Автоматическая бесступенчатая механическая передача
Изобретение относится к машиностроению, транспортному машиностроению, станкостроению. Передача содержит соосные ведущий I и ведомый 2 валы, ведущее 3 и ведомое 4 центральные конические зубчатые колеса, водило 7 с размещенными на радиальных осях основными сателлитами 5, 6 и импульсными сателлитами 8, введенными в зацепление с опорным колесом 9 с двумя зубчатыми венцами 14 и 15, и механизм свободного хода 16. Зубчатый венец 14 зацеплен с импульсными сателлитами 8. Зубчатый венец 15 зацеплен с промежуточным колесом 11 привода опорного колеса. Опорное колесо 9 размещено непосредственно на ведущем валу 1 и вращается в противоположном направлении по сравнению с ведущим валом 1. Одно звено механизма свободного хода 16 закреплено в корпусе 13, другое связано с водилом 7. Сателлиты 5, 6 и 8 снабжены массивными ободами и наряду с передачей вращения и вращающих моментов выполняют также функции маховиков. Технический результат - упрощение, уменьшение размеров и массы передачи. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к общему машиностроению, в частности к передачам, и может быть использовано в транспортном машиностроении, преимущественно в автомобилестроении, а также в станкостроении.
Известна инерционная передача, содержащая установленное с возможностью вращения вокруг оси передачи водило с радиальными осями, размещенные по разные стороны от радиальных осей конические зубчатые центральные колеса, закрепленные на соосных ведущем и ведомом валах, конические зубчатые сателлиты, введенные в зацепление с центральными колесами и образующие с последними пары колес, имеющие разные по величине передаточные отношения, и маховики, установленные на радиальных осях водила. Передача снабжена жестко соединенным с корпусом передачи опорным коническим зубчатым центральным колесом, установленными на радиальных осях водила сателлитами, жестко соединенными с маховиками и введенными в зацепление с опорным колесом, и установленными на осях водила по разные стороны от оси передачи сблокированными по два сателлитами, внутренними и внешними относительно оси передачи, введенными порознь в зацепление с разными центральными колесами, при этом блоки сателлитов и сателлиты с маховиками размещены с возможностью независимого друг от друга вращения вокруг радиальных осей водила (см. патент РФ 2072715, МПК 6 F 16 Н 33/10, 3/74, 27.01.97, Бюл. №3).
Недостатком этой инерционной передачи является то, что при максимальной частоте вращения ведомого вала водило неподвижно и сателлиты не вращаются вокруг его радиальных осей, что сводит к минимуму величину передаваемого на ведомый вал вращающего момента.
Известна также автоматическая бесступенчатая механическая передача, у которой на соосных ведущем и ведомом валах установлены соответственно ведущее и ведомое центральные зубчатые колеса, введенные в зацепление со сблокированными основными сателлитами, размещенными по разные стороны от линии оси передачи на радиальных осях водила, которое установлено на ведущем валу. На других радиальных осях водила размещены по разные стороны от линии оси передачи маховики, сблокированные с сателлитами, введенными в зацепление с опорным колесом, закрепленным на полом промежуточном валу, установленном коаксиально с ведущим валом с возможностью независимого от него вращения. Промежуточный вал связан с приводом опорного колеса, который содержит зубчатые колеса, установленные соответственно на ведущем и промежуточном валах и введенные в зацепление с промежуточным колесом, ось которого установлена в корпусе передачи. Центральные колеса размещены по разные стороны от радиальных осей водила (см. патент РФ 2171927, МПК 7 F 16 Н 33/14, 3/74, 10.08.2001, Бюл. №22).
Недостатком этой автоматической передачи является наличие в ее составе полого промежуточного вала, несущего закрепленные на нем два зубчатых колеса и установленного коаксиально с ведущим валом, что усложняет устройство указанной передачи, увеличивает ее массу и размеры в осевом направлении.
Предлагаемое изобретение обеспечивает достижение технического результата, который заключается в упрощении устройства, уменьшении размеров и массы автоматической бесступенчатой механической передачи.
