Автоматическая бесступенчатая механическая передача

 

Изобретение относится к машиностроению. На соосных входном 1 и выходном 2 валах передачи установлены соответственно ведущее 3 и ведомое 4 колеса, которые введены в зацепление с основными сателлитами 7, 8, размещенными на радиальных осях 6 водила 5, на которых также размещены дополнительные 9 и вспомогательные 13 сателлиты, первые из которых входят в зацепление с закрепленным в корпусе 10 передачи неподвижным опорным колесом 11, а вторые - с установленным на входном валу подвижным опорным колесом 12. Сателлиты выполнены с массивными ободами и могут быть жестко соосно связаны с дополнительными инерционными грузами в виде маховиков 14. Водило 5 с его радиальными осями размещено с возможностью свободного вращения на входном 1 или выходном валу. Расширен диапазон автоматического бесступенчатого изменения силового передаточного отношения между входным и выходным валами в зависимости от величины нагрузки на выходном валу и частоты его вращения. 8 з.п.ф-лы, 2 ил.

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

Известна инерционная автоматическая передача, содержащая два центральных конических зубчатых колеса, установленных на соосных валах, водило с радиальными осями, размещенные на последних сателлиты, несущие маховики и взаимодействующие с центральными коническими колесами, образуя пары колес с разными передаточными отношениями, сателлиты введены в зацепление с разными центральными колесами, сблокированы попарно между собой и с маховиками по меньшей мере в два блока и размещены на осях водила симметрично относительно оси передачи с возможностью свободного вращения (патент РФ N 2072208, МПК F 16 H 33/10, 3/74, Бюл. N 2).

У этой инерционной автоматической передачи, способной изменять частоту вращения выходного вала в зависимости от приложенной к нему нагрузки, отсутствует внешняя опора (опора на корпус) при передаче вращающего момента, что ограничивает возможности автоматического изменения величины вращающего момента, передаваемого от входного вала на выходной вал.

Наиболее близким по совокупности признаков техническим решением к заявленной передаче является инерционная передача, содержащая соосные входной и выходной валы, установленные на них зубчатые конические ведущее и ведомое центральные колеса и водило, снабженное радиальными осями, на которых по разные стороны от оси передачи размещены с возможностью вращения на радиальных осях зубчатые конические сателлиты - основные и дополнительные, первые из которых введены в зацепление с ведущим и ведомым центральными колесами, а вторые - с закрепленным в корпусе передачи зубчатым коническим центральным неподвижным опорным колесом, при этом водило размещено между указанными ведущим и ведомым колесами с возможностью свободного вращения на входном или выходном валу, а масса сателлитов увеличена (патент РФ N 2072715, МПК F 16 H 33/10, 3/74, 1997 г.).

У этой инерционной передачи по мере уменьшения частоты вращения водила вокруг оси передачи и увеличения частоты вращения выходного вала понижается КПД и эффективность использования мощности двигателя, поскольку при этом уменьшается частота вращения сателлитов относительно центральной точки пересечения осей передачи и водила. У передачи отсутствует непосредственная связь с постоянным передаточным отношением выходного вала с входным валом при необходимости передачи потока мощности и вращающего момента от первого из этих валов на второй вал, что необходимо при торможении транспортной машины при помощи двигателя или при запуске двигателя путем буксировки транспортной машины.

Предлагаемое изобретение обеспечивает расширение диапазона автоматического бесступенчатого изменения силового передаточного отношения между входным и выходным валами в прямой зависимости от нагрузки на выходном валу и в обратной зависимости от частоты вращения выходного вала. Предложенная передача позволяет передавать вращающий момент с высокими показателями КПД при любых режимах работы, в том числе при неподвижном водиле, при минимальной частоте его вращения и при максимальной частоте вращения выходного вала. Вместе с тем, обеспечивается возможность силовой связи с постоянным передаточным отношением входного вала с выходным валом с целью торможения транспортной машины при помощи двигателя, например, при движении ее под уклон или при остановке у светофора, а также при запуске двигателя путем буксировки транспортной машины.

