СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ МОЩНОСТИ В ЗАМКНУТОМ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОМ МЕХАНИЗМЕ Российский патент 1998 года по МПК F16H37/08 

Изобретение относится к способам передачи мощности через механические приводы и, в частности, через замкнутые дифференциальные механизмы.

Известен способ передачи мощности в замкнутом дифференциальном механизме, заключающийся в том, что дифференциал, содержащий ведущее и ведомые звенья, центральные колеса и водило с сателлитами, замыкают обратной связью, состоящей из промежуточного вала и зубчатых колес, замкнутых на ведомые звенья дифференциала, а мощность, передаваемую двумя параллельными потоками, снимают с промежуточного вала, при этом отношение передаточных отношений параллельных потоков отрицательно.

Недостатком данного способа передачи мощности является то, что в замкнутом дифференциальном механизме образуется замкнутая циркулирующая мощность, значительно снижающая коэффициент полезного действия. Замкнутая циркулирующая мощность дополнительно загружает зубчатые колеса и подшипники. С увеличением замкнутой циркулирующей мощности к передаваемой падает коэффициент полезного действия замкнутого дифференциального механизма, стр. 45 [1] .

Целью изобретения является повышение коэффициента полезного действия замкнутого дифференциального механизма, у которого отношение передаточных отношений параллельных потоков отрицательно.

Указанная цель достигается тем, что одно из ведомых звеньев дифференциала выбирают ведущим, другое - ведомым в замыкающей обратной связи, замыкаемая цепь принадлежит дифференциалу, между звеньями осуществляют подбор передаточных отношений из условия, что произведение передаточных отношений, одним из которых является передаточное отношение замыкающей обратной связи, а другим передаточное отношение замыкаемой цепи при остановленном ведущем звене дифференциала, положительно и не равно единице, а отношение между передаточным отношением, при остановленном ведомом звене замыкающей обратной связи, оборотов ведущего звена дифференциала к оборотам ведущего звена замыкающей обратной связи, и передаточным отношением, при остановленном ведущем звене замыкающей обратной связи, оборотов ведущего звена дифференциала к оборотам ведомого звена замыкающей обратной связи, отрицательно и равно передаточному отношению, при остановленном ведущем звене дифференциала, оборотов ведомого звена замыкающей обратной связи к оборотам ведущего звена замыкающей обратной связи, при этом оси центральных колес смещают друг относительно друга.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой представлена кинематическая схема замкнутого дифференциального механизма, на фиг. 2 представлен вариант смещения центральных колес относительно друг друга.

Замкнутый дифференциальный механизм содержит дифференциал, состоящий из ведущего звена дифференциала, выполненного в виде водила 4 с сателлитами 3, у которого оси 15 роликов 13 и 14 вмонтированы неподвижно в водило 4, ведомого звена дифференциала, выполненного в виде центрального колеса 2 с зубьями 19 и с внутренней беговой дорожкой 18, ведомого звена дифференциала, выполненного в виде центрального колеса 1. Ролики 13 и 14 смещают ось центрального колеса 2 относительно оси центрального колеса 1 и удерживают за внутреннюю беговую дорожку от осевого смещения центральное колесо 2.

Вращение от центрального колеса 1 к центральному колесу 2 передается через сателлит 3 и зубья 19.

К внутренней торцевой поверхности центрального колеса 2 крепится присоединительное звено 20, которое передает вращение от центрального колеса 2, через кардан 15, валу 10 с зубчатым колесом 7 обратной связи. Звено 10 состоит из вала 10, кардана 16, зубчатого колеса 7 и ведомого звена дифференциала 2. Обратная связь состоит из зубчатых колес 5, 6, 7, 8, 12 и промежуточного вала 9. Звено 11 состоит из центрального колеса 1, постоянно связанного с зубчатым колесом 8. Паразитное колесо 12 введено между зубчатыми колесами 6 и 8 для получения отрицательного передаточного отношения между центральными колесами 2 и 1.

Кроме того, замкнутый дифференциальный механизм состоит из замыкающей обратной связи и замыкаемой цепи. Замыкаемая цепь принадлежит дифференциалу и состоит из центральных колес 1 и 2, водила 4 с сателлитами 3. Замыкающая обратная связь состоит из центральных колес 1 и 2, обратной связи, состоящей из зубчатых колес 5, 6, 7, 8, 12, и промежуточного вала 9, кардана 16 с валом 10 и присоединительным звеном 20.

Параллельными потоками замкнутого дифференциального механизма являются: поток, состоящий из водила 4 с сателлитами 3, центрального колеса 2, присоединительного звена 20, кардана 16, вала 10 с зубчатым колесом 7, промежуточного вала 9 с зубчатым колесом 5, и поток, состоящий из водила 4 с сателлитами 3, центрального колеса 1, зубчатого колеса 8, паразитного колеса 12, зубчатого колеса 6 с промежуточным валом 9.