Указанный технический результат достигается тем, что автоматическая бесступенчатая механическая передача содержит соосные ведущий и ведомый валы, на которых установлены соответственно ведущее и ведомое центральные конические зубчатые колеса, введенные в зацепление с коническими основными сателлитами, размещенные по разные стороны от линии оси передачи на радиальных осях водила, которое установлено с возможностью независимого вращения на ведущем или ведомом валу. На радиальных осях водила по разные стороны от линии оси передачи размещены конические импульсные сателлиты, введенные в зацепление с опорным колесом, установленным соосно с ведущим валом с возможностью независимого от него вращения и связанным с приводом опорного колеса, который содержит зубчатое колесо привода, установленное на ведущем валу и введенное в зацепление с промежуточным зубчатым колесом, ось которого установлена в корпусе передачи. Ведущее и ведомое центральные колеса размещены по разные стороны от радиальных осей водила. Согласно изобретению опорное колесо имеет два зубчатых венца, расположенных на противоположных поверхностях диска колеса, один из зубчатых венцов введен в зацепление с импульсными зубчатыми сателлитами, а другой зубчатый венец введен в зацепление с промежуточным зубчатым колесом привода опорного колеса, при этом опорное колесо размещено непосредственно на ведущем валу с возможностью вращения в противоположном направлении по сравнению с ведущим валом.
Как частный случай выполнения, привод опорного колеса содержит только конические зубчатые колеса, при этом ось промежуточного зубчатого колеса установлена в корпусе передачи под углом к линии оси передачи, а оба зубчатых венца опорного колеса выполнены также коническими.
Как частный случай выполнения, привод опорного колеса содержит только цилиндрические зубчатые колеса, а ось промежуточного зубчатого колеса установлена в корпусе передачи параллельно линии оси передачи, при этом один зубчатый венец опорного колеса, входящий в зацепление с импульсным сателлитом, выполнен коническим, а другой зубчатый венец опорного колеса, введенный в зацепление с промежуточным зубчатым колесом привода опорного колеса, выполнен цилиндрическим с внутренним зацеплением.
Геометрическая диаметральная линия оси радиальных осей водила и линия оси передачи пересекаются в центральной точке, совмещенной с этими линиями осей.
Все сателлиты выполнены с массивными ободами с возможностью увеличения при вращении их моментов количества движения.
Как частный случай выполнения, передача содержит две размещенные на одной диаметральной линии радиальных оси водила, на каждой из которых с возможностью независимого друг от друга вращения размещены основные и импульсные сателлиты.
Как частный случай выполнения, водило содержит две пары перпендикулярных между собой радиальных осей, и на одной из этих пар радиальных осей размещены основные сателлиты, а на другой паре упомянутых осей - импульсные сателлиты с возможностью независимого друг от друга вращения.
Как частный случай выполнения, каждый из основных сателлитов выполнен в виде блока двух сателлитов, внутренних и внешних относительно линии оси передачи, введенных порознь в зацепление соответственно с ведущим или ведомым центральными колесами с образованием пар колес, имеющих разные по величине передаточные отношения.
Как частный случай выполнения, каждый из основных сателлитов выполнен в виде единого зубчатого колеса, введенного в зацепление одновременно с ведущим и ведомым центральными колесами.
Передача снабжена механизмом свободного хода, одно из звеньев которого закреплено в корпусе передачи, а другое звено связано с водилом с обеспечением возможности свободного вращения водила только в направлении вращения ведущего вала и стопорения вращения в направлении вращения ведомого вала.
На фиг.1 показано в общем виде устройство автоматической бесступенчатой механической передачи. На фиг.2 дано изображение привода опорного колеса, выполненного, как частный случай, из цилиндрических зубчатых колес.
Автоматическая бесступенчатая механическая передача содержит соосные ведущий 1 и ведомый 2 валы, на которых установлены соответственно ведущее 3 и ведомое 4 центральные конические зубчатые колеса, введенные в зацепление с коническими основными сателлитами 5 и 6, размещенными по разные стороны от линии оси О-О передачи на радиальных осях водила 7, которое установлено с возможностью независимого вращения на ведущем 1 или ведомом 2 валу. На радиальных осях водила 7 по разные стороны от линии оси О-О передачи размещены конические импульсные сателлиты 8, введенные в зацепление с опорным колесом 9, установленным соосно с ведущим валом 1 с возможностью независимого от него вращения и связанным с приводом опорного колеса, который содержит зубчатое колесо привода 10, установленное на ведущем валу 1 и введенное в зацепление с промежуточным зубчатым колесом 11, ось 12 которого установлена в корпусе 13 передачи. Ведущее 3 и ведомое 4 центральные колеса размещены по разные стороны от радиальных осей водила 7.
