Устройство для бесступенчатой передачи крутящего момента Российский патент 2024 года по МПК F16H3/74 

Предлагаемое техническое решение относится к области машиностроения и может быть использовано для бесступенчатого изменения скорости вращения вала и крутящего момента.

Известно техническое решение например, конусная фрикционная передача с параллельными осями, (см. И.И. Мархель "Детали машин", издательство "Машиностроение", 1977 г., гл. 2, стр. 35, рис. 2.6.), которая содержит ведущий вал с закрепленным на нем конусом, параллельный ведущему ведомый вал с закрепленным на нем конусом, с углом конусности, равному углу конусности ведущего конуса, таким образом, что вершины конусов направлены в противоположные стороны и фрикционный каток, закрепленный на собственной оси, расположенной параллельно рабочим поверхностям конусов, посередине их в плоскости, проходящей через ось симметрии валов.

Фрикционный каток соприкасается с рабочими поверхностями конусов и расположен перпендикулярно им. При вращении ведущего конуса за счет сил трения между рабочей поверхностью конуса и фрикционного катка происходит вращение катка, который, соприкасаясь с поверхностью ведомого конуса, за счет сил трения между катком и поверхностью ведомого конуса, вращает его. Фрикционный каток может перемещаться на оси по поверхностям конусов, изменяя, тем самым, передаточные числа передачи, что достигает тем, что конус имеет разные диаметры в разных своих сечениях и при перемещении катка на разные участки конусов изменяется соотношение между диаметрами ведущего и ведомого конуса в точке соприкосновения с фрикционным катком.

Преимущество передачи с фрикционным зацеплением: возможность плавно изменять передаточные числа.

Недостатки передачи с фрикционным зацеплением, незначительная передаваемая мощность, низкая износостойкость.

Общими признаками предлагаемого решения и аналога описанного выше является передача вращения от ведущего вала к ведомому с бесступенчатым изменением скорости вращения ведомого вала.

Недостаток данной передачи заключается в невозможности передачи вращения между ведущим и ведомым валами зацеплением за счет нормальных сил.

Причиной невозможности получения технического результата является то, что данная компоновочная схема рассчитана на работы с передачей вращения между ведущим и ведомым валами с помощью трения (фрикционный способ).

Известна механическая передача зацеплением с изменяемыми передаточными числами (см. описание к патенту РФ. №2154759).

Передача включает узел передачи вращения, ведущий и ведомый конусы. Узел передачи вращения содержит сателлит ведущего конуса, центральную шестерню и сателлит ведомого конуса. Передача вращения осуществляется с помощью полусферических выступов на сателлитах и полусферических углублений на конусах. Полусферические углубления и выступы расположены на равном расстоянии друг от друга по поверхности формообразующих фигур.

Технический результат - плавное изменение передаточных отношений при передачи крутящего момента от одного вала к другому посредством механического зацепления.

Недостаток данной передачи - незначительная передаваемая мощность не позволяет передавать крутящий момент с помощью зубчатой передачи.

Известна также бесступенчатой передача (RU №2151935, от 06.05.98 г), передача содержит ведущий и ведомый валы, цилиндр, ось вращения которого совпадает с осью вращения расположенного внутри цилиндра ведущего вала, расположенные в радиальных пазах ведущего вала с возможностью возвратно - поступательного перемещения П-образные пластины равной длины, которые своими пазами входят одна в другую, а своими торцами контактируют с внутренней поверхностью цилиндра, ролики, которыми снабжены выступающие концы пластин, и зубцы, шарнирно соединенные между собой в бесконечную ленту, скользящую по поверхности контура, который имеет сечение, аналогичное внутреннему сечению цилиндра, причем наружные зубцы бесконечной ленты контактируют с роликами, внутренние ее зубцы-с ведомым валом.

