ЗАМКНУТЫЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ Российский патент 1998 года по МПК F16H37/08 

Изобретение относится к области механических приводов, в частности к замкнутым дифференциальным механизмам.

Из уровня техники известен замкнутый дифференциальный механизм, содержащий входной вал, дифференциал, состоящий из водила с сателлитами, эпицикла и солнечного колеса, и обратную связь, состоящую из промежуточного вала и шестерен, замкнутых на ведомые звенья дифференциала [1, стр. 21, рис. 2.1].

Недостатком данного замкнутого дифференциального механизма является то, что при отрицательном отношении передаточных отношений параллельных потоков в замкнутом дифференциальном механизме образуется замкнутая циркулирующая мощность, значительно снижающая коэффициент полезного действия. С увеличением замкнутой циркулирующей мощности к передаваемой падает коэффициент полезного действия замкнутого дифференциального механизма [1, стр. 45].

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

Указанная цель достигается тем, что замкнутый дифференциальный механизм снабжен расположенным по оси солнечного колеса центральным валом, имеющим шлицевой разъем и проходящим внутри полого вала солнечного колеса с шестерней обратной связи, роликами с буртиками, присоединительным звеном в виде шлицевого соединения, карданом, соединенным с центральным валом, и кронштейном с выполненными по периметру отверстиями и с разъемной шаровой опорой, охватывающей шаровую поверхность кардана, водило выполнено в виде цилиндра, имеющего с одной стороны съемную крышку с вмонтированными в ней осями, на которых установлены ролики с буртиками и через выполненные по периметру отверстия кронштейн с разъемной шаровой опорой, а с другой стороны днище в виде конуса, в центре которого на наружной стороне выполнен входной вал, эпицикл выполнен в виде стакана с двумя внутренними поверхностями, на одной из которых нарезаны зубья, а на другой, ближе к торцевой стенке стакана, беговая дорожка, в центре торцевой стенки стакана через присоединительное звено в виде шлицевого соединения закреплен кардан, при этом оси эпицикла и солнечного колеса смещены относительно друг друга посредством роликов с буртиками, которые катятся по беговой дорожке эпицикла, а промежуточный вал обратной связи закреплен консольно в подшипниковом узле крышки корпуса и кинематически связан с шестернями обратной связи, из которых шестерня обратной связи, расположенная после шлицевого разъема, также закреплена в подшипниковом узле крышки корпуса.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой представлен продольный разрез замкнутого дифференциального механизма, и фиг. 2, иллюстрирующей расположение промежуточного вала.

Замкнутый дифференциальный механизм содержит дифференциал, состоящий из водила 2 с сателлитами 56, ведомого звена дифференциала, выполненного в виде эпицикла 7, ведомого звена дифференциала, выполненного в виде солнечного колеса 15, входного вала 25, и обратную связь, состоящую из промежуточного вала 23, шестерен 16 и 19, кинематически связанных с промежуточным валом 23.

Замкнутый дифференциальный механизм снабжен расположенным по оси солнечного колеса 15 центральным валом 13, имеющим шлицевой разъем 18 и проходящим внутри полого вала 14 солнечного колеса 15. На полом валу 14 жестко закреплена шестерня 16 обратной связи. Кроме того, замкнутый дифференциальный механизм имеет ролики 5 с буртиками, присоединительное звено в виде шлицевого соединения 8, кардан 9, соединенный с центральным валом 13, кронштейн 12 с выполненными по периметру отверстиями А и с разъемной шаровой опорой 11, охватывающей шаровую поверхность 10 кардана 9.

Водило 2 выполнено в виде цилиндра, имеющего с одной стороны съемную крышку 3 с вмонтированными в ней осями 4, на которых установлены ролики 5 с буртиками. На водиле 2 закреплен через выполненные отверстия А кронштейн 12 с разъемной шаровой опорой 11. На другой стороне цилиндра есть днище в виде конуса, в центре которого на наружной стороне выполнен входной вал 25.

Эпицикл выполнен в виде стакана с двумя внутренними поверхностями, на одной из которых нарезаны зубья 17, входящие в зацепление с сателлитами 26 водила 2, а на другой, ближе к торцевой стенке стакана, беговая дорожка 6. В центре торцевой стенки стакана через присоединительное звено в виде шлицевого соединения 8 закреплен кардан 9.

Оси эпицикла 7 и солнечного колеса 15 смещены относительно друг друга посредством роликов 5 с буртиками, которые катятся по беговой дорожке 6 эпицикла 7.

Промежуточный вал 23 обратной связи закреплен консольно в подшипниковом узле 24 крышки 22 корпуса 1.

