МЕХАНИЗМ БЕССТУПЕНЧАТОГО ПОВОРОТА ТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ (ВАРИАНТЫ)

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для управления транспортными средствами с помощью дифференциального привода движителей, расположенных на противоположных сторонах транспортного средства и использующих гидравлический привод управления поворотом. Преимущественной областью применения являются гусеничные транспортные и тяговые машины.
Уже известен механизм бесступенчатого поворота транспортной машины, содержащий корпус, главную передачу с ведущей и ведомой шестернями, симметричный силовой дифференциал, кинематически связанный с ведомой шестерней главной передачи, полуоси левого и правого движителей, систему управления, включающую управляющий планетарный дифференциал, кинематически связанный с гидромотором и полуосями, причем система управления поворотом снабжена опорным планетарным редуктором, расположенным соосно с управляющим планетарным дифференциалом, а в качестве симметричного силового дифференциала использован дифференциал с коническими шестернями, водило /корпус/ которого жестко соединено с ведомой шестерней главной передачи, а полуосевые шестерни связаны каждая со своей полуосью; у управляющего дифференциала и опорного редуктора солнечные шестерни жестко соединены, один из эпициклов кинематически связан с гидромотором, а другой эпицикл жестко соединен с корпусом, одно водило соединено с полуосевой шестерней и полуосью, а другое водило соединено с другой полуосевой шестерней и другой полуосью. /Патент РФ №2224677 на изобретение «Механизм бесступенчатого поворота транспортной машины (варианты)», В62D 11/18 опубл. 2002 г. - первый вариант исполнения/. Согласно второму варианту исполнения вышеуказанного технического решения уже известен механизм бесступенчатого поворота транспортной машины, содержащий корпус, главную передачу с ведущей и ведомой шестернями, симметричный силовой дифференциал, кинематически связанный с ведомой шестерней главной передачи, полуоси левого и правого движителей, систему управления, включающую управляющий планетарный дифференциал, кинематически связанный с гидромотором и полуосями, причем кинематическая связь управляющего дифференциала с полуосями осуществлена опорным планетарным редуктором, расположенным соосно с управляющим планетарным дифференциалом, а в качестве симметричного силового дифференциала использован дифференциал с парными цилиндрическими сателлитами, находящимися в зацеплении друг с другом. Эпицикл силового дифференциала жестко соединен с ведомой шестерней главной передачи, водило с парными сателлитами связано с одной полуосью, а солнечная шестерня связана с другой полуосью, у управляющего дифференциала и опорного редуктора эпициклы жестко соединены между собой, одна солнечная шестерня кинематически связана с гидромотором, а другая солнечная шестерня жестко соединена с корпусом механизма поворота, одно из водил соединено с полуосью, связанной с солнечной шестерней силового симметричного дифференциала, а другое водило соединено с водилом силового симметричного дифференциала и через него с другой полуосью. /Патент РФ №2224677 на изобретение «Механизм бесступенчатого поворота транспортной машины», В62D 11/18 опубл. 2002 г. - второй вариант исполнения/.
Оба варианта исполнения указанного технического решения позволяют сократить потери мощности при движении транспортного средства. Однако выполнены известные механизмы конструктивно сложно, поскольку содержат кроме силового дифференциала еще два планетарных ряда: соосно расположенные опорный планетарный редуктор и управляющий планетарный дифференциал, что не позволяет создать компактный в осевом направлении механизм.
Задача предлагаемой полезной модели состоит в упрощении конструкции механизма путем устранения сложной кинематической связи управляющего планетарного дифференциала с полуосями и создании более компактного в осевом направлении механизма.
Предлагается два варианта решения поставленной задачи, во втором из которых представлены два альтернативных решения. В качестве прототипа первого варианта решения взят первый вариант вышеуказанного известного технического решения, а для обоих решений второго варианта предлагаемого технического решения взят прототипом второй вариант вышеуказанного известного технического решения.
Для решения поставленной задачи с достижением заявляемого технического результата по первому варианту его исполнения в механизме бесступенчатого поворота транспортной машины, содержащим главную передачу, соединенный с ее ведомой шестерней симметричный силовой дифференциал с коническими шестернями, полуосевые шестерни которого связаны с полуосями левого и правого движителей, и систему управления поворотом транспортной машины, включающую управляющий планетарный дифференциал, кинематически связанный с гидромотором и полуосями, согласно предлагаемой полезной модели, солнечная шестерня управляющего дифференциала непосредственно соединена с валом гидромотора, эпицикл управляющего дифференциала кинематически связан с полуосью одного движителя, а водило этого дифференциала - с полуосью другого движителя, причем оси силового и управляющего дифференциалов выполнены параллельными между собой.
