ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ПРИВОД
DIFFERENTIAL DRIVE

Группа изобретений относится к машиностроению, а именно к приводам. Группа изобретений может найти применение во всех отраслях промышленности, где имеется потребность в получении бесступенчато измененяемых крутящих моментов и скоростей вращения выходных валов.
Известны приводы с бесступенчатым регулированием скорости вращения выходного вала, которые устанавливаются на некоторых модификациях легковых автомобилей, таких как: Toyota RAF4 [Сайт ООО «Тойота Мотор», www.toyota.ru], Nissan Qashgai [Сайт Автоцентр «Восток-авто», www.vvoctok.ru], Mitsubishi ASX [Сайт Автоцентр «Восток-авто», www.vvoctok.ru].
Такие приводы содержат:
- двигатель внутреннего сгорания;
- вариатор - механизм с внешним управлением, который позволяет автоматически бесступенчато изменять передаточное число, выбирая наиболее оптимальное согласно внешней нагрузке и оборотам двигателя, тем самым давая возможность максимально эффективно использовать его мощность. Наибольшее распространение получили такие типы вариаторов, как клиноременные и тороидные вариаторы;
- промежуточный механизм, передающий крутящий момент и соединяющий вариатор с двигателем. Наибольшее распространение получили такие механизмы, как гидротрансформаторы, центробежные автоматические сцепления, электромагнитные сцепления с электронным управлением, многодисковые мокрые сцепления с электронным управлением;
- механизм, обеспечивающий реверсивное вращение выходного вала.
Недостатком данных приводов является сложность конструкции, передача ограниченных крутящих моментов и ограниченный диапазон регулирования (у одноступенчатых вариаторов D=3…6), необходимость применения дополнительных реверсивных ступеней трансмиссии и промежуточных механизмов между двигателем и вариатором, что приводит к понижению КПД привода.
Известен дифференциальный привод, содержащий корпус, два двигателя, две дифференциальные передачи, выполненные волновыми и соединенными между собой зубчатыми передачами. Жесткое колесо одной передачи связано с корпусом, а другой - с выходным валом [Патент РФ 2064105].
Недостатками данного привода являются ступенчатое изменение частоты вращения выходного вала, передача ограниченных крутящих моментов и невозможность изменения направления вращения выходного вала.
Известен дифференциальный привод, содержащий два приводных двигателя и одну волновую дифференциальную передачу. Волновая передача содержит генератор волн, гибкое и подвижное жесткое колеса и выходное звено [Патент РФ 2153108].
Недостатком данного привода также является ступенчатое изменение частоты вращения выходного вала, передача ограниченных крутящих моментов и невозможность изменения направления вращения выходного вала.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является редуктор цилиндро-планетарный с приводом от двух двигателей [2, стр. 310-311]. Привод содержит цилиндрический редуктор со встроенной планетарной передачей и два приводных электродвигателя. Посредством поочередного включения двигателей или двух одновременно достигается получение четырех скоростей вращения выходного вала.
Недостатком данного привода является ступенчатость изменения частоты вращения выходного вала с ограниченным диапазоном передаточных чисел и невозможность изменения направления вращения этого вала.
Данный механизм выбран в качестве прототипа.
Технический результат для группы изобретений - создание приводов нового типа, имеющих следующие рабочие характеристики:
1. Бесступенчатое изменение скорости вращения выходного вала и крутящего момента на нем.
2. Рабочий диапазон частоты вращения выходного вала - 0…8000 об/мин и более.
3. КПД дифференциального механизма - 0,95…0,98.
4. Изменение направления вращения выходного вала без применения дополнительных ступеней зубчатой передачи дифференциального механизма.
Сущность группы изобретений поясняется фигурами: на фиг. 1 изображена схема дифференциального привода 3D-9 с параллельным расположением асинхронных электродвигателей; на фиг. 2 изображена схема дифференциального привода 3D-3 с параллельным расположением асинхронных электродвигателей.
Первый вариант выполнения дифференциального привода.
