АВТОМАТИЧЕСКАЯ БЕССТУПЕНЧАТАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 2006 года по МПК F16H33/14 

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

Известна автоматическая бесступенчатая механическая передача, содержащая корпус, входной и выходной валы, водило с радиальными осями, на которых размещены основные сателлиты, состоящие из соосно связанных внутренних и внешних конических колес, и дополнительные сателлиты. Внутренние и внешние колеса основных сателлитов введены в зацепление с ведущим колесом, закрепленным на входном валу, и ведомым колесом, закрепленным на выходном валу. Дополнительные сателлиты введены в зацепление с центральным опорным колесом, закрепленным на конце полого промежуточного вала, размещенного коаксиально с входным валом. Промежуточный вал связан с входным валом при помощи трех последовательно зацепляющихся приводных колес, первое из которых закреплено на входном валу, второе колесо - на промежуточном валу и третье колесо установлено на опорной оси и является промежуточным между первым и вторым колесами. Опорная ось размещена вне пределов оси передачи. Водило размещено на входном валу с возможностью независимого от него вращения (см. патент РФ 2174202, МПК 7 F 16 Н 33/14, 3/74, 27.09.2001, Бюл. №27).

Недостатком этой передачи является применение в ее составе полого промежуточного вала, размещенного коаксиально с входным валом, на котором закреплены два колеса - опорное колесо и второе приводное колесо, что приводит к увеличению размеров передачи в осевом направлении с соответствующим увеличением массы. Выполнение основных сателлитов, ведущего и ведомого колес в виде конических, а не цилиндрических колес, также усложняет устройство передачи.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является автоматическая бесступенчатая механическая передача, содержащая соосные ведущий и ведомый валы, на которых закреплены соответственно ведущее и ведомое центральные зубчатые колеса, введенные в зацепление со сблокированными друг с другом основными сателлитами, размещенными по разные стороны от оси передачи на радиальных осях водила, которое размещено с возможностью вращения на ведущем валу. На других радиальных осях водила размещены по разные стороны от оси передачи маховики, сблокированные с дополнительными сателлитами, введенными в зацепление с опорным колесом, закрепленным на полом промежуточном валу, установленном коаксиально с ведущим валом с возможностью независимого относительно него вращения. Промежуточный вал связан с приводом опорного колеса, который содержит зубчатые колеса, установленные соответственно на ведущем и промежуточном валах и введенные в зацепление с промежуточным колесом, ось которого размещена в корпусе передачи. Центральные колеса размещены по разные стороны от радиальных осей водила (см. патент РФ 2171927, МПК 7 F 16 Н 33/14, 3/74, 10.08.2001, Бюл. №22).

Эта автоматическая бесступенчатая механическая передача обладает недостатками, аналогичными недостаткам указанной выше передачи по патенту РФ 2174202.

Предлагаемое изобретение обеспечивает достижение технического результата, который заключается в упрощении устройства, уменьшении размеров и массы автоматической бесступенчатой механической передачи, а также уменьшении потерь на трение при работе передачи в связи с уменьшением входящих в ее состав зубчатых колес.

Указанный технический результат достигается тем, что автоматическая бесступенчатая механическая передача содержит соосные ведущий и ведомый валы, на которых закреплены соответственно ведущее и ведомое центральные колеса, введенные в зацепление с основными сателлитами, размещенными на радиальных осях водила, которое расположено с возможностью вращения вокруг линии оси передачи. На радиальных осях водила размещены по разные стороны от линии оси передачи дополнительные сателлиты, введенные в зацепление с опорным колесом, размещенном соосно с ведущим валом с возможностью вращения относительно этого вала и связанным с приводом опорного колеса, который содержит ведущее колесо привода и промежуточное колесо привода, ось которого размещена в корпусе передачи. Согласно изобретению ведущее и ведомое центральные колеса и основные сателлиты выполнены цилиндрическими, при этом одно из упомянутых центральных колес выполнено с внутренним зацеплением, а оси основных сателлитов размещены на радиальных осях водила параллельно линии оси передачи и на каждой из этих осей размещен один основной сателлит. Опорное колесо имеет два зубчатых венца, расположенных на противоположных поверхностях диска колеса, один из этих зубчатых венцов выполнен коническим и введен в зацепление с дополнительными сателлитами, а другой зубчатый венец введен в зацепление с промежуточным колесом привода опорного колеса. Опорное колесо размещено непосредственно на ведущем валу с возможностью вращения в противоположном направлении по сравнению с ведущим валом. Ведущее и ведомое центральные колеса размещены по одну сторону от радиальных осей водила.

