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, закрепленном на конце полого промежуточного вала, размещенного коаксиально с входным валом. Промежуточный вал связан с входным валом при помощи трех последовательно зацепляющихся приводных колее, 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. Указанный технический результат достигается тем, что автоматическая бесступенчатая механическая передача содержит соосные ведущий и ведомый валы, на которых закреплены соответственно ведущее и ведомое центральные зубчатые колеса, введенные в зацепление со сблокированными ведущим и ведомым основными сателлитами, размещенными на радиальных осях водила, которое размещено с возможностью независимого вращения на ведущем или ведомом валу, на радиальных осях водила по разные стороны от линии оси передачи размещены конические 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 зубчатое ведущее колесо привода, закрепленное на ведущем валу и введенное в зацепление с промежуточным колесом, ось которого размещена в корпусе передачи, ведущее и ведомое центральные колеса размещены по разные стороны от радиальных осей водила. Согласно изобретению опорное колесо имеет два зубчатых венца, расположенных на противоположных поверхностях диска колеса, один из зубчатых венцов выполнен коническим и введен в зацепление с дополнительными сателлитами, а другой зубчатый венец введен в зацепление с промежуточным колесом привода опорного колеса, при этом опорное колесо размещено непосредственно на ведущем валу с возможностью вращения в противоположном направлении по сравнению с ведущим валом, ведущее и ведомое центральные колеса и основные сателлиты выполнены цилиндрическими, при этом колеса основных сателлитов закреплены на одном валу основных сателлитов, размеренном с возможностью вращения на радиальной оси водила, параллельно линии оси передачи, ведомое или ведущее центральные колеса, как вариант выполнения, имеют внутреннее зацепление, дополнительные сателлиты выполнены с массивными ободами с возможностью увеличения моментов количества движения при вращении этих сателлитов, 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.

Как частный случай выполнения, привод опорного колеса содержит цилиндрические зубчатые колеса, а ось промежуточного колеса размещена 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 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.

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

Как частный случай выполнения, на радиальных осях водила размещены симметрично линии оси передачи две пары основных сателлитов, закрепленных на своих валах основных сателлитов.

Как частный случай выполнения, в передаче применяется одна пара основных сателлитов, размещенных на одной из радиальных осей водила, при этом масса этих основных сателлитов уравновешена относительно линии оси передачи дополнительной массой, размещенной на другой радиальной оси водила в виде, например, более массивного дополнительного сателлита, по сравнению с дополнительным сателлитом, размещенном на упомянутой первой из радиальных осей водила.

На фиг.1 показано в общем виде устройство автоматической бесступенчатой механической передачи с приводом опорного колеса, выполненного из цилиндрических зубчатых колес. На фиг.2 дано изображение привода опорного колеса, выполненного, как честный случай выполнения, из конических зубчатых колес.

Автоматическая бесступенчатая механическая передача содержит соосные ведущий 1 и ведомый 2 валы, на которых закреплены соответственно ведущее 3 и ведомое 4 центральные зубчатые колеса, введенные в зацепление со сблокированными друг с другом ведущим 5 и ведомым 6 основными сателлитами, размещенными на радиальных осях водила 7, которое размещено с возможностью независимого вращения, как частный случай выполнения, на ведущем 1 или ведомом 2 валу. На радиальных осях водила 7 по разные стороны от линии оси О-О передачи размещены конические дополнительные сателлиты 8, введенные в зацепление с опорным колесом 9, размещенном соосно с ведущим валом 1 с возможностью вращения относительно этого вала и связанным с приводом опорного колеса, который содержит зубчатое ведущее колесо привода 10, закрепленное на ведущем валу 1 и введенное в зацепление с зубчатым промежуточным колесом 11, ось 12 которого размещена в корпусе 13 передачи. Ведущее 3 и ведомое 4 центральные колеса размещены по разные стороны от радиальных осей водила 7.

Опорное колесо 9 имеет два зубчатых венца, расположенных на противоположных поверхностях диска колеса, один из зубчатых венцов 14 выполнен коническим и введен в зацепление с дополнительными сателлитами 8, а другой зубчатый венец 15 введен в зацепление с промежуточным колесом 11 привода опорного колеса, при этом опорное колесо 9 размещено непосредственно на ведущем валу 1 с возможностью вращения в противоположном направлении по сравнению с ведущим валом. Ведущее 3 и ведомое 4 центральные колеса и основные сателлиты 5, 6 выполнены цилиндрическими, при этом колеса основных сателлитов закреплены на одном валу 16 основных сателлитов, размещенном с возможностью вращения на радиальной оси водила параллельно линии оси О-О передачи, ведомое 4 или ведущее 3 центральное колесо выполнено с внутренним зацеплением.

