БЕССТУПЕНЧАТАЯ ТРАНСМИССИЯ Российский патент 2015 года по МПК F16H29/04 

Целью настоящего изобретения, подробно описанного в патенте со ссылками на пояснительные чертежи, является создание нового устройства - бесступенчатой трансмиссии (БСТ), способной занять существующую нишу на рынке автоматических бесступенчатых трансмиссий с крутящим моментом свыше 150 Н·м, а также с крутящим моментом до 150 Н·м. Данный продукт создан в результате развития известных идей, а также на основе новых теоретических принципов с учетом технологических требований к оборудованию указанной ниши рынка и технических параметров, характерных для продуктов с низкими капиталовложениями, что позволяет получить основной продукт и родственные товары, сконструированные по разработанным принципам. Конечные продукты могут применяться в следующем промышленном оборудовании: общепромышленные устройства, сельскохозяйственные машины, транспортные средства повышенной проходимости, морское промышленное оборудование, автомобильная техника, ветроэнергетические установки и гидрокинетические энергоустановки, причем в двух последних случаях БСТ используется в качестве механического регулятора частоты вращения (об/мин), соединенного с мультипликатором, установленным между турбиной (ветровой или гидрокинетической) и электрогенератором.

Аббревиатура БСТ расшифровывается как «бесступенчатая трансмиссия» и соответствует английской аббревиатуре CVT (continuously variable transmission). БСТ по принципу действия разделяют на три основные группы: БСТ с фрикционным механизмом, БСТ с механизмом свободного хода (маятниковым или колебательным) и гидростатические БСТ.

Трансмиссии с торовым фрикционным механизмом представляют собой раздвижной шкив, составленный по меньшей мере из двух тел вращения, контактирующих друг с другом в одной точке и имеющих одинаковую тангенциальную скорость, причем изменение передаточного отношения происходит при изменении эффективного радиуса контакта обоих элементов. К характерным примерам трансмиссий с фрикционным механизмом относятся металлический ремень Ван Дорнов, цепь Ван Дорнов, торовый вариатор, трансмиссия Torotrak, трансмиссия Extroid, трансмиссия Milner и конусный вариатор с кольцом - все эти трансмиссии обычно имеют небольшие размеры и применяются в автомобильной технике, машинах и малогабаритном оборудовании для передачи малого крутящего момента.

В трансмиссиях с механизмом свободного хода (также называемым маятниковым или колебательным) вращение элементов на входной оси преобразуется в колебательное движение с переменной амплитудой, причем данное маятниковое движение преобразуется колесом свободного хода в однонаправленное движение элементов механизма на выходной оси. Применение нескольких соединенных параллельно механизмов позволяет непрерывно передавать механическое вращение и минимизировать колебания крутящего момента на выходной оси. Вследствие сложности конструкции, нестабильности выходной частоты вращения и возникающих при этом вибраций из-за прерывистого характера передачи крутящего момента такие трансмиссии обычно не используются в автомобильной промышленности. К характерным примерам трансмиссий с механизмом свободного хода относятся трансмиссия Lestraneng, трансмиссия Varibox, бесступенчатая трансмиссия IVPD, трансмиссия Constantinesca и трансмиссия Transrevolution.

В гидростатических трансмиссиях энергия вращения входной оси преобразуется в энергию перекачиваемого насосом потока жидкости, которая затем посредством гидростатического двигателя или турбины преобразуется в энергию вращательного движения выходной оси. В отдельных случаях поток в таких трансмиссиях регулируется посредством насоса переменной производительности, а в других случаях выход управляется регулирующими клапанами, что обеспечивает изменение передаточного отношения системы и, таким образом, дает неограниченный ряд скоростей. Преимуществом трансмиссий данного типа является возможность их применения в крупногабаритной технике, например в вспомогательных механизмах, тракторах и тяжелых транспортных средствах, однако они не используются в высокооборотных устройствах. В типовых гидростатических трансмиссиях применяется аксиально-поршневой насос переменной производительности, поршни которого приводятся в движение наклонной шайбой с регулируемым углом наклона.

