БЕССТУПЕНЧАТЫЙ ПРИВОД Российский патент 2003 года по МПК F16H29/22 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в транспортных средствах.

Известен автоматический импульсный вариатор, содержащий ведущий и ведомые валы, преобразующий механизм в виде наклонной шайбы с регулируемым углом наклона, кинематически связанной с механизмами свободного хода, размещенными в конических шестернях, взаимодействующих с коническим колесом, закрепленным на ведомом валу, и механизм автоматической регулировки с осевой пружиной и связанной с ней подвижной относительно ведущего вала опорой (SU 1019152 А, МПК³ F 16 Н 29/04, 1983).

Технический недостаток подобных импульсных вариаторов: повышенная длина из-за наличия пружины, нестабильность автоматической регулировки вследствие перемещения опоры по резьбе, коэффициент трения в которой изменяется под влиянием ряда факторов, и наличие только одного ведомого (выходного) вала, который расположен соосно ведущему валу, что затрудняет использование вариатора в составе транспортного средства.

Известен также автоматический (бесступенчатый) привод, содержащий корпус, ведущий вал с качающейся шайбой, механизм изменения угла наклона шайбы, передаточные звенья с механизмами свободного хода, два ведомых вала и маховики по числу ведомых валов (SU 1753117 А1, МПК⁵ F 16 Н 29/22, 1992; часть названных элементов не включена в формулу изобретения, но показана на чертежах и в описании).

Технический недостаток данного привода: ограниченные углы наклона качающейся шайбы и, как следствие, повышенная виброактивность привода; невозможность (по представленным материалам) изменения угла наклона шайбы при вращении ведущего вала, что ограничивает функциональные возможности привода; выполнение механизмов свободного хода с элементами храпового устройства (фиг. 3 и 4), что нерационально для быстроходных приводов; возможность "зависания" привода - перехода в стоповый режим (без указаний о выходе из этого режима), что недопустимо для транспортных средств. Отмеченные недостатки снижают стабильность и надежность работы привода.

Техническая задача - повышение стабильности и надежности работы за счет: двустороннего привода ведомых валов посредством двух качающихся шайб, управляемых при вращении валов; простых передаточных звеньев в виде зубчатых передач, расположенных совместно с механизмами свободного хода и маховиками непосредственно на корпусе.

Согласно изобретению ведущий вал снабжен второй качающейся шайбой, механизм изменения угла наклона подвижно установлен на ведущем валу между качающимися шайбами и снабжен поводками различной длины, шарнирно соединенными с внутренними кольцами шайб с возможностью качания шайб в противофазе, при этом опоры наружного кольца каждой шайбы снабжены выведенными за пределы корпуса цапфами, на которых посредством механизма свободного хода посажены шестерни, каждая пара которых, из числа расположенных с одной стороны корпуса, находится в зацеплении с промежуточным зубчатым колесом, образующим две пары передаточных звеньев, которые заканчиваются ведомым валом, посаженным в ступице колеса.

Наряду с этим расположенные по бокам корпуса шестерни и промежуточное колесо размещены в кожухах с опорами для ведомого вала; в механизмах свободного хода наружной обоймой является ступица шестерни; механизмы с одной стороны корпуса развернуты на 180^o по отношению к механизмам противоположной стороны; делительный диаметр промежуточного зубчатого колеса больше соответствующих диаметров взаимодействующих с ним шестерен, размеры которых одинаковы; механизм изменения угла наклона шайб включает шлицевой ползун, на котором посредством радиально-упорных подшипников качения смонтирована обойма, снабженная управляющим рычагом, выведенным за пределы корпуса; этот механизм снабжен винтовым устройством с самотормозящейся резьбой, подвижный элемент которого соединен с указанным рычагом; ведущий вал имеет два хвостовика, выведенных за пределы корпуса; величина смещения ползуна и длины поводков выполнены из возможности одновременного наклона обеих шайб в противоположные стороны на углы от нуля до ±30^o; маховики посажены на ведомых валах.

На фиг. 1 изображен бесступенчатый привод, вид сбоку, в разрезе; на фиг. 2 - привод, вид в плане, в разрезе, фрагмент; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1, повернуто.