Опорное колесо имеет два зубчатых венца 14 и 15, расположенных на противоположных поверхностях диска колеса. Один из этих зубчатых венцов 14 введен в зацепление с импульсными сателлитами 8, а другой зубчатый венец 15 введен в зацепление с промежуточным зубчатым колесом 11 привода опорного колеса. При этом опорное колесо 9 размещено непосредственно на ведущем валу 1 с возможностью вращения в противоположном направлении по сравнению с ведущим валом.
Как частный случай выполнения, приведенный на чертеже фиг.1, привод опорного колеса содержит только конические зубчатые колеса, при этом ось 12 промежуточного зубчатого колеса 11 установлена в корпусе 13 передачи под углом, в том числе под прямым углом, к линии оси О-О передачи, а оба зубчатых венца 14 и 15 опорного колеса 9 выполнены также коническими.
Как частный случай выполнения, привод опорного колеса (фиг.2) содержит цилиндрические зубчатые колеса, а ось 12 промежуточного зубчатого колеса 11 установлена в корпусе 13 передачи параллельно линии оси О-О передачи. При этом один зубчатый венец 14 опорного колеса 9, входящий в зацепление с импульсными сателлитами 8, выполнен коническим, а другой зубчатый венец 15 опорного колеса, введенный в зацепление с промежуточным зубчатым колесом 11 привода опорного колеса, выполнен цилиндрическим с внутренним зацеплением.
Геометрическая диаметральная линия оси О1-О1 радиальных осей водила 7 и линия оси О-О передачи пересекаются в центральной точке О1, совмещенной с этими линиями осей.
Все сателлиты 5, 6 и 8 выполнены с массивными ободами с возможностью увеличения при вращении их моментов количества движения.
Как частный случай выполнения, передача содержит две размещенные на одной диаметральной линии О1-О1 радиальных оси водила 7, на каждой из которых с возможностью независимого друг от друга вращения размещены основные 5, 6 и импульсные 8 сателлиты.
Как частный случай выполнения, водило содержит две пары перпендикулярных между собой радиальных осей, и на одной из этих пар радиальных осей размещены основные сателлиты 5, 6, а на другой паре упомянутых осей - импульсные сателлиты 8 с возможностью независимого друг от друга вращения.
Как частный случай выполнения, каждый из основных сателлитов 5, 6 выполнен в виде блока двух сателлитов, внутренних 5 и внешних 6 относительно линии оси О-О передачи, введенных порознь в зацепление соответственно с ведущим 3 и ведомым 4 центральными колесами с образованием пар колес, имеющих разные по величине передаточные отношения.
Как частный случай выполнения, каждый из основных сателлитов выполнен в виде единого зубчатого колеса (5+6), введенного в зацепление одновременно с ведущим 3 и ведомым 4 центральными колесами.
Передача снабжена механизмом свободного хода 16, одно из звеньев которого закреплено в корпусе 13 передачи, а другое звено связано с водилом 7 с обеспечением возможности свободного вращения водила только в направлении вращения ведущего вала 1 и стопорения вращения в направлении вращения ведомого вала 2.
Предложенная автоматическая бесступенчатая механическая передача более проста по устройству и имеет меньшие размеры и массу по сравнению с принятым прототипом (передача по указанному выше патенту РФ 2171927) в связи с исключением из ее состава промежуточного вала и установленного на нем зубчатого колеса, находящегося в зацеплении с промежуточным зубчатым колесом.
Автоматическая бесступенчатая механическая передача работает следующим образом.
При вращении ведущего вала 1 с ведущим центральным колесом 3 и неподвижном ведомом вале 2 в связи с приложенной к нему нагрузкой или началом вращения из неподвижного положения блоки основных сателлитов 5, 6 вращаются на радиальных осях водила вокруг оси О1-О1 радиальных осей водила 7, поскольку внутренние основные сателлиты 5 находятся в зацеплении с вращающимся ведущим центральным колесом 3, а вращающиеся сблокированные с внутренними сателлитами внешние основные сателлиты 6 перекатываются по неподвижному ведомому центральному колесу 4, вовлекая водило с его радиальными осями 7 во вращение вокруг линии оси О-О передачи в направлении вращения ведущего вала 1. Вместе с водилом вращаются вокруг линии оси О-О передачи установленные на радиальных осях водила 7 импульсные сателлиты 8, которые находятся в зацеплении с опорным колесом 9.
