РЕВЕРСИВНЫЙ ИНЕРЦИОННЫЙ АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВАРИАТОР Российский патент 1996 года по МПК F16H3/74 F16H33/10 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в транспортном машиностроении и станкостроении, в частности, входить в состав приводов дорожных и грузоподъемных машин, экскаваторов, строгальных станков и др.

Известна планетарная передача для реверсирования движения, содержащая ведущий и ведомый валы, водило с сателлитами, которые находятся в зацеплении с ведущим центральным колесом с внешним зацеплением, установленном на ведущем валу, и колесом с внутренним зацеплением (см. С.Н.Кожевников и др. "Механизмы", изд. "Машиностроение", 1976, с. 575, рис.9.83).

Недостатком этой передачи является неизменная величина передаточного отношения между ведущим и ведомым валами независимо от нагрузки и резкий, ступенчатый характер изменения направления вращения ведомого вала при реверсировании движения.

Известна также инерционная муфта, содержащая соосные входной и ведомый валы, на первом из которых закреплено водило в виде диаметральной оси, несущей сателлиты в виде конических зубчатых колес, находящихся в зацеплении с центральным ведомым коническим зубчатым колесом, установленном на ведомом валу, на сателлитах закреплено по два инерционных груза, установленных диаметрально противоположно друг другу (см. авторское свидетельство СССР N 1555565, кл. F 16 D 43/14, 1988).

Недостатком указанной инерционной муфты является невозможность реверсирования вращательного движения, большие габариты, определяемые объемом пространства, сметаемого широко разнесенными инерционными грузами при их вращении относительно своих осей, и обусловленная этим значительная масса, пульсирующий характер передачи вращающего момента и связанные с этим большие динамические нагрузки, малая нагрузочная способность в связи с незначительной массой применяемых грузов к общей массе муфты, отсутствие возможности передачи вращения и вращающего момента от выходного вала на входной вал, что не позволяет использовать двигатель для торможения рабочей машины.

Целью изобретения является обеспечение возможности реверсирования вращения выходного вала с плавным автоматическим изменением передаточного отношения между входным и выходным валами в зависимости от нагрузки на выходном валу при вращении этого вала в обоих направлениях, повышение нагрузочной способности, возможность передачи вращения и вращающего момента от выходного вала на входной вал с обеспечением торможения рабочей машины при помощи двигателя при одновременной простоте устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в реверсивном инерционном автоматическом вариаторе, содержащем ведущее и ведомое звенья, первое из которых состоит из входного вала и водила в виде диаметральной оси, а второе - из ведомого вала и установленного на нем зубчатого конического центрального ведомого колеса, кинематически связанных друг с другом при помощи размещенных на водиле с возможностью свободного вращения зубчатых конических сателлитов, несущих жестко соединенные с ними инерционные грузы, дополнительно применяется второе зубчатое коническое центральное ведомое колесо, находящееся в зацеплении с другими размещенными на второй диаметральной оси водила сателлитами и установленное на втором полом ведомом валу, который размещен коаксиально с первым ведомым валом, каждый из сателлитов жестко соединен со своим инерционным грузом в виде соосного с сателлитом маховика, второй ведомый полый вал при помощи зубчатых колес, включающих промежуточное колесо, кинематически связан с соосным ему промежуточным ведомым полым валом, установленным коаксиально с первым ведомым валом, с обеспечением вращения этих валов в противоположных направлениях, первый ведомый вал и промежуточный ведомый вал связаны с механизмом сцепления с возможностью управляемого жесткого соединения порознь каждого из них с выходным валом вариатора.

Содержащийся в вариаторе механизм сцепления выполнен в виде двух параллельных ведущих фрикционных дисков, порознь закрепленных на коаксиально установленных промежуточном и первом ведомых валах, в пространстве между ведущими фрикционными дисками размещен ведомый двухсторонний фрикционный диск, установленный на выходном валу с возможностью управляемого перемещения в осевом направлении с прижатием при этом к одному из ведущих фрикционных дисков и обеспечением их фрикционного зацепления.

Входной вал вариатора и первый из ведомых валов связаны механизмом свободного хода, ведущая обойма которого установлена на ведомом валу, а ведомая обойма на входном валу с возможностью замыкания этого механизма при передаче вращающего момента от ведомого вала на входной вал и обеспечением торможения рабочей машины при помощи связанного с входным валом двигателя.

