ИМПУЛЬСНАЯ БЕССТУПЕНЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 2004 года по МПК F16H29/22 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в трансмиссиях транспортных и приводах технологических машин.

Известна импульсная бесступенчатая передача с саморегулированием передаточного отношения (/1/, стр. 61-62), содержащая кривошипно-коромысловый преобразующий механизм (генератор импульсов), эксцентриковый механизм изменения длины кривошипа, механизм свободного хода (храповый механизм), регулирующий механизм, выполненный в виде радиально расположенных рычагов, жестко соединенных с эксцентриками и соединенных между собой пружиной. В этой передаче изменение нагрузки на ведомом валу приводит к деформации пружины и относительному повороту эксцентриков, что изменяет длину кривошипа преобразующего механизма и ведет к изменению передаточного отношения. Недостатками такой передачи являются относительно небольшая допустимая частота вращения ведущего вала, большие динамические нагрузки и шум за счет применения храповых механизмов, отсутствие возможности регулирования передаточного отношения по частоте вращения ведущего вала. Радиальное расположение рычагов регулирующего механизма не обеспечивает компактности и вызывает дополнительные динамические нагрузки, уменьшает надежность передачи.

Известна импульсная бесступенчатая передача с саморегулированием передаточного отношения /2/, содержащая корпус, валы, импульсный вариатор, содержащий кривошипно-коромысловый преобразующий механизм, механизм свободного хода, эксцентриковый механизм изменения длины кривошипа с подпружиненным штоком, расположенным в ведущем валу вариатора соосно и подвижно ему, установленный на ведущем валу центробежный регулятор с рычагами, контактирующими с установленным на штоке эксцентрикового механизма изменения длины кривошипа профильным диском, демпфер, поршень которого установлен на указанном выше штоке. Недостатком такой передачи является то, что при большой передаваемой мощности на штоке эксцентрикового механизма изменения длины кривошипа требуются большие осевые усилия, которые можно получить при применении больших масс (шаров) центробежного регулятора, что ведет к неустойчивой работе регулятора и к потере работоспособности передачи (/3/, стр. 230: "Увеличение массы шаров вредно влияет на устойчивость"). Поэтому при больших передаваемых мощностях необходимо создавать осевое усилие гидравликой, а управление ею осуществлять центробежным регулятором с небольшой массой (шаров). Пружина штока эксцентрикового механизма изменения длины кривошипа имеет определенное предварительное усилие сжатия, что обеспечивает работу двигателя только в одном определенном режиме (например, в режиме наименьшего расхода топлива). Для расширения эксплуатационных возможностей передачи целесообразно обеспечить возможность работы двигателя на различных режимах.

Целью изобретения является создание надежной импульсной бесступенчатой передачи для трансмиссий и приводов с большой передаваемой мощностью и имеющей большие эксплуатационные возможности.

Поставленная цель достигается тем, что импульсная бесступенчатая передача содержит корпус, валы, импульсный вариатор, содержащий кривошипно-коромысловый преобразующий механизм, механизм свободного хода, эксцентриковый механизм изменения длины кривошипа со штоком, расположенным в ведущем валу вариатора соосно и подвижно ему, центробежный регулятор и имеет гидроцилиндр с неподвижным корпусом, в котором установлен подпружиненный поршень, шток поршня, соединенный со штоком эксцентрикового механизма изменения длины кривошипа с возможностью их совместного осевого перемещения, шестеренный насос, в корпусе которого выполнен канал, связывающий одну из полостей гидроцилиндра посредством других каналов с зонами всасывания и нагнетания насоса, и снабженный золотником, кинематически связанным с ползуном центробежного регулятора, установленного на корпусе передачи и кинематически связанного с ведущим валом вариатора.

Центробежный регулятор снабжен реечной цилиндрической передачей, и пружина центробежного регулятора контактирует с ползуном регулятора и цилиндрической рейкой.

На фиг.1 дана конструктивная схема импульсной бесступенчатой передачи; на фиг.2 показаны положения золотника в процессе работы импульсной бесступенчатой передачи.

