автоматическая бесступенчатая механическая передача

Формула изобретения

1. Автоматическая бесступенчатая механическая передача, содержащая корпус, входной и выходной валы, закрепленные на этих валах соответственно ведущее и ведомое центральные конические зубчатые колеса, установленные на входном валу с возможностью вращения вокруг оси передачи водило с радиальными осями, на которых с возможностью вращения установлены симметрично оси передачи сателлиты - основные и дополнительные, основные сателлиты выполнены в виде сблокированных по два конических зубчатых колес - внутренних и внешних относительно оси передачи, введенных порознь в зацепление соответственно с ведущим и ведомым центральными колесами и составляющими с ними пары конических зубчатых колес, дополнительные сателлиты введены в зацепление с центральным коническим зубчатым опорным колесом, ведущее и ведомое центральные колеса размещены по одну сторону от радиальных осей водила, а блоки основных сателлитов и дополнительные сателлиты размещены на радиальных осях водила с возможностью независимо друг от друга вращения, отличающаяся тем, что опорное колесо закреплено на конце полого промежуточного вала, установленного коаксиально с входным валом, другой конец промежуточного вала связан с входным валом при помощи трех последовательно зацепляющихся приводных зубчатых колес, первое из которых закреплено на входном валу, второе приводное колесо закреплено на другом относительно опорного колеса конце промежуточного вала и третье приводное колесо является промежуточным между первым и вторым приводными колесами и установлено на размещенной в корпусе опорной оси, которая размещена в стороне от входного вала и не является соосной этому валу.

2. Передача по п.1, отличающаяся тем, что опорная ось размещена в корпусе передачи параллельно оси передачи, а приводные колеса выполнены цилиндрическими, при этом первое приводное колесо имеет внутренний зубчатый венец.

3. Передача по п.1, отличающаяся тем, что как частный случай выполнения приводные колеса выполнены коническими, а опорная ось размещена под углом, в том числе под прямым углом, к оси передачи.

4. Передача по п.1, отличающаяся тем, что пары зацепляющихся порознь колес - ведущее колесо с внутренним колесом основного сателлита и внешнее колесо основного сателлита с ведомым колесом имеют передаточные отношения, обеспечивающие при неподвижном водиле вращение входного и выходного валов с разной частотой.

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

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

7. Передача по п.1, отличающаяся тем, что как частный случай выполнения она содержит два размещенных на одной диаметральной линии радиальных оси водила, на каждом из которых с возможностью независимого друг от друга вращения размещены основные и дополнительные сателлиты.

8. 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 с возможностью независимого друг от друга вращения соответственно основные или дополнительные сателлиты.

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

10. Передача по п.1, отличающаяся тем, что входной и выходной валы связаны механизмом свободного хода, ведущий элемент которого связан с выходным валом, а ведомый элемент - с входным валом.

Описание изобретения к патенту

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

Известна инерционная передача, содержащая водило с радиальными осями, установленные на них сблокированные по два сателлиты, выполненные из конических колес, и несущие маховики, расположенные по одну сторону от радиальных осей центральные конические колеса, каждое из которых взаимодействует с соответствующим сателлитом с образованием с последними конических пар с разными передаточными отношениями. У этой передачи ведомый и ведущий валы связаны механизмом свободного хода, ведущий элемент которого установлен на ведомом валу, а ведомый элемент - на ведущем валу. При этом функции маховиков выполняют также блоки сателлитов, для чего они выполнены массивными (патент РФ N 2072717, МПК 6 F 16 H 33/10, 3/74, 27.01.97, Бюл. N 3).

У этой инерционной 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 ведущего вала на ведомый вал.

