УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕССТУПЕНЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА
DEVICE FOR STEPLESS GEAR OF TORQUE MOMENT

Предлагаемое техническое решение относится к области машиностроения и может быть использовано для бесступенчатого изменения скорости вращения вала и крутящего момента.
Известно техническое решение, например конусная фрикционная передача с параллельными осями (см. И.И.Мархель Детали машин. Издательство “Машиностроение”, 1977 г., гл.2, стр.35, рис.2.6.), которая содержит ведущий вал с закрепленным на нем конусом, параллельный ведущему ведомый вал с закрепленным на нем конусом, с углом конусности, равным углу конусности ведущего конуса, таким образом, что вершины конусов направлены в противоположные стороны, и фрикционный каток, закрепленный на собственной оси, расположенной параллельно рабочим поверхностям конусов, посередине их в плоскости, проходящей через ось симметрии валов. Фрикционный каток соприкасается с рабочими поверхностями конусов и расположен перпендикулярно им. При вращении ведущего конуса за счет сил трения между рабочей поверхностью конуса и фрикционного катка происходит вращение катка, который, соприкасаясь с поверхностью ведомого конуса, за счет сил трения между катком и поверхностью ведомого конуса вращает его.
Фрикционный каток может перемещаться на оси по поверхностям конусов, изменяя, тем самым, передаточные числа передачи, что достигается тем, что конус имеет разные диаметры в разных своих сечениях и при перемещении катка на разные участки конусов изменяется соотношение между диаметрами ведущего и ведомого конуса в точке соприкосновения с фрикционным катком.
Преимущество передачи с фрикционным зацеплением: возможность плавно изменять передаточные числа.
Недостатки передачи с фрикционным зацеплением, незначительная передаваемая мощность, низкая износостойкость.
Общими признаками предлагаемого решения и аналога описанного выше является передача вращения от ведущего вала к ведомому с бесступенчатым изменением скорости вращения ведомого вала.
Недостаток данной передачи заключается в невозможности передачи вращения между ведущим и ведомым валами зацеплением за счет нормальных сил.
Причиной невозможности получения технического результата является то, что данная компоновочная схема рассчитана на работы с передачей вращения между ведущим и ведомым валами с помощью трения (фрикционный способ).
Известна механическая передача зацеплением с изменяемыми передаточными числами (см. описание к патенту РФ. №2154759).
Передача включает узел передачи вращения, ведущий и ведомый конусы. Узел передачи вращения содержит сателлит ведущего конуса, центральную шестерню и сателлит ведомого конуса. Передача вращения осуществляется с помощью полусферических выступов на сателлитах и полусферических углублений на конусах. Полусферические углубления и выступы расположены на равном расстоянии друг от друга по поверхности формообразующих фигур.
Технический результат - плавное изменение передаточных отношений при передаче крутящего момента от одного вала к другому посредством механического зацепления.
Недостаток данной передачи - незначительная передаваемая мощность не позволяет передавать крутящий момент с помощью зубчатой передачи.
Известна также бесступенчатая передача (RU №2151935, F16H 3/42 от 06.05.98 г), передача содержит ведущий и ведомый валы, цилиндр, ось вращения которого совпадает с осью вращения расположенного внутри цилиндра ведущего вала, расположенные в радиальных пазах ведущего вала с возможностью возвратно-поступательного перемещения П-образные пластины равной длины, которые своими пазами входят одна в другую, а своими торцами контактируют с внутренней поверхностью цилиндра, ролики, которыми снабжены выступающие концы пластин, и зубцы, шарнирно соединенные между собой в бесконечную ленту, скользящую по поверхности контура, который имеет сечение, аналогичное внутреннему сечению цилиндра, причем наружные зубцы бесконечной ленты контактируют с роликами, внутренние ее зубцы - с ведомым валом.
Недостатки данной передачи состоят в том, что данная конструкция не позволяет передавать крутящий момент с помощью зубчатой передачи;
- недостаточная нагрузочная способность;
- недостаточная надежность в работе;
- невысокий КПД.
Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что устройство для бесступенчатой передачи крутящего момента содержит корпус, ведущий, ведомый, промежуточный и вспомогательный валы, на ведущем валу жестко закреплены шестерня и перпендикулярно валу ось сателлитов дифференциала, на концах которой установлены два конических зубчатых колеса, контактирующих с парой конических зубчатых колес, причем одно из них, левое, жестко закреплено с цилиндрическим зубчатым колесом, а другое, правое, имеющее с двух сторон зубчатые венцы, жестко закреплено на ведомом валу, кроме этого на ведомом валу свободно сидят цилиндрическое зубчатое колесо, которое одновременно является осью сателлитов дифференциала, на которой установлены два конических зубчатых колеса, контактирующих с парой конических зубчатых колес, одно из них, левое, является коническим зубчатым колесом, имеющим два зубчатых венца, а другое, правое, жестко соединено с цилиндрическим зубчатым колесом большого диаметра, на промежуточном валу жестко закреплены цилиндрическое зубчатое колесо, которое находится в зацеплении с шестерней, перпендикулярно валу ось сателлитов дифференциала и цилиндрическое зубчатое колесо малого диаметра, на концах оси сателлитов дифференциала установлены два конических зубчатых колеса, контактирующих с парой конических зубчатых колес, левое жестко соединено с цилиндрическим зубчатым колесом, которое через подвижный механизм упругих тормозов зубчатых колес находится в зацеплении с аналогичным колесом, сидящим на ведущем валу, а другое, правое, жестко соединено с цилиндрическим зубчатым колесом, которое контактирует с колесом - осью сателлитов дифференциала, на вспомогательном валу жестко закреплены два цилиндрических зубчатых колеса, колесо малого диаметра, которое находится в зацеплении с колесом большого диаметра, сидящее на ведомом валу, и колесо большого диаметра, контактирующее с колесом малого диаметра, закрепленное на промежуточном валу, подвижный механизм упругих тормозов зубчатых колес имеет основание, скользящее по направляющим, жестко закрепленным к корпусу, в основании закреплены оси двух цилиндрических зубчатых колес, находящихся в зацеплении между собой, одно из них, верхнее, контактирует с верхним самым подвижным цилиндрическим зубчатым колесом, которое находится в зацеплении с цилиндрическим колесом, сидящим на промежуточном валу, оси этих колес соединены между собой подвижными межосевыми пластинами, другое, нижнее, контактирует с другим нижним самым подвижным цилиндрическим зубчатым колесом, которое, в свою очередь, находится в зацеплении с колесом, сидящим на ведущем валу, оси этих пар колес также соединены между собой подвижными межосевыми пластинами, кроме этого оси самых подвижных колес соединены между собой пружинами на растяжение, между корпусом и основанием подвижного механизма упругих тормозов на направляющих установлены пружины на сжатие, кроме этого направляющие имеют ограничители.
При осуществлении изобретения достигается технический результат - бесступенчатое изменение передаточных отношений при передаче крутящего момента от одного вала к другому посредством механического зацепления.
Сопоставимый анализ с аналогами позволяет сделать вывод, что заявленное техническое решение отличается тем, что на ведущем валу жестко закреплены шестерня и перпендикулярно валу ось сателлитов дифференциала на концах которой установлены два конических зубчатых колеса, контактирующих с парой конических зубчатых колес, причем одно из них, левое, жестко закреплено с цилиндрическим зубчатым колесом, а другое, правое, имеющее с двух сторон зубчатые венцы, жестко закреплено на ведомом валу, кроме этого на ведомом валу свободно сидят цилиндрическое зубчатое колесо, которое одновременно является осью сателлитов дифференциала, на которой установлены два конических зубчатых колеса, контактирующих с парой конических зубчатых колес, одно из них, левое, является коническим зубчатым колесом, имеющим два зубчатых венца, а другое, правое, жестко соединено