Технический результат достигается тем, что дифференциальный привод, содержащий два двигателя, систему управления приводом, корпус, размещенные в нем две шестерни с внешними зубьями, входящие в зацепление друг с другом, центральные колесо с внутренними зубьями и шестерню с внешними зубьями, расположенную на приводном валу одного двигателя, входящие в зацепление с внешними зубьями сателлитов, установленных посредством осей на водиле, соединенном с выходным валом, согласно изобретению, центральное колесо с внутренними зубьями через шестерню с внешними зубьями, находящуюся в соединении с ним, входит в зацепление с другой шестерней с внешними зубьями, расположенной на параллельно расположенном валу второго двигателя.
В качестве приводных двигателей в дифференциальном приводе 3D-9, кроме асинхронных электродвигателей и двигателей внутреннего сгорания, могут применяться гидромоторы, пневмомоторы и другие типы двигателей.
Конструкция дифференциального привода 3D-9 с параллельно расположенными асинхронными электродвигателями поясняется кинематической схемой, представленной на фиг. 1.
На схеме обозначено: 1 - ведущая центральная шестерня с внешними зубьями, 2 - сателлиты, 3 - ведущее центральное колесо с внутренними зубьями, 4 - первая шестерня с внешними зубьями, 5 - вторая шестерня с внешними зубьями, 8 - выходной вал привода, 9 - ведомое водило, 10 - ось сателлитов, 11 - корпус дифференциального механизма, 12 - соединительная муфта, 16 - электронный блок управления приводом, 17 - тахометр, 20 - второй асинхронный электродвигатель, 21 - первый асинхронный электродвигатель, 22 - частотный преобразователь второго двигателя, 23 - частотный преобразователь первого двигателя, 24 - ПИД-регулятор с потенциометром.
Дифференциальный привод 3D-9 состоит из двух кинематически связанных приводных двигателей 20 и 21, закрепленных на корпусе дифференциального механизма 11. Приводной вал двигателя 20 соединен с шестерней 5, которая входит в зацепление с шестерней 4, находящейся на одной геометрической оси с центральным колесом с внутренними зубьями 3 и соединенной с ним. Приводной вал двигателя 21 соединен с центральной шестерней 1, которая через сателлиты 2 также входит в зацепление с центральным колесом 3 и взаимодействует с водилом 9. Водило 9, в свою очередь, через муфту 12 соединено с выходным валом 8. Двигатели также могут располагаться на одной геометрической оси, закрепленные на корпусе дифференциального механизма, или находиться в общем корпусе. При этом технический результат остается неизменным.
Дифференциальный привод 3D-9 работает следующим образом. Вращение вала двигателя 21, с заданной частотным преобразователем 23 скоростью, воспринимается шестерней 1, которая через сателлиты 2, взаимодействуя с центральным колесом с внутренними зубьями 3, вызывает направленное вращение водила 9. Одновременно однонаправленное вращение вала двигателя 20, с заданной частотным преобразователем 22 скоростью, через шестерни с внешними зубьями 5 и 4 вызывает противоположно направленное вращение центрального колеса с внутренними зубьями 3. Вращение центрального колеса 3 воспринимается сателлитами 2, которые, взаимодействуя с шестерней 1, вызывают направленное вращение водила 9, преобразуя скорости вращения и крутящие моменты валов двигателей 20 и 21 до необходимых значений на выходном валу 8. Направление вращения выходного вала 8 зависит от соотношения скоростей вращения валов двигателей 20 и 21. Управление дифференциальным приводом происходит одним из двух способов, показанных выше в описании работы дифференциального привода 3D-1 с асинхронными электродвигателями.
Работа дифференциального привода 3D-9 с любыми типами двигателей включает в себя следующие режимы: пусковой, холостой, нейтральный, пониженного вращения, реверсивного вращения, остановочный. Пусковой, холостой и остановочный режимы относятся к вспомогательным режимам. Режимы нейтральный, пониженного вращения и реверсивного вращения относятся к эксплуатационным режимам работы привода.
