ШИРОКОДИАПАЗОННАЯ РЕВЕРСИВНАЯ ТРАНСМИССИЯ
WIDE-RANGE REVERSIBLE TRANSMISSION

Изобретение относится к машиностроению, а именно к коробкам передач автотранспортных средств и может быть использовано для управляемого изменения передаточного отношения и реверсирования механической части привода транспортных средств и промышленных установок.
–
Известен широкодиапазонный клиноременный вариатор, включающий базовый вариатор, дифференциал и зубчатую передачу (см. патент РФ на изобретение №2071577, МПК F16H 9/00 (1995.01), опубл. 10.01.1997). В конструкцию данного устройства входят ведущий, ведомый и промежуточный валы. Базовый вариатор выполнен клиноременным с раздвижными коническими шкивами, дифференциал выполнен коническим, а зубчатая передача состоит из цилиндрических шестерен и паразитной шестерни. Одна пара шкивов установлена на ведущем валу, а другая связана с корпусом (водилом) дифференциала. Одно центральное колесо дифференциала связано с выходным валом, другое – с промежуточным. Одно колесо зубчатой передачи связано с ведущим валом, а другое – с промежуточным. При изменении передаточного отношения φ базового вариатора от 1/3 до 2 скорость вращения выходного вала плавно меняется «вниз» от 5-кратной до 0, а затем, при дальнейшем росте φ от 2 до 3, реверсируется до 1/3 скорости вращения входного вала.
Недостатками аналога являются, во-первых, повышенная скорость вращения выходного вала «вперед», которая при передаче к рабочему органу, например, колесам автомобиля, должна понижаться дополнительным редуктором, но тогда становится недостаточной скорость хода «назад», что требует подключения дополнительного мультипликатора. Во-вторых, конструкция дифференциального механизма имеет повышенный момент инерции, который пропорционален квадрату передаточных отношений. В-третьих, понижен КПД из-за наличия дополнительных необходимых для функционирования элементов. В свою очередь, дополнительное оборудование усложняет конструкцию и делает ее громоздкой.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является двухрежимный бесступенчатый привод-супервариатор, включающий корпус, входной и выходной валы, планетарный дифференциал, состоящий из водила, солнечной шестерни, шестеренных сателлитов и эпицикла, и базовый дисковый фрикционный вариатор, состоящий из внешнего фрикциона-эпицикла и внутреннего фрикциона, между которыми установлен сателлит с устройством перемещения его оси (см. патент РФ на изобретение №2373445, МПК F16H 15/50 (2006.01), опубл. 20.11.2009). Привод-супервариатор содержит управляющий механизм, в который входят планетарный дифференциал, согласующая планетарная передача и сцепные муфты, осуществляющие возможность попеременного соединения согласующей планетарной передачи или с водилом, или с внутренним центральным колесом планетарного дифференциала. Базовый дисковый фрикционный вариатор снабжен датчиками частоты вращения входного и выходного вала, которые соединены с блоком сравнения частот вращения. При выравнивании частот вращения входного и выходного валов блок выдает сигнал на пересоединение связей между согласующей планетарной передачей и планетарным дифференциалом.
Недостатками прототипа являются сложность конструкции и двухкаскадность управления скоростью вращения выходного вала. Это обусловлено тем, что, во-первых, изменение передаточного отношения осуществляется с помощью устройства перемещения осей сателлитов, располагающегося на вращающемся водиле, что снижает надежность управления и усложняет конструкцию. Во-вторых, сами сателлиты выполнены в виде конусных дисков, распирающих своими наклонными боковинами подвижные внутренний и внешний фрикционы, которые включают в конструкцию упругие элементы, что снижает их усталостную прочность. В-третьих, кинематическая схема привода имеет переменную структуру, что усложняет управление устройством и снижает его надежность из-за наличия большого количества дополнительного оборудования, реализующего переключения в этой структуре.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в упрощении конструкции и управления, снижении габаритов и повышении надежности устройства.
согласно изобретению,
Технический результат достигается тем, что широкодиапазонная реверсивная трансмиссия, включающая корпус, входной и выходной валы, планетарный дифференциал, состоящий из водила, солнечной шестерни, шестеренных сателлитов и эпицикла, и базовый дисковый фрикционный вариатор, состоящий из внешнего фрикциона-эпицикла и внутреннего фрикциона, между которыми установлен сателлит с устройством перемещения его оси, внутренний фрикцион выполнен в виде сдвоенного конуса, внешний фрикцион-эпицикл выполнен с возможностью вращения, а сателлит выполнен в виде двух плоских дисков с осевыми ограничителями и установлен с возможностью перемещения дисков по поверхностям фрикционов с противофазным наклоном их плоскостей, при этом трансмиссия дополнительно снабжена реверсором, установленным между базовым дисковым фрикционным вариатором и планетарным дифференциалом, причем реверсор включает два зубчатых колеса и зубчатые шестерни, установленные на зафиксированных в корпусе осях, при этом первое зубчатое колесо закреплено на фрикционе-эпицикле, а второе на водиле планетарного дифференциала, солнечная шестерня которого соединена с входным валом, а эпицикл с выходным валом.
Данная широкодиапазонная реверсивная трансмиссия позволит упростить конструкцию и управление, снизить габариты и повысить надежность устройства.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена кинематическая схема широкодиапазонной реверсивной трансмиссии, на фиг. 2 – положение оси сателлита между фрикционами вариатора при наименьшем передаточном отношении, на фиг. 3 – то же, при среднем передаточном отношении, на фиг. 4 – то же, при максимальном передаточном отношении.
Широкодиапазонная реверсивная трансмиссия включает корпус 1, входной 2 и выходной 3 валы, планетарный дифференциал 4, состоящий из водила 5, солнечной шестерни 6, сателлитов 7, эпицикла 8, и базовый дисковый фрикционный вариатор 9, состоящий из внешнего фрикциона-эпицикла 10 и внутреннего фрикциона 11, между которыми установлен сателлит с устройством перемещения его оси 12. Внутренний фрикцион 11 выполнен в виде сдвоенного конуса. Внешний фрикцион-эпицикл 10 выполнен с возможностью вращения. Сателлит выполнен в виде двух плоских дисков 13 и 14 с осевыми ограничителями 15, и установлен с возможностью противофазного наклона плоскостей дисков 13 и 14 по наружным поверхностям фрикционов 10 и 11. Трансмиссия снабжена реверсором 16, установленным между базовым дисковым фрикционным вариатором 9 и планетарным дифференциалом 4. Реверсор 16 включает два зубчатых колеса 17 и 18 и зубчатые шестерни 19, которые установлены между зубчатыми колесами 17 и 18 на зафиксированных в корпусе 1 осях. Зубчатое колесо 17 закреплено на фрикционе-эпицикле 10, а зубчатое колесо 18 на водиле 5 планетарного дифференциала 4. Солнечная шестерня 6 планетарного дифференциала 4 соединена с входным валом 2, а эпицикл 8 с выходным валом 3.
Широкодиапазонная реверсивная трансмиссия работает следующим образом.
2
3
Крутящий момент подается на входной вал 2, который начинает вращаться со скоростью ω, совместно с внутренним фрикционом 11.  Плоские диски 13 и 14 сателлита, соприкасаясь с поверхностями фрикционов 10 и 11, передают обратное вращательное движение от внутреннего фрикциона 11 фрикциону-эпициклу 10. Зубчатое колесо 17, связанное с фрикционом-эпициклом 10 через зубчатые шестерни 19, вращает в противоположном колесу 17 направлении колесо 18 и, соответственно, связанное c ним водило 5. В планетарном дифференциале 4, в результате совмещения вращательных движений солнечной шестерни 6 и водила 5, эпицикл 8 приводит во вращение  со скоростью ω выходной вал 3.
10
2
10
2
6
2
5
10
2
Передаточное отношение φ дискового фрикционного вариатора 9 определяется положением оси 12 его сателлитных дисков 13 и 14 (фиг. 2-4). Фрикцион-эпицикл 10 вращается со скоростью ω = – ω/φ и моментом М = – М∙φ. Соответственно в планетарном дифференциале 4 входная солнечная шестерня 6 вращается с окружной скоростью ω = ω, а водило 5 со скоростью ω= –ω= ω/φ.
Известные соотношения для скоростей планетарного механизма определяют угловую скорость выходного вала 3 трансмиссии:
3
2
/
ω=[(z+1)φ – z]∙ω,
6
8
/
где z = zz– отношение чисел зубьев солнечной шестерни 6 и эпицикла 8 планетарного дифференциала 4.
2
2
3
3
3
Моменты на входном 2 и выходном 3 валах трансмиссии связаны соотношением 2∙М∙ω = – М∙ω, где Мпредставляет собой момент нагрузки на выходном валу 3 от рабочего органа.
3
2
2
3
Последнее выражение показывает, что трансмиссия обладает важнейшим свойством – адаптивностью, сохраняющейся и при прямом реверсивном регулировании скорости выходного вала 3 изменением её передаточного отношения, скорость приводного двигателя при этом может оставаться неизменной, например, на оптимальном для КПД этого двигателя уровне. Кроме того, при φ = 4 и z = 1/3 скорость ω и момент М будут равны нулю при любых ω и М, то есть такой привод не нуждается в тормозах и сцеплениях и во всем диапазоне регулирования управляется единственным, определяющим смещение оси 12, воздействием, например, педалью акселератора.
Плоские диски 13 и 14 сателлита, благодаря своим осевым отверстиям и ограничителям 15 на оси 12, следуют профилям фрикционов 10 и 11, при смещениях оси 12 от среднего положения (фиг. 3) противофазно отклоняются от перпендикуляра к оси вращения (фиг. 2 и 4), и всегда точно контактируют с наклонными поверхностями фрикционов 10 и 11, то есть нет необходимости в использовании упругих элементов на фрикционах, как в прототипе, что повышает надежность заявленного устройства.
В базовом дисковом фрикционном вариаторе 9 по сравнению с прототипом водило неподвижно. Им является собственно корпус 1 трансмиссии. Это кардинально упрощает механику перемещения оси сателлита при использовании рекомендованных для планетарного механизма с неподвижным водилом пределов передаточных отношений от 2 до 8.
Благодаря реверсору 16 при изменениях передаточного отношения φ базового дискового фрикционного вариатора 9 скорость выходного вала 3 трансмиссии плавно меняется от +1/3 (при φ=2) через 0 (при φ=4) до –1/6 (при φ=8) скорости вращения входного вала 2. В этом случае, например в транспортных средствах, можно исключать редуктор главной передачи.
Данная трансмиссия, по сравнению с прототипом, позволит упростить конструкцию и управление, снизить габариты и повысить надежность устройства.