бесступенчатая автоматическая передача

Формула изобретения

Бесступенчатая автоматическая передача, включающая корпус, ведущий и ведомый валы, шаровый механизм, состоящий из ведущего цилиндра, охваченного замкнутым эллиптическим пазом полукруглого сечения, и ведомого стакана, расположенного концентрично с цилиндром, по образующим посадочного отверстия которого имеются прямолинейные пазы полукруглого сечения для сочетания с эллиптическим пазом посредством шаров, отличающаяся тем, что передача содержит два последовательно расположенных цилиндра, соединенных соответственно с ведущим и ведомым валами и охваченных единым стаканом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, в частности к системам передач. Известны бесступенчатые передачи механического типа для плавного изменения передаточного отношения между приводом и исполнительным механизмом. Это фрикционные передачи с гибким звеном /клиновидный ремень или специальная цепь/ и раздвижными коническими шкивами, с жесткими звеньями /ролики, чашки и др. /, передачи зацепления с промежуточными шарами и др. /см., например, "Политехнический словарь, " Москва 1977, под редакцией академика И.И.Артоболевского, стр. 52/. Недостатком передач механического типа является невозможность автоматического изменения передаточного отношения в зависимости от нагрузки, что значительно сужает область их применения, несмотря на такое достоинство, как высокий коэффициент полезного действия /КПД 0,85-0,95/. К недостаткам передач фрикционного типа относится и сравнительно низкий передаваемый вращающий момент, что при резко возрастающей нагрузке часто приводит к вредному проскальзыванию клинового ремня или иных жестких звеньев. В общем, отмеченные недостатки являются следствием отсутствия надежного механического зацепления взаимодействующих звеньев передачи. Известен также шаровой механизм, входящий в заявки N 98115866 "Автомобильный дифференциал Ващенко" и N 99101514 "Автоматическая коробка скоростей Ващенко", состоящий из ведущего цилиндра, охваченного замкнутым эллиптическим пазом полукруглого сечения, и ведомого стакана, расположенного концентрично с цилиндром, по образующим посадочного отверстия которого расположены пазы полукруглого сечения для сочетания с эллиптическим пазом посредством шаров. В первом случае шаровой механизм используется для мягкой передачи вращающего момента от одной полуоси к другой, во втором он является элементом управления коробкой скоростей, генерируя опорное сопротивление для сателлитов соответственно изменяющейся нагрузке. Известно применение шарового механизма и по заявке N 99102148 "Автомобильный дифференциал Ващенко-2", где его свойства используются для изменения сцепления двух концентрично расположенных деталей в зависимости от их относительной окружной скорости вращения. Кроме отмеченных функциональных назначений шаровому механизму присуще еще очень важное свойство - быть положенным в основу создания бесступенчатой автоматической передачи без применения каких бы то ни было шестеренчатых зацеплений.

Задачей заявляемого технического решения является создание бесступенчатой автоматической передачи с надежным вращающим моментом, отличающейся компактностью и малогабаритностью в связи с отсутствием огромного блока валов и шестерен.

Решение поставленной задачи достигается тем, что бесступенчатая автоматическая передача, включающая корпус, ведущий и нагрузочный валы, шаровой механизм, состоящий из ведущего цилиндра, охваченного замкнутым эллиптическим пазом полукруглого сечения и ведомого стакана, расположенного концентрично с цилиндром, по образующим посадочного отверстия которого имеются прямолинейные пазы полукруглого сечения для сочетания с эллиптическим пазом посредством шаров, содержит два последовательно расположенных цилиндра, соединенных соответственно с ведущим и нагрузочным валами, и охваченных единым стаканом.

Новизна изобретения усматривается в том, что предложенное сочетание известных элементов обеспечивает широкий диапазон варьирования скоростями и высокую избирательную способность автоматической передачи без применения зубчатых зацеплений.

По данным патентной и научно-технической литературы заявленная конструкция не обнаружена, что позволяет судить об изобретательском уровне предлагаемого решения.

Промышленная применимость обусловлена тем, что бесступенчатая автоматическая передача Ващенко может быть использована в автомобиле- и тракторостроении, а также в других транспортных машинах.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема "Бесступенчатой автоматической передачи". Она устроена следующим образом.

