АВТОМАТИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА Б.Ф.КОЧЕТКОВА Российский патент 1995 года по МПК F16H33/14 

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

Известна автоматическая передача, содержащая параллельные входной и выходной валы, инерционную муфту, дифференциал, водило которого установлено на входном валу, а центральные колеса кинематически связаны с инерционной муфтой и выходным валом, и три механизма свободного хода, ведущая обойма первого из которых кинематически связана с одним из центральных колес, а ведомая - с выходным валом, ведущая и ведомая обойма второго механизма свободного хода установлены соответственно на двух звеньях дифференциала, ведущая обойма третьего механизма свободного хода кинематически связана с одним из центральных звеньев дифференциала, а ведомая - с выходным валом, элементы передач размещены соосно входному и выходному валам, а каждая кинематическая связь представляет собой пару зубчатых колес [1].

У этой автоматической передачи выходной вал размещен параллельно дифференциалу и инерционной муфте, что усложняет устройство, увеличивает габаритные размеры и массу. Соосное последовательное размещение раздельных входного и промежуточных валов усложняет устройство и уменьшает надежность конструкции.

Известна также автоматическая передача, содержащая входной и выходной валы, инерционную муфту, ведущий вал которой установлен на входном валу, дифференциал, первое центральное колесо которого установлено на ведомом валу инерционной муфты, водило связано с выходным валом, и три механизма свободного хода, ведущая и ведомая обоймы первого из которых соответственно связаны с входным и выходным валами, ведомый и ведущий валы инерционной муфты установлены коаксиально, ведомые обоймы второго и третьего механизмов свободного хода установлены на выходном валу, а ведущие соответственно связаны с водилом и первым центральным колесом, а второе центральное колесо установлено на входном валу [2].

В варианте конструктивного оформления указанной автоматической передачи ведущее звено инерционной муфты установлено на ее ведомом валу, а ведомое - на ведущем валу, подвод мощности осуществлен к выходному валу, а съем - с входного.

У этой автоматической передачи выходной вал, а в варианте конструктивного оформления - входной вал размещен параллельно дифференциалу, что увеличивает размеры передачи и ее массу. Инерционная муфта непосредственно связана с входным или выходным валом, т.е. совмещена с основным суммарным потоком мощности и воспринимает повышенную нагрузку, что уменьшает надежность работы, обуславливает необходимость повышения ее прочности и усложняет устройство.

Целью изобретения является повышение компактности, уменьшение массы, увеличение надежности и упрощение устройства.

Это достигается тем, что в автоматической передаче, содержащей входной и выходной валы, инерционную муфту, дифференциал, первое из центральных колес которого связано с инерционной муфтой, и три механизма свободного хода, ведущая и ведомая обоймы первого из которых соответственно связаны с входным и выходным валами с применением пары колес, водило дифференциала устанавливается на входном валу, размещенные соосно полые ведущий и ведомый валы инерционной муфты, полый вал второго центрального колеса дифференциала и входной вал устанавливаются коаксиально в указанной последовательности в направлении к общей осевой линии и каждый из этих трех последних валов при помощи соответствующей ему пары колес, передаточные отношения которых соответственно увеличиваются в указанной последовательности, кинематически связывают с выходным валом, на ведущем валу инерционной муфты устанавливают первое центральное колесо дифференциала, а на ведомом - ведущее колесо из пары колес с наименьшим передаточным отношением, ведущую обойму второго механизма свободного хода связывают с валом второго центрального колеса дифференциала, а ведомую - с выходным валом, ведущую обойму третьего механизма свободного хода связывают с водилом дифференциала, а ведомую - с первым центральным колесом дифференциала.

В варианте устройства автоматической передачи применяется вторая и третья пары колес, связывающих выходной вал соответственно с валом второго центрального колеса дифференциала, выполненным в виде стержня, и ведомым валом инерционной муфты.

На фиг. 1 изображена автоматическая передача; на фиг. 2 и 3 - инерционная муфта в двух проекциях соответственно; на фиг. 4 - вариант устройства автоматической передачи.

Автоматическая передача (фиг. 1) содержит входной 1 и выходной 2 валы. На входном валу установлено водило 3 дифференциала, первое центральное колесо 4 которого установлено на полом ведущем валу 5 инерционной муфты 6, а второе центральное колесо 7 - на полом валу 8, который размещен внутри полого ведущего вала 5 инерционной муфты и содержит внутри себя входной вал.