Указанный технический результат достигается тем, что автоматическая бесступенчатая механическая передача содержит соосные входной и выходной валы, установленные на них зубчатые конические ведущее и ведомое центральные колеса и водило, снабженное радиальными осями, на которых по разные стороны от оси передачи размещены с возможностью вращения на радиальных осях зубчатые конические сателлиты - основные и дополнительные, первые из которых введены в зацепление с ведущим и ведомым центральными колесами, а вторые - с закрепленным в корпусе передачи зубчатым коническим центральным неподвижным опорным колесом, при этом водило размещено между указанными ведущим и ведомым колесами с возможностью свободного вращения на входном или выходном валу, а масса сателлитов увеличена. Согласно изобретению на входном валу закреплено центральное подвижное опорное колесо, которое введено в зацепление с размещенными на радиальных осях водила вспомогательными сателлитами, масса которых увеличена.

Сателлиты передачи выполнены с массивными ободами и одновременно с передачей вращающих моментов и вращательных движений выполняют также функции маховиков.

Как частный случай выполнения сателлиты передачи жестко соосно связаны с размещенными на радиальных осях водила маховиками.

Каждый из основных сателлитов выполнен в виде жестко соосно соединенных в единый блок двух конических зубчатых колес - внутренних и внешних относительно оси передачи, размещенных на разных расстояниях от геометрической оси передачи и находящихся в зацеплении раздельно с ведущим и ведомым указанными выше колесами, при этом передаточные отношения этих зацепляющихся пар колес различны.

Как частный случай выполнения каждый из основных сателлитов выполнен из одного конического колеса, введенного в зацепление одновременно с указанными выше ведущим и ведомым колесами.

Как частный случай выполнения передача содержит две размещенные на одной диаметральной линии радиальные оси водила, на каждой из которых с возможностью независимого друг от друга вращения размещены основные, дополнительные и вспомогательные сателлиты.

Как частный случай выполнения водило содержит две пары перпендикулярных между собой радиальных осей и на каждой из этих пар радиальных осей размещены одновременно или раздельно в любых сочетаниях основные, дополнительные и вспомогательные сателлиты.

Геометрические оси радиальных осей водила и геометрическая ось передачи пересекаются в центральной точке, совмещенной с этими осями.

Передача снабжена механизмом свободного хода, ведущий элемент которого связан с водилом, а ведомый элемент закреплен в корпусе передачи с обеспечением возможности вращения водила только в направлении вращения входного вала.

На фиг. 1 дан общий вид автоматической бесступенчатой механической передачи (далее - "передача") с показом ее элементов и отличительных признаков, характеризующих изобретение. На фиг. 2 показано устройство передачи в частном случае ее выполнения с изображением только тех ее элементов, которые попадают в плоскость сечения, перпендикулярную геометрической оси передачи и совмещенную с радиальными осями водила. При этом приведен вариант устройства без применения маховиков.

Передача содержит соосные входной 1 и выходной 2 валы, установленные на первом из них зубчатое коническое ведущее колесо 3 и на выходном валу - зубчатое коническое ведомое колесо 4, водило 5, снабженное радиальными осями 6, на которых по разные стороны от оси O-O передачи размещены с возможностью вращения на радиальных осях 6 зубчатые конические сателлиты - основные 7, 8 и дополнительные 9. Основные сателлиты 7, 8 введены в зацепление с ведущим 3 и ведомым 4 колесами. Дополнительные сателлиты 9 находятся в зацеплении с закрепленным в корпусе 10 передачи зубчатым коническим неподвижным опорным колесом 11. Водило 5 с его радиальными осями 6 размещено между указанными ведущим 3 и ведомым 4 колесами с возможностью вращения на входном 1 или выходном 2 валу и при этом соответствующий из этих валов удлинен за пределы геометрической оси O₁-O₁ радиальных осей 6 водила 5. На фиг. 1 показан частный случай установки водила 5 на входном валу 1 передачи.

На входном валу 1 закреплено центральное подвижное опорное колесо 12, которое введено в зацепление с размещенными на радиальных осях 6 водила вспомогательными сателлитами 13.

Масса всех сателлитов 7, 8, 9, 13 передачи увеличена, в том числе за счет выполнения их с массивными ободами. Вместе с тем, масса указанных сателлитов, при необходимости, увеличивается за счет жесткого соосного соединения с ними маховиков 14. Увеличение массы сателлитов обеспечивает им возможность одновременно с передачей вращающих моментов и вращательных движений выполнять также функции маховиков, которые являются инерционными грузами, обеспечивающими при их вращении создание моментов количества движения.