Дополнительные сателлиты выполнены с массивными ободами или соосно соединены с маховиками с возможностью увеличения моментов количества движения при вращении этих сателлитов вокруг радиальных осей водила. Передача снабжена механизмом свободного хода, одно из звеньев которого закреплено в корпусе передачи, а другое звено связано с водилом с обеспечением возможности вращения водила только в направлении вращения ведущего вала.

Линия оси радиальных осей водила и линия оси передачи пересекаются в центральной точке, совмещенной с этими осями.

Как частный случай выполнения, привод опорного колеса содержит цилиндрические зубчатые колеса, а ось промежуточного колеса размешена в корпусе передачи параллельно линии оси передачи. Зубчатый венец, расположенный на поверхности диска опорного колеса и введенный в зацепление с промежуточным колесом, имеет внутреннее зацепление.

Как частный случай выполнения, привод опорного колеса содержит конические зубчатые колеса, при этом ось промежуточного колеса расположено в корпусе передачи под углом к линии оси передачи, в частности под прямым углом, а находящийся в зацеплении с промежуточным колесом зубчатый венец опорного колеса выполнен коническим.

Как частный случай выполнения, водило размещено на ведущем валу с возможностью вращения относительно него, ведомое центральное колесо выполнено с внутренним зацеплением, а передаточное отношение между ведущим и ведомым центральными колесами обеспечивает возможность вращения ведущего центрального колеса с большей угловой скоростью по сравнению с ведомым центральным колесом при неподвижном водиле.

Как частный случай выполнения, водило размещено на ведомом валу с возможностью вращения относительно него, ведущее центральное колесо выполнено с внутренним зацеплением, а передаточное отношение между ведущим и ведомым центральными колесами обеспечивает возможность вращения ведомого центрального колеса с большей угловой скоростью по сравнению с ведущим центральным колесом при неподвижном водиле.

На фиг.1 и 2 показано в общем виде устройство автоматической бесступенчатой механической передачи, как частные случаи выполнения, с приводом опорного колеса, состоящего из цилиндрических зубчатых колес (фиг.1) и конических зубчатых колес (фиг.2).

Автоматическая бесступенчатая механическая передача содержит соосные ведущий 1 и ведомый 2 валы, на которых закреплены соответственно ведущее 3 и ведомое 4 центральные колеса, введенные в зацепление с основными сателлитами 5, размещенными на радиальных осях водила 6, которое расположено с возможностью вращения вокруг линии оси O-O передачи. На радиальных осях водила 6 размещены по разные стороны от линии оси O-O передачи дополнительные сателлиты 7, введенные в зацепление с опорным колесом 8, размещенном соосно с ведущим валом 1 с возможностью вращения относительно этого вала и связанным с приводом опорного колеса, который содержит ведущее колесо 9 привода и промежуточное колесо 10 привода, ось 11 которого размещена в корпусе 12 передачи. Ведущее 3 и ведомое 4 центральные колеса и основные сателлиты о выполнены из цилиндрических зубчатых колес, при этом одно из упомянутых центральных колес 3 или 4 выполнено с внутренним зацеплением, а оси 13 основных сателлитов 5 размещены на радиальных осях водила 6 параллельно линии оси O-O передачи и на каждой из этих осей размещен один основной сателлит. Опорное колесо 8 имеет два зубчатых венца, расположенных на противоположных поверхностях диска колеса. Один из этих зубчатых венцов выполнен коническим 14 и введен в зацепление с дополнительными сателлитами, а другой зубчатый венец 15 введен в зацепление с промежуточным колесом 10 привода опорного колеса. Опорное колесо размещено непосредственно на ведущем валу 1 с возможностью вращения в противоположном направлении по сравнению с ведущим валом. Ведущее 3 и ведомое 4 колеса размещены по одну сторону от линии радиальных осей O₁-O₁ водила 6.