В известных документах описываются бесступенчатые трансмиссии, предназначенные для различного применения, однако ни одна из них по конфигурации, функциональности и применяемости не соответствует предмету настоящего патента. Из известных документов можно выделить нижеследующие.

В документе BRPI 0315187-5 CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION («БЕССТУПЕНЧАТАЯ ТРАНСМИССИЯ») описана БСТ для использования в моторизированных транспортных средствах. В состав данной бесступенчатой трансмиссии входят блок управления двигателем, автоматический блок переключения передач, инвертор, входная зубчатая передача, входной элемент с фиксированным передаточным отношением и выходной элемент с фиксированным передаточным отношением на выходе. Блок управления двигателем содержит средства логического управления трансмиссией, осуществляющие формирование и передачу сигналов управления трансмиссией.

В документе BRPI 0407856-0 CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION («БЕССТУПЕНЧАТАЯ ТРАНСМИССИЯ») описана и показана БСТ, имеющая множество наклонных сфер (1), входных шайб (34) и выходов (101), расположенных напротив друг друга. Данная конструкция обеспечивает неограниченный ряд скоростей, соответствующих множеству передаточных отношений. Ряд планетарных передач позволяет реверсировать оси на минимальных скоростях, а также задает уникальную геометрическую конфигурацию трансмиссии, в которой все потоки мощности направлены вдоль одной оси, что позволяет уменьшить габариты и упростить конструкцию трансмиссии по сравнению с подобными трансмиссиями, имеющими переменное передаточное отношение.

В документе BRPI 9301842-8 OUTPUT VARIATION DEVICE IN ROTATING PUMPS OF POSITIVE OR VARYING DISPLACEMENT OF ROTATION SPEED IN HYDRAULIC AND PNEUMATIC ENGINES, AND HYDROSTATIC VARIATION OF ROTATION SPEED («ВАРИАТОРНЫЙ МЕХАНИЗМ НА ВЫХОДЕ РОТАЦИОННЫХ НАСОСОВ ОБЪЕМНОГО ТИПА ДЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ И ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ, А ТАКЖЕ ДЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ПУТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ») описано и показано устройство, состоящее исключительно из механических элементов или множества элементов, обладающих свойством изменять полезную ширину I (3), из внутренних и наружных зубчатых колес, гладких кулачков, зубчатых кулачков, фрикционных колес, блоков, звездочек, болтов и т.д., причем устройство содержит ротационный насос и/или гидравлический и/или пневматический роторный двигатель, сочлененный с вариаторным механизмом на выходе ротационных насосов и механизмом изменения частоты вращения гидравлических и пневматических роторных двигателей, при этом обеспечивается изменение частоты вращения путем регулирования гидростатического давления.

В документе BRPI 9604066-1 GEARS PUMP WITH VARIABLE OUTPUT BY THE AXIAL DISPLACEMENT PRINCIPLE OF THE MOVED, REVERSIBLE GEARS IN HYDRAULIC ENGINE («ОБРАТИМЫЙ ШЕСТЕРЕННЫЙ НАСОС ПЕРЕМЕННОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ С ОСЕВЫМ СМЕЩЕНИЕМ ВЕДОМЫХ ШЕСТЕРЕН И ВОЗМОЖНОСТЬЮ РАБОТЫ В РЕЖИМЕ ГИДРОМОТОРА») описано устройство переменной производительности для перекачивания жидкостей, не требующее изменения частоты вращения пускового аппарата, а также дросселирования на стороне нагнетания и возврата излишков жидкости на всасывающую сторону, что позволяет сэкономить топливо и оптимизировать управление гидравлическим контуром. Принцип действия устройства основан на изменении положения («полезной ширины») ведомых шестерен (9) относительно ведущих шестерен (4) с внешним зацеплением, что приводит к изменению объема полостей всасывания и нагнетания при каждом обороте шестерней. Ведущая шестерня (4) не перемещается в продольном направлении. При отсутствии зацепления шестерен пространство между противоположными оконечностями зубьев шестерен заполняется зубьями внутренних шестерен (3) и (10), которые препятствуют обратному току жидкости внутри насоса. Увеличение «полезной ширины» происходит под действием внутреннего гидростатического давления; уменьшение «полезной ширины» происходит при перемещении оси (8) и подшипника (2) скольжения, находящихся между ними и смещающихся в осевом направлении слева направо, которые увлекают внутренние шестерни (3) и ведомую шестерню (9) в том же направлении. Внутренняя шестерня (10) не перемещается в осевом направлении. Перемещение подвижных частей в осевом направлении инициируется гидравлически посредством направления собственной перекачиваемой жидкости к управляющему отверстию (15) или осуществляется внешними механизмами. Шестеренный насос с переменной производительностью является обратимым и может работать в режиме гидромотора с переменной частотой вращения. В этом случае энергия на ось упомянутого гидромотора передается постоянным потоком жидкости, при этом частота вращения оси варьируется в зависимости от внутренней «полезной ширины» двигателя, изменяемой по тому же принципу, что и в режиме шестеренного насоса с переменной производительностью.

