Силовая передача
Изобретение .относится к механике и предназначено для автоматизации нодбора передаточного отношения при разгоне инерционной нагрузки при ограниченной .мощности приводного двигателя. Цель изобретения - улучшение эксплуатационных показателей путем согласования нагрузочны.х характеристик вариатора с эксплуатационными нагрузками. Между шестеренчатой коробкой передач, управляемой вручную, и центробежным инерционно-импульсным вариатором установлен дифференцпа., ведомый барабан которого снабжен однонаправленным тормозом, управляемым от педали «сцепление, а солнечное ко. юсо дифференциала соединено с ва.чом приводного двигателя через механизм б/юкировки, управляе.мый от педали «сцеиление. На ведущем валу вариатора установлено шесть ро.-щков диа.метром d на качающихся подвесах д/щной 1 (0,9-2)d, оси качания подвесов установлены на расстоянии г(0,5-l,2)d, профилированная повер.хиость ведомого барабана вьиюлнена из четырех во1 путых поверхностей с радиусом кривизны RM
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК!
511 4 В 60 К 17/06
Г.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4181330/31-11 (22) 26.1!.86 (46) 30.04.88. Бюл. № 16 (7! ) Тульский политехнический институт (72) И. С. Лебеденко (53) 629.113 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1238985, кл. В 60 К 17/06, !984. (54) СИЛОВАЯ ПЕРЕДАЧА (57) Изобретение относится к механике и предназначено для автоматизации подбора передаточного отношения при разгоне инерционной нагрузки при ограниченной мошности приводного двигателя. Цель изобретения — улучшение эксплуатационных показателей путем согласования нагрузочных характеристик вариатора с эксплуатационными нагрузками. Между шестеренчатой
„„SUÄÄ 1391976 А1 коробкой передач, управляемой вручную, и центробежным инерционно-импульсным вариатором установлен диффсренцll3ë, ведомый барабан которого снабжен однонаправленным тормозом, управляемым от педали
«сцепление», а солнечное колесо дифферснциа1а соединено с валом приводного двигателя через механизм блокировки, у равляемый от педали «ñöåèëåíèc » На ведущем валу вариатора установлено шесть роликов диаметром cl на качающихся подвссах длиной 1= (0,9 — 2) d, оси качания подвесов установлены на расстоянни г= (0,5 — 1,2) = (0,8 — 2) д, сопрягаюгцихся с четырьмя Tdкими же поверxHîñòÿìè с радиусом кривиз- Ж ны R=(3 — 5) d. 1 з.п. ф-лы. 6 ил. 139!976 R rsin (pi+$2) Ao) Р— где K= BC= 45 (2) / Pi= arcsin(L j Ê) sing; (3) р2= arccos К2 12 Р1 (4) 50 R = R ; (5) I 1м= 1м, (6) 0,297(р= Л 1(0)482 (7) 1 Изобретение относится к механике, а менно автоматическим силовым передаам, и может быть использовано в машиах с большой инерционной нагрузкой, омент инерции которой на несколько порядков превышает собственный момент инерции приводного двигателя и для разгона такой нагрузки необходимо автоматически изменить передаточные отношения в 1 заданных пределах, например, в приводах яжелых конвейеров и станков, автоматиеских дверей городского транспорта и т.д. Наибольший эффект может быть получен ри использовании изобретения в качестве олуавтоматической силовой передачи транспортных средств. Целью изобретения является улучшение ксплуатационных показателей путем соглаования нагрузочных характеристик вариат ра с эксплуатационными нагрузками. На фиг. 1 показан центробежный инер1ионно-импульсныи вариатор, поперечный разрез; на фиг. 2 — кинематическая с ема силовой передачи; на фиг. 3 о нонаправленный ленточный тормоз, взаи одействующий с ведомым профилир ванным барабаном и выполняющий функцию «сцепление» в современных трансп)эртных средствах, поперечный разрез; нв фиг. 4 — кинематическая схема, отражающая связь конструктивных параметров вариатора при обкатывании роликом профилированной поверхности с радиусом кривизны RM= 1,2544, 1.