с цилиндрическим зубчатым колесом большого диаметра, на промежуточном валу жестко закреплены цилиндрическое зубчатое колесо, которое находится в зацеплении с шестерней, перпендикулярно валу ось сателлитов дифференциала и цилиндрическое зубчатое колесо малого диаметра, на концах оси сателлитов дифференциала установлены два конических зубчатых колеса, контактирующих с парой конических зубчатых колес, левое жестко соединено с цилиндрическим зубчатым колесом, которое через подвижный механизм упругих тормозов зубчатых колес находится в зацеплении с аналогичным колесом, сидящим на ведущем валу, а другое, правое, жестко соединено с цилиндрическим зубчатым колесом, которое контактирует с колесом - осью сателлитов дифференциала, на вспомогательном валу жестко закреплены два цилиндрических зубчатых колеса, колесо малого диаметра, которое находится в зацеплении с колесом большого диаметра, сидящее на ведомом валу, и колесо большого диаметра, контактирующее с колесом малого диаметра, закрепленное на промежуточном валу, подвижный механизм упругих тормозов зубчатых колес имеет основание, скользящее по направляющим, жестко закрепленным к корпусу, в основании закреплены оси двух цилиндрических зубчатых колес, находящихся в зацеплении между собой, одно из них, верхнее, контактирует с верхним самым подвижным цилиндрическим зубчатым колесом, которое находится в зацеплении с цилиндрическим колесом, сидящим на промежуточном валу, оси этих колес соединены между собой подвижными межосевыми пластинами, другое, нижнее, контактирует с другим нижним самым подвижным цилиндрическим зубчатым колесом, которое, в свою очередь, находится в зацеплении с колесом, сидящим на ведущем валу, оси этих пар колес также соединены между собой подвижными межосевыми пластинами, кроме этого оси самых подвижных колес соединены между собой пружинами на растяжение, между корпусом и основанием подвижного механизма упругих тормозов на направляющих установлены пружины на сжатие, а также направляющие имеют ограничители.
Таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна».
Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и чертежами:
фиг.1 - функциональная схема устройства;
фиг.2 - сечение по А-А на фиг.1.
Устройство для бесступенчатой передачи крутящего момента содержит корпус 1, ведущий 2, ведомый 3, промежуточный 4 и вспомогательный 5 валы, на ведущем валу 2 жестко закреплены шестерня 6 и перпендикулярно валу ось сателлитов дифференциала 7, на концах которой установлены два конических колеса 8, контактирующих с парой колес 9 и 10, причем одно из них, левое 10, жестко соединено с колесом 11, а другое, правое 9, имеющее с обеих сторон зубчатые венцы, жестко закреплено на ведомом валу 3, кроме этого на ведомом валу 3 свободно сидит колесо 12, которое одновременно является осью сателлитов дифференциала, на которой установлены два колеса 13, контактирующих с парой колес 9 и 14, колесо 14 жестко соединено с колесом 15, на промежуточном валу 4 жестко закреплены колесо 16, которое находится в зацеплении с шестерней 6, ось сателлитов дифференциала 17 и колесо 18, на оси 17 установлены два колеса 19, контактирующих с колесами 20 и 22, колесо 20 жестко соединено с колесом 21, которое через колеса 31, 29, 30 и 32 находится в зацеплении с колесом 11, а колесо 22 жестко соединено с колесом 23, которое контактирует с колесом 12, на вспомогательном валу 5 жестко закреплены колеса 24 и 25, колесо 24 находится в зацеплении с колесом 15, а колесо 25 с колесом 18, на направляющих 27, жестко закрепленных к корпусу 1, находится основание 26 подвижного механизма упругих тормозов зубчатых колес, осями 28 в основании 26 удерживаются колеса 29 и 30, которые находятся в зацеплении между собой, пары колес 29 и 31, 31 и 21, 30 и 32, 32 и 11 соединены между собой подвижными межосевыми пластинами 33 и также находятся в зацеплении между собой, оси колес 31 и 32 соединены пружинами 34, между корпусом 1 и основанием 26 на направляющих 27 установлены пружины 35, а также ограничители 36.