Каждый из основных сателлитов 7, 8 выполнен в виде жестко соосно соединенных в единый блок двух конических зубчатых колес - внутренних 7 и внешних 8 относительно оси передачи, размещенных на разных расстояниях от геометрической оси O-O передачи и находящихся в зацеплении раздельно соответственно с ведущим 3 и ведомым 4 указанными выше колесами, при этом передаточные отношения этих зацепляющихся пар колес различны.

Как частный случай выполнения каждый из основных сателлитов выполнен из одного конического колеса, введенного в зацепление одновременно с указанными выше ведущим 3 и ведомым 4 колесами.

Как частный случай выполнения, изображенный на фиг. 1, передача содержит две размещенные на одной диаметральной линии O₁-O₁ радиальные оси 6 водила 5, на каждой из которых с возможностью независимого друг от друга вращения размещены основные 7, 8, дополнительные 9 и вспомогательные 13 сателлиты.

Как частный случай выполнения, изображенный на фиг. 2, водило 5 содержит две пары перпендикулярных между собой радиальных осей 6 и на каждой из этих пар радиальных осей размещены раздельно в любых сочетаниях основные 7, 8, дополнительные 9 и вспомогательные 13 сателлиты с возможностью независимого друг от друга вращения на радиальных осях 6 водила 5.

Передаточные отношения двух пар колес - ведущее колесо 3, внутренний основной сателлит 7 и подвижное опорное колесо 12, вспомогательный сателлит 13 - различны.

Геометрические оси O₁-O₁ радиальных осей 6 водила 5 и геометрическая ось O-O передачи пересекаются в центральной точке O¹, совмещенной с этими осями.

Передача снабжена механизмом свободного хода 15, ведущий элемент которого жестко соединен при помощи механических удерживающих связей 16 с водилом 5 или его радиальными осями 6, а ведомый элемент закреплен в корпусе 10 передачи с обеспечением возможности вращения водила только в направлении вращения входного вала 1.

Автоматическая бесступенчатая механическая передача работает следующим образом.

За исходное положение принимается, что входной вал 1 вращается с постоянной частотой и передает неизменный по величине вращающий момент.

При вращении входного вала 1 и неподвижных выходном вале 2 и ведомом колесе 4 в связи с приложенной к выходному валу нагрузкой или началом вращения из неподвижного положения установленное на входном валу 1 ведущее колесо 3 приводит во вращение с максимальной частотой вокруг радиальных осей 6 водила внутренние основные сателлиты 7 и сблокированные с ними внешние основные сателлиты 8, которые перекатываются по находящемуся с ними в зацеплении неподвижному ведомому колесу 4 и вовлекают водило 5 с его радиальными осями 6 во вращение с максимальной частотой в направлении вращения входного вала 1. При указанном вращении водила 5 дополнительные сателлиты 9 перекатываются по закрепленному в корпусе передачи 10 неподвижному опорному колесу 11 и вращаются при этом на радиальных осях 6 водила 5 с максимальной частотой.

Закрепленное на входном валу 1 подвижное опорное колесо 12 приводит во вращение на радиальных осях 6 водила 5 находящиеся с указанным колесом в зацеплении вспомогательные сателлиты 13. Это вращение происходит с минимальной частотой, зависящей от различий в передаточных отношениях зацепляющихся разных пар колес - первых пар, состоящих из подвижного опорного колеса 12 и вспомогательных сателлитов 13, и вторых пар, включающих ведущее колесо 3 и внутренние основные сателлиты 7. Минимальная частота вращения вспомогательных сателлитов 13 вокруг радиальных осей 6 водила обусловлена в данном случае тем, что подвижное опорное колесо 12 и водило 5 с радиальными осями 6 вращаются вокруг оси O-O передачи в одном направлении, при этом водило 5 совершает это вращение с максимальной частотой.

При частном случае выполнения передачи, когда сателлиты 7, 8, 9, 13 жестко соосно связаны с дополнительными инерционными грузами в виде маховиков 14, последние совершают вращательные движения вместе с указанными сателлитами.

Одновременное вращение вместе с водилом 5 упомянутых сателлитов 7, 8, 9, 13 вокруг оси O-O передачи и геометрических осей O₁-O₁ радиальных осей 6 водила равнозначно их вращению относительно центральной точки O¹ пересечения указанных осей.

