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 водиле 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 прилагаемой нагрузки.

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 ведущем валу и снабженное радиальными осями, на которых симметрично оси передачи размещены зубчатые конические основные сателлиты, введенные в зацепление с закрепленным в корпусе передачи коническим центральным неподвижным опорным колесом, являющимся опорным элементом передачи, ведущий вал является одним из концевых валов размещенного на выходе из передачи дифференциального механизма, одно из центральных колес которого является ведомым колесом передачи и закреплено на выходном валу. Согласно изобретению водило дифференциального механизма закреплено на ведущем валу, а другое центральное колесо дифференциального механизма является ведущим колесом и закреплено на входном валу. Параллельно оси передачи в корпусе передачи установлен опорный вал, на котором закреплено два зубчатых колеса, одно из которых находится в зацеплении с зубчатым колесом, закрепленным на входном валу, а другое колесо введено в зацепление с зубчатым колесом, жестко соосно связанным с зубчатым коническим центральным подвижным опорным колесом при помощи установленного коаксиально с входным валом полого промежуточного вала с обеспечением постоянного вращения упомянутого подвижного опорного колеса в направлении вращения входного вала и с большей по сравнению с ним частотой, что достигается соответствующими передаточными отношениями упомянутых выше колес, связывающих входной вал с промежуточным валом через опорный вал. Подвижное опорное колесо введено в зацепление с коническими дополнительными сателлитами, установленными на радиальных осях основного водила с возможностью независимого друг от друга вращения от основных сателлитов.

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

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

Как частный случай выполнения передача 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.

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.

Ведущий вал связан с корпусом передачи при помощи механизма свободного хода, обеспечивающего возможность вращения водила дифференциального механизма и ведущего вала 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, когда функции последних осуществляют основные и дополнительные сателлиты, выполненные с массивными ободами. На фиг. 3 показан частный пример устройства дифференциального механизма, содержащего конические центральные колеса и конические сателлиты, с размещением осей сателлитов под прямым углом к оси передачи.

Передача содержит соосные входной 1 и выходной 2 валы, основное водило 3, закрепленное на размещенном коаксиально с входным валом 1 полом ведущем валу 4 и снабженное радиальными осями 5, на которых симметрично оси O-O передачи размещены зубчатые конические основные сателлиты 6, введенные в зацепление с закрепленным в корпусе 7 передачи коническим центральным неподвижным опорным колесом 8, являющимся опорным элементом передачи. Ведущий вал 4 является одним из концевых валов размещенного на выходе из передачи дифференциального механизма, одно из центральных колес которого является ведомым колесом 9 передачи и закреплено на выходном валу 2.

Водило 10 дифференциального механизма закреплено на ведущем валу 4, а другое (второе) центральное колесо 11 дифференциального механизма является ведущим колесом 11 и закреплено на входном валу 1. На водиле 10 дифференциального механизма при помощи осей 12 с возможностью вращения установлены сателлиты 13 дифференциального механизма, введенные в зацепление с ведущим колесом 11 и ведомым колесом 9, которые являются центральными колесами дифференциального механизма.

Параллельно оси O-O передачи в корпусе 7 передачи установлен опорный вал 14, на котором закреплено два зубчатых колеса 15 и 16, первое из которых 15 находится в зацеплении с зубчатым колесом 17, закрепленным на входном валу 1, а второе колесо 16 введено в зацепление с зубчатым колесом 18, закрепленным на установленном коаксиально с входным валом 1 полом промежуточном валу 20, на другом конце которого закреплено зубчатое коническое центральное подвижное опорное колесо 19 с возможностью постоянного вращения в направлении вращения входного вала 1 и с большей по сравнению с ним частотой, что достигается соответствующими передаточными отношениями упомянутых выше двух пар зубчатых колес 17, 15 и 16, 18, связывающих входной вал 1 с промежуточным валом 20 через опорный вал 14. Подвижное опорное колесо 19 введено в зацепление с коническими дополнительными сателлитами 21, установленными на радиальных осях 5 основного водила 3 с возможностью независимого вращения от основных сателлитов 6.

Основные 6 и дополнительные 21 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 21 сателлиты жестко соосно связаны с размещенными на радиальных осях 5 основного водила 3 маховиками 22, имеющими возможность совместного вращения с указанными сателлитами.

Как частный случай выполнения, приведенный на фиг. 1, передача содержит две размещенных на одной диаметральной линии O₁-O₁ радиальных оси 5 основного водила 3, на каждой из которых с возможностью независимого друг от друга вращения размещены основные 6 и дополнительные 21 сателлиты.

Как частный случай выполнения, приведенный на фиг. 2, основное 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 21 сателлиты.

Геометрические оси O₁-O₁ радиальных осей 5 основного водила 3 и геометрическая ось O-O передачи пересекаются в центральной точке O¹, совмещенной с этими осями.

