АККУМУЛЯТОР ЭНЕРГИИ ДЛЯ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯ СТУПЕНЕЙ ПОД НАГРУЗКОЙ, А ТАКЖЕ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ СТУПЕНЕЙ ПОД НАГРУЗКОЙ, ИМЕЮЩИЙ АККУМУЛЯТОР ЭНЕРГИИ
ENERGY STORAGE FOR STEP SELECTOR UNDER LOAD, AS WELL AS STEP SWITCH UNDER LOAD, HAVING ENERGY STORAGE

Изобретение касается аккумулятора энергии для переключателя ступеней под нагрузкой, а также переключателя ступеней под нагрузкой, имеющего аккумулятор энергии.
Аккумулятор энергии, часто также называемый силовым аккумулятором, в переключателе ступеней под нагрузкой, имеющем выходной вал, приводной вал и переключатель нагрузки, служит для преобразования непрерывного, медленного вращательного движения выходного вала, привод которого осуществляется двигателем с постоянной частотой вращения, в скачкообразное, быстрое вращательное движение приводного вала, который осуществляет привод переключателя нагрузки. Уже известны многочисленные аккумуляторы энергии, которые при помощи аккумулирующей пружины обеспечивают возможность скачкообразного вращательного движения приводного вала. При этом принцип всегда один и тот же: выходной вал, привод которого осуществляется двигателем с постоянной частотой вращения, напрягает аккумулирующую пружину до некоторой максимальной точки, и после превышения этой максимальной точки аккумулирующая пружина резко расслабляется и при этом скачкообразно осуществляет привод приводного вала.
DE 28 06 282 B1, EP 0 355 814 A2, DE 102005 027 524 B3, DE 102005 027 527 B3, DE 102010020 130 A1 и EP 2 760 034 A1 описывают каждая переключатель ступеней под нагрузкой, имеющий аккумулятор энергии, который включает в себя аккумулирующую пружину, передаточный механизм, раму для передаточного механизма, эксцентрик, заводные салазки и скачковые салазки. Передаточный механизм включает в себя входную втулку и выходную втулку. Из-за этих салазок такие аккумуляторы энергии называются также аккумуляторами энергии на салазках.
У этих известных переключателей ступеней под нагрузкой выходной вал соединен без возможности вращения с входной втулкой. Входная втулка соединена без возможности вращения с эксцентриком. Эксцентрик соединен с геометрическим замыканием с заводными салазками. Аккумулирующая пружина опирается между заводными салазками и скаковыми салазками. Заводные салазки и скачковые салазки могут двигаться относительно рамы по линейной направляющей, независимо друг от друга, между двумя конечными положениями туда и обратно. Скачковые салазки соединены с геометрическим замыканием с выходной втулкой.
Следовательно, эксцентрик вместе с заводными салазками образует напрягающий элемент, который выполнен таким образом, что для напряжения он воздействует на аккумулирующий элемент и затем, при вращении входной втулки, напрягает аккумулирующий элемент, а скачковые салазки образуют расслабляющий элемент, который выполнен таким образом, что для привода выходной втулки он воздействует на аккумулирующий элемент и затем, при расслаблении аккумулирующего элемента, осуществляет привод выходной втулки.
DE 10 2006 008 338 B3 и DE 10 2009 034 627 B3 описывают каждая переключатель ступеней под нагрузкой, имеющий аккумулятор энергии, который включает в себя аккумулирующую пружину, передаточный механизм, раму для передаточного механизма, приводной элемент в виде зубчатого колеса, имеющего две выступающие в осевом направлении упорные поверхности, и кривошип, имеющий цапфу кривошипа. Передаточный механизм включает в себя входную втулку и выходную втулку. Из-за этого кривошипа такие аккумуляторы энергии называются также аккумуляторами энергии с кривошипом.
У этих известных переключателей ступеней под нагрузкой выходной вал соединен без возможности вращения с входной втулкой. Входная втулка соединена без возможности вращения с приводным элементом. Приводной элемент и кривошип могут вращаться туда и обратно друг относительно друга между первым конечными положениями и вторым конечным положением. Упорные поверхности соответствуют кривошипу таким образом, что первая упорная поверхность в первом конечном положении прилегает к первой стороне кривошипа, а вторая упорная поверхность во втором конечном положении прилегает ко второй стороне кривошипа, причем эти стороны располагаются друг напротив друга. Следовательно, приводной элемент в этих конечных положениях соединен с геометрическим замыканием с кривошипом. Аккумулирующая пружина свободным концом шарнирно соединена с возможностью вращения с цапфой кривошипа, а неподвижным концом опирается с возможностью вращения на раму. Свободный конец может двигаться туда и обратно относительно неподвижного конца по линейной направляющей между двумя конечными положениями. Кривошип связан с выходной втулкой.