Известно, что момент количества движения при вращении тела относительно точки является векторной величиной и направление этого вектора совпадает с направлением оси вращения непосредственно тела, в данном случае с направлением радиальных геометрических осей O₁-O₁ водила 5 ("Политехнический словарь" под ред. академика Ишлинского А.Ю., изд. "Советская энциклопедия", М., 1980, с. 310/2). Но поскольку оси O₁-O₁ водила 5 совершают вращение вокруг оси O-O передачи, направление векторов моментов количества движения сателлитов 7, 8, 9, 13 постоянно изменяется.

Известно также, что действия над векторами являются отражением соответствующих действий над векторными величинами, а векторные величины являются равными, если совпадают их числовые значения и направления (см. там же, с. 73/1).

Момент количества движения тела проявляется с соблюдением всеобщего физического закона сохранения и может быть изменен только под действием внешних сил. Проявление указанного всеобщего закона сохранения у вращающихся относительно центральной точки O¹ сателлитов 7, 8, 9, 13 противодействует вращению радиальных осей 6 водила 5 вокруг оси O-O передачи. В связи с этим упомянутые радиальные оси 6 водила 5 являются опорами для передачи вращающего момента от входного вала 1 и ведущего колеса 3 через основные сателлиты 7, 8 на ведомое колесо 4 и выходной вал 2.

При неподвижном выходном вале 2 вращающий момент на него передается за счет принудительного изменения моментов количества движения преимущественно основных 7, 8 и дополнительных 9 сателлитов. Это связано с тем, что водило вращается вокруг оси O-O передачи, а все упомянутые сателлиты 7, 8 и 9 совершают вращение вокруг оси O₁-O₁ радиальных осей 6, а следовательно и относительно центральной точки O¹, с максимальной частотой, что определяет максимальное противодействие вращению водила 5 вокруг оси O-O передачи. Это обеспечивает условие для передачи максимального по величине вращающего момента на выходной вал 2, что зависит также от соотношения величин передаточных отношений между парами колес - ведущее колесо 3, внутренний основной сателлит 7 и внешний основной сателлит 8, ведомое колесо 4.

В то же время при неподвижных выходном вале 2 и ведомом колесе 4 по указанным выше причинам вспомогательные сателлиты 13 вращаются относительно центральной точки O¹ с минимальной частотой и оказывают минимальное противодействие вращению водила 5.

Исходя из приведенного выше характера механического взаимодействия элементов передачи следует, что с началом вращения выходного вала 2 и по мере увеличения частоты его вращения замедляется вращение водила 5 вокруг оси O-O передачи и одновременно замедляется вращение основных сателлитов 7, 8 и дополнительных сателлитов 9 относительно центральной точки O¹ с соответствующим уменьшением создаваемого ими тормозящего момента силы, приложенного к водилу 5. Одновременно с этим возрастает частота вращения вспомогательных сателлитов 13 относительно центральной точки O¹ с соответствующим увеличением создаваемого ими тормозящего момента силы, приложенного к водилу 5. При этом вращение входного 1 и выходного 2 валов происходит в противоположных направлениях.

При неподвижном водиле 5 с его радиальными осями 6 ведомое колесо 4 и выходной вал 2 будут вращаться с максимальной частотой, зависящей от передаточных отношений зацепляющихся пар колес 3, 7 и 8, 4. В связи с неподвижностью водила 5 и его радиальных осей 6 дополнительные сателлиты 9 не будут перекатываться по неподвижному опорному колесу 11, а следовательно, не будут вращаться относительно центральной точки O¹ и оказывать какое-либо противодействие вращению водила 5. Сблокированные основные сателлиты 7, 8 будут вращаться относительно центральной точки O¹ с минимальной частотой и соответственно оказывать минимальное противодействие вращению водила 5 вокруг оси O-O передачи. Вместе с тем, при неподвижном водиле 5 подвижное опорное колесо 12 будет вращать вспомогательные сателлиты вокруг радиальных осей O₁-O₁ с максимальной частотой. Действие вспомогательных сателлитов 13 в данных предельных по своему характеру условиях (т.е. при неподвижном водиле 5) подобно действию гироскопа, который противодействует повороту оси своего вращения.

Следовательно, предложенная передача будет надежно трансформировать передаваемый вращающий момент с плавным бесступенчатым изменением частоты вращения выходного вала 2 в зависимости от приложенной к нему нагрузки при любой частоте вращения этого вала.