Дополнительные сателлиты 7 выполнены с массивными ободами 16 (фиг.2) или соосно соединены с маховиками 16 (фиг.1) с возможностью увеличения моментов количества движения при вращении этих сателлитов вокруг радиальных осей водила 6. Передача снабжена механизмом свободного хода 17, одно из звеньев которого закреплено в корпусе 12 передачи, а другое звено связано с водилом 6 с обеспечением возможности вращения водила только в направлении вращения ведущего вала 1.

Линия O₁-O₁ радиальных осей водила 6 и линия оси О-О передачи пересекаются в центральной точке О¹, совмещенной с этими осями.

Как частный случай выполнения, привод опорного колеса 8 содержит цилиндрические зубчатые колеса, а ось 11 промежуточного колеса 10 размещена в корпусе 12 передачи параллельно линии оси O-O передачи, при этом зубчатый венец 15, расположенный на поверхности диска опорного колеса 8 и введенный в зацепление с промежуточным колесом 10, имеет внутреннее зацепление.

Как частный случай выполнения, привод опорного колеса 8 содержит конические зубчатые колеса, при этом ось 11 промежуточного колеса 10 размещена в корпусе 12 передачи под углом к линии оси O-O передачи, в частности под прямым углом, а находящийся в зацеплении с промежуточным колесом зубчатый венец 15 опорного колеса 8 выполнен коническим (см. фиг.2).

Как частный случай выполнения, водило 6 размещено на ведущем валу 1 (см. фиг.1) с возможностью вращения относительно него, ведомое центральное колесо 4 выполнено с внутренним зацеплением, а передаточное отношение между ведущим 3 и ведомым 4 центральными колесами обеспечивает возможность вращения ведущего центрального колеса с большей угловой скоростью по сравнению с ведомым центральным колесом при неподвижном водиле 6.

Как частный случай выполнения, водило 6 размешено на ведомом валу 2 с возможностью независимого от него вращения, ведущее центральное колесо 3 выполнено с внутренним зацеплением, а передаточное отношение между ведущим и ведомым 4 центральными колесами обеспечивает возможность вращения ведомого центрального колеса с большей угловой скоростью по сравнению с ведущим центральным колесом при неподвижном водиле 6 (см. фиг.2).

Автоматическая бесступенчатая механическая передача работает следующим образом.

При вращении ведущего вала 1 с ведущим центральным колесом 3 и неподвижном ведомом вале 2 в связи с приложенной к нему нагрузкой или началом вращения из неподвижного положения происходит вращение основных сателлитов 5, поскольку они находятся в зацеплении с вращающимся ведущим центральным колесом 3. Вращающиеся основные сателлиты перекатываются по неподвижному ведомому центральному колесу 4 и вовлекают водило 6 с его радиальными осями во вращение вокруг линии оси O-O передачи в направлении вращения ведущего вала 1. Вместе с водилом вращаются вокруг линии оси O-O передачи установленные на радиальных осях водила 6 дополнительные сателлиты 7, которые находятся в зацеплении с опорным колесом 8, что обеспечивает одновременное их вращение на радиальных осях водила 6.

Привод опорного колеса 8 при помощи входящих в его состав зубчатых колес 9 и 10 передает постоянное вращение при любых режимах работы передачи от ведущего вала 1 на опорное колесо 8 в направлении, обратном направлению вращения ведущего вала и ведущего центрального колеса 3. При этом водило 6 с его радиальными осями и опорное колесо 8 вращаются вокруг линии оси O-O передачи во взаимно противоположных направлениях. Это обеспечивает вращение дополнительных сателлитов 7 одновременно вокруг линии оси O-O передачи и линии оси O₁-O₁ радиальных осей водила 6 с максимальной частотой.

Одновременное вращение дополнительных сателлитов 7 вокруг двух пересекающихся осей - линии оси O-O передачи и линии оси O₁-O₁ радиальных осей водила 6 равнозначно их вращению относительно центральной точки O¹ пересечения этих осей. Известно, что вращающееся тело имеет определенный момент количества движения, который проявляется с соблюдением всеобщего закона сохранения, согласно которому момент количества движения может быть изменен только под воздействием внешних сил. Известно также, что момент количества движения при вращении тел относительно точки является векторной величиной. При указанном выше характере вращения дополнительных сателлитов 7 относительно центральной точки O¹ векторы их моментов количества движения постоянно изменяют свое направление. Действия над векторами являются отражением соответствующих действий над векторными величинами (см., например, "Политехнический словарь" под редакцией академика А.Ю.Ишлинского, издание второе. "Советская энциклопедия", Москва - 1980, стр.73/1).