Ведущий вал 4 связан с корпусом 7 передачи при помощи механизма свободного хода 23, обеспечивающего возможность вращения водила 10 дифференциального механизма и ведущего вала 4 только в направлении вращения входного вала 1.

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 вместе с установленными на нем ведущим колесом 11 и зубчатым колесом 17, входящим в систему колес 17, 15, 16, 18, связывающих входной вал 1 с промежуточным валом 20, и неподвижном выходном вале 2 с ведомым колесом 9, ведущее колесо 11 приводит во вращение находящиеся с ним в зацеплении сателлиты 13 дифференциального механизма, которые обкатываются по неподвижному ведомому колесу 9 и приводят водило 10 дифференциального механизма и ведущий вал 4 во вращение в направлении вращения входного вала 1. Водило 3 с его радиальными осями 5 и размещенными на нем основными сателлитами 6 и дополнительными сателлитами 21 вращаются вместе с ведущим валом 4 вокруг оси O-O передачи с максимальной частотой. При этом основные сателлиты 6 обкатываются по неподвижному опорному колесу 8 и вращаются вокруг осей O₁-O₁ радиальных осей 5 основного водила 3 и относительно центральной точки O¹ также с максимальной частотой.

Подвижное опорное колесо 19, постоянно связанное промежуточным валом 20 и системой зубчатых колес 18, 16, 15, 17 с входным валом 1, вращается в направлении вращения входного вала с постоянной частотой, превышающей частоту вращения входного вала 1, что обеспечивается соответствующим совокупным передаточным отношением упомянутой выше системы зубчатых колес 18, 16, 15, 17 и наличием внешней опоры (опоры на корпус 7) в виде опорного вала 14.

Подвижное опорное колесо 19 при этом режиме работы будет приводить во вращение связанные с ним дополнительные сателлиты 21 вокруг осей O₁-O₁ радиальных осей 5 с минимальной частотой, поскольку основное водило 3 с его радиальными осями 5 и подвижное опорное колесо 19 вращаются в одном направлении вокруг оси O-O передачи. Частота вращения дополнительных сателлитов 21 вокруг оси O-O передачи, осей O₁-O₁ радиальных осей 5 основного водила 3 и относительно центральной точки O¹ будет определяться при этом совокупным передаточным отношением всех вовлеченных в это вращательное движение указанных выше зубчатых колес и сателлитов.

Известно, что момент количества движения при вращении тела относительно точки является векторной величиной и направление этого вектора совпадает с направлением оси вращения непосредственно тела ("Политехнический словарь" под ред. академика А.Ю.Ишлинского, изд. "Советская энциклопедия", М. - 1980, стр. 310/2). Но поскольку геометрические оси O₁-O₁ радиальных осей 5 основного водила 3 совершают вращение вокруг оси O-O передачи и относительно центральной точки O¹ пересечения этих осей, направление векторов моментов количества движения основных 6 и дополнительных 21 сателлитов 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 (см. там же, стр. 73/1).

Момент количеств движения проявляется с соблюдением всеобщего физического закона сохранения и может быть изменен только под действием внешних сил. Проявления указанного всеобщего закона сохранения у вращающихся относительно центральной точки O¹ упомянутых выше сателлитов 6, 21 противодействует вращению связанных между собой радиальных осей 5 основного водила 3, ведущего вала 4, водила 10 и сателлитов 13 дифференциального механизма вокруг оси O-O передачи. При этом обеспечивается возможность передачи вращающего момента и вращательного движения от входного вала 1 и ведущего колеса 11 на ведомое колесо 9 и выходной вал 2 передачи, в том числе с автоматическим увеличением передаваемого вращающего момента при соответствующем уменьшении частоты вращения выходного вала (в том числе при его неподвижности или малой частоте вращения в связи с приложенной к нему нагрузкой). Это достигается соответствующим передаточным отношением между центральными колесами 11 и 9 дифференциального механизма, показанного в качестве примера на фиг. 1.

Из сказанного выше следует, что при неподвижном выходном вале 2 вращающий момент на него передается при максимальной частоте вращения основных сателлитов 6 и минимальной частоте вращения дополнительных сателлитов 21 относительно центральной точки O¹.

При начале вращения выходного вала 2 и по мере увеличения частоты его вращения частота вращения основного водила 3 с его радиальными осями 5, ведущего вала 4 и водила 10 дифференциального механизма вокруг оси O-O передачи уменьшается, поскольку ведомое колесо 9 вместе с выходным валом совершает вращение в противоположном направлении относительно вращения входного вала 1. Это приводит к соответствующему замедлению вращения основных сателлитов 6 вокруг оси O-O передачи, осей O₁-O₁ радиальных осей 5 и центральной точки O¹. Вместе с тем, частота вращения дополнительных сателлитов 21 вокруг осей O₁-O₁ радиальных осей 5 основного водила 3 и относительно центральной точки O¹ возрастает, поскольку разность в частотах вращения вокруг оси O-O передачи подвижного опорного колеса 19 и основного водила 3 с его радиальными осями 5 возрастает.