Соотношение передаточных чисел кинематической связи управляющего планетарного дифференциала с полуосями: от эпицикла к своей полуоси и от водила к своей полуоси может быть выполнено равным (к+1)/к, где «к» - соотношение чисел зубьев эпицикла управляющего дифференциала и солнечной шестерни этого дифференциала.
Для решения поставленной задачи с достижением заявляемого технического результата по второму варианту его исполнения в механизме бесступенчатого поворота транспортной машины, содержащим главную передачу, соединенный с ее ведомой шестерней симметричный силовой дифференциал, содержащий по меньшей мере одну пару спаренных цилиндрических сателлитов, находящихся в зацеплении друг с другом, и по меньшей мере одну полуосевую цилиндрическую шестерню, соединенную с одной из полуосей движителя, и содержащий систему управления поворотом транспортной машины, включающую управляющий планетарный дифференциал, кинематически связанный с гидромотором и полуосями, согласно предлагаемой полезной модели, силовой дифференциал содержит две соосные цилиндрические полуосевые шестерни и несколько пар сателлитов, при этом один из каждой пары сателлитов находится в зацеплении с полуосевой шестерней одного движителя, а другой сателлит этой пары - с полуосевой шестерней другого движителя, солнечная шестерня управляющего дифференциала непосредственно соединена с валом гидромотора, эпицикл управляющего дифференциала кинематически связан с полуосью одного движителя, а водило этого дифференциала - с полуосью другого движителя, причем оси силового и управляющего дифференциалов параллельны друг другу.
Соотношение передаточных чисел связи управляющего планетарного дифференциала с полуосями: от эпицикла к своей полуоси и от водила к своей полуоси выполнено равным (к+1)/к, где «к» - соотношение чисел зубьев эпицикла управляющего дифференциала и солнечной шестерни этого дифференциала.
Кроме того для решения поставленной задачи с достижением заявляемого технического результата предлагается альтернативное решение исполнения второго варианта механизма, заключающееся в том, что в механизме бесступенчатого поворота транспортной машины, содержащим главную передачу, соединенный с ее ведомой шестерней симметричный силовой дифференциал, содержащий цилиндрические полуосевые шестерни, каждая из которых соединена с одной из полуосей движителя, и несколько пар сателлитов, находящихся в попарным зацеплении друг с другом так, что один из каждой пары сателлитов находится в зацеплении с полуосевой шестерней одного движителя, а другой сателлит этой пары - с полуосевой шестерней другого движителя, и содержащий систему управления поворотом транспортной машины, включающую управляющий планетарный дифференциал, кинематически связанный с гидромотором и полуосями, согласно предлагаемой полезной модели, силовой дифференциал механизма бесступенчатого поворота транспортной машины дополнительно содержит третью цилиндрическую шестерню, расположенную снаружи по отношению к обеим полуосевым цилиндрическим шестерням /т.е. между одним из движителей и ближайшей к нему полуосевой шестерней/, соосно с ними, выполненную одинаковой по параметрам со всеми соосными полуосевыми шестернями и кинематически связанную с управляющим планетарным дифференциалом, при этом один из сателлитов каждой пары выполнен удлиненным с проточкой посередине, /предотвращающей зацепление этого удлиненного сателлита со второй полуосевой шестерней/ и установлен с одновременным зацеплением с третьей шестерней и наиболее удаленной от нее полуосевой шестерней, солнечная шестерня управляющего дифференциала непосредственно соединена с валом гидромотора, эпицикл управляющего дифференциала кинематически соединен с полуосью одного движителя, а водило этого дифференциала - с полуосью другого движителя, причем оси силового и управляющего дифференциалов параллельны между собой.
Соотношение передаточных чисел кинематической связи управляющего планетарного дифференциала с полуосями: от эпицикла к своей полуоси и от водила к своей полуоси выполнено равным (к+1)/к, где «к» - соотношение чисел зубьев эпицикла управляющего дифференциала и солнечной шестерни этого дифференциала.
Таким образом, в альтернативном исполнении второго варианта механизма симметричный силовой дифференциал содержит три цилиндрические соосно расположенные шестерни, выполненные с одинаковыми параметрами, и несколько пар сателлитов, находящихся в попарном зацеплениии друг с другом, при этом одна из этих цилиндрических шестерен, расположенная снаружи относительно двух других, кинематически связана с управляющим планетарным дифференциалом, а один из каждой пары сателлитов находится в зацеплении с полуосевой цилиндрической шестерней одного движителя, другой сателлит этой пары находится в зацеплении с полуосевой шестерней другого движителя, также как и во втором варианте исполнения.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами.
На фиг.1 показана кинематическая схема механизма по первому варианту исполнения.
На фиг.2 показана кинематическая схема механизма с двумя цилиндрическими полуосевыми шестернями по второму варианту исполнения.
На фиг.3 показана кинематическая схема механизма с тремя цилиндрическими полуосевыми шестернями и с удлиненными сателлитами по второму варианту исполнения.
На фиг.4 показан вид сбоку на узел зацепления двух соосных цилиндрических шестерен с несколькими парами спаренных сателлитов по второму варианту исполнения механизма.
На фиг.5 укрупненно показан узел зацепления трех соосных цилиндрических шестерен с несколькими парами спаренных сателлитов /в осевом направлении дифференциала/ по альтернативному решению второго варианта исполнения механизма.
На фиг.6 показан вид сбоку на узел зацепления трех соосных цилиндрических шестерен со спаренными сателлитами по альтернативному решению второго варианта исполнения механизма.
Согласно первому варианту исполнения предлагаемый механизм бесступенчатого поворота транспортного средства состоит из главной передачи, с ведомой шестерней 1 которой связан симметричный силовой дифференциал с коническими шестернями 2 и 3 полуосей 4, 5 левого и правого, соответственно, движителей /не показаны/ и системы управления поворотом транспортной машины, включающей гидромотор 6 и управляющий планетарный дифференциал 7, ось 8 которого выполнена параллельно оси 9 силового дифференциала. Солнечная шестерня 10 управляющего планетарного дифференциала 7 непосредственно соединена с валом 11 гидромотора 6, эпицикл 12 управляющего дифференциала 7 кинематически связан с полуосью 5 одного движителя, водило 13 этого дифференциала 7 связано с полуосью 4 другого движителя.
Соотношение передаточного числа от эпицикла 12 к своей полуоси 5 и передаточного числа от водила 13 к своей полуоси 4 выполнено равным (к+1)/к, где «к» -соотношение чисел зубьев эпицикла 12 к числу зубьев солнечной шестерни 10 управляющего дифференциала 7.
Механизм бесступенчатого поворота транспортной машины, выполненный по второму варианту исполнения содержащий главную передачу, соединенный с ее ведомой шестерней симметричный силовой дифференциал включающий две цилиндрические соосные полуосевые шестерни 2, 3 и несколько пар сателлитов 14, 15, находящихся в попарном зацеплении друг с другом, при этом один сателлит 14 из каждой пары сателлитов 14, 15 находится в зацеплении с полуосевой шестерней 2 одного движителя, а другой сателлит 15 этой пары - с полуосевой шестерней 3 другого движителя, солнечная шестерня 10 управляющего планетарного дифференциала 7 непосредственно соединена с валом 11 гидромотора 6, эпицикл 12 управляющего дифференциала 7 кинематически соединен с полуосью 5 одного движителя, а водило 13 этого дифференциала - с полуосью 4 другого движителя. Ось 8 управляющего дифференциала 7 параллельна оси 9 силового дифференциала.
Согласно альтернативному решению второго варианта исполнения предлагаемый механизм бесступенчатого поворота транспортного средства состоит из главной передачи, с ведомой шестерней 1 которой связан симметричный силовой дифференциал, содержащий три цилиндрические полуосевые шестерни 2, 3 и 16 и, предпочтительно, три пары сателлитов 14, 15, при этом третья цилиндрическая шестерня 16, кинематически связанная с управляющим планетарным дифференциалом 7, расположена снаружи по отношению к обеим полуосевым цилиндрическим шестерням 2 и 3, соосно с ними и выполнена одинаковой с ними по параметрам и кинематически связана с управляющим планетарным дифференциалом 7. При этом один из сателлитов 14 каждой пары сателлитов 14 и 15 выполнен удлиненным, снабжен проточкой 17 посередине его длины и установлен с одновременным зацеплением с третьей шестерней 16 и наиболее удаленной от нее полуосевой шестерней 2. Один сателлит 14 из каждой пары сателлитов 14 и 15 находится в зацеплении с полуосевой цилиндрической шестерней 2 одного движителя, другой сателлит 15 этой же пары находится в зацеплении с полуосевой шестерней 3 другого движителя. Оси силового и управляющего дифференциалов параллельны между собой.
Для первого и второго вариантов исполнения соотношение передаточных чисел кинематической связи управляющего планетарного дифференциала с полуосями: от эпицикла 12 к своей полуоси 4 и от водила 13 к своей полуоси 5 выполнено одинаковым, причем кинематическая связь между управляющим планетарным дифференциалом 7 и полуосями 4 и 5 осуществляется посредством шестерен промежуточного вала 18, расположенного между силовым и управляющим дифференциалами, параллельно им. Так, кинематическая цепь от водила 13 к полуоси 4, показанная на прилагаемых фигурах, включает шестерню 19, соединенную с водилом 13, паразитную шестерню 20 и шестерню 21, соединенную с полуосью 4. Кинематическая цепь от эпицикла 12 к полуоси 5 включает шестерню 22, соединенную с эпициклом 12, и находящуюся с ней в зацеплении шестерню 23, соединенную с промежуточным валом 18, шестерню 24, соединенную с промежуточным валом 18 и шестерню 25, соединенную с полуосью 5.
Работа предлагаемого механизма поворота осуществляется следующим образом.
При прямолинейном движении угловые скорости вращения полуосей 4 и 5 одинаковы, эпицикл 12 и водило 13 управляющего дифференциала 7, кинематически связанные с полуосями, 5 и 4,соответственно, вращаются в одну и ту же сторону, а вал 11 гидромотора 6 неподвижен.
Это требование соблюдается в том случае, если передаточные числа приводов, связывающих эпицикл 12 с одной из полуосей и водила 13 с другой, будут относиться, соответственно, как (К+1)/К, где «К» - отношение числа зубьев эпицикла 12 управляющего дифференциала 7 к числу зубьев солнечной шестерни 10 этого дифференциала 7.
Нарушение этого отношения приведет к вращению солнечной шестерни 10 и вала 11 гидромотора 6 при прямолинейном движении.
Направление вращения вала 11 гидромотора 6 определяет направление поворота. Вращение солнечной шестерни 10, соединенной с валом 11 гидромотора 6, в ту же сторону, в которую вращаются водило 13 и эпицикл 12, ведет к ускорению вращения водила 13 и замедлению вращения эпицикла 12, что приводит к разнонаправленному изменению угловых скоростей водила 13 и эпицикла 12 и, соответственно, к рассогласованию угловых скоростей полуосей 4 и 5, т.е. к повороту транспортного средства.
При повороте транспортного средства на месте вращение водила 13 и эпицикла 12 и, соответственно, полуосей 4 и 5, будет направлено в разные стороны.
Пример расчета оптимального соотношения передаточных чисел от эпицикла 12 к своей полуоси 5 и от водила 13 - к своей полуоси 4:
Если для поворота трактора вокруг центра масс требуется подвести к полуосям 4 и 5 разнонаправленные крутящие моменты, равные 4800 Н.м., а максимальный момент на валу 11 гидромотора 600 Н.м., то передаточное число от вала 11 гидромотора 6 к каждой из полуосей 4 и 5 должно быть равно 8.
Принимая, что управляющий дифференциал 7 имеет солнечную шестерню 10 с числом зубьев, равным 18, и эпицикл 12 с числом зубьев 72, получим значение «к», равное 72:18=4, что при определении моментов, действующих на элементы дифференциала, равно передаточному числу от солнечной шестерни 10 до эпицикла 12, а передаточное число от солнечной шестерни 10 до водила 13 будет равно «к+1», т.е. 5. Отсюда, передаточное число от эпицикла 12 до своей полуоси 5 должно быть равно 8:4=2, а от водила 13 до своей полуоси 4 должно быть равно 8:5=1,6.
Как очевидно из прилагаемых фигур, для кинематической цепи от водила 13 к полуоси 4 могут быть применены шестерни с числом зубьев 40 - шестерня 19, соединенная с водилом 13, с числом зубьев 32 -паразитная шестерня 20 и с числом зубьев 64 - шестерня 21, соединенная с полуосью 4.
Для кинематической цепи от эпицикла 12 к полуоси 5 могут быть применены шестерни с числом зубьев 36 - шестерня 22, находящаяся в зацеплении с эпициклом 12 и находящаяся с ней в зацеплении шестерня 23, соединенная с промежуточным валом 18, с числом зубьев 32 - шестерня 24, соединенная с промежуточным валом 18 и с числом зубьев 64 - шестерня 25, соединенная с полуосью 5 непосредственно для предлагаемого решения по второму варианту исполнения с двумя соосными шестернями в силовом дифференциале, представленном на фиг.2, или эта шестерня 25 может быть связана с полуосью 5 посредством третьей шестерни 16, сателлитов 14 силового дифференциала и полуосевой шестерни 3 для предлагаемого решения по второму варианту исполнения с тремя соосными шестернями 2, 3 и 16 в силовом дифференциале. Таким образом, передаточное число от вала 11 гидромотора 7 для полуоси 4, связанной с водилом 13, будет равно 5×64: 40=8, а для полуоси 5, связанной с эпициклом 12 будет равно 4×36×64:(36×32)=8.
Предлагаемое техническое решение является новым и промышленно применимым, оно успешно прошло опытные испытания и подготовлено к производству.
Применение предлагаемого механизма бесступенчатого поворота транспортного средства позволит существенно упростить его конструкцию, создав более компактный в осевом направлении дифференциала механизм.