Бесступенчатый привод содержит корпус 1, в котором на подшипниках смонтирован ведущий вал 2 с двумя хвостовиками 3 и 4, выведенными за пределы корпуса. Хвостовики предназначены соответственно для связи с приводным двигателем и, например, со шкивом ременной передачи генератора и вентилятора (на чертежах не показаны). На ведущем валу 2 посредством осей 5 установлены две качающиеся шайбы 6 и 7. Между шайбами на шлицевом участке 8 ведущего вала подвижно установлен механизм 9 изменения угла наклона шайб. Последний снабжен поводками 10 и 11 различной длины, шарнирно соединенными с внутренними кольцами 12 соответствующих шайб. Длина поводков и места их расположения на механизме 9 и на внутренних кольцах 12 выбраны из возможности качания шайб 6 и 7 в противофазе. Обе качающиеся шайбы имеют посаженный на внутреннем кольце 12 подшипник 13, промежуточное кольцо 14 и связанное с ним осями 15 наружное кольцо 16. Опоры 17 наружных колец смонтированы в корпусе 1 на подшипниках. Продолжением опор 17 являются цапфы, которые выведены за пределы корпуса и на которых посредством механизма свободного хода 18 посажены шестерни 19 и 20 - каждая пара этих шестерен, из числа расположенных с одной стороны корпуса 1, находится в зацеплении с промежуточным зубчатым колесом 21, образующим две пары передаточных звеньев - по обе стороны корпуса 1. Каждая пара этих звеньев заканчивается ведомым валом 22, посаженным в ступице колеса 21.

Расположенные по бокам шестерни 19, 20 и промежуточное колесо 21 размещены в кожухах 23, при этом подшипниковые опоры для ведомого вала 22 установлены и в корпусе, и в кожухе. Каждый ведомый вал выходит за пределы кожуха 23, на котором посажен маховик 24. Заканчиваются ведомые валы хвостовиком 25 для соединения с дифференциалами и т.п. элементами транспортного средства (на чертежах не показаны). В механизмах свободного хода 18 наружной обоймой является ступица соответствующей шестерни 19 и 20; это способствует упрощению и снижению габаритов конструкции. Механизмы свободного хода с одной стороны корпуса 1 развернуты на 180^o по отношению к механизмам противоположной стороны. В передаточных звеньях делительный диаметр промежуточного зубчатого колеса 21 больше соответствующих диаметров взаимодействующих с ним шестерен 19 и 20, размеры которых одинаковы. Это означает, что при передаче момента от шестерни 19 или от шестерни 20 к колесу 21 (и далее на ведомый вал 22) реализуется дополнительное передаточное отношение в системе ведущий вал 2 - ведомые валы 22.

Механизм 9 изменения угла наклона качающихся шайб 6 и 7 включает шлицевой ползун 26, на котором посредством радиально-упорных подшипников качения 27 смонтирована обойма 28. Последняя снабжена управляющим рычагом 29, выведенным за пределы корпуса. Дополнительно к этому механизм изменения угла наклона шайб снабжен винтовым устройством 30, смонтированным в приливе корпуса 1. Винтовое устройство содержит приводной винт 31, посаженный в приливе на подшипниках скольжения и заканчивающийся хвостовиком 32 для связи с соответствующим приводным элементом транспортного средства. Винт 31 находится в зацеплении с пустотелым подвижным ведомым элементом 33 с внутренней резьбой. Резьба на винте 31 и в элементе 33 является мелкой и самотормозящейся. На наружной поверхности ведомого элемента 33 выполнен паз, в который введен выступ 34 на крышке винтового устройства 30. Вследствие этого исключается возможность вращения элемента 33 - он может передвигаться лишь возвратно-поступательно. На конце ведомого элемента выполнено отверстие, с помощью которого элемент соединен с указанным управляющим рычагом 29. В механизме 9 изменения угла наклона шайб величина смещения ползуна 26 по шлицевому участку 8 ведущего вала 2 и длины поводков 10 и 11 выполнены из возможности одновременного наклона обеих качающихся шайб 6 и 7 в противоположные стороны на углы β от нуля до ±30^o.

Бесступенчатый привод работает следующим образом.

В исходном положении ползун 26 с обоймой 28 и управляющим рычагом 29 механизма 9 изменения угла наклона качающихся шайб 6 и 7 находится в крайнем правом положении (фиг. 1). В этом случае шайбы 6 и 7 располагаются перпендикулярно геометрической оси ведущего вала 2 - угол наклона шайб β=0. При вращении ведущего вала шайбы не совершают качательных движений, вследствие чего опоры 17 с цапфами наружных колец 16 шайб, шестерни 19, 20 и промежуточные зубчатые колеса 21 с ведомыми валами 22 остаются неподвижными. Приведение в действие привода - передача крутящего момента от двигателя, через один из хвостовиков 3 или 4 и ведущий вал 2, на ведомые валы 22 осуществляется плавным перемещением (за счет мелкой резьбы в паре приводной винт 31 - подвижный ведомый элемент 33) управляющего рычага 29, а вместе с ним обоймы 28 с ползуном 26 по шлицевому участку 8 ведущего вала 2. Вращение винта 31 производится посредством его хвостовика 32 от приводного элемента транспортного средства, при этом выступ 34, введенный в паз на ведомом элементе 33, обеспечивает ему только поступательное движение. После прекращения вращения винта 31 последний автоматически фиксируется (удерживая, в конечном итоге, ползун 26 в заданном положении) за счет самотормозящейся резьбы в винтовом устройстве 30. При вращении ведущего вала 2 его шлицевой участок приводит во вращение и ползун 26, при этом обойма 28, будучи смонтированной на ползуне посредством радиально-упорных подшипников качения 27, остается неподвижной. Незначительный момент трения в подшипниках с помощью управляющего рычага 29 передается на корпус 1. При изменении угла наклона шайб 6 и 7, путем воздействия на рычаг 29 винтового устройства 30, осевые нагрузки воспринимаются подшипниками 27. Перемещение ползуна 26 по шлицевому участку 8 вала возможно как при неподвижном, так и при вращающемся ведущем вале 2, поскольку по отношению к устройству 30 рычаг 29 с обоймой 28 неподвижно зафиксированы.

