РЕВЕРСИВНАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ Российский патент 1998 года по МПК F16H3/40 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к транспортным.

Известна коробка передач [1], в которой включение задней передачи осуществляется путем использования в конструкции коробки передач дополнительной зубчатой пары, обеспечивающей изменение направления вращения ведомого вала.

Недостатком такой конструкции является: возможность включения задней передачи только после полной остановки ведомого вала, выкрашивание торцов зубьев и увеличение габаритов. Хотя в настоящее время коробки передач для изменения направления вращения ведомого вала применяются широко, однако уменьшение производительности транспортного средства, невысокая долговечность элементов коробки передач и увеличение габаритов и металлоемкости заставляет изыскивать новые конструкции, лишенные этих недостатков.

Известна также [2] коробка передач, в которой для изменения направления вращения ведомого вала используется гидроподжимные муфты, позволяющие плавно уменьшать окружную скорость ведомого вала, а затем изменив направление вращения увеличивать скорость в обратном направлении. Такие коробки используются в конструкциях, совмещенных с механизмом поворота гусеничного трактора. Хотя при использовании таких конструкций улучшается маневренность трактора, однако из-за наличия трущихся пар они недолговечны. Кроме того, в момент изменения направления вращения ведомого вала возникает замкнутый силовой контур, который вызывает значительные потери передаваемой мощности и повышенный износ деталей коробки передач.

Наиболее близким по технической сущности и техническому результату является конструкция [3] коробки передач, в которой использован планетарный редуктор, позволяющий сателлитам из внутреннего зацепления перейти к наружному зацеплению и тем самым без дополнительной зубчатой пары изменять направление вращения ведомого вала.

Недостатком такой конструкции является изменение положения ведомого вала при перемене направления вращения, что требует использования дополнительных компенсирующих устройств, например, карданной передачи. Это значительно усложняет конструкцию коробки передач, увеличивает габариты и металлоемкость. Кроме того, время изменения передаточного отношения мало, т.к. совершается за 10-20^o угла поворота ведущего вала. Это создаст большие динамические нагрузки на валах и элементах переключающего устройства.

Целью настоящего изобретения является уменьшение динамических нагрузок, повышение эффективности работы и долговечности коробки передач при жесткой кинематической связи между ведущим и ведомым элементами.

Указанная цель достигается применением шестерен, установленных на ведомом и промежуточном валах, выполненных в виде составных блоков шестерен и установленных с возможностью перемещения для изменения направления вращения ведомого вала. При этом ведомый блок шестерен, образованный блоком шестерен, установленный на ведомом валу, содержит две конические шестерни со спиральными зубьями и цилиндрическую часть. Конические шестерни ведомого блока шестерен установлены вершинами конусов к центру блока и соединены между собой цилиндрической частью, на поверхности которой нарезаны две впадины, переходящие из левозаходной в правозаходную и из правозаходной в левозаходную и являющиеся продолжением впадин каждой из конических шестерен. Конический блок шестерен образован блоком шестерен, установленным на промежуточном валу содержит две конические шестерни со спиральными зубьями, соединенные своими большими основаниями и сферический сегмент, расположенный на торце промежуточного блока шестерен. При этом ведомый блок шестерен установлен с возможностью осевого перемещения вдоль оси ведомого вала, а промежуточный вал установлен с возможностью углового отклонения вместе с промежуточным блоком шестерен под действием исполнительного механизма для обеспечения возможности перекатывания сферического сегмента по цилиндрической части ведомого блока шестерен и зацепления каждой из шестерен ведомого блока шестерен с одной из конических шестерен промежуточного блока шестерен. На поверхности сферического сегмента нарезан зуб петлеобразной формы, являющейся продолжением двух зубьев конической шестерни промежуточного блока шестерен. Петлеобразный зуб проходит через ось промежуточного вала и выполнен с возможностью зацепления с винтовыми впадинами ведомого блока шестерен при перекатывании сферического сегмента по цилиндрической части ведомого блока шестерен синхронно угловому отклонению промежуточного вала. Другая шестерня находится в постоянном зацеплении с шестерней, установленной на ведущем валу. Исполнительный механизм имеет электродвигатель и дополнительный вал, на котором жестко установлен промежуточный вал. Причем дополнительный вал установлен соосно ведущему валу с возможностью углового отклонения в плоскости, перпендикулярной оси ведущего вала и связан через червячный редуктор с электродвигателем.

