АВТОМАТИЧЕСКАЯ БЕССТУПЕНЧАТАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 2005 года по МПК F16H33/14 F16H3/74 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в транспортном машиностроении, в частности в автомобилестроении, а также в станкостроении.

Известна автоматическая бесступенчатая механическая передача, содержащая ведущее и ведомое центральные конические зубчатые колеса, которые находятся в зацеплении соответственно с внутренними и внешними относительно геометрической оси передачи колесами основных сателлитов, размещенных на радиальных осях водила, дополнительные сателлиты, размещенные аналогично основным сателлитам, введенные в зацепление с закрепленным в корпусе передачи центральным коническим зубчатым опорным колесом. Основные и дополнительные сателлиты выполнены с массивными ободами, придающими указанным сателлитам дополнительную массу, обеспечивающую выполнение ими одновременно функций инерционных грузов в виде маховиков (патент РФ №2178108, МПК 7 Р 16 Н 33/14, 3/74, 10.01.2002. Бюл. №1).

Недостатком этой передачи является уменьшение эффективности использования мощности двигателя при большой частоте вращения ведомого вала. При максимальной частоте вращения ведомого вала водило и дополнительные сателлиты неподвижны и указанные сателлиты не принимают участия в передаче вращающего момента.

Наиболее близким по совокупности признаков техническим решением к заявленному изобретению является автоматическая бесступенчатая инерционная передача, содержащая корпус, соосные ведущий и ведомый валы, закрепленные на последних ведущее и ведомое центральные конические зубчатые колеса, установленное с возможностью вращения вокруг оси передачи водило с радиальными осями, на которых с возможностью вращения установлены сблокированные по два сателлиты, внутренние и внешние относительно оси передачи, находящиеся в зацеплении с разными центральными коническими зубчатыми колесами. Ведущее и ведомое центральные конические зубчатые колеса размещены по одну сторону от радиальных осей водила. На радиальных осях водила установлены соосно сблокированные с маховиками сателлиты, находящиеся в зацеплении с центральным коническим зубчатым опорным колесом, а блоки сателлитов и сателлиты с маховиками размещены на радиальных осях водила с возможностью независимого друг от друга вращения. Центральное коническое зубчатое опорное колесо установлено соосно относительно оси передачи и коаксиально к ведущему валу с возможностью вращения и имеет опору для передачи момента силы на корпус инерционной передачи посредством установленного в корпусе параллельно оси передачи опорного вала, на котором закреплены два зубчатых колеса, одно из которых находится в зацеплении с зубчатым колесом, закрепленным на ведущем валу, а другое колесо - с зубчатым колесом, жестко соосно связанным с центральным коническим зубчатым опорным колесом при помощи полого промежуточного вала с обеспечением вращения этого опорного колеса в направлении вращения ведущего вала (патент РФ №2163316, МПК 7, F 16 Н 33/14, 3/74, 20.02.2001. Бюл. №5).

Недостатком указанной автоматической бесступенчатой инерционной передачи является наличие в ее составе девяти зубчатых конических колес, что усложняет устройство и повышает трудоемкость ее изготовления.

Предлагаемое изобретение обеспечивает достижение технического результата, который заключается в упрощении устройства и уменьшении трудоемкости изготовления автоматической бесступенчатой передачи путем замены шести конических зубчатых колес на четыре цилиндрических зубчатых колеса по сравнению с указанным выше ближайшим аналогом. Передача обеспечивает более экономное расходование моторного топлива с уменьшением при этом вредного экологического воздействия на окружающую среду. Упрощается управление транспортной машиной. Передача сопоставима с известными коробками передач по простоте устройства, габаритным размерам и массе. Благодаря постоянному зацеплению применяемых зубчатых колес она подвержена мeньшему износу, более долговечна и надежна в работе. Осуществляется возможность торможения вращения ведомого вала и рабочей машины при помощи двигателя, например, при движении транспортной машины под уклон, а также обеспечивается возможность пуска двигателя внутреннего сгорания путем буксировки машины. Предложенная передача позволяет передавать максимальный по величине момент силы на заторможенный нагрузкой ведомый вал без прекращения при этом работы двигателя.