Промежуточный вал 23 кинематически связан с шестернями 16 и 19 обратной связи. Шестерня 19 обратной связи, расположенная после шлицевого разъема 18, также закреплена в подшипниковом узле 21 крышки 22 корпуса 1.

Параллельными потоками замкнутого дифференциального механизма являются поток, состоящий из входного вала 25, водила 2 с сателлитами 26, эпицикла 7, шлицевого соединения 8, кардана 9, центрального вала 13, имеющего шлицевой разъем 18, шестерни 19 с промежуточным валом 23, кинематически связанных, и поток, состоящий из входного вала 25, водила 2 с сателлитами 26, солнечного колеса 15 жестко связанного с шестерней 16, промежуточного вала 23. Шестерня 16 кинематически связана с промежуточным валом 23.

Передаточное отношение первого потока i1525,23

; второго потока i725,23.
Для дифференциала, у которого оси эпицикла 7 и солнечного колеса 15 не смещены относительно друг друга, при переносном движении сателлит 26 находится в равновесии, на водило 2 действует суммарное усилие от усилий в зацеплениях сателлита 26. При переносном движении направления вращения эпицикла 7 и солнечного колеса 15 совпадают, при этом направления вращения эпицикла 7 и солнечного колеса 15 совпадают с усилиями в зацеплениях. Эпицикл 7 и солнечное колесо 15 являются ведомыми в переносном движении по отношению к водилу 2.

Кроме того, замкнутый дифференциальный механизм состоит из замыкающей обратной связи и замыкаемой цепи. Замыкаемая цепь принадлежит дифференциалу и состоит из эпицикла 7 и солнечного колеса 15, водила 2 с сателлитами 26, входного вала 25.

Замыкающая обратная связь состоит из эпицикла 7, солнечного колеса 15, шестерен 16 и 19, кинематически связанных с промежуточным валом 23, шлицевого соединения 8, кардана 9, центрального вала 13, имеющего шлицевой разъем 18.

Для замкнутого дифференциального механизма, когда оси эпицикла 7 и солнечного колеса 15 не смещены относительно друг друга, из равновесия сателлита 26 следует, что окружное усилие в передачах 17-26 и 26-15 одинаковы по величинам и направлениям и равны . Момент на солнечном колесе 15 . Момент на эпицикле 7 Момент на промежуточном валу 23 от потока 15-23 Момент на промежуточном валу от потока 7-23 Момент на промежуточном валу 23 при отрицательном отношении передаточных отношений параллельных потоков равен разности моментов M_23,15 и M_23,7. При большем моменте M_23,7 по абсолютной величине M₂₃ = M_23,7 - M_23,15.

Для замкнутого дифференциального механизма, у которого отношение передаточных отношений параллельных потоков отрицательно и передаточные отношения подчиняются неравенству
i_7,15•i215,7

> 0,
где
i_7,15 - передаточное отношение замыкающей обратной связи;
i215,7 - передаточное отношение замыкаемой цепи при остановленном водиле 2
и уравнению

для которого
i157,2 = 1-i27,15 является корнем уравнения, коэффициент полезного действия

где
Z₇, Z₁₅, Z₂₆ - числа зубьев эпицикла 7, солнечного колеса 15, сателлита 26.

Для увеличения момента от потока 7-23 смещают ось эпицикла 7 относительно оси солнечного колеса 15, скорость центра сателлита v₀ определим на основании теории с зажатым между рейками диском, где рейки движутся в противоположные стороны со скоростями v₇ и v₁₅ [2, стр. 284].

где
v₀ - скорость вращения центра сателлита 26;
v₁₅ - скорость вращения солнечного колеса 15;
v₇ - скорость вращения эпицикла 7.

Отсюда v₇ = v₁₅ + 2v₀. Происходит сложение скоростей в переносном и относительном движении.

При смещении оси эпицикла 7 относительно оси солнечного колеса 15, скорость v₇ эпицикла 7
v₇= n27

•R₇+n₂•x,
где
n27 - обороты эпицикла 7 при неподвижном водиле 2;
R₇ - радиус эпицикла 7;
n₂ - обороты водила 2;
x - величина смещения оси эпицикла 7 относительно оси солнечного колеса 15.

Так как v₀ = n₂ • R₂,
где
R₂ - длина водила (от оси вращения до оси сателлита)


Так как R₂ - x/2 длина водила до смещения оси эпицикла 7 относительно оси солнечного колеса 15, а v27

- скорость эпицикла 7 при остановленном водиле 2, то число оборотов водила 2 и входного вала 25 от смещения оси эпицикла 7 относительно оси солнечного колеса 15 не зависит.