= 0,94d; на фиг. 5— кинематическая связь конструктивных парамЕтров вариатора при обкатывании роликом профилированной поверхности с радиусом кривизны R=4d и L=2d; на фиг. 6 — график изменения линейной скорости центра масс ролика за 1/4 оборота ведущего вала относительно ведомого барабана. Центробежный инерционно-импульсный в )риатор (основной элемент силовой передачи), содержит входной вал 1, связанный с валом приводного двигателя. На валу 1 установлена ступица 2 с шестью проушинами, выполненными на расстоянии r=0,7d от оси вращения входного вала 1. В проушинах установлены подвесы 3 при помощи осей 4. На свободных концах подвесов на расстоянии 1„= 1,1d установлены инерционные ролики 5 с наружным диаметром d npu помощи осей 6. Ролики стянуты пружинами 7 к оси вращения вала 1. При повышенных оборотах (за счет центробежных сил) ролики 5 обкатывают профилированную поверхность 8 ведомого барабана, выполненную в виде четырех цилиндрических поверхностей с радиусом кривизны R„— =1,254d, которые сопряжены с цилиндрическими поверхностями с радиусом кривизны R=4d. Такое выполнение близко к оптимальному по массогабаритным показателям на единицу передаваемой мощности при 2 заданной частоте вращения ведущего вала, так как дальнейшее уменьшение относительных размеров ступицы приводит к соударениям роликов между собой, а увеличение диаметра ступицы уменьшает относительные амплитуду колебаний и массы роликов. Профилированная поверхность, обкатываемая роликами, конструктивно выполнена в виде четырех скоб 9, вложенных в круг10 лый ведомый барабан 10. На кинематической схеме силовой передачи (фиг. 2) показано, что барабан 10 жестко соединен с внешним венцом 11 дифференциального механизма с числом зубьев z2, который через сателлиты 12, установленные на водиле 13, соединен с выходным валом 14 дифференциала. Солнечное колесо 15 с числом зубьев zl соединено с входным валом I вариатора через механизм блокировки 16. Однонаправленный тормоз 17 удерживает барабан 10 от вращения в обратную сторону при низкой частоте вращения входного вала 1. Педаль 18 «сцепление» служит для управления однонаправленным тормозом 17 и механизмом блокировки 16 при помощи муфты 19 и тяги 20. Выходной вал 14 дифференциала соединен с нагрузкой через шестеренчатую коробку передач 21. Вариант реализации однонаправленного ленточного тормоза 17 приведен на фиг. 3. Здесь лента тормоза 17 соединена с неравноплечим рычагом 22. Отключение однонаправленного тормоза осуществляется педалью l8 «сцепление» через тягу 20. Возврат педали 18 осуществляется пружиной 23. Вариатор работает следующим образом. При безотрывном обкатывании роликом 5 профилированной поверхности 8 с радиусом кривизны RM можно найти линейную скорость центра масс ролика 5, как скорость шарнира Р, движущегося по радиусу R в составе четырехзвенника САВР (фиг. 4) по фор40 муле При безотрывном обкатывании роликом участка профилированной поверхности 8 с 1391976 радиусом кривизны R= 4d линейная скорость движения центра масс ролика 5 определяется линейной скоростью движения шарнира Р четырехзвенника, приведенного на фиг. 5, по тем же зависимостям (1), (2), (3), (4). Следовательно, ) = — ), (8) R = R= 3,5d; (9) L= 2d; (10) (I)= Л()1, (11) Из графика (фиг. 6) относительного изменения линейной скорости центра масс ролика следует, что своего максимального значения Vp." она достигает при переходе с дути «большого» радиуса кривизы R=d на дугу с «малым». радиусом кривизны R„= 1,254, а минимального значения Ър„„„ при обратном переходе с дуги «малого» радиуса кривизны на дугу с «большим» радиусом кривизны. Диапазон изменения скоростей может быть определен по зависимости Л\/=Vp чанс — -Нр чан= (13,6 — 0,91 ) (1Л(г). (12) При разгоне центра масс ролика от Vp pootHK приобретает количества движения, равный импульсу момента. гп (г р чакс — — Vp чнн ) гср= FcpAt ccp, (13) где и:= — mp+ 2m„/2; (13а) m; —" tмасса самого ролика 5);(!3б) лд"р! m = — 51рб+- — — (масса подвеса 3), (13в) :(Ь 6 4 при Ip= 1,5d, S=0,5d, ()=О,ld, 1=- 1,2ol, (длина ролика, ширина, толщина и длина подвеса соответсpвенно); Fcp — среднее интегральное значение силы, действующей на массу ролика в течение периода Л(; г.р — среднее значение радиуса движения центра масс ролика и приложения силы Fcp. Г1ри обкатывании роликом участка профилированной поверхности 8 с «малым» радиусом кривизны линейная скорость центра масс ролика 5 падает от Ъ „„, до 3 р,„и он отдает накопленную энергию ведомому барабану !0 и обратно ведущему валу 1 ту часть энергии, которую ведомый барабан 10 не потребляет. Если барабан 10 неподвижен, то в идеальном случае (отсутствия потерь на трения) вся энергия движущегося ролика при торможении возвращается ведущему валу 1. Если момент сопротивления нагрузки М» на ведомом .валу барабана 10 становится меньше дзижущегося момента, создаваемого роликами на профилированной поверхности 8 М (М )М ), ведомыи барабан начинает вращаться под действием разности этих моментов. 