Максимальная частота вращения дополнительных сателлитов 21 вокруг осей O₁-O₁ радиальных осей 5 основного водила 3 будет происходить при неподвижном основном водиле 3. Действие дополнительных сателлитов 21 в данных предельных по своему характеру условиях подобно действию гироскопа, который устойчиво противодействует повороту оси своего вращения, в данном случае повороту радиальных осей 5 основного водила 3, а вместе с ним противодействует повороту ведущего вала 4 и водила 10 дифференциального механизма, что обеспечит передачу вращающего момента на вращающиеся с максимальной частотой ведомое колесо 9 и выходной вал 2.

Из сказанного выше следует, что при неподвижном выходном вале 2 или малой частоте его вращения передача вращающего момента будет осуществляться в основном за счет большой частоты вращения основных сателлитов 6 относительно центральной точки O¹. А по мере увеличения частоты вращения выходного вала значение основных сателлитов 6 в передаче вращающего момента будет уменьшаться с одновременным повышением соответствующего значения дополнительных сателлитов 21. При этом изменение частоты вращения и величины передаваемого вращающего момента будет происходить плавно и автоматически.

Приведенные выше особенности работы передачи с сателлитами 6, 21, снабженными массивными ободами или сблокированными с маховиками 22, не имеет отличий, поскольку и те и другие дополнительные массы выполняют одни и те же функции инерционных грузов.

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 различий от приведенного выше, поскольку все силовые и кинематические связи остаются без изменений.

Приведенные в описании и формуле изобретения другие частные случаи выполнения передачи 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, происходит замыкание механизма свободного хода 23, который не допускает вращения ведущего вала 4 и водила дифференциального механизма 10 и обеспечивает передачу потока мощности от выходного вала 2 через сателлиты 13 дифференциального механизма непосредственно на ведущее колесо 11, входной вал 1 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. Передача содержит входной 1 и выходной 2 валы, основное водило 3, закрепленное на коаксиальном входном валу полом ведущем валу 4 и снабженное радиальными осями 5, на которых с возможностью независимо друг от друга вращения размещены основные сателлиты 6 и дополнительные сателлиты 21. Сателлиты 6 введены в зацепление с закрепленным в корпусе 7 неподвижным опорным колесом 8, а сателлиты 21 - с подвижным опорным колесом 19, установленным с возможностью вращения в одном направлении с входным валом на промежуточном валу 20, который связан с входным валом при помощи двух пар колес 18, 16 и 15, 17 и опорного вала 14, установленного в корпусе 7 передачи. На ведущем валу закреплено водило 10 дифференциального механизма, несущего на осях 12 сателлиты, введенные в зацепление с центральными колесами 9, 11, первое из которых 9 закреплено на выходном валу, а второе 11 установлено на входном валу. Обеспечено автоматическое изменение передаваемого вращающего момента в зависимости от нагрузки на выходном валу, повышена надежность работы передачи при любой частоте вращения выходного вала. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Автоматическая бесступенчатая механическая передача, содержащая соосные входной и выходной валы, основное водило, закрепленное на размещенном коаксиально с входным валом полом ведущем валу и снабженное радиальными осями, на которых симметрично оси передачи размещены зубчатые конические основные сателлиты, введенные в зацепление с закрепленным в корпусе передачи коническим центральным неподвижным опорным колесом, являющимся опорным элементом передачи, ведущий вал является одним из концевых валов размещенного на выходе из передачи дифференциального механизма, одно из центральных колес которого является ведомым колесом передачи и закреплено на выходном валу, отличающаяся тем, что водило дифференциального механизма закреплено на ведущем валу, а другое центральное колесо дифференциального механизма является ведущим колесом и закреплено на входном валу, параллельно оси передачи в корпусе передачи установлен опорный вал, на котором закреплено два зубчатых колеса, одно из которых находится в зацеплении с зубчатым колесом, закрепленным на входном валу, а другое колесо введено в зацепление с зубчатым колесом, жестко соосно связанным с зубчатым коническим центральным подвижным опорным колесами при помощи установленного коаксиально с входным валом полого промежуточного вала с обеспечением постоянного вращения упомянутого подвижного опорного колеса в направлении вращения входного вала и с большей по сравнению с ним частотой, что достигается соответствующими передаточными отношениями упомянутых выше колес, связывающих входной вал с промежуточным валом через опорный вал, подвижное опорное колесо введено в зацепление с коническими дополнительными сателлитами, установленными на радиальных осях основного водила с возможностью независимого друг от друга вращения от основных сателлитов. 2. Передача по п.1, отличающаяся тем, что основные и дополнительные 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 основные и дополнительные 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 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. 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 пар 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 ведущий вал связан с корпусом передачи при помощи механизма свободного хода, обеспечивающего возможность вращения водила дифференциального механизма и ведущего вала только в направлении вращения входного вала.