Синхронизация осевого смещения ведомого блока шестерен и углового отклонения промежуточного вала осуществляется с помощью рычага, расположенного на дополнительном валу и шарнирно соединенного с кронштейном, связанным ведомым блоком шестерен. Включение и выключение электродвигателя исполнительного механизма осуществляется при помощи фотоэлемента и фотодатчика, электрически связанные с электродвигателем. Для своевременного включения и выключения управляющих датчиков на ведущем валу установлен диск со щелями, которые выполнены так, что начало и конец каждой щели при повороте ведущего, промежуточного и ведомого валов соответствуют началу и концу одной из винтовых впадин ведомого блока шестерен.

Уменьшение динамических нагрузок достигается обкатыванием сферического сегмента с петлеобразным зубом по цилиндрической поверхности ведомого блока шестерен с левозаходной винтовой впадиной, переходящей в правозаходную позволяет изменить положение промежуточного блока шестерен так, что коническая шестерня промежуточного блока шестерен, находящаяся в зацеплении с правой конической шестерней ведомого блока шестерен выходит из зацепления и плавно переходит в зацеплении с левой конической шестерней ведомого блока шестерен при одновременном обкатывании по ведущей шестерне.

Повышение эффективности работы достигается наличием жесткой кинематической связи между ведущим и ведомым звеньями и заменой трения скольжения трением качения при обкатывании сопрягаемых элементов в момент изменения направления вращения.

Повышение долговечности достигается уменьшением скольжения в сопрягаемых парах при изменении передаточного числа путем обкатывания сопрягаемых элементов друг относительно друга с одновременным вращением ведущего и ведомого блоков шестерен относительно своих осей.

Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг. 1 - вид коробки в плане; на фиг. 2 - поперечный разрез в среднем положении в момент изменения направления вращения; на фиг. 3 - электрическая схема управления; на фиг. 4 - схема расположения щелей; на фиг. 5 - схема расположения фотодатчиков; на фиг. 6 - развертка ведомого блока шестерен; на фиг. 7 - форма сечения винтообразной впадины на цилиндрической части ведомого блока шестерен; на фиг. 8 - форма сечения петлеобразного зуба на поверхности торцевого сферического сегмента; на фиг. 9 - вид с торца на промежуточный блок шестерен; на фиг. 10 - вид сбоку на промежуточный блок шестерен.

Коробка передач состоит из ведущего 1; промежуточного 2 и ведомого 3 валов. На ведомом валу установлен ведомый блок шестерен I с возможностью перемещения вдоль вала и состоит из конических шестерен 4 и 5 со спиралевидными зубьями, установленными с вершинами к центру и цилиндрической части 6 с винтовыми впадинами 7 и 8, переходящими из правозаходной в левозаходную и из левозаходной в правозаходную для изменения направления вращения и являющимися продолжением спиралевидных впадин зубьев конических шестерен. Промежуточный блок шестерен II состоит из двух конических шестерен 9 и 10 со спиралевидными зубьями с совпадающими основаниями, торцевого сферического сегмента 11 с петлеобразным зубом 12, являющейся продолжением зуба конической шестерни в проходящем через ось промежуточного вала.

Промежуточный вал установлен перпендикулярно и жестко на дополнительном вале управления III, который выполнен соосно с ведущим валом 1 и может качаться относительно своей оси, образуя кулисный механизм. Вместе с дополнительным валом совершает угловые отклонения и промежуточный вал в плоскости, перпендикулярной оси ведомого вала. Положение промежуточного вала изменяется электродвигателем (условно не показан) через червячный редуктор 13. На вале управления имеется рычаг 14, который шарнирно соединен кронштейном 15. Ведущий вал имеет коническую шестерню 16, находящейся в постоянном зацеплении с шестерней промежуточного блока шестерен и диск 17 с фотоэлементами 18 и 19 для управления положением промежуточного блока шестерен.