Скорость вращения выходного вала 8 в момент времени t на всех эксплуатационных режимах работы привода определяется по формуле:
,
где: ,  - скорости вращения приводных валов асинхронных электродвигателей 20 и 21 в момент времени t соответственно;
- передаточное число планетарной передачи, выполненной по схеме 2К-Н с одновенцовыми сателлитами и невращающимся эпициклом [2, стр. 226, схема 1], которую образуют центральная шестерня 1, сателлиты 2, оси сателлитов 10, центральное колесо 3 и водило 9, которое определяется по формуле (1);
- передаточное число планетарной передачи, выполненной по схеме 2К-Н с одновенцовыми сателлитами и невращающимся водилом [1, стр. 239], которую образуют центральная шестерня 1, сателлиты 2, оси сателлитов 10, центральное колесо 3 и водило 9, которое определяется по формуле (2);
45
где: i - передаточное число цилиндрической передачи, которую образуют шестерни 4 и 5, которое определяется по формуле (3);
3
1
4
5
где: z, z, z, z - число зубьев колеса 3, шестерней 1, 4 и 5 соответственно.
4
5
45
Цилиндрическая ступень привода, состоящая из шестерней 4 и 5, предназначена для выполнения условия разнонаправленности вращений шестерни 1 и колеса 3, которые кинематически связаны с параллельно расположенными двигателями 20 и 21. Поэтому принимается равенство числа зубьев шестерней 4 и 5 z=z, откуда передаточное число цилиндрической ступени становится равным i=1 и в дальнейших формулах не рассматривается. Обязательным условием работы привода является неизменность направлений вращения валов двигателей 20 и 21 на всех режимах работы.
Пусковой режим: включение двигателей 20, 21 и выведение вращение их валов до скоростей холостого вращения. В пусковом режиме муфта 12 находится в разомкнутом состоянии. Приводной вал 8 отсоединен от водила 9 и не вращается.
Холостой режим: работа дифференциального привода, при которой приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с постоянными скоростями, обеспечивая устойчивую работу двигателей в режиме холостого вращения. Как и в пусковом режиме, водило 9 и приводной вал 8 рассоединены муфтой 12. Приводной вал 8 не вращается.
Нейтральный режим: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 не вращается и выполняется условие: отношение скоростей вращения валов 20 и 21 постоянно равно обратному значению передаточного числа планетарной передачи с невращающимся водилом 9, которую в вышеуказанный период времени образуют также шестерня 1, сателлиты 2, оси сателлитов 10 и центральное колесо 3:
.
Приводной вал 8 и водило 9 соединены муфтой 12 и не вращаются.
Нейтральный режим работы дифференциального привода, при котором ведомый вал 8 не вращается, можно получать на всем диапазоне скоростей вращения вала двигателя 21 при условии соблюдения равенства отношений скоростей вращения приводных валов обратному значению передаточного числа .
Режим пониженного вращения: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 получает вращение, не совпадающее с направлениями вращения приводных валов двигателей 20 и 21, а их отношение скоростей вращения находится в следующем диапазоне значений:
.
Работа дифференциального привода в режиме пониженного вращения включает в себя следующие подрежимы: разгон, вращение с постоянной скоростью, замедление.
Подрежим - разгон: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с положительным ускорением и выполняются следующие условия:
1. Приводной вал двигателя 20 вращается с положительным ускорением, а приводной вал двигателя 21 находится в одном из скоростных режимов: вращается с положительным ускорением, вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением.
2. Приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с отрицательными ускорениями.
3. Приводной вал двигателя 20 вращается с постоянной скоростью, а приводной вал двигателя 21 вращается с отрицательным ускорением.
Подрежим - вращение с постоянной скоростью: работа дифференциального привода, при которой скорость вращения выходного вала 8 является величиной постоянной , и выполняются следующие условия:
1. Скорости вращения приводных валов двигателей 20 и 21 являются значениями постоянными , .
2. Скорости вращения приводных валов двигателей 20 и 21 являются значениями переменными, которые находятся в следующей зависимости:
и при этом выполняются следующие условия:
2.1. Приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с положительными ускорениями;
2.2. Приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с отрицательными ускорениями.
Подрежим - замедление: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с отрицательным ускорением, и выполняются следующие условия:
1. Приводной вал двигателя 20 вращается с отрицательным ускорением, а приводной вал двигателя 21 находится в одном из скоростных режимов: вращается с положительным ускорением, вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением.
2. Приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с положительными ускорениями.
3. Приводной вал двигателя 20 вращается с постоянной скоростью, а приводной вал двигателя 21 вращается с положительным ускорением.
Режим реверсивного вращения: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 получает вращение, совпадающее с направлениями вращения приводных валов двигателей 20 и 21 а их отношение находится в следующем диапазоне значений:
.
