АВТОМАТИЧЕСКАЯ БЕССТУПЕНЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 1996 года по МПК F16H33/14 F16H3/74 

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 механизмы свободного хода, ведущая и ведомая обоймы которых связаны с центральными колесами, инерционной муфтой, входным и выходным валами, при этом каждая кинематическая связь представляет собой пару зубчатых колес, а все элементы размещены соосно с выходным и выходным валами (см. авторское свидетельство N 1747783, кл. F 16 H 33/14, Бюл. N 26, 1992).

У этой автоматической передачи выходной вал размещен параллельно инерционной муфте и дифференциалу, что увеличивает размеры и массу, она не обеспечивает передачу вращающего момента от выходного вала на входной вал, что не позволяет использовать двигатель для торможения рабочей машины, а также не обеспечивает возможность вращения входного вала и передачи вращающего момента при неподвижном, заторможенном нагрузкой выходном вале.

Известна также автоматическая передача, содержащая параллельные входной и выходной валы, механизмы свободного хода, инерционную муфту, дифференциал, водило которого установлено на входном валу, одно из центральных колес связано с ведущим валом инерционной муфты, а второе центральное колесо и ведомая полумуфта инерционной муфты порознь кинематически связаны с выходным валом, у последовательно расположенных дополнительных инерционных муфт ведущие полумуфты установлены на общем ведущем валу, а ведомые полумуфты кинематически с использованием механизмов свободного хода связаны с выходным валом, при этом передаточные отношения кинематических связей у дополнительных инерционных муфт больше, чем у кинематической связи основной инерционной муфты с выходным валом (см. авторское свидетельство N 1803663, кл. F 16 H 33/14, 1990)
Недостатком этой автоматической передачи является параллельное размещение выходного вала с дифференциалом и инерционными муфтами с их внешних боковых сторон, малое функциональное использование инерционных муфт, каждая из которых обеспечивает получение только одного режима работы, что приводит к необходимости применения большого числа инерционных муфт и вызывает в совокупности усложнение устройства, увеличение размеров и массы, она не обеспечивает возможность передачи вращающего момента от выходного вала на входной вал, что не позволяет применять двигатель для торможения рабочей машины.

Изобретение обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в упрощении устройства, уменьшении размеров и массы, возможности передачи вращающегося момента от выходного вала на входной вал при одновременном обеспечении возможности работы с повышенным коэффициентом полезного действия в автоматическом вариаторном режиме и передачи максимального по величине вращающего момента на неподвижный, заторможенный нагрузкой выходной вал.

Указанный технический результат достигается тем, что в автоматической бесступенчатой передаче, содержащей параллельные входной и выходной валы, механизмы свободного хода, последовательно установленные с возможностью взаимодействия, связанные друг с другом инерционные муфты, ведомые валы которых кинематически связаны с выходным валом при помощи отдельных пар зубчатых колес, применяется по меньшей мере две инерционные муфты, каждая из которых содержит по меньшей мере два установленных коаксиально самостоятельных ведомых вала, которые кинематически связаны со своими инерционными грузами, которые в свою очередь кинематически связаны с одним ведущим валом, а ведомые валы разных инерционных муфт размещены коаксиально относительно друг друга так, что ведомые валы первой со стороны входного вала инерционной муфты расположены внутри полых ведомых валов второй инерционной муфты, входной вал передачи является ведущим валом первой инерционной муфты, а внешний из коаксиально установленных ведомых валов первой инерционной муфты является ведущим валом последующей второй инерционной муфты, каждая из пар зубчатых колес, кроме пары колес с наименьшим передаточным отношением, связана с выходным валом при помощи своего механизма свободного хода, ведущая обойма каждого из которых связана с соответствующим колесом, а ведомая обойма с выходным валом.