Указанный технический результат достигается тем, что автоматическая бесступенчатая механическая передача содержит корпус, соосные ведущий и ведомый валы, закрепленные на последних ведущее и ведомое центральные зубчатые колеса, установленное с возможностью вращения вокруг линии оси передачи водило с радиальными осями, на котором с возможностью вращения установлены сблокированные основные сателлиты, находящиеся порознь с зацеплении соответственно с ведущим и ведомым колесами. На радиальных осях водила установлены дополнительные сателлиты, находящиеся в зацеплении с центральным коническим зубчатым опорным колесом, которое установлено соосно относительно линии оси передачи и коаксиально к ведущему валу с возможностью вращения относительно этого вала и имеет опору для передачи момента силы на корпус передачи посредством установленного в корпусе параллельно линии оси передачи опорного вала, на котором закреплены два цилиндрических зубчатых колеса, одно из которых находится в зацеплении с зубчатым колесом, закрепленным на ведущем валу, а другое колесо - с зубчатым колесом, жестко соосно связанным с опорным колесом при помощи промежуточного вала, размещенного коаксиально к ведущему валу, с обеспечением вращения этого опорного колеса в направлении вращения ведущего вала. Указанные две пары цилиндрических зубчатых колес образуют привод опорного вала.

Согласно изобретению ведущее и ведомое колеса и два основных сателлита выполнены в виде цилиндрических зубчатых колес, указанные ведущее и ведомое колеса размещены по разные стороны от радиальных осей водила, а два колеса основных сателлитов жестко соединены в единый блок посредством вала основных сателлитов, который размещен с возможностью вращения на одной из радиальных осей водила параллельно линии оси передачи. Суммарное передаточное отношение двух пар зубчатых колес привода опорного колеса обеспечивает вращение промежуточного вала и опорного колеса с большей частотой по сравнению с ведущим валом. Центр масс водила в целом, вместе с дополнительными и основными сателлитами, совмещен с линией оси передачи путем размещения на радиальной оси водила, не несущей основные сателлиты, дополнительного уравновешивающего груза, в том числе в виде более массивного дополнительного сателлита по сравнению с другим дополнительным сателлитом.

Дополнительные сателлиты выполнены с массивными ободами, являющимися инерционными грузами, увеличивающими массу дополнительных сателлитов, осуществляющих функцию маховиков.

Как частный случай выполнения, ведущее и ведомое колеса имеют разные диаметры.

Как частный случай выполнения ведущее и ведомое колеса имеют одинаковый диаметр.

Передача снабжена механизмом свободного хода, размещенным между ведущим и ведомым колесами, ведущая обойма которого соединена с ведомым валом, а ведомая обойма - с ведущим валом.

Линия радиальных осей водила размещена перпендикулярно линии оси передачи и эти линии осей пересекаются в центральной точке.

На чертеже дан общий вид автоматической бесступенчатой механической передачи.

Автоматическая бесступенчатая механическая передача содержит корпус 1, соосные ведущий 2 и ведомый 3 валы, закрепленные на последних ведущее 4 и ведомое 5 центральные зубчатые колеса, установленное с возможностью вращения вокруг линии оси O-O передачи водило 6 с радиальными осями, на котором с возможностью вращения установлены сблокированные основные сателлиты 7, 8, находящиеся порознь в зацеплении соответственно с ведущим 4 и ведомым 5 колесами. На радиальных осях водила 6 установлены дополнительные сателлиты 9, находящиеся в зацеплении с центральным коническим зубчатым опорным колесом 10, которое установлено соосно относительно линии оси O-O передачи и коаксиально к ведущему валу 2 с возможностью вращения относительно этого вала и имеет опору для передачи момента силы на корпус передачи посредством установленного в корпусе параллельно линии оси O-O передачи опорного вала 11, на котором закреплены два цилиндрических зубчатых колеса 12, 13, одно из которых 12 находится в зацеплении с зубчатым колесом 14, закрепленным на ведущем валу 2, а другое колесо 13 - с зубчатым колесом 15, жестко соосно связанным с опорным колесом 10 при помощи промежуточного вала 16, размещенного коаксиально к ведущему валу, с обеспечением вращения этого опорного колеса в направлении вращения ведущего вала. Указанные две пары цилиндрических зубчатых колес 14, 12 и 13, 15 образуют привод опорного вала 11.