Работа дифференциального привода в режиме реверсивного вращения включает в себя следующие подрежимы: разгон, вращение с постоянной скоростью, замедление.
Подрежим - разгон: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с положительным ускорением, и выполняются следующие условия:
1. Приводной вал двигателя 21 вращается с положительным ускорением, а приводной вал двигателя 20 находится в одном из скоростных режимов: вращается с положительным ускорением, вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением.
2. Приводной вал двигателя 20 вращается с отрицательным ускорением, а приводной вал двигателя 21 находится в одном из скоростных режимов: вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением.
Подрежим - вращение с постоянной скоростью: работа дифференциального привода, при которой скорость вращения выходного вала 8 является величиной постоянной , и выполняются следующие условия:
1. Скорости вращения приводных валов двигателей 20 и 21 являются значениями постоянными , .
2. Скорости вращения приводных валов двигателей 20 и 21 являются значениями переменными, которые находятся в следующей зависимости, определяющейся по формуле (7), и при этом выполняются следующие условия:
2.1. Приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с положительными ускорениями;
2.2. Приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с отрицательными ускорениями.
Подрежим - замедление: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с отрицательным ускорением, и выполняются следующие условия:
1. Приводной вал двигателя 21 вращается с отрицательным ускорением, а приводной вал двигателя 20 находится в одном из скоростных режимов: вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением, вращается с положительным ускорением.
2. Приводной вал двигателя 20 вращается с положительным ускорением, а приводной вал двигателя 21 вращается с постоянной скоростью.
Остановочный режим: выключение двигателей 20, 21 и выведение вращений их валов в заданный отрезок времени до полного останова. В остановочном режиме муфта 12 находится в разъединенном состоянии. Приводной вал 8 отсоединен от водила 9 и не имеет вращения.
Крутящий момент на выходном валу 8 дифференциального привода 3D-9 в момент времени t на всех эксплуатационных режимах работы привода определяется по формуле:
,
где:  - крутящий момент на приводном валу асинхронного электродвигателя 20 в момент времени t с учетом КПД двигателя;
- крутящий момент на приводном валу асинхронного электродвигателя 21 в момент времени t с учетом КПД двигателя;
- передаточное число привода в момент времени t:
,
η - КПД привода:
1
2
η=ηη,
1
где: η - КПД планетарной передачи, выполненной по схеме 2К-Н [2, стр. 226, схема 1], которую образуют центральная шестерня 1, сателлиты 2, оси сателлитов 10, центральное колесо 3 и водило 9:
,
2
η - КПД цилиндрической ступени, которую образуют шестерни 4 и 5:
2
η=1-ψ,
где: ψ - коэффициент потерь простой передачи, равный 0,015…0,04.
Таким образом, посредством дифференциального механизма, содержащего подобранные определенным образом центральные колесо и шестерню, сателлиты и зубчатые шестерни, трансформирующего переменные крутящие моменты и управляемые скорости вращения валов приводных двигателей любого типа, достигается получение дифференциального привода нового типа, имеющего следующие характеристики:
1. Бесступенчатое изменение скорости вращения выходного вала и крутящего момента на нем.
2. Рабочий диапазон частоты вращения выходного вала - 0…8000 об/мин и более.
3. КПД дифференциального механизма 0,95…0,98.
4. Изменение направления вращения выходного вала без применения дополнительных ступеней зубчатой передачи дифференциального механизма.
Второй вариант выполнения дифференциального привода.
Технический результат достигается тем, что дифференциальный привод, содержащий два двигателя, систему управления приводом, корпус, размещенные в нем две шестерни с внешними зубьями, входящие в зацепление друг с другом, центральные колесо с внутренними зубьями и шестерню с внешними зубьями, расположенную на валу первого двигателя, входящие в зацепление с внешними зубьями сателлитов, установленными посредством осей на водиле, которое через шестерню с внешними зубьями, находящуюся в соединении с ним, входит в зацепление с другой шестерней с внешними зубьями, расположенной на параллельно расположенном валу второго двигателя, согласно изобретению, центральное колесо с внутренними зубьями соединено с выходным валом.
В качестве приводных двигателей в дифференциальном приводе 3D-3, кроме асинхронных электродвигателей и двигателей внутреннего сгорания, могут применяться гидромоторы, пневмомоторы и другие типы двигателей.