Каждая входящая в состав автоматической бесступенчатой передачи инерционная муфта содержит установленное на ведущем валу водило в виде по меньшей мере двух диаметральных осей, на каждой из которых попарно, симметрично относительно оси муфты и передачи в целом, размещены зубчатые конические сателлиты, являющиеся инерционными грузами, на которых могут быть дополнительно соосно закреплены маховики, сателлиты, размещенные на разных диаметральных осях, находятся в зацеплении с разными, по меньшей мере двумя, центральными зубчатыми колесами, которые установлены на самостоятельных ведомых валах, размещенных коаксиально относительно друг друга.

Пара колес с наименьшим передаточным отношением связана с внутренним из ведомых валов, а пара колес с наибольшим передаточным отношением с внешним из ведомых валов первой инерционной муфты.

Внутренний из ведомых валов первой инерционной муфты связан с входным валом при помощи механизма свободного хода, ведущая обойма которого связана с указанным ведомым валом, а ведомая с входным валом.

Указанные существенные признаки, характеризующие изобретение, обеспечивают достижение заданного технического результата за счет применения инерционных муфт, каждая из которых содержит по два независимых друг от друга ведомых вала, кинематически связанных с выходным валом, что позволяет уменьшить количество инерционных муфт и увеличить число режимов работы. Это обеспечивает упрощение устройства, уменьшение размеров и массы при расширении возможности регулирования величины передаваемого вращающего момента при высоком коэффициенте полезного действия. Применение механизма свободного хода позволяет передавать вращающий момент и вращательное движение от выходного вала на входной вал, что обеспечивает возможность торможения рабочей машины при помощи неработающего двигателя.

На фиг. 1 показано устройство автоматической передачи с изображением инерционных муфт в разрезе в вертикальной осевой плоскости; на фиг. 2 вид первой инерционной муфты со стороны входного вала. Автоматическая бесступенчатая передача содержит параллельные входной 1 и выходной 2 валы. Входной вал является ведущим валом первой инерционной муфты, водило которой выполнено в виде по меньшей мере двух диаметральных осей 3, на каждой из которых попарно, симметрично относительно оси О-О муфты и передачи в целом, размещены зубчатые конические сателлиты 4, жестко соосно соединенные с инерционными грузами в виде маховиков 5. Роль маховиков могут выполнять сателлиты 4, для чего их изготовляют с массивными ободами. Осевые линии O₁-O₁ сателлитов и маховиков перпендикулярны осевой линии О-О муфты и пересекаются с ней в центральной точке O^I. Сателлиты 4, размещенные на разных диаметральных осях 3, находятся попарно в зацеплении с разными, по меньшей мере двумя, центральными зубчатыми коническими колесами 6, имеющими разные диаметры, которые установлены на разных, по меньшей мере двух, ведомых валах, первый из которых 7 размещен внутри полого второго вала 8. На первом внутреннем валу 7 установлено первое центральное зубчатое колесо 6 меньшего диаметра, а на втором внешнем ведомом валу 8 установлено второе центральное зубчатое коническое колесо 6 большего диаметра. Вторая инерционная муфта имеет устройство, аналогичное первой инерционной муфте. Ведущим валом 8 второй инерционной муфты служит внешний из ведомых валов 8 первой инерционной муфты. Вторая инерционная муфта также содержит водило 3, сателлиты 4 и центральные зубчатые конические колеса 6 разного диаметра, каждое из которых установлено на своем полом ведомом валу 9, 10, при этом первый вал 9 центрального колеса 6 меньшего диаметра размещен внутри второго вала 10 центрального колеса 6 большего диаметра, а через полый первый вал 9 проходят коаксиальные ведомые валы 7, 8 первой инерционной муфты. Каждый из указанных ведомых валов 7, 8, 9, 10 кинематически связан с выходным валом 2 при помощи соответствующих пар зубчатых колес 11 и 12, 13 и 14, 15 и 16, 17 и 18, имеющих разные передаточные отношения. Первая из этих пар колес 11, 12, связывающая внутренний из ведомых валов 7 первой инерционной муфты, имеет наименьшее передаточное отношение. Пара колес 13, 14,связанная с внешним из ведомых валов 8 первой инерционной муфты, имеет наибольшее передаточное отношение. Все пары колес, кроме указанной пары колес 11, 12 с наименьшим передаточным отношением, связаны с выходным валом 2 при помощи своего механизма свободного хода 19, ведущая обойма каждого из которых связана с соответствующим колесом 14, 16 или 18, а ведомая обойма с выходным валом 2. Внутренний из ведомых валов 7 первой инерционной муфты связан с входным валом 1 при помощи тормозного механизма свободного хода 20, ведущая обойма которого связана с ведомым валом 7, а ведомая обойма с входным валом 1.

