Коробка скоростей
SPEED GEAR-BOX

Настоящее изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в качестве зубчатой бесступенчатой коробки скоростей.
Известна передача коническими катками, содержащая ведущий и ведомый конические катки с гладкими образующими поверхностями, соприкасающиеся друг с другом, причем ведущий каток установлен с возможностью продольного перемещения
/ С.Н. Кожевников, Я.И. Есипенко, Я.М. Раскин, Механизмы, Справочное пособие, под ред. чл. - кор. АН УССР С.Н. Кожевникова, изд. 4, М., Машиностроение, 1976, с. 329-330, рис. 5.18 /.
Недостатками передачи коническими катками являются: небольшая передающаяся мощность, имеет только одну нескользящую точку, во всех остальных местах касания износ и скольжение катков.
Указанные недостатки обусловлены несовпадением вершин конусов.
Известен вариатор с коническими барабанами, развернутыми на 180 градусов относительно друг друга, каждый установлен на двух подшипниках и имеет внутри пружину, между барабанами установлен ролик с возможностью продольного перемещения посредством рычажного механизма
/ Там же, с. 333, рис. 5.23 /.
Недостатками вариатора с коническими барабанами являются: небольшая передаваемая мощность, пробуксовки при резком изменении нагрузки на конические барабаны, сложность конструкции.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией вариатора.
Известна также коробка скоростей, содержащая корпус, закрытый крышкой, внутри которого размещен конический ведомый блок с зубчатыми полукруглыми венцами, смещенными один относительно другого в продольной плоскости, имеющими круговые выточки без зубьев, равные 1/3 ширины зубьев, постоянная разность зубьев в каждом зубчатом венце составляет 1 или 2 или 3 и т.д. Ведомый конический блок входит в зацепление с ведущим зубчатым цилиндрическим колесом, установленным на валу с возможностью перемещения вдоль образующей конического блока посредством механизма с ручкой управления и приводимого в движение посредством ценной передачи от ведомого конического блока
/ Там же, с. 185, рис. 3.87 (а, б) /.
Известная коробка скоростей, как наиболее близкая по технической сущности и достигаемому полезному результату, принята за прототип.
Недостатками известной коробки скоростей, принятой за прототип, являются: сложность изготовления конического блока и механизма переключения, расход энергии на привод механизма переключения, быстрый износ конического блока, гребней цилиндра и стрелки механизма управления, небольшое передаточное отношение.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией коробки скоростей, постоянным сцеплением и расцеплением ведущего колеса с ведомым блоком, возможным несовпадением зубьев ведущего колеса и ведомого конического блока при износе.
Задачей настоящего изобретения является повышение технических характеристик коробки скоростей.
Технический результат обеспечивается тем, что в коробке скоростей, содержащей корпус, закрытый крышкой, ведущую цилиндрическую шестерню, установленную на ведущем валу с возможностью перемещения вдоль образующей ведомой конической шестерни, установленной на ведомом валу, механизм управления, кинематически соединенный с ведущей цилиндрической шестерней, согласно изобретению ведомая коническая шестерня имеет зубья, параллельные друг другу, разные по длине, одинаковые по ширине и расстоянию между ними, каждый из которых выполнен под углом к продольной вертикальной плоскости, проходящей через центр вращения ведомой конической шестерни, и зависящий от ее длины и соотношения наименьшего и наибольшего диаметров, входит в постоянное зацепление с цилиндрической ведущей шестерней, причем ведомая коническая шестерня условно разделена вертикальными поперечными плоскостями на несколько продольных частей, длина каждой из которых равна ширине ведущей цилиндрической шестерни, причем в каждой последующей части от меньшего диаметра к большему диаметру количество зубьев возрастает, а соотношение ширины ведущей цилиндрической шестерни к продольной длине ведомой конической шестерни равно 1:10.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фигуре 1 изображен общий вид коробки скоростей;
на фигуре 2 - расположение узлов и механизмов внутри корпуса коробки скоростей;
на фигуре 3 - общий вид ведущей цилиндрической и ведомой конической шестерен;
на фигуре 4 - вид ведущей цилиндрической шестерни в разрезе;
на фигуре 5 - гидравлическая схема управления коробкой скоростей.
Коробка скоростей содержит корпус 1, закрытый крышкой 2, внутри которого размещены ведомая коническая шестерня 3, закрепленная на ведомом валу 4, установленным на подшипниках 5, 6, входящая в зацепление с ведущей цилиндрической шестерней 7, закрепленной на наклонном ведущем валу 8 с возможностью перемещения вдоль образующей ведомой конической шестерни. Один конец ведущего вала соединен с ведущим валом масляного шестеренчатого насоса 9, корпус 10 которого посредством кронштейна 11 прикреплен к корпусу коробки скоростей, а другой конец вставлен в подшипник 12 и через шарнир равной угловой скорости 13 соединен с горизонтальным ведущим валом 14. Ведущая цилиндрическая шестерня выполнена заодно с втулкой 15, имеющей проточку 16, в которую входит вилка 17, соединенная с планкой 18, установленной в направляющих 19 и имеющей зубчатую рейку 20, входящую в зацепление с зубчатым сектором 21, установленным на оси и посредством рычага 22 соединенного со штоком 23 гидроцилиндра одностороннего действия. Гидроцилиндр имеет корпус 24, закрытый крышкой 25, имеющий внутри пружину 26 и ограничительный упор 27. Гидроцилиндр привернут болтами к корпусу коробки скоростей, а на его корпусе закреплен блок гидравлических кранов 28, золотники которых 29, 30 связаны с ручками управления 31, 32. Внутри корпуса коробки скоростей также размещены масляный бак 33 и регулятор частоты вращения 34. Регулятор содержит два гидравлических крана 35, 36, золотник 37 одного из которых связан с центробежным регулятором 38, а золотник 39 второго крана соединен с гибкой мембраной 40 вакуумного регулятора 41. Центробежный регулятор приводится в движение от ведомого вала. Ведомая коническая шестерня имеет зубья 42, параллельные друг другу, разные по длине, одинаковые по ширине и расстоянию между ними, каждый из которых выполнен под углом α к продольной вертикальной плоскости, проходящей через центр вращения, и зависящий от ее длины и соотношения наименьшего и наибольшего диаметров. Ведомая коническая шестерня входит в достоянное зацепление с ведущей цилиндрической шестерней. Ведомая коническая шестерня условно разделена вертикальными поперечными плоскостями на несколько продольных частей, продольная длина каждой из которых  равна ширине  ведущей цилиндрической шестерны (фиг. 3). В каждой последующей части от меньшего диаметра к большему диаметру количество зубьев возрастает, а соотношение ширины ведущей цилиндрической шестерни к продольной длине ведомой конической шестерни равно 1:10.
Работа коробки скоростей
При вращении горизонтального ведущего зала 14 вращающийся момент через шарнир равной угловой скорости 13 передается на наклонный ведущий вал 8. Вместе с ним вращается масляный насос 9, а также ведущая цилиндрическая шестерня 7, которая посредством зубчатого зацепления вращает ведомую коническую шестерню 3. В этом случае на ведомом валу 4 максимальный крутящийся момент, а обе шестерни 3 и 7 находятся в положении, показанном на фигуре 2. Ведомый вал 4 вращается с минимальной скоростью. Далее поворачиваются ручки управления 31 и 32, а вместе с ними золотники 29 и 30, которые занимают положения, показанные на фигуре 5. Золотник 29 открывает доступ масла в гидроцилиндр 24, а золотник 30 - поступление масла в гидравлический кран 36. Масло из масляного бака 33 масляным насосом 9 подается внутрь гидроцилиндра 24, выходит из него через золотник 30 и поступает в гидравлический кран 36, а затем в масляный бак 33. Под действием центробежной силы грузики центробежного регулятора 38 смещаются и передвигают золотник 37 вправо, уменьшая проходное сечение гидравлического крана 36. Количество выходящего из гидроцилиндра 24 масла уменьшится и поршень, сжимая пружину 26, станет смещаться влево и через шток 23 поворачивать зубчатый сектор 21, который передвинет планку 18 с зубчатой рейкой 20, а вместе с ними, посредством вилки 17, ведущую цилиндрическую шестерню 7 влево (фиг. 2). Частота вращения ведомой конической шестерни 3 возрастет, а вместе с ней и ведомого вала 4. Когда грузики центробежного регулятора 38 разойдутся на максимальное расстояние золотник 37 полностью перекроет путь масла в масляный бак 33 в гидравлическом кране 36. Под возросшим давлением масло передвинет поршень гидроцилиндра 24 влево до ограничительного упора 27, сжав пружину 26. Ведущая цилиндрическая шестерня 7 сместится до конца и займет положение, показанное на фигуре 3. Частота вращения шестерен 3 и 7, а также валов 4 и 8 станет одинаковой, а передающийся момент наименьшим. При уменьшении частоты вращения ведомого вала 4 грузики центробежного регулятора 38 сближаются и передвигают золотник 37 гидравлического крана 36 влево (фиг. 5), увеличивая проходное сечение сливной магистрали. Давление внутри гидроцилиндра 24 уменьшается и пружина 26 смещает поршень вправо, который через шток 23 поворачивает зубчатый сектор 21, а он через зубчатую рейку 20 передвигает планку 18 вправо, а с ней и ведущую цилиндрическую шестерню 7 в ту же сторону, увеличивая крутящийся момент на ведомом валу 4. И наоборот. Если коробка скоростей установлена на транспортном средстве, имеющем бензиновый двигатель, то посредством трубопровода, не показанного на чертежах, вакуумный регулятор 41 соединяется со смесительной камерой карбюратора. В зависимости от создаваемого в карбюраторе разрежения мембрана 40, прогибаясь, передвигает золотник 39 гидравлического крана 35, открывая больше или меньше проходное сечение сливной магистрали. Таким образом, при увеличении частоты вращения ведомого вала 4 грузики центробежного регулятора 38 уменьшают передаточное отношение, а вакуумный регулятор 41 при возрастании нагрузки на двигатель и увеличении разрежения в карбюраторе увеличивает передаточное число и уменьшает частоту вращения ведомого вала 4. Работая независимо друг от друга, центробежный и вакуумный регуляторы создают оптимальный крутящийся момент на ведомом валу 4. Управлять коробкой скоростей можно и в ручном режиме посредством ручек управления 31 и 32. Гидравлические краны 35 и 36 отключаются золотником 30 и он напрямую соединяет гидроцилиндр 24 с масляным баком 33. Периодически открывая или закрывая золотники 29 и 30, ручками управления 31 и 32 можно регулировать положение поршня в гидроцилиндре 24 и тем самым перемещать в ту или иную сторону ведущую цилиндрическую шестерню 7, обеспечивая нужный режим работы коробки скоростей. При установке данной коробки скоростей на транспортном средстве, должен быть предусмотрен дополнительный редуктор для заднего хода.
Технический результат - упрощение конструкции, повышение надежности передаточных пар, увеличение диапазона регулирования передаточного отношения, увеличения срока службы, расширение области применения.