С выходным валом 2 связаны три пары зубчатых колес. Первая пара колес 9, 10, имеющая наибольшее передаточное отношение, связывает входной вал 1 с выходным валом 2, с включением в эту связь первого механизма свободного хода 11 (МСХ), ведущая обойма которого связана с входным валом, а ведомая - с выходным. Вторая пара колес 12, 13 связывает полый вал 8 второго центрального колеса 7 дифференциала с выходным валом 2 с применением в этой связи второго механизма свободного хода 14, ведущая обойма которого связана с валом 8, а ведомая - с выходным валом 2. Третья пара колес 15, 16, имеющая наименьшее передаточное отношение, связывает ведомый вал 17 инерционной муфты 6 с выходным валом 2. У третьего механизма свободного хода 18 ведущая обойма связана с водилом 3 дифференциала, а ведомая - с ведущим валом 5 инерционной муфты 6 и первым центральным колесом 4 дифференциала.

В автоматической передаче могут применяться любые инерционные муфты, допускающие вращение ведущего и ведомого валов с разными частотами, передающими вращающий момент, величина которого определяется разностью частот вращения указанных валов, и позволяющие коаксиальную установку этих валов с другими валами.

В инерционной муфте (фиг. 2 и 3) ведущее звено выполнено в виде шарнирно закрепленного на полом ведущем валу 5 коромысла 19 с размещенными на его концах инерционными грузами 20 в виде тел вращения. Ведомое звено муфты выполнено в виде закрепленного на ведомом валу 17 наклонного диска 21, находящегося в контакте с инерционными грузами. В диске выполнено центральное отверстие для свободного прохода полого вала 8 второго центрального колеса 7 дифференциала и расположенного коаксиально входного вала 1, при этом оба этих вала расположены на одной оси внутри полых ведущего 5 и ведомого 17 валов.

Шарнир ведущего звена выполнен в виде прикрепленных перпендикулярно к концу ведущего вала 5 двух шипов 22, служащих осями поворота рамки 23, на которой закреплены коромысла 19. Шипы 22 шарнира коромысла расположены на пересечении плоскости, проходящей через диск 21, с осевой линией валов 1, 8, 5. С этой целью рамка 23 коромысла выполнена с изгибом, а диск 21 - с выемкой 24.

С целью устранения пульсирующего характера передаваемого вращающего момента в муфте на дополнительных коромыслах 25, установленных с возможностью поворота на стержнях основного коромысла 19, размещаются дополнительные грузы 26, ось вращения каждого из которых направлена через ось муфты.

Положительным качеством этой муфты является совмещение совокупной массы всех инерционных грузов с осью вращения при любом их положении, что устраняет вибрации при вращении инерционных грузов относительно оси.

Вариант устройства автоматической передачи на фиг. 4, отличается от автоматической передачи, приведенной на фиг. 1, тем, что в ней имеются только две - вторая 12, 13 и третья 15, 16 пары колес, применяемые в основном варианте устройства (фиг. 1), и вал 8 второго центрального колеса 7 дифференциала выполнен в виде стержня, размещенного внутри полых ведущего 5 и ведомого 17 валов инерционной муфты.

Автоматическая передача работает следующим образом.

Автоматическая передача (фиг. 1) имеет четыре режима работы, а на фиг. 7 - три режима работы, автоматическая смена которых в зависимости от нагрузки на выходном валу 2 осуществляется при помощи механизмов свободного хода за счет разницы в передаточных отношениях применяемых пар колес. Регулирующим звеном является инерционная муфта 6, у которой величина передаваемого вращающего момента находится в зависимости от разности частот вращения ведущего и ведомого звеньев.

Принцип действия любой из возможных к применению инерционных муфт одинаков и не зависит от их устройства. Развиваемый в муфтах момент определяется изменением момента количества движения инерционных грузов из-за изменения скорости их вращения и радиуса расположения грузов относительно оси муфты. Это достигается путем перемещения грузов 20, 26 по наклонной поверхности диска 21 при их вращении вокруг оси муфты.

В муфте грузы перекатываются по опорной поверхности, что сводит к минимуму потери на трение. Поскольку при постоянной угловой скорости скорость вращения (движения) грузов находится в прямой зависимости от их расстояния от оси вращения, при изменении этого расстояния соответственно одновременно изменяются две составляющие момента количества движения - радиус и скорость. При этом увеличение момента количества движения грузов происходит за счет потока мощности по ведущему валу 5, а уменьшение - в связи с взаимодействием грузов с ведомой полумуфтой, что определяет передачу на ведомый вал 17 постоянного по направлению вращающего момента.