Недостатки данной передачи состоят в том, что данная конструкция не позволяет передавать крутящий момент с помощью зубчатой передачи;

• недостаточная нагрузочная способность;

• недостаточная надежность в работе;

• невысокий КПД.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что устройство для бесступенчатой передачи крутящего момента содержит корпус, ведущий, ведомый, вспомогательные один и другой валы, на ведущем валу жестко закреплена шестерня, которая находится в зацеплении с цилиндрическим зубчатым колесом, жестко закрепленном на одном вспомогательном валу и с колесом, жестко закрепленном на другом вспомогательном валу, на вспомогательных валах, перпендикулярно им, жестко закреплены оси сателлитов дифференциалов, на концах которых свободно установлены по два конических зубчатых колеса, которые контактируют с коническими зубчатыми колесами дифференциалов, свободно сидящих на вспомогательных валах, на одном вспомогательном валу одно коническое зубчатое колесо дифференциала жестко соединено с цилиндрическим зубчатым колесом, свободно сидящем на этом же валу и которое контактирует с цилиндрическим зубчатым колесом, жестко закрепленном на втулке с фланцем, свободно сидящей на ведущем валу, другое коническое зубчатое колесо этого же дифференциала жестко соединено с цилиндрическим зубчатым колесом, так же свободно сидящем на этом валу и которое контактирует с цилиндрическим зубчатым колесом, жестко закрепленном на ведомом валу, на другом вспомогательном валу одно коническое зубчатое колесо дифференциала жестко соединено с цилиндрическим зубчатым колесом, свободно сидящем на этом же валу и находится в зацеплении с цилиндрическим зубчатым колесом свободно сидящем на втулке с фланцем, другое коническое зубчатое колесо этого же дифференциала жестко соединено с цилиндрическим зубчатым колесом, свободно сидящем на этом же валу и которое контактирует с цилиндрическим зубчатым колесом жестко закрепленном на ведомом валу, на втулке с фланцем между цилиндрическим зубчатым колесом, жестко закрепленном на втулке с фланцем, и фланцем втулки с фланцем, находится скользящая втулка с диском, в которую вилкой входит рычаг -вилка, установленная на оси в корпусе, причем между рычаг-вилкой и диском втулки с диском находится опорный подшипник, на осях во фланце втулки с фланцем диаметрально противоположно установлены рычаги, которые одним концом касаются диска втулки с диском, а другим концом входят в окна цилиндрического зубчатого колеса, свободно сидящего на втулке с фланцем.

При осуществлении изобретения достигается технический результат - бесступенчатое изменение передаточных отношений при передаче крутящего момента от одного вала к другому посредством механического зацепления.

Сопоставимый анализ с аналогами позволяет сделать вывод, что заявленное техническое решение отличается тем, что на ведущем валу жестко закреплена шестерня, которая находится в зацеплении с цилиндрическим зубчатым колесом, жестко закрепленном на одном вспомогательном валу и с цилиндрическим зубчатым колесом, жестко закрепленном на другом вспомогательном валу, на вспомогательных валах, перпендикулярно им, жестко закреплены оси сателлитов дифференциалов, на концах которых свободно установлены по два конических зубчатых колеса, которые контактируют с коническими зубчатыми колесами дифференциалов, свободно сидящих на вспомогательных валах, на одном вспомогательном валу одно коническое зубчатое колесо дифференциала жестко соединено с цилиндрическим зубчатым колесом, свободно сидящем на этом же валу и которое контактирует с цилиндрическим зубчатым колесом, жестко закрепленном на втулке с фланцем, свободно сидящей на ведущем валу, другое коническое зубчатое колесо этого же дифференциала жестко соединено с цилиндрическим зубчатым колесом, так же свободно сидящем на этом валу и которое контактирует с цилиндрическим зубчатым колесом, жестко закрепленном на ведомом валу, на другом вспомогательном валу одно коническое зубчатое колесо дифференциала жестко соединено с цилиндрическим зубчатым колесом, так же свободно сидящем на этом валу и которое находится в зацеплении с цилиндрическим зубчатым колесом свободно сидящем на втулке с фланцем, другое коническое зубчатое колесо этого же дифференциала жестко соединено с цилиндрическим зубчатым колесом, свободно сидящем на этом же валу и которое контактирует с цилиндрическим зубчатым колесом жестко закрепленном на ведомом валу, на втулке с фланцем между цилиндрическим зубчатым колесом, жестко закрепленном на втулке с фланцем, и фланцем втулки с фланцем, находится скользящая втулка с диском, в которую вилкой входит рычаг- вилка, установленная на оси в корпусе, причем между рычаг-вилкой и диском втулки с диском находится опорный подшипник, на осях во фланце втулки с фланцем диаметрально противоположно установлены рычаги, которые одним концом касаются диска втулки с диском, а другим концом входят в окна цилиндрического зубчатого колеса, свободно сидящего на втулке с фланцем.

Таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна».

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и чертежами:

Фиг. 1 - функциональная схема устройства;

Фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1.

Устройство для бесступенчатой передачи крутящего момента содержит корпус 1, ведущий 2, ведомый 3, вспомогательные один 4 и другой 5 валы, на ведущем валу 2 жестко закреплена шестерня 6, которая находится в зацеплении с цилиндрическим зубчатым колесом 7, жестко закрепленном на одном вспомогательном валу 4 и с цилиндрическим зубчатым колесом 8, жестко закрепленном на другом вспомогательном валу 5, на вспомогательных валах 4 и 5 перпендикулярно им, жестко закреплены оси сателлитов дифференциалов 9 и 10, на концах которых свободно установлены по два конических зубчатых колеса 11 и 12, которые контактируют с коническими зубчатыми колесами дифференциалов 13, 14 и 15, 16 свободно сидящих на вспомогательных валах 4 и 5, на одном вспомогательном валу 4 одно коническое зубчатое колесо дифференциала 13 жестко соединено с цилиндрическим зубчатым колесом 17, свободно сидящем на этом же валу 4 и которое контактирует с цилиндрическим зубчатым колесом 18, жестко закрепленном на втулке с фланцем 19, свободно сидящей на ведущем валу 2, другое коническое зубчатое колесо 14 этого же дифференциала жестко соединено с цилиндрическим зубчатым колесом 20, так же свободно сидящем на этом же валу 4 и которое контактирует с цилиндрическим зубчатым колесом 21, жестко закрепленном на ведомом валу 3, на другом вспомогательном валу 5 одно коническое зубчатое колесо дифференциала 15 жестко соединено с цилиндрическим зубчатым колесом 22, так же свободно сидящем на этом валу 5 и которое находится в зацеплении с цилиндрическим зубчатым колесом 23 свободно сидящем на втулке с фланцем 19, другое коническое зубчатое колесо 16 этого же дифференциала жестко соединено с цилиндрическим зубчатым колесом 24 свободно сидящем на это же валу 5 и которое контактирует с цилиндрическим зубчатым колесом 21 жестко закрепленном на ведомом валу 3, на втулке с фланцем 19 между цилиндрическим зубчатым колесом 18, жестко закрепленном на втулке с фланцем 19 и фланцем втулки с фланцем 19, находится скользящая втулка с диском 25, в которую вилкой входит рычаг-вилка 26, установленная на оси 27 в корпусе 1, причем между рычаг-вилкой 26 и диском втулки с диском 25 находится опорный подшипник 28, на осях 29 во фланце втулки с фланцем 19 диаметрально противоположно установлены рычаги 30, которые одним концом касаются диска втулки с диском 25, а другим концом входят в окна цилиндрического зубчатого колеса 23, свободно сидящего на втулке с фланцем 19.