Конструкция дифференциального привода 3D-3 с параллельным расположением двигателей поясняется кинематической схемой, представленной фиг. 9.
На схеме обозначено: 1 - ведущая центральная шестерня с внешними зубьями, 2 - сателлиты, 3 - ведомое центральное колесо с внутренними зубьями, 4 - первая шестерня с внешними зубьями, 5 - вторая шестерня с внешними зубьями, 8 - выходной вал привода, 9 - ведущее водило, 10 - ось сателлитов, 11 - корпус дифференциального механизма, 12 - соединительная муфта, 16 - электронный блок управления приводом, 17 - тахометр, 20 - второй асинхронный двигатель, 21 - первый асинхронный двигатель, 22 - частотный преобразователь второго двигателя, 23 - частотный преобразователь первого двигателя, 24 - ПИД-регулятор с потенциометром.
Дифференциальный привод 3D-3 состоит из двух кинематически связанных приводных асинхронных электродвигателей 20 и 21, закрепленных на корпусе 11. Приводной вал двигателя 20 соединен с шестерней 5, которая входит в зацепление с шестерней 4, находящейся на одной геометрической оси с водилом 9 и соединенной с ним. Приводной вал двигателя 21 соединен с центральной шестерней 1, которая через сателлиты 2, взаимодействуя с водилом 9, входит в зацепление с центральным колесом 3. Центральное колесо 3, в свою очередь, через муфту 12 соединено с выходным валом 8. Двигатели также могут располагаться на одной геометрической оси, закрепленные на корпусе дифференциального механизма, или находиться в общем корпусе. При этом технический результат остается неизменным.
Дифференциальный привод 3D-3 работает следующим образом. Вращение вала двигателя 21, с заданной частотным преобразователем 23 скоростью, воспринимается шестерней 1, которая через сателлиты 2, взаимодействуя с водилом 9, вызывает направленное вращение центрального колеса с внутренними зубьями 3. Одновременно противоположно направленное вращение вала двигателя 20, с заданной частотным преобразователем 22 скоростью, через шестерни с внешними зубьями 5 и 4 вызывает однонаправленное вращение водила 9. Вращение водила 9 воспринимается сателлитами 2, которые, взаимодействуя с шестерней 1, вызывают однонаправленное вращение центрального колеса 3, преобразуя скорости вращения и крутящие моменты валов двигателей 20 и 21 до необходимых значений на выходном валу 8.
Работа дифференциального привода 3D-3 с асинхронными электродвигателями включает в себя следующие режимы: пусковой, холостой, нейтральный, пониженного вращения, прямого вращения, повышенного вращения, реверсивного вращения, остановочный. Пусковой, холостой и остановочный режимы относятся к вспомогательным режимам. Режимы нейтральный, пониженного вращения, прямого вращения, повышенного вращения и реверсивного вращения относятся к эксплуатационным режимам работы привода.
Скорость вращения выходного вала 8 в момент времени t на всех эксплуатационных режимах работы привода определяется по формуле:
,
где: ,  - скорости вращения приводных валов асинхронных электродвигателей 20 и 21 в момент времени t;
- передаточное число планетарной передачи, выполненной по схеме 2К-Н с одновенцовыми сателлитами и невращающимся эпициклом, которую образуют центральная шестерня 1, сателлиты 2, оси сателлитов 10, центральное колесо 3 и водило 9, определяется по формуле (1);
- передаточное число планетарной передачи, выполненной по схеме 2К-Н с одновенцовыми сателлитами и невращающимся водилом [1, стр. 239], которую образуют центральная шестерня 1, сателлиты 2, оси сателлитов 10, центральное колесо 3 и водило 9, определяется по формуле (2);
45
i - передаточное число цилиндрической передачи, которую образуют шестерни 4 и 5, определяется по формуле (3);
3
1
4
5
где: z, z, z, z - число зубьев колеса 3, шестерней 1, 4 и 5 соответственно.
