АВТОМАТИЧЕСКАЯ БЕССТУПЕНЧАТАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 2001 года по МПК F16H33/14 F16H3/74 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в транспортном машиностроении, в частности в автомобилестроении, и станкостроении.

Известна инерционная автоматическая передача, содержащая два нейтральных конических зубчатых колеса, установленных на соосных валах, водило с радиальными осями, размещенные на последних сателлиты, несущие маховики и взаимодействующие с центральными коническими колесами, образуя пары колес с разными передаточными отношениями, сателлиты введены в зацепление с разными центральными колесами, сблокированы попарно между собой и с маховиками по меньшей мере в два блока и размещены на осях водила симметрично относительно оси передачи с возможностью свободного вращения (патент РФ N 2072208, МПК F H 33/10, 3/74, Бюл. N 2).

У этой инерционной автоматической передачи, способной изменять частоту вращения выходного вала в зависимости от приложенной к нему нагрузки, отсутствует внешняя опора (опора на корпус) при передаче вращающего момента, что ограничивает возможности автоматического изменения величины вращающего момента, передаваемого от входного вала на выходной вал.

Наиболее близким по совокупности признаков техническим решением к заявленной передаче является инерционная передача, содержащая установленное с возможностью вращения вокруг оси передачи водило с радиальными осями, размещенные по разные стороны от радиальных осей конические зубчатые центральные колеса, закрепленные на соосных ведущем и ведомом валах, конические зубчатые сателлиты, введенные в зацепление с центральными колесами и образующие с последними пары колес, имеющие разные по величине передаточные отношения, и маховики, установленные на радиальных осях водила. Передача снабжена жестко соединенным с корпусом передачи опорным коническим зубчатым центральным колесом, установленными на радиальных осях водила сателлитами, жестко соединенными с маховиками и введенными в зацепление с опорным колесом, и установленными на осях водила по разные стороны от оси передачи сблокированными по два сателлитами, внутренними и внешними относительно оси передачи, введенными порознь в зацепление с разными центральными колесами, при этом блоки сателлитов и сателлиты с маховиками размещены с возможностью независимого друг от друга вращения вокруг радиальных осей водила (патент Российской Федерации N 2072715, МПК F 16 H 33/10, 3/74, 1997 г.).

У этой инерционной передачи понижается КПД и эффективность использования мощности двигателя при уменьшении частоты вращения водила вокруг оси передачи, поскольку при этом уменьшается частота вращения маховика относительно центральной точки пересечения осей передачи и водила. У передачи отсутствует непосредственная связь с постоянным передаточным отношением выходного вала с входным валом при необходимости передачи потока мощности и вращающего момента от первого из этих валов на второй вал, что необходимо при торможении транспортной машины при помощи двигателя или при запуске двигателя путем буксировки транспортной машины.

Предлагаемое изобретение обеспечивает расширение диапазона автоматического бесступенчатого изменения силового передаточного отношения между ведущим и ведомым валами в прямой зависимости от нагрузки на ведомом валу и в обратной зависимости от частоты вращения ведомого вала. Предложенная передача позволяет передавать вращающий момент с высокими показателями КПД при любых режимах работы, в том числе при неподвижном водиле или при минимальной частоте его вращения. Вместе с тем, обеспечивается возможность силовой связи с постоянным передаточным отношением ведомого вала с ведущим валом с целью торможения транспортной машины при помощи двигателя, например, при движении ее под уклон или при остановке у светофора, а также при запуске двигателя путем буксирования транспортной машины.

Указанный технический результат достигается тем, что автоматическая бесступенчатая механическая передача содержит соосные входной и выходной валы, установленные на них зубчатые конические ведущее и ведомое центральные колеса и водило в виде радиальных относительно геометрической оси передачи осей, на которых по разные стороны от оси передачи размещены с возможностью вращения зубчатые конические сателлиты - основные и вспомогательные, первые из которых введены в зацепление с центральными колесами, а вторые - с закрепленном в корпусе передачи зубчатым коническим неподвижным центральным опорным колесом, при этом водило размещено между центральными колесами с возможностью свободного вращения на входном или выходном валу, а масса сателлитов увеличена, в том числе за счет применения соосно связанных с сателлитами маховиков.

Согласно изобретению параллельно оси передачи в корпусе передачи размещен опорный вал, на котором закреплено два зубчатых колеса, одно из которых введено в зацепление с зубчатым колесом, закрепленном на входном валу, а другое колесо - с зубчатым колесом, закрепленном на полом промежуточном валу, который установлен коаксиально с входным валом и жестко связан с зубчатым коническим центральным подвижным опорным колесом, находящимся в зацеплении с размещенными на радиальных осях водила дополнительными сателлитами, при этом обеспечивается возможность вращения промежуточного вала и подвижного опорного колеса в одном направлении с входным валом.

