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 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 коническим центральным неподвижным опорным колесом. С промежуточным валом жестко соединено первое центральное колесо размещенного на выходе из передачи дифференциального механизма. На входном валу закреплено водило указанного дифференциального механизма и на этом водиле размещены сателлиты, входящие в зацепление с центральными колесами дифференциального механизма, при этом второе из упомянутых центральных колес закреплено на выходном валу. Согласно изобретению, на входном валу закреплено зубчатое коническое центральное подвижное опорное колесо, введенное в зацепление с коническими дополнительными сателлитами, размещенными на радиальных осях основного водила с возможностью независимого вращения на этих осях от основных сателлитов. Упомянутым основным и дополнительным сателлитом придана масса, обеспечивающая возможность одновременного выполнения ими функций инерционных грузов в виде маховиков.

Основные сателлиты и дополнительные сателлиты снабжены массивными ободами и одновременно выполняют функции маховиков.

Как частный случай выполнения, основные сателлиты 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 размещены основные и дополнительные сателлиты.

Как частный случай выполнения, основное водило содержит две пары перпендикулярных между собой радиальных осей и на одной из этих пар радиальных осей размещены основные сателлиты, а на другой паре осей - дополнительные сателлиты.

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

Как частный случай выполнения, центральные колеса и сателлиты дифференциального механизма выполнены коническими, а оси сателлитов размещены под углом, в том числе под прямым углом, к оси передачи.

Как частный случай выполнения, центральные колеса и сателлиты дифференциального механизма выполнены цилиндрическими, при этом второе из упомянутых центральных колес, установленное на выходном валу, имеет внутреннее зацепление, а оси сателлитов параллельны оси передачи.

Промежуточный вал связан с корпусом передачи механизмом свободного хода с обеспечением возможности вращения промежуточного вала только в одном направлении с входным валом.

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 основного водила. При этом приведен вариант устройства без применения маховиков и с основными и дополнительными сателлитами, снабженными массивными ободами, выполняющими функции маховиков.

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 осями 5, на которых симметрично оси О-О передачи размещены зубчатые конические основные сателлиты 6, введенные в зацепление с закрепленным в корпусе 7 передачи центральным неподвижным опорным колесом 8. На выходе из передачи размещен дифференциальный механизм, концевые валы которого связаны с входным 1, и выходным 2 и промежуточным 4 валами и соответственно составляют с ним одно целое. На входном валу 1 последовательно в направлении к выходному валу 2 закреплены зубчатое коническое центральное подвижное опорное колесо 9 и водило 10 дифференциального механизма. При этом входной вал 1 является одновременно концевым валом водила 10 дифференциального механизма. Подвижное опорное колесо 9 введено в зацепление с коническими дополнительными сателлитами 11, размещенными на радиальных осях 5 основного водила 3 с возможностью независимого вращения на этих осях от основных сателлитов 6. Промежуточный вал 4 одновременно является также концевым валом первого центрального колеса 12 дифференциального механизма. Второе центральное колесо 13 дифференциального механизма закреплено на выходном валу 2, который одновременно соответственно является одним из концевых валов дифференциального механизма. На водиле 10 дифференциального механизма размещены сателлиты 14 дифференциального механизма, введенные в зацепление одновременно с первым 12 и вторым 13 центральными колесами дифференциального механизма. Указанные выше основные 6 и дополнительные 11 сателлиты совмещены с инерционными грузами в виде маховиков.

Как частный случай выполнения, основные сателлиты 6 и дополнительные сателлиты 11 снабжены массивными ободами и выполняют одновременно функции маховиков.

Как частный случай выполнения, основные сателлиты 6 и дополнительные сателлиты 11 жестко соосно связаны с размещенными на радиальных осях 5 основного водила 3 маховиками 15.

Как частный случай выполнения, передача содержит две размещенные на одной диаметральной линии радиальные оси 5 основного водила 3, на каждой из которых размещены независимо друг от друга основные 6 и дополнительные 11 сателлиты. Данный частный случай выполнения передачи приведен на фиг. 1.