5 d0) ) I + !з(г) =- М> — М, d (14) где 1= lo+ I — момент инерции барабана и нагрузки, приведенной к оси вращения; — коэффициент вязкого трения; М.— момент, развиваемый на ведомом барабане; ()) — частот вращения гедомого 15 барабана. В результате увеличения частоты вращения ведомого барабана (г)н уменьшается частота колебаний ролика, пропорциональная разности частот вращения входного вала I (в))) и ведомого барабана 10 ((г) ). 20 Л(г)= (r) t — (г)н, (15) г. М-= 2ã.-ргп(в)sit)(!, (I7l где г.,= - x, s, = 1.63rl: х., у. — координаты точки сопряжения дут 40 траекгор и лв жений це тра ..1 с роликов; )1) — угол наклона траектории движения центра масс ролика к окружности радиусом г.р, проходящей через тот же центр масс ведугцих роликов. Две другие пары роликов вращающего момента не создают, так как находятся на двух противоположныx склîíàx профилирован )ой поверхности барабана 10 (фиг. 1) Таким образом, при работе вариатора с пе() редаточным отношением I= — (I, вращаю(г) 2 щий момент равен сумме моментов синхронизирующего М. и динамического Ма м2= М+ М (l8) 55 Динамический момент, создаваемый одним роликом 5 за время Л1, из зависимости (14) с учетом (13) равен что вызывает уменьшение движущего мо. мента М2 (()2) . Когда момент сопротивления нагрузки Hd ведомом барабане М до(сt(HxpoHизируюгц - гo мента М. или станет меныпе его M»«(M-. (!6) происходит синхронизация вращения ведомого барабана 10 с ведущим валом 1 (();===()), Л(ц = О). Теперь центробежный инер30 ционно-импульсный вариатор работает как упругоцентробеж на я муфта, Момент синхронизации М создается центробежными силами 2-.; роликов (фиг. 1), упирающихся в (<выступы» профилированной поверхности 1391976 ЛЪ Мн — — m — Г р= Fcpi p, Л1 (19) IvL= 24 — с— гл Л Гср Л Оз Л (21) Zi+ Z2 1 Х 1 1 Pi (27) 1+ Хх 21 несем за скобки М, (22) (28) (23) Ns= 4+ Nxx (1- — i), (25) где 1 2л л Динамический момент, создаваемый шетью колеблющимися роликами на четыех «уступах» барабана 10 за один оборот 1 едущего вала относительно барабана 10, 1)авен М,= 24гпЛЧг.р 2Лоз (20) (1о так как частота относительного вращеия Лоз выражена в радианах в секунду, о динамический момент будет в 2л раз менье Подставим в (18) значение М. из (17), М.. из (21) и выразим через i= — 2, вы0>i М = Мс (1+ — (1 — i) ). ДаЛЕЕ ПОСЛЕ РаСКРЫтИЯ ЗНаЧЕНИй m, rcp, в1пч через конструктивные параметры получим М2= А1yd со (1+ A2(1 — i) ), где А =; А = — — — — постоянные с . М риз г М коэффициенты; i = ю,/из, — коэффициент передачи вариатора. Мощность, передаваемая ведомым барабаном 10, равна.х12=М2оз2= М20Э11= А1р(1 0>11 (1+A2 (1 — 1) ) . (24) Мощность, потребляемая входным валом 1 вариатора, равна ГДЕ Nxxxx= Mxx0>i — МОЩНОСТЬ ВаРИатОРа, ПОтребляемая на холостом ходу (лри заторможенном барабане 10), которая затрачивается на трение в механизме вариатора, на трение роликов при обкатывании профилированной поверхности. Мощность от приводного двигателя передается на коробку передач от водила 13 через вал 14. К водилу мощность лередается на выходной вал дифференциала двумя потоками. Мзозз= М2оз2+М10з1, (26) где Mi — момент на солнечном колесе дифференциала; Мз= М.— момент на выходном валу дифференциала, равный моменту нагрузки. Выразим значения моментов через кон10 структивные параметры r;=KZ;, радиусы шестерен и их число зубьев и силы, действующие на зубья сателлитов и их оси. F K= г — сиз — — Рг КХг" г+ F» KZ M1 15 но так как Р2=Р1. а Рз= F 1+F2= 2F1, оз2= 10з1, то (Zi+Z2) 0)g= Z203.11+ Z10Ji, Следовательно, передаточное отношение всего устройства где P = Z2/Zi. Мощность, передаваемую солнечным коле30 сом дифференциала, находят из (26) Ni= М10з1=Мзо>з — М20з2= Мн1 х11 — М20з11 или 14-Pi N1= Мн оз1 — — М20Э11. 1+Р В исходном положении тяга 20 коробки передач установлена на «нейтральное» положение, при этом производится запуск и прогрев двигателя. При трогании с места транспортного 40 средства водитель нажимает педаль «сцепление» и освобождает от торможения ведомый барабан 10 и внешний венец 11 дифференциала. При низкой частоте вращения двигателя ролики 5 вариатора стянуты к оси вра45 щения пружинами 7 и не создают на ведомом барабане 10 вращающего момента (М2= О) . Под действием момента, передаваемого на сателлиты 12 от солнечного колеса 15, внешний венец дифференциала и барабана 10 начинает вращаться в обратную сторону (пунктирная стрелка о>хх фиг. 3), а