В корпусе передачи 1 установлены ведущий вал 2 цилиндра 3 и ведомый вал 4 цилиндра 5. Цилиндры 3 и 5 порознь окружены замкнутыми эллиптическими пазами полукруглого сечения 6 и 7 и непосредственно между собой не связаны. Их кинематическая связь осуществляется посредством единого охватывающего стакана 8, по образующим посадочного отверстия которого расположены прямолинейные пазы 9. Посредством шаров 10 эллиптические пазы 6 и 7 цилиндров 3 и 5 сочетаются с прямолинейным пазом 9 единого стакана 8. Количество прямолинейных пазов равно числу шаров 10 в каждом цилиндре. Другими словами, в каждом прямолинейном пазу 9 находятся два шара /по одному от каждого цилиндра/.

Работает бесступенчатая автоматическая передача следующим образом. При постоянной частоте вращения ведущего вала 2 и цилиндра 3 в указанном направлении шар 10 совершает сложное движение. Он движется в направлении, перпендикулярном плоскости эллиптического паза 6, и одновременно перемещается вдоль паза 9. Этим объясняется меньшее значение окружной скорости стакана 8 в сравнении с окружной скоростью цилиндра 3. Конкретная величина "отставания" стакана 8 от цилиндра 3 определяется значением нагрузки на валу 4 и цилиндре 5. За половину оборота цилиндра 3 относительно стакана 8 шар 10 совершает перемещение из крайнего левого в крайнее правое положение по прямолинейному пазу 9 /в пределах эллиптического паза 6/. За вторую половину относительного оборота цилиндра 3 и стакана 8 шар 10 возвращается в исходное положение по пазу 9. Таким образом, одному обороту цилиндра 3 относительно стакана 8 соответствует одно колебание шара 10. С увеличением нагрузки стакан 8 теряет обороты и число колебаний шара 10 в единицу времени увеличивается, как результат увеличения относительной скорости цилиндра 3 и стакана 9. Так как воздействие шара 10 на паз 9 осуществляется в процессе его колебания - одного эллиптического прохода, то и число силовых воздействий шара 10 на стакан 8 в единицу времени увеличивается. Другими словами, чем больше загружен стакан 8, тем больший вращающий момент от цилиндра 3 передается ему. По отношению к нагрузочному цилиндру 5 стакан 8 является ведущим звеном, и его силовое воздействие на цилиндр 5 посредством шаров 10 аналогично описанному. Только теперь "отстающим" звеном является цилиндр 5, который при дальнейшем увеличении нагрузки еще более теряет обороты уже по отношению к стакану 8. Следовательно, число шаровых колебаний в единицу времени по эллиптическому 7 также увеличится, что сопровождается увеличением вращающего момента от стакана 8 цилиндру 5. С уменьшением нагрузки вал 4 и цилиндр 5 набирают обороты, частота шаровых колебаний уменьшается и принимает те значения, которые соответствуют нагрузке.

Для определения передаточного отношения-i передачи /фиг.2/ строится план скоростей для звеньев механизма применительно к самой характерной точке эллиптического паза /конец малой полуоси эллипса/, в которой находится шар Ш₁, при допущении, что механизм плоский.

Из полюса плана скоростей _v откладывается в любом масштабе вектор окружной скорости ведущего цилиндра известный по величине и направлению. Из конца вектора проводится прямая, параллельная большой полуоси эллиптического паза 1 до пересечения с прямой перпендикулярной эллиптическому пазу 1 на чертеже. вектор абсолютной скорости шара Ш₁. скорость шара относительно цилиндра по величине и направлению. Из точки Ш₁ проводится горизонтальная прямая параллельно прямолинейному пазу до пересечения с прямой которая является вектором абсолютной скорости шара Ш₂. При этом точка пересечения прямой Ш₁, Ш₂ с вектором определяет вектор абсолютной скорости единого стакана. Шар Ш₂ опережает цилиндр Ц₂, который отстает от него в плоскости вращения на величину Ш₂t, а в осевом направлении на величину t. Из точки t проводится прямая, параллельная большой полуоси эллиптического паза 2 до пересечения с вектором Полученная точка пересечения Ц₂ определяет значение вектора окружной скорости цилиндра Ц₂, по величине и направлению. При этом прямая есть вектор скорости шара Ш₂ по величине и направлению относительно цилиндра 2. Отношение векторов и является передаточным числом. Как следует из плана скоростей, вектор можно изменять по величине, располагая большую полуось эллиптического паза 2 под разным углом к оси вращения передачи, что влечет за собой изменение отношения Так, с уменьшением угла вектор скорости уменьшается, но в результате более крутой постановки эллиптического паза 2 к плоскости вращения стакана 8, его силовое воздействие на цилиндр Ц₂ увеличивается.