Существуют другие документы, на которые можно ссылаться, например WO 2006049500, ЕР 0478514 или ЕР 19910830381, US 7137798 и US 7153110.

Бесступенчатая трансмиссия (БСТ), являющаяся предметом настоящего изобретения, обладает функциональными характеристиками, основанными на применении и усовершенствовании двух нижеследующих известных принципов.

Первый принцип, также используемый в аксиально-поршневых насосах, применяемых в масляных гидравлических системах высокого давления, состоит в том, что постоянное или переменное вращательное движение преобразовывается в движение другого вида, управляемое в реальном времени посредством шайбы с регулируемым углом наклона, сочлененной с автоматическим сервомеханизмом (фиг.1C и 2С), расположенным на ведущей оси, которая приводится в движение первичной машиной. Система с наклонной шайбой была модифицирована, в результате чего в движение приводятся не аксиальные поршни, а колебательное кольцо, также называемое элементом вращения (фиг.4), посредством двух противостоящих подшипников, прикрепленных к элементу вращения (фиг.1В, 2В и 4В). При этом элемент вращения приводит в движение оба дополнительных компонента с противоположно направленными силами, называемых стержнями (Е).

В данной конфигурации улучшение конструкции характеризуется двумя новыми аспектами:

- приложение силы в обоих направлениях перемещения (поступательного и возвратного) и использование колебательного кольца (или элемента вращения) с наклонной шайбой;

- наличие переменного зазора в точке контакта наклонной шайбы и подшипников (размер «е» на фиг.1, 2, 4 и 8) для стабилизации выходного крутящего момента (фиг.9).

Второй принцип, усовершенствованный и использованный в настоящем изобретении, состоит в применении трансмиссии с механизмом свободного хода с функцией обратного преобразования вида движения посредством обгонной муфты или муфты свободного хода (с блокировкой), установленной в подшипнике скольжения, обеспечивающей регулируемое перемещение стержней для получения вращательного движения с регулируемой частотой. Передаваемая стержнями сила прикладывается к плечам противоположных рычагов, называемых балансиром (F), имеющим радиус поворота с началом на центральной линии поперечной оси (М), перпендикулярной ведущей оси. Балансир сообщает угловое колебательное движение поперечной оси. Поперечная ось начинает вращаться от нулевого угла, соответствующего нулевому передаточному отношению трансмиссии, до заданного угла, не превышающего и не достигающего 180°, затем поворачивается до нулевого угла. При достижении углом максимального и минимального пределов направление вращения поперечной оси меняется на противоположное. Каждый поворот ведущей оси на 180° соответствует циклу передачи крутящего момента на поперечную ось. Амплитуда данного цикла является функцией угла α наклона шайбы (фиг.2) и определяет передаточное отношение «i». Одна сторона поперечной оси установлена внутри полуоси (Р) и передает ей посредством обгонной муфты (муфты свободного хода) (L) непрерывное вращение только в одном направлении. На другой стороне конфигурация элементов зеркально симметрична, то есть имеется вторая полуось, идентичная и выполняющая те же функции, но вращающаяся в противоположном направлении, что достигается посредством зеркальной сборки муфты (L) свободного хода. На оконечности каждой полуоси, на внутренней стороне узла, имеются конические косозубые колеса (К) с внешним зацеплением, встроенные в полуось. Выходная или ведомая ось (Н) является собственной осью шестерни (G), расположенной симметрично между обоими зубчатыми колесами, причем показанный на чертежах центр данной шестерни лежит на оси, совпадающей с входной осью трансмиссии, при этом выходная ось может иметь поперечно ориентированный выход, повернутый на 90°, или выход, наклоненный относительно входной оси. Во время полного оборота ведущая ось последовательно проходит четыре квадранта, причем при повороте ведущей оси на угол от 0 до 180 градусов на шестерню передается крутящий момент от одного зубчатого колеса, а при повороте ведущей оси на угол от 180 до 360 градусов крутящий момент на шестерню передается от второго зубчатого колеса. Новизна, которой характеризуется данный второй принцип, основывается на следующих двух аспектах:

- амплитуда цикла является функцией угла наклона шайбы и задает передаточное отношение «i», которое обуславливает уменьшение или увеличение частоты вращения в неограниченном диапазоне или непрерывное изменение частоты вращения в пределах интервала частот вращений посредством только трех зубчатых колес, так как каждый полный оборот ведущей оси соответствует двум циклам передачи крутящего момента ведомой оси при i=1,0;

- частота вращения ведомой (или выходной) оси может изменяться от нуля до максимально допустимого значения для каждого варианта осуществления изобретения независимо от частоты вращения ведущей оси, что позволяет не использовать гидромуфту или гидротрансформатор пускового аппарата.

Таким образом, в бесступенчатой трансмиссии, являющейся предметом настоящего изобретения, реализован механизм перемещения с передаточным отношением, который в рамках одной конфигурации позволяет уменьшить частоту вращения выходной оси до нуля и увеличить ее в 1,3 раза независимо от частоты вращения входной оси, причем механизм характеризуется новой конфигурацией, предназначен для различного применения и обладает значительными преимуществами по сравнению существующими и применяемыми в настоящий момент трансмиссиями. Из числа упомянутых преимуществ можно выделить следующие:

- большая многофункциональность и конкурентоспособность продукта на рынке такого рода устройств с возможностью применения в рабочих органах стандартных вертикальных цилиндрических химических реакторов, в которых установка БСТ позволяет отказаться от обычно используемого планетарного редуктора, так как передаточное отношение «i» может изменяться от нуля и обеспечивать широкий диапазон скоростей;

- возможность преобразования кинетической энергии потока газообразных и жидких сред в электроэнергию для применения в ветроэнергетических установках (аэрогенераторах) и в гидрокинетических энергоустановках, в которых мультипликатор преобразует частоту вращения оси турбины (воздушной или гидравлической), вращающейся с низкой частотой и нестабильной скоростью вследствие прерывистого характера потока;

- возможность применения в качестве автомобильной механической трансмиссии с передачей большого крутящего момента, в которой скорость оси может изменяться от нуля и отсутствует необходимость в использовании гидромуфты или гидротрансформатора, что позволяет уменьшить затраты на изготовление и техническое обслуживание устройства;

- возможность использования в других сферах промышленности, например в горном деле, цементной и обрабатывающей промышленности, портовых и водоочистных сооружениях, пластмассовой, резиновой, целлюлозно-бумажной и лакокрасочной промышленности, пищевой промышленности, промышленности безалкогольных напитков, табачной промышленности, агропромышленности и т.п.;

- также может применяться наклонная шайба, сообщающая стержням дополнительное движение, управляемое в реальном времени, что косвенно дает конкурентные преимущества другим устройствам, например позволяет экономить электроэнергию при использовании в воздушных компрессорах и газоохладителях, которые в настоящий момент работают по принципу регулирования частоты вращения посредством преобразователей частоты с электродвигателем, в то время как настоящая конфигурация может позволить сбалансировать издержки и трудозатраты на изготовление продукта, а также исключить пусковые скачки тока электродвигателя. В данном случае предполагается прямое соединение стержней с поршнями другого компрессора, что исключает необходимость использования обгонных муфт в механизме свободного хода.