Ведущее 4 и ведомое 5 колеса и два основных сателлита 7, 8 выполнены в виде цилиндрических зубчатых колес, указанные ведущее и ведомое колеса размещены по разные стороны от радиальных осей водила 6, а два колеса основных сателлитов жестко соединены в единый блок посредством вала 17 основных сателлитов, который размещен с возможностью вращения на одной из радиальных осей водила параллельно линии оси O-O передачи. Суммарное передаточное отношение двух пар зубчатых колес 14, 12 и 13, 15 привода опорного вала 11 обеспечивает вращение промежуточного вала 16 и опорного колеса 10 с большей частотой по сравнению с ведущим валом 2. Центр масс водила в целом, вместе с дополнительными и основными сателлитами, совмещен с линией оси O-O передачи путем размещения на радиальной оси водила 6, не несущей основные сателлиты 7, 8, дополнительного уравновешивающего груза 18, в том числе в виде более массивного дополнительного сателлита 9 по сравнению с другим дополнительным сателлитом 9.

Дополнительные сателлиты 9 выполнены с массивными ободами, являющимися инерционными грузами, увеличивающими массу дополнительных сателлитов, осуществляющих функцию маховиков.

Как частный случай выполнения, ведущее 4 и ведомое 5 колеса имеют разные диаметры.

Как частный случай выполнения, ведущее 4 и ведомое 5 колеса имеют одинаковый диаметр.

Передача снабжена механизмом свободного хода 19, размещенным между ведущим 4 и ведомым 5 колесами, ведущая обойма которого соединена с ведомым валом 3, а ведомая обойма - с ведущим валом 2.

Линия радиальных осей O₁-O₁ водила 6 разнесена перпендикулярно линии оси O-O передачи и эти линии осей пересекаются в центральной точке O¹.

Автоматическая бесступенчатая механическая передача работает следующим образом.

При вращении ведущего вала 2 с ведущим колесом 4 и неподвижном ведомом вале 3 с ведомым колесом 5 в связи с приложенной к ведомому валу нагрузкой или началом вращения из неподвижного положения ведущее колесо приводит во вращение находящееся с ним в зацеплении одно из колес 7 основного сателлита и сблокированное с ним другое колесо 8 основного сателлита, которое перекатывается по неподвижному ведомому колесу и вовлекает водило 6 с его радиальными осями во вращение вокруг линии оси O-O передачи в противоположном направлении вращению ведущего вала 2. При вращении водила 6 размещенные на его радиальных осях дополнительные сателлиты 9 перекатываются по опорному колесу 10. Привод опорного колеса, состоящий из пар зубчатых колес 14, 12 и 13, 15, приводит опорное колесо в постоянное вращение при любых режимах работы передачи в направлении вращения ведущего вала 2 и с большей по сравнению с ним частотой. Это способствует увеличению частоты вращения дополнительных сателлитов 9 на радиальных осях водила 6, что обеспечивается приводом опорного вала 11, имеющего внешнюю опору на корпус 1 передачи. По указанным выше причинам при неподвижном ведомом вале 3 с ведомым колесом 5 частота вращения водила вместе с дополнительными сателлитами 9 вокруг линии оси O-O передачи и дополнительных сателлитов на радиальных осях водила 6 будет максимальной.