Импульсная бесступенчатая передача содержит корпус (фиг.1), в котором размещен импульсный вариатор, содержащий ведущий вал 2, кривошипно-коромысловый преобразующий механизм (на фиг.1 не указан), кривошип которого выполнен в форме эксцентрика ведущего вала 2, на котором установлен другой эксцентрик с шатуном, шарнирно соединенным с внутренней обоймой (коромыслом) механизма свободного хода, связанной посредством тел заклинивания-расклинивания с наружной обоймой, установленной на ведомом валу вариатора и кинематически связанной посредством зубчатого зацепления с ведомым валом импульсной бесступенчатой передачи. Эксцентриковый механизм изменения длины кривошипа содержит шток 3, расположенный соосно и подвижно относительно вала 2 (далее шток 3 эксцентрикового механизма регулирования длины кривошипа кратко называем - шток 3 вариатора). Шток 3 вариатора снабжен пальцем, расположенным в профильных пазах ведущего вала 2 вариатора и профильных пазах установленной с возможностью поворота относительно этого вала ступицы, имеющей радиальный паз с расположенной в нем ползушкой, которая шарнирно соединена с эксцентриком, подвижно установленным на эксцентрике ведущего вала 2 вариатора. На штоке 3 неподвижно установлены внутренние кольца двух конических подшипников 4, а наружные кольца подшипников закреплены в стакане 5, который неподвижно соединен со штоком 6 поршня 7, расположенного в неподвижном цилиндре 8. Это обеспечивает совместное осевое перемещение штоков 3 и 6 при вращающемся штоке 3 вариатора и невращающемся штоке 6. Поршень 7 поджат пружиной 9. Шток 3 вариатора кинематически связан цепной передачей 10 с установленным в корпусе 1 на штанге 11 центробежным регулятором, содержащим коромысло 12 с массами 13, шатунами 14, шарнирно соединенными с ползуном 15, подвижно установленным на ступице 16 с упором 17 цилиндрической рейки 18, подвижно установленной на штанге 11 и находящейся в зацеплении с зубчатым колесом 19 с неподвижной осью вращения. На ступице 16 установлена пружина 20, которая одним торцом контактирует с упором 17, а другим торцом упирается через упорный подшипник 21 в ползун 15. Импульсная бесступенчатая передача снабжена насосом 22 с шестернями 23 и 24, одна из которых кинематически связана с ведущим валом 3 вариатора. В корпусе насоса 22 выполнен канал 25, который соединяет одну из полостей цилиндра (например, штоковую) посредством канала 26 с зоной всасывания насоса 22 и посредством каналов 26 и 27 - с зоной нагнетания насоса, которая дополнительно соединена с зоной всасывания каналом 28 с перепускным клапаном 29. В канале 25 установлен золотник 30, который посредством тяги 31 рычага 32, тяги 33 и рычага 34 кинематически связан с ползуном 15 центробежного регулятора.

Импульсная бесступенчатая передача работает следующим образом. Изменение передаточного отношения импульсной бесступенчатой передачи происходит при осевом перемещении штока 3 вариатора относительно вала 2, при этом перемещается палец указанного штока по профильным пазам вала и ступицы, что вызывает поворот ступицы относительно вала 2 и за счет действия ползушки, расположенной в радиальном пазу ступицы, поворачивается эксцентрик, на котором установлен шатун преобразующего механизма, относительно эксцентрика вала 2, что ведет к изменению длины кривошипа и, следовательно, к изменению передаточного отношения преобразующего механизма и импульсной передачи. Каждому положению зубчатого колеса 15 соответствует определенный режим работы двигателя. Требуемый режим работы двигателя устанавливается путем поворота зубчатого колеса 19 (фиг.1), например, в положение 1, соответствующее экономичному режиму (минимуму расхода топлива). Этому положению соответствует определенное предварительное усилие сжатия пружины 20. Шток 3 вариатора занимает одно из крайних положений, соответствующее нулевому значению радиуса кривошипа преобразующего механизма вариатора (шток 3 вариатора и поршень 7 сдвинуты влево под действием пружины 9). Ползун 15 центробежного регулятора и золотник 30 шестеренного насоса под действием пружины 20 занимает крайнее правое положение (фиг.2а) и штоковая часть цилиндра посредством каналов 26 и 25 соединена с зоной всасывания насоса (фиг.1). При пуске двигателя вращается ведущий вал 2 вариатоpa, который приводит во вращение посредством цепной передачи 10 массы 13 центробежного регулятора, которые развивают осевое усилие на ползуне 15 центробежного регулятора. Под действием этого усилия золотник 30 перемещается влево и при частоте вращения вала двигателя, соответствующей заданному режиму работы, золотник 30 перекрывает канал 26 (фиг.2б). При дальнейшем увеличении частоты вращения вала двигателя золотник 30 продолжает перемещение влево и займет положение, при котором канал 26 соединяется с каналом 27 и жидкость из зоны нагнетания под давлением поступает в цилиндр 8 (фиг.2в), и штоки 3 и 6 перемещаются вправо, увеличивая передаточное отношение передачи, что ведет к увеличению крутящего момента на валу двигателя. Это (согласно скоростной характеристике двигателя) ведет к уменьшению его частоты вращения, в результате чего штоки 3 и 6 перейдут в положение (фиг.2б), при котором золотник 30 перекрывает канал 26, а штоки 3 и 6 остановятся в положении, при котором вращающий момент, развиваемый двигателем, равен моменту на валу двигатели от внешней нагрузки и двигатель работает в установившемся режиме. Жидкость из зоны нагнетания через канал 28 и перепускной клапан 29 поступает в зону всасывания (фиг.1). При изменении внешней нагрузки, например, ее увеличении, уменьшается частота вращения вала двигатели и масс 13, что ведет к уменьшению осевого усилия, развиваемого массами 13 на ползуне 15 и к перемещению его вправо под действием усилия пружины 20, в результате чего золотник 30 (фиг.2г) переместится также вправо, канал 25 через канал 26 соединит штоковую полость цилиндра 8 (фиг.1) с зоной всасывания. Давление жидкости на поршень 9 уменьшается и он под действием пружины 9 и осевого усилия от внешней нагрузки перемещается влево и, следовательно, переместятся штоки 3 и 6, что уменьшает передаточные отношения передачи и момент внешней нагрузки на валу двигателя, что, в свою очередь, ведет к возрастанию частоты вращения вала двигателя и, следовательно, к возрастанию усилия, развиваемого массами 13 на ползуне 15. После завершения переходного процесса все звенья центробежного регулятора и золотник 30 (фиг.2б) займут то же положение, что и в начале изменения внешней нагрузки. Двигатель перейдет в установившийся режим работы при изменившейся внешней нагрузке. Аналогично работает импульсная бесступенчатая передача при уменьшении внешней нагрузки, но в этом случае золотник 30 переместится влево (фиг.2в) и штоковая полость цилиндра 8 посредством каналов 26, 25, 27 соединится с зоной нагнетания насоса и поршень 7 (фиг.1) перемещается вправо, что ведет к увеличению передаточного отношения. После переходного процесса поршень 7 со штоками 3 и 6 займут новое положение, соответствующее работе двигателя в установившемся режиме при изменившейся внешней нагрузке, а золотник 30 займет положение, при котором он перекрывает канал 26 (фиг.2б). Для перехода на другой режим работы двигателя, например, спортивный (режим наибольшей мощности) зубчатое колесо 19 (фиг.1) устанавливается в положение II, что ведет к возрастанию усилия предварительного сжатия пружины. Чтобы его уравновесить усилием, развиваемым массами 13 на ползуне 15 при неизменном положении всех звеньев центробежного регулятора и золотника 30, двигатель должен иметь большую частоту вращения, а именно, соответствующую спортивному режиму. Поэтому параметры системы подбираются такими, которые обеспечивают при любых установившихся режимах работы двигателя одно и то же положение звеньев центробежного регулятора при различных частотах вращения вала двигателя.

Предлагаемая конструкция импульсной бесступенчатой передачи ввиду небольшой массы грузов центробежного регулятора обеспечивает его устойчивую работу, позволяет развивать за счет гидроцилиндра большие осевые усилия и передавать большую мощность. Осевое усилие, развиваемое от действия внешней нагрузки, воспринимается жидкостью гидроцилиндра и ввиду ее практической несжимаемости исключается возможность вибрации штока гидроцилиндра. Реечная цилиндрическая передача, за счет которой можно устанавливать различные значения предварительного сжатия пружины центробежного регулятора, позволяет обеспечить требуемый режим работы двигателя, что расширяет эксплуатационные возможности импульсной бесступенчатой передачи, обеспечивает оптимальные тягово-скоростные и топливо-экономические свойства при большой передаваемой мощности.

Источники информации

1. Саморегулирующийся импульсный вариатор. - В кн.: Мальцев В.Ф. Механические импульсные передачи. Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1978. - 367 с.

2. Патент РФ №2179674, кл. F 16 Н 29/22, 2002 (прототип).

3. Понтрягин А.С. Обыкновенные дифференциальные уравнения. - М.: ГИФМЛ, 1961. - 311 с.

Изобретение относится к машиностроению. Импульсная бесступенчатая передача содержит корпус 1, валы, импульсный вариатор, включающий в себя муфту свободного хода, преобразующий кривошипно-коромысловый механизм, эксцентриковый механизм изменения длины кривошипа со штоком, расположенным в ведущем валу 2 вариатора, центробежный регулятор. Передача снабжена гидроцилиндром 8, шток 6 поршня 7 которого соединен со штоком 3 эксцентрикового механизма, шестеренным насосом, имеющим золотник 30, кинематически связанный с ползуном 15 центробежного регулятора, установленного на корпусе передачи и кинематически связанного с ведущим валом 2 вариатора и снабженного реечной цилиндрической передачей. Указанные особенности конструкции позволяют создавать большие осевые усилия при небольшой массе грузов регулятора, устанавливать требуемый режим работы двигателя (например, спортивный или экономичный), что обеспечивает качество регулирования и оптимальные тягово-скоростные и топливо-экономические свойства при передаче большой мощности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Импульсная бесступенчатая передача, содержащая корпус, валы, импульсный вариатор, содержащий кривошипно-коромысловый преобразующий механизм, механизм свободного хода, эксцентриковый механизм изменения длины кривошипа со штоком, расположенным в ведущем валу вариатора соосно и подвижно ему, центробежный регулятор, отличающаяся тем, что имеет гидроцилиндр с неподвижным цилиндром, в котором установлен подпружиненный поршень, шток поршня, соединенный со штоком эксцентрикового механизма изменения длины кривошипа с возможностью их совместного осевого перемещения, шестеренный насос, в корпусе которого выполнен канал, связывающий одну из полостей гидроцилиндра посредством других каналов с зонами всасывания и нагнетания насоса, и снабженный золотником, кинематически связанным с ползуном центробежного регулятора, установленного в корпусе на штанге и кинематически связанного с ведущим валом вариатора.2. Импульсная бесступенчатая передача по п.1, отличающаяся тем, что центробежный регулятор снабжен реечной цилиндрической передачей и пружина центробежного регулятора контактирует с ползуном регулятора и цилиндрической рейкой.