Из сказанного следует, что проявление всеобщего закона сохранения момента количества движения противодействует вращению водила 6 с его радиальными осями вокруг линии оси O-O передачи. В связи с этим водило и его радиальные оси являются опорой для передачи вращающего момента от ведущего центрального колеса 3 через основные сателлиты 5 на ведомое центральное колесо 4 и далее на ведомый вал 2.

При неподвижном ведомом центральном колесе 4 частота вращения дополнительных сателлитов 7 относительно центральной точки О¹ является наибольшей. Следовательно, при денных условиях противодействие вращению водила 6 вокруг линии оси О-О передачи также будет максимальным, что обеспечит передачу на неподвижное ведомое центральное колесо 4 и далее на ведомый вал 2 максимального по величине момента силы. При этом обеспечивается возможность работы двигателя и вращения ведущего вала 1 вместе с ведущим центральным колесом 3 при неподвижном ведомом вале 2. Внешней опорой для торможения вращения водила 6 и обеспечения передачи и преобразования вращающего момента в конечном счете является корпус 12 передачи, в котором установлена не совпадающая с линией оси O-O передачи ось 11 промежуточного колеса 10 привода опорного колеса 8.

Из сказанного выше следует, что величина тормозящего момента силы, приложенного к водилу 6, зависит от массы и размеров вращающихся дополнительных сателлитов 7 и от частоты их вращения относительно центральной точки O¹, а также от передаточных отношений всех включенных в состав передачи пар колес. Этим определяются основные параметры передачи.

Под действием максимального момента силы, приложенного к ведомому центральному колесу 4, оно начинает вращаться в противоположном направлении по сравнению с ведущим валом 1. Это приводит к замедлению вращения водила 6 с его радиальными осями вокруг линии оси O-O передачи с одновременным замедлением вращения дополнительных сателлитов 7 вокруг радиальных осей водила 6 и центральной точки O¹. Соответственно уменьшается связанный с этим тормозящий момент силы на водило и зависящая от этого величина передаваемого вращающего момента.

При максимальной частоте вращения ведомого центрального колеса 4 и ведомого вала 2 водило 6 неподвижно. Однако и при этом к нему приложен тормозящий момент силы, обеспечивающий передачу вращающего момента на ведомое центральное колесо 4. Это обусловлено тем, что опорное колесо 8 постоянно вращается при любых режимах работы передачи и приводит во вращение дополнительные сателлиты 7, в том числе и при неподвижном водиле. Устойчивость водила 6 и его радиальных осей при данном режиме работы обеспечивается тем, что даже при их незначительных поворотах вокруг линии оси O-O передачи происходит изменение направления векторов моментов количества движения дополнительных сателлитов 7 относительно центральной точки O¹ с проявлением при этом всеобщего закона сохранения момента количества движения.

При необходимости передачи вращающего момента и вращения от ведомого вала 2 на ведущий вал 1 с целью торможения рабочей машины работа двигателя прекращается. При этом под воздействием вращающегося ведомого вала 2 происходит замыкание механизма свободного хода 17, который обеспечивает передачу потока мощности от вращающегося ведомого вала на ведущий вал и далее на двигатель, который оказывает сопротивление вращению его вала при неработающем режиме. Это же обеспечивает возможность пуска двигателя путем буксировки рабочей машины.

Исходя из приведенных признаков предложенной передачи, указанна выше технический результат достигается тем, что в предложенном изобретении по сравнению с принятым прототипом (патент №2171927) отсутствует полый промежуточный вал, несущий опорное колесо и одно из колес привода опорного колеса, а также вдвое уменьшено число колес основных сателлитов, что в совокупности обеспечивает упрощение устройства, уменьшение массы и размеров передачи в осевом направлении. Замена большей части конических колес на цилиндрические колеса также способствует упрощению устройства передачи. Вместе с тем уменьшаются потери на трение при работе передачи в связи с меньшим числом включенных в ее состав зубчатых колес.