Дополнительные сателлиты 8 выполнены с массивными ободами с возможностью увеличения моментов количества движения при вращении этих сателлитов. Передача снабжена механизмом свободного хода 17, одно из звеньев которого закреплено в корпусе 13 передачи, а другое звено связано с водилом 7 с обеспечением возможности вращения водила только в направлении вращения ведущего вала 1.

Как частный случай выполнения, привод опорного колеса 9 содержит цилиндрические зубчатые колеса, ось 12 промежуточного колеса 11 размещена в корпусе 13 передачи параллельно линии оси О-О передачи, а зубчатый венец, расположенный на поверхности диска опорного колеса 9 и введенный в зацепление с промежуточным колесом 11, имеет внутреннее зацепление.

Как частный случай выполнения, привод опорного колеса 9 содержит конические зубчатые колеса, при этом ось 12 промежуточного колеса 11 размещена в корпусе 13 передачи под углом к линии оси О-О передачи, в частности, под прямым углом, а находящийся в зацеплении с промежуточным колесом зубчатый венец 15 опорного колеса выполнен коническим.

Линия оси О₁-О₁ радиальных осей водила 7 и линия оси О-О передачи пересекаются в центральной точке О¹, совмещенной с этими осями.

Как частный случай выполнения, на радиальных осях водила 7 размещены симметрично линии оси О-О передачи две пары основных сателлитов 5, 6, закрепленных на своих валах 16 основных сателлитов.

Как частный случай выполнения, в передаче применяется одна пара сблокированных друг с другом своим валом 16 основных сателлитов 6, 6, размещенная на одной из радиальных осей водила 7, при этом масса этих основных сателлитов уравновешена относительно линии оси О-О передачи дополнительной массой, размещенной на другой радиальной оси водила в виде, например, более массивного дополнительного сателлита, по сравнению с дополнительным сателлитом, размещенном на упомянутой первой из радиальных осей водила 7.

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 в нему нагрузкой или началом вращения из неподвижного положения, осуществляется совместное вращение сблокированных одним общим валом 16 ведущих 5 и ведомых 6 основных сателлитов, поскольку ведущие основные сателлиты находятся в зацеплении с вращающимся ведущим центральным колесом 3. Вращающиеся сблокированные с ведущими сателлитами 5 ведомые основные сателлиты 6 перекатываются по неподвижному ведомому центральному колесу 4 и вовлекают водило 7 с его радиальными осями во вращение вокруг линии оси О-О передачи в направлении вращения ведущего вала 1. Вместе с водилом вращаются вокруг линии оси О-О передачи установленные на радиальных осях водила 7 дополнительные сателлиты 8, которые находятся в зацеплении с опорным колесом 9, что обеспечивает одновременное их вращение на радиальных осях водила.

Привод опорного колеса 9 при помощи входящих в его состав зубчатых колес 10 и 11 передает постоянное вращение при любых режимах работы передачи от ведущего вала 1 на опорное колесо 9 в направлении, обратном направлению вращения ведущего вала 1 и ведущего центрального колеса 3. При этом водило 7 с его радиальными осями и опорное колесо 9 вращаются вокруг линии оси О-О передачи во взаимно противоположных направлениях. Это обеспечивает вращение дополнительных сателлитов 8 одновременно вокруг линии оси О-О передачи и линии оси О₁-О₁ радиальных осей водила 7 с максимальной частотой.

Одновременное вращение дополнительных сателлитов 8 вокруг двух пересекающихся осей - линии оси О-О передачи и линии оси О₁-О₁ радиальных осей водила 7 равнозначно их вращению относительно центральной точки О¹ 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 8 относительно центральной точки О¹ 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, изд. "Советская энциклопедия", Москва - 1980, стр.73/1).

Из сказанного следует, что проявление всеобщего закона сохранения момента количества движения противодействует вращению водила 7 с его радиальными осями вокруг линии оси О-О передачи. В связи с этим водило и его радиальные оси являются опорой для передачи вращающего момента от ведущего центрального колеса 3 через сблокированные основные сателлиты 5, 6 на ведомое центральное колесо 4 и далее на ведомый вал 2.

При неподвижном ведомом центральном колесе 4 частота вращения дополнительных сателлитов 8 относительно центральной точки О¹ является наибольшей. Следовательно, при данных условиях противодействие вращению водила 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 7 и обеспечения передачи и преобразования вращающего момента в конечном счете является корпус 13 передачи, в котором установлена не совпадающая с линией оси О-О передачи ось 12 промежуточного колеса 11 привода опорного колеса 9.

Из сказанного выше следует, что величина тормозящего момента силы, приложенного к водилу 7, зависит от массы вращающихся дополнительных сателлитов 8 и от частоты их вращения относительно центральной точки О¹, а также от передаточных отношений всех включенных в состав передачи пар колее. 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 7 с радиальными осями вокруг линии О-О передачи с одновременным замедлением вращения дополнительных сателлитов 8 вокруг радиальных осей водила 7 и центральной точки О¹. Соответственно уменьшается связанный с этим тормозящий момент силы на водиле и зависящая от этого величина передаваемого вращающего момента.

При максимальной частоте вращения ведомого центрального колеса 4 и ведомого вала 2 водило 7 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 9 постоянно вращается при любом режиме работы передачи и приводит во вращение дополнительные сателлиты 8, в том числе и при неподвижном водиле. Устойчивость водила 7 и его радиальных осей при данном режиме работы обеспечивается тем, что даже при их незначительных поворотах вокруг линии оси О-О передачи происходит изменение направления векторов моментов количества движения дополнительных сателлитов 8 относительно центральной точки О¹ 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 пуск двигателя путем буксировки рабочей машины.

Исходя из приведенных признаков предложенной передачи, указанный выше технический результат достигается тем, что в предложенном изобретении по сравнению с принятым прототипом (патент РФ 2171927) отсутствует полый промежуточный вал, несущий опорное колесо и одно из колес привода опорного колеса, что обеспечивает упрощение устройства, уменьшение массы и размеров передачи в осевом направлении. Замена большей части конических колес на цилиндрические колеса также способствует упрощению устройства передачи.

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, размещенные на радиальных осях водила 7 цилиндрические основные сателлиты 5, 6 и конические дополнительные сателлиты 8, зацепленные с опорным колесом 9, имеющим два зубчатых венца 14 и 15, механизм свободного хода 17. Вал основных сателлитов размещен параллельно линии оси О-О передачи. Зубчатый венец 14 выполнен коническим и зацеплен с дополнительными сателлитами 8. Зубчатый венец 15 зацеплен с промежуточным колесом 11 привода опорного колеса. Ведущее колесо 10 привода закреплено на ведущем валу 1. Ось 12 промежуточного колеса 11 привода установлена в корпусе 13 передачи. Ведущее и ведомое центральные колеса 3 и 4 размещены по разные стороны от линии О₁-О₁ радиальных осей водила. Дополнительные сателлиты 8 снабжены массивными ободами. 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 зубчатые колеса, введенные в зацепление со сблокированными ведущим и ведомым основными сателлитами, размещенными на радиальных осях водила, которое размещено с возможностью независимого вращения на ведущем или ведомом валу, на радиальных осях водила по разные стороны от линии оси передачи размещены конические 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 зубчатое ведущее колесо привода, закрепленное на ведущем валу и введенное в зацепление с промежуточным колесом, ось которого размещена в корпусе передачи, ведущее и ведомое центральные колеса размещены по разные стороны от радиальных осей водила, отличающаяся тем, что опорное колесо имеет два зубчатых венца, один из зубчатых венцов выполнен коническим и введен в зацепление с дополнительными сателлитами, а другой зубчатый венец введен в зацепление с промежуточным колесом привода опорного колеса, при этом опорное колесо размещено непосредственно на ведущем валу с возможностью вращения в противоположном направлении по сравнению с ведущим валом, ведущее и ведомое центральные колеса и основные сателлиты выполнены цилиндрическими, при этом колеса основных сателлитов закреплены на одном валу основных сателлитов, размещенном с возможностью вращения на радиальной оси водила параллельно линии оси передачи, ведомое или ведущее центральное колесо имеет внутреннее зацепление, дополнительные сателлиты выполнены с массивными ободами с возможностью увеличения моментов количества движения при вращении этих сателлитов, 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, 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.3. 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.4. Передача по п.1, отличающаяся тем, что линия оси радиальных осей водила и линия оси передачи пересекаются в центральной точке, совмещенной с этими осями.5. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, на радиальных осях водила размещены симметрично линии оси передачи две пары основных сателлитов, закрепленных на своих валах основных сателлитов.6. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, в передаче применяется одна пара основных сателлитов, размещенная на одной из радиальных осей водила, при этом масса этих основных сателлитов уравновешена относительно линии оси передачи дополнительной массой, размещенной на другой радиальной оси водила в виде, например, более массивного дополнительного сателлита по сравнению с дополнительным сателлитом, размещенным на упомянутой первой из радиальных осей водила.