Сателлиты выполнены с массивными ободами и одновременно с передачей вращающих моментов и вращательных движений выполняют также функции маховиков.

Как частный случай выполнения, сателлиты жестко соосно связаны с размещенными на радиальных осях водила своими маховиками.

Каждый из основных сателлитов выполнен в виде жестко соосно соединенных в единый блок двух конических зубчатых колес - внутреннего и внешнего относительно оси передачи, размещенных на разных расстояниях от геометрической оси передачи и находящихся в зацеплении с разными центральными колесами, при этом передаточные отношения этих зацепляющихся пар колес различны.

Как частный случай выполнения, передача содержит две размещенных на одной линии радиальных оси водила, на каждой из которых с возможностью независимого друг от друга вращения размещены основные, дополнительные и вспомогательные сателлиты.

Как частный случай выполнения, водило содержит две пары перпендикулярных между собой радиальных осей и на каждой из этих пар радиальных осей размещены соответственно основные, или дополнительные, или вспомогательные сателлиты.

Геометрические оси радиальных осей водила и геометрическая ось передачи пересекаются в центральной точке, совмещенной с этими осями.

Передача снабжена механизмом свободного хода, одна из обойм которого закреплена в корпусе передачи, а другая обойма связана с водилом с обеспечением возможности вращения водила только в направлении вращения входного вала.

На фиг. 1 дан общий вид автоматической бесступенчатой механической передачи (далее - передача) с показом ее элементов и отличительных признаков, характеризующих изобретение. На фиг. 2 показано устройство передачи в частном случае ее выполнения с изображением только тех ее элементов, которые попадают в плоскость сечения, перпендикулярную геометрической оси передачи и совмещенную с радиальными осями водила. При этом приведен вариант устройства без применения маховиков.

Передача содержит соосные входной 1 и выходной 2 валы, установленные на них зубчатые конические ведущее 3 и ведомое 4 центральные колеса, и водило 5 с радиальными относительно геометрической оси О-О передачи осями 6, на которых по разные стороны от оси О-О передачи размещены с возможностью вращения зубчатые конические сателлиты - основные сателлиты, состоящие из сблокированных внутренних 7 и внешних 8 относительно оси О-О передачи колес, и вспомогательные сателлиты 9. Основные сателлиты 7, 8 введены в зацепление соответственно с ведущим 3 и ведомым 4 центральными колесами. Вспомогательные сателлиты 9 находятся в зацеплении с закрепленным в корпусе 10 передачи зубчатым неподвижным опорным колесом 11. Водило 6 с его радиальными осями 6 размещено между центральными ведущим 3 и ведомым 4 колесами с возможностью свободного вращения на входном 1 или выходном 2 валу, для чего один из этих валов, несущий водило, соответственно удлиняется.

Параллельно оси О-О передачи в корпусе 10 передачи размещен опорный вал 12, на котором закреплено два зубчатых колеса 13 и 14, одно из которых 13 введено в зацепление с зубчатым колесом 15, закрепленном на входном валу 1, а другое колесо 14 находится в зацеплении с зубчатым колесом 16, закрепленном на полом промежуточном валу 17, который установлен коаксиально с входным валом 1 и жестко связан с зубчатым коническим центральным подвижным опорным колесом 18, находящимся в зацеплении с размещенными на радиальных осях 6 водила 5 коническими дополнительными сателлитами 19. При этом обеспечивается возможность вращения промежуточного вала 17 и подвижного опорного колеса 18 в одном направлении с входным валом 1.

Сателлиты 7, 8, а также 9 и 19 выполнены с массивными ободами, обеспечивающими им возможность выполнять функции маховиков одновременно с передачей вращающих моментов и вращательных движений.

Как частный случай выполнения, вспомогательные 9 и дополнительные 19 сателлиты жестко соосно связаны с размещенными на радиальных осях 6 водила своими маховиками.

Каждый из основных сателлитов выполнен в виде жестко соосно соединенных в единый блок двух конических зубчатых колес - внутреннего 7 и внешнего 8 относительно оси О-О передачи, размещенных на разных расстояниях от геометрической оси О-О передачи и находящихся соответственно в зацеплении с разными центральными колесами - ведущим 3 и ведомым 4. При этом передаточные отношения этих зацепляющихся пар колес 3, 7 и 8, 4 различны.

