МЕХАНИЧЕСКАЯ БЕССТУПЕНЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 2003 года по МПК F16H3/74 F16H29/22 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в трансмиссиях транспортных и тяговых колесных и гусеничных машин.

Известны механические бесступенчатые передачи, регулируемые и автоматические, содержащие ведущий и ведомые валы, эксцентриковый преобразователь вращения в колебания и центральное зубчатое колесо, установленные соответственно на ведущем и ведомом валах, размещенные равномерно по окружности механизмы свободного хода (МСХ), ведущие элементы которых связаны с преобразователем, а ведомые выполнены в виде зубчатых колес, находящихся в зацеплении с центральным колесом (см.. Благонравов А.А. Механические бесступенчатые передачи нефрикционного типа. М.: Машиностроение, 1977. 143с. Рис.72 б и 75).

Известна аналогичная бесступенчатая передача (прототип) с возможностью автоматического выхода на режим прямой передачи, в которой МСХ размещены в корпусе с возможностью его вращения и установлены два дополнительных МСХ, один из которых соединяет подвижный корпус с неподвижным, а другой - ведущий и ведомый валы. Передаточное отношение передачи выбрано равным единице при эксцентриситете преобразователя меньше максимального (см. авт. свидетельство СССР 1352120, кл. F 16 Н 3/44, 29/22. Бюл. 42, 1987 г.).

Недостатком таких передач является то, что они импульсные. Передаваемый момент в течение одного оборота ведущего вала может изменяться от максимального значения до нуля столько раз, сколько МСХ размещено по окружности, например пять. При этом через каждый МСХ по очереди передается полный импульс крутящего момента, а остальные в это время работают в режиме свободного хода.

При синусоидальной форме импульса момента коэффициент динамичности - отношение максимального момента к среднему - равен π/2. Поэтому коэффициент динамичности для ведомого вала при максимальном моменте на стоповом режиме, когда передаточное отношение равно нулю, не может быть меньше 1,57. При увеличении передаточного отношения коэффициент динамичности существенно увеличивается. Это вызывает повышенные динамические нагрузки на детали других агрегатов трансмиссии, соединенных с бесступенчатой передачей.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в том, чтобы существенно, в 2...2,5 раза, снизить максимальные динамические нагрузки на детали передачи и обеспечить близкий к единице коэффициент динамичности момента на ведомом валу. Этот технический результат позволяет уменьшить массогабаритные показатели передачи и уменьшить ее возмущающее динамическое воздействие на соединенные с ней другие агрегаты трансмиссии.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в механической бесступенчатой передаче, содержащей ведущий и ведомый валы, эксцентриковый преобразователь и центральное зубчатое колесо, установленные соответственно на ведущем и ведомом валах, размещенные равномерно по окружности зубчатые колеса, находящиеся в зацеплении с центральным колесом, и соосные с ними механизмы свободного хода, ведущие элементы которых соединены с преобразователем, а ведомые, в отличие от прототипа, соединены с зубчатыми колесами не жестко, а через торсионные валы с возможностью поворота ведомых элементов МСХ относительно зубчатых колес, в пределах поворота ведущих элементов, связанных с преобразователем.

Кроме того, в отличие от прототипа, передача не имеет внутреннего корпуса с возможностью его вращения и дополнительных МСХ, а между ведущим и ведомым валами установлена зубчатая муфта с возможностью включения.

На чертеже показана кинематическая схема механической бесступенчатой передачи.

Механическая бесступенчатая передача содержит ведущий 1 и ведомый 2 валы, установленный на ведущем валу эксцентриковый преобразователь, включающий эксцентрики 3 и 4 с пазовым диском 5, паз которого взаимодействует с ведущими элементами 6 механизмов свободного хода (МСХ) 7, размещенных равномерно по окружности. Их ведомые элементы 8 с помощью торсионных валов 9 соединены с зубчатыми колесами 10, находящимися в зацеплении с центральным зубчатым колесом 11, установленным на ведомом валу 2. Между ведущим и ведомым валами установлена зубчатая муфта 12 с возможностью включения.

Механическая бесступенчатая передача работает следующим образом.

При вращении ведущего вала 1 и отсутствии момента сопротивления на ведомом валу 2 внешний эксцентрик 4 преобразователя под действием момента, создаваемого центробежной силой относительно оси внутреннего эксцентрика 3, разворачивается так, что общий эксцентриситет пазового диска 5 становится максимальным. При этом ведущие элементы 6 МСХ 7 совершают угловые колебания с максимальной амплитудой со сдвигом по фазе, зависящим от количества установленных МСХ. Направление включения МСХ выбрано так, что обеспечивается кинематическое условие
-ω₆≤-ω₈,
где ω₆ - угловая скорость ведущего элемента 6 МСХ 7;
ω₈ - угловая скорость ведомого элемента 8 МСХ 7.

Здесь знак "минус" означает, что ведомые элементы 8 и торсионные валы 9 могут свободно вращаться только в направлении, противоположном направлению вращения ведущего вала 1. Это нужно для того, чтобы направления вращения ведущего и ведомого валов совпадали, так как зацепление зубчатых колес 10 и 11 снова изменяет направление вращения.

Величина максимальной амплитуды колебаний ведущих элементов 6 МСХ 7 и числа зубьев зубчатых колес 10 и 11 выбраны так, чтобы при отсутствии нагрузки на ведомом валу 2, а следовательно, и отсутствии закрутки торсионных валов 9, передаточное отношение передачи было бы равно единице. При таком режиме каждый МСХ включается по очереди на пике отрицательного значения угловой скорости ω₆ для поддержания холостого вращения ведомого вала 2.