Устройство работает следующим образом. Крутящий момент с силового агрегата попадает на ведущий вал 2. В точке «А» расходится в сторону шестерни 6 и в сторону оси сателлитов дифференциала 7. Скорость вращения шестерни 6,оси сателлитов дифференциала 7 и промежуточного вала 4 будет равна скорости вращения ведущего вала 2, так как шестерня 6 и колесо 16 равны между собой. В начале работы устройства, когда внешний момент максимален и колесо 9 находится в покое, крутящий момент весь устремится вовнутрь устройства. Ось сателлитов дифференциала 7 начнет прокатывать сателлиты 8 по колесу 9, тем самым вращать колеса 10, 11 в два раза быстрее, чем вращается ведущий вал 2. Это - с одной стороны, с другой стороны, шестерня 6 передаст крутящий момент через колесо 16 промежуточному валу 4, а значит оси сателлитов дифференциала 17 и колесу 18. В свою очередь колесо 18 через колеса 25, 24 и 15 начнет вращать колесо 14, но уже в противоположную сторону относительно вращения ведущего вала 2. Размерами колес 18, 25, 24 и 15 подбирается стартовое передаточное отношение заявленного устройства, так как оно зависит от скорости вращения колеса 14. Это очень важно, что колесо 12 в два раза больше колеса 23, колесо 11 такого же диаметра, как колесо 21, колесо 31 равно колесу 32 и колесо 29 также равно колесу 30. Колесо 14 начнет прокатывать сателлиты дифференциала 13 по колесу 9, тем самым вращать колесо 12 в противоположном направлении относительно вращения ведущего вала 2. Далее колесо 12 передаст крутящий момент колесу 23, а значит и колесу 22. При такой ситуации, когда колесо 22 вращается в противоположную сторону, относительно вращения промежуточного вала 4, ось сателлитов дифференциала 17 будет прокатывать сателлиты 19 по вращающему колесу 22, тем самым придаст колесам 20 и 21 скорость вращения больше, чем в два раза, относительно вращения промежуточного вала 4. А это значит, что образовалась разница вращений колес 21 и 11. Для того чтобы понять, как воспримет подвижный механизм упругих тормозов зубчатых колес этот момент, рассмотрим прохождение только разницы крутящих моментов колес 21 и 11. Понятно, что крутящий момент будет только на колесе 21, а колеса 31, 29, 30, 32 и 11 будут стоять. Колесо 11 так и останется на месте, потому что колесо 9 не даст ему свободы. В этой ситуации крутящий момент колеса 21 потянет колесо 31 вместе с межосевыми пластинами, тем самым немного прокрутит колесо 29, которое передаст это вращение колесу 30. В свою очередь колесо 30 провернет колесо 32 до максимального растяжения пружин 34. Одновременно межосевые пластины 33 будут выпрямляться и придавать основанию 26 по направляющим 27 поступательное движение к корпусу 1, сжимая пружины 35. Как мы смогли убедиться, подвижный механизм упругих тормозов смог поглотить только часть крутящего момента. Из этого следует, что колеса 22, 23 и 12 остановятся, но колесо 14 продолжит свое движение. В этот момент колеса 11 и 21 будут вращаться в два раза быстрее, чем ведущий вал 2, при этом пружины 34 будут растянуты, а пружины 35 будут сжаты. У крутящего момента остается один выход, это колесо 9 и оно начнет свое вращение, а значит и ведомый вал 3, вовлекая в изменение вращения всех трех дифференциалов. Колесо 9 будет вращаться в два раза быстрее, чем колесо 14 в противоположном направлении, - это и будет стартовое передаточное отношение заявленного устройства. По мере уменьшения внешнего момента упругие тормоза зубчатых колес будут оказывать давление на сателлиты дифференциалов 8 и 19, тем самым увеличивать скорость вращения с ускорением колес 9, 22, 23 и 12. При увеличении внешнего момента будут происходить обратные процессы. Упругие тормоза зубчатых колес будут реагировать на любое изменение внешнего момента, поэтому передаточные отношения заявленного устройства всегда будет соответствовать внешнему моменту.
Так будет осуществляться бесступенчатое изменение передаточного числа с ведущего вала 2 на ведомый вал 3, за счет нормальных сил при постоянном зацеплении всех зубчатых колес устройства.
Таким образом, предлагаемая механическая передача зацеплением с изменяемыми передаточными числами, позволяет бесступенчато изменять передаточные числа при передаче крутящего момента зацеплением от одного вала другому, чем и достигается результат. Применение предложенного технического решения позволяет сделать машины и механизмы с более высокими техническими характеристиками.