ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕДАТОЧНОГО ОТНОШЕНИЯ
CONVERTER OF GEAR RATIO

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и механизмов, в которых необходимо в широких пределах изменять передаточное отношение, оптимизирующее разгон или торможение выходного вала. Примером такого механизма может быть механизм сцепления и коробка скоростей автомобиля, тяговые механизмы на электротранспорте, редуктор привода винта вертолета или автожира, подъемные и буксировочные механизмы, инструмент с изменяемым передаточным отношением, например гайковерт или шуруповерт, пусковые устройства вентиляторов, центрифуг, механизмы управления оборотами насосов, нагнетателей тягодутьевых устройств и другие, в работе которых необходимо изменять передаточное отношение трансмиссии при регламентированной нагрузке на валу двигателя.
Известны различные пути согласования передаточного отношения при передаче движения от двигателя к исполнительному механизму. Наиболее распространенным способом является зубчатый редуктор. В автомобиле для разгона используют «сцепление» - фрикционную муфту. Эти механизмы описаны, например, в Артоболевский И.И. «Механизмы в современной технике», Том 4 «Зубчатые механизмы» и Том 5 «Фрикционные механизмы». Москва. Наука 1980 г., а также в «Преобразователь передаточного отношения, зависящий от нагрузки на валу», Патент RU №2304735 и в «Регулятор оборотов двигателя транспортного средства с преобразователем передаточного отношения трансмиссии, зависящим от нагрузки на выходном валу», Патент RU №2333405.
Недостатком зубчатых редукторов является то, что при их использовании передаточное отношение трансмиссии постоянно, двигатель в большинстве случаев не работает на оптимальном режиме, при этом ухудшается экономичность, увеличиваются нагрузки на двигатель и элементы трансмиссии. Внесение в конструкцию технологически сложных устройств, ступенчатых или бесступенчатых преобразователей передаточного отношения, а также специальных устройств, как, например, гидромоторов, в приводе ротора автожира, приводит к удорожанию конструкции и к уменьшению степени надежности. В автомобиле, в начале движения, при работе сцепления большая доля энергии двигателя тратится на трение, а разгон также происходит не в оптимальном режиме. Недостатками известных решений, описанных в Патенте RU №2304735 и Патенте RU №2333405, являются сложность конструкции и неоптимальный режим работы в процессе преобразования передаточного отношения.
Задачей изобретения является осуществление простого и оптимально работающего механизма для разгона или торможения выходного вала с автоматическим изменением передаточного отношения при работе двигателя в процессе разгона на постоянном оптимальном режиме. Это приведет к уменьшению потерь и упрощению конструкции.
Указанная цель достигается тем, что согласно изобретению, в качестве преобразователя передаточного отношения трансмиссии используют планетарный дифференциал с ведущим водилом и двумя различными по диаметру центральными колесами. Сателлиты, расположенные на водиле, жестко связанные между собой, обкатываются по двум центральным колесам. Одно из центральных колес жестко связано с выходным валом, а второе центральное колесо через редуктор, изменяющий направление вращения, выполненный любым из известных способов, передает вращение на диск фрикционной муфты, ответный диск которой также жестко связан с выходным валом. Разница во вращении компенсируется фрикционной муфтой, которая также распределяет нагрузку между плечами дифференциала. Оба диска фрикционной муфты вращаются в одну сторону. Сила трения во фрикционной муфте заставляет раскручиваться весь механизм и передаточное отношение уменьшается от максимальной величины, когда движение передается только через шестерни планетарного редуктора, до единицы, когда вращение шестерен отсутствует, а весь механизм вращается целиком. При этом на валу двигателя нагрузка постоянна и определяется величиной силы трения между дисками фрикционной муфты, которая также, исходя из необходимости, к примеру с изменением мощности двигателя может принудительно изменяться.
Изобретение поясняется чертежом, где схематически представлен планетарный дифференциал с передачей вращения на выходной вал и фрикционную муфту. Согласно изобретению, вращение от привода через вал 1 передается на водило 2. На водиле свободно вращаются пары сателлитов 3 и 4, жестко соединенные между собой. Сателлит 3 соединен с центральным колесом 5, которое жестко соединено с выходным валом 7. Сателлит 4 соединен с центральным зубчатым колесом 6, свободно вращающимся на валу. Центральное зубчатое колесо 6 через редуктор 8, изменяющий направление вращения, ось которого расположена на выходном валу, перпендикулярно жестко связано с диском фрикционной муфты 9. Ведомый диск фрикционной муфты 10 жестко соединен с выходным валом 7. Таким образом, при вращении водила сателлиты будут катиться по центральным колесам и «раздвигать» их на величину, пропорциональную разнице соотношений диаметров пар центральных колес и сателлитов. Но вращение колеса 6, за счет наличия в кинематической цепи редуктора 8, изменит направление вращения, и оба центральных колеса будут вращать выходной вал 7 в одну сторону: колесо 5 непосредственно, а колесо 6 через редуктор, изменяющий направление вращения и фрикционную муфту, оба диска которой вращаются в одном направлении. При разгоне, в начале движения, когда движение передается только через шестерни дифференциала, передаточное отношение будет тем больше, чем меньше разница между соотношением диаметров пар центральных зубчатых колес и сателлитов. В конце разгона проскальзывания во фрикционной муфте нет, сателлиты и центральные зубчатые колеса неподвижны относительно друг друга и весь механизм вращается как целое, а передаточное отношение равно единице. При увеличении потребного крутящего момента на выходном валу сателлиты начнут обкатываться по центральным зубчатым колесам, и возникнет проскальзывание во фрикционной муфте, передаточное отношение увеличится до необходимой величины, соответствующей соотношению крутящего момента, создаваемого двигателем и потребного крутящего момента. В некоторых механизмах, например в трансмиссии автомобиля или на электротранспорте, изменение силы трения во фрикционной муфте возможно использовать для поддержания оборотов мотора постоянными в возможных пределах регулирования, при изменении соотношения его мощности и мощности, потребной для движения. В этом случае сила сжатия дисков фрикционной муфты должна быть функцией оборотов двигателя. Регулятор силы сжатия дисков фрикционной муфты может быть выполнен любым известным способом, например ручным, механическим, центробежным, гидравлическим, электромеханическим, электронным. Редуктор, изменяющий направление вращения одного из центральных колес, также может быть выполнен любым из известных способов.