Автоматическая бесступенчатая передача работает следующим образом.

При вращении входного вала 1 и неподвижном выходном вале 2 в связи с приложенной к нему нагрузкой или началом работы из неподвижного положения, все центральные колеса 6 инерционных муфт и их ведомые валы 7, 8, 9, 10 также неподвижны, поскольку они связаны с неподвижным выходным валом 2 при помощи соответствующих пар зубчатых колес 11 и 12, 13 и 14, 15 и 16, 17 и 18 и замкнутыми механизмами свободного хода 19. Сателлиты 4 и маховики 5 первой инерционной муфты вращаются вместе с входным валом 1 и водилом 3 вокруг оси О-О муфты и при этом сателлиты обкатываются по неподвижным центральным колесам 6 и приводят маховики во вращение вокруг их осей O₁-O₁. Вращение сателлитов и маховиков одновременно вокруг пересекающихся осей O-O и O₁-O₁ является их вращением вокруг центральной точки O^I пересечения этих осей. 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 сателлитов и маховиков одновременно вокруг указанных выше осей, направление их векторов моментов количества движения постоянно и принудительно меняется, что является следствием воздействия на сателлиты и маховики моментов внешних сил со стороны выходного вала 2 и ведомых валов 7, 8. Согласно закону классической механики о равенстве и противоположной направленности действия и противодействия тел, при этом центральные колеса 6 воспринимают моменты сил со стороны сателлитов и маховиков и передают их через центральные колеса 6, ведомые валы 7, 8, пары колес 11, 12 и 13, 14 и замкнутый механизм свободного хода 19 на выходной вал 2. Величина передаваемых вращающих моментов от каждой пары сателлитов и маховиков на выходной вал 2 зависит от интенсивности изменения направления векторов моментов количества движения, т. е. от разности частот вращения входного вала 1 и ведомых валов 7 и 8, а также от передаточных отношений пар колес 11, 12 и 13, 14.

Сателлиты и маховики, размещенные на одной диаметральной оси 3 симметрично по разную сторону от оси О-О муфты, имеют одинаковую массу и один относительно другого вращаются в противоположные стороны, поскольку они находятся в зацеплении с одним центральным колесом, что взаимно уравновешивает воздействующие на ведущий вал 1 или 8 центробежные и гироскопические силы и устраняет соответствующие нагрузки на подшипники этих валов.

При неподвижных выходном 2, ведомых 7, 8 валах и центральных колесах 6 сателлиты 4 и маховики 5 первой инерционной муфты вращаются вокруг своих осей O₁-O₁ с максимальной частотой и на выходной вал передается максимальный по величине момент, что соответствует первому исходному режиму работы. Под воздействием этого вращающего момента выходной вал приводится во вращение. Одновременно начинают вращаться все пары колес, ведомые валы 7, 8, 9 и 10 и центральные колеса 6 в обоих инерционных муфтах. В связи с наибольшим передаточным отношением пары колес 13, 14 внешний ведомый вал 8 первой инерционной муфты, являющийся ведущим валом второй инерционной муфты, вращается с большей частотой по сравнению с ведомыми валами 9, 10 второй инерционной муфты, что приводит к перекатыванию сателлитов 4 по центральным колесам 6 этой инерционной муфты, которая работает также, как первая инерционная муфта, и передает вращающий момент через свои ведомые валы 9, 10 и связанные с ними пары колес 15, 16 и 17, 18 на выходной вал. С возрастанием частоты вращения выходного вала интенсивность перекатывания сателлитов по центральным колесам у первой инерционной муфты уменьшается с соответствующим уменьшением величины передаваемого вращающего момента, а у второй инерционной муфты интенсивность перекатывания сателлитов и величина передаваемого вращающего момента возрастает. При этом втором режиме работы вращающий момент на выходной вал передают обе инерционные муфты через все четыре ведомых вала и пары колес.

