СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ МОЩНОСТИ В ЗАМКНУТОМ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОМ МЕХАНИЗМЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F16H37/08 

Изобретение относится к способам передачи мощности через механические привода 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, мощность, передаваемую двумя параллельными потоками, снимают с промежуточного вала, при этом отношение передаточных отношений параллельных потоков отрицательно.

Передачу мощности осуществляют в замкнутом дифференциальном механизме, содержащем дифференциал с ведущим и ведомым звеньями, состоящий из центральных колес и водила с сателлитами, и обратную связь, состоящую из промежуточного вала и зубчатых колес, замкнутых на ведомые звенья дифференциала.

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 ([1], с.45).

Целью изобретения является повышение коэффициента полезного действия замкнутого дифференциального механизма, у которого отношение передаточных отношений параллельных потоков отрицательно, и превращение его в накопитель механической энергии.

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 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.

Передачу мощности осуществляют в замкнутом дифференциальном механизме, содержащим дифференциал, где оси центральных колес смещены друг относительно друга и механизм снабжен роликами с буртиками, расположенными на осях, вмонтированных в водило, одно из центральных колес выполнено в виде стакана с двумя внутренними поверхностями, на одной из которых нарезаны зубья, на другой, ближе к торцевой стенке стакана, - беговая дорожка для качения по ней роликов, и имеет присоединительное звено с карданом, соединенным валом, расположенным по оси другого центрального колеса и проходящим внутри вала этого колеса, с зубчатым колесом обратной связи.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой представлена кинематическая схема замкнутого дифференциального механизма, на фиг. 2 представлен вариант смещения осей 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, выполненных с буртиками 17, 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 оси 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 16, валу 10 с зубчатым колесом 7 обратной связи.

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 ведущем звене в замыкающей обратной связи центральном колесе 2 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

При остановленном водиле передаточное отношение

При частном случае, когда n₁ = 0

Рассмотрим зависимость

Если i124

= 1-i421 является корнем уравнения, то выполняется 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 равным единице
i₂₁•i412

= 1,
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 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 даст 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 9 (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 4.

Для замкнутого дифференциального механизма, выполненного без смещения осей центральных колес относительно друг друга.

На основании известного уравнения ([1] , с. 22) 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
- 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 предлагаемого способа передачи мощности, где коэффициент полезного действия остается величиной постоянной при

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


При моменте на промежуточном валу 9 не равном нулю центральные колеса 1 и 2 начнут вращаться в противоположные стороны.

При смещении осей центральных колес 1 и 2 относительно друг друга скорость центра сателлита V₀ определим на основании теории с зажатым между рейками диском, где рейки движутся в противоположные стороны со скоростями V₁ и V₂ ([2], с.284).

где V₀ - скорость вращения центра сателлита;
V₂ - скорость вращения центрального колеса 2;
V₁ - скорость вращения центрального колеса 1.

Отсюда V₂ = V₁ + 2V₀; 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 =n⁴ ₂ • 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 осей центральных колес 1 и 2 относительно друг друга.

Так как V₀ = n₄ • R₄,
где R₄ - длина водила (от оси вращения до оси сателлита),


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

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

При i₂₁•i412

= 1, число оборотов на выходном валу 9

Неопределенность объясняется следующим образом.

При

Момент на выходном валу 9

Под действием этого момента промежуточный вал начнет вращаться и вращать все остальные звенья замкнутого дифференциального механизма.

Центральное колесо 1 и центральное колесо 2 будут вращаться в разные стороны.

Скорости вращения центрального колеса 1 и центрального колеса 2 при

равны, центр сателлита 3 остается неподвижным, следовательно, ведущее звено дифференциала - водило 4 - также неподвижно.

Промежуточный вал 9 будет находиться в состоянии покоя или равномерного вращения, если момент сопротивления равен моменту M₉, полученному за счет разности моментов на колесах 5 и 7.

При M₉, большем момента сопротивления, выходной вал 9 будет двигаться равноускоренно, происходит накопление мощности в замкнутом дифференциальном механизме. При моменте M₉, меньшем момента сопротивления, промежуточный вал будет замедляться.

Замкнутый дифференциальный механизм превращается в накопитель механической энергии при

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

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

Изобретение предназначено для использования в механических приводах с замкнутыми дифференциальными механизмами. Передачу мощности в замкнутом дифференциальном механизме осуществляют двумя параллельными потоками, а мощность снимают с промежуточного вала обратной связи. Обратной связью, состоящей из промежуточного вала и зубчатых колес, замыкают ведомые звенья дифференциала. 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 положительным и равным единице. 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 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 с. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. 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 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. 2. Замкнутый дифференциальный механизм, содержащий дифференциал с ведущим и ведомыми звеньями, состоящий из центральных колес и водила с сателлитами, и обратную связь, состоящую из промежуточного вала и зубчатых колес, замкнутых на ведомые звенья дифференциала, отличающийся тем, что оси центральных колес смещены друг относительно друга. 3. Механизм по п.2, отличающийся тем, что он снабжен роликами с буртиками, расположенными на осях, вмонтированных в водило, одно из центральных колес выполнено в виде стакана с двумя внутренними поверхностями, на одной из которых нарезаны зубья, на другой ближе к торцевой стенке стакана - беговая дорожка для качения по ней роликов, и имеет присоединительное звено с карданом, соединенным валом, расположенным по оси другого центрального колеса и проходящим внутри вала этого колеса, с зубчатым колесом обратной связи.