Как частный случай выполнения, каждый из основных сателлитов представляет собой одно коническое колесо, находящееся в зацеплении одновременно с ведущим 3 и ведомым 4 центральными колесами. При этом упрощается устройство передачи, но вместе с тем уменьшается возможность изменения величины передаваемого вращающего момента.

Приведенная на изображении фиг. 1 передача содержит две радиальные оси 6 водила 5, размещенные на одной линии О₁-О₁, диаметральной относительно оси О-О передачи. На каждой радиальной оси 6 с возможностью независимого друг от друга вращения размещены основные 7, 8, дополнительные 19 и вспомогательные 9 сателлиты.

Как частный случай выполнения, приведенный на изображении фиг. 2, водило 5 содержит две перпендикулярные между собой пары радиальных осей 6 и на каждой из этих пар радиальных осей размещены соответственно основные 7, 8, или вспомогательные 9, или дополнительные 19 сателлиты. Взаимосвязь этих сателлитов с другими элементами передачи не отличается от основного варианта устройства передачи.

Геометрическая ось О-О передачи и геометрические оси О₁-О₁ радиальных осей 6 водила 5 пересекаются в центральной точке О¹, совмещенной с этими осями.

Передача снабжена механизмом свободного хода 21, одна из обойм которого закреплена в корпусе 10 передачи, а другая обойма связана при помощи соединительного элемента 22 с радиальными осями 6 водила 5 с обеспечением возможности свободного вращения водила в направлении вращения входного вала 1 и предотвращения вращения в направлении вращения выходного вала 2.

Автоматическая бесступенчатая механическая передача работает следующим образом.

За исходное положение принимается, что входной вал 1 вращается с постоянной частотой и передает неизменный по величине вращающий момент. Передаточные отношения пар зубчатых колес 15, 13 и 14, 16 обеспечивают вращение промежуточного вала 17 и подвижного опорного колеса 18 с большей частотой по сравнению с входным валом 1.

При вращении входного вала 1 вместе с установленным на нем ведущим центральным колесом 3 и неподвижном выходном вале 2 с установленным на нем ведомым центральным колесом 4 в связи с приложенной к этому валу нагрузкой или началом вращения из неподвижного положения, внешнее колесо 8 основного сателлита, соосно связанное с вращающимся вокруг оси О₁-О₁ с максимальной частотой внутренним колесом 7 основного сателлита, обкатывается по неподвижному ведомому центральному колесу 4 и весь блок каждого основного сателлита 7, 8 приводит во вращение водило 5 с его радиальными осями 6 вокруг оси О-О передачи. Водило при этом вращается в направлении вращения входного вала 1 с максимальной частотой.

Вместе с радиальными осями 6 водила вокруг оси О-О передачи вращаются вспомогательные 9 и дополнительные 19 сателлиты и соосно сблокированные с ними маховики 20.

Вспомогательные сателлиты 9 обкатываются по неподвижному опорному колесу 11 и вращаются вместе с маховиками одновременно вокруг оси О-О передачи и оси О₁-О₁ радиальных осей 6 водила, что равнозначно их вращению относительно центральной точки О¹ пересечения этих осей. При этом частота вращения вспомогательных сателлитов 9 вокруг осей О-О и О₁-О₁ и относительно центральной точки О¹ является максимальной.

Вместе с тем, подвижное опорное колесо 18 посредством связанных с входным валом 1 двух пар зубчатых колес 15, 13 и 14, 16 приводится во вращение в одном направлении с входным валом 1. Передаточные отношения связанных с опорным валом 12 двух пар зубчатых колес 15, 13 и 14, 16 обеспечивают вращение промежуточного вала 17 и подвижного опорного колеса 18 с большей частотой по сравнению с водилом 5. При этом дополнительные сателлиты 19 и связанные с ними маховики 20 вращаются вокруг радиальных осей 6 водила 5, а следовательно относительно центральной точки О¹.

Из сказанного выше следует, что при неподвижном выходном вале 2 и максимальной частоте вращения водила 5 блок колес 7, 8 основных сателлитов и вспомогательные сателлиты 9 со своими маховиками 20 вращаются относительно центральной точки О¹ с максимальной частотой. В то же время при указанных условиях дополнительные сателлиты 19 со своими маховиками 20 вращаются относительно центральной точки О¹ с минимальной частотой.