Передаточное отношение первого потока i149

, второго потока i249.
Ведущим звеном замыкающей обратной связи может служить одно из центральных колес 1 или 2 в зависимости от направления вращения центральных колес 1 и 2 и водила 4.

Для дифференциала при ведущим звене в замыкающей обратной связи центральном колесе 2 и при

n₂ = n₁ + n₄,
где
n₁ - обороты центрального колеса 1;
n₂ - обороты центрального колеса 2;
n₄ - обороты водила 4.

Направление вращения водила 4 совпадает с направлением вращения центрального колеса 2.

При таком направлении вращения звеньев мощность в относительном движении передается от центрального колеса 1 к центральному колесу 2.

Для замыкающей обратной связи центральное колесо 2 будет ведущим звеном замыкающей обратной связи, а центральное колесо 1 - ведомым звеном замыкающей обратной связи.

Для замыкаемой цепи центральное колесо 2 будет ведомым звеном замыкаемой цепи, а центральное колесо 1 будет ведущим звеном замыкаемой цепи.

Передаточное отношение
i₂₁ = (n₁ + n₄) / n₁
При остановленном водиле передаточное отношение

При частном случае, когда n₁ = 0

Рассмотрим зависимость
Если i124

= 1-i421 является корнем уравнения, то выполнится равенство

Равенство выполняется, условие
является условием получения относительного и переносного движения.

Произведение передаточных отношений замыкающей обратной связи и замыкаемой цепи при остановленном ведущем звене дифференциала должно быть положительным и не равным единице.

i₂₁•i412

> 0,
где
i₂₁ - передаточное отношение замыкающей обратной связи;
i412- - передаточное отношение замыкающей цепи при остановленном водиле 4.

Для кинематической схемы, изображенной на фиг. 1, для дифференциала, у которого оси центральных колес не смещены относительно друг друга, при переносном движении сателлит 3 находится в равновесии. На ведущее звено дифференциала - водило 4 действует суммарное усилие от усилий в зацеплениях сателлита 3. При переносном движении направления вращения центральных колес 1 и 2 совпадают, при этом направления вращения центральных колес совпадают с усилиями в зацеплениях. Центральные колеса 1 и 2 являются ведомыми в переносном движении по отношению к водилу 4.

Из равновесия звена 3 следует, что окружное усилие в передачах 2-3 и 3-1 одинаковы по величинам и направлениям и равны Из равновесия звена 10 следует, что окружное усилие в передаче 5-7 будет равно

Рассмотрение равновесия звена 11 дает окружное усилие в передачах 8-12, оно равно

Паразитное колесо 12 не меняет окружного усилия, и следовательно, в передачах 6-12 будет такое же окружное усилие

Поскольку на колеса 5 и 6 действуют окружные усилия разных направлений, то суммарный их момент относительно промежуточного вала 8 (выходной момент) будет равен разности моментов от каждого из них

С учетом направления вращения звеньев при ведущем звене в замыкающей обратной связи центральном колесе 2

но


где
Z₁; Z₂; Z₃; Z₅; Z₆; Z₇; Z₈ - числа зубьев соответствующих колес,
M₄ - момент на водиле 3.

Для замкнутого дифференциального механизма, выполненного без смещения осей центральных колес относительно друг друга, на основании уравнения стр. 22 [1] с учетом направления вращения звеньев в кинематической схеме, представленной на фиг. 1 и при ведущем звене в замыкающей обратной связи центральном колесе 2.

n₄= i142

•n₂+i241•n₁




Где
есть отношение передаточных отношений параллельных потоков.

Отношение при двух условиях, обеспечивающих разные способы передачи мощности. Для известного способа передачи мощности через замкнутый дифференциальный механизм, с образованием в замкнутом дифференциальном механизме замкнутой циркулирующей мощности, где с увеличением замкнутой циркулирующей мощности к передаваемой падает коэффициент полезного действия замкнутого дифференциального механизма при

где
i₂₁ - передаточное отношение замыкающей обратной связи;
i412

- передаточное отношение замыкаемой цепи при остановленном водиле 4
и для предполагаемого способа передачи мощности, где коэффициент полезного действия остается величиной постоянной при
i₂₁•i412> 0;

Коэффициент полезного действия замкнутого дифференциального механизма, выполненного без смещения осей центральных колес 1 и 2 относительно друг друга, где мощность с ведущего звена дифференциала на промежуточный вал передается с использованием предлагаемого способа передачи мощности при
i₂₁•i412> 0;

где


При моменте на промежуточном валу 9, не равным нулю, центральные колеса 1 и 2 начнут вращаться.

Так как сателлит катится по ведомым звеньям дифференциала без скольжения, то скорости точек M₁ и M₂ равны скоростям V₁ и V₂. Для определения положения мгновенного центра скоростей сателлита соединим концы скоростей точек M₁ и M₂. Точка пересечения этого отрезка с диаметром M₁M₂ является мгновенным центром скоростей сателлита в рассматриваемый момент, стр. 284 (2).

Определим расстояние от мгновенного центра скоростей P до центра сателлита O.