При вращении ведущего вала 1 и остановленном ведомом вале 2, когда передаточное отношение равно нулю, развороту внешнего эксцентрика 4 и увеличению общего эксцентриситета пазового диска 5 препятствуют силы, действующие на пазовый диск со стороны ведущих элементов 6 МСХ 7. Величины этих сил зависят от углов поворота ведущих элементов 6, так как все МСХ 7 включены и ведущие элементы 6 поворачиваются совместно с ведомыми элементами 8. За один оборот ведущего вала угол закрутки каждого торсионного вала со сдвигом по фазе изменяется от нуля до максимального значения и снова до нуля. При этом среднее значение момента, передаваемого на соответствующее зубчатое колесо 10, равно половине максимального. Также изменяются и силы, действующие от ведущих элементов 6 на пазовый диск 5. Динамическое равновесие момента центробежной силы относительно оси внутреннего эксцентрика 3 и моментов сил, действующих на пазовый диск 5 со стороны ведущих элементов 6, устанавливается при величине эксцентриситета пазового диска 5, составляющей определенную долю от максимальной. Величина этой доли зависит от выбора конструктивных параметров при динамическом расчете передачи и может составлять, например, 0,3. Этому значению эксцентриситета соответствует максимальный угол закрутки торсионного вала 9. При этом напряжения, возникающие в торсионном валу, должны быть ниже предела усталости. Так как угол закрутки каждого торсионного вала изменяется по зависимости, близкой к гармонической, но смещенной в положительную область на величину амплитуды и со сдвигом по фазе, а передаваемый каждым торсионным валом момент равен углу закрутки, умноженному на угловую жесткость, то суммарный момент, передаваемый на ведомый вал 2, будет постоянным. Его величина определяется половиной максимального момента закрутки одного торсионного вала, умноженной на количество торсионных валов и на отношение чисел зубьев зубчатых колес 11 и 10.

Таким образом, благодаря наличию торсионных валов 9 передача становится многопоточной с переменной нагрузкой каждого потока. При пяти МСХ максимальная нагрузка каждого потока уменьшается в 2,5 раза по сравнению с жесткой схемой, а коэффициент динамичности момента на ведомом валу при передаточном отношении, равном нулю, становится равным единице.

При увеличении передаточного отношения в связи с уменьшением момента сопротивления на ведомом валу уменьшается максимальный угол закрутки торсионных валов. При этом уменьшаются силы, действующие от ведущих элементов 6 МСХ на пазовый диск 5, эксцентриситет его увеличивается. Увеличивается и размах колебаний ведущих элементов 6 МСХ. У каждого МСХ появляется фаза работы в режиме свободного хода, а фаза работы в замкнутом состоянии уменьшается. Поэтому с увеличением передаточного отношения количество одновременно работающих МСХ уменьшается, а коэффициент динамичности момента на ведомом валу увеличивается. При сокращении фазы работы в замкнутом состоянии до величины сдвига по фазе между МСХ начинает работать каждый МСХ по очереди. При этом синусоидальная форма импульса момента дает значение коэффициента динамичности, равное 1,57. При пяти МСХ это произойдет при передаточном отношении 0,9. Но при таком значении передаточного отношения момент на ведомом валу 2 мал, а момент на ведущем валу 1 еще на 10% меньше. Это не позволяет полностью загрузить двигатель. Поэтому при передаточном отношении 0,75 целесообразно с помощью зубчатой муфты 12 включить прямую передачу. Синхронизация обеспечивается с помощью снижения частоты вращения двигателя на 25%. При включении прямой передачи все МСХ работают в режиме свободного хода.

Разгрузка зубчатой муфты 12 для свободного ее выключения при переходе с режима прямой передачи на режим трансформации момента осуществляется с помощью кратковременного уменьшения подачи топлива в двигателе.

Таким образом, задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, решена: по сравнению с жесткой схемой в 2,0...2,5 раза снижены максимальные нагрузки на детали передачи и обеспечен малый коэффициент динамичности момента на ведомом валу, не превышающий 1,5, причем переменная составляющая во всем диапазоне передаточных отношений ничтожно мала по сравнению с максимальным моментом на стоповом режиме.

Изобретение относится к машиностроению. Механическая бесступенчатая передача содержит ведущий и ведомый валы, эксцентриковый преобразователь, центральное зубчатое колесо, размещенные равномерно по окружности зубчатые колеса, зацепляющиеся с центральным колесом, и соосные с ними механизмы свободного хода (МСХ). Ведущие элементы МСХ соединены с преобразователем, а ведомые через торсионные валы соединены с зубчатыми колесами. Между ведущим и ведомыми валами установлена зубчатая муфта для включения прямой передачи. Применение торсионных валов с углами закрутки при напряжениях ниже предела усталости позволяет распределить нагрузку между МСХ. Технический результат: снижение в 2,0...2,5 раза максимальных нагрузок на деталях передачи при том же передаваемом моменте и обеспечение близкого к единице коэффициента динамичности на ведомом валу. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Механическая бесступенчатая передача, содержащая ведущий и ведомый валы, эксцентриковый преобразователь и центральное зубчатое колесо, установленные соответственно на ведущем и ведомом валах, размещенные равномерно по окружности зубчатые колеса, находящиеся в зацеплении с центральным колесом и соосные с ними механизмы свободного хода (МСХ), ведущие элементы которых соединены с преобразователем, а ведомые - с зубчатыми колесами, отличающаяся тем, что ведомые элементы МСХ соединены с зубчатыми колесами торсионными валами с возможностью поворота ведомых элементов МСХ относительно зубчатых колес в пределах поворота ведущих элементов, соединенных с преобразователем. 2. Механическая бесступенчатая передача по п. 1, отличающаяся тем, что между ведущим и ведомым валами установлена зубчатая муфта с возможностью включения.