На фиг. 1 и 2 показано устройство реверсивного инерционного автоматического вариатора в двух проекциях соответственно.

Реверсивный инерционный автоматический вариатор содержит соосные входной вал 1, размещенные коаксиально пеpвый 2 и второй полый 3 ведомые валы, промежуточный ведомый полый вал 4, размещенный коаксиально с первым ведомым валом 2, и выходной вал 5. На входном валу 1 установлено водило в виде двух перпендикулярных друг другу диаметральных осей 6, на каждой из которых размещены с возможностью свободного вращения или два внутренних 7, или два внешних 8 сателлита, которые попарно находятся в зацеплении соответственно с первым 9 или вторым 10 зубчатыми коническими центральными ведомыми колесами, первое из которых имеет меньший диаметр по сравнению со вторым, установленными на коаксиально размещенных первом внутреннем 2 и втором внешнем полом 3 ведомых валах. Каждый из сателлитов 7, 8 жестко соединен со своим инерционным грузом в виде соосного с сателлитом маховика 11, который также установлен на оси 6 водила с возможностью свободного вращения вместе с соединенным с ним сателлитом. Внешний из ведомых полый вал 3 при помощи пары зубчатых колес 12 и промежуточного колеса 13 кинематически связан с промежуточным полым ведомым валом 4, установленным коаксиально с первым ведомым валом 2, с обеспечением возможности вращения этих валов в противоположных направлениях. На первом ведомом валу 2 и промежуточном ведомом полом валу 4 установлены параллельные друг другу ведущие фрикционные диски 14, 15, в пространстве между которыми размещен двухсторонний фрикционный диск 16, установленный на выходном валу 5 с возможностью управляемого перемещения в осевом направлении с прижатием при этом к одному из ведущих фрикционных дисков 14 или 15 и обеспечением их фрикционного сцепления. Устройство механизмов сцепления широко известно (см. например, С.Н.Кожевников и др. "Механизмы", изд. "Машиностроение", 1976, с. 402-405, рис. 6.52- 6.57, А.Ф.Крайнев "Словарь-справочник по механизмам", Москва, "Машиностроение" 1981, с. 390 и др.) поэтому более подробно их описание не приводится.

Входной вал 1 и первый из ведомых валов 2 связаны механизмом свободного хода 17, ведущая обойма которого установлена на ведомом валу, а ведомая обойма на входном валу с возможностью замыкания этого механизма свободного хода при передаче вращающего момента и мощности от ведомого вала 2 на входной вал 1, что может иметь место при движении рабочей машины под уклон или по инерции и обеспечивает торможение этой машины при помощи неработающего двигателя.

Реверсивный инерционный автоматический вариатор работает следующим образом.

При вращении входного вала 1 приводится во вращение вокруг оси О-О вариатора водило 6 вместе с размещенными на нем сателлитами 7, 8 и жестко соединенными с ними маховиками 11. Сателлиты обкатываются по находящимся с ними в зацеплении соответствующим центральным ведомым колесам 9, 10, приводя маховики во вращение вокруг соей O₁-O₁ водила 6. Вращение маховиков 11 одновременно вокруг двух пересекающихся осей O-O и O₁-O₁ является их вращением вокруг центральной точки O¹ 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 указанных выше осей, направление их векторов моментов количества движения постоянно принудительно изменяется, что является следствием воздействия на маховики моментов внешних сил со стороны центральных ведомых колес 9 и 10, ведомых 2, 3, 4 и выходного 5 валов. Согласно закону классической механики о равенстве и противоположной направленности действия и противодействия тел, при этом центральные ведомые колеса воспринимают моменты сил со стороны маховиков 11 и передают их на кинематически связанные с ними ведомые валы 2 и 3. Величины вращающих моментов, передаваемых на ведомые валы, зависят от интенсивности изменения направления векторов моментов количества движения маховиков, т.е. от разности частот вращения входного 1 и каждого из ведомых 2 и 3 валов. Частота вращения каждого из ведомых валов и величина передаваемого на них вращающего момента независимы друг от друга и зависят от нагрузки на каждом из этих валов. При этом обеспечивается плавное изменение частоты вращения этих валов и величины передаваемого вращающего момента в связи с плавным изменением моментов количества движения маховиков.

Благодаря применению зубчатых колес 12 и промежуточного колеса 13, промежуточный ведомый вал 4 вращается в противоположном направлении по сравнению с установленным коаксиально с ним первым ведомым валом 2. При перемещении установленного на выходном валу 5 ведомого двухстороннего фрикционного диска 16 в осевом направлении обеспечивается прижатие его к одному из двух ведущих фрикционных дисков 14 или 15, соответственно установленных на вращающихся в противоположные стороны первом ведомом 2 или промежуточном ведомом 4 валах. При этом осуществляется сцепление одного из этих валов с выходным валом 5 и обеспечивается его вращение в том или ином направлениях.

В том случае, когда поток мощности направлен от выходного вала 5 к входному валу 1, например, при движении транспортной машины по инерции или под углом, и возникает необходимость торможения машины, работа двигателя прекращается, а выходной вал 5 при помощи механизма сцепления жестко соединяется с первым ведомым валом 2. При этом, в связи с передачей мощности и вращающего момента от первого ведомого вала 2 на входной вал 1 происходит замыкание механизма свободного хода 17 и осуществляется торможение рабочей машины при помощи неработающего двигателя. Таким же порядком вариатор работает при буксировке рабочей машины с целью запуска двигателя.

Торможение рабочей машины можно также осуществляют путем реверсирования передачи вращаемого момента от работающего двигателя на выходной вал указанным выше порядком.

Приведенное выше описание работы вариатора обеспечивает достижение поставленной изобретением цели по реверсированию вращения выходного вала с плавным автоматическим изменением частоты вращения и величины вращающего момента в обоих направлениях в зависимости от нагрузки на выходном валу, а также по обеспечению передачи вращения и вращающего момента от выходного вала на входной вал с целью торможения рабочей машины с использованием неработающего двигателя. Повышение нагрузочной способности обеспечивается за счет применения инерционных грузов в виде маховиков, имеющих большую удельную массу к общей массе вариатора. При этом в качестве маховиков могут использоваться сателлиты, для чего их выполняют массивными.

Использование: машиностроение. Сущность изобретения: реверсивный инерционный автоматический вариатор содержит входной вал, два ведомых коаксиальных друг другу ведомых вала, промежуточный полый вал, центральные конические зубчатые колеса, водило с двумя диаметральными осями, размещенные на последних попарно сателлиты и жестко с ними связанные маховики и механизм сцепления. Первый ведомый вал и промежуточный вал связаны с механизмом сцепления с возможностью управляемого жесткого сцепления порознь каждого из них с выходным валом, обеспечивая его реверсивное вращение. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Реверсивный инерционный автоматический вариатор, содержащий ведущее и ведомое звенья, первое из которых состоит из входного вала и водила в виде диаметральной оси, а второе из ведомого вала и установленного на нем зубчатого конического центрального ведомого колеса, кинематически связанных между собой при помощи размещенных на водиле с возможностью свободного вращения зубчатых конических сателлитов, несущих жестко соединенные с ними инерционные грузы, отличающийся тем, что он снабжен размещенным коаксиально с первым ведомым валом вторым ведомым валом и установленным на нем вторым центральным зубчатым коническим ведомым колесом, введенным в зацепление с другими, размещенными на второй диаметральной оси водила сателлитами, каждый из которых жестко соединен со своим инерционным грузом, выполненным в виде соосного с сателлитом маховика, кинематически связанным с вторым ведомым полым валом при помощи зубчатых колес и соосным с ним промежуточным полым ведомым валом, установленным коаксиально с первым ведомым валом, с обеспечением вращения этих валов в противоположных направлениях, первый ведомый вал и промежуточный ведомый вал связаны с механизмом сцепления с возможностью управляемого жесткого сцепления порознь каждого из них с выходным валом вариатора. 2. Вариатор по п. 1, отличающийся тем, что механизм сцепления выполнен в виде двух параллельных ведущих фрикционных дисков, порознь закрепленных на коаксиально установленных промежуточном и первом ведомых валах, в пространстве между ведущими фрикционными дисками размещен ведомый двусторонний фрикционный диск, установленный на выходном валу с возможностью управляемого перемещения в осевом направлении с прижатием при этом к одному из ведущих фрикционных дисков и обеспечением их фрикционного сцепления. 3. Вариатор по п. 1, отличающийся тем, что входной вал и первый из ведомых валов связаны механизмом свободного хода, ведущая обойма которого установлена на ведомом валу, а ведомая обойма на входном валу с возможностью замыкания этого механизма при передаче вращающего момента от ведомого вала на входной вал.