Следовательно, кривошип вместе с приводным элементом образует напрягающий элемент, который выполнен таким образом, что для напряжения он воздействует на аккумулирующий элемент и затем, при вращении входной втулки, напрягает аккумулирующий элемент, а кривошип образует расслабляющий элемент, который выполнен таким образом, что для привода выходной втулки он воздействует на аккумулирующий элемент и затем, при расслаблении аккумулирующего элемента, осуществляет привод выходной втулки.
В связи с этим изобретение предлагает предметы независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствования и варианты осуществления изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
По первому аспекту изобретение предлагает аккумулятор энергии для или в переключателе ступеней под нагрузкой, который включает в себя двигатель с выходным валом и переключатель нагрузки с приводным валом, включающий в себя
-упругий аккумулирующий элемент;
- передаточный механизм (передача), который связан с аккумулирующим элементом, и включает в себя
- входную втулку, которая может соединяться без возможности вращения с выходным валом;
- выходную втулку, которая может соединяться без возможности вращения с выходным валом;
- варьируемый передаточный элемент или варьируемое передаточное средство, которые(ое) включено между входной втулкой и аккумулирующим элементом.
Под варьируемым передаточным средством здесь понимается, например, передаточное средство, имеющее варьируемое передаточное отношение, то есть его передаточное отношение зависит от углового положения входной втулки или от углового положения его входной стороны, которая связана и, в частности, соединена без возможности вращения с входной втулкой. Передаточное средство может быть, в частности, выполнено таким образом, что при вращении входной втулки из первого углового положения во второе угловое положение передаточное отношение увеличивается или уменьшается или изменяет знак или остается постоянным или беспрерывным.
При этом передаточное отношение передаточного средства в качестве примера задано как ü=vE:vA, где vE представляет собой входную скорость, с которой движется связанная с входной втулкой входная сторона передаточного средства, а vA - выходную скорость, с которой движется связанная с аккумулирующим элементом выходная сторона передаточного средства. В случае если, например, входная сторона и выходная сторона передаточного средства обладают возможностью вращения, то передаточное отношение может также, например, выражаться как ü=nE:nA, где nE - входная частота вращения входной стороны, а nA - выходная частота вращения выходной стороны. Следовательно, большое, соответственно, маленькое передаточное отношение ü означает низкую, соответственно, высокую выходную скорость vA=vE:ü.
Передаточное средство предлагаемого аккумулятора энергии обеспечивает возможность колебательного поворотного движения выходной втулки между ее первым и вторым угловым положением, независимо от направления вращения входной втулки. Под колебательным поворотным движением здесь понимается, что выходная втулка сначала вращается в первом направлении из заданного первого углового положения в заданное второе угловое положение, когда входная втулка вращается в первом направлении из заданного первого углового положения на заданный разностный угол, и что, когда после этого входная втулка вращается либо в противоположном, втором направлении обратно в свое первое угловое положение, либо дальше в первом направлении на этот разностный угол, то выходная втулка вращается в противоположном, втором направлении из своего второго снова обратно в свое первое угловое положение.
Предпочтительно каждый предлагаемый аккумулятор энергии включает в себя:
- напрягающий элемент, который выполнен таким образом, что для напряжения он воздействует на аккумулирующий элемент и затем, при вращении входной втулки, напрягает аккумулирующий элемент;
- расслабляющий элемент, который выполнен таким образом, что для привода выходной втулки он воздействует на аккумулирующий элемент и затем, при расслаблении (разгрузке) аккумулирующего элемента, осуществляет привод выходной втулки;
при этом
- передаточный механизм выполнен таким образом, что он
при расслаблении и/или приводе выходной втулки продвигает или может продвигать напрягающий элемент вслед за расслабляющим элементом с желаемой и/или заданной скоростью; и/или
при расслаблении и/или приводе выходной втулки поджимает или может поджимать расслабляющий элемент.
В этом случае передаточное средство при расслаблении и/или приводе выходной втулки обеспечивает возможность продвигания напрягающего элемента относительно расслабляющего элемента с желаемой и/или заданной скоростью, которая, в частности, может быть больше скорости при напряжении.