Следовательно, число оборотов промежуточного вала 23 при передаче мощности от входного вала 25 от смещения оси эпицикла 7 относительно оси солнечного колеса 15 не зависит.

Момент на промежуточном валу 23 при смещении на "x" оси эпицикла относительно оси солнечного колеса 15 увеличился на

где m - модуль зубчатого зацепления.

С увеличением момента на промежуточном валу 23 коэффициент полезного действия замкнутого дифференциального механизма возрастает.

При замкнутый дифференциальный механизм превращается в накопитель механической энергии при смещенных осях эпицикла 7 и солнечного колеса 15 относительно друг друга.

При моменте на выходном валу 23 M₂₃ ≠ промежуточный вал 23 начнет вращаться и вращать эпицикл 7 и солнечное колесо 15 замкнутого дифференциального механизма.

Эпицикл 7 и солнечное колесо 15 начнут вращаться в противоположные стороны. Скорости эпицикла 7 и солнечного колеса 15 при i_7,15•i215,7

= 1 равны по абсолютной величине, центр сателлита 26 остается неподвижным, следовательно, водило 2 также неподвижно.

Промежуточный вал 23 будет находиться в состоянии покоя или равномерного вращения, если момент сопротивления равен моменту M₂₃, полученному за счет разности моментов M_23,7 и M_23,15.

При M₂₃ больше момента сопротивления, промежуточный вал 23 будет вращаться равноускоренно, происходит накопление мощности в замкнутом дифференциальном механизме. При моменте M₂₃ меньше момента сопротивления промежуточный вал будет замедляться, происходит отдача накопленной мощности.

Источники информации
1. Планетарные передачи. Справочник В.Н.Кудрявцев и Ю.Н.Кирдяшева. Издательство "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. Водило замкнутого дифференциального механизма выполнено в виде цилиндра. С одной стороны цилиндра расположена съемная крышка с вмонтированными в нее осями, на которых установлены ролики с буртиками, а через выполненные по периметру отверстия - кронштейн с разъемной шаровой опорой. На другой стороне цилиндр имеет днище в виде корпуса, в центре которого на наружной стороне выполнен входной вал. Эпицикл выполнен в виде стакана с двумя внутренними поверхностями. На одной поверхности нарезаны зубья. На другой стороне ближе к торцевой стенке стакана через присоединительное звено закреплен кардан. Оси эпицикла и солнечного колеса смещены относительно друг друга посредством роликов с буртиками, которые катятся по беговой дорожке эпицикла. Промежуточный вал обратной связи закреплен консольно в подшипниковом узле крышки корпуса и кинематически связан с шестернями обратной связи. Шестерня обратной связи, расположенная после шлицевого разъема, закреплена в подшипниковом узле крышки корпуса. Такое выполнение замкнутого дифференциального механизма, у которого отношение передаточных отношений параллельных потоков отрицательно, позволяет повысить коэффициент полезного действия. 2 ил.

Замкнутый дифференциальный механизм, содержащий входной вал, дифференциал, состоящий из водила с сателлитами, эпицикла и солнечного колеса, и обратную связь, состоящую из промежуточного вала и шестерен, замкнутых на ведомые звенья дифференциала, отличающийся тем, что он снабжен расположенным по оси солнечного колеса центральным валом, имеющим шлицевой разъем и проходящим внутри полого вала солнечного колеса с шестерней обратной связи, роликами с буртиками, присоединительным звеном в виде шлицевого соединения, карданом, соединенным с центральным валом, и кронштейном с выполненными по периметру отверстиями и с разъемной шаровой опорой, охватывающей шаровую поверхность кардана, водило выполнено в виде цилиндра, имеющего с одной стороны съемную крышку с вмонтированными в ней осями, на которых установлены ролики с буртиками и через выполненные по периметру отверстия кронштейн с разъемной шаровой опорой, а с другой стороны днище в виде конуса, в центре которого на наружной стороне выполнен входной вал, эпицикл выполнен в виде стакана с двумя внутренними поверхностями, на одной из которых нарезаны зубья, а на другой, ближе к торцевой стенке стакана, беговая дорожка, в центре торцевой стенки стакана через присоединительное звено в виде шлицевого соединения закреплен кардан, при этом оси эпицикла и солнечного колеса смещены относительно друг друга посредством роликов с буртиками, которые катятся по беговой дорожке эпицикла, а промежуточный вал обратной связи закреплен консольно в подшипниковом узле крышки корпуса и кинематически связан с шестернями обратной связи, из которых шестерня обратной связи, расположенная после шлицевого разъема также закреплена в подшипниковом узле крышки корпуса.