АВТОМАТИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 1995 года по МПК F16H33/14 F16H3/74 

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

Известна автоматическая коробка передач, содержащая входной, выходной и промежуточный валы, инерционную муфту, ведущий вал которой является входным валом передачи, а ведомый вал постоянно кинематически связан при помощи первой пары колес с выходным валом, промежуточный вал установлен соосно выходному валу и связан с ним при помощи механизма свободного хода, и с входным валом кинематически связан при помощи второй пары колес, имеющей более высокое передаточное отношение по сравнению с первой парой колес [1]
Известна также автоматическая передача, содержащая входной и выходной валы, корпус, инерционную муфту, ведущее звено которой установлено на входном валу коаксиально ведомому звену, механизм свободного хода и дифференциал, кинематически связанные между собой, все элементы передачи расположены соосно, каждое из трех звеньев дифференциала соединено соответственно с входным и выходным валом и ведомым звеном инерционной муфты, ведущая обойма механизма свободного хода установлена на ведомом звене инерционной муфты с возможностью его вращения в сторону ведущего звена, а ведомая обойма установлена в корпусе [2]
У этой автоматической передачи отсутствует возможность передачи вращающего момента от выходного вала на входной вал, что не позволяет использовать двигатель для торможения выходного вала и рабочей машины, т.е. сужает функциональные возможности механизма.

Предлагаемое изобретение обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в расширении функциональных возможностей за счет обеспечения торможения двигателем выходного вала при одновременном уменьшении габаритов и массы передачи.

Указанный технический результат достигается тем, что у автоматической передачи, содержащей установленные соосно входной и выходной валы, корпус, инерционную муфту, ведущее звено которой установлено на входном валу, размещенном по оси муфты по обе стороны от ней, механизм свободного хода, ведущая обойма которого установлена на ведомом звене инерционной муфты с возможностью его вращения в сторону ведущего звена, а ведомая обойма установлена в корпусе, и дифференциал, каждое из трех звеньев которого соединено соответственно с входным и выходным валом и ведомым звеном инерционной муфты, водило дифференциала установлено на выходном валу, одно из центральных колес на входном валу, а второе центральное колесо посредством ведомого вала инерционной муфты связано с ведомым звеном этой муфты, в состав передачи включен тормозной механизм свободного хода, ведущая обойма которого связана с выходным валом, а ведомая с входным валом, при этом, как частные случаи выполнения, ведущая обойма тормозного механизма свободного хода установлена на водиле дифференциала, а ведомая на его центральном колесе, установленном на входном валу.

Указанные существенные признаки, характеризующие изобретение, обеспечивают достижение заданного технического результата за счет применения тормозного механизма свободного хода, который при неработающем двигателе и, следовательно, при вращении выходного вала за счет инерции рабочей машины или движении ее под уклон, обеспечивают передачу вращающего момента от выходного вала на заторможенный входной вал и далее на двигатель. Малые габариты и масса передачи обеспечиваются соосным расположением всех ее элементов и плотной их компоновкой.

На фиг. 1 изображена автоматическая передача; на фиг.2 и 3 инерционная муфта в двух проекциях соответственно.

Автоматическая передача (фиг. 1) содержит размещенные на одной осевой линии входной 1 и выходной 2 валы, инерционную муфту 3, ведущее звено которой установлено на входном валу 1. Ведомый вал 4 инерционной муфты выполнен полым и сквозь него свободно проходит входной вал 1. На оконечностях входного вала 1 и ведомого вала 4 установлены соответственно первое 5 и второе 6 центральные колеса дифференциала, водило 7 которого установлено на выходном валу 2. Второе центральное колесо 6 имеет центральное отверстие, сквозь которое свободно проходит входной вал 1. На ведомом валу 4 инерционной муфты установлен механизм свободного хода 8 (МСХ 8), ведущая обойма которого закреплена на этом валу, а ведомая обойма жестко соединена с корпусом 9 передачи. МСХ 8 обеспечивает возможность вращения ведомого вала 4 в сторону вращения входного вала 12 и препятствует вращению в противоположном направлении. Водило 7 и первое центральное колесо 5 дифференциала связывает тормозной механизм свободного хода 10 (МСХ 10), ведущая обойма которого связана с водилом и выходным валом, а ведомая обойма с первым центральным колесом 5 и входным валом 1.

В автоматической передаче могут применяться любые инерционные муфты, допускающие вращение ведущего и ведомого валов с разными частотами в зависимости от нагрузки и передающие вращающий момент, величина которого определяется частотой вращения этих валов один относительно другого, и допускающая соосную установку ведущего вала внутри полого ведомого вала.

В приведенной в качестве примера инерционной муфте (фиг.2 и 3) ведущее звено выполнено в виде расположенной симметрично оси О-О муфты рамки 11, а входной вал 1, являющийся ведущим валом муфты, состоит из двух частей, прикрепленных соосно с двух сторон этой рамки. На рамке 11 в подшипниках 12 на одной осевой линии О₁-О₁ размещены радиальные валы 13, на внутренней оконечности каждого из которых перпендикулярно его оси О₁-О₁ закреплен инерционный груз в форме маховика 14, а на внешней оконечности каждого из этих валов закреплен конический сателлит 15, входящий в зацепление с центральным колесом 16. При большой величине передаточного отношения между сателлитом 15 и центральным колесом 16 рамка 11 с маховиками 14 размещается внутри обода колеса 16, жестко соединенного с ведомым валом 4 при помощи вогнутой связи 17. Осевые линии муфты О-О и маховиков О₁-О₁ перпендикулярны и пересекаются в центральной точке О¹. С целью повышения жесткости конструкции маховики связаны между собой подшипником 18 с возможностью вращения в противоположные стороны относительно друг друга.