Когда частота вращения выходного вала превысит частоту вращения колеса 14, произойдет размыкание связанного с ним механизма свободного хода 19 и прекращение передачи вращающего момента и вращения от первой инерционной муфты через пару колес 13, 14, связанную с внешним ведомым валом 8 этой муфты. Это соответствует переходу на третий режим работы вариаторной передачи.

При третьем режиме работы вращающий момент на выходной вал передается первой инерционной муфтой непосредственно через пару колес 11, 12 и второй инерционной муфтой через пары колес 15, 16 и 17, 18. При этом мощность ко второй инерционной муфте подводится по внешнему ведомому валу 8 первой инерционной муфтой. Исходя из конструктивной целесообразности, с учетом того, что диаметр вала 10 больше, чем вала 9, передаточное отношение пары колес 15, 16 больше, чем пары колес 17, 18. В связи с этим при дальнейшем возрастании частоты вращения выходного вала произойдет размыкание механизма свободного хода 19, связанного с парой колес 15, 16, и прекращение передачи через нее вращающего момента на выходной вал. При этом осуществляется переход на четвертый режим работы.

При четвертом режиме работы вращающий момент от первой инерционной муфты на выходной вал передается через пару колес 11, 12 с наименьшим передаточным отношением и от второй инерционной муфты через пару колес 17, 18. Когда частота вращения выходного вала превысит частоту вращения колеса 18, произойдет размыкание механизма свободного хода 19, связанного с парой колес 17, 18, и прекращение передачи вращательного момента второй инерционной муфтой. Вращение выходного вала будет осуществляться только первой инерционной муфтой через пару колес 11, 12 с наименьшим передаточным отношением, которая не имеет механизма свободного хода и обеспечивает постоянную кинематическую связь первой инерционной муфты с выходным валом. Это соответствует пятому режиму работы вариаторной передачи.

Указанные режимы работы передачи плавно переходят один в другой и являются вариаторными, обеспечивающими плавное изменение частоты вращения выходного вала обратной зависимости от приложенной к нему нагрузки, что обусловлено возможностью вращения центральных колес инерционной муфты с переменной плавно изменяемой частотой.

При увеличении нагрузки на выходном валу 2 или уменьшении величины передаваемого вращающего момента по входному валу 1 и частоты его вращения, произойдет обратный переход режимов работы от пятого до первого.

В том случае, когда поток мощности направлен от выходного вала 2 к входному валу 1, например при движении транспортной машины по инерции или под уклон, и возникает необходимость торможения машины, работа двигателя прекращается. В связи с принудительным вращением выходного вала 2 за счет кинетической энергии движущейся рабочей машины и торможением входного вала при помощи неработающего двигателя происходит замыкание тормозного механизма свободного хода 20, который обеспечивает жесткое соединение внутреннего ведомого вала 7 первой инерционной муфты с входным валом и возможность передачи вращающего момента от выходного вала 2 через пару колес 11, 12, не имеющей механизма свободного хода, и далее на входной вал и двигатель. Таким образом автоматическая передача работает при буксировке рабочей машины с целью запуска двигателя.