При большой нагрузке на выходном валу 2 (фиг. 1) и малой частоте его вращения мощность передается через все три пары колес и замкнутые МСХ 11 и МСХ 14. При этом МСХ 18 разомкнут, поскольку первое центральное колесо 4 дифференциала и ведущий вал 5 вращаются с большей частотой по сравнению с водилом 3. При данном первом режиме работы обеспечивается наибольшее и фиксированное по величине передаточное отношение между входным 1 и выходным 2 валами, поскольку они непосредственно связаны первой парой колес 9, 10 с соответствующим наибольшим передаточным отношением. Инерционная муфта 6 передает максимальный по величине вращающий момент в связи с большой разностью в частотах вращения ее ведущего 5 и ведомого 17 валов. Потоки мощности, направляемые по второй 12, 13 и третьей 15, 16 парам колес и их способность увеличить частоту вращения при неизменной частоте вращения входного вала 1, позволяет увеличить частоту вращения выходного вала 2 при уменьшении нагрузки. При этом угловая скорость выходного вала превысит угловую скорость колеса 10 и ведущей обоймы МСХ 11, что приведет к его размыканию и прекращению передачи мощности через первую пару колес 9, 10. Это соответствует переходу на второй режим работы.

При втором режиме работы мощность на выходной вал передается через вторую 12, 13 и третью 15, 16 пары колес и замкнутый МСХ 14. При этом МСХ 11 и МСХ 18 разомкнуты. Благодаря способности центральных колес 4, 7 дифференциала и ведомого вала 17 инерционной муфты вращаться с переменной частотой режим работы является вариаторным, т.е. частота вращения выходного вала 2 может плавно изменяться и зависит от нагрузки. При дальнейшем уменьшении нагрузки и увеличении частоты вращения выходного вала произойдет выравнивание угловых скоростей центральных колес 4, 7 и водила 3 дифференциала, что приведет к замыканию МСХ 18, т.е. блокированию дифференциала и переходу на третий режим работы.

При третьем режиме работы мощность передается через сблокированный дифференциал, инерционную муфту, вторую и третью пары колес, замкнутые МСХ 14 и МСХ 18, что обуславливает передачу момента при фиксированной величине передаточного отношения. При этом в связи с большей частотой вращения ведущего вала 5 по сравнению с ведомым валом 17 выходной вал 2 имеет возможность увеличить частоту вращения при уменьшении нагрузки и, когда его угловая скорость превысит угловую скорость колеса 13, произойдет размыкание МСХ 14 и переход на четвертый режим работы.

При четвертом режиме работы весь поток мощности передается через сблокированный при помощи МСХ 18 дифференциал, инерционную муфту и третью пару колес. Режим работы является вариаторным и целиком определяется известными условиями работы инерционной муфты, при которых величина передаваемого инерционной муфтой момента находится в прямой зависимости от величины разности угловых скоростей ведущего 5 и ведомого 17 валов этой муфты.

При уменьшении нагрузки на выходном валу происходит обратный процесс перемены режимов работы с четвертого на первый.

Приведенное выше описание работы автоматической передачи по фиг. 1 иллюстрируется конкретными примерами кинематического анализа каждого из режимов работы. Условная частота вращения (n) входного вала 1 принимается постоянной и равной 24, передаточное отношение первой пары колес 9, 10 равно 6, второй пары колес 12, 13 - двум и третьей пары колес 15, 16 - единице.

Первый режим работы.

n₁ = n₃ = n₉ = 24; n₁₀ = n₂ = n₁₃ = n₁₆ = 4; n₁₂ = n₈ = n₇ = 8;
2n₃ = n₇ + n₄; n₄ = n₅ = 2n₃ - n₇ = 48 - 8 = 40; n₁₇ = n₁₅ = 4;
поскольку n₅ > n₁₇, муфта передает момент;
поскольку n₂ = n₁₀, МСХ 11 замкнут;
поскольку n₂ = n₁₃, МСХ 14 замкнут;
поскольку n₃ < n₅, МСХ 18 разомкнут.

Режим работы фиксированный, поскольку входной 1 и выходной 2 валы непосредственно связаны первой парой колес 9, 10. Выходной вал 2 при уменьшении нагрузки способен увеличить частоту вращения под действием потоков мощности, передаваемых второй и третьей парами колес, и в связи с возможностью увеличения частоты вращения этих колес при неизменной частоте вращения входного вала 1, поскольку кинематическая связь входного вала с выходным валом осуществляется с применением дифференциала и инерционной муфты.

Второй режим работы.

n₁ = n₃ = n₉ = 24; n₂ = n₁₃ = n₁₆ = 6 (принимается произвольно в пределах свыше 4 и до 12); n₁₀ = 4, n₁₂ = n₈ = n₇ = 12;
n₄ = n₅ = 2n₃ - n₇ = 48 - 12 = 36; n₁₅ = n₁₇ = 6;
поскольку n₅ > n₁₇, муфта передает момент;
поскольку n₂ > n₁₀, МСХ 11 разомкнут;
поскольку n₂ = n₁₃, МСХ 14 замкнут;
поскольку n₃ < n₅, МСХ 18 разомкнут.