Одновременное вращение дополнительных сателлитов 9, выполняющих функцию маховиков, вокруг двух пересекающихся линий осей O-O передачи и O₁-O₁ радиальных осей водила 6 равнозначно их вращению относительно центральной точки O¹ пересечения упомянутых линий осей. Известно, что вращающееся тело имеет определенный момент количества движения, который проявляется с соблюдением фундаментального физического закона сохранения, согласно которому момент количества движения может быть изменен только под действием внешних сил. Известно также, что момент количества движения при вращении тел относительно точки является векторной величиной. При указанном выше характере вращения дополнительных сателлитов относительно центральной точки O¹ векторы их моментов количества движения постоянно изменяют свое направление. Действия над векторами являются отражением соответствующих действий над векторными величинами (см. "Политехнический словарь" под ред. А.Ю.Ишлинского, издание второе, изд. "Советская энциклопедия", М., 1980 г., стр. 73/1).

Из сказанного следует, что проявление физического закона сохранения момента количества движения противодействует вращению водила 6 вокруг линии оси O-O передачи. В связи с этим водило и его радиальные оси являются опорой для передачи вращающего момента от ведущего колеса 4 через блок колес 7, 8 основных сателлитов на ведомое колесо 5 и далее на ведомый вал 3.

Как указано выше, при неподвижном ведомом вале 3 частота вращения дополнительных сателлитов относительно центральной точки O¹ является максимальной. При этом противодействие вращению водила 6 вокруг линии оси O-O передачи также будет максимальным, что обеспечит условие передачи на ведомый вал максимального по величине вращающего момента. При этом обеспечивается возможность работы двигателя и вращения ведущего вала 2 с ведущим колесом, а также опорного колеса 10 при неподвижном ведомом вале 3. Внешней опорой для противодействия вращению водила и обеспечения передачи и преобразования вращающего момента в конечном итоге является корпус 1 передачи, в котором размещен опорный вал 11 привода опорного колеса 10. Величина передаваемого вращающего момента зависит также от передаточных отношений всех включенных в состав передачи пар колес, а также от соотношения диаметров ведущего 4 и ведомого 5 колес.

Под действием максимального по величине момента силы, приложенного к ведомому колесу 5 и ведомому валу 3, они начинают вращаться в том же направлении, что и ведущий вал 2. Это приводит к замедлению вращения водила 6 вокруг линии оси O-O передачи с одновременным замедлением вращения дополнительных сателлитов относительно центральной точки O¹. Соответственно уменьшаются связанный с этим тормозящий момент силы на водило 6 и зависящая от этого величина передаваемого вращающего момента.

При максимальной частоте вращения ведомого колеса 5 и ведомого вала 3 водило неподвижно. Однако, и при этом к нему приложен тормозящий момент силы, обеспечивающий передачу вращающего момента на ведомое колесо 5. Это обусловлено тем, что опорное колесо 10 постоянно вращается с большей частотой по сравнению с ведущим валом 2 и приводит во вращение дополнительные сателлиты при любых режимах работы передачи, в том числе и при неподвижном водиле. Устойчивость водила и его радиальных осей при большой частоте вращения ведомого вала обеспечивается тем, что даже при их незначительных поворотах вокруг линии оси O-O передачи происходит изменение направлений векторов моментов количества движения дополнительных сателлитов с проявлением при этом физического закона сохранения.

При необходимости передачи вращающего момента и вращения от ведомого вала 3 на ведущий вал 2 с целью торможения рабочей машины работа двигателя прекращается. При этом под воздействием вращающегося ведомого вала в связи с продолжающимся движением машины происходит замыкание механизма свободного хода 19, который обеспечивает передачу вращения и потока мощности на ведущий вал, и далее на двигатель, который обеспечивает противодействие вращению ведомого вала и торможение рабочей машины. Таким же путем обеспечивается возможность пуска двигателя при буксировке рабочей машины.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в автомобилестроении и станкостроении. Передача содержит корпус 1, соосные ведущий 2 и ведомый 3 валы, ведущее 4 и ведомое 5 центральные зубчатые колеса, центральное коническое зубчатое опорное колесо 10, водило 6 с радиальными осями, на котором установлены основные сателлиты 7, 8 и дополнительные сателлиты 9, опорный вал 11 с двумя цилиндрическими зубчатыми колесами 12, 13, промежуточный вал 16. Ведущее 4 и ведомое 5 колеса и два основных сателлита 7, 8 выполнены в виде цилиндрических зубчатых колес. Ведущее и ведомое колеса 4, 5 размещены по разные стороны от радиальных осей водила 6. Два колеса основных сателлитов 7, 8 жестко соединены в единый блок посредством вала 17 основных сателлитов, который размещен с возможностью вращения на одной из радиальных осей водила 6 параллельно линии оси передачи. Технический результат - автоматическое бесступенчатое изменение в широких пределах величины передаваемого вращающего момента в зависимости от нагрузки, упрощение конструкции и уменьшение трудоемкости ее изготовления. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Автоматическая бесступенчатая механическая передача, содержащая корпус, соосные ведущий и ведомый валы, закрепленные на последних ведущее и ведомое центральные зубчатые колеса, установленное с возможностью вращения вокруг линии оси передачи водило с радиальными осями, на котором с возможностью вращения установлены сблокированные основные сателлиты, находящиеся порознь в зацеплении соответственно с ведущим и ведомым колесами, на радиальных осях водила установлены дополнительные сателлиты, находящиеся в зацеплении с центральным коническим зубчатым опорным колесом, которое установлено соосно относительно линии оси передачи и коаксиально к ведущему валу с возможностью вращения относительно этого вала и имеет опору для передачи момента силы на корпус передачи посредством установленного в корпусе параллельно линии оси передачи опорного вала, на котором закреплено два цилиндрических зубчатых колеса, одно из которых находится в зацеплении с зубчатым колесом, закрепленным на ведущем валу, а другое колесо - с зубчатым колесом, жестко соосно связанным с опорным колесом при помощи промежуточного вала, размещенного коаксиально к ведущему валу, с обеспечением вращения этого опорного колеса в направлении вращения ведущего вала, указанные две пары цилиндрических зубчатых колес образуют привод опорного вала, отличающаяся тем, что ведущее и ведомое колеса и два основных сателлита выполнены в виде цилиндрических зубчатых колес, указанные ведущее и ведомое колеса размещены по разные стороны от радиальных осей водила, а два колеса основных сателлитов жестко соединены в единый блок посредством вала основных сателлитов, который размещен с возможностью вращения на одной из радиальных осей водила параллельно линии оси передачи, суммарное передаточное отношение двух пар зубчатых колес привода опорного колеса обеспечивает вращение промежуточного вала и опорного колеса с большей частотой по сравнению с ведущим валом, центр масс водила в целом, вместе с дополнительными и основными сателлитами, совмещен с линией оси передачи путем размещения на радиальной оси водила, не несущей основные сателлиты, дополнительного уравновешивающего груза, в том числе в виде более массивного дополнительного сателлита по сравнению с другим дополнительным сателлитом.2. Передача по п.1, отличающаяся тем, что дополнительные сателлиты выполнены с массивными ободами, являющимися инерционными грузами, увеличивающими массу дополнительных сателлитов, осуществляющих функцию маховиков.3. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, ведущее и ведомое колеса имеют разные диаметры.4. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, ведущее и ведомое колеса имеют одинаковый диаметр.5. Передача по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена механизмом свободного хода, размещенным между ведущим и ведомым колесами, ведущая обойма которого соединена с ведомым валом, а ведомая обойма - с ведущим валом.6. Передача по п.1, отличающаяся тем, что линия радиальных осей водила размещена перпендикулярно линии оси передачи и эти линии осей пересекаются в центральной точке.