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 бесступенчатая передача, содержащая соосные входной и выходной валы, инерционное тормозное устройство, состоящее из ведущего и опорного элементов, механически взаимодействующих при помощи включенных в состав инерционного тормозного устройства инерционных грузов, которые установлены при помощи водила на валу инерционного тормозного устройства с возможностью вращения вместе с этим валом, дифференциал, один из концевых валов которого связан с инерционным тормозным устройством, два других - с входным и выходным валами (патент РФ N 2072718, МПК F 16 H 33/10, 3/74, 27.01.97, бюл. N 3).

Наиболее близким по совокупности признаков техническим решением к заявленной передаче является автоматическая бесступенчатая механическая передача, содержащая соосные входной и выходной валы, инерционное тормозное устройство, состоящее из ведущего и опорного элементов, первый из которых включает водило, закрепленное на размещенном коаксиально с входным валом полом промежуточном валу и снабженное радиальными осями, на которых симметрично оси передачи размещены зубчатые конические сателлиты, введенные в зацепление с закрепленным в корпусе передачи коническим центральным неподвижным опорным колесом, являющимся опорным элементом передачи, с промежуточным валом жестко соединено первое центральное колесо размещенного на выходе из передачи дифференциала, водило дифференциала закреплено на входном валу и выполнено в виде радиальных осей, на которых установлены сателлиты, входящие в зацепление с центральными колесами дифференциала, при этом второе центральное колесо дифференциала закреплено на выходном валу (патент РФ N 2109188, МПК F 16 H 33/10, 3/74, 20.04.98, бюл. N 11).

У этой автоматической бесступенчатой механической передачи верхним пределом повышения частоты вращения выходного вала является режим работы при неподвижном ведущем элементе инерционного тормозного устройства, когда инерционные грузы на водило и вместе с ним не вращаются и не передают на первое центральное колесо дифференциала тормозящий момент силы. При этом не передается вращающий момент и на выходной вал. С уменьшением частоты вращения водила и приближением к указанному верхнему пределу частоты вращения выходного вала соответственно уменьшается КПД и эффективность использования мощности применяемого двигателя.

Предлагаемое изобретение обеспечивает достижение технического результата, который заключается в автоматическом бесступенчатом изменении передаваемого вращающего момента в зависимости от нагрузки на выходном валу, осуществлении возможности передачи вращающего момента при неподвижном водиле и при равной частоте вращения выходного и входного валов, создании максимального по величине вращающего момента на неподвижном (заторможенном нагрузкой) выходном валу при отсутствии при этом угрозы остановки двигателя, возможности автоматического торможения рабочей машины при помощи выключенного двигателя (например, при движении машины под уклон) и запуска двигателя с применением буксировки машины. При этом обеспечивается оптимальное использование мощности двигателя. Одновременно с этим упрощается управление транспортной машиной и уменьшается износ двигателя в связи с плавным преобразованием нагрузки на выходном валу.

Указанный технический результат достигается тем, что автоматическая бесступенчатая механическая передача содержит соосные входной и выходной валы, основное водило, закрепленное на размещенном коаксиально с входным валом полом промежуточном валу и снабженное радиальными осями, на которых симметрично оси передачи размещены зубчатые конические основные сателлиты, введенные в зацепление с закрепленным в корпусе передачи центральным неподвижным опорным колесом, с промежуточным валом жестко соединено первое центральное колесо размещенного на выходе из передачи дифференциального механизма. Согласно изобретению передача дополнительно снабжена установленным коаксиально с входным валом полым ведущим валом, который при помощи трех ведущих зубчатых колес связан с входным валом, первое из этих ведущих колес является центральным и закреплено на входном валу, второе ведущее колесо также является центральным и закреплено на ведущем валу, третье ведущее колесо путем зубчатого зацепления связывает упомянутые первое и второе ведущие колеса и опорная ось этого третьего ведущего колеса размещена в корпусе передачи в одной плоскости с входным валом и является опорным элементом передачи. На противоположном от упомянутого второго ведущего колеса конце ведущего вала закреплено зубчатое коническое центральное подвижное опорное колесо, которое введено в зацепление с зубчатыми коническими дополнительными сателлитами, установленными на радиальных осях основного водила. На конце входного вала, обращенного к выходу из передачи, закреплено второе центральное колесо упомянутого дифференциального механизма, при этом первое и второе центральные колеса дифференциального механизма введены в зацепление с сателлитами, установленными на водиле дифференциального механизма, закрепленном на выходном валу передачи. Упомянутые основные и дополнительные сателлиты совмещены с инерционными грузами в виде маховиков.

