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 передачи 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 которого 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.

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 мощности с входного [2]
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 связана с входным или выходным валом, т.е. совмещена с основным 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 посредством пары колес, первое центральное колесо дифференциала устанавливают на ведомом валу инерционной муфты, водило дифференциала на выходном валу, который размещают внутри полых ведущего и ведомого валов инерционной муфты и полого вала второго центрального колеса дифференциала, входной вал при помощи пар колес связывают соответственно с выходным валом, валом второго центрального колеса дифференциала и ведущим валом инерционной муфты, передаточные отношения этих пар колес уменьшаются в указанной последовательности, ведущую обойму второго механизма свободного хода связывают с входным валом, а ведомую с валом второго колеса дифференциала, ведущую обойму третьего механизма свободного хода связывают с ведомым валом инерционной муфты, а ведомую с водилом дифференциала.

В варианте устройства автоматической передачи применяется вторая и третья пары колес, связывающих входной вал соответственно с валом второго центрального колеса дифференциала, выполненным в виде стержня, и ведущим 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. Водило 3 дифференциала установлено на выходном валу 2, размещенном внутри полых ведущего 7 и ведомого 5 валов инерционной муфты 6 и полого вала 8 второго центрального колеса 9 дифференциала. Первое центральное колесо 4 дифференциала установлено на ведомом валу 5 инерционной муфты 6. С входным валом связаны три пары зубчатых колес. Первая пара колес 10, 11, имеющая наибольшее передаточное отношение, связывает входной вал с выходным включением в эту связь первого МСХ 12, ведущая обойма которого связана с входным валом, а ведомая с выходным.

Вторая пара колес 13, 14 связывает входной вал 1 с полым валом 8 второго центрального колеса 9 дифференциала с использованием в этой связи второго МСХ 15, ведущая обойма которого связана с входным валом 1, а ведомая с полым валом 8.

Третья пара колес 16, 17, имеющая наименьшее передаточное отношение, непосредственно связывает входной вал 1 с ведущим валом 7 инерционной муфты. Третий МСХ 18 размещен внутри дифференциала между центральными колесами 4 и 9 и его ведущая обойма связана с ведомым валом 5 инерционной муфты, а ведомая обойма с водилом 3 дифференциала.

Приведенная в качестве примера инерционная муфта 6 (фиг. 2, 3) содержит ведущий вал 7, на котором установлено водило 19 в виде радиальных выступов в количестве более двух, к концам которых при помощи шарниров в виде осей 20 присоединены шатуны 21, несущие на своих концах инерционные грузы 22 в виде роликов, имеющих возможность свободно вращаться на своих осях 23, которые прикреплены к концам шатунов параллельно осевой линии 00. Применяется более двух инерционных грузов. На ведомом валу 5 установлена ведомая полумуфта, выполненная в виде барабана 24, эксцентрически прикрепленного к этому валу. Внутри барабана соосно ему размещается обод 25.

Цилиндрическая стенка 26 барабана и обод 25 образуют кольцевую полость 27, в которой размещаются инерционные грузы 22, контактируя с внутренней поверхностью цилиндрической стенки 26 барабана и наружной поверхностью обода 25. Наличие более двух инерционных грузов обеспечивает фиксированное положение обода относительно осевой линии 0₁0₁ соосно барабану, что в свою очередь обеспечивает постоянное поджатие инерционных грузов к внутренней поверхности цилиндрической стенки барабана.

Для устранения возможности сдвига обода в осевом направлении на его внешней цилиндрической поверхности имеется кольцевой выступ 28, который совмещен с кольцевыми пазами 29 на цилиндрических поверхностях инерционных грузов. Осевые линии муфты 00 и барабана с ободом 0₁0₁ параллельны и расстояние между ними является плечом при создании вращающего момента за счет давления инерционных грузов на цилиндрическую стенку барабана, установленного эксцентрически относительно оси 00 вращения. Положительным качеством этой муфты является малые размеры в осевом направлении.

Вариант устройства автоматической передачи на фиг. 4 отличается от автоматической передачи, приведенной на фиг. 1 тем, что в ней имеется только две вторая 13, 14 и третья 16, 17 пары колес, применяемых в основном варианте устройства (фиг. 1) и вал 8 второго центрального колеса 9 дифференциала выполнен в виде стержня, размещенного внутри полых ведущего 7 и ведомого 5 валов инерционной муфты.

Автоматическая передача работает следующим образом.

Автоматическая передача имеет или четыре режима работы (фиг. 1) или три режима работы (фиг. 4), автоматическая смена которых в зависимости от нагрузки на выходном валу 2 осуществляется при помощи механизмов свободного хода (МСХ) 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 (фиг. 2 и 3) за счет их перемещения вдоль эксцентрической поверхности стенки 26 барабана 24. Грузы при этом 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. Известно, что согласно фундаментальному физическому закону сохранения момент количества движения может быть изменен только под воздействием внешних сил. В данном случае увеличение момента количества движения грузов происходит за счет потока мощности по ведущему валу 7, а уменьшение в связи с взаимодействием грузов с ведомой полумуфтой, связанной с ведомым валом 5, что определяет передачу на этот вал постоянного по направлению вращающего момента.

