АВТОМАТИЧЕСКАЯ БЕССТУПЕНЧАТАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 2002 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 центральных 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 оси передачи с возможностью свободного вращения (патент РФ 2072208, МПК F 16 Н 33/10, 3/74, 1997. Бюл. 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 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 осей водила (патент РФ 2072715, МПК F 16 Н 33/10, 3/74, 1997 г. ).

У этой инерционной передачи по мере уменьшения частоты вращения водила вокруг оси передачи и увеличения частоты вращения выходного вала понижается КПД и эффективность использования мощности двигателя, поскольку при этом уменьшается частота вращения сателлитов 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 при сохранении той же простоты устройства, что и у приведенного выше ближайшего аналога, 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, при минимальной частоте его вращения и при максимальной частоте вращения ведомого вала. 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 буксировки транспортной машины.

Указанный технический результат достигается тем, что автоматическая бесступенчатая механическая передача содержит установленное с возможностью вращения вокруг оси передачи водило с радиальными осями, размещенные по разные стороны от указанных радиальных осей конические зубчатые центральные ведущее и ведомое колеса, закрепленные соответственно на соосных ведущем и ведомом валах, конические зубчатые основные сателлиты, введенные в зацепление с упомянутыми ведущим и ведомым центральными колесами, жестко соединенное с корпусом передачи коническое зубчатое центральное неподвижное опорное колесо, установленные на радиальных осях водила дополнительные сателлиты, введенные в зацепление с опорным колесом. Основные сателлиты и дополнительные сателлиты размещены с возможностью независимого друг от друга вращения вокруг радиальных осей водила. При этом само водило размещено между ведущим и ведомым колесами с возможностью свободного вращения на ведущем или ведомом валу и при этом соответствующий из этих валов удлинен за пределы геометрической оси радиальных осей водила. Дополнительные сателлиты сделаны массивными с возможностью одновременного выполнения также функций инерционных грузов в виде маховиков. Согласно изобретению основные сателлиты сделаны массивными с возможностью одновременного выполнения также и функций инерционных грузов в виде маховиков.

Основные и дополнительные сателлиты выполнены с массивными ободами, диаметр которых превышает диаметр зубчатых венцов этих сателлитов.

Массивные обода основных и дополнительных сателлитов выполнены в виде отдельных самостоятельных деталей, жестко соосно соединенных с колесами указанных сателлитов.

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

Передача снабжена механизмом свободного хода, ведущий элемент которого при помощи механического соединительного элемента связан с водилом и его радиальными осями, а ведомый элемент закреплен в корпусе передачи. При этом обеспечивается возможность вращения водила только в направлении вращения ведущего вала.

На приведенном чертеже дан общий вид автоматической бесступенчатой механической передачи (далее - передача) с показом ее элементов и отличительных признаков, характеризующих изобретение.

Передача содержит установленное с возможностью вращения вокруг оси О-О передачи водило 1 с радиальными осями 2, размещенные по разные стороны от указанных радиальных осей конические зубчатые центральные ведущее 3 и ведомое 4 колеса, закрепленные соответственно на соосных ведущем 5 и ведомом 6 валах, конические зубчатые основные сателлиты 7, введенные в зацепление с упомянутыми ведущим 3 и ведомым 4 центральными колесами, жестко соединенное с корпусом 8 передачи коническое зубчатое центральное неподвижное опорное колесо 9, установленные на радиальных осях 2 водила дополнительные сателлиты 10, введенные в зацепление с опорным колесом 9. Основные сателлиты 7 и дополнительные сателлиты 10 размещены с возможностью независимого друг от друга вращения вокруг радиальных осей 2 водила 1. При этом само водило 1 размещено между ведущим 3 и ведомым 4 колесами с возможностью свободного вращения на ведущем 5 или ведомом 6 валу и при этом соответствующий из этих валов удлинен за пределы геометрической оси О₁-О₁ радиальных осей 2 водила. Дополнительные сателлиты 10 сделаны массивными с возможностью одновременного выполнения также функций инерционных грузов в виде маховиков. Основные сателлиты 7 также сделаны массивными с возможностью одновременного выполнения функций инерционных грузов в виде маховиков.