Как частный случай выполнения, основное водило 3 содержит две пары перпендикулярных между собой радиальных осей 5 и на одной из этих пар радиальных осей размещены основные сателлиты 6, а на другой паре осей - дополнительные сателлиты 11. Данный частный случай выполнения передачи приведен на фиг. 2, при этом указанные сателлиты 6 и 11 показаны без связи с маховиком.

Геометрические оси О₁-О₁ радиальных осей 5 основного водила 3 и геометрическая оси О-О передачи пересекаются в центральной точке О¹, совмещенной с этими осями.

Как частный случай выполнения, центральные колеса 12, 13 дифференциального механизма выполнены коническими, а оси сателлитов этого механизма размещены под углом, в том числе под прямым углом, к оси О-О передачи.

Как частный случай выполнения, центральные колеса и сателлиты дифференциального механизма выполнены по известной схеме цилиндрическими, при этом второе из упомянутых центральных колес, установленное на выходном валу 2, имеет внутреннее зацепление, а оси сателлитов параллельны оси О-О передачи.

Промежуточный вал 4 связан с корпусом 7 передачи механизмом свободного хода 16 с обеспечением возможности свободного вращения только в одном направлении с входным валом 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 подвижным опорным колесом 9 и водилом 10 дифференциального механизма и неподвижном выходном вале 2 в связи с приложенной к ней нагрузкой или началом вращения из неподвижного положения, вращающееся подвижное опорное колесо 9 приводит во вращение размещенные на радиальных осях 5 основного водила 3 дополнительные сателлиты 11. Одновременно с этим вращающееся водило дифференциального механизма приводит во вращение вокруг оси О-О передачи сателлиты 14 дифференциального механизма, которые при неподвижном (заторможенной нагрузкой) втором центральном колесе 13 дифференциального механизма приводят во вращение с удвоенной частотой по сравнению с частотой вращения входного вала 1 первое центральное колесо 12 дифференциального механизма, установленное на промежуточном валу 4, в направлении вращения входного вала 1.

При указанном вращении основного водила 3 относительно неподвижного опорного колеса 8 и подвижного опорного колеса 9 установленные на радиальных осях 5 основного водила 3 основные 6 и дополнительные 11 сателлиты перекатываются соответственно по неподвижному опорному колесу 8 и подвижному опорному колесу 9 и вращаются при этом на радиальных осях 5 основного водила 3 вокруг осей О₁-О₁ и вместе с радиальными осями 5 - вокруг оси О-О передачи. Вращение основных 6 и дополнительных 11 сателлитов одновременно вокруг осей О₁-О₁ радиальных осей 5 основного водила и оси О-О передачи равнозначно их вращению относительно центральной точки О¹ пересечения этих осей. Частота вращения основного водила 3 с его радиальными осями 5 вокруг оси О-О передачи будет максимальной, поскольку, как указано выше, промежуточный вал 4 вращается при неподвижном выходном вале 2 с удвоенной частотой по сравнению с входным валом 1, исходя из известного свойства дифференциального механизма. Соответственно и частота вращения основных сателлитов 6 вокруг упомянутых осей О-О и О₁-О₁ и относительно центральной точки О¹ будет максимальной. В то же время, частота вращения дополнительных сателлитов 11 вокруг упомянутых осей О₁-О₁ и относительно центральной точки О¹ будет минимальной, поскольку основное водило 3 с его радиальными осями 5 при данных условиях вращается с максимальной частотой вокруг оси О-О передачи в одном направлении с входным валом 1 и подвижным опорным колесом 9.

При частном случае выполнения передачи, когда основные 6 и дополнительные 11 сателлиты жестко соосно сблокированы с маховиками 15, указанные выше вращательные движения совершают одновременно упомянутые стеллиты и жестко связанные с ними маховики.