Автоматическая передача работает следующим образом.

При разной частоте вращения входного вала 1 и ведомого вала 4 муфты сателлиты 15 обкатываются по центральному колесу 16, приводя маховики 14 во вращение вокруг оси О₁-О₁. При этом маховики относительно друг друга вращаются в противоположные стороны. Вращение маховиков одновременно вокруг двух пересекающихся осей О-О и О₁-О₁ является их вращением вокруг центральной точки О¹ пересечения этих осей. Вращающиеся маховики имеют определенный момент количества движения. Известно, что момент количества движения тела относительно точки является векторной величиной и при этом он проявляется с соблюдением фундаментального физического закона сохранения. В данном случае в связи с вращением маховиков одновременно вокруг двух осей О-О и О₁-О₁ направление их векторов момента количества движения постоянно принудительно изменяется, что является следствием воздействия на маховики моментов внешних сил со стороны колеса 16 и ведомого вала 4. При этом согласно физическому закону равенства и противоположной направленности действия и противодействия тел на колесо 16, ведомый вал 4 и далее на второе центральное колесо 6 передается вращающий момент, величина которого зависит от интенсивности изменения направления векторов моментов количества движения маховиков, т.е. от разности частот вращения входного вала 1 и ведомого вала 4. Вращение маховиков в противоположные стороны уравновешивает возникающие гироскопические силы и уменьшает нагрузку на подшипники. Размещение маховиков у оси О-О муфты сводит к минимуму воздействующие на них центробежные силы и уменьшает динамические нагрузки на элементы передачи.

Автоматическая передача имеет три режима работы.

Первый режим работы. При большом моменте сопротивления на выходном валу 2, постоянной частоте вращения входного вала 1 и первого центрального колеса 5 дифференциала ведомый вал 4 инерционной муфты, связанный с центральным колесом 6 дифференциала, неподвижен, поскольку механизм свободного хода 8 препятствует его вращению в противоположную сторону по сравнению с входным валом 1. При неподвижном ведомом вале 4 инерционная муфта мощность не передает и не потребляет ее, поскольку она не способна преобразовывать механическую энергию в тепловую. Вся мощность от двигателя по валу 1 передается на центральное колесо 5 с созданием на нем соответствующего вращающего момента. При равенстве моментов на центральных колесах 5 и 6 дифференциала на водило 7 и выходной вал 2 будет передаваться сумма этих моментов. Следовательно, на выходной вал 2 будет передаваться момент, величина которого в два раза превышает момент на входном валу 1, при этом частота вращения выходного вала 2 будет в два раза меньше частоты вращения входного вала 1, что обуславливается неподвижностью центрального колеса 6. При уменьшении нагрузки на выходном валу 2 соответственно снимается нагрузка на ведомом валу 4 инерционной муфты и он под действием момента, передаваемого через инерционную муфту 3, начнет вращаться. Автоматическая передача переходит на второй режим работы.

При втором режиме работы частота вращения ведомого вала 4 инерционной муфты и связанного с ним центрального колеса 6 будет зависеть от нагрузки на выходном валу 2. Соответственно этому и частота вращения выходного вала 2 будет находиться в обратной зависимости от приложенной к нему нагрузки, т.е. второй режим работы является вариаторным.

При увеличении нагрузки на выходном валу 2 происходит обратный процесс перехода со второго режима работы на первый режим.

Третий режим работы. При неработающем двигателе и движении рабочей машины по инерции или под углом происходит вращение выходного вала 2 за счет кинематической энергии движущейся рабочей машины. При этом в связи с изменением направления потока мощности происходит замыкание тормозного механизма свободного хода 10 и вращающий момент от выходного вала 2 передается на входной вал 1 и далее на неработающий двигатель, что обеспечивает торможение рабочей машины при помощи двигателя.

Использование: машиностроение. Сущность изобретения: передача содержит входной и выходной валы, корпус, инерционную муфту, механизм свободного хода (МСХ), тормозной механизм свободного хода (ТМСХ) и дифференциал. Водило дифференциала установлено на выходном валу. Одно центральное колесо дифференциала установлено на входном валу, другое посредством ведомого вала инерционной муфты связано с ведомым звеном этой муфты. Ведущая обойма ТМСХ связана с выходным валом, а ведомая обойма с выходным валом. Ведущая обойма МСХ установлена на ведомом звене инерционной муфты, а ведомая обойма в корпусе. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. АВТОМАТИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА, содержащая установленные соосно входной и выходной валы, корпус, инерционную муфту, ведущее звено которой установлено на входном валу, размещенном на оси муфты по обе стороны от нее, механизм свободного хода, ведущая обойма которого установлена на ведомом звене инерционной муфты с возможностью его вращения в сторону ведущего звена, а ведомая обойма установлена в корпусе, и дифференциал, каждое из трех звеньев которого соединено соответственно с входным и выходным валом и ведомым звеном инерционной муфты, отличающаяся тем, что водило дифференциала установлено на выходном валу, одно из центральных колес на входном валу, а второе центральное колесо посредством ведомого вала инерционной муфты связано с ведомым звеном этой муфты, в состав передачи включен тормозной механизм свободного хода, ведущая обойма которого связана с выходным валом, а ведомая обойма с входным валом. 2. Автоматическая передача по п.1, отличающаяся тем, что ведущая обойма тормозного механизма свободного хода установлена на водиле дифференциала, а ведомая обойма не его центральном колесе, установленном на входном валу.