Известно, что вращающееся тело имеет определенный момент количества движения, который проявляется с соблюдением фундаментального всеобщего физического закона сохранения, согласно которому момент количества движения может быть изменен только под действием внешних сил. Известно также, что момент количества движения при вращении тела относительно точки является векторной величиной и направление вектора совпадает с направлением оси вращения непосредственно тела, в данном случае с направлением оси О₁-О₁ водила, перпендикулярной оси О-О передачи. Но поскольку ось О₁-О₁ водила совершает вращение вокруг оси О-О передачи и относительно центральной точки О¹ пересечения этих осей, направление векторов моментов количества движения сателлитов и маховиков постоянно изменяется.

Известно, что действия над векторами являются отражением соответствующих действий над векторными величинами, а векторные величины являются равными, если совпадают их числовые значения и направления. Исходя из этого, при указанных выше условиях вращения сателлитов и маховиков относительно двух осей одновременно их моменты количества движения принудительно изменяются под воздействием в конечном итоге от вращающего момента, передаваемого входным валом 1, и момента сопротивления, приложенного к выходному валу 2. Проявление при этом закона сохранения противодействует вращению осей 6 водила 5 вокруг оси О-О передачи, которые стремятся сохранить свое стабильное положение. В связи с этим оси 6 водила являются опорами для передачи вращающего момента от ведущего центрального колеса 3 на ведомое центральное колесо 4 и далее - на выходной вал 2. Величина передаваемого при этом вращающего момента зависит от величины тормозящего момента силы, приложенного к водилу 5, а также от передаточных отношений двух пар зацепляющихся колес - ведущего центрального колеса 3, внутреннего колеса 7 основного сателлита и внешнего колеса 8 основного сателлита, ведомого центрального колеса 4.

Исходя из приведенного выше характера механического взаимодействия элементов передачи следует, что с началом вращения выходного вала 2 и по мере увеличения частоты его вращения, замедляется вращение основных сателлитов 7, 8 и вспомогательных сателлитов 9 с их маховиками 20 относительно центральной точки О¹ с соответствующим уменьшением создаваемого ими тормозящего момента силы, приложенного к водилу 5. Одновременно с этим возрастает частота вращения дополнительных сателлитов 19 с их маховиками относительно центральной точки O¹ с соответствующим увеличением создаваемого ими тормозящего момента силы, приложенного к водилу 5.

При неподвижном водиле 5 с его радиальными осями 6 ведомое центральное колесо 4 будет вращаться с максимальной частотой, зависящей от передаточных отношений зацепляющихся пар колес 3, 7 и 8, 4. Сблокированные колеса 7, 8 основных сателлитов и вспомогательные сателлиты 9 с их маховиками 20 будут при этом создавать минимальный по величине тормозящий момент силы, а дополнительные сателлиты 19 с их маховиками 20 - максимальный по величине тормозящий момент силы, приложенный к водилу 5 с его радиальными осями 6.

Следовательно, описываемая передача будет надежно передавать вращающий момент при любых соотношениях в частотах вращения входного 1 и выходного 2 валов. При этом осуществляется автоматическое преобразование передаваемого вращающего момента и изменение частоты вращения выходного вала 2 в зависимости от приложенной к нему нагрузки в связи с тем, что частоты вращения водила 5 с его радиальными осями 6 вокруг оси О-О передачи находятся в обратной зависимости от частоты вращения выходного вала 2.

Известно, что величина момента количества движения вращающегося тела находится в зависимости от его массы, расстояния этой массы от оси или точки вращения и скорости вращения. Это определяет возможность создавать передачи с различными заданными параметрами путем применения отличающихся по размерам и массе сателлитов 7, 8, 9, 19 и маховиков 20 и использованием различных передаточных отношений применяемых в передаче пар зубчатых колес.

При частном случае выполнения передачи, приведенном на фиг. 2, когда водило 5 содержит две пары перпендикулярных между собой радиальных осей 6, взаимодействие входящих в состав передачи сателлитов 7, 8, 9, 19 с другими элементами передачи не имеет отличий от приведенного выше описания, поскольку все силовые и кинематические связи элементов передачи остаются без изменений.

При выполнении передачи с массивными сателлитами и без использования маховиков характер ее работы не изменяется по сравнению с приведенным выше, поскольку сателлиты выполняют функции маховиков.

Приведенные в описании и формуле изобретения другие частные случаи ее выполнения позволяют конкретизировать устройство с учетом заданных конструктивных особенностей. Вместе с тем, изложенный выше характер работы передачи при этом не изменяется.