При дефекте или блокировке или торможении аккумулирующего элемента или при рабочих условиях переключателя ступеней под нагрузкой, затрудненных по сравнению с нормальными рабочими условиями, или при ситуациях избыточной нагрузки расслабление и/или привод выходной втулки может осуществляться медленнее, чем при нормальных рабочих условиях, и даже так медленно, что напрягающий элемент догоняет расслабляющий элемент и воздействует на аккумулирующий элемент, как при напряжении. В этом случае передаточное средство обеспечивает возможность поджатия расслабляющего элемента за свет того, что входная втулка через напрягающий элемент и расслабляющий элемент непосредственно и без замедления осуществляет привод выходной втулки.
Напрягающий элемент и расслабляющий элемент, в зависимости от потребности, могут быть выполнены любым образом, например, как у аккумулятора энергии на салазках или аккумулятора энергии с кривошипом.
Предпочтительно каждый предлагаемый аккумулятор энергии включает в себя:
- по меньшей мере один кривошип, который связан с аккумулирующим элементом и с передаточным механизмом.
Кривошип образует, в частности, по меньшей мере часть напрягающего элемента и/или по меньшей мере часть расслабляющего элемента.
Предлагаемый аккумулятор энергии, в зависимости от потребности, может быть выполнен любым образом и, например, включать в себя по меньшей мере один или ни одного дополнительного упругого аккумулирующего элемента и/или по меньшей мере один или ни одного дополнительного передаточного механизма и/или по меньшей мере один или ни одного дополнительного передаточного средства.
Каждый аккумулирующий элемент, в зависимости от потребности, может быть выполнен любым образом, например, в виде винтовой пружины растяжения или винтовой пружины сжатия или газовой пружины или эластомерной пружины.
Каждое передаточное средство, в зависимости от потребности, может быть выполнено любым образом и, например, включать в себя по меньшей мере один передаточный механизм, имеющий неравномерное и/или регулируемое передаточное отношение, который предпочтительно выполнен в виде кулачковой передачи или сопряженной передачи или ступенчатой передачи или бесступенчатой зубчатой передачи или CVT (Continuosly Variable Transmission, англ. бесступенчатая трансмиссия) или гидравлической передачи или пары зубчатых колес из двух эллиптических зубчатых колес.
Предпочтительно предусмотрено, что
- передаточный механизм выполнен таким образом, что он при вращении входной втулки в первом направлении из заданного первого углового положения в заданное второе угловое положение напрягает аккумулирующий элемент, и при этом выходная втулка неподвижна;
- аккумулирующий элемент выполнен таким образом, что он при вращении входной втулки в этом направлении из второго углового положения в заданное третье угловое положение расслабляется, и при этом выходная втулка вращается из первого углового положения во второе угловое положение.
При этом вращении из первого во второе угловое положение выходная втулка неподвижна, в частности, в своем первом угловом положении.
Предпочтительно предусмотрено, что
- передаточный механизм выполнен таким образом, что при вращении входной втулки в этом направлении из второго в третье угловое положение и/или при расслаблении передаточное отношение передаточного средства меньше, чем при напряжении.
Предпочтительно предусмотрено, что
- передаточный механизм выполнен таким образом, что
при вращении входной втулки в этом направлении из первого во второе угловое положение передаточное отношение передаточного средства больше заданного порогового значения; и/или
при вращении входной втулки в этом направлении из второго в третье угловое положение передаточное отношение передаточного средства меньше этого порогового значения или заданного другого порогового значения.
Предпочтительно предусмотрено, что
- передаточный механизм выполнен таким образом, что он при вращении входной втулки в этом направлении из третьего углового положения в заданное четвертое угловое положение блокирует выходную втулку;
- и/или передаточный механизм выполнен таким образом, что при этом вращении из третьего в четвертое угловое положение передаточное отношение передаточного средства беспрерывно.
При этом вращении передаточный механизм блокирует выходную втулку, в частности, в ее втором угловом положении.
Предпочтительно предусмотрено, что
- передаточный механизм выполнен таким образом, что он при вращении входной втулки в этом направлении из заданного пятого углового положения, которое располагается перед первым угловым положением, в первое угловое положение не напрягает аккумулирующий элемент, и при этом выходная втулка неподвижна.
При этом вращении выходная втулка неподвижна, в частности, в своем первом угловом положении.
Предпочтительно предусмотрено, что
- передаточный механизм выполнен таким образом, что он при вращении входной втулки в этом направлении из пятого углового положения в заданное промежуточное угловое положение, которое располагается между пятым и первым угловым положением, блокирует выходную втулку;
- и/или передаточный механизм выполнен таким образом, что при этом вращении из пятого углового положения в промежуточное угловое положение передаточное отношение передаточного средства беспрерывно.