Известно, что момент количества движения тела (материальной точки) относительно точки (полюса) равен векторному произведению радиус-вектора r, проведенного в это тело из точки, на вектор mv импульса тела (где m - его масса, а v - скорость). В связи с этим масса сателлитов, выполняющих одновременно функции инерционных грузов в виде маховиков, уменьшается за счет изготовления основных 7 и дополнительных 10 сателлитов с массивными ободами 11, диаметр которых превышает диаметр зубчатых венцов упомянутых сателлитов 7, 10.

С целью упрощения технологии изготовления основных 7 и дополнительных 10 сателлитов с указанными выше массивными ободами 11 увеличенного диаметра упомянутые массивные обода выполнены в виде отдельных самостоятельных деталей, жестко соосно соединенных с колесами указанных сателлитов.

Геометрические оси О₁-О₁ радиальных осей 2 водила и геометрическая ось О-О передачи пересекаются в центральной точке О¹, совмещенной с этими осями.

Передача снабжена механизмом свободного хода 12, ведущий элемент которого при помощи механического соединительного элемента 13 связан с водилом 1 и его радиальными осями 2, а ведомый элемент закреплен в корпусе 8 передачи. При этом обеспечивается возможность вращения водила 1 только в направлении вращения ведущего вала 5 вокруг оси О-О передачи.

Автоматическая бесступенчатая механическая передача работает следующим образом.

При вращении ведущего вала 5 и неподвижном ведомом вале 6 и ведомом колесе 4 в связи с приложенной к ведомому валу 6 нагрузкой или началом вращения из неподвижного положения установленное на ведущем валу 5 ведущее колесо 3 приводит во вращение вокруг радиальных осей 2 водила 1 основные сателлиты 7, которые перекатываются по находящемуся с ними в зацеплении неподвижному ведомому колесу 4 и вовлекают водило 1 с его радиальными осями 2 во вращение вокруг оси О-О передачи с максимальной частотой в направлении вращения ведущего вала 5. При указанном вращении водила 1 установленные на его радиальных осях 2 дополнительные сателлиты 10 перекатываются по закрепленному в корпусе 8 передачи неподвижному опорному колесу 9 и вращаются при этом на радиальных осях 2 водила 1 с максимальной частотой.

Одновременное вращение основных 7 и дополнительных 10 сателлитов вокруг оси О-О передачи и геометрических осей О₁-О₁ радиальных осей 2 водила равнозначно их вращению относительно центральной точки О¹ пересечения указанных 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 геометрических осей О₁-О₁ водила 1 ("Политехнический словарь" под ред. академика Ишлинского А. Ю. , изд. "Советская энциклопедия". М. , 1980, стр. 310/2). Но поскольку оси О₁-О₁ водила 1 совершают вращение вокруг оси О-О передачи, направление векторов моментов количества движения сателлитов 7 и 10 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 7 и 10 противодействует вращению радиальных осей 2 водила 1 вокруг оси О-О передачи. В связи с этим упомянутые радиальные оси 2 водила 1 являются опорами для передачи вращающего момента от ведущего вала 5 и ведущего колеса 3 через основные сателлиты 7 на ведомое колесо 4 и ведомый вал 6.

При неподвижном ведомом вале 6 вращающий момент на него передается за счет принудительного изменения моментов количества движения как основных 7, так и дополнительных 10 сателлитов, поскольку и те и другие сателлиты совершают вращательное движение относительно центральной точки О¹. При этом дополнительные сателлиты 10 совершают это вращение с максимальной частотой. Указанный характер вращения основных 7 и дополнительных 10 сателлитов обеспечивает условия для передачи максимального по величине вращающего момента на неподвижный ведомый вал 6 в направлении, противоположном направлению вращения ведущего вала 5.

С началом вращения ведомого вала 6 в противоположном направлении по сравнению с ведущим валом 5 и по мере увеличения частоты его вращения, замедляется вращение водила 1 вокруг оси О-О передачи и одновременно замедляется вращение дополнительных сателлитов 10 вокруг радиальных осей 2 водила и относительно центральной точки О¹ с соответствующим уменьшением создаваемого ими тормозящего момента силы, приложенного к водилу 1. Вместе с тем, частота вращения основных сателлитов 7 вокруг радиальных осей 2 водила при этом возрастает и они вместе с водилом 1 продолжают вращаться вокруг оси О-О передачи и относительно центральной точки О¹, что создает тормозящий момент силы относительно оси О-О передачи на водиле 1 и его радиальных осях 2 и обеспечивает передачу вращающего момента и вращения от ведущего вала 5 на ведомый вал 6.

При неподвижном водиле 1 с его радиальными осями 2 ведомое колесо 4 и ведомый вал 6 будут вращаться с максимальной частотой. При этом дополнительные сателлиты 10 не будут совершать вращение вокруг осей О-О, О₁-О₁ и относительно центральной точки О¹. Вместе с тем, основные сателлиты 7 будут совершать вращение вокруг радиальных осей 2 водила с максимальной частотой и подобно гироскопу будут противодействовать вращению водила 1 и его радиальных осей вокруг оси О-О передачи, что обеспечивает передачу вращающего момента и вращения от ведущего вала 5 на ведомый вал 6.

Следовательно, предложенная передача будет надежно трансформировать передаваемый вращающий момент с плавным бесступенчатым изменением частоты вращения ведомого вала 6 в зависимости от приложенной к нему нагрузки при любой частоте вращения этого вала.

При необходимости передачи вращающего момента и вращения от ведомого вала 6 на ведущий вал 5 с целью торможения рабочей машины работа двигателя прекращается. При этом под воздействием вращающего момента, передаваемого от ведомого вала 6, происходит замыкание механизма свободного хода 12, который при наличии опоры на корпус 8 передачи не допускает вращения водила 1 в направлении вращения ведомого вала 6, что обеспечивает надежную передачу потока мощности с постоянным по величине силовым передаточным отношением с использованием ведомого колеса 4, основных сателлитов 7 и ведущего колеса 3 на ведущий вал 5 и далее на двигатель, принудительное вращение вала которого приводит к торможению рабочей машины. Таким же образом производится запуск двигателя с применением буксировки рабочей машины.

Изобретение относится к машиностроению. Ведущее 3 и ведомое 4 центральные конические зубчатые колеса введены в зацепление с коническими основными сателлитами 7, размещенными на радиальных осях 2 вводила 1. Размещенные там же конические дополнительные сателлиты 10 введены в зацепление с коническим центральным неподвижным опорным колесом 9. Водило 1 размещено между центральными ведущим и ведомым колесами с возможностью свободного вращения вокруг оси О-О передачи на ведущем или ведомом валу. Основные и дополнительные сателлиты размещены на радиальных осях водила с возможностью независимого друг от друга вращения. Основные и дополнительные сателлиты сделаны массивными за счет применения массивных ободов 11, что обеспечивает им возможность одновременного выполнения функций инерционных грузов в виде маховиков. Обеспечено плавное автоматическое изменение передаваемого вращающего момента в зависимости от величины нагрузки на ведомом валу и частоты его вращения. 4 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Автоматическая бесступенчатая механическая передача, содержащая установленное с возможностью вращения вокруг оси передачи водило с радиальными осями, размещенные по разные стороны от указанных радиальных осей конические зубчатые центральные ведущее и ведомое колеса, закрепленные соответственно на ведущем и ведомом валах, конические зубчатые основные сателлиты, введенные в зацепление с упомянутыми колесами, жестко соединенное с корпусом передачи коническое зубчатое центральное неподвижное опорное колесо, установленные на радиальных осях водила дополнительные сателлиты, введенные в зацепление с опорным колесом, при этом основные и дополнительные сателлиты размещены с возможностью независимого друг от друга вращения вокруг радиальных осей водила, а дополнительные сателлиты сделаны массивными с возможностью одновременного выполнения также функций инерционных грузов в виде маховиков, отличающаяся тем, что основные сателлиты сделаны массивными с возможностью одновременного выполнения также и функций инерционных грузов в виде маховиков. 2. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что основные и дополнительные сателлиты выполнены с массивными ободами, диаметр которых превышает диаметр зубчатых венцов этих сателлитов. 3. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что массивные ободы основных и дополнительных сателлитов выполнены в виде отдельных самостоятельных деталей, жестко соосно соединенных с колесами указанных сателлитов. 4. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что геометрические оси радиальных осей водила и геометрическая ось передачи пересекаются в центральной точке, совмещенной с этими осями. 5. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена механизмом свободного хода, ведущий элемент которого связан с водилом и его радиальными осями, а ведомый элемент закреплен в корпусе передачи с обеспечением возможности вращения водила только в направлении вращения ведущего вала.