При большой нагрузке на выходном валу 2 и малой частоте его вращения мощность передается через все три пары колес 10 и 11, 13 и 14, 16 и 17 и замкнутые МСХ 12 и МСХ 15. При этом МСХ 18 разомкнут, поскольку первое центральное колесо 4 дифференциала и ведомый 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 10, 11 с соответствующим наибольшим передаточным отношением. Инерционная муфта 6 передает максимальный по величине вращающий момент в связи с большой разностью в частотах вращения ее ведущего 7 и ведомого 5 валов. Потоки мощности, направляемые по второй 13, 14 и третьей 16, 17 парам колес, и их способность увеличить частоту вращения при неизменной частоте вращения входного вала позволяет увеличить частоту вращения выходного вала 2 при уменьшении нагрузки. При этом угловая скорость кинематически связанного с выходным валом колеса 10 превысит угловую скорость входного вала 1, что приведет к размыканию МСХ 12 и прекращению передачи мощности через первую пару колес 10, 11. Это соответствует переходу на второй режим работы.

При втором режиме работы мощность на выходной вал передается через вторую 13, 14 и третью 16, 17 пары колес и замкнутый МСХ 15, при этом МСХ 12 и МСХ 18 разомкнуты. Благодаря способности центральных колес 4 и 9 дифференциала и ведомого вала 5 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, 9 и водила 3 дифференциала, что приведет к замыканию МСХ 18, т. е. блокированию дифференциала, когда он вращается как единая деталь без потерь мощности, и переходу на третий режим работы.

При третьем режиме работы мощность передается через вторую и третью пары колес, МСХ 15, инерционную муфту 6, сблокированный дифференциал и замкнутый МСХ 18, что обуславливает передачу вращающего момента при фиксированной величине передаточного отношения. При этом в связи с большей частотой вращения ведущего вала 7 по сравнению с ведомым валом 5 выходной вал 2 вместе со сблокированным с ним дифференциалом имеет возможность увеличить частоту вращения при уменьшении нагрузки и, когда угловая скорость кинематически связанного с выходным валом колеса 13 превысит угловую скорость входного вала 1, произойдет размыкание МСХ 15 и переход на четвертый режим работы.

При четвертом режиме работы весь поток мощности передается через третью пару колес 16, 17, инерционную муфту 6 и сблокированный дифференциал. Режим работы является вариаторным и целиком определяется известными условиями работы инерционной муфты, при которых величина передаваемого вращающего момента находится в прямой зависимости от величины разности угловых скоростей ведущего 7 и ведомого 5 валов этой муфты.

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

Работа автоматической передачи по второму упрощенному варианту конструктивного оформления (фиг. 4) аналогична приведенному выше основному варианту устройства. Отличие определяется отсутствием первой пары колес 10, 11 и первого МСХ 12. 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 16, 17 и режимов работы инерционной муфты 6.

Оба приведенных варианта устройства автоматической передачи имеют свойства автоматического вариатора с двумя режимами работы, разделяемыми фиксированным по величине передаточного отношения режимов работы, который не препятствует плавному совмещению указанных двух вариаторных режимов работы по частоте вращения выходного вала.

Использование: машиностроение. Сущность изобретения: первый вариант передачи имеет входной и выходной валы, дифференциал, водило которого установлено на входном валу, инерционную муфту, три пары колес и три механизма свободного хода (МСХ). Первое центральное колесо дифференциала установлено на ведомом ведущем валу инерционной муфты, водило дифференциала на выходном валу. Первая пара колес связывает входной вал с выходным, вторая пара колес полый вал с выходным, а третья пара полый ведомый вал инерционной муфты с выходным валом. Первая и вторая пары колес связаны с выходным валом через МСХ, ведомые обоймы которых установлены на выходном валу. Третий МСХ размещается между центральными колесами. Дифференциал и его ведущая обойма связаны с водилом дифференциала, ведомая с ведущим валом инерционной муфты. Регулирующим звеном является инерционная муфта. Изменение режимов работы 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.

1. Автоматическая передача, содержащая 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 посредством пары колес, отличающаяся тем, что первое центральное колесо дифференциала установлено на ведомом валу инерционной муфты, водило дифференциала на выходном валу, который размещен внутри полых ведущего и ведомого валов инерционной муфты и полого вала второго центрального колеса дифференциала, входной вал при помощи пар колес связан соответственно с выходным валом, валом второго центрального колеса дифференциала и ведущим валом инерционной муфты, передаточные отношения этих пар колес уменьшаются в указанной последовательности, ведущая обойма второго механизма свободного хода связана с входным валом, а ведомая с валом второго центрального колеса дифференциала, ведущая обойма третьего механизма свободного хода связана с ведомым валом инерционной муфты, а ведомая с водилом дифференциала. 2. Передача по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена второй и третьей парами колес, связывающими входной вал соответственно с валом второго центрального колеса дифференциала, выполненным в виде стержня, и ведущим валом инерционной муфты.