4
5
45
Цилиндрическая ступень привода, состоящая из шестерней 4 и 5, предназначена для выполнения условия однонаправленности вращений водила 9 и шестерни 1, которые кинематически связаны с параллельно расположенными двигателями 20 и 21. Поэтому знаки разной направленности вращения валов этих двигателей в дальнейших формулах не учитываются. Также принимается равенство числа зубьев шестерней 4,5 z=z, откуда передаточное число цилиндрической ступени становится равным i=1 и в дальнейших формулах не рассматривается. Обязательным условием работы привода является неизменность направлений вращения валов двигателей 20 и 21 на всех режимах работы.
Пусковой режим: включение двигателей 20, 21 и выведение вращение их валов до скоростей холостого вращения. В пусковом режиме муфта 12 находится в разомкнутом состоянии. Приводной вал 8 отсоединен от центрального колеса 3 и не вращается.
Холостой режим: работа дифференциального привода, при которой приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с постоянными скоростями, обеспечивая устойчивую работу двигателей в режиме холостого вращения. Как и в пусковом режиме, центральное колесо 3 и приводной вал 8 рассоединены муфтой 12. Приводной вал 8 не вращается.
Нейтральный режим - работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 не вращается и выполняется условие: отношение скоростей вращения валов двигателей 20 и 21 постоянно равно обратному значению передаточного числа планетарной передачи с невращающимся центральным колесом 3, которую в вышеуказанный период времени образуют также шестерня 1, сателлиты 2, оси сателлитов 10 и водило 9:
.
Приводной вал 8 и центральное колесо 3 соединены муфтой 12 и не вращаются.
Нейтральный режим работы дифференциального привода, при которой ведомый вал 8 не вращается, можно получать на всем диапазоне скоростей вращения вала двигателя 21 при условии соблюдения равенства отношений скоростей вращения приводных валов обратному значению передаточного числа .
Режим пониженного вращения: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 получает вращение, совпадающее с направлением вращения приводного вала двигателя 21, при этом приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с неравными скоростями , а их отношение находится в следующем диапазоне значений:
.
Работа дифференциального привода в режиме пониженного вращения включает в себя следующие подрежимы: разгон, вращение с постоянной скоростью, замедление.
Подрежим - разгон: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с положительным ускорением, и выполняются следующие условия:
1. Приводной вал двигателя 20 вращается с положительным ускорением, а приводной вал двигателя 21 находится в одном из скоростных режимов: вращается с положительным ускорением, вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением.
2. Приводной вал двигателя 21 вращается с отрицательным ускорением, а приводной вал двигателя 20 находится в одном из скоростных режимов: вращается с отрицательным ускорением, вращается с постоянной скоростью.
Подрежим - вращение с постоянной скоростью: работа дифференциального привода, при которой скорость вращения выходного вала 8 является величиной постоянной , и выполняются следующие условия:
1. Скорости вращения приводных валов двигателей 20 и 21 являются значениями постоянными , .
2. Скорости вращения приводных валов двигателей 20 и 21 являются значениями переменными, которые находятся в следующей зависимости:
и при этом выполняются следующие условия:
2.1. Приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с положительными ускорениями;
2.2. Приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с отрицательными ускорениями.
Подрежим - замедление: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с отрицательным ускорением, и выполняются следующие условия:
1. Приводной вал двигателя 20 вращается с отрицательным ускорением, а приводной вал двигателя 21 находится в одном из скоростных режимов: вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением, вращается с положительным ускорением.
2. Приводной вал двигателя 21 вращается с положительным ускорением, а приводной вал двигателя 20 вращается с постоянной скоростью.
Режим прямого вращения: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 получает вращение, совпадающее с направлением вращения приводного вала двигателя 21, при этом приводные валы двигателей 20 и 21 постоянно вращаются с равными скоростями , а их отношение в любой момент времени равно 1.
Выход работы дифференциального привода в режим прямого вращения может осуществляться с любого подрежима (разгона, вращения с постоянной скоростью, замедления) режима пониженного вращения.
Работа дифференциального привода в режиме прямого вращения включает в себя следующие подрежимы: разгон, вращение с постоянной скоростью, замедление.
Подрежим - разгон: работа дифференциального привода, при которой все валы 8, 20 и 21 вращаются с равными положительными ускорениями.
Подрежим - вращение с постоянной скоростью: работа дифференциального привода, при которой скорости вращений всех валов являются величинами равными и постоянными .
Подрежим - замедление: работа дифференциального привода, при которой все валы 8, 20 и 21 вращаются с равными отрицательными ускорениями.