Диск имеет щели 20 и 21, расположенные на разных уровнях и обеспечивает вместе с фотоэлементами и кнопочными переключателями 22 и 23 своевременное включение и выключение электродвигателя цепи управления, а переключатель 24 позволяет изменять направление вращения ротора электродвигателя.

Коробка передач работает следующим образом. В исходном положении вращение с ведущего на ведомый вал передается через две пары конических шестерен через коническую шестерню ведущего блока шестерен на промежуточный блок шестерен и оттуда на правую ведомую шестерню. Начало и конец щелей на диске подобраны таким образом, что они соответствуют началу и концу винтовой левозаходной, переходящей в правозаходную винтовую впадину на цилиндрической части и винтовой правозаходной, переходящей в винтовую левозаходную винтовую впадину по цилиндрической части ведущего блока шестерен. При нажатии на кнопку и подводе щели к фотоэлементу происходит замыкание цепи и включение электродвигателя. Электродвигатель через червячный редуктор повернет дополнительный вал с установленным на нем промежуточным валом и промежуточным блоком шестерен. Начало петлеобразного зуба на сферическом сегменте попадет на начало левозаходной винтовой впадины на цилиндрической части, переходящей в правозаходную впадину и вращение передается на ведомую шестерню. Трение скольжения на впадине и петлеобразном зубе заменено трением качения, т.к. сферический сегмент обкатывается по цилиндрической поверхности ведомого блока шестерен. Одновременно под действием рычага кронштейн переместит ведомый блок шестерен в осевом направлении синхронно углу поворота дополнительного вала. При дальнейшем повороте дополнительного вала угловая скорость ведомого вала уменьшается и вершина петлеобразного зуба попадает на кривую перехода левозаходной винтовой впадины в правозаходную и ведомый вал останавливается. Дальнейший поворот дополнительного вала приводит к переходу петлеобразного зуба на правозаходную винтовую впадину и ведомый вал начинает вращаться в обратном направлении. Поворот дополнительного вала происходит до прихода в зацепление шестерни промежуточного вала с левой шестерней ведущего блока шестерен. При угловом изменении положения промежуточного вала происходит обкатывание шестерни промежуточного блока по ведомой шестерне. Для обратного изменения направления вращения ведомого вала переключателем изменяем полярность в цепи электродвигателя. Теперь нажатием второй кнопки приводим в действие другой фотоэлемент и процесс будет проходить в обратном порядке.

Предложенная коробка передач позволяет изменить направление вращения ведомого вала при наличии жесткой связи между ведущим и ведомым валами. Трение скольжения изменяется трением качения. Применение спиралевидной впадины и петлеобразного зуба позволяет уменьшить динамические нагрузки в передаче, а замена трения скольжения трением качения повышает долговечность передачи в целом.

Источники информации:
1. Гуревич А.М. и др. Конструкция тракторов и автомобилей. - М.: Агропромиздат, 1989, с.135-141.

2. Скотников В. А. Тракторы и автомобили. -М.: Агропромиздат, 1985, с. 295-298.

3. Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. -М.: Машиностроение, 1987, с.373.

Реверсивная коробка передач содержит корпус, ведущий, промежуточный и ведомый валы, на которых установлены шестерни, находящиеся в зацеплении друг с другом. Шестерни, установленные на ведомом и промежуточном валах, выполнены в виде составных блоков шестерен, установленных с возможностью перемещения для изменения направления вращения ведомого вала. Коробка передач содержит также исполнительный механизм с устройством управления для обеспечения возможности указанного перемещения шестерен. Ведомый блок шестерен содержит две конические шестерни со спиральными зубьями и цилиндрическую часть. На поверхности цилиндрической части нарезаны две винтовые впадины, переходящие из левозаходной в правозаходную и из правозаходной в левозаходную, и являющиеся продолжением впадин каждой из конических шестерен. Промежуточный блок шестерен содержит две конические шестерни со спиральными зубьями, соединенные своими большими основаниями, и сферический сегмент, расположенный на торце промежуточного блока шестерен. На сферическом сегменте нарезан зуб петлеобразной формы, являющийся продолжением зубьев одной из конических шестерен и выполненный с возможностью зацепления с винтовыми впадинами ведомого блока шестерен. Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, состоит в уменьшении динамических нагрузок при реверсировании, повышении эффективности в работе и долговечности коробки передач. 3 з. п. ф-лы, 10 ил.