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

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

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

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

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

Входной и выходной валы связаны механизмом свободного хода, ведший элемент которого связан с выходным валом, а ведомый элемент - с входным валом.

Как частный случай выполнения, опорная ось третьего ведущего колеса размещена в корпусе передачи параллельно входному валу и все три упомянутых ведущих колеса выполнены цилиндрическими, при этом одно из двух упомянутых центральных колес имеет внутреннее зацепление.

Как частный случай выполнения, опорная ось третьего ведущего колеса размещена в корпусе передачи под углом к оси передачи, например, под прямым углом, и все три упомянутых ведущих колеса выполнены коническими.

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.

Автоматическая бесступенчатая механическая передача содержит соосные входной 1 и выходной 2 валы, основное водило 3, закрепленное на размещенном коаксиально с входным валом 1 полом промежуточном валу 4 и снабженное радиальными валами 5, на которых симметрично оси O-O передачи размещены зубчатые конические основные сателлиты 6, введенные в зацепление с закрепленным в корпусе 14 передачи центральным неподвижным опорным колесом 7. С промежуточным валом 4 жестко соединено первое центральное колесо 8 размещенного на выходе из передачи дифференциального механизма.

Передача снабжена установленным коаксиально с входным валом 1 полым ведущим валом 9, который при помощи трех ведущих зубчатых колес 10, 11, 12 связан с входным валом 1. первое из этих ведущих колес 10 является центральным относительно оси O-O передачи и закреплено на входном валу 1. Второе центральное ведущее колесо 11 закреплено на ведущем валу 9. Третье ведущее колесо 12 путем зубчатого зацепления связывает упомянутые первое 10 и второе 11 ведущие колеса и опорная ось 13 этого третьего ведущего колеса установлена в корпусе 14 передачи в одной плоскости с входным валом 1 и является опорным элементом передачи. На противоположном от упомянутого второго ведущего колеса 11 конце ведущего вала 9 закреплено зубчатое коническое центральное подвижное опорное колесо 15, которое введено в зацепление с зубчатыми коническими дополнительными сателлитами 16, установленными на радиальных осях 5 основного водила 3. На конце входного вала 1, обращенного к выходу из передачи, закреплено второе центральное колесо 17 упомянутого дифференциального механизма, при этом первое 8 и второе 17 центральные колеса дифференциального механизма введены в зацепление с сателлитами 18, установленными на водиле 19 дифференциального механизма, закрепленном на выходном валу 2 передачи. Упомянутые основные 6 и дополнительные 16 сателлиты совмещены с инерционными грузами в виде маховиков.

Основные 6 и дополнительные 16 сателлиты выполнены с массивными ободами и одновременно с передачей вращающих моментов и вращательных движений выполняют также функции маховиков.

Как частный случай выполнения, основные 6 и дополнительные 16 сателлиты жестко соосно связаны с размещенными на радиальных осях 5 основного водила маховиками 20.

Как частный случай выполнения, передача содержит две размещенных на одной диаметральной линии радиальных оси 5 основного водила 3, на каждой из которых с возможностью независимого друг от друга вращения размещены основные 6 и дополнительные 16 сателлиты. Данный частный случай выполнения передачи приведен на фиг. 1.

Как частный случай выполнения, водило 3 содержит две пары перпендикулярных между собой радиальных осей 5 и на каждой из этих пар радиальных осей размещены с возможностью вращения соответственно основные 6 или дополнительные 16 сателлиты. Данный частный случай выполнения передачи приведен на фиг. 2.

Геометрические оси O₁-O₁ радиальных осей водила и геометрическая ось O-O передачи пересекаются в центральной точке O¹, совмещенной с этими осями.

Входной 1 и выходной 2 валы связаны механизмом свободного хода 21, ведущий элемент которого связан с выходным валом, а ведомый элемент - с входным валом.