Рабочий диапазон скоростей вращения выходного вала 8 в подрежимах разгон, вращение с постоянной скоростью и замедление находится в интервале значений:
,
7Axв
где: n - скорость вращения приводного вала двигателя 21 в режиме холостого вращения;
7Amax
n - максимальная скорость вращения приводного вала двигателя 21.
Режим повышенного вращения: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 получает вращение, совпадающее с направлением вращения приводного вала двигателя 21, при этом приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с неравными скоростями , а их отношение в любой момент времени принимает значения больше 1:
.
Работа дифференциального привода в режиме повышенного вращения включает в себя следующие подрежимы: разгон, вращение с постоянной скоростью, замедление.
Подрежим - разгон: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с положительным ускорением, и выполняются следующие условия:
1. Приводной вал двигателя 20 вращается с положительным ускорением, а приводной вал двигателя 21 находится в одном из скоростных режимов: вращается с положительным ускорением, вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением.
2. Приводной вал двигателя 21 вращается с отрицательным ускорением, а приводной вал двигателя 20 находится в одном из скоростных режимов: вращается с отрицательным ускорением, вращается с постоянной скоростью.
Подрежим - вращение с постоянной скоростью: работа дифференциального привода, при которой скорость вращения выходного вала 8 является величиной постоянной , и выполняются следующие условия:
1. Скорости вращения приводных валов двигателей 20 и 21 являются значениями постоянными , .
2. Скорости вращения приводных валов двигателей 20 и 21 являются значениями переменными, которые находятся в следующей зависимости, определяющейся по формуле (8), и при этом выполняются следующие условия:
2.1. Приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с положительными ускорениями;
2.2. Приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с отрицательными ускорениями.
Подрежим - замедление: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с отрицательным ускорением, и выполняются следующие условия:
1. Приводной вал двигателя 20 вращается с отрицательным ускорением, а приводной вал двигателя 21 находится в одном из скоростных режимов: вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением, вращается с положительным ускорением.
2. Приводной вал двигателя 21 вращается с положительным ускорением, а приводной вал двигателя 20 вращается с постоянной скоростью.
Остановочный режим: выключение двигателей 20, 21 и выведение вращений их валов в заданный отрезок времени до полного останова. В остановочном режиме муфта 12 находится в разъединенном состоянии. Приводной вал 8 отсоединен от водила 9 и не вращается.
Крутящий момент на выходном валу 8 дифференциального привода 3D-3 в момент времени t на всех эксплуатационных режимах работы привода определяется по формуле:
,
где:  - крутящий момент на приводном валу асинхронного электродвигателя 20 в момент времени t с учетом КПД двигателя;
- крутящий момент на приводном валу асинхронного электродвигателя 21 в момент времени t с учетом КПД двигателя;
- передаточное число привода в момент времени t:
,
η - КПД привода:
1
2
η=ηη,
1
где: η - КПД планетарной передачи, выполненной по схеме 2К-Н, которую образуют центральная шестерня 1, сателлиты 2, оси сателлитов 10, центральное колесо 3 и водило 9:
,
2
η - КПД цилиндрической ступени, которую образуют шестерни 4 и 5:
2
η=1-ψ,
где: ψ - коэффициент потерь простой передачи, равный 0,015…0,04.
Таким образом, посредством дифференциального механизма, содержащего подобранные определенным образом центральные колесо и шестерню, сателлиты и зубчатые шестерни, трансформирующего переменные крутящие моменты и управляемые скорости вращения валов приводных двигателей любого типа, достигается получение дифференциального привода нового типа, имеющего следующие характеристики:
1. Бесступенчатое изменение скорости вращения выходного вала и крутящего момента на нем.
2. Рабочий диапазон частоты вращения выходного вала - 0…8000 об/мин и более.
3. КПД дифференциального механизма 0,95…0,98.
4. Изменение направления вращения выходного вала без применения дополнительных ступеней зубчатой передачи дифференциального механизма.
Источники информации
1. Гузенков П.Г. Детали машин. Учебник для вузов. М. «Высш. школа», 1975. - 464 с., с ил.
2. Анфимов М.И. Редукторы. Конструкции и расчет: Альбом. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1993. - 464 с.: ил.