При необходимости передачи вращающего момента и вращения от выходного вала 2 на входной вал 1 с целью торможения рабочей машины, работа двигателя прекращается. При этом под воздействием вращающего момента, передаваемого от выходного вала на входной вал, происходит замыкание механизма свободного хода 21, который посредством соединительного элемента 22 и при на наличии опоры на корпус 10 передачи не допускает вращения водила 5 в направлении вращения выходного вала 2, что обеспечивает надежную передачу потока мощности с постоянным по величине силовым передаточным отношением с использованием ведомого центрального колеса 4, основных сателлитов 8, 7 и ведущего центрального колеса 3 на входной вал 1 и далее - на двигатель, принудительное вращение вала которого приводит к торможению рабочей машины. Таким же образом производится запуск двигателя с применением буксирования рабочей машины.

Изобретение относится к машиностроению, транспортному машиностроению, станкостроению. Передача содержит входной 1 и выходной 2 валы, водило 5 с радиальными осями 6, на которых соосно размещены внутренние 7 и внешние 8 сблокированные колеса основных сателлитов, вспомогательные 9 и дополнительные 19 сателлиты, которые находятся в зацеплении соответственно с ведущим 3 и ведомым 4 центральными колесами, закрепленным в корпусе 10 передачи неподвижным опорным колесом 11 и подвижным опорным колесом 18, последнее из которых при помощи полого промежуточного вала 17 и двух пар зубчатых колес 15, 13 и 14, 16 связано с входным валом 1. Колеса 13, 14 закреплены на установленном в корпусе 10 передачи параллельно оси O-O передачи опорном валу 12. Передача и преобразование вращающего момента в широких пределах, при любых режимах работы и с высокими показателями КПД осуществляется путем торможения вращения водила 5 с его радиальными осями 6 в связи с изменением направлений векторов количества движения всех сателлитов и связанных с ними маховиков 20 при их вращении одновременно вокруг оси O-O передачи и геометрических осей O₁-O₁ радиальных осей 6 водила, что равнозначно их вращению относительно центральной точки O¹ пересечения этих осей. Расширен диапазон автоматического бесступенчатого изменения силового передаточного отношения между ведущим и ведомым валами в прямой зависимости от нагрузки на ведомом валу. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Автоматическая бесступенчатая механическая передача, содержащая соосные входной и выходной валы, установленные на них зубчатые конические ведущее и ведомое центральные колеса и водило в виде радиальных относительно геометрической оси передачи осей, на которых по разные стороны от оси передачи размещены с возможностью вращения зубчатые конические сателлиты - основные и вспомогательные, первые из которых введены в зацепление с центральными колесами, а вторые - с закрепленным в корпусе передачи зубчатым коническим неподвижным центральным опорным колесом, при этом водило размещено между центральными колесами с возможностью свободного вращения на входном или выходном валу, а масса сателлитов увеличена в том числе за счет применения соосно связанных с сателлитами маховиков, отличающаяся тем, что параллельно оси передачи в корпусе передачи размещен опорный вал, на котором закреплено два зубчатых колеса, одно из которых введено в зацепление с зубчатым колесом, закрепленным на входном валу, а другое колесо - с зубчатым колесом, закрепленным на полом промежуточном валу, который установлен коаксиально с входным валом и жестко связан с зубчатым коническим центральным подвижным опорным колесом, находящимся в зацеплении с размещенными на радиальных осях водила дополнительными сателлитами, при этом обеспечивается возможность вращения промежуточного вала и подвижного опорного колеса в одном направлении с входным валом. 2. Передача по п.1, отличающаяся тем, что сателлиты выполнены с массивными ободами и одновременно с передачей вращающих моментов и вращательных движений выполняют также функции маховиков. 3. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, сателлиты жестко соосно связаны с размещенными на радиальных осях водила своими маховиками. 4. Передача по п.1, отличающаяся тем, что каждый из основных сателлитов выполнен в виде жестко соосно соединенных в единый блок двух конических зубчатых колес - внутреннего и внешнего относительно оси передачи, размещенных на разных расстояниях от геометрической оси передачи и находящихся в зацеплении с разными центральными колесами, при этом передаточные отношения этих зацепляющихся пар колес различны. 5. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, передача содержит две размещенные на одной линии радиальные оси водила, на каждой из которых с возможностью независимого друг от друга вращения размещены основные, дополнительные и вспомогательные сателлиты. 6. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, водило содержит две пары перпендикулярных между собой радиальных осей и на каждой из этих пар радиальных осей размещены соответственно основные, или дополнительные, или вспомогательные сателлиты. 7. Передача по п.1, отличающаяся тем, что геометрические оси радиальных осей водила и геометрическая ось передачи пересекаются в центральной точке, совмещенной с этими осями. 8. Передача по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена механизмом свободного хода, одна из обойм которого закреплена в корпусе передачи, а другая обойма связана с водилом с обеспечением возможности вращения водила только в направлении вращения входного вала.