УСТРОЙСТВО БЕССТУПЕНЧАТОГО ИЗМЕНЕНИЯ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F16H3/44 F16H37/12 

Изобретение относится к машиностроению и может применяться для передачи вращательного движения с плавным регулированием скорости вращения и крутящего момента в приводах различных механизмов.

Известно устройство с регулированием скорости вращения, содержащее дифференциальную планетарную передачу и средство управления передаточным числом, выполненное в виде фрикционной муфты с тормозом и механизмами свободного хода (1).

Вследствие того, что управление дифференциальной передачей производится с помощью фрикционных устройств, возможны большие потери энергии на трение, что вызывает нагрев элементов и их преждевременный выход из строя. Это снижает надежность устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство бесступенчатого изменения скорости вращения, содержащее соосные входной, промежуточный и выходной валы и два блока, один из которых представляет собой дифференциальную планетарную передачу, а другой является средством регулирования скорости вращения. Ведущее звено дифференциальной планетарной передачи жестко соединено с входным валом и кинематически связано с промежуточным валом, а ведомое звено кинематически связано с промежуточным и выходным валами. Средство регулирования скорости кинематически связывает входной и промежуточный валы. Средство регулирования определяет скорость вращения промежуточного вала и выполнено в виде задающего фрикционного варианта с диском, барабаном и роликом (2).

Недостатки данной конструкции заключаются в следующем.

Средство регулирования скорости имеет сложную конструкцию, основанную на фрикционном взаимодействии передающих элементов, что ведет к ограничению диапазона применения устройства по передаваемой мощности и к снижению его надежности.

Так как скорость вращения промежуточного вала задается жестко, ударные нагрузки (усилия), возникающие на выходном валу, передаются на всю конструкцию, и при больших значениях ударных нагрузок возможно разрушение деталей задающего вариатора или передающих элементов дифференциальной планетарной передачи. Конструкция не предохраняет от ударных нагрузок также и двигатель. Все это снижает надежность и универсальность устройства.

Задача изобретения повышения надежности и универсальности устройства.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве бесступенчатого изменения скорости вращения, содержащем соосные входной, промежуточный и выходной валы и два блока, один из которых является дифференциальной планетарной передачей, ведущее звено которой жестко соединено с входным валом и кинематически связано с промежуточным валом, а ведомое звено связано с промежуточным и выходным валами, а другой блок представляет собой средство регулирования скорости вращения, связывающее входной и промежуточный валы, согласно изобретению, средство регулирования скорости вращения выполнено в виде магнитного привода с механизмом его автоматического регулирования. Магнитный привод содержит два многополюсных магнитных ротора, обращенных магнитными элементами друг к другу, причем первый ротор жестко соединен с промежуточным валом, а второй ротор установлен с возможностью осевого смещения относительно входного вала и подпружинен.

Для повышения эффективности использования магнитного поля и, следовательно, улучшения силовых характеристик магнитного привода роторы снабжены магнитоизолирующими решетками, разделяющими их магнитные элементы, которые набраны с переменной полярностью.

Число магнитных элементов в роторах выбрано в соответствии с формулами
N₁ 4n, N₂ 4(n+1),
где N₁ число магнитных элементов первого ротора;
N₂ число магнитных элементов второго ротора;
n целое положительное число, не равное единице.

Магнитоизолирующие решетки в роторах выполнены из токопроводящего немагнитного материала.

Механизм автоматического регулирования магнитного привода в качестве примера выполнен в виде взаимодействующих друг с другом фигурных выступов, один из которых расположен на втором роторе, а другой на входном валу.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 вариант выполнения устройства с обратной передачей, кинематическая схема.

Устройство бесступенчатого изменения скорости вращения содержит соосные друг другу входной вал 1, промежуточный вал 2 и выходной вал 3, причем входной и выходной валы 1 и 3 соответственно выполнены одинаковой конфигурации и размерами, и два блока Д и P. Блок Д представляет собой дифференциальную планетарную передачу, а блок P средство регулирования скорости вращения.

Дифференциальная планетарная передача Д содержит ведущую шестерню 4, жестко закрепленную на входном валу 1 и кинематически связанную с промежуточным валом 2. Ведущая шестерня 4 находится в постоянном зацеплении с тремя сателлитами 5, которые жестко соединены валами 6 с сателлитами 7 ведомой шестерни 8, которая жестко закреплена на выходном валу 3 и кинематически связана с промежуточным валом 2.

Средство P регулирования скорости кинематически связывает входной вал 1 и промежуточный вал 2 и выполнено в виде магнитного привода с механизмом его автоматического регулирования.

Магнитный привод содержит два дисковых многополюсных магнитных ротора, первый ротор 9 и второй ротор 10, обращенные своими магнитными элементами 11 и 12 соответственно друг к другу. Первый ротор 9 жестко соединен с промежуточным валом 2, а второй ротор 10 установлен с возможностью осевого смещения относительно входного вала 1 и подпружинен пружиной 13 сжатия.

Первый и второй роторы 9 и 10 соответственно снабжены магнитоизолирующими решетками 14 и 15, соответственно разделяющими их магнитные элементы 11 и 12, соответственно набранные с переменной полярностью. Число магнитных элементов 11 и 12 в роторах 9 и 10 соответственно выбрано в соответствии с формулами
N₁=4n, N₂=4(n+1),
где N₁ число магнитных элементов 11 первого ротора 9;
N₂ число магнитных элементов 12 второго ротора 10;
n целое положительное число, не равное единице.

Кратность числа магнитных элементов в роторах выбрана равной четырем, чтобы предотвратить появление перекашивающих ударных нагрузок /усилий/ при совпадении полярностей роторов, то есть совпадения полярностей симметричны. Число n выбирается не равным единице, чтобы исключить вариант абсолютной кратности. Магнитоизолирующие решетки 14 и 15 выполнены из токопроводящего немагнитного материала, например алюминия, меди и т.п.

Роторы 9 и 10 установлены с зазором относительно друг друга, величина которого варьируется механизмом автоматического регулирования магнитного привода.

В качестве примера выполнения механизм автоматического регулирования содержит два фигурных выступа 16 и 17. Выступ 16 расположен на втором роторе 10, а выступ 17 выполнен на входном валу 1. Выступы 16 и 17 взаимодействуют друг с другом при вращении ротора 10 относительно вала 1, при этом перемещение ротора 10 на валу 1 ограничивается пружиной 13.

Устройство работает следующим образом.

Вращательное движение входного вала 1 через ведущую шестерню 4, сателлиты 5 и 7 передается на ведомую шестерню 8 выходного вала 3. Одновременно вращение входного вала 1 передается на промежуточный вал 2 через ротор 9 магнитного привода, при этом роторы 9 и 10 взаимодействуют между собой по принципу взаимодействия бегущих переменных магнитных полей. Таким образом, устанавливается баланс угловых скоростей и крутящих моментов.

Зависимость угловых скоростей вращения основных деталей устройства описывается следующей формулой:
,
где угловая скорость вращения входного вала;
угловая скорость вращения промежуточного вала;
угловая скорость вращения выходного вала;
K внутреннее передаточное число дифференциальной планетарной передачи.

Величина K определяется соотношением диаметров передающих элементов передачи и при
Скорость вращения выходного вала изменяется от нуля до значения скорости вращения входного вала в зависимости от величины нагрузки /тормозящего момента/ на выходном валу 3.

При нагрузке на выходной вал 3, превышающей прочностные возможности конструкционных элементов, средство P регулирования скорости начинает работать в предохранительном режиме, при этом крутящий момент полностью воздействует на это средство. Благодаря механизму автоматического регулирования магнитного привода происходит перемещение ротора 10 вдоль вала 1, которое приводит к сжатию пружины 13, что ведет к увеличению зазора между роторами 9 и 10, а следовательно, к поддержанию оптимальной величины крутящего момента, передаваемого магнитным приводом, и, как следствие, к уменьшению скорости вращения выходного вала 3. Таким образом, средство P регулирования скорости сглаживает ударные нагрузки, возникающие на выходном валу 3, и они не передаются на элементы как самого устройства, так и того механизма, в котором оно применено. Следовательно, устройство обладает повышенной стойкостью к внешним нагрузкам без увеличения прочности передающих элементов и способно работать в широком диапазоне угловых скоростей и передаваемой мощности, что повышает надежность и универсальность его применения.

При этом устройство вследствие отсутствия фрикционных элементов может работать в условиях как избыточной, так и ограниченной смазки, причем отпадает необходимость в герметизации смазываемых узлов. Это также повышает надежность в работе, одновременно упрощая конструкцию и повышая технологичность.

Так как входной вал 1 и выходной вал 3 одинаковы, возможна перекомпоновка узлов Д и P, с целью синхронизации скоростей вращения промежуточного вала 2 и выходного вала 3. Для этого средство P регулирования скорости устанавливают не на входном валу 1, а на выходном валу 3, что обеспечивает изменение скоростных и силовых передаточных параметров устройства. Кроме этого, в устройстве в зависимости от его назначения возможна как прямая, так и обратная передачи. Это также способствует повышению универсальности устройства, расширяет диапазон его применения.

Устройство может быть применено в трансмиссиях транспортных средств в качестве автоматически блокируемого дифференциала колесных машин, а в совокупности с реверсивным редуктором выполняет роль автоматической коробки передач с механизмом сцепления практически для любого типа транспортных средств.

Использование: машиностроение. Сущность изобретения: устройство бесступенчатого изменения скорости вращения включает дифференциальную передачу и средство регулирования скорости вращения. Последнее выполнено в виде магнитного привода с механизмом его автоматического регулирования. Магнитные элементы магнитного привода набраны с переменной полярностью. Магнитные роторы привода магнитоизолирующие решетки для разделения магнитных элементов и установлены соответственно на промежуточном и входном валах. Магнитный ротор входного вала имеет возможность осевого смещения и подпружинен в том же направлении. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство бесступенчатого изменения скорости вращения, содержащее соосные входной, промежуточный и выходной валы и два блока, один из которых дифференциальная планетарная передача, ведущее звено которой жестко соединено с входным валом и кинематически связано с промежуточным валом, ведомое звено связано с промежуточным и выходным валами, а другой блок представляет собой средство регулирования скорости вращения, связывающее входной и промежуточный валы, отличающееся тем, что средство регулирования скорости вращения выполнено в виде магнитного привода с механизмом его автоматического регулирования, при этом магнитный привод имеет два многополюсовых обращенных друг к другу магнитными элементами, набранными с переменной полярностью, магнитных ротора, из которых первый ротор жестко соединен с промежуточным валом, второй ротор установлен с возможностью осевого смещения относительно выходного вала и подпружинен, а оба ротора имеют магнитоизолирующие решетки, разделяющие их магнитные элементы, число которых в роторах выбрано соответственно
N₁=4n, N₂= 4(n + 1),
где N₁ число магнитных элементов первого ротора;
N₂ число магнитных элементов второго ротора;
n целое положительное число, не равное единице. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что магнитоизолирующие решетки выполнены из токопроводящего немагнитного материала. 3. Устройство по пп.1 2, отличающееся тем, что механизм автоматического регулирования магнитного привода выполнен в виде взаимодействующих друг с другом фигурных выступов, один из которых расположен на втором роторе, а другой на входном валу.