Более рационально изменение углов наклона качающихся шайб 6 и 7 производить при вращающемся ведущем вале 2. В этом случае приведение в действие ведомых валов 22 производится после запуска приводного двигателя и выхода его на рабочий режим, тогда шайбы несут дополнительную функцию муфты сцепления - при β = 0 "муфта" выключена. После некоторого изменения угла наклона шайб 6 и 7 (β>0) условно можно считать, что включается первая (низшая) передача и транспортное средство, на ведущие колеса которого от валов 22 передается крутящий момент, плавно трогается с места и начинает движение с минимальной скоростью. После перемещения ползуна 26 влево (фиг. 1) поводки 10 и 11 воздействуют на внутренние кольца 12 качающихся шайб 6 и 7, вследствие чего шайбы наклоняются в противоположные стороны, разворачиваясь относительно ведущего вала 2 на осях 5. После этого элементы шайб совершают сложное движение: внутреннее кольцо 12 вращается вместе с валом 2 и совершает карательное движение на осях 5 относительно вала; внутреннее кольцо 12 вращается вместе с внутренней обоймой подшипника 13, который также участвует в качательном движении; промежуточное кольцо 14 вместе с наружной обоймой подшипника совершает пространственное качательное движение, оставаясь неподвижным относительно внутреннего кольца 12 и покачиваясь на осях 15 относительно наружного кольца 16; последнее, будучи посредством опор 17 "привязанным" к корпусу 1, совершает только качательное движение на угол ±β.

Являющиеся продолжением опор 17 цапфы приводят в качательное движение механизмы свободного хода 18. Поскольку шайбы совершают качательное движение в противофазе, то при наклоне, например, шайбы 6 вправо, а шайбы 7 влево, как показано на фиг. 1, посредством механизма свободного хода приводится во вращение на угол 2β шестерня 19, которая сообщает вращение (и передачу момента) промежуточному зубчатому колесу 21 (фиг. 2, 3). При этом вторая шестерня 20 вращается вхолостую (ее приводит в действие колесо 21 в ту же сторону, что и шестерня 19), обкатываясь относительно своего механизма свободного хода 18. При наклоне шайб 6 и 7 в противоположные стороны (на фиг. 1 показано пунктирными линиями) ведущим элементом передаточного звена становится шестерня 20 - ее увлекает механизм свободного хода. Шестерня 20, продолжая вращаться в ту же сторону, приводит во вращение промежуточное колесо 21 и вместе с ним ведомый вал 22, при этом другая шестерня 19 вращается вхолостую, обкатываясь относительно своего механизма 18. Так как колесо 21 является промежуточным, то имеющие одинаковый диаметр шестерни 19 и 20 вращаются в одну сторону, чередуя с помощью механизмов 18 рабочие и холостые пробеги, характеризуемые углами 2β. Передаточное звено, расположенное на другой стороне корпуса и содержащее такие же шестерни 19, 20 и колесо 21, работает аналогичным образом. Поскольку механизмы свободного хода 18 на этой стороне развернуты на 180^o по отношению к механизмам противоположной стороны, то все шестерни и оба колеса с ведомыми валами 22 вращаются в одну сторону, с одинаковой угловой скоростью, и передают одинаковые крутящие моменты, которые снимаются с хвостовиков 25 валов. Качающиеся шайбы 6 и 7 совершают знакопеременное вращение с переменной угловой скоростью. Относительно равномерное вращение шестерен 19, 20 и колес 21 достигается за счет механизмов свободного хода 18, инерционности передаточных звеньев и наличия маховиков 24, посаженных непосредственно на ведомых валах 22.