При этом вращении передаточный механизм блокирует выходную втулку, в частности, в ее первом угловом положении.
Предпочтительно предусмотрено, что
- передаточный механизм выполнен таким образом, что он при вращении входной втулки в этом направлении из пятого углового положения или заданного промежуточного углового положения, которое располагается между пятым и первым угловым положением, в первое угловое положение передаточное отношение передаточного средства меньше, чем при напряжении.
Предпочтительно предусмотрено, что
- передаточный механизм и аккумулирующий элемент выполнены таким образом, что они вместе при вращении входной втулки в этом направлении из второго углового положения в третье угловое положение вращают или могут вращать выходную втулку из ее первого углового положения или из промежуточного углового положения, которое располагается между ее первым и вторым угловым положением, в ее второе угловое положение;
- или передаточный механизм выполнен таким образом, что он при вращении входной втулки в этом направлении из второго в третье угловое положение вместо аккумулирующего элемента вращает или может вращать выходную втулку из ее первого углового положения или из промежуточного углового положения, которое располагается между ее первым и вторым угловым положением, в ее второе угловое положение.
Предпочтительно предусмотрено, что
- передаточный механизм выполнен таким образом, что он при вращении входной втулки в этом направлении и между вторым и третьим угловым положением препятствует возможности выхода выходной втулки из ее второго углового положения больше, чем на заданный угол отклонения.
Предпочтительно предусмотрено, что
- передаточный механизм включает в себя
по меньшей мере один диск с криволинейными направляющими, который включает в себя по меньшей мере одну криволинейную направляющую и входную втулку;
по меньшей мере один щуп, который считывает криволинейную направляющую;
- и/или передаточный механизм включает в себя
ведущее зубчатое колесо, имеющее ось поворота, на котором щуп установлен с радиальным сдвигом относительно оси поворота; и/или
ведомое зубчатое колесо, которое включает в себя выходную втулку и с которым связан аккумулирующий элемент; и/или
первую муфту, в частности муфту свободного хода, имеющую заданный первый угловой зазор, которая включена между ведущим зубчатым колесом и аккумулирующим элементом; и/или
вторую муфту, в частности муфту свободного хода, имеющую заданный второй угловой зазор, которая включена между аккумулирующим элементом и ведомым зубчатым колесом.
Как ведущее зубчатое колесо, так и ведомое зубчатое колесо при необходимости может заменяться другим надлежащим элементом передаточного механизма, например, цепным колесом или ременным шкивом.
Предпочтительно предусмотрено, что
- передаточный механизм включает в себя по меньшей мере один запорный механизм, который связан с выходной втулкой и, в частности, с ведомым зубчатым колесом;
- этот запорный механизм выполнен таким образом, что он
при вращении входной втулки в этом направлении и между вторым и третьим угловым положением препятствует возможности выхода выходной втулки из ее второго углового положения больше, чем на указанный угол отклонения и/или в направлении ее первого углового положения; и/или
во втором угловом положении выходной втулки препятствует возможности выхода выходной втулки из второго углового положения в направлении первого углового положения; и/или
в промежуточном угловом положении выходной втулки, которое располагается между ее первым и вторым угловым положением, препятствует возможности выхода выходной втулки из этого промежуточного углового положения в направлении ее первого углового положения; и/или
при вращении выходной втулки из ее второго в ее первое угловое положение препятствует остановке выходной втулки в ее промежуточном угловом положении.
Предпочтительно предусмотрено, что
- передаточный механизм включает в себя
первое зубчатое колесо или зубчатое колесо A, которое находится в зацеплении с ведущим зубчатым колесом; и/или
второе зубчатое колесо или зубчатое колесо B, которое, в частности, связано с зубчатым колесом A, в частности посредством первой муфты; и/или
третье зубчатое колесо или зубчатое колесо C, которое, в частности, находится в зацеплении с зубчатым колесом B; и/или
четвертое зубчатое колесо или зубчатое колесо D, которое находится в зацеплении с ведомым зубчатым колесом и, в частности, с зубчатым колесом C, в частности посредством второй муфты.
Каждое из этих зубчатых колес при необходимости может заменяться другим надлежащим элементом передаточного механизма, например, цепным колесом или ременным шкивом.
Предпочтительно каждый предлагаемый аккумулятор энергии включает в себя по меньшей мере один кривошип, который связан с аккумулирующим элементом и/или с зубчатым колесом C.
Кривошип образует, в частности, по меньшей мере часть напрягающего элемента и/или по меньшей мере часть расслабляющего элемента.