Интервал автоматического регулирования величины передаваемого вращающего момента определяется передаточными отношениями применяемых пар колес. Передача мощности при высоких показателях коэффициента полезного действия обеспечивается автоматическим чередованием пяти режимов работы. Интервал автоматического регулирования передаточного отношения, т. е. отношения величин частот вращения входного и выходного валов, неограничен в связи с возможностью вращения входного вала при неподвижном выходном вале. Уменьшение габаритов и массы вариаторной передачи достигается компоновкой всех ее элементов на двух осевых линиях входного и выходного валов, последний из которых находится в пределах диаметральных габаритов инерционной муфты, а также созданием пяти режимов работы при использовании только двух инерционных муфт, что обеспечивает также упрощение устройства. Помимо этого, облегчается управление рабочей машиной и достигается более экономное расходование горючего в связи с автоматическими переходами на наиболее оптимальные режимы работы, что уменьшает также отрицательное экологическое воздействие на окружающую среду. Повышается ресурс двигателя и трансмиссии машины в связи с плавностью работы. Следовательно, автоматическая бесступенчатая передача в полной мере обеспечивает достижение заданного технического результата.

Использование: машиностроение. Сущность: автоматическая бесступенчатая передача содержит корпус, параллельные входной и выходной валы, по меньшей мере две последовательно установленные инерционные муфты, зубчатые пары и механизмы свободного хода (МСХ). Каждая инерционная муфта имеет по меньшей мере два установленных коаксиально ведомых вала. Ведомые валы от разных инерционных муфт установлены коаксиально относительно друг друга. Все ведомые валы генерационных муфт кинематически связаны с выходным валом парами зубчатых колес, а также посредством механизмов свободного хода. Инерционная муфта включает водило, конические сателлиты, центральные конические колеса и маховики. Функцию последних могут выполнять массивные ободы сателлитов. Изменение режимов работы происходит автоматически в зависимости от нагрузки на выходном валу за счет замыкания и размыкания МСХ у соответствующих пар колес, имеющих разные передаточные отношения. Торможение рабочей машины при помощи неработающего двигателя осуществляется также автоматически за счет замыкания при передаче вращения от выходного вала через пару зубчатых колес и одну из инерционных муфт на входной вал. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Автоматическая бесступенчатая передача, содержащая корпус, параллельные входной и выходной валы, по меньшей мере две инерционные муфты, зубчатые пары, связывающие последние с выходным валом, и механизмы свободного хода, отличающаяся тем, что каждая инерционная муфта имеет по меньшей мере два установленных коаксиально ведомых вала, которые от разных инерционных муфт размещены также коаксиально относительно друг друга так, что ведомые валы первой со стороны входного вала инерционной муфты расположены внутри полых ведомых валов последующей инерционной муфты, входной вал передачи является ведущим валом первой инерционной муфты, внешний из коаксиально установленных ведомых валов первой или предыдущей инерционной муфты является ведущим валом для последующей инерционной муфты, все ведомые валы инерционных муфт кинематически связаны с выходным валом при помощи отдельных пар зубчатых колес, кроме пары колес с наименьшим передаточным отношением, посредством механизмов свободного хода, ведущие обоймы которых связаны с соответствующим зубчатым колесом пары, а ведомые обоймы с выходным валом. 2. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что каждая инерционная муфта включает установленное на ведущем валу водило, имеющее по меньшей мере две диаметральные оси, на каждой из которых попарно симметрично относительно оси муфты и передачи в целом размещены зубчатые конические сателлиты, имеющие или массивные ободы, выполняющие функцию инерционных грузов, или соосно закрепленные маховики, по меньшей мере два центральных зубчатых конических колеса, установленных на соответствующих ведомых валах для зацепления с зубчатыми коническими сателлитами, размещенными на разных диаметральных осях. 3. Передача по п.1, отличающаяся тем, что пара колес с наименьшим передаточным отношением связана с внутренним из ведомых валов, а пара колес с наибольшим передаточным отношением с внешним из ведомых валов первой инерционной муфты. 4. Передача по п.1, отличающаяся тем, что первая инерционная муфта связана с входным валом при помощи механизма свободного хода, ведущая обойма которого установлена на внутреннем ведомом валу инерционной муфты, а ведомая обойма на входном валу.