральным колесом, а ведомая обойма - с водилом дифференциала. 3. Вариатор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что второй механизм свободного хода установлен между центральными колесами дифференциала.