Приведенные выше особенности работы передачи с сателлитами, снабженными массивными ободами или сблокированными с маховиками 14, не имеют отличий, поскольку и те и другие дополнительные массы выполняют одни и те же функции инерционных грузов.

При частном случае выполнения передачи, приведенном на фиг. 2, когда водило 5 содержит две пары перпендикулярных между собой радиальных осей 6, взаимодействие входящих в состав передачи сателлитов 7, 8, 9, 13 с другими элементами передачи не имеет отличий от приведенного выше описания, поскольку все силовые и кинематические связи элементов передачи остаются без изменений.

Приведенные в описании и формуле изобретения другие частные случаи выполнения передачи позволяют конкретизировать устройство с учетом заданных конструктивных особенностей. Вместе с тем, изложенный выше характер работы передачи при этом не изменяется.

При необходимости передачи вращающего момента и вращения от выходного вала 2 на входной вал 1 с целью торможения рабочей машины, работа двигателя прекращается. При этом под воздействием вращающего момента, передаваемого от выходного вала 2, происходит замыкание механизма свободного хода 15, который посредством удерживающей связи 16 и при наличии опоры на корпус 10 передачи не допускает вращения водила 5 в направлении вращения выходного вала 2, что обеспечивает надежную передачу потока мощности с постоянным по величине силовым передаточным отношением с использованием ведомого колеса 4, основных сателлитов 8, 7 и ведущего колеса 3 на входной вал 1 и далее на двигатель, принудительное вращение вала которого приводит к торможению рабочей машины. Таким же образом производится запуск двигателя с применением буксировки рабочей машины.

Формула изобретения

1. Автоматическая бесступенчатая механическая передача, содержащая соосные входной и выходной валы, установленные на них зубчатые конические ведущее и ведомое центральные колеса и водило, снабженное радиальными осями, на которых по разные стороны от оси передачи размещены с возможностью вращения на радиальных осях зубчатые конические сателлиты - основные и дополнительные, первые из которых введены в зацепление с ведущим и ведомым центральными колесами, а вторые - с закрепленным в корпусе передачи зубчатым коническим центральным неподвижным опорным колесом, при этом водило размещено между указанными ведущим и ведомым колесами с возможностью свободного вращения на входном или выходном валу, а сателлиты выполнены также с возможностью функционирования в качестве маховиков, отличающаяся тем, что на входном валу закреплено центральное подвижное опорное колесо, которое введено в зацепление с размещенными на радиальных осях водила вспомогательными сателлитами, выполненными также с возможностью функционирования в качестве маховиков.

2. Передача по п.1, отличающаяся тем, что сателлиты передачи выполнены с массивными ободами и одновременно с передачей вращающих моментов и вращательных движений выполняют также функции маховиков.

3. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, сателлиты жестко соосно связаны с размещенными на радиальных осях водила маховиками.

4. Передача по п.1, отличающаяся тем, что каждый из основных сателлитов выполнен в виде жестко соосно соединенных в единый блок двух конических зубчатых колес - внутренних и внешних относительно оси передачи, размещенных на разных расстояниях от геометрической оси передачи и находящихся в зацеплении раздельно с ведущим и ведомым указанными выше колесами, при этом передаточные отношения этих зацепляющихся пар колес различны.

5. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, каждый из основных сателлитов выполнен из одного конического колеса, введенного в зацепление одновременно с указанными выше ведущим и ведомым колесами.

6. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, она содержит две размещенные на одной диаметральной линии радиальные оси водила, на каждой из которых с возможностью независимого друг от друга вращения размещены основные, дополнительные и вспомогательные сателлиты.

7. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, водило содержит две пары перпендикулярных между собой радиальных осей и на каждой из этих пар радиальных осей размещены раздельно в любых сочетаниях основные, дополнительные и вспомогательные сателлиты.

8. Передача по п.1, отличающаяся тем, что геометрические оси радиальных осей водила и геометрическая ось передачи пересекаются в центральной точке, совмещенной с этими осями.

9. Передача по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена механизмом свободного хода, ведущий элемент которого связан с водилом, а ведомый элемент закреплен в корпусе передачи с обеспечением возможности вращения водила только в направлении вращения входного вала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2