АВТОМАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД Российский патент 1997 года по МПК F16H29/22 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в транспортных и тяговых колесных машинах
Известны механические бесступенчатые передачи, регулируемые и автоматические, содержащие ведущий вал с эксцентриками, шарнирно-рычажный механизм и механизмы свободного хода, соединенные с ведомым валом (см. Благонравов А. А. Механические бесступенчатые передачи нефрикционного типа. М. Машиностроение 1977. 143 с.).

При использовании таких передач в качестве коробки передач колесного транспортного средства в трансмиссии необходимо еще иметь механизм реверса, главную передачу с дифференциалом и валы, передающие крутящие моменты. Кроме того, такие передачи существенно сложнее обычных вальных ступенчатых коробок передач.

Известна схема простейшей саморегулируемой бесступенчатой передачи, содержащей шарнирный четырехзвенник, упругий вал и механизм свободного хода (см. там же стр. 57). Но в коробках передач трудно разместить упругий вал, рассчитанный на большой угол закрутки, соответствующий удвоенной амплитуде колебаний коромысла четырехзвенника. А если выполнять четырехзвенник с меньшей амплитудой колебаний коромысла, то уменьшается частота вращения ведомого вала и соответственно увеличивается крутящий момент, передаваемый на остальную часть трансмиссии, что конструктивно, невыгодно.

Требуемая ширина колеи колесного транспортного средства вынуждает применять достаточно длинные валы для соединения ведомых элементов дифференциала с ведущими колесами. Обычно эти валы выполняются, как жесткие, с напряжениями кручения значительно меньше, чем допустимы для специальных торсионных валов. Частота вращения этих валов также значительно меньше частоты вращения двигателя. Поэтому имеется возможность вместо обычных валов в ведущем мосту разместить упругие валы с относительно небольшим углом закрутки.

Известен автоматический привод (прототип), содержащий размещенные в ведущем мосту два механизма свободного хода и упругие валы, соединяющие их ведомые элементы с ведущими колесами, и механизм приводящий от свободно-поршневого двигателя ведущие элементы механизмов свободного хода в колебательное движение (см. авт. свидетельство СССР N 1384866, кл. F 16 H 29/22. Бюл N 12 1988 г.).

Такой автоматический привод обладает следующими недостатками. Ведущим элементом является возвратно-поступательно движущийся шток, что не позволяет непосредственно соединять привод с обычным двигателем, имеющим вращающийся вал. Привод не имеет механизма реверса. Привод обеспечивает бесступенчатую тяговую характеристику, но нагрузка на двигатель не остается постоянной. Она равна нулю при нулевой скорости машины и максимальной тяге, увеличивается при увеличении скорости, достигая максимума при средних ее значениях и снова уменьшается до нуля при максимальной скорости, обеспеченной кинематически. Это не позволяет эффективно использовать мощность двигателя во всем диапазоне скоростей движения. Кроме того, не обеспечивается возможность движения с малой скоростью при малом сопротивлении движению.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей автоматического привода путем обеспечения регулировки загрузки двигателя и возможности реверсирования вращения ведущих колес машины.

Поставленная цель достигается тем, что в автоматическом приводе, размещенном в корпусе ведущего моста колесной машины, содержащим ведущий вал, два механизма свободного хода и упругие валы, соединяющие ведомые звенья механизмов свободного хода с соответствующими ведущими колесами, ведущий вал привода соединен с ведущими звеньями механизмов свободного хода шарнирно-рычажным механизмом с возможностью регулировки амплитуды угловых колебаний этих звеньев, а механизмы свободного хода выполнены с возможностью их реверсирования.

На фиг. 1 изображен автоматический привод; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 4 разрез В-В на фиг.1.

В корпусе 1 ведущего моста колесной машины на подшипниках установлен ведущий вал с конической шестерней 2, которая находится в зацеплении с шестерней 3, закрепленной на внутреннем валу 4. На этом же валу закреплены рабочие эксцентрики 5 и 6 и противовесы 7 и 8. Рабочие эксцентрики с помощью шатунов 9 соединены каждый с шарниром своего трехшарнирного рычага 10. Второй шарнир этого рычага соединен с маятниковым рычагом 11, другой конец которого подвижно установлен на цапфах, соосных внутреннему валу, и с тягой управления передаточным отношением 12. Третий шарнир трехшарнирного рычага соединен с тягой 13, которая шарнирно соединена с коромыслом 14, выполненным заодно с обоймой-звездочкой роликового механизма свободного хода. Два таких механизма свободного хода (по одному на каждый рабочий эксцентрик) установлены в корпусе соосно. Их ступицы 15 с внешней стороны опираются на подшипники, а с внутренней на общую свободную ось 16. Внутренняя поверхность обойм-звездочек выполнена так, что обеспечены одинаковые углы заклинивания в обоих направлениях. Ролики, размещенные между обоймой-звездочкой и ступицей, расположены между поводков сепараторов 17, установленных на наружных поверхностях обойм с возможностью относительного поворота. В отверстиях наружных выступов обойм установлены с возможностью осевого перемещения фигурные стержни 18, которые так же проходят через пазы, выполненные в обечайках сепараторов, причем наличие окружного зазора между обечайкой сепаратора и стержнем с одной или с другой стороны от него (при среднем расположении роликов относительно профиля звездочки) зависит от осевого положения стержня. Это положение в свою очередь определяется положением тяги управления реверсом 19, которая взаимодействует со стержнями с помощью поводков 20, закрепленных на ней.

Ступицы механизмов свободного хода имеют шлицевое соединение с внутренними концами торсионных валов 21 и 22, наружные концы которых соединены с ведущими колесами машины (не показаны).

