ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ПЕРЕДАЧА С НЕЗАВИСИМЫМИ СКОРОСТЯМИ ВЕДОМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Российский патент 2005 года по МПК F16H48/06 F16H3/66 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве составного элемента механических передач.

Известен дифференциал с ведущим водилом и ведомыми колесами. В нем соотношение скоростей ведомых элементов взаимосвязано и зависит от соотношения сил нагрузки (А.Н.Малиновский. Планетарные передачи, М.: Высшая школа, с.69).

Цель изобретения - передача, в которой скорость вращения одного из ведомых постоянна и не зависит от сил нагрузки.

На чертежах изображены:

фиг.1 - схема предлагаемой передачи,

фиг.2 - схема скоростей элементов передачи,

фиг.3 - схема сил в точках зацепления,

фиг.4 - элементы третьей ступени передачи.

Передача схематично изображена на фиг.1. Она включает в себя в планетарной части водила Н1, Н2, Н3, центральные колеса поз.1, 2, 3, 4, сателлиты поз.5, 6, 7, 8, внешние колеса поз.9, 10, 11, паразитную шестерню поз.12, ведущую шестерню поз. 15 и на неподвижной оси шестерни поз.13, 14. Радиальные и упорные подшипники на схеме не показаны.

Конструктивно передача состоит из трех дифференциалов. Привод осуществляется через шестерню поз.15 на водила H1 - первого дифференциала (H1, 1, 5, 9) и Н2 - второго дифференциала (Н2, 2, 6, 10). Водила H1 и Н2 вращаются с равными скоростями в противоположных направлениях. Все аналогичные элементы обоих дифференциалов имеют одинаковые размеры (поз.1=2, поз.5=6, поз.9=10, Н1=Н2). Центральные колеса поз. 1 и 2 жестко связаны посредством общего вала, на который приложена нагрузка,

Вращение внешних колес поз. 9 и 10 суммируется на третьем дифференциале (Н3, 4, 7, 8, 11). С колеса поз.9 вращение посредством равных шестерен поз.13 и 14 передается на колесо поз.11. С колеса поз.10 вращение, посредством шестерни поз.12, меняющей направление вращения, и колеса поз.3 передается на колесо поз.4, сохраняющее скорость вращения, поскольку радиусы колес поз.3 и 4 равны. Вращение колес поз. 11 и 4 посредством сателлитов поз. 7 и 8 суммируется на водило Н3. К водилу Н3 приложены уравновешивающие силы.

На фиг.2 изображена схема скоростей элементов трех дифференциалов. Здесь т.(5-9), т.H1, т.(5-1)... - точки зацепления соответствующих зубчатых элементов, V(5-9), V(H1), V(5-1),... - скорости в точках. Заданы скорости VH1 и VH2. Они равны и противоположно направлены.

Рассмотрим схему скоростей при некоторых произвольных значениях VH1 и VH2. Из конструкции видно, что V(5-1)=V(6-2), в т.(5-9) и т.(8-7) скорость V(5-9), вт.(6-10) скорость V(6-10), а в т.(4-7) скорость (-V(6-10)).

Скорости на сателлите поз.5 можно объединить равенством

V(5-9)+V(5-1)=2 VH1, откуда

Скорости на сателлите поз.6 можно объединить равенством

V(6-10)+V(5-1)=-2 VH1, откуда

Скорости на сателлите поз.7 можно объединить равенством

Подставляя (1) и (2) в (3) имеем: 2 VH1-V(5-1)+2VH1+V(5-1)=2 VH3, откуда

Из (4) видно, что при постоянной V H1 V Н3 также постоянна.

Суммируя (1) и (2) имеем: V(5-9)+V(6-10)=2 VH1-2 VH1-2 V(5-1) или

Из (5) следует, что скорость ведомых колес V(5-1)=V(6-2) не являются функцией скоростей водила H1 и Н2.

Рассмотрим схему равновесия сил в зацеплениях элементов первого и второго дифференциалов, изображенную на фиг.3. Система из двух дифференциалов рассматривается совместно, т.к. они имеют общий элемент - жестко связанные колеса поз. 1 и 2. В передаче известна величина и направление (противоположное скорости на фиг.2) силы нарузки N. Силы на ведущих водилах H1 и Н2 обозначим F1 и F2. В точках т.(5-9) и т.(6-10) приложим уравновешивающие силы L и К. Из условия равновесия моментов сил определим величины и взаимосвязь сил N, F1, F2, L, К. Радиусы вращения примем равными 1.

Мт.(5-9)=0: F1=2N, Мт.(6-10)=0: F2=2N, т.к. N общая, то сложим левые части

Далее: Мт.Н1=0: K-L=N, Мт.Н2=0: K+L=N, т.к. N общая, то, суммируя левые части:

Далее:

Поскольку F1 и F2 - силы на ведущих водилах и (F2) действует по скорости, а (F1) против, то на шестерне поз.15 F+(+F1)+(-F2)=0, где F - движущая сила на шестерне поз.15 (фиг.1).

Или откуда

Сложим (8)+(9): 4К=F1+F2, а с учетом (10) 4K=F+2F1 или

Вычтем (9)-(8): подставив (11) 4L=F или

Сила F на шестерне поз.15 может достигать mах величины движущей силы f, соответствующей max мощности привода. Подставляя f в (12) и (14), получим уравновешивающие силы k и 1, обеспечивающие полную загрузку передачи: и .

