ВАРИАТОР ХАМУКОВА Российский патент 2000 года по МПК F16H3/44 

Изобретение относится к механизмам зубчатых бесступенчатых передач и может быть использовано в машиностроении, станкостроении и приборостроении.

Вариатор предназначен для плавного преобразования и передачи вращательного движения между валом двигателя и валом рабочего органа машин и механизмов с целью обеспечения оптимального режима работы при меняющейся величине сопротивления на рабочем органе.

Известно устройство для бесступенчатого регулирования передачи между валами, использующее зубчатое зацепление для передачи вращательного движения и выполненное полностью на твердотельных зубчатых колесах в постоянном зацеплении.

Такое устройство, содержащее два дифференциальных механизма, кинематически связанные между собой зубчатыми передачами и электромеханическими связями, представлено в описании изобретения по патенту RU N 2044196, кл. F 16 H 3/74, опубл. 20.09.1995.

Недостатками данного устройства являются сложность конструкции и относительно небольшой диапазон регулирования.

Существенным недостатком является также возможность возникновения циркуляции мощности по части кинематической схемы. Это обусловлено тем, что один из дифференциалов по представленной схеме является замкнутым с электромеханической связью между двумя звеньями, и при больших моментах сопротивления на ведомом валу вариатора, когда он останавливается или вращается в обратную сторону, возникает циркуляция мощности по каналу генератор - электродвигатель - ведущий вал вариатора - корона дифференциала - солнечное колесо дифференциала.

Кроме этого, вариатор, изготовленный в соответствии с указанной схемой, невозможно применить в существующих машинах и агрегатах, в частности, в автомобилях, без существенных изменений их конструкции.

Задачей заявленного изобретения является упрощение конструкции, увеличение диапазона регулирования, исключение возможности возникновения циркуляции мощности, улучшение применимости вариатора в существующих машинах и агрегатах.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве, состоящем из двух зубчатых дифференциальных механизмов, один из которых имеет одно входное звено и два выходных, а второй - два входных и одно выходное звено, выходные звенья первого дифференциала связаны попарно c входными звеньями второго дифференциала через зубчатые редукторы с разными передаточными числами и образуют две параллельные передачи, а в передачу с меньшим передаточным числом включена обгонная муфта. При этом входное звено первого дифференциала является входным звеном вариатора, а выходное звено второго дифференциала является выходным звеном вариатора.

На фиг. 1 представлена наиболее наглядная кинематическая схема одного из возможных вариантов конструкции предлагаемого вариатора с дифференциалами на конических колесах.

На фиг. 2 представлена схема более применимого варианта вариатора с соосными валами.

На фиг. 3 представлена схема вариатора на планетарных дифференциалах и редукторах, приспособленная для непосредственной замены существующих коробок передач на транспортных средствах.

Рассмотрим кинематические схемы вариатора, представленные на фиг. 1 - 3.

На схеме обозначены: AI и AII - конические дифференциалы; 1 - входное звено (водило) дифференциала, оно же и входное звено вариатора, 2 - выходное звено (водило) второго дифференциала, оно же и выходное звено вариатора, 3 - обгонная муфта; 4, 5 и 6, 7 - зубчатые колеса соответствующих редукторов в параллельных передачах, 8 - вал, 9 - коронное колесо два первого нулевого планетарного дифференциала, 10 - паразитное колесо планетарного редуктора, 11 - коронное колесо планетарного редуктора, соединенное с коронным колесом два второго нулевого дифференциала.

Устройство, представленное на фиг. 1, работает следующим образом.

Вращательный момент от внешнего источника энергии подают на входное звено (водило) 1 дифференциала AI, которое вращается с угловой скоростью, соответствующей передаваемой мощности. Полученный водилом момент делится между выходными звеньями дифференциала. Вращательные движения выходных звеньев дифференциала преобразуются соответствующими редукторами и воспроизводятся на входных звеньях второго дифференциала и создают на его выходном звене (водиле) 2 результирующий вращательный момент. Передаточное число вариатора, т. е. соотношение угловых скоростей входного и выходного звеньев (водил) 1 и 2, являющихся входным и выходным звеньями вариатора, может меняться в пределах диапазона регулирования, определяемого соотношениями передаточных чисел редукторов и передаточными отношениями между звеньями дифференциалов. Конкретное значение передаточного числа вариатора определяется отношением момента на выходном звене вариатора, создаваемом нагрузкой рабочего органа, к моменту на входном звене вариатора, т.е. к моменту, создаваемому двигателем. Так как вся мощность двигателя, с учетом коэффициента полезного действия устройства, приложена к выходному звену, его угловая скорость принимает значение, соответствующее моменту производственного сопротивления рабочему органу машины при данной мощности. Таким образом, при изменении режимов работы рабочего органа в пределах диапазона регулирования вариатора нагрузка на двигатель не меняется и может оставаться оптимальной. Если нагрузка на рабочий орган превышает пределы диапазона регулирования, в данном случае M_нагр больше M_двиг I_6,7, где I_6,7 - коэффициент передачи колес 6 и 7, то обгонная муфта 3 переводит разность моментов M_нагр и M_двиг на корпус вариатора и препятствует возникновению циркуляции мощности по каналу выходного звена (водило) 2 - колеса 6 и 7 - первый дифференциал - колеса 4 и 5 - выходное звено (водило) 2. В этом случае вариатор работает как редуктор с передаточным числом, определяемым передаточным числом редуктора с колесами 4, 5 и передаточными отношениями основных звеньев в дифференциалах.