Предпочтительно предусмотрено, что
- передаточный механизм включает в себя по меньшей мере один разъединительный механизм, который, в частности, связан с зубчатым колесом B;
- этот разъединительный механизм выполнен таким образом, что он при вращении входной втулки в этом направлении и тогда, когда входная втулка находится во втором угловом положении или между вторым и третьим угловым положением, разъединяет запорный механизм.
Предпочтительно предусмотрено, что
- криволинейная направляющая выполнена таким образом, что при вращении входной втулки в первом направлении из пятого в четвертое угловое положение и при вращении входной втулки в противоположном, втором направлении из четвертого в пятое угловое положение соответствующие движения ведущего зубчатого колеса выполняются зеркально друг другу; и/или
- криволинейная направляющая выполнена таким образом, что при вращении входной втулки в первом направлении из пятого в четвертое угловое положение и при вращении входной втулки в первом направлении из четвертого углового положения на тот же самый разностный угол соответствующие движения ведущего зубчатого колеса выполняются зеркально друг другу; и/или
- криволинейная направляющая является замкнутой; и/или
- криволинейная направляющая выполнена таким образом, что разностный угол между четвертым и пятым угловым положением составляет 180° или 90° или 60° или 45° или целочисленную долю от 180°.
По второму аспекту изобретение предлагает переключатель ступеней под нагрузкой, включающий в себя
- двигатель, имеющий выходной вал;
- переключатель нагрузки, имеющий приводной вал;
- аккумулятор энергии, который выполнен по первому аспекту;
при этом
- входная втулка соединена без возможности вращения с выходным валом;
- выходная втулка соединена без возможности вращения с приводным валом.
Предлагаемый переключатель ступеней под нагрузкой, в зависимости от потребности, может быть выполнен любым образом и, например, включать в себя по меньшей мере один или ни одного дополнительного двигателя и/или по меньшей мере один или ни одного дополнительного переключателя нагрузки и/или по меньшей мере один или ни одного дополнительного аккумулятора энергии.
Каждый двигатель, в зависимости от потребности, может быть выполнен любым образом, например, в виде двигателя с постоянной или неизменяемой или нерегулируемой частотой вращения.
Предпочтительно предусмотрено, что переключатель ступеней под нагрузкой включает в себя по меньшей мере один селектор, имеющий приводной вал селектора, который соединен без возможности вращения с выходным валом, или который представляет собой выходной вал. Селектор включает в себя предпочтительно по меньшей мере два подвижных движущихся контакта, которые соединены без возможности вращения с приводным валом селектора.
Варианты осуществления и пояснения к одному из аспектов изобретения, в частности к отдельным признакам этого аспекта, соответственно относятся также аналогично к другим аспектам изобретения.
Ниже варианты осуществления изобретения в качестве примера поясняются подробнее с помощью прилагаемых чертежей. Однако вытекающие из них отдельные признаки не ограничены этими отдельными вариантами осуществления, а могут объединяться и/или комбинироваться с описанными выше отдельными признаками и/или с отдельными признаками других вариантов осуществления. Подробности на чертежах должны толковаться только как поясняющие, но не как ограничивающие. Содержащиеся в пунктах формулы изобретения ссылочные обозначения никоим образом не должны ограничивать объем охраны изобретения, а только ссылаются на варианты осуществления, показанные на чертежах.
На чертежах показано:
фиг.1: один из предпочтительных вариантов осуществления переключателя ступеней под нагрузкой, имеющего аккумулятор энергии;
фиг.2: первый вид одного из предпочтительных вариантов осуществления аккумулятора энергии с фиг.1, имеющего запорный механизм в первом варианте осуществления;
фиг.3: второй вид аккумулятора энергии с фиг.2;
фиг.4: третий вид аккумулятора энергии с фиг.2;
фиг.5: четвертый вид аккумулятора энергии с фиг.2;
фиг.6: пятый вид аккумулятора энергии с фиг.2;
фиг.7: вид сечения одного из примерных вариантов осуществления первой муфты для аккумулятора энергии;
фиг.8: вид сечения одного из примерных вариантов осуществления второй муфты для аккумулятора энергии;
фиг.9: вид снизу одного из примерных вариантов осуществления диска с криволинейными направляющими для аккумулятора энергии;
фиг.10: второй вариант осуществления запорного механизма;
фиг.11: третий вариант осуществления запорного механизма.