водило 13 и выходной вал 14 останавливаются (1=0), что позволяет произвести включение желаемой передачи тягой 20. Далее водитель, увеличивая газ и плавно отпуская «сцепление», производит плавное включение в работу дифференциала планетарной передачи с передаточным отношением 1391976 1 PО! 1+ P f+P так как передаточное отношение вариатора равно нулю (i= О). Далее, по мере увеличения частоты вращения вала 1, ролики 5, преодолевая усилие пружин 7, расходятся и начинают обкатывать профили ров а иную поверхность 8, и на ведомом барабане 10 возникает момент Мр. Когда момент М достигает значе- 10 ния М ) М вЂ” М =Мн, ведамый барабан 10 начинает вращаться в прямом направлении (сплошная стрелка фиг.. 3), при этом передаточное отношение становится равным IP1 1+Р 15 где передаточное отношение вариатора изменяется от 0 до 1. Когда момент сопротивления на ведомом барабане станет равным моменту синхронизации (М =М.), 20 и передаточное отношение 1= 1 станет равным единице и ведомый барабан 10 с внешним венцом 11, сателлитами 12 и водилом 13 начнут вращаться синхронно, что обеспечивает минимальные энергетические потери и износ только в опорных подшипниках. При изменении дорожной обстановки и необходимости изменить передаточное отношение коробки передач водитель сбрасывает «газ» (т.е. уменьшает частоту вращения вала 1), но вследствие того, что вариатор работает в режиме упругой центробежной муфты, разъединения двигателя с нагрузкой не происходит и происходит торможение двигателем. Для разъединения ведущего вала от ведомого необходимо нажать педаль «сцепление» и разъединить механизм блокировки 16 через муфту 19 и тягу 20 (фиг. 2). В результате разъединения силовой передачи солнечное колесо 15 может обгонять приводной вал 1, что позволяет включить новую передачу в соответствии с дорожной обстановкой. После переключе- 40 ния передачи педаль 18 «сцепление» отпускается и прибавляется «газ». Если момент нагрузки, приведенной к ведомому барабану 10 вариатора после включения новой передачи, превышает момент синхронизации М: М., происходит пробуксовка и трансформация вращающего момента. По мере выхода на новый режим работы вновь происходит синхронизация вращения валов и вариатор работает как упругая центробежная муфта. Формула изобретения 1. Силовая передача, содержащая центробежный инерционно-импульсный вариатор с роликами, установленными на качающихся подвесах, шарнирно закрепленных на ступице приводного двигателя, и обкатываюшими профилированную поверхность ведомого барабана, соединенного с шестеренчатой коробкой передач, включающей в себя прямую, пониженную, реверсивную передачи с нейтралью, и механизм включения сцепления, отличающаяся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных показателей путем согласования нагрузочных характеристик вариатора с эксплуатационными нагрузками, между шестеренчатой коробкой передач и вариатором установлен дифференциал, один приводной вал которого соединен с ведомым барабаном вариатора, а другой приводной вал дифференциала связан с валом приводного двигателя через механизм блокировки, соединенный с органом управления механизмом включения сцепления, выходной вал дифференциала соединен с входным валом коробки пере„ач, ведомый барабан вариатора выполнен с управляемым тормозом, соединенным с органом управления механизмом включения сцепления. 2. Силовая передача по п. 1, отличающаяся тем, что на ведущем валу центробежного инерционно-импульсного вариатора установлено шесть роликов с наружным диаметром (d) на качающихся подвесах длиной между осями вращения ролика и качения подвеса I= (0,9 — 2) d, оси качания подвесов установлены от оси вращения ведущего вала на расстоянии г=(0,5 — 1,2)d, профилированная поверхность ведомого барабана, обкатываемая роликами, выполнена в виде вогнутых поверхностей цилиндра с радиусом кривизны R. (0,8 — 2) d, которые сопряжены с четырьмя вогнутыми цилиндрическими поверхностями с радиусом кривизны R= = (3 — 5) d, профилированная поверхность выполнена в виде четырех скоб, вставленных в круглый цилиндр ведомого барабана и закрепленных фиксаторами. 139I976 1391976 1391976 Ia8 12 1Ф 1б 02 ОФ Об Рр 1 Puz б Составитель С. Белоусько Редактор М. Бандура Техред И. Верес Корректор М. Демчик Заказ 1797/24 Тираж 558 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035. Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