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 О₁-О₁ основного водила 3 ("Политехнический словарь" под ред. академика Ишлинского А. Ю., изд. "Советская энциклопедия", М. - 1980, стр. 310/2). Но поскольку оси О₁-О₁ основного водила 3 совершают вращение вокруг оси О-О передачи и относительно центральной точки О¹ пересечения этих осей, направление векторов моментов количества движения сателлитов 6 и 11 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. Проявление указанного всеобщего закона сохранения у вращающихся относительно центральной точки О¹ сателлитов 6 и 11 противодействует вращению радиальных осей 5 и водила 3 и связанного с ними первого центрального колеса 12 дифференциального механизма вокруг оси О-О передачи. В связи с этим упомянутые радиальные оси 5 основного водила 3 и первое центральное колесо 12 дифференциального механизма являются опорами для передачи вращающего момента от входного вала 1 через дифференциальный механизм на выходной вал 2. Основной первичной опорой для передачи вращающего момента является корпус 7 передачи, который через закрепленное в нем неподвижное опорное колесо 8 обеспечивает вращение основного сателлита 6 относительно центральной точки О¹ и создание при этом тормозящего момента силы на основном водиле 3 и первом центральном колесе 12 дифференциального механизма.

Как указано выше, при неподвижном выходном вале 2 частота вращения основных сателлитов 6 относительно центральной точки О¹ будет максимальной, а частота вращения дополнительных сателлитов 11 соответственно минимальной. В связи с этим при неподвижном выходном вале 2 вращающий момент на него передается примущественно за счет принудительного изменения моментов количества движения основных сателлитов 6.

При начале вращения выходного вала 2 и по мере увеличения частоты его вращения частота вращения промежуточного вала 4 и основного водила 3 с его радиальными осями 5 вокруг оси О-О передачи уменьшается. При этом уменьшается частота вращения основных 6 и дополнительных 11 сателлитов вокруг радиальных осей 5 основного водила и относительно центральной точки О¹ с соответствующим уменьшением создаваемого ими тормозящего момента силы на первом центральном колесе 12 дифференциального механизма.

При одинаковой частоте вращения входного 1 и выходного 2 валов (прямая передача) все подвижные элементы передачи вращаются с одинаковой частотой как единое целое. При этом дополнительные сателлиты 11 относительно осей О₁-О₁ не вращаются, а следовательно, их момент количества движения проявляется только относительно одной оси О-О передачи и в связи с этим он не является векторной величиной, а поэтому упомянутые сателлиты не принимают участия в передаче вращающего момента от входного вала 1 на выходной вал 2. В то же время, основные сателлиты 6 перекатываются по неподвижному опорному колесу 8 и совершают вращение одновременно вокруг упомянутых осей О-О и О₁-О₁ и относительно центральной точки О¹, что по приведенным выше причинам обеспечивает передачу вращающего момента на выходной вал 2.

Максимальная частота вращения выходного вала 2 при минимальной величине передаваемого на него вращающего момента происходит при неподвижном основном водиле 3, когда основные сателлиты 6 вокруг оси передачи О-О, осей О₁-О₁ радиальных осей 5 основного водила и относительно центральной точки О¹ не вращаются, а следовательно, не участвуют в передаче вращающего момента на выходной вал. При этом торможение вращения промежуточного вала 4 и первого центрального колеса 12 дифференциального механизма происходит за счет действия гироскопических сил, противодействующих вращению радиальных осей 5 основного водила. Указанные гироскопические силы обусловлены вращением дополнительных сателлитов 11 вокруг осей О₁-О₁ радиальных осей 5 основного водила 3.

Исходя из сказанного следует, что предложенная передача обеспечивает силовую связь входного вала 1 и выходного вала 2 с автоматическим бесступенчатым изменением частоты вращения последнего из них в обратной зависимости от приложенной к нему нагрузки и при любых соотношениях в частотах вращения упомянутых валов.