Привод опорного колеса при помощи входящих в его состав зубчатых колес 10 и 11 передает постоянное вращение при любых режимах работы передачи от ведущего вала 1 на опорное колесо 9 в направлении, обратном направлению вращения ведущего вала 1 и ведущего центрального колеса 3. При этом водило с его радиальными осями и опорное колесо 9 вращаются вокруг линии оси О-О передачи во взаимно противоположных направлениях. Это обеспечивает вращение импульсных сателлитов 8 одновременно вокруг линии оси О1-О1 радиальных осей водила 7 и линии оси О-О передачи с максимальной частотой. Одновременное вращение вокруг упомянутых линий осей совершают и основные сателлиты 5, 6.
Одновременное вращение импульсных сателлитов 8 и блоков основных сателлитов 5, 6 вокруг двух пересекающихся осей - линии оси О-О передачи и линии оси О1-О1 радиальных осей водила 7 равнозначно их вращению относительно центральной точки О1 пересечения этих осей. Известно, что вращающееся тело имеет определенный момент количества движения, который проявляется с соблюдением всеобщего закона сохранения, согласно которому момент количества движения может быть изменен только под воздействием внешних сил. Известно также, что момент количества движения при вращении тел относительно точки является векторной величиной. При указанном выше характере вращения всех сателлитов 5, 6 и 8 относительно центральной точки О1 векторы их моментов количества движения постоянно изменяют свое направление. Действия над векторами являются отражением соответствующих действий над векторными величинами (см., например, "Политехнический словарь" под редакцией академика А.Ю.Ишлинского, издание второе, изд. "Советская энциклопедия", Москва - 1980, стр.73/1).
Указанные физические закономерности определяют применение в описании изобретения термина "импульсный сателлит", поскольку его назначением является создание момента количества движения (момента импульса), направление вектора которого постоянно изменяется и приводит к проявлению сил, обеспечивающих работоспособность передачи.
Из сказанного следует, что проявление всеобщего закона сохранения момента количества движения противодействует вращению водила с его радиальными осями 7 вокруг линии оси О-О передачи. В связи с этим водило и его радиальные оси являются опорой для передачи вращающего момента от ведущего центрального колеса 3 через блоки основных сателлитов 5, 6 на ведомое центральное колесо 4 и далее на ведомый вал 2.
При неподвижном ведомом центральном колесе 4 частота вращения импульсных сателлитов 8 относительно центральной точки О1 является наибольшей. Частота вращения блоков основных сателлитов 5, 6 вокруг линии оси О-О передачи также является наибольшей. Следовательно, при данных условиях противодействие вращению водила вокруг линии оси О-О передачи также будет максимальным, что обеспечит передачу на неподвижное ведомое центральное колесо 4 и далее на ведомый вал 2 максимального по величине момента силы. При этом обеспечивается возможность работы двигателя и вращения ведущего вала 1 вместе с ведущим центральным колесом 3 при неподвижном ведомом вале 2. Внешне опорой для торможения вращения водила и обеспечения передачи и преобразования вращающего момента в конечном счете является корпус 13 передачи, в котором установлена не совпадающая с линией оси О-О передачи ось 12 промежуточного зубчатого колеса 11 привода опорного колеса 9.
Из сказанного выше следует, что величина тормозящего момента силы, приложенного к водилу, зависит от массы вращающихся всех сателлитов 5, 6 и 8 и от частоты их вращения относительно центральной точки О1, а также от передаточных отношений всех включенных в состав передачи пар колес. Этим определяются основные параметры передачи.
Под действием максимального по величине момента силы, приложенного к ведомому центральному колесу 4, оно начинает вращаться в противоположном направлении по сравнению с ведущим валом 1 и ведущим центральным колесом 3. Это приводит к замедлению вращения водила с радиальными осями 7 вокруг линии оси О-О передачи с одновременным замедлением вращения импульсных сателлитов 8 вокруг радиальных осей водила 7 и центральной точки О1. Соответственно уменьшается связанный с этим тормозящий момент силы на водиле и зависящая от этого величина передаваемого вращающего момента.