Механизм работает следующим образом. Вращение ведущего вала через пару конических шестерен 2 и 3 передается на внутренний вал 4. Вращение рабочих эксцентриков 5 и 6, установленных на этом валу, с помощью шатунов 9 вызывает угловые колебания трехшарнирных рычагов 10 относительно оси шарниров, соединяющих эти рычаги с маятниковым рычагом 11. Угловые колебания рычага 10 через тягу 13 вызывают угловые колебания коромысла 14 механизма свободного хода. Амплитуда колебаний коромысла зависит от положения маятникового рычага 11, которое регулируется с помощью тяги управления передаточным отношение 12. На фиг. 1 показано крайнее левое положение рычага 11, что соответствует максимальной амплитуде колебаний коромысла 14. При перемещении тяги управления 12 вправо, амплитуда колебаний коромысла 14 уменьшается и становится равной нулю, когда оси шарниров маятникового рычага 11 и коромысла 14 совпадают.

Угловые колебания коромысла и выполненной заодно с ним обоймой-звездочки передаются на ступицу 15 в соответствии со свойством любого механизма свободного хода, которое определяется кинематическим условием:
ω_об≅ ω_ст или ω_об≥ ω_ст
знак которого зависит от включения переднего или заднего хода, соответственно. Здесь ω_об, ω_ст угловые скорости обоймы и ступицы, соответственно.

Ступица 15 с помощью торсионного вала 21 соединена с ведущим колесом машины. Если колесо машины может вращаться без сопротивления (например, в случае движения под уклон), то торсионный вал 21 не будет закручиваться и угловая скорость ступицы будет равна или больше максимального положительного значения знакопеременной угловой скорости обоймы. Если же колесо машины не может вращаться (например, машина уперлась в препятствие), то закрутка торсионного вала изменяется от нуля (в одном крайнем положении коромысла) до максимального значения (в другом крайнем положении). Механизм свободного хода в этом случае постоянно замкнут и ступица совершает колебания вместе с обоймой. На колесо передается переменный по величине, но постоянный по направлению крутящий момент, равный моменту закрутки торсионного вала.

Среднее за цикл значение передаваемого момента равно половине максимального. При этом мощность, подводимая к колесу от двигателя, расходуется только на гистерезис. Если потребное для движения машины значение момента на колесе меньше максимального момента закрутки торсионного вала, то машина движется. Чем меньше потребное значение момента, тем меньше среднее значение угла закрутки торсионного вала, тем больше скорость движения.

Таким образом, скорость движения машины при изменении сопротивления движению может изменяться автоматически при постоянном значении амплитуды колебаний коромысла. При этом напряжения, возникающие в торсионном валу при угле закрутки, равном удвоенной амплитуде колебаний коромысла, должны быть ниже предела усталости.

Регулирование амплитуды колебаний коромысел 14, осуществляемое с помощью тяги управления передаточным отношением 12, используется для плавного трогания с места, для получения малой скорости при малом сопротивлении движению, для расширения диапазона скоростей, при которых возможно полное использование мощности двигателя, для уменьшения расчетных значений максимальных углов закрутки торсионных валов.

Так как скорости вращения правого и левого ведущих колес могут быть различны, то установки межколесного дифференциала не требуется.

Реверсирование движения осуществляется следующим образом. При ускоренном повороте обоймы 14 сепаратор 17 вместе с роликами от обоймы на некоторый угол в пределах зазора между ним и стержнем 18. Благодаря этому ролики выводятся на рабочие поверхности заклинивания соответствующего направления. При ускоренном повороте обоймы в другую сторону отсутствие зазора между сепаратором и стержнем не позволяет роликам выйти на поверхность заклинивания. Перемещение стержня 18 из одного крайнего положения в другое, производимое с помощью тяги управления реверсом 19 и закрепленных на ней поводков 20, изменяет расположение указанного зазора относительно стержня, обеспечивая реверсирование.

Вместо роликовых механизмов свободного хода могут применяться клиновые, имеющие большие надежность и долговечность. Способ реверсирования с помощью осевого перемещения фигурного стержня, изменяющего расположение окружных зазоров между ведущим звеном механизма свободного хода и телами заклинивания, может оставаться тем же.

При поперечном расположении двигателя конической пары может не потребоваться и ведущим будет внутренний вал 4.

В предлагаемом автоматическом приводе новое сочетание в основном известных элементов дает существенный положительный эффект.

Положительный эффект заключается в следующем: отпадает необходимость в коробке передач; муфта сцепления используется только для облегчения запуска двигателя; исключается остановка одного ведущего колеса при буксовании другого; вал, соединяющий двигатель с ведущим мостом, и пара конических шестерен нагружаются не моментом двигателя, умноженном на передаточное число низшей ступени коробки передач и на коэффициент запаса муфты сцепления, а только моментом двигателя, что во много раз снижает нагруженность этих деталей; при соответствующей компоновке привода дорожный просвет под картером ведущего моста может быть существенно увеличен.

Использование: машиностроение. Сущность изобретения: автоматический привод, размещенный в корпусе ведущего моста колесной машины содержит ведущий вал, два реверсивных механизма свободного хода, упругие валы, для соединения механизмов свободного хода (МСХ) с ведущими колесами и шарнирно-рычажный механизм для соединения ведущего вала с МСХ с возможностью регулировки амплитуды угловых колебаний звеньев МСХ. 4 ил.

Автоматический привод, размещенный в корпусе ведущего моста колесной машины, содержащий ведущий вал, два механизма свободного хода и упругие валы, соединяющие ведомые звенья механизмов свободного хода с соответствующими колесами, отличающийся тем, что ведущий вал привода соединен с ведущими звеньями механизмов свободного хода шарнирно-рычажным механизмом с возможностью регулировки амплитуды угловых колебаний этих звеньев, а механизмы свободного хода выполнены с возможностью их реверсирования.