Устройство работает следующим образом. Крутящий момент с силового агрегата попадает через ведущий вал 2 на шестерню 6, которая начнет вращать колеса 7 и 8, валы 4 и 5, оси сателлитов дифференциалов 9 и 10 в противоположном направлении. В начале работы устройства, когда внешний момент максимален и колесо 21 с ведомым валом 3 находятся в покое, крутящий момент весь устремится внутрь устройства. Ось сателлитов дифференциала 9 начнет прокатывать сателлиты 11 по колесу 14, увеличивая скорость вращения колеса 13 в два раза, которое через колесо 17 передаст крутящий момент колесу 18 и втулке с фланцем 19, но уже в противоположном направлении, т.е. по ходу вращения ведущего вала 2. Другая ось сателлитов дифференциала 10 будет прокатывать сателлиты 12 по колесу 16, также увеличивая скорость вращения в два раза колеса 15, которое передаст крутящий момент через колесо 22 колесу 23, также в противоположном направлении, т.е. по ходу вращения ведущего вала 2. Так как все цилиндрические зубчатые колеса устройства равны между собой, образовался внутренний замкнутый силовой поток. Для того, чтобы передать крутящий момент колесу 21 и ведомому валу 3, необходимо притормозить колеса 17, 13 и 22, 15. Для этих целей создан механизм реактивного момента устройства, который состоит из колеса 18, втулки с фланцем 19, скользящей втулки с диском 25, рычаг-вилки 26, опорного подшипника 28, рычагов 30 и колеса 23. Для того, чтобы реактивный момент начал выполнять функцию тормоза колес 17, 13 и 22, 15, необходимо приводом привести в движение рычаг-вилку 26 в сторону опорного подшипника 28. Привод рычага-вилки 26 может быть: механическим; гидравлическим; пневматическим; электрическим и прочее. Как только рычаг-вилка 26, через опорный подшипник 28 и скользящую втулку с диском 25, диском окажет давление на одно плечо рычага 30 через ось 29 и другим плечом рычага 30 через окна колеса 23 на колесо 23 навстречу вращения колес 22 и 15, а ось 29, закрепленная во фланце втулки с фланцем 19, через колесо 18 окажет такое же давление навстречу вращения колес 17 и 13, крутящий момент получит сопротивление. Если величина реактивного момента будет достаточна для преодоления внешнего момента, то часть крутящего момента устремится в сторону внешнего момента через колеса 14, 20 и 16, 24, раскручивая колесо 21 и ведомый вал 3 с ускорением по направлению ведущего вала 2. Ускорение вращения ведомого вала 3 будет происходить до тех пор, пока реактивный и внешний моменты не сравняются. Если при одном и том же значении крутящего момента, и при одном и том же значении реактивного момента будет изменяться величина внешнего момента в сторону увеличения или уменьшения, то устройство обеспечит бесступенчатое изменение передаточных отношений с ведущего вала 2 на ведомый вал 3, который начнет вращаться, соответственно, либо с замедлением, либо с ускорением до выравнивая с реактивным моментом.

Таким образом, передаточные отношения заявленного устройства всегда будут соответствовать внешнему моменту. Так будет осуществляться бесступенчатое изменение передаточных отношений с ведущего вала 2 на ведомый вал 3 за счет нормальных сил при постоянном зацеплении всех зубчатых колес устройства.

Предлагаемая механическая передача зацеплением с изменяемыми передаточными отношениями позволяет бесступенчато изменять передаточные числа при передаче крутящего момента зацеплением от одного вала другому, чем и достигается результат. Применение предлагаемого технического решения позволяет сделать машины и механизмы с более высокими техническими характеристиками.

Нами изготовлена демонстрационная модель, которая подтверждает работоспособность нашего устройства.