Режим работы вариаторный, поскольку центральные колеса 4, 7 дифференциала и ведомый вал 17 инерционной муфты способны при данных состояниях МСХ вращаться с переменной частотой, зависящей от нагрузки на выходном валу 2.

Третий режим работы.

n₁ = n₃ = n₉ = n₄ = n₇ = n₅ = n₈ = n₁₂ = 24; n₁₀ = 4;
n₂ = n₁₃ = n₁₆ = 12; n₁₅ = n₁₇ = 12.

поскольку n₅ > n₁₇, муфта передает момент;
поскольку n₂ > n₁₀, МСХ 11 разомкнут;
поскольку n₂ = n₁₃, МСХ 14 замкнут;
поскольку n₃ = n₅, МСХ 18 замкнут.

Режим работы фиксированный, поскольку дифференциал блокирован при помощи МСХ 18 и вторая пара колес 12, 13 при замкнутом МСХ 14 передает на выходной вал постоянную частоту вращения от входного вала. Однако при уменьшении нагрузки выходной вал 2 способен увеличить частоту вращения под действием потока мощности, передаваемой по третьей паре колес 15, 16, при условии, когда ведущий вал 5 вращается с большей частотой по сравнению с ведомым валом 17.

Четвертый режим работы.

n₁ = n₃ = n₉ = n₄ = n₇ = n₅ = n₈ = n₁₂ = 24; n₁₀ = 4;
n₂ = n₁₆ = 20 (принимается произвольно в пределах от 12 до 24);
n₁₃ = 12; n₁₆ = n₁₅ = n₁₇ = 20;
поскольку n₅ > n₁₇, муфта передает момент;
поскольку n₂ > n₁₀, МСХ 11 разомкнут;
поскольку n₂ > n₁₃, МСХ 14 разомкнут;
поскольку n₃ = n₅, МСХ замкнут.

Режим работы вариаторный, поскольку при указанных положениях МСХ весь поток мощности от входного вала 1 на выходной вал 2 направляется только через инерционную муфту по третьей паре колес.

Динамика автоматической передачи очевидна из приведенного кинематического анализа, т.к. величина момента, передаваемого инерционной муфтой, зависит от разности частот вращения ее ведущего 5 и ведомого 17 валов (т.е. чем меньшая частота вращения ведомого вала, тем больший момент передается муфтой, и наоборот), а величина момента, передаваемого парами колес, включенными в кинематические связи, определяется их передаточным отношением.

Работа автоматической передачи по второму (фиг. 4) варианту конструктивного оформления аналогична приведенному выше первому (фиг. 1) варианту устройства. Отличие определяется отсутствием первой пары колес и первого МСХ 11. В связи с этим передача имеет три режима работы - два вариаторных и один (промежуточный) с фиксированным по величине передаточным отношением. Это определяет возможность нормальной работы передачи при сколь угодно малой угловой скорости выходного вала 2 и даже при полной его остановке под воздействием приложенной нагрузки, что обеспечивает плавное изменение частоты его вращения от нулевой до максимальной, определяемой передаточным отношением третьей пары колес 15, 16. Следовательно, указанный вариант конструктивного оформления автоматической передачи имеет свойства автоматического вариатора с двумя режимами работы.

Использование: машиностроение. Сущность изобретения: автоматическая передача содержит входной и выходной валы, инерционную муфту, дифференциал, три механизма свободного хода (МСХ). Водило дифференциала и три пары колес. Первое центральное колесо дифференциала установлено на полом ведущем валу инерционной муфты, второе центральное колесо 7 дифференциала - на полом валу 8. валы 5,8, 1 размещены коаксиально. Первая пара колес 9,10 связывает второй вал с выходным валом, вторая пара колес 12,13 - вал 8 с выходным валом и третья пара 15,16 - полый ведомый вал 17 с выходным валом. Первая и вторая пары колес связаны с выходным валом соответственно через МСХ, ведомые обоймы которых установлены на выходном валу. Ведущая обойма третьего МСХ связана с водилом дифференциалла, ведомая - с ведущим валом инерционной муфты. Регулирующим звеном является инерционная муфта, изменение режимов работы, два из которых являются вариаторными, происходит путем автоматического замыкания и размыкания соответствующих МСХ в зависимости от нагрузки на выходном валу и частоты его вращения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

АВТОМАТИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА Б Ф КОЧЕТКОВА.