На фиг.1 схематично изображен один из предпочтительных вариантов осуществления переключателя 10 ступеней под нагрузкой, который в качестве примера включает в себя двигатель 11, имеющий выходной вал 12, переключатель 13 нагрузки, имеющий приводной вал 14, аккумулятор 16 энергии и селектор 16. Переключатель 13 нагрузки и селектор 16 выполнены известным образом и поэтому подробно не изображены. Селектор 16 включает в себя несколько неподвижных контактов (не изображены) и два подвижных движущихся контакта (не изображены) и для привода движущихся контактов связан с выходным валом 12. Переключатель 13 нагрузки включает в себя подвижный блок переключательного контакта (не изображен) и для привода этого блока переключательного контакта связан с приводным валом 14. Приводной вал 14 посредством аккумулятора 15 энергии связан с выходным валом 12, который осуществляет привод двигателя 11 при процессе переключения переключателя 10 ступеней под нагрузкой с постоянной частотой вращения.
На фиг.2, фиг.3, фиг.4, фиг.5, фиг.6 на различных видах схематично изображен один из предпочтительных вариантов осуществления аккумулятора 15 энергии. Аккумулятор 15 энергии включает в себя в качестве примера передаточный механизм, упругий напрягающий элемент 17, кривошип 18, который связывает аккумулирующий элемент 17 с передаточным механизмом, и раму (на фиг.3, 4, 5 не изображена), имеющую верхнюю и нижнюю плиту 19, 19' рамы, а также укосины, которые соединяют друг с другом плиты 19 рамы. Аккумулирующий элемент 17 неподвижным концом (на фиг.2 слева) опирается с возможностью поворота на плиты 19 рамы, а противоположным, подвижным концом (на фиг.2 справа) опирается с возможностью вращения на кривошип 18.
Передаточный механизм включает в себя, в качестве примера, диск 20 с криволинейными направляющими (на фиг.5 не изображен), имеющий входную втулку 201 и пазовую криволинейную направляющую 202 (фиг.3) на своей нижней стороне, считывающий криволинейную направляющую 202 щуп 21 (фиг.3), ведущее зубчатое колесо 22 с осью 221 поворота, ведомое зубчатое колесо 23 с выходной втулкой 231 и маховую массу (маховик) 232, первую и вторую муфту 24, 25 (фиг.2, 5, 6), запорный механизм 26 в первом варианте осуществления с первой и второй защелкой 261, 262 и первый и второй стопорный носик 263, 264, зубчатое колесо A 27, зубчатое колесо B 28, зубчатое колесо C 29, зубчатое колесо D 30, а также разъединительный механизм, имеющий первый и второй разъединительный палец 31, 31'.
Входная втулка 201 соединена без возможности вращения с выходным валом 12 (не изображено). Выходная втулка 231 соединена без возможности вращения с приводным валом 14 (не изображено). Ведущее зубчатое колесо 22 имеет щуп 21, который сдвинут радиально относительно оси 221 поворота и вдается вверх в криволинейную направляющую 202. Диск 20 с криволинейными направляющими и щуп 21 вместе образуют кулачковую передачу, которая представляет собой варьируемое передаточное средство, включенное между входной втулкой 201 и аккумулирующим элементом. Зубчатое колесо A 27 находится в зацеплении с ведущим зубчатым колесом 23. Зубчатое колесо B 28 посредством первой муфты 24 связано с зубчатым колесом A 27. Зубчатое колесо C 29 находится в зацеплении с зубчатым колесом B 28. Зубчатое колесо D 30 посредством второй муфты 25 связано с зубчатым колесом C 29 и находится в зацеплении с ведомым зубчатым колесом 23. Кривошип 18 соединен без возможности вращения с зубчатым колесом C 29. При этом ведущее зубчатое колесо 22 через зубчатое колесо A 27, первую муфту 24, зубчатое колесо B 28, зубчатое колесо C 29 и кривошип 18 связано с аккумулирующим элементом 17. При этом ведомое зубчатое колесо 23 через зубчатое колесо D 30, вторую муфту 25, зубчатое колесо C 29 и кривошип 18 связано с аккумулирующим элементом 17.