Изобретение относится к машиностроению, транспортному машиностроению, станкостроению. Передача содержит соосные ведущий 1 и ведомый 2 валы, закрепленные на них соответственно ведущее 3 и ведомое 4 центральные цилиндрические зубчатые колеса, водило 6, сателлиты 5, размещенные по одному на радиальных осях водила 6, конические дополнительные сателлиты 7, опорное колесо 8, имеющее два зубчатых венца 14 и 15, механизм свободного хода 17. Конический зубчатый венец 14 зацеплен с дополнительными сателлитами 7. Зубчатый венец 15 введен в зацепление с промежуточным колесом 10 привода опорного колеса. Ведущее колесо 9 привода опорного колеса закреплено на ведущем валу. Ведущее и ведомое центральные колеса 3, 4 размещены по одну сторону от линии О₁-О₁ радиальных осей водила. Дополнительные сателлиты 7 снабжены массивными ободами 16. Технический результат - обеспечение широкого диапазона автоматического регулирования передаваемого вращающего момента и частоты вращения ведомого вала в зависимости от нагрузки. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Автоматическая бесступенчатая механическая передача, содержащая соосные ведущий и ведомый валы, на которых закреплены соответственно ведущее и ведомое центральные колеса, введенные в зацепление с основными сателлитами, размещенными на радиальных осях водила, которое расположено с возможностью вращения вокруг линии оси передачи, на радиальных осях водила размещены по разные стороны от линии оси передачи дополнительные сателлиты, введенные в зацепление с опорным колесом, размещенным соосно с ведущим валом с возможностью вращения относительно этого вала и связанным с приводом опорного колеса, который содержит ведущее колесо привода и промежуточное колесо привода, ось которого размещена в корпусе передачи, отличающаяся тем, что ведущее и ведомое центральные колеса и основные сателлиты выполнены цилиндрическими, при этом одно из упомянутых центральных колес выполнено с внутренним зацеплением, а оси основных сателлитов размещены на радиальных осях водила параллельно линии оси передачи и на каждой из этих осей размещен один основной сателлит, опорное колесо имеет два зубчатых венца, один из этих зубчатых венцов выполнен коническим и введен в зацепление с дополнительными сателлитами, а другой зубчатый венец введен в зацепление с промежуточным колесом привода опорного колеса, опорное колесо размещено непосредственно на ведущем валу с возможностью вращения в противоположном направлении по сравнению с ведущим валом, ведущее и ведомое центральные колеса размещены по одну сторону от радиальных осей водила, дополнительные сателлиты выполнены с массивными ободами с возможностью увеличения моментов количества движения при вращении этих сателлитов вокруг радиальных осей водила, передача снабжена механизмом свободного хода, одно из звеньев которого закреплено в корпусе передачи, а другое звено связано с водилом с обеспечением возможности вращения водила только в направлении вращения ведущего вала.2. Передача по п.1, отличающаяся тем, что линия оси радиальных осей водила и линия оси передачи пересекаются в центральной точке, совмещенной с этими осями.3. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, привод опорного колеса содержит цилиндрические зубчатые колеса, а ось промежуточного колеса размещена в корпусе передачи параллельно линии оси передачи, при этом входящий в зацепление с промежуточным колесом зубчатый венец опорного колеса выполнен цилиндрическим с внутренним зацеплением,4. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, привод опорного колеса содержит конические зубчатые колеса, при этом ось промежуточного колеса размещена в корпусе передачи под углом к линии оси передачи, в частности под прямым углом, а находящийся в зацеплении с промежуточным колесом зубчатый венец опорного колеса выполнен коническим.5. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, водило размещено на ведущем валу с возможностью независимого вращения, ведомое центральное колесо выполнено с внутренним зацеплением, а передаточное отношение между ведущим и ведомым центральными колесами обеспечивает возможность вращения ведущего центрального колеса с большей угловой скоростью по сравнению с ведомым центральным колесом при неподвижном водиле.6. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, водило размещено на ведомом валу с возможностью независимого от него вращения, ведущее центральное колесо выполнено с внутренним зацеплением, а передаточное отношение между ведущим и ведомым центральными колесами обеспечивает возможность вращения ведомого центрального колеса с большей угловой скоростью по сравнению с ведущим центральным колесом при неподвижном водиле.