Наиболее близким по совокупности признаков техническим решением к заявленной передаче является инерционная передача, содержащая корпус, соосные ведущий и ведомый валы, закрепленные на последних ведущее и ведомое центральные конические зубчатые колеса, установленное с возможностью вращения вокруг оси передачи водило с радиальными осями, на которых с возможностью вращения установлены сателлиты с маховиками. Передача снабжена жестко соединенным с корпусом опорным зубчатым колесом, введенным в зацепление с сателлитами, несущими маховики, и сблокированными по два сателлитами, внутренними и внешними относительно оси передачи, для зацепления с разными центральными коническими зубчатыми колесами и составляющими с ними пары конических колес, имеющих разные по величине передаточные отношения. Ведущие и ведомые конические зубчатые колеса размещены по одну сторону от радиальных осей водила, а блоки сателлитов и сателлиты с маховиками размещены на радиальных осях водила с возможностью независимого друг от друга вращения.

Ведущий и ведомый валы связаны механизмом свободного хода, ведущая обойма которого связана с ведомым валом, а ведомая - с ведущим валом (патент РФ N 2072716, МПК 6 F 16 H 33/10, 3/74, 27.01.97, Бюл. N 3).

У этой инерционной передачи понижается КПД и эффективность использования мощности двигателя при уменьшении частоты вращения водила вокруг оси передачи, поскольку при этом уменьшается частота вращения сателлитов с маховиками относительно центральной точки пересечения осей передачи и водила, что уменьшает тормозящий момент силы, воздействующий на водило. При неподвижном водиле и обусловленной этим максимальной частоте вращения ведомого вала, сателлиты с маховиками также неподвижны и не принимают участия в передаче вращающего момента от ведущего вала на ведомый вал.

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 или при малой частоте его вращения. Достоинством передачи является простота ее устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что автоматическая бесступенчатая механическая передача содержит корпус, входной и выходной валы, закрепленные на этих валах соответственно ведущее и ведомое центральные конические зубчатые колеса, установленное на входном валу с возможностью свободного вращения вокруг оси передачи водило с радиальными осями, на которых с возможностью вращения установлены симметрично оси передачи сателлиты - основные и дополнительные. Основные сателлиты выполнены в виде сблокированных по два конических зубчатых колес - внутренних и внешних относительно оси передачи, введенных порознь в зацепление соответственно с ведущим и ведомым центральными колесами и составляющими с ними пары конических зубчатых колес. Дополнительные сателлиты введены в зацепление с центральным коническим зубчатым опорным колесом. Ведущее и ведомое центральное колеса размещены по одну сторону от радиальных осей водила. Блоки основных сателлитов и дополнительные сателлиты размещены на радиальных осях водила с возможностью независимого друг от друга вращения.

Согласно изобретению опорное колесо закреплено на конце полого промежуточного вала, установленного коаксиально с входным валом с возможностью независимого от него вращения. Другой конец промежуточного вала связан с входным валом при помощи трех последовательно зацепляющихся приводных зубчатых колес, первое из которых закреплено на входном валу, второе приводное колесо закреплено на другом относительно опорного колеса конце промежуточного вала и третье приводное колесо является промежуточным между первым и вторым приводными колесами и установлено на размещаемой в корпусе передачи оси, которая размещена в стороне от входного вала и не является соосной этому валу.

Опорная ось размещена в корпусе передачи параллельно оси передачи, а приводные колеса выполнены цилиндрическими, при этом первое приводное колесо имеет внутренний зубчатый венец.

Как частный случай выполнения, приводные колеса выполнены коническими, а опорная ось размещена под углом, в том числе под прямым углом, к оси передачи.

Пары зацепляющихся порознь колес - ведущее колесо с внутренним колесом основного сателлита и внешнее колесо основного сателлита с ведомым колесом - имеют передаточные отношения, обеспечивающие при неподвижном водиле вращение входного и выходного валов с разной частотой.

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

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

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

Как частный случай выполнения водило содержит две пары перпендикулярных между собой радиальных осей и на каждой из этих пар радиальных осей размещены с возможностью независимого друг от друга вращения соответственно основные или дополнительные сателлиты.

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

Входной и выходной валы связаны механизмом свободного хода, ведущий элемент которого связан с выходным валом, а ведомый элемент - с входным валом.

На чертеже фиг. 1 дан общий вид автоматической бесступенчатой механической передачи (далее - передача) с показом ее элементов и отличительных признаков, характеризующих изобретение. На чертеже 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 корпус 1, входной 2 и выходной 3 валы, закрепленные на этих валах ведущее 4 и ведомое 5 центральные конические зубчатые колеса. На входном валу 2 с возможностью независимого от него вращения вокруг оси O-O передачи установлено водило 6 с радиальными осями 7, на которых с возможностью вращения установлены симметрично оси O-O передачи сателлиты - основные 8 и 9 и дополнительные 10. Основные сателлиты выполнены в виде сблокированных по два конических зубчатых колес - внутренних 8 и внешних 9 относительно оси O-O передачи, введенных порознь в зацепление соответственно с ведущим 4 и ведомым 5 центральными колесами и составляющих с ними пары конических зубчатых колес. Дополнительные сателлиты 10 введены в зацепление с центральным коническим зубчатым опорным колесом 11, закрепленным на конце полого промежуточного вала 12, установленного коаксиально с входным валом 2 с возможностью независимого от него вращения. Другой конец промежуточного вала 12 связан с входным валом 2 при помощи трех последовательно зацепляющихся зубчатых приводных колес 13, 14, 15. Первое из указанных приводных колес 13 закреплено на входном валу 2. Второе приводное колесо 14 закреплено на противоположном относительно опорного колеса 11 конце промежуточного вала 12. Третье приводное колесо 15 является промежуточным между первым 13 и вторым 14 приводными колесами и установлено на размещенной в корпусе 1 опорной оси 16, которая размещена в стороне от входного вала 2 и не является соосной этому валу. При этом вращение промежуточного вала 12 и закрепленного на нем опорного колеса 11 осуществляется в противоположном направлении по отношению к направлению вращения входного вала 2 и с разной по сравнению с ним частотой.

Ведущее 4 и ведомое 5 центральные колеса размещены по одну сторону от радиальных осей 7 водила 6. Блоки основных сателлитов 8, 9 и дополнительные сателлиты 10 размещены на радиальных осях 7 водила 6 с возможностью независимого друг от друга вращения.

Опорная ось 16 размещена в корпусе 1 передачи параллельно оси O-O передачи, а приводные колеса 13, 14, 15 выполнены цилиндрическими, при этом первое приводное колесо 13 имеет внутренний зубчатый венец.

Как частный случай выполнения приводные колеса выполнены коническими, а опорная ось размещена под углом, в том числе под прямым углом, к оси O-O передачи.

Пары зацепляющихся порознь колес - ведущее колесо 4 с внутренним колесом 8 основного сателлита и внешнее колесо 9 основного сателлита с ведомым колесом 5 - имеют передаточные отношения, обеспечивающие при неподвижном водиле 6 вращение входного 2 и выходного 3 валов с разной частотой.

Сателлиты 8, 9, 10 выполнены с массивными ободами и одновременно с передачей вращающих моментов и вращательных движений выполняют также функции маховиков.

Как частный случай выполнения сателлиты (8, 9) и 10 жестко соосно связаны с размещенными на радиальных осях водила маховиками 17.

Как частный случай выполнения, приведенный на чертеже фиг. 1, передачи содержат две размещенных на одной диаметральной линии радиальных оси 7 водила 6, на каждой из которых с возможностью независимого друг от друга вращения размещены основные 8, 9 и дополнительные 10 сателлиты.

Как частный случай выполнения, приведенный на чертеже фиг. 2, водило 6 содержит две пары перпендикулярных между собой радиальных осей 7 и на каждой из этих пар радиальных осей размещены с возможностью независимого друг от друга вращения соответственно основные 8, 9 или дополнительные 10 сателлиты.

Геометрические оси радиальных осей 7 водила 6 O₁-O₁ и геометрическая ось O-O передачи пересекаются в центральной точке O¹, совмещенной с этими осями.

Входной 2 и выходной 3 валы связаны механизмом свободного хода 18, ведущий элемент которого связан с выходным валом, а ведомый элемент - с входным валом.

Автоматическая бесступенчатая механическая передача работает следующим образом.

За исходное положение принимается, что входной вал 2 вращается с постоянной частотой и передает неизменный по величине вращающий момент. Находящиеся в зацеплении три приводных колеса 13, 14, 15 обеспечивают вращение входного вала 2 и промежуточного вала 12 с опорным колесом 11 в противоположных направлениях, при этом опорное колесо вращается с постоянной частотой.

При вращении входного вала 2 вместе с установленным на нем ведущим колесом 4 и неподвижного выходного вала 3 с установленным на нем также неподвижным ведомым колесом 5 в связи с приложенной к этому валу нагрузкой или началом вращения из неподвижного положения каждое внешнее колесо 9 основного сателлита, жестко соосно связанное с вращающимся вокруг радиальной геометрической оси O₁-O₁ внутренним колесом 8 основного сателлита, обкатывается по неподвижному ведомому колесу 5. При этом весь блок каждого основного сателлита 8, 9 приводит во вращение водило 6 с его радиальными осями 7 вокруг оси O-O передачи. Водило 6 при этом вращается с максимальной частотой в противоположном направлении по отношению к вращению входного вала 2.

Вместе с водилом 6 и его радиальными осями 7 вокруг оси O-O передачи вращаются дополнительные сателлиты 10, находящиеся в зацеплении с вращающимся в том же направлении опорным колесом 11. Совокупное передаточное отношение трех приводных колес 13, 14, 15 обеспечивает вращение промежуточного вала 12 и опорного колеса 11 с большей частотой по сравнению с частотой вращения водила 6 с его радиальными осями 7 вокруг оси передачи O-O в одном направлении вместе с водилом 6. Это определяет вращение водила 6 и опорного колеса 11 относительно друг друга с минимальной частотой.

Из сказанного выше следует, что при неподвижном выходном вале 3 и максимальной частоте вращения водила 6 основные сателлиты 8, 9 вращаются вокруг оси O-O передачи, осей O₁-O₁ радиальных осей 7 водила 6 и центральной точки O¹ пересечения этих осей с максимальной частотой. В то же время дополнительные сателлиты 10 совершают вращение вокруг осей O₁-O₁ радиальных осей 7 водила 6 и относительно центральной точки O¹ с минимальной частотой, в связи с вращением водила 6 и опорного колеса 11 в одном направлении, но с разной частотой.

Известно, что момент количества движения при вращении тела относительно точки является векторной величиной и направление этого вектора совпадает с направлением оси вращения непосредственно тела ("Политехнический словарь" под ред. академика А.Ю.Ишлинского, изд. "Советская энциклопедия", М. - 1980, стр. 310/2). Но поскольку геометрические оси O₁-O₁ радиальных осей 7 водила 6 совершают вращение вокруг оси O-O передачи и относительно центральной точки O¹ пересечения этих осей, направление векторов моментов количества движения основных сателлитов 8, 9 и дополнительных сателлитов 10 постоянно изменяется.

Известно, 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, стр. 73/1).

Момент количества движения 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 упомянутых выше сателлитов 8, 9, 10 противодействует вращению радиальных осей 7 водила 6 вокруг оси O-O передачи. В связи с этим радиальные оси 7 водила 6 являются опорой для передачи вращающего момента от входного вала 2 и ведущего колеса 4 через блок основных сателлитов 8, 9 на ведомое колесо 5 и выходной вал 3.

При указанном выше исходном положении работы передачи, когда выходной вал 3 неподвижен, вращающиеся относительно центральной точки O¹ с максимальной частотой основные сателлиты 8, 9, а также вращающиеся дополнительные сателлиты 10 противодействуют вращению водила 6 с его радиальными осями 7 вокруг оси O-O передачи. При этом указанные радиальные оси 7 являются опорой для передачи вращающего момента от входного вала 2 на выходной вал 3. Величина передаваемого вращающего момента зависит от силового момента торможения радиальных осей 7 водила 6 и от величины передаточных отношений размещенных последовательно двух пар зацепляющихся колес - ведущего колеса 4, внутреннего колеса 8 основного сателлита и внешнего колеса 9 основного сателлита, ведомого колеса 5.

При начале вращения выходного вала 3 и по мере увеличения частоты его вращения частота вращения водила 6 вокруг оси O-O передачи уменьшается, поскольку ведомое колесо 5 начинает вращаться в одном направлении с входным валом 2 и ведущим колесом 4. Соответственно уменьшается частота вращения основных сателлитов 8, 9 вокруг осей O-O передачи и осей O₁-O₁ радиальных осей 7 водила 6, а следовательно, уменьшается частота вращения упомянутых основных сателлитов 8, 9 относительно центральной точки O¹ с соответствующим уменьшением создаваемого ими момента сил, противодействующих вращению водила 6 с его радиальными осями вокруг оси O-O передачи.

Вместе с этим, при начале вращения выходного вала 3 и по мере увеличения частоты его вращения с одновременным уменьшением частоты вращения водила 6 вокруг оси O-O передачи возрастает частота вращения дополнительных сателлитов 10 вокруг осей O₁-O₁ радиальных осей 7 водила 6. Следовательно, возрастает частота вращения дополнительных сателлитов 10 относительно центральной точки O¹ и увеличивается создаваемый ими момент силы, противодействующий вращению водила 6 с его радиальными осями 7 вокруг оси O-O передачи.

В положении, когда водило 6 и его радиальные оси 7 не вращаются вокруг оси O-O передачи, а выходной вал 3 вращается с максимальной частотой, основные сателлиты 8, 9 вращаются вокруг осей O₁-O₁ радиальных осей 7 водила за счет разности в передаточных отношениях между зацепляющимися двумя парами колес - ведущего колеса 4, внутреннего колеса 8 основного сателлита и внешнего колеса 9 основного сателлита, ведомого колеса 5. Дополнительные сателлиты 10 при этом вращаются вокруг осей ₁-O₁ радиальных осей 7 водила с максимальной частотой под воздействием вращающегося с постоянной частотой опорного колеса 11. Действие всех вращающихся при этом сателлитов 8, 9, 10 подобно действию гироскопа, который противодействует повороту оси своего вращения.

Следовательно, предложенная передача будет надежно передавать вращающий момент от входного вала 2 на выходной вал 3 и трансформировать его с плавным бесступенчатым изменением частоты вращения выходного вала в зависимости от приложенной к нему нагрузки при любой частоте вращения выходного вала.

Приведенные выше особенности работы передачи с сателлитами 8, 9, 10, снабженными массивными ободами или сблокированными с маховиками 17, не имеют отличий, поскольку и те и другие дополнительные массы выполняют одни и те же функции инерционных грузов.

Известно, что величина момента количества движения вращающегося тела находится в зависимости от его массы, расстояния этой массы от оси или точки вращения и скорости вращения. Это определяет возможность создавать передачи с различными заданными параметрами путем применения отличающихся по размерам и массе сателлитов 8, 9, 10 и сблокированных с ними, при необходимости, маховиков 17 и использования различных передаточных отношений применяемых в передаче пар зубчатых колес.

При частном случае выполнения передачи, приведенном на чертеже фиг. 2, когда водило 6 содержит две пары перпендикулярных между собой радиальных осей 7, взаимодействие входящих в состав передачи сателлитов 8, 9, 10 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 частные случаи ее выполнения 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 3 на входной вал 2 с целью торможения рабочей машины работа двигателя прекращается. При этом под действием вращающего момента, передаваемого от выходного вала на входной вал, происходит замыкание механизма свободного хода 18, который обеспечивает передачу потока мощности от выходного вала 3 на входной вал 2 и далее на двигатель, принудительное вращение вала которого приводит к торможению рабочей машины. Таким же образом производится запуск двигателя путем буксировки транспортной машины.