1. Реверсивная коробка передач, содержащая корпус, ведущий, промежуточный и ведомый валы, на которых установлены шестерни, находящиеся в зацеплении друг с другом, при этом указанные шестерни по меньшей мере на одном валу коробки передач установлены с возможностью перемещения для изменения направления вращения ведомого вала, коробка передач содержит также исполнительный механизм с устройством управления для обеспечения возможности указанного перемещения шестерен коробки передач, отличающаяся тем, что шестерни, установленные на ведомом и промежуточном валах, выполнены в виде составных блоков шестерен, установленных с возможностью упомянутого перемещения для изменения направления вращения ведомого вала, при этом ведомый блок шестерен, образованный блоком шестерен, установленном на ведомом валу, содержит две конические шестерни со спиральными зубьями и цилиндрическую часть, причем конические шестерни установлены вершинами конусов к центру блока и соединены между собой упомянутой цилиндрической частью, на поверхности которой нарезаны две винтовые впадины, переходящие из левозаходной в правозаходную из правозаходной в левозаходную и являющиеся продолжением впадин каждой из конических шестерен, при этом промежуточный блок шестерен, образованный блоком шестерен, установленным на промежуточном валу, содержит две конические шестерни со спиральными зубьями, соединенные своими большими основаниями и сферический сегмент, расположенный на торце промежуточного блока шестерен, причем ведомый блок шестерен установлен с возможностью осевого смещения вдоль ведомого вала, а промежуточный вал установлен с возможностью углового отклонения вместе с промежуточным блоком шестерен под действием упомянутого исполнительного механизма для обеспечения возможности перекатывания сферического сегмента по цилиндрической части ведомого блока шестерен и зацепления каждой из шестерен ведомого блока шестерен с одной из конических шестерен промежуточного блока шестерен, при этом на поверхности сферического сегмента нарезан зуб петлеобразной формы, являющийся продолжением двух зубьев указанной конической шестерни промежуточного блока шестерен, причем упомянутый зуб проходит через ось промежуточного вала и выполнена с возможностью зацепления с упомянутыми винтовыми впадинами ведомого блока шестерен при перекатывании сферического сегмента по цилиндрической части ведомого блока шестерен, при этом осевое смещение ведомого блока шестерен синхронизированно с угловым отклонением промежуточного вала, а вторая шестерня промежуточного блока шестерен находится в постоянном зацеплении с шестерней, установленной на ведомом валу. 2. Коробка передач по п.1, отличающаяся тем, что исполнительный механизм содержит электродвигатель и дополнительный вал, на котором жестко установлен промежуточный вал, при этом дополнительный вал установлен соосно с ведущим валом с возможностью углового отклонения в плоскости, перпендикулярной оси ведущего вала, и связан через червячный редуктор с упомянутым электродвигателем. 3. Коробка передач по п.2, отличающаяся тем, что синхронизация осевого смещения ведомого блока шестерен и углового отклонения промежуточного вала осуществляется с помощью рычага, расположенного на дополнительном валу и шарнирно соединенного с кронштейном, связанным с ведомым блоком шестерен. 4. Коробка передач по п.2 или 3, отличающаяся тем, что устройство управления, ограничивающее включение и выключение электродвигателя исполнительного механизма, содержит фотоэлемент и фотодатчик, электрически связанные с упомянутым электродвигателем, и диск с щелями, установленный на ведущем валу, при этом указанные щели выполнены такими, что начало и конец каждой щели при повороте ведомого, промежуточного и ведущего валов соответствуют началу и концу одной из винтовых впадин ведомого блока шестерен.