Плавный разгон и выход на установившийся режим движения транспортного средства происходит за счет постепенного смещения влево ползуна и, следовательно, увеличения угла наклона шайб 6 и 7. Максимальным углам β=±30^o (углы качания шайб 2β = 60^o) соответствует крайнее левое положение управляющего рычага 29 и обоймы 28 с ползуном 26 (фиг. 1). При увеличении угла наклона шайб условно можно считать, что транспортное средство плавно переходит с первой на вторую, третью и более высокую передачу, вплоть до прямой (высшей) передачи. Максимальное передаточное отношение привода и максимальный крутящий момент на ведомых валах 22 достигаются при минимальном угле β. С учетом передаточного числа в передаточном звене (за счет большего делительного диаметра промежуточного колеса 21 по сравнению с соответствующими диаметрами шестерен 19 и 20) общее передаточное отношение привода при минимуме β может достигать 200-250. По мере увеличения угла β этот параметр снижается в 6-8 раз. Снижение скорости движения транспортного средства, вплоть до его полной остановки, производится путем перемещения ползуна 26 вправо и уменьшения угла β до нуля. Реверсирование направления движения транспортного средства осуществляется известным образом.

Таким образом, в предлагаемом приводе простыми средствами достигается: бесступенчатое регулирование угловой скорости ведомых валов 22 и, следовательно, скорости движения транспортного средства, включая их полную остановку; широкий диапазон регулирования с варьированием углов наклона качающихся шайб до ±30^o при включенном приводном двигателе и вращающемся ведущем вале 2; простота конструкции и компактность передаточных звеньев, которые расположены в кожухах 23 непосредственно на корпусе 1 - по его бокам; снижение габаритов привода, представляющего единый функциональный блок, снабженный выходными хвостовиками на ведущем и ведомых валах и на механизме 9 изменения угла наклона шайб; относительно равномерное вращение ведомых валов 22 за счет простых механизмов свободного хода 18 и посаженных непосредственно на ведомых валах маховиков 24. В итоге обеспечивается повышение стабильности и надежности работы привода.

Изобретение относится к машиностроению. Привод включает корпус, ведущий вал с двумя качающимися шайбами, механизм изменения угла наклона шайбы, передаточные звенья с механизмами свободного хода, два ведомых вала и маховики по числу ведомых валов. Механизм изменения угла наклона подвижно установлен на ведущем валу между шайбами и снабжен поводками, шарнирно соединенными с внутренними кольцами шайб с возможностью качания шайб в противофазе. Опоры наружного кольца шайб снабжены цапфами, на которых посредством механизмов свободного хода посажены шестерни, каждая пара которых находится в зацеплении с промежуточным зубчатым колесом, образующим две пары передаточных звеньев с ведомым валом. Технический результат: повышение стабильности и надежности работы. 9 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Бесступенчатый привод, содержащий корпус, ведущий вал с качающейся шайбой, механизм изменения угла наклона шайбы, передаточные звенья с механизмами свободного хода, два ведомых вала и маховики по числу ведомых валов, отличающийся тем, что ведущий вал снабжен второй качающейся шайбой, механизм изменения угла наклона подвижно установлен на ведущем валу между качающимися шайбами и снабжен поводками различной длины, шарнирно соединенными с внутренними кольцами шайб с возможностью качания шайб в противофазе, при этом опоры наружного кольца каждой шайбы снабжены выведенными за пределы корпуса цапфами, на которых посредством механизма свободного хода посажены шестерни, каждая пара которых, из числа расположенных с одной стороны корпуса, находится в зацеплении с промежуточным зубчатым колесом, образующим две пары передаточных звеньев, которые заканчиваются ведомым валом, посаженным в ступице колеса. 2. Привод по п. 1, отличающийся тем, что расположенные по бокам корпуса шестерни и промежуточное колесо размещены в кожухах с опорами для ведомого вала. 3. Привод по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в механизмах свободного хода наружной обоймой является ступица шестерни. 4. Привод по п. 1 или 3, отличающийся тем, что механизмы свободного хода с одной стороны корпуса развернуты на 180^o по отношению к механизмам противоположной стороны. 5. Привод по п. 1 или 2, отличающийся тем, что делительный диаметр промежуточного зубчатого колеса больше соответствующих диаметров взаимодействующих с ним шестерен, размеры которых одинаковы. 6. Привод по п. 1, отличающийся тем, что механизм изменения угла наклона шайб включает шлицевой ползун, на котором посредством радиально-упорных подшипников качения смонтирована обойма, снабженная управляющим рычагом, выведенным за пределы корпуса. 7. Привод по п. 1 или 6, отличающийся тем, что механизм изменения угла наклона шайб снабжен винтовым устройством с самотормозящейся резьбой, подвижный ведомый элемент которого соединен с указанным рычагом. 8. Привод по п. 1, отличающийся тем, что ведущий вал имеет два хвостовика, выведенных за пределы корпуса. 9. Привод по п. 1 или 6, отличающийся тем, что величина смещения ползуна и длины поводков выбраны из условия одновременного наклона обеих шайб в противоположные стороны на углы от 0 до ±30^o. 10. Привод по п. 1 или 2, отличающийся тем, что маховики посажены на ведомых валах.