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 и величине подачи топлива при применении в трансмиссиях транспортных машин. 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 подпруженным штоком, расположенным в ведущем валу вариатора соосно и подвижно ему, установленный на ведущем валу вариатора центробежный регулятор с рычагами, контактирующими с установленным на штоке вариатора профильным диском, демпфер, поршень которого установлен на штоке вариатора. Недостатком этой передачи является то, что она позволяет устанавливать только одно определенное предварительное усилие сжатия пружины штока и обеспечивает лишь один режим работы двигателя, например экономичный режим (минимум расхода топлива). Это снижает эксплуатационные возможности передачи, так как во многих случаях требуются и другие режимы работы двигателя, например режим использования наибольшей мощности, обеспечивающий быстрый разгон или максимальную скорость движения. Кроме того, при использовании передачи в трансмиссиях с двигателями сравнительно большой мощности возрастают осевое усилие на штоке и массе шаров регулятора, что может вызвать вибрации штока (ввиду импульсного принципа работы передачи) и как следствие этого - уменьшение надежности и долговечности передачи. Чтобы исключить этот недостаток, необходимо при работе передачи в установившемся режиме фиксировать положение штока.

Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей импульсной бесступенчатой передачи, повышение ее надежности и долговечности при передаче сравнительно большой мощности (среднегрузовые автомобили).

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 с подпружиненным штоком, расположенным в ведущем валу вариатора соосно и подвижно ему, центробежный регулятор на ведущем валу вариатора, снабженный рычагами, контактирующими с профильным диском, установленным на штоке, демпфер с поршнем, а поршень демпфера установлен в неподвижном цилиндре на отдельном снабженным упором и пружиной штоке, соединенным со штоком вариатора с возможностью их совместного осевого перемещения и снабженного реечной цилиндрической передачей, цилиндрическая рейка которой контактирует с пружиной, упирающейся в упор штока.

Полости демпфера соединены каналом, снабженным в поперечном сечении золотником.

На корпусе передачи установлен кинематически связанный с ведущим валом вариатора центробежный регулятор, имеющий ползун реечную цилиндрическую передачу, пружину, расположенную между цилиндрической рейкой и ползуном регулятора, кинематически связанным с золотником демпфера, а зубчатое колесо реечной передачи центробежного регулятора кинематически связано с зубчатым колесом реечной передачи демпфера.

На чертеже дана конструктивная схема импульсной бесступенчатой передачи.

Импульсная бесступенчатая передача содержит корпус 1 (фиг. 1), в котором размещен импульсный вариатор, содержащий ведущий вал 2, кривошипно-коромысловый преобразующий механизм (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. Шток 3 вариатора неподвижно в осевом направлении, но с возможностью относительного поворота связан со штоком 4 демпфера посредством двух конических подшипников 5. Внутренние кольца подшипников неподвижно установлены на штоке 3 вариатора, а наружные кольца - в стакане 6 и поджаты гайкой 7. Стакан 6 неподвижно соединен со штоком 4 демпфера, на котором закреплен поршень 8, расположенный в неподвижном цилиндрическом корпусе 9 с пружиной 10. Полости демпфера соединены каналом 11, в поперечном сечении которого находится золотник 12. Шток 4 демпфера снабжен упором 13 и на нем подвижно установлена цилиндрическая рейка 14, находящаяся в зацеплении с зубчатым колесом 15, ось которого неподвижна. Между упором 13 и торцом цилиндрической рейки 14 установлена пружина 16. На ведущем валу 2 вариатора установлен центробежный регулятор с массами 17, рычагами 18, контактирующими с профильным диском 19. На корпусе 1 закреплена штанга 20, на которой подвижно установлена звездочка со ступицей 21, кинематически связывающая ступицу 21 посредством цепной передачи 22 с ведущим валом 2 вариатора. Ступица 21 входит в состав механизма центробежного регулятора с коромыслами 23, снабженными массами 24, шатунами 25 и ползуном 26. На штанге 20 подвижно установлена цилиндрическая рейка 27, находящаяся в зацеплении с зубчатым колесом 28, ось которого неподвижна. Цилиндрическая рейка 27 поджимает пружину 29 к ползуну 26 через упорный подшипник. Ползун 26 посредством рычага 30 и тяги 31 кинематически связан с золотником 12. Зубчатые колеса 15 и 28 кинематически связаны между собой посредством тяги 32.

На основе указанного выше устройства возможны следующие варианты его реализации.

1. Шток 4 демпфера соединен со штоком 3 вариатора с возможностью их совместного осевого перемещения и снабжен упором 13, цилиндрической рейкой 14, подвижно установленной на штоке 4 демпфера и находящейся в зацеплении с зубчатым колесом 15 с неподвижной осью вращения. Между цилиндрической рейкой 14 и упором 13 установлена пружина 16. Поршень 8 демпфера с пружиной 10 снабжен отверстиями для перетекания жидкости из одной полости демпфера в другую.

2. Полости демпфера соединены (вместо отверстий поршня 8 демпфера) каналом 11, в поперечной плоскости которого расположен золотник 12, позволяющий перекрыть этот канал. Степень перекрытия канала 11 можно регулировать путем изменения положения золотника 12 относительно канала 11, перемещая его в осевом направлении, например, посредством резьбовой нарезки. Изменяя положение золотника 12, можно регулировать силу сопротивления, развиваемую демпфером, и устанавливать его в положение, соответствующее более устойчивой работе импульсной бесступенчатой передачи.

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. Пусть зубчатое колесо 15 занимает положение 1, соответствующее режиму работы двигателя с наименьшим расходом топлива (экономичный режим). Перед пуском двигателя под действием усилия, развиваемого пружиной 29, ползун 26 занимает крайнее левое положение, массы 24 центробежного регулятора занимают крайнее нижнее положение относительно штанги 20, золотник 12 приподнят вверх и цилиндрическая выточка золотника обеспечивает возможность переливания жидкости по каналу 11 из одной полости демпфера в другую. Шток 4 демпфера и шток 3 вариатора под действием усилий, развиваемых пружинами 10 и 16, занимают крайнее левое положение. При пуске двигателя возрастает частота вращения ведущего вала 2 вариатора и за счет действия центробежных сил, развиваемых массами 17, после преодоления усилий, развиваемых пружинами 10 и 16, шток 3 вариатора и шток 4 демпфера перемещаются вправо, при этом жидкость в демпфере перетекает по каналу 11 через цилиндрическую выточку в золотник 12. При частоте вращения двигателя, соответствующей преодолеваемой внешней нагрузке и заданному режиму работы двигателя, которому соответствует определенное положение зубчатого колеса 15 и, следовательно, определенное усилие предварительного сжатия пружины 16, шток 3 вариатора и шток 4 демпфера занимают соответствующие определенные положения, что обеспечивает передаточное отношение импульсной бесступенчатой передачи, при котором двигатель работает в заданном установившемся режиме, при этом за счет центробежных сил, развиваемых массами 24, ползун 26 перемещается вправо и перемещает золотник 12 в положение, в котором перекрывается канал 11.

При изменении внешней нагрузки, например ее увеличении, возрастает момент, развиваемый нагрузкой на валу двигателя, его частота вращения уменьшается (согласно скоростной характеристике двигатели) и, следовательно, уменьшается частота вращения ведущего вала вариатора. Вследствие этого уменьшается усилие, развиваемое массами 24 центробежного регулятора на ползуне 26, который под действием пружины 29 перемещается влево, а золотник 12 посредством рычага 30 и тяги 31 перемещается вверх, открывая канал 11. Одновременно за счет уменьшения осевого усилия, развиваемого массой 17, и возрастания осевого усилия от внешней нагрузки, шток 3 вариатора и шток 4 демпфера перемещаются влево, занимая положение, соответствующее передаточному отношению импульсной бесступенчатой передачи, при котором частота вращения двигателя принимает прежнее значение, соответствующее заданному режиму работы двигателя.

Для работы двигателя в режиме максимальной мощности (спортивный режим, которому согласно скоростной характеристике двигателя соответствует максимальная частота вращения вала) зубчатое колесо 15 поворачивается в положение 11, цилиндрические рейки 14 и 28 перемещаются и деформируют соответственно пружины 16 и 29 и усилия, развиваемые пружинами на штоках 3 и 4, ползуне 26 возрастают. Чтобы уравновесить это дополнительное усилие на штоках 3 и 4 массы 17 должны развивать большее осевое усилие по сравнению с усилием при работе двигателя в режиме I (принимаем, что внешняя нагрузка при работе на разных режимах одна и та же). Чтобы в установившемся режиме работы двигателя уравновесить дополнительное усилие на штоках 3 и 4, необходима большая частота вращения двигателя, т.е. увеличенному отжатию пружины 16 соответствует увеличенная частота вращения вала двигателя, при которой штоки 3 и 4 займут соответствующее положение, но несколько отличное от положения при работе при режиме I. За счет увеличения частоты вращения ведущего вала 2 вариатора увеличивается усилие, развиваемое массами 24 на ползуне 26 центробежного регулятора. Жесткость пружины 29 и другие параметры центробежного регуляторе назначаются такими, чтобы при изменении частоты вращения и усилия деформации пружины 29 при переходе с одного режима работы двигателя на другой компенсировались при одном и том же положении звеньев 23, 25, что обеспечивает перекрытие канала 11 золотником 12 при работе двигателя в любом установившемся режиме. При изменении внешней нагрузки импульсная бесступенчатая передача работает так же, как при режиме I. Устанавливая зубчатое колесо 15 в положениях между I и II, обеспечиваем работу двигателя в других режимах.

Предлагаемая импульсная бесступенчатая передача обеспечивает работу двигателя в различных режимах, что расширяет ее эксплуатационные возможности. Введение в конструкцию импульсной бесступенчатой передачи центробежного регулятора с золотником, перекрывающим канал, связывающий полости демпфера, обеспечивает (ввиду практической несжимаемости жидкости) жесткую фиксацию поршня демпфера и штоков при работе в установившемся режиме. Это исключает возможные вибрации и позволяет передавать сравнительно большие мощности, увеличивает надежность и долговечность передачи.

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).

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. Передача снабжена демпфером, шток 4 которого соединен со штоком 3 вариатора. Полости демпфера соединены каналом 11, снабженным золотником 12, кинематически связанным с ползуном 26 центробежного регулятора, кинематически связанного с ведущим валом 2 вариатора. На штоке 4 демпфера установлена реечная цилиндрическая передача и пружина 16, контактирующая с упором 13 штока 4 и цилиндрической рейкой 14. Указанные особенности конструкции обеспечивают работу двигателя в требуемом режиме (например, в экономичном или спортивном) и жесткую фиксацию положения штоков при работе в установившемся режиме, что расширяет эксплуатационные возможности передачи, обеспечивает качество регулирования, надежность и долговечность передачи при передаче сравнительно больших мощностей. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Импульсная бесступенчатая передача, 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, центробежный регулятор, установленный на ведущем валу, снабженный рычагами, контактирующими с профильным диском, установленным на штоке, демпфер с поршнем, отличающаяся тем, что поршень демпфера установлен в неподвижном цилиндре на отдельном снабженном упором и пружиной штоке, соединенном со штоком эксцентрикового механизма изменения длины кривошипа с возможностью их совместного осевого перемещения, а эксцентриковый механизм изменения длины кривошипа снабжен реечной цилиндрической передачей, цилиндрическая рейка которой контактирует с пружиной, упирающейся в упор штока.2. Импульсная бесступенчатая передача по п.1, отличающаяся тем, что полости демпфера соединены каналом, снабженным в поперечном сечении золотником.3. Импульсная бесступенчатая передача по п.1, отличающаяся тем, что на корпусе передачи установлен кинематически связанный с ведущим валом вариатора центробежный регулятор, имеющий ползун, реечную цилиндрическую передачу, пружину, расположенную между цилиндрической рейкой и ползуном, кинематически связанным с золотником демпфера, а зубчатое колесо реечной передачи центробежного регулятора кинематически связано с зубчатым колесом реечной передачи демпфера.