Ведомое зубчатое колесо 23 располагается под нижней плитой 19' рамы, а на нижней стороне его зубчатого венца закреплена маховая масса 232. Каждая защелка 261, 262 оперта с возможностью поворота на верхней стороне маховой массы 232 радиально снаружи зубчатого венца и имеет на своем радиально наружном свободном конце кулачок защелки для захвата соответствующего стопорного носика 263, 254 при защелкивании, в отличие от чего ее радиально внутренний свободный конец служит упором для соответствующего разъединительного пальца 31', 31'' при отщелкивании. Стопорные носики 263, 264 закреплены на нижней стороне нижней плиты 19'' рамы радиально снаружи защелок 261, 262 и имеют по одной проходящей полого радиально внутрь поверхности набегания и проходящей круто радиально наружу стопорной поверхности, которая присоединяется к радиально внутреннему концу поверхности набегания. Разъединительные пальцы 31', 31'' закреплены на зубчатом колесе B 28 и через дугообразную щель в нижней плите 19'' рамы вдаются вниз до высоты соответствующей защелки 261, 262. При надлежащем вращении зубчатого колеса B 28 каждый разъединительный палец 31', 31'' для отщелкивания может двигаться к внутреннему свободному концу соответствующей защелки 261, 262 и отворачивать ее кулачок защелки радиально внутрь от данного стопорного носика 263, 264 против силы предварительного напряжения соответствующей пружины предварительного напряжения, которая опирается на маховую массу 232.
На фиг.7 и фиг.8 схематично изображены примерные варианты осуществления первой, соответственно, второй муфты 24, 25 в поперечном сечении под прямым углом к соответствующей оси вращения. Муфты 24, 25 представляют собой каждая муфту свободного хода и выполнены в виде кулачковой муфты, и имеют каждая заданный первый, соответственно, второй угловой зазор, который допускает соответственно ограниченный свободный ход в каждом направлении вращения.
Первая муфта 24 (фиг.7) включает в себя первый кулачок 24' муфты, имеющий первую и вторую упорную поверхность 241 (фиг.5, 6), 242 и второй кулачок 24'' муфты, имеющий третью и четвертую упорную поверхность 243, 244 (фиг.5). Первый кулачок 24' муфты закреплен на нижней стороне зубчатого колеса A 27, а второй кулачок 24'' муфты - на верхней стороне зубчатого колеса B 28.
Принцип действия первой муфты 24 следующий: когда зубчатое колесо A 27 вращается из показанного на фиг.5 положения в направлении часовой стрелки, то первый кулачок 24' муфты также вращается в направлении часовой стрелки фиг.7. На фиг.7 показано промежуточное положение, в котором упорная поверхность 241 еще не прилегает к упорной поверхности 243, и поэтому второй кулачок 24'' муфты и зубчатое колесо B 28 остаются неподвижными. Как только зубчатое колесо A 27 и кулачок 24' муфты повернутся настолько, что упорная поверхность 241 будет прилегать к упорной поверхности 243, при дальнейшем вращении зубчатое колесо B 28 будет захвачена кулачком 24'' муфты и из показанного на фиг.5 положения будет тоже вращаться в направлении часовой стрелки. Тогда, если зубчатое колесо A 27 вращается в направлении против часовой стрелки, то кулачок 24' муфты тоже вращается в направлении против часовой стрелки, при этом сначала упорная поверхность 242 еще не прилегает к упорной поверхности 244, и поэтому второй кулачок 24'' муфты и зубчатое колесо B 28 остаются неподвижными. Как только зубчатое колесо A 27 и кулачок 24' муфты повернутся настолько, то есть на первый угловой зазор, что упорная поверхность 242 будет прилегать к упорной поверхности 244, при дальнейшем вращении зубчатое колесо B 28 будет захвачено и тоже вращаться в направлении против часовой стрелки. Принцип действия при приводе зубчатого колеса B 28 соответственно обратный.
Вторая муфта 25 (фиг.8) включает в себя первый кулачок 25' муфты, имеющий первую и вторую упорную поверхность 251 (фиг.2), 252 (фиг.2, 5), и второй кулачок 25'' муфты, имеющий третью и четвертую упорную поверхность 253, 254. Первый кулачок 25' муфты закреплен на зубчатом колесе C 29, а второй кулачок 25'' муфты - на верхней стороне зубчатого колеса D 30. Принцип действия второй муфты 25 соответствует принципу действия первой муфты 24.
Фиг.9 представляет собой вид снизу диска 20 с криволинейными направляющими с фиг.4, имеющего один из примерных вариантов осуществления криволинейной направляющей 202. Криволинейная направляющая 202 является замкнутой и имеет первый участок 202A с постоянным первым радиусом, второй участок 202B с постоянным вторым радиусом меньше первого радиуса, третий участок 202C, который соединяет нижние на фиг.9 концы участков 202A, 202B и имеет изменяющийся радиус, и четвертый участок 202D, который соединяет верхние на фиг.9 концы участков 202A, 202B и имеет изменяющийся радиус; при этом радиусы относятся к входной втулке 201. Криволинейная направляющая 202 дает, таким образом, варьируемое передаточное отношение.