Исходя из отличительных признаков изобретения, приведенных в зависимых пунктах формулы изобретения, сателлиты 6 и 11 передачи могут быть выполнены или с массивными ободами и осуществлять при этом функции маховиков, или могут быть дополнительно жестко соосно связаны с маховиками 15. Приведенное выше описание работы передачи в обоих указанных частных случаях ее выполнения не имеет отличий. При этом действие передачи осуществляется в диапазоне частоты вращения выходного вала 2 от неподвижного до удвоенной частоты вращения входного вала 1.

При частотном 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 через дифференциальный механизм от выходного вала 2 на входной вал 1, происходит замыкание механизма свободного хода 16, который обеспечивает передачу потока мощности от выходного вала 2 на входной вал 1 и далее на двигатель, принудительное вращение вала которого приводит к торможению рабочей машины. Таким образом производится запуск двигателя путем буксировки транспортной машины.

Изобретение относится к машиностроению. Передача содержит входной 1 и выходной 2 валы, основное водило 3 с радиальными осями 5, на которых размещены основные 6 и дополнительные 11 сателлиты, и дифференциальный механизм, водило 10 которого установлено на входном валу, второе центральное колесо 13 - на выходном валу, а первое центральное колесо 12 - на полом промежуточном валу 4, который размещен коаксиально с входным валом и несет на себе первое центральное колесо дифференциального механизма и основное водило. Основные сателлиты 6 введены в зацепление с установленным в корпусе 7 передачи неподвижным центральным колесом 8, а дополнительные сателлиты 11 - с закрепленным на валу подвижным опорным колесом 9. Обеспечено автоматическое бесступенчатое преобразование частоты вращения выходного вала и величины передаваемого вращающего момента в зависимости от нагрузки на выходном валу. 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 промежуточном 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, с промежуточным валом жестко соединено первое центральное колесо размещенного на выходе из передачи дифференциального механизма, на входном валу закреплено водило указанного дифференциального механизма и на этом водиле размещены сателлиты, входящие в зацепление с центральными колесами дифференциального механизма, при этом второе из упомянутых центральных колес закреплено на выходном валу, отличающаяся тем, что на входном валу закреплено зубчатое коническое центральное подвижное опорное колесо, введенное в зацепление с коническими дополнительными сателлитами, размещенными на радиальных осях основного водила с возможностью независимого вращения на этих осях от основных сателлитов, упомянутым основным и дополнительным сателлитам придана масса, обеспечивающая возможность выполнения ими функций инерционных грузов в виде маховиков. 2. Передача по п.1, отличающаяся тем, что основные сателлиты и дополнительные сателлиты снабжены массивными ободами и одновременно выполняют функции маховиков. 3. Передача по п.1, отличающаяся тем, что основные сателлиты и дополнительные сателлиты жестко соосно связаны с размещенными на радиальных осях основного водила маховиками. 4. Передача по п.1, отличающаяся тем, что она содержит две размещенных на одной диаметральной линии радиальных оси основного водила, на каждой из которых размещены основные и дополнительные сателлиты. 5. Передача по п.1, отличающаяся тем, что основное водило содержит две пары перпендикулярных между собой радиальных осей и на одной из этих пар радиальных осей размещены основные сателлиты, на другой паре осей - дополнительные сателлиты. 6. Передача по п.1, отличающаяся тем, что геометрические оси радиальных осей основного водила и геометрическая ось передачи пересекаются в центральной точке, совмещенной с этими осями. 7. Передача по п.1, отличающаяся тем, что центральные колеса и сателлиты дифференциального механизма выполнены коническими, а оси сателлитов размещены под углом, в том числе под прямым углом, к оси передачи. 8. Передача по п.1, отличающаяся тем, что центральные колеса и сателлиты дифференциального механизма выполнены цилиндрическими, при этом второе из упомянутых центральных колес, установленное на выходном валу, имеет внутреннее зацепление, а оси сателлитов параллельны оси передачи. 9. Передача по п.1, отличающаяся тем, что промежуточный вал связан с корпусом передачи механизмом свободного хода с обеспечением вращения промежуточного вала только в одном направлении с входным валом.