В этом случае вся мощность передается на преодоление нагрузки, если величина N удовлетворяет требованиям: (15) подставим в (7)

Имея соотношение действующих сил и скоростей, рассмотрим соотношение мощностей внешних сил для группы первого и второго дифференциалов.

Из фиг.3 имеем: .

В левой части движущие моменты (силы и скорости одного направления), в правой - моменты противодействующие (силы и скорости противоположно направлены). Из фиг.2 имеем:

V(59)=2V(H)+V(51); V(610)=2V(H)-V(51), подставляя в (18):

2KV(H)+KV(51)+F(2)V(H)=2LV(H)+LV(51)+F(1)V(H)+2LV(H)-LV(51)+2KV(H)-KV(51)+NV(51)

или F(2)V(H)+2KV(51)=4LV(H)+F(1)V(H)+NV(51), или V(H)(F(2)-F(1)-4L)=V(51)(N-2K) из (11) F(2)-F(1)=F, тогда V(H)(F-4L)=V(51)(N-2K), с учетом (7) и (14) .

Из (19) следует, что соотношение скоростей V(H) и V(51) не зависит от соотношения F и N, поэтому V(51) стремится к "0". Чтобы V(51) приняла max значение, соответствующее полной передаче мощности , необходимо нарушить равновесие внешних сил: F, N, K, L.

Из фиг.3 видно, что это можно достич увеличением силы К. В этом случае V(51) будет расти, пока не достигнет значения, обеспечивающего условие (20). Затем начнет уменьшаться скорость привода из-за нехватки мощности. Здесь величина силы К должна уменьшаться.

Следовательно, сила К должна регулироваться посредством обратной связи по скорости V(H) привода.

Способ создания сил К и L. Из (15) и (16) видно, что уравновешивающие силы К и L являются функциями движущей силы и их можно получить посредством воздействия силы, эквивалентной f на третьей ступени. Силу L можно создать непосредственным воздействием на водило Н3 от основного привода, поскольку скорости водила Н3 и H1 связаны (см. 4). Сила К создается посредством осевого воздействия на сателлит поз.7 (фиг.1). Как это осуществляется проиллюстрировано на фиг.4. На фиг.4 изображены элементы третьей ступени передачи: водило Н3, центральное колесо поз.4, связанное со второй ступенью, на оси "O"; сателлит поз.7 на оси "O1"; сателлит поз.8 на оси "O2", связанный с первой ступенью. Зубчатые элементы поз.4, 7, 8 - косозубые. Изображена схема скоростей элементов поз.4, 7, 8 относительно водила Н3 со схемы на фиг.2.

Из схемы на фиг.4 видно, что скорость в зацеплении (7-8) меньше угловой скорости водила ω Н3, а в зацеплении (4-7) больше угловой скорости водила Н3. К сателлиту поз.7 приложена осевая сила, которая создает в косозубом зацеплении т.(4-7) касательное усилие (-К), противодействующее превышению скорости Vт.(4-7) над угловой скоростью водила, а в косозубом зацеплении т.(7-8) усилие (+К), противодействующее превышению скорости водила над скоростью точки (7-8).

Возможность возникновения сил (+К) и (-К) обусловлена жестко связанным положением трех осей "O", "O1", "O2" в составе водила Н3. Отсутствие возможности изменения взаимного положения осей компенсируется возникновением сил К.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве составного элемента механических передач. Дифференциальная передача содержит ведущую шестерню 15 и три дифференциала. Первый дифференциал включает внешнее 9 и центральное 1 колеса и водило HI с сателлитами 5. Второй дифференциал включает внешнее 10 и центральное 2 колеса и водило Н2 с сателлитами 6. Третий дифференциал выполнен косозубым с двумя находящимися в зацеплении друг с другом сателлитами 7 и 8. Сателлит 7 зацеплен с центральным колесом 4, сателлит 8 - с внешним колесом 11. Вращение центрального 4 и внешнего 11 колес посредством сателлитов 7 и 8 суммируется на водиле Н3. Ведущая шестерня 15 зацепляется с водилами H1 и Н2, которые имеют противоположное направление вращения. Центральные колеса 1 и 2 жестко связаны общим валом. Внешние колеса 9 и 10 посредством шестерен с неподвижными осями связаны с внешним 11 и центральным 4 колесами третьего дифференциала. Технический результат - создание передачи, в которой вращение одного из ведомых валов постоянно и не зависит от сил нагрузки. 4 ил.

Дифференциальная передача, содержащая три дифференциала, каждый из которых включает внешнее и центральное колеса и водило с сателлитами, отличающаяся тем, что она снабжена ведущей шестерней, зацепляющейся с водилами первого и второго дифференциалов, которые имеют противоположное направление вращения, центральные колеса первых двух дифференциалов жестко связаны общим валом, в которому приложена нагрузка, внешние колеса первого и второго дифференциалов посредством шестерен с неподвижными осями связаны с внешним и центральным колесами третьего дифференциала, при этом третий дифференциал выполнен косозубым с двумя находящимися в зацеплении друг с другом сателлитами, один из которых зацеплен с центральным колесом, другой - с внешним колесом, и вращение центрального и внешнего колес посредством сателлитов суммируется на водиле.