Изобретение относится к области машиностроения. Устройство для бесступенчатой передачи крутящего момента содержит ведущий (2), ведомый (3) и вспомогательные валы (4,5). На валу (2) закреплена шестерня (6), находящаяся в зацеплении с цилиндрическим зубчатым колесом (7), закрепленным на вспомогательном валу (4), и с цилиндрическим зубчатым колесом (8), закрепленным на вспомогательном валу (5). На валах (4) и (5), перпендикулярно им, закреплены оси сателлитов дифференциалов (9,10), на концах которых установлены по два конических зубчатых колеса (11,12), контактирующие с коническими зубчатыми колесами (13, 14, 15, 16). На валу (4) колесо (13) соединено с цилиндрическим зубчатым колесом (17), расположенным на этом же валу и контактирующим с цилиндрическим зубчатым колесом (18), закрепленным на втулке (19), расположенной на валу (2). Колесо (14) соединено с цилиндрическим зубчатым колесом (20), расположенным на валу (4), контактирующим с цилиндрическим зубчатым колесом (21), закрепленным на валу (3). На валу (5) колесо (15) соединено с цилиндрическим зубчатым колесом (22), расположенным на валу (5) и находящимся в зацеплении с цилиндрическим зубчатым колесом (23), расположенным на втулке (19), колесо (16) соединено с цилиндрическим зубчатым колесом (24), расположенным на валу (5) и контактирующим с колесом (21). На втулке (19) между колесом (18) и фланцем втулки (19) находится скользящая втулка с диском (25), в которую вилкой входит рычаг-вилка (26), установленная на оси (27) в корпусе (1). Между рычагом-вилкой (26) и диском втулки (25) находится опорный подшипник (28). На осях (29) во фланце втулки (19) диаметрально противоположно установлены рычаги (30), которые одним концом касаются диска втулки (25), а другим концом входят в окна колеса (23). Обеспечивается бесступенчатое изменение передаточного числа. 2 ил.

Устройство для бесступенчатой передачи крутящего момента, содержащее корпус, ведущий, ведомый, вспомогательные один и другой валы, отличающееся тем, что на ведущем валу жестко закреплена шестерня, которая находится в зацеплении с цилиндрическим зубчатым колесом, жестко закрепленным на одном вспомогательном валу и с колесом, жестко закрепленным на другом вспомогательном валу, на вспомогательных валах, перпендикулярно им, жестко закреплены оси сателлитов дифференциалов, на концах которых свободно установлены по два конических зубчатых колеса, которые контактируют с коническими зубчатыми колесами дифференциалов, свободно сидящих на вспомогательных валах, на одном вспомогательном валу одно коническое зубчатое колесо дифференциала жестко соединено с цилиндрическим зубчатым колесом, свободно сидящим на этом же валу и которое контактирует с цилиндрическим зубчатым колесом, жестко закрепленным на втулке с фланцем, свободно сидящим на ведущем валу, другое коническое зубчатое колесо этого же дифференциала жестко соединено с цилиндрическим зубчатым колесом, так же свободно сидящим на этом валу и которое контактирует с цилиндрическим зубчатым колесом, жестко закрепленным на ведомом валу, на другом вспомогательном валу одно коническое зубчатое колесо дифференциала жестко соединено с цилиндрическим зубчатым колесом, так же свободно сидящим на этом валу и которое находится в зацеплении с цилиндрическим зубчатым колесом, свободно сидящим на втулке с фланцем, другое коническое зубчатое колесо этого же дифференциала жестко соединено с цилиндрическим зубчатым колесом, свободно сидящим на этом же валу и которое контактирует с цилиндрическим зубчатым колесом, жестко закрепленным на ведомом валу, на втулке с фланцем между цилиндрическим зубчатым колесом, жестко закрепленным на втулке с фланцем, и фланцем втулки с фланцем находится скользящая втулка с диском, в которую вилкой входит рычаг-вилка, установленная на оси в корпусе, причем между рычаг-вилкой и диском втулки с диском находится опорный подшипник, на осях во фланце втулки с фланцем диаметрально противоположно установлены рычаги, которые одним концом касаются диска втулки с диском, а другим концом входят в окна цилиндрического зубчатого колеса, свободно сидящего на втулке с фланцем.