Полагая OP = х, имеем:

v₂(R-x)=v₁(R+x)
Откуда
x(V₁ + V₂) = R(V₂ - V₁)

Вычисляем угловую скорость сателлита:

Подставляя значение R + x, получим

Скорость центра сателлита определяем по формуле

Отсюда V₂ = V₁ + V₀
G₂ = G₁ + G₂; происходит сложение скоростей в переносном и относительном движении.

При смещении оси центрального колеса 2 относительно оси центрального колеса 1, скорость v₂ центрального колеса 2
v₂= n42

•R₂+n₄•x;
где
n42 - - обороты центрального колеса 2 при неподвижном водиле 4;
R₂ - радиус центрального колеса 2;
n₄ - обороты водила 4;
x - величина смещения оси центрального колеса 2 относительно оси центрального колеса 1/
Так как V₀ = n₄ • R₄.

где
R₄ - длина водила от оси вращения до оси сателлита,


Так как R₄ - x/2 длина водила до смещения осей центрального колеса 2 и центрального колеса 1, а v42

- скорость центрального колеса 2 при неподвижном водиле 4, то число оборотов ведущего звена дифференциала - водила 4 от смещения осей центрального колеса 2 и центрального колеса 1 не зависит. Следовательно число оборотов промежуточного вала 9, при передаче мощности от ведущего звена дифференциала - водила 4, от смещения осей центрального колеса 2 и центрального колеса 1 не зависит.

Момент на промежуточном валу 9 при смещении оси центрального колеса 2 относительно оси центрального колеса 1 увеличится

где
R₁ - радиус центрального колеса 1;
R₂ - радиус центрального колеса 2.

С увеличением момента на промежуточном валу 9 коэффициент полезного действия замкнутого дифференциального механизма возрастает.

Источники информации:
1. Планетарные передачи. Справочник В.Н. Кудрявцев и др., Машиностроение, 1977 г.

2. Курс теоретической механики. А.А. Яблонский, В.Р. Никифорова, М.: Высшая школа, 1969 г.

Изобретение предназначено для использования в механических приводах с замкнутыми дифференциальными механизмами. Способ передачи мощности в замкнутом дифференциальном механизме двумя параллельными потоками при отрицательном передаточном отношении между потоками осуществляют подбором передаточных отношений. Одно из ведомых звеньев дифференциала выбирают ведущим, другое - ведомым в замыкающей обратной связи. Замыкаемая цепь принадлежит дифференциалу. При этом произведение передаточных отношений, одним из которых является передаточное отношение замыкающей обратной связи, а другим - передаточное отношение замыкаемой цепи при остановленном ведущем звене дифференциала, подбирают так, чтобы оно было положительно и не равно единице. Отношение передаточных отношений, одно из которых - передаточное отношение при остановленном ведомом звене замыкающей обратной связи оборотов ведущего звена дифференциала к оборотам ведущего звена замыкающей обратной связи, а другое - передаточное отношение при остановленном ведущем звене замыкающей обратной связи оборотов ведущего звена дифференциала к оборотам ведомого звена замыкающей обратной связи, выбирают отрицательным и равным передаточному отношению при остановленном ведущем звене дифференциала оборотов ведомого звена замыкающей обратной связи к оборотам ведущего звена замыкающей обратной связи. При этом оси центральных колес смещают друг относительно друга. Такой подбор передаточных отношений позволяет повысить коэффициент полезного действия замкнутого дифференциального механизма. 2 ил.

Способ передачи мощности в замкнутом дифференциальном механизме, заключающийся в том, что дифференциал, содержащий ведущее и ведомые звенья, центральные колеса и водило с сателлитами, замыкают обратной связью, состоящей из промежуточного вала и зубчатых колес, замкнутых на ведомые звенья дифференциала, мощность, передаваемую двумя параллельными потоками, снимают с промежуточного вала, при этом отношение передаточных отношений параллельных потоков отрицательно, отличающийся тем, что одно из ведомых звеньев дифференциала выбирают ведущим, другое - ведомым в замыкающей обратной связи, замыкаемая цепь принадлежит дифференциалу, между звеньями осуществляют подбор передаточных отношений из условия, что произведение передаточных отношений, одним из которых является передаточное отношение замыкающей обратной связи, а другим передаточное отношение замыкаемой цепи при остановленном ведущем звене дифференциала, положительно и не равно единице, а отношение между передаточным отношением при остановленном ведомом звене замыкающей обратной связи оборотов ведущего звена дифференциала к оборотам ведущего звена замыкающей обратной связи, и передаточным отношением при остановленном ведущем звене замыкающей обратной связи оборотов ведущего звена дифференциала к оборотам ведомого звена замыкающей обратной связи отрицательно и равно передаточному отношению при остановленном ведущем звене дифференциала оборотов ведомого звена замыкающей обратной связи к оборотам ведущего звена замыкающей обратной связи, при этом оси центральных колес смещают друг относительно друга.