Как частный случай выполнения, опорная ось 13 третьего ведущего колеса 12 размещена в корпусе 14 передачи параллельно входному валу 1 и все три упомянутых ведущих колеса 10, 11, 12 выполнены цилиндрическими, при этом одно из двух центральных колес имеет внутреннее зацепление. В данном случае, приведенном на фиг. 1, внутреннее зацепление имеет первое ведущее колесо 10.

Как частный случай выполнения, опорная ось 13 третьего ведущего колеса размещена в корпусе 14 передачи под углом к оси передачи, например под прямым углом, и все три упомянутых ведущих колеса выполнены коническими.

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.

При вращении входного вала 1 одновременно с ним приводятся во вращение установленные на нем первое ведущее колесо 10 и второе центральное колесо 17 дифференциального механизма. Первое ведущее колесо 10 через третье ведущее колесо 12 приводит во вращение вокруг оси O-O передачи второе ведущее колесо 11 и жестко связанные с этим колесом полый ведущий вал 9 и подвижное опорное колесо 15, последнее из которых приводит во вращение вокруг радиальных осей O₁-O₁ основного водила 3 находящихся с этим колесом 15 в зацеплении дополнительные сателлиты 16. Второе центральное колесо 17 дифференциального механизма через сателлиты 18 приводит во вращение вокруг оси O-O передачи первое центральное колесо 8 дифференциального механизма и жестко связанные с этим колесом промежуточный вал 4 и основное водило 3 с его радиальными осями 5, на которых размещены основные сателлиты 6, введенные в зацепление с неподвижным опорным колесом 7. При этом основные сателлиты 6 перекатываются по неподвижному опорному колесу 7 и вращаются на радиальных осях 5 основного водила 3 вокруг геометрических радиальных осей O₁-O₁. Основное водило 3 и подвижное опорное колесо 15 вращаются в противоположном направлении относительно вращению входного вала 1.

Одновременное вращение основных 6 и дополнительных 16 сателлитов вокруг оси O-O передачи и радиальных осей O₁-O₁ основного водила 3 равнозначно их вращению относительно центральной точки O₁ пересечения этих осей.

Известно, что момент количества движения при вращении тела относительно точки является векторной величиной и направление этого вектора совпадает с направлением оси вращения непосредственно тела, в данном случае с направлением радиальных осей O₁-O₁ основного водила 3 ("Политехнический словарь" под ред. академика А.Ю.Ишлинcкого, изд. "Советская энциклопедия", М., 1980, стр. 310/2). Но поскольку оси O₁-O₁ основного водила 3 совершают вращение вокруг оси O-O передачи и относительно центральной точки O₁ пересечения этих осей, направление векторов моментов количества движения сателлитов 6 и 16 постоянно изменяется.

Известно также, что действия над векторами являются отражением соответствующих действий над векторными величинами, а векторные величины являются равными, если совпадают их числовые значения и направления (см. там же, стр. 73/1).

Момент количества движения тела проявляется с соблюдением всеобщего физического закона сохранения и может быть изменен только под действием внешних сил. В связи с этим проявление указанного всеобщего закона сохранения у вращающихся относительно центральной точки O¹ сателлитов 6 и 16 противодействует вращению радиальных осей 5 водила 3 и связанного с ними первого центрального колеса 8 дифференциального механизма вокруг оси O-O передачи и в связи с этим упомянутые радиальные оси 5 и первое центральное колесо 8 являются опорами для передачи вращающего момента от входного вала 1 и второго центрального колеса 17 дифференциального механизма через сателлиты 18 на водило 19 дифференциального механизма и жестко связанный с этим водилом выходной вал 2.

При указанном выше исходном положении, когда выходной вал 2 неподвижен, а входной вал 1 вращается с постоянной частотой, основное водило 3 с радиальными осями 5 вращаются с максимальной частотой в противоположном направлении относительно входного вала 1. Подвижное опорное колесо 15 вращается с постоянной частотой, зависящей только от частоты вращения входного вала 1 и в противоположном относительно этого вала направлении.

При указанных условиях основные сателлиты 6, перекатываясь по неподвижному опорному колесу 7, вращаются с максимальной частотой относительно центральной точки O¹ и по указанным выше причинам обеспечивают наиболее интенсивное противодействие вращению водила 3 и передачу максимального по величине вращающего момента от входного вала 1 на выходной вал 2.

В то же время, вращающиеся в одном направлении подвижное опорное колесо 15 и основное водило 3 с его радиальными осями 5 создают вращение дополнительным сателлитам 16 с минимальной частотой относительно центральной точки O¹.

Следовательно, при неподвижном выходном вале 2 вращающий момент на него передается в основном за счет изменения направления векторов моментов количества движения основных сателлитов 6 относительно центральной точки O¹ и связанного с этим проявления всеобщего закона сохранения.

При начале вращения выходного вала 2 и по мере увеличения частоты его вращения частота вращения водила 3 вокруг оси O-O передачи уменьшается с одновременным увеличением частоты вращения дополнительных сателлитов 16 вокруг осей O₁-O₁ радиальных осей 5 основного водила и относительно центральной точки O₁ с соответствующим увеличением интенсивности изменения моментов количества движения этих сателлитов 16 и возрастанием их влияния на передачу вращающего момента от входного вала на выходной вал 2.

При одинаковой частоте вращения входного вала 1 и выходного вала 2 (прямая передача), оба этих вала и основное водило 3 с его радиальными осями 5 будут вращаться как единое целое. Это будет обеспечиваться силовым воздействием со стороны связанного с корпусом 14 передачи через опорную ось 13 подвижного опорного колеса 15, которое приводит во вращение дополнительные сателлиты 16. Противодействие вращению радиальных осей 5 основного водила вокруг оси O-O передачи при этом обеспечивается гироскопическими силами, которые устойчиво сохраняют направление радиальных осей 5 основного водила (см. там же, стр. 122/2 и 122/3). Помимо этого передача вращающего момента будет в значительной мере обеспечиваться за счет сил, возникающих при изменении направления векторов моментов количества движения основных сателлитов 6 при их вращении вместе с основным водилом 3 вокруг оси O-O передачи и перекатывании при этом по неподвижному опорному колесу 7, что равнозначно их вращению относительно центральной точки O¹.

Исходя из сказанного следует, что предложенная передача обеспечивает силовую связь входного вала 1 и выходного вала 2 с преобразованием передаваемого вращающего момента при любых соотношениях в частотах вращения этих валов. Конкретные возможности трансформирования величины передаваемого вращающего момента зависят от принятых конструктивных параметров передачи, а именно от величины передаточных отношений всех находящихся в зацеплении зубчатых колес и массы основных 6 и дополнительных 16 сателлитов (включая массу маховиков при соответствующем частном случае выполнения передачи).

Первичным условием, обеспечивающим работу передачи, является наличие опоры на корпус 14 передачи через неподвижное опорное колесо 7 и опорную ось 13 третьего ведущего колеса 12 при передаче и трансформировании вращающего момента.

Исходя из отличительных признаков изобретения, приведенных в зависимых пунктах формулы изобретения, сателлиты 6 и 16 передачи могут быть выполнены или с массивными ободами и осуществлять при этом функции маховиков, или могут быть дополнительно жестко соосно связаны с маховиками 20. Приведенное выше описание работы передачи в обоих указанных частных случаях ее выполнения не имеет отличий.

При частном случае выполнения передачи, приведенном на фиг. 2, когда основное водило 3 содержит две пары перпендикулярных между собой радиальных осей 5, взаимодействие всех элементов передачи не имеет отличий от приведенного выше описания, поскольку все силовые и кинематические связи элементов передачи остаются без изменений.

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 (например, при движении ее под уклон), работа двигателя прекращается. При этом под воздействием вращающего момента, передаваемого от выходного вала 2 на входной вал 1, происходит замыкание механизма свободного хода 21, который обеспечивает передачу потока мощности от выходного вала на входной вал и далее на двигатель, принудительное вращение вала которого приводит к торможению рабочей машины. Таким же образом производится запуск двигателя путем буксировки транспортной машины.

Изобретение относится к машиностроению, транспортному машиностроению, станкостроению. Передача содержит входной 1 и выходной 2 валы, установленный коаксиально с входным валом полый ведущий вал 9, связанный с входным валом ведущими колесами 10, 11, 12, последнее из которых является промежуточным и установлено на размещенной в корпусе 14 передачи опорной оси 13. Коаксиально с входным валом установлен полый промежуточный вал 4, на одном конце которого закреплено основное водило 3 с радиальными осями 5, на которых размещены с возможностью независимого друг от друга вращения конические основные 6 и дополнительные 16 сателлиты. Основные сателлиты введены в зацепление с закрепленным в корпусе неподвижным опорным колесом 7, а дополнительные сателлиты - с закрепленным на ведущем валу 9 подвижным опорным колесом 15. На другом конце промежуточного вала установлено первое центральное колесо 8 дифференциального механизма. На конце входного вала закреплено второе центральное колесо 17 дифференциального механизма, при этом первое центральное колесо и второе центральное колесо введены в зацепление с сателлитами 18 дифференциального механизма, установленными на водиле 19 дифференциального механизма, закрепленном на выходному валу. Основные и дополнительные сателлиты совмещены с инерционными грузами в виде маховиков. Передача обеспечивает преобразование передаваемого вращающего момента за счет изменения величины и направлений векторов моментов количества движения основных и дополнительных сателлитов при их одновременном вращении вокруг радиальных осей O₁-O₁ основного водила и оси О-О передачи, что равнозначно их вращению относительно центральной точки О¹ пересечения этих осей. Обеспечена передача вращающего момента при любых соотношениях в частотах вращения входного и выходного валов. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Автоматическая бесступенчатая механическая передача, содержащая соосные входной и выходной валы, основное водило, закрепленное на размещенном коаксиально с входным валом полом промежуточном валу и снабженное радиальными осями, на которых симметрично оси передачи размещены зубчатые конические основные сателлиты, введенные в зацепление с закрепленным в корпусе передачи центральным неподвижным опорным колесом, с промежуточным валом жестко соединено первое центральное колесо размещенного на выходе из передачи дифференциального механизма, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена установленным коаксиально с входным валом полым ведущим валом, который при помощи трех ведущих зубчатых колес связан с входным валом, первое из этих ведущих колес является центральным и закреплено на входном валу, второе центральное ведущее колесо закреплено на ведущем валу и третье ведущее колесо путем зубчатого зацепления связывает упомянутые первое и второе ведущие колеса и опорная ось этого третьего ведущего колеса размещена в корпусе передачи в одной плоскости с входным валом и является опорным элементом передачи, на противоположном от упомянутого второго ведущего колеса конце ведущего вала закреплено зубчатое коническое центральное подвижное опорное колесо, которое введено в зацепление с зубчатыми коническими дополнительными сателлитами, установленными на радиальных осях основного водила, на конце входного вала, обращенного к выходу из передачи, закреплено второе центральное колесо упомянутого дифференциального механизма, при этом первое и второе центральные колеса дифференциального механизма введены в зацепление с сателлитами, установленными на водиле дифференциального механизма, закрепленном на выходном валу передачи, упомянутые основные и дополнительные сателлиты совмещены с инерционными грузами в виде маховиков. 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 основного водила маховиками. 4. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, она содержит две размещенные на одной диаметральной линии радиальные оси основного водила, на каждой из которых с возможностью независимого друг от друга вращения размещены основные и дополнительные сателлиты. 5. 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 радиальных осей размещены с возможностью вращения соответственно основные или дополнительные сателлиты. 6. Передача по п.1, отличающаяся тем, что геометрические оси радиальных осей водила и геометрическая ось передачи пересекаются в центральной точке, совмещенной с этими осями. 7. Передача по п.1, отличающаяся тем, что входной и выходной валы связаны механизмом свободного хода, ведущий элемент которого связан с выходным валом, а ведомый элемент - с входным валом. 8. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, опорная ось третьего ведущего колеса размещена в корпусе передачи параллельно входному валу и все три упомянутых ведущих колеса выполнены цилиндрическими, при этом одно из двух центральных колес имеет внутреннее зацепление. 9. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, опорная ось третьего ведущего колеса размещена в корпусе передачи под углом к оси передачи, например, под прямым углом, и все три упомянутых ведущих колеса выполнены коническими.