Ниже приведен перечень пояснительных чертежей, приложенных к описанию настоящего изобретения.

Фиг.1 показывает фрагмент конструкции бесступенчатой трансмиссии, являющейся предметом настоящего изобретения, на котором изображен продольный разрез наклонной шайбы и балансира, расположенных под углом 90° (α=0,0) к ведущей (или входной) оси, при этом частота вращения на выходе равна нулю независимо от частоты вращения на входе. На фиг.1 также приведены ведомая ось, стержни и шестерня.

Фиг.2 показывает фрагмент конструкции бесступенчатой трансмиссии, являющейся предметом настоящего изобретения, на котором изображен продольный разрез наклонной шайбы и балансира, расположенных под углом α=28,3 к линии, перпендикулярной ведущей (или входной) оси, при этом передаточное отношение равно 1,3, а максимальная частота вращения на выходе в 1,3 раза больше частоты вращения на входе. На фиг.2 также приведены ведомая ось, стержни и шестерня.

Фиг.3 показывает фрагмент конструкции бесступенчатой трансмиссии, являющейся предметом настоящего изобретения, на котором изображены поперечная ось, встроенные в полуось левое и правое конические зубчатые колеса, балансир в центре, установленные в обеих полуосях левая и правая обгонные муфты.

Фиг.4 показывает фрагмент конструкции бесступенчатой трансмиссии, являющейся предметом настоящего изобретения, на котором изображен элемент (D) вращения с наклонной шайбой (I) в центре и двумя подшипниками (В), передающими колебательное движение наклонной шайбы на элемент вращения, который, в свою очередь, передает его на стержни.

Фиг.5 показывает фрагмент конструкции бесступенчатой трансмиссии, являющейся предметом настоящего изобретения, на котором изображены балансир (F) и поперечная ось (М).

Фиг.6 показывает фрагмент конструкции бесступенчатой трансмиссии, являющейся предметом настоящего изобретения, на котором приведено увеличенное изображение области, обозначенной как «ОБЛ.1» на фиг.3 и содержащей узел обгонной муфты (муфты свободного хода) (L), расположенной между двумя противоположными радиальными подшипниками скольжения, передающими однонаправленное движение поперечной оси на каждую полуось, причем данный блок встроен в коническое зубчатое колесо таким образом, что обе обгонные муфты вращаются в противоположные относительно друг друга стороны и, следовательно, оба конических зубчатых колеса вращаются в противоположные относительно друг друга стороны, сообщая непрерывное вращательное движение шестерне (G), которая передает его ведомой (выходной) оси (Н).

Фиг.7 показывает схематичное изображение продольного сечения поперечной оси, обеих обгонных муфт, балансира, обоих конических зубчатых колес, шестерни и ведомой (или выходной) оси бесступенчатой трансмиссии, являющейся предметом настоящего изобретения.

Фиг.8 показывает фрагмент конструкции бесступенчатой трансмиссии, являющейся предметом настоящего изобретения, на котором приведены ведущая ось, наклонная шайба, элемент вращения, стержни и поршни (S). Бесступенчатая трансмиссия, являющаяся предметом настоящего изобретения, позволяет значительно усовершенствовать другие устройства, например воздушные компрессоры и газоохладители в отношении экономии электроэнергии и сокращения объема механообработки при применении электронной системы управления углом наклонной шайбы в режиме реального времени. Данная конфигурация позволяет избавиться от необходимости использования преобразователей частоты электродвигателя, а также исключить пусковые скачки тока электродвигателя. В этом случае конструкция устройства настоящего изобретения предполагает прямое соединение стержней с поршнями другого компрессора, что исключает необходимость использования обгонных муфт (муфт свободного хода), так как в отличие от процессов, происходящих в аксиально-поршневых насосах с наклонной шайбой, в которых для обеспечения возвратного движения поршней кроме системы всасывания требуется наличие внешней нагнетательной системы, в данном случае возвратное движение поршней происходит под действием силы, прикладываемой к стержням в обоих направлениях.

Фиг.9 показывает график углового положения ведущей и ведомой осей бесступенчатой трансмиссии, являющейся предметом настоящего изобретения, при передаточном отношении, равном 1,0 (количество оборотов ведущей оси равно количеству оборотов ведомой оси), и характер изменения углового положения ведомой оси за период полного оборота ведущей оси от 0 до 360°. Аналогичным образом данный график иллюстрирует передачу крутящего момента от ведущей оси к ведомой. Кривая отражает характер изменения передаточного отношения при плоской опорной поверхности наклонной шайбы, отсутствии линейного изменения или устойчивого колебания крутящего момента. Сплошная линия показывает идеальный график, соответствующий линейному изменению угла наклонной шайбы с зазором «е», показанным на фиг.1, 2 и 4. Данный варьируемый зазор оказывает влияние на функцию углового положения точки контакта между поверхностями наклонной шайбы (I) и подшипников (В) элемента вращения и компенсирует опережение и отставание частоты вращения для всех точек контакта по периметру наклонной шайбы, чем обеспечивается точное согласование углового положения выходной оси с угловым положением входной оси на протяжении всего полного оборота входной оси и, тем самым, осуществляется непрерывная передача крутящего момента без пульсаций и колебаний.

В пояснительных целях компоненты и некоторые точки бесступенчатой трансмиссии, являющейся предметом настоящего изобретения, на чертежах и в описании обозначены следующими буквами: А - ведущая ось, В - подшипники, С - сервомеханизм, D - элемент вращения, Е - стержень, F - балансир, G - шестерня, Н - ведомая ось, I - наклонная шайба, К - коническое зубчатое колесо, L - муфта свободного хода, М - поперечная ось, Р - полуось, R - центр тяжести, S - поршень, Т - наружная шпонка, V - внутренняя шпонка.

Ниже приведено подробное описание конструктивных особенностей и принципа действия не ограничиваемого предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения, конфигурация и способ применения которого могут варьироваться в разумных пределах для каждого конкретного устройства.

Бесступенчатая трансмиссия, являющаяся предметом настоящего изобретения, представляет собой механизм, состоящий в основном из наклонной шайбы (I), закрепленной в центре (R) тяжести, наклоняемой на максимальный угол наклона 28,3° (α=28,3°) и имеющей два прямо противоположных подшипника (В), установленных в элементе (D) вращения. Данным подшипникам передается колебательное движение наклонной шайбы, сообщаемое вращающейся ведущей осью (А), которое они передают на элемент вращения, передающий его далее на стержни (Е). Сила колебательного осевого перемещения стержней (Е) прикладывается к плечам противоположных рычагов, называемых балансиром (F), имеющим радиус поворота с началом на центральной линии оси (М), перпендикулярной ведущей оси (М), симметрично расположенной в центре трансмиссии. Поперечная ось вращается от нулевого угла до требуемого значения угла, не превышающего 180°, после чего возвращается в ноль. При достижении углом максимального и минимального пределов направление вращения поперечной оси меняется на противоположное. Каждый поворот ведущей оси на 180° соответствует циклу передачи крутящего момента на поперечную ось, при этом угол α изменяется от -23,8 до 23,8°. Таким образом, амплитуда данного цикла является функцией угла α наклона шайбы и определяет передаточное отношение «i». Одна сторона поперечной оси установлена внутри полуоси (Р) и передает ей посредством обгонной муфты (муфты свободного хода) непрерывное вращение только в одном направлении. На другой стороне конфигурация элементов зеркально симметрична, то есть имеется вторая полуось, идентичная и выполняющая те же функции, но вращающаяся в противоположном направлении. На оконечности каждой полуоси, на внутренней стороне узла, имеются наружные конические зубчатые колеса (К), встроенные в полуось. Выходная или ведомая ось (Н) является собственной осью шестерни (G), расположенной симметрично между обоими зубчатыми колесами, причем центр данной шестерни лежит на оси, совпадающей с входной осью трансмиссии. Во время полного оборота ведущая ось последовательно проходит четыре квадранта, причем при повороте ведущей оси на угол от 0 до 180 градусов на шестерню передается крутящий момент от одного зубчатого колеса, а при повороте ведущей оси на угол от 180 до 360 градусов крутящий момент на шестерню передается от второго зубчатого колеса. Наклон шайбы производится при помощи сервомеханизма (С), представляющего собой два генератора импульсов, один из которых измеряет частоту вращения ведущей оси, а второй - ведомой оси. Аналоговые сигналы с силой тока 4-20 мА (или напряжением 5-10 В) передаются в преобразователь сигнала и в систему управления шаговым двигателем. Таким образом приводится в движение червячная шестерня, которая двигает одновременно два коронных зубчатых колеса, что сообщает движение двум круглым толкателям, перемещающим сцепленный с ними рычаг в указанные положения (см. позиционное обозначение С на фиг.1 и 2). Управление сервомеханизмами наклона шайбы может осуществляться ручным позиционированием шагового двигателя посредством линейного потенциометра или емкостной линейки, а также автоматическим позиционированием шагового двигателя посредством ПЛК (программируемого логического контроллера) на основе сравнения и обработки регулируемых величин (скорость, крутящий момент, частота электрического тока, вязкость жидкости в реакторе и т.д.) при помощи алгоритма управления, который в реальном времени регулирует передаточное отношение и обеспечивает ручное или автоматическое управление механической бесступенчатой трансмиссией, изменяющей в реальном времени выходную частоту вращения в зависимости от входной частоты вращения. Управляющая цепь программируется в специальном процессоре (ПЛК), входящем в состав автоматической бесступенчатой трансмиссии, являющейся предметом настоящего изобретения, на основе алгоритма, формируемого для каждого конкретного применения, что позволяет настоящему устройству работать в составе оборудования разного назначения.

Таким образом, согласно вышеприведенному описанию, по конструкции, области применения и принципу действия бесступенчатая трансмиссия является новым оборудованием, не имеющим аналогов в известном уровне техники, и характеризуется новизной, изобретательским творчеством и пользой для промышленности, чем заслуживает предоставления привилегии на изобретение.

Изобретение относится к бесступенчатым трансмиссиям. Устройство бесступенчатой трансмиссии содержит шайбу (I) с регулируемым наклоном, сочлененную с автоматическим сервомеханизмом (С), расположенным на ведущей оси (А). Система с наклонной шайбой приводит в движение колебательное кольцо, также называемое элементом (D) вращения, посредством двух противостоящих подшипников (В), закрепленных в элементе вращения. Элемент вращения приводит в движение два дополнительных противостоящих элемента механической передачи, называемых стержнями (Е). Передаваемая стержнями сила прикладывается к плечам противоположных рычагов, называемых балансиром (F), имеющим радиус поворота с началом на центральной линии поперечной оси (М), расположенной в центре трансмиссии. На одной стороне внутри полуоси (Р) установлена поперечная ось, передающая посредством муфты свободного хода непрерывное вращение только в одном направлении, причем на другой стороне конфигурация элементов симметрична. На внутренней стороне узла имеются конические косозубые колеса (К) с внешним зацеплением, встроенные в полуось. Выходная или ведомая ось (Н) является собственной осью шестерни (G), расположенной симметрично между обоими зубчатыми колесами, причем центр данной шестерни лежит на оси, совпадающей с входной осью трансмиссии, а выходная ось может иметь поперечно ориентированный выход, повернутый на 90°, или выход, наклоненный относительно входной оси. При вращении ведущей оси на шестерню передается крутящий момент от одного из зубчатых колес. Достигается улучшение конструкции устройства. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Бесступенчатая трансмиссия, характеризующаяся тем, что представляет собой механизм, содержащий шайбу (I) с регулируемым наклоном, сочлененную с автоматическим сервомеханизмом (С), расположенным на ведущей оси (А) в ее центре (R) тяжести, посредством поперечного штифта, перпендикулярного ведущей оси, причем основной оси сообщается движение турбиной, электродвигателем, двигателем внутреннего сгорания или аналогичным механизмом, а система с наклонной шайбой приводит в движение колебательное кольцо, называемое элементом (D) вращения, посредством двух противолежащих подшипников (В), закрепленных в элементе вращения, при этом элемент вращения приводит в движение два дополнительных противолежащих элемента механической передачи, называемых стержнями (Е), а передаваемая стержнями сила прикладывается к плечам противоположных рычагов, называемых балансиром (F), имеющим радиус поворота с началом на центральной линии поперечной оси (М), расположенной в центре трансмиссии, причем балансир передает колебательное угловое движение на поперечную ось, которая осуществляет обратное преобразование этого возвратно-поступательного движения во вращательное с регулируемой частотой вращения посредством муфты (L) свободного хода, именно обгонной муфты, установленной между двумя противоположными радиальными подшипниками скольжения, причем обе обгонные муфты находятся на поперечной оси (М), перпендикулярной ведущей оси, на одной стороне внутри полуоси (Р) установлена поперечная ось, передающая посредством муфты свободного хода непрерывное вращение только в одном направлении, а на другой стороне конфигурация элементов симметрична, то есть имеется вторая полуось, идентичная и выполняющая те же функции, но вращающаяся в противоположном направлении, что достигается посредством зеркальной сборки муфты свободного хода, на внутренней стороне узла имеются наружные конические косозубые колеса (К), встроенные в полуось, выходная или ведомая ось (Н) является собственной осью шестерни (G), расположенной симметрично между обоими зубчатыми колесами, причем центр этой шестерни лежит на оси, совпадающей с входной осью трансмиссии, а выходная ось может иметь поперечно ориентированный выход, повернутый на 90°, или выход, наклоненный относительно входной оси, причем во время полного оборота ведущая ось последовательно проходит четыре квадранта, при этом при повороте ведущей оси на угол от 0 до 180 градусов на шестерню передается крутящий момент от одного зубчатого колеса, а при повороте ведущей оси на угол от 180 до 360 градусов крутящий момент на шестерню передается от другого зубчатого колеса.

2. Бесступенчатая трансмиссия по п.1, отличающаяся тем, что обеспечено приложение силы в обоих направлениях перемещения стержней (Е) и использование колебательного кольца или элемента вращения (D) с наклонной шайбой в отличие от оборудования радиально-поршневых насосов, приводимых в действие наклонной шайбой с регулируемым или нерегулируемым углом наклона, в которых для обеспечения возвратного движения поршней требуется наличие внешней нагнетательной системы для перекачки жидкости, что позволяет использовать устройство в насосах и других поршневых компрессорах, в которых возвратно-поступательное движение поршней осуществляется посредством двигателя, а поршни приводятся в движение непосредственно стержнями, вследствие чего отпадает необходимость использования подшипников скольжения с обгонными муфтами, установленными на поперечной оси.

3. Бесступенчатая трансмиссия по п.1, отличающаяся тем, что с целью стабилизации выходного крутящего момента на поверхности наклонной шайбы имеется переменный зазор «е» в точке контакта наклонной шайбы и подшипников элемента вращения, благодаря чему для обеспечения непрерывной передачи крутящего момента не требуется использования нескольких параллельных механизмов; каждое угловое положение ведущей оси соответствует разным длинам «е», то есть зазор «е» изменяется в зависимости от углового положения точки контакта между поверхностями наклонной шайбы и подшипников элемента вращения и компенсирует опережение и отставание частоты вращения для всех точек контакта по периметру наклонной шайбы, чем обеспечивается точное согласование углового положения выходной оси с угловым положением входной оси на протяжении всего полного оборота выходной оси и тем самым осуществляется непрерывная передача крутящего момента без пульсаций и колебаний.

4. Бесступенчатая трансмиссия по п.1, отличающаяся тем, что имеет неограниченный диапазон скоростей, задаваемый передаточным отношением, которое обуславливает уменьшение или увеличение частоты вращения в неограниченном диапазоне частот вращения посредством только трех зубчатых колес, причем частота вращения ведомой оси может изменяться от нуля до максимально допустимого значения для каждого варианта осуществления изобретения независимо от частоты вращения ведущей оси, что позволяет не использовать гидромуфту или гидротрансформатор пускового аппарата.