Принцип действия кулачковой передачи, образующей варьируемое передаточное средство 202A, 202B, следующий: исходной точкой является, в качестве примера, показанное на фиг.3-6 основное положение A, в котором диск 20 с криволинейными направляющими принимает показанное на фиг.9 положение, соответствующее пятому угловому положению α5=0°, щуп 21 сидит на участке 202A (фиг.3, 4), упорная поверхность 242 прилегает к упорной поверхности 244 и, следовательно, упорная поверхность 241 удалена на полный первый угловой зазор от упорной поверхности 243, упорная поверхность 252 прилегает к упорной поверхности 254, и, следовательно, упорная поверхность 251 удалена на полный угловой зазор от упорной поверхности 253, аккумулирующий элемент 17 расслаблен, а также защелка 261 защелкнута за стопорный носик 263, а защелка 262 отщелкнута. Конечной точкой будет основное положение B, в котором диск 20 с криволинейными направляющими принимает четвертое угловое положение α4=180°, щуп 21 сидит на участке 202B, упорная поверхность 241 прилегает к упорной поверхности 243 и, следовательно, упорная поверхность 242 удалена на полный угловой зазор от упорной поверхности 244, упорная поверхность 251 прилегает к упорной поверхности 253 и, следовательно, упорная поверхность 252 удалена на полный угловой зазор от упорной поверхности 254, аккумулирующий элемент расслаблен, а также защелка 262 защелкнута за стопорный носик 264, а защелка 261 отщелкнута.
Когда двигатель 11 вращает диск 20 с криволинейными направляющими посредством выходного вала 12 и входной втулки 201 из этого основного положения A, то есть из пятого углового положения α5, в первом направлении R1 в первое угловое положение α1, то щуп 21 сначала движется на участке 202A в направлении участка 202C, а после этого дальше до участка 202C внутрь него. Так как в участке 202A радиус криволинейной направляющей 202 постоянный, ведущее зубчатое колесо 22 не движется, что соответствует бесконечному передаточному отношению кулачковой передачи. При этом передаточный механизм блокирует нежелательное, вызываемое ведущим валом 14 вращение ведомого зубчатого колеса 23. На участке 202C радиус сначала быстро уменьшается, что соответствует малому передаточному отношению. Следовательно, ведущее зубчатое колесо 22 и зубчатое колесо A 27 быстро вращаются, пока в угловом положении α1 не будет израсходован первый угловой зазор, так что теперь упорная поверхность 241 будет прилегать к упорной поверхности 243, и, таким образом, теперь упорная поверхность 242 будет удалена на полный угловой зазор от упорной поверхности 244. Следовательно, при этом вращении из углового положения α5 в угловое положение α1 не осуществляется привод зубчатого колеса B 28 и последующей ветви передаточного механизма, так что аккумулирующий элемент 17 не напрягается, и выходная втулка 231 неподвижна.
Когда двигатель 11 продолжает вращать диск 20 с криволинейными направляющими из углового положения α1 в направлении R1 до второго углового положения α2, то щуп 21 продолжает двигаться на участке 202C в направлении участка 202B. Так как на участке 202C радиус, однако, уменьшается медленнее, чем до этого, это соответствует большему передаточному отношению. Следовательно, ведущее зубчатое колесо 22 и зубчатое колесо A 27 вращаются медленнее. Посредством первой муфты 24 теперь также вращаются зубчатое колесо B 28, зубчатое колесо C 29 и кривошип 18, и при этом аккумулирующий элемент 17 напрягается, пока в угловом положении α2 аккумулирующий элемент 17 не будет напряжен до своей верхней мертвой точки, и не будет израсходован второй угловой зазор, так что теперь уже упорная поверхность 251 будет прилегать к упорной поверхности 253, и, таким образом, теперь упорная поверхность 252 будет удалена на полный второй угловой зазор от упорной поверхности 254. Следовательно, при этом вращении из углового положения α1 в угловое положение α2 не осуществляется привод зубчатого колеса D 30 и последующей ветви передаточного механизма, так что выходная втулка 231 неподвижна. Зубчатое колесо B 28 доводит разъединительный палец 31' до упора первой защелки 261.
Когда двигатель 11 продолжает вращать диск 20 с криволинейными направляющими из углового положения α2 в направлении R1 до третьего углового положения α3, то щуп 21 продолжает двигаться на участке 202C до участка 202B. Следовательно, разъединительный палец 31' прижимается зубчатым колесом B 28 к защелке 261 и отщелкивает ее от стопорного носика 263. Одновременно кривошип 18 выдавливает аккумулирующий элемент 17 за верхнюю мертвую точку, так что аