бесступенчатый привод

Формула изобретения

1. Бесступенчатый привод, содержащий корпус, ведущий вал с качающейся шайбой, механизм изменения угла наклона шайбы, передаточные звенья с механизмами свободного хода, два ведомых вала и маховики по числу ведомых валов, отличающийся тем, что ведущий вал снабжен второй качающейся шайбой, механизм изменения угла наклона подвижно установлен на ведущем валу между качающимися шайбами и снабжен поводками различной длины, шарнирно соединенными с внутренними кольцами шайб с возможностью качания шайб в противофазе, при этом опоры наружного кольца каждой шайбы снабжены выведенными за пределы корпуса цапфами, на которых посредством механизма свободного хода посажены шестерни, каждая пара которых, из числа расположенных с одной стороны корпуса, находится в зацеплении с промежуточным зубчатым колесом, образующим две пары передаточных звеньев, которые заканчиваются ведомым валом, посаженным в ступице колеса.

2. Привод по п. 1, отличающийся тем, что расположенные по бокам корпуса шестерни и промежуточное колесо размещены в кожухах с опорами для ведомого вала.

3. Привод по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в механизмах свободного хода наружной обоймой является ступица шестерни.

4. Привод по п. 1 или 3, отличающийся тем, что механизмы свободного хода с одной стороны корпуса развернуты на 180^o по отношению к механизмам противоположной стороны.

5. Привод по п. 1 или 2, отличающийся тем, что делительный диаметр промежуточного зубчатого колеса больше соответствующих диаметров взаимодействующих с ним шестерен, размеры которых одинаковы.

6. Привод по п. 1, отличающийся тем, что механизм изменения угла наклона шайб включает шлицевой ползун, на котором посредством радиально-упорных подшипников качения смонтирована обойма, снабженная управляющим рычагом, выведенным за пределы корпуса.

7. Привод по п. 1 или 6, отличающийся тем, что механизм изменения угла наклона шайб снабжен винтовым устройством с самотормозящейся резьбой, подвижный ведомый элемент которого соединен с указанным рычагом.

8. Привод по п. 1, отличающийся тем, что ведущий вал имеет два хвостовика, выведенных за пределы корпуса.

9. Привод по п. 1 или 6, отличающийся тем, что величина смещения ползуна и длины поводков выбраны из условия одновременного наклона обеих шайб в противоположные стороны на углы от 0 до 30^o.

10. Привод по п. 1 или 2, отличающийся тем, что маховики посажены на ведомых валах.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в транспортных средствах.

Известен автоматический импульсный вариатор, содержащий ведущий и ведомые валы, преобразующий механизм в виде наклонной шайбы с регулируемым углом наклона, кинематически связанной с механизмами свободного хода, размещенными в конических шестернях, взаимодействующих с коническим колесом, закрепленным на ведомом валу, и механизм автоматической регулировки с осевой пружиной и связанной с ней подвижной относительно ведущего вала опорой (SU 1019152 А, МПК³ F 16 Н 29/04, 1983).

Технический недостаток подобных импульсных вариаторов: повышенная длина из-за наличия пружины, нестабильность автоматической регулировки вследствие перемещения опоры по резьбе, коэффициент трения в которой изменяется под влиянием ряда факторов, и наличие только одного ведомого (выходного) вала, который расположен соосно ведущему валу, что затрудняет использование вариатора в составе транспортного средства.

Известен также автоматический (бесступенчатый) привод, содержащий корпус, ведущий вал с качающейся шайбой, механизм изменения угла наклона шайбы, передаточные звенья с механизмами свободного хода, два ведомых вала и маховики по числу ведомых валов (SU 1753117 А1, МПК⁵ F 16 Н 29/22, 1992; часть названных элементов не включена в формулу изобретения, но показана на чертежах и в описании).

Технический недостаток данного привода: ограниченные углы наклона качающейся шайбы и, как следствие, повышенная виброактивность привода; невозможность (по представленным материалам) изменения угла наклона шайбы при вращении ведущего вала, что ограничивает функциональные возможности привода; выполнение механизмов свободного хода с элементами храпового устройства (фиг. 3 и 4), что нерационально для быстроходных приводов; возможность "зависания" привода - перехода в стоповый режим (без указаний о выходе из этого режима), что недопустимо для транспортных средств. Отмеченные недостатки снижают стабильность и надежность работы привода.

Техническая задача - повышение стабильности и надежности работы за счет: двустороннего привода ведомых валов посредством двух качающихся шайб, управляемых при вращении валов; простых передаточных звеньев в виде зубчатых передач, расположенных совместно с механизмами свободного хода и маховиками непосредственно на корпусе.

Согласно изобретению ведущий вал снабжен второй качающейся шайбой, механизм изменения угла наклона подвижно установлен на ведущем валу между качающимися шайбами и снабжен поводками различной длины, шарнирно соединенными с внутренними кольцами шайб с возможностью качания шайб в противофазе, при этом опоры наружного кольца каждой шайбы снабжены выведенными за пределы корпуса цапфами, на которых посредством механизма свободного хода посажены шестерни, каждая пара которых, из числа расположенных с одной стороны корпуса, находится в зацеплении с промежуточным зубчатым колесом, образующим две пары передаточных звеньев, которые заканчиваются ведомым валом, посаженным в ступице колеса.

Наряду с этим расположенные по бокам корпуса шестерни и промежуточное колесо размещены в кожухах с опорами для ведомого вала; в механизмах свободного хода наружной обоймой является ступица шестерни; механизмы с одной стороны корпуса развернуты на 180^o по отношению к механизмам противоположной стороны; делительный диаметр промежуточного зубчатого колеса больше соответствующих диаметров взаимодействующих с ним шестерен, размеры которых одинаковы; механизм изменения угла наклона шайб включает шлицевой ползун, на котором посредством радиально-упорных подшипников качения смонтирована обойма, снабженная управляющим рычагом, выведенным за пределы корпуса; этот механизм снабжен винтовым устройством с самотормозящейся резьбой, подвижный элемент которого соединен с указанным рычагом; ведущий вал имеет два хвостовика, выведенных за пределы корпуса; величина смещения ползуна и длины поводков выполнены из возможности одновременного наклона обеих шайб в противоположные стороны на углы от нуля до 30^o; маховики посажены на ведомых валах.

На фиг. 1 изображен бесступенчатый привод, вид сбоку, в разрезе; на фиг. 2 - привод, вид в плане, в разрезе, фрагмент; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1, повернуто.

Бесступенчатый привод содержит корпус 1, в котором на подшипниках смонтирован ведущий вал 2 с двумя хвостовиками 3 и 4, выведенными за пределы корпуса. Хвостовики предназначены соответственно для связи с приводным двигателем и, например, со шкивом ременной передачи генератора и вентилятора (на чертежах не показаны). На ведущем валу 2 посредством осей 5 установлены две качающиеся шайбы 6 и 7. Между шайбами на шлицевом участке 8 ведущего вала подвижно установлен механизм 9 изменения угла наклона шайб. Последний снабжен поводками 10 и 11 различной длины, шарнирно соединенными с внутренними кольцами 12 соответствующих шайб. Длина поводков и места их расположения на механизме 9 и на внутренних кольцах 12 выбраны из возможности качания шайб 6 и 7 в противофазе. Обе качающиеся шайбы имеют посаженный на внутреннем кольце 12 подшипник 13, промежуточное кольцо 14 и связанное с ним осями 15 наружное кольцо 16. Опоры 17 наружных колец смонтированы в корпусе 1 на подшипниках. Продолжением опор 17 являются цапфы, которые выведены за пределы корпуса и на которых посредством механизма свободного хода 18 посажены шестерни 19 и 20 - каждая пара этих шестерен, из числа расположенных с одной стороны корпуса 1, находится в зацеплении с промежуточным зубчатым колесом 21, образующим две пары передаточных звеньев - по обе стороны корпуса 1. Каждая пара этих звеньев заканчивается ведомым валом 22, посаженным в ступице колеса 21.

Расположенные по бокам шестерни 19, 20 и промежуточное колесо 21 размещены в кожухах 23, при этом подшипниковые опоры для ведомого вала 22 установлены и в корпусе, и в кожухе. Каждый ведомый вал выходит за пределы кожуха 23, на котором посажен маховик 24. Заканчиваются ведомые валы хвостовиком 25 для соединения с дифференциалами и т.п. элементами транспортного средства (на чертежах не показаны). В механизмах свободного хода 18 наружной обоймой является ступица соответствующей шестерни 19 и 20; это способствует упрощению и снижению габаритов конструкции. Механизмы свободного хода с одной стороны корпуса 1 развернуты на 180^o по отношению к механизмам противоположной стороны. В передаточных звеньях делительный диаметр промежуточного зубчатого колеса 21 больше соответствующих диаметров взаимодействующих с ним шестерен 19 и 20, размеры которых одинаковы. Это означает, что при передаче момента от шестерни 19 или от шестерни 20 к колесу 21 (и далее на ведомый вал 22) реализуется дополнительное передаточное отношение в системе ведущий вал 2 - ведомые валы 22.

Механизм 9 изменения угла наклона качающихся шайб 6 и 7 включает шлицевой ползун 26, на котором посредством радиально-упорных подшипников качения 27 смонтирована обойма 28. Последняя снабжена управляющим рычагом 29, выведенным за пределы корпуса. Дополнительно к этому механизм изменения угла наклона шайб снабжен винтовым устройством 30, смонтированным в приливе корпуса 1. Винтовое устройство содержит приводной винт 31, посаженный в приливе на подшипниках скольжения и заканчивающийся хвостовиком 32 для связи с соответствующим приводным элементом транспортного средства. Винт 31 находится в зацеплении с пустотелым подвижным ведомым элементом 33 с внутренней резьбой. Резьба на винте 31 и в элементе 33 является мелкой и самотормозящейся. На наружной поверхности ведомого элемента 33 выполнен паз, в который введен выступ 34 на крышке винтового устройства 30. Вследствие этого исключается возможность вращения элемента 33 - он может передвигаться лишь возвратно-поступательно. На конце ведомого элемента выполнено отверстие, с помощью которого элемент соединен с указанным управляющим рычагом 29. В механизме 9 изменения угла наклона шайб величина смещения ползуна 26 по шлицевому участку 8 ведущего вала 2 и длины поводков 10 и 11 выполнены из возможности одновременного наклона обеих качающихся шайб 6 и 7 в противоположные стороны на углы от нуля до 30^o.

Бесступенчатый привод работает следующим образом.

В исходном положении ползун 26 с обоймой 28 и управляющим рычагом 29 механизма 9 изменения угла наклона качающихся шайб 6 и 7 находится в крайнем правом положении (фиг. 1). В этом случае шайбы 6 и 7 располагаются перпендикулярно геометрической оси ведущего вала 2 - угол наклона шайб =0. При вращении ведущего вала шайбы не совершают качательных движений, вследствие чего опоры 17 с цапфами наружных колец 16 шайб, шестерни 19, 20 и промежуточные зубчатые колеса 21 с ведомыми валами 22 остаются неподвижными. Приведение в действие привода - передача крутящего момента от двигателя, через один из хвостовиков 3 или 4 и ведущий вал 2, на ведомые валы 22 осуществляется плавным перемещением (за счет мелкой резьбы в паре приводной винт 31 - подвижный ведомый элемент 33) управляющего рычага 29, а вместе с ним обоймы 28 с ползуном 26 по шлицевому участку 8 ведущего вала 2. Вращение винта 31 производится посредством его хвостовика 32 от приводного элемента транспортного средства, при этом выступ 34, введенный в паз на ведомом элементе 33, обеспечивает ему только поступательное движение. После прекращения вращения винта 31 последний автоматически фиксируется (удерживая, в конечном итоге, ползун 26 в заданном положении) за счет самотормозящейся резьбы в винтовом устройстве 30. При вращении ведущего вала 2 его шлицевой участок приводит во вращение и ползун 26, при этом обойма 28, будучи смонтированной на ползуне посредством радиально-упорных подшипников качения 27, остается неподвижной. Незначительный момент трения в подшипниках с помощью управляющего рычага 29 передается на корпус 1. При изменении угла наклона шайб 6 и 7, путем воздействия на рычаг 29 винтового устройства 30, осевые нагрузки воспринимаются подшипниками 27. Перемещение ползуна 26 по шлицевому участку 8 вала возможно как при неподвижном, так и при вращающемся ведущем вале 2, поскольку по отношению к устройству 30 рычаг 29 с обоймой 28 неподвижно зафиксированы.

Более рационально изменение углов наклона качающихся шайб 6 и 7 производить при вращающемся ведущем вале 2. В этом случае приведение в действие ведомых валов 22 производится после запуска приводного двигателя и выхода его на рабочий режим, тогда шайбы несут дополнительную функцию муфты сцепления - при = 0 "муфта" выключена. После некоторого изменения угла наклона шайб 6 и 7 (>0) условно можно считать, что включается первая (низшая) передача и транспортное средство, на ведущие колеса которого от валов 22 передается крутящий момент, плавно трогается с места и начинает движение с минимальной скоростью. После перемещения ползуна 26 влево (фиг. 1) поводки 10 и 11 воздействуют на внутренние кольца 12 качающихся шайб 6 и 7, вследствие чего шайбы наклоняются в противоположные стороны, разворачиваясь относительно ведущего вала 2 на осях 5. После этого элементы шайб совершают сложное движение: внутреннее кольцо 12 вращается вместе с валом 2 и совершает карательное движение на осях 5 относительно вала; внутреннее кольцо 12 вращается вместе с внутренней обоймой подшипника 13, который также участвует в качательном движении; промежуточное кольцо 14 вместе с наружной обоймой подшипника совершает пространственное качательное движение, оставаясь неподвижным относительно внутреннего кольца 12 и покачиваясь на осях 15 относительно наружного кольца 16; последнее, будучи посредством опор 17 "привязанным" к корпусу 1, совершает только качательное движение на угол .

Являющиеся продолжением опор 17 цапфы приводят в качательное движение механизмы свободного хода 18. Поскольку шайбы совершают качательное движение в противофазе, то при наклоне, например, шайбы 6 вправо, а шайбы 7 влево, как показано на фиг. 1, посредством механизма свободного хода приводится во вращение на угол 2 шестерня 19, которая сообщает вращение (и передачу момента) промежуточному зубчатому колесу 21 (фиг. 2, 3). При этом вторая шестерня 20 вращается вхолостую (ее приводит в действие колесо 21 в ту же сторону, что и шестерня 19), обкатываясь относительно своего механизма свободного хода 18. При наклоне шайб 6 и 7 в противоположные стороны (на фиг. 1 показано пунктирными линиями) ведущим элементом передаточного звена становится шестерня 20 - ее увлекает механизм свободного хода. Шестерня 20, продолжая вращаться в ту же сторону, приводит во вращение промежуточное колесо 21 и вместе с ним ведомый вал 22, при этом другая шестерня 19 вращается вхолостую, обкатываясь относительно своего механизма 18. Так как колесо 21 является промежуточным, то имеющие одинаковый диаметр шестерни 19 и 20 вращаются в одну сторону, чередуя с помощью механизмов 18 рабочие и холостые пробеги, характеризуемые углами 2. Передаточное звено, расположенное на другой стороне корпуса и содержащее такие же шестерни 19, 20 и колесо 21, работает аналогичным образом. Поскольку механизмы свободного хода 18 на этой стороне развернуты на 180^o по отношению к механизмам противоположной стороны, то все шестерни и оба колеса с ведомыми валами 22 вращаются в одну сторону, с одинаковой угловой скоростью, и передают одинаковые крутящие моменты, которые снимаются с хвостовиков 25 валов. Качающиеся шайбы 6 и 7 совершают знакопеременное вращение с переменной угловой скоростью. Относительно равномерное вращение шестерен 19, 20 и колес 21 достигается за счет механизмов свободного хода 18, инерционности передаточных звеньев и наличия маховиков 24, посаженных непосредственно на ведомых валах 22.

Плавный разгон и выход на установившийся режим движения транспортного средства происходит за счет постепенного смещения влево ползуна и, следовательно, увеличения угла наклона шайб 6 и 7. Максимальным углам =30^o (углы качания шайб 2 = 60^o) соответствует крайнее левое положение управляющего рычага 29 и обоймы 28 с ползуном 26 (фиг. 1). При увеличении угла наклона шайб условно можно считать, что транспортное средство плавно переходит с первой на вторую, третью и более высокую передачу, вплоть до прямой (высшей) передачи. Максимальное передаточное отношение привода и максимальный крутящий момент на ведомых валах 22 достигаются при минимальном угле . С учетом передаточного числа в передаточном звене (за счет большего делительного диаметра промежуточного колеса 21 по сравнению с соответствующими диаметрами шестерен 19 и 20) общее передаточное отношение привода при минимуме может достигать 200-250. По мере увеличения угла этот параметр снижается в 6-8 раз. Снижение скорости движения транспортного средства, вплоть до его полной остановки, производится путем перемещения ползуна 26 вправо и уменьшения угла до нуля. Реверсирование направления движения транспортного средства осуществляется известным образом.

Таким образом, в предлагаемом приводе простыми средствами достигается: бесступенчатое регулирование угловой скорости ведомых валов 22 и, следовательно, скорости движения транспортного средства, включая их полную остановку; широкий диапазон регулирования с варьированием углов наклона качающихся шайб до 30^o при включенном приводном двигателе и вращающемся ведущем вале 2; простота конструкции и компактность передаточных звеньев, которые расположены в кожухах 23 непосредственно на корпусе 1 - по его бокам; снижение габаритов привода, представляющего единый функциональный блок, снабженный выходными хвостовиками на ведущем и ведомых валах и на механизме 9 изменения угла наклона шайб; относительно равномерное вращение ведомых валов 22 за счет простых механизмов свободного хода 18 и посаженных непосредственно на ведомых валах маховиков 24. В итоге обеспечивается повышение стабильности и надежности работы привода.