Аналогично работает вариатор по схеме, представленной на фиг. 2. Здесь в качестве входного 1 и выходного 2 звеньев вариатора используются конические колеса дифференциалов, а водила выполняют роли, соответственно, одного из выходных звеньев первого и одного из входных звеньев второго дифференциалов. Вал 8 здесь выполняет роль одного из параллельных каналов передачи, соответствующую роли передачи с колесами 6, 7 на фиг. 1.

Устройство по схеме на фиг. 3 работает следующим образом.

Вращательный момент от внешнего источника энергии подают на звено 1, являющееся в данном случае входным звеном вариатора. Этот момент распределяется между выходными звеньями первого дифференциала, которыми являются звенья 8 и 9, и двумя параллельными передачами, образованными, соответственно, валом 8 и звеньями 9, 10 и 11, преобразовывается и подается на водило второго дифференциала.

Если обозначить I_ha ^b(I) и I_ha ^b(II) соответствующие передаточные отношения в дифференциалах, то при нагрузке на выходное звено вариатора, превышающей величину M_двиг I_ha ^b(I)I_ha ^b(II), разность между моментом нагрузки и моментом двигателя переводится обгонной муфтой 3 на корпус вариатора, чем предотвращается возникновение циркуляции мощности, а вариатор работает в режиме редуктора с передаточным числом канала передачи, образованного звеньями 1, 9, 10, 11 и 2. При уменьшении момента нагрузки на звено 2, являющееся в этом случае выходным звеном вариатора, его угловая скорость возрастает в результате изменения соотношения угловых скоростей звеньев 8 и 9 и передаточное число вариатора постепенно приближается к передаточному числу канала из звеньев 1, 8 и 2.

Предлагаемые вариаторы будут обладать большим диапазоном регулирования, чем известные, поскольку передаточные числа параллельных каналов передачи могут значительно отличаться.

Они будут существенно проще в изготовлении и более надежны и долговечны, так как в их конструкции предусматриваются только твердотельные круглые зубчатые звенья в парах с постоянным зацеплением.

Соответственно, предлагаемые вариаторы менее требовательны в обслуживании и более применимы, чем известные. В частности, функциональные аналоги коробок передач для серийных автомобилей занимают кратно меньшие объемы пространства и представляют собой закрытый корпус с входным и выходным валами. Вариатор для велосипедов не нуждается в рукоятках и приводах управления, не требует обслуживания и регулировок. Вариатор для вертолетов с газотурбинными двигателями улучшит динамические характеристики силовой установки, так как позволит увеличить скорость изменения нагрузки на несущий винт. Также эффективно применение вариаторов на инвалидных колясках и веломобилях, где они улучшат управляемость, проходимость и комфортность.

Вариатор относится к механизмам зубчатых бесступенчатых перадач и может быть использован в машиностроении, станкостроении и приборостроении. Вариатор содержит входное звено, являющееся входным звеном одного дифференциального механизма, и выходное звено, являющееся выходным звеном другого дифференциального механизма, кинематически связанных между собой. Выходные звенья первого дифференциального механизма связаны попарно с входными звеньями второго дифференциального механизма через зубчатые передачи с разными передаточными числами, и в передачу с меньшим передаточным числом включена обгонная муфта. В результате упрощается конструкция, увеличивается диапазон регулирования и исключается возможность циркуляции мощности. 3 ил.

Вариатор, содержащий входное звено, являющееся входным звеном одного дифференциального механизма, и выходное звено, являющееся выходным звеном другого дифференциального механизма, кинематически связанных между собой, отличающийся тем, что выходные звенья первого дифференциального механизма связаны попарно с входными звеньями второго дифференциального механизма через зубчатые передачи с разными передаточными числами, и в передачу с меньшим передаточным числом включена обгонная муфта.