Вместе с тем, с началом вращения ведомого колеса 4 частота вращения блока основных сателлитов 5, 6 вокруг радиальный осей водила 7 увеличивается, поскольку основные сателлиты входят в зацепление с ведущим 3 и ведомым 4 центральными колесами, которые вращаются в противоположных направлениях. Это обеспечивает сохранение тормозящего момента силы на водиле при любом режиме работы передачи.
При максимальной частоте вращения ведомого центрального колеса 4 и ведомого вала 2 водило неподвижно. Однако и при этом к нему приложен тормозящий момент силы, обеспечивающий передачу вращающего момента на ведомое центральное колесо 4. Это обусловлено тем, что опорное колесо 9 постоянно вращается при любом режиме работы передачи и приводит во вращение импульсные сателлиты 8, в том числе и при неподвижном водиле. Помимо этого, при указанных условиях блоки основных сателлитов 5, 6 вращаются с максимальной частотой, поскольку они введены в зацепление с вращающимися в противоположных направлениях ведущим 3 и ведомым 4 центральными колесами, первое из которых вращается с постоянной частотой, а ведомое центральное колесо - с максимальной частотой. Устойчивость водила и его радиальных осей при данном режиме работы обеспечивается тем, что даже при их незначительных поворотах вокруг линии оси О-О передачи происходит изменение направления векторов моментов количества движения всех сателлитов относительно центральной точки О1 с проявлением при этом всеобщего закона сохранения момента количества движения.
При необходимости передачи вращающего момента и вращения от ведомого вала 2 на ведущий вал 1 с целью торможения рабочей машины работа двигателя прекращается. При этом под воздействием вращающегося ведомого вала 2 происходит замыкание механизма свободного хода 16, который обеспечивает передачу потока мощности от вращающегося ведомого вала на ведущий вал и далее на двигатель, который оказывает сопротивление вращению его вала при неработающем режиме. Это же обеспечивает пуск двигателя путем буксировки рабочей машины.
1. Автоматическая бесступенчатая механическая передача, содержащая соосные ведущий и ведомый валы, на которых закреплены соответственно ведущее и ведомое центральные конические зубчатые колеса, введенные в зацепление с коническими основными сателлитами, размещенными на радиальных осях водила, которое установлено с возможностью независимого вращения на ведущем валу, на радиальных осях водила по разные стороны от линии оси передачи размещены конические импульсные сателлиты, введенные в зацепление с опорным колесом, связанным с приводом опорного колеса, который содержит цилиндрические зубчатые колеса, одно из которых закреплено на ведущем валу и введено в зацепление с промежуточным зубчатым колесом, ось которого размещена в корпусе передачи параллельно линии оси передачи, зубчатый венец опорного колеса, входящий в зацепление с импульсными сателлитами, выполнен с коническим зацеплением, ведущее и ведомое центральные колеса размещены по разные стороны от радиальных осей водила, опорное колесо размещено на ведущем валу, отличающаяся тем, что опорное колесо имеет два зубчатых венца, при этом зубчатый венец опорного колеса, входящий в зацепление с промежуточным зубчатым колесом привода опорного колеса, выполнен с внутренним зацеплением, сателлиты передачи выполнены с массивными ободами с возможностью увеличения при вращении их моментов количества движения, опорному колесу обеспечена возможность независимого вращения в противоположном направлении по сравнению с ведущим валом.
2. Передача по п.1, отличающаяся тем, что линия оси радиальных осей водила и линия оси передачи пересекаются в центральной точке, совмещенной с этими линиями осей.
3. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, каждый из основных сателлитов выполнен в виде блока двух сателлитов, внутренних и внешних относительно линии оси передачи, введенных порознь в зацепление соответственно с центральными ведущим или ведомым колесами с образованием пар колес, имеющих разные по величине передаточные отношения.
4. Передача по п.1, отличающаяся тем, что, как частный случай выполнения, каждый из основных сателлитов выполнен в виде единого зубчатого колеса, введенного в зацепление одновременно с центральными ведущим и ведомым колесами.
5. Передача по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена механизмом свободного хода, одно из звеньев которого закреплено в корпусе передачи, а другое звено связано с водилом с обеспечением возможности свободного вращения водила только в направлении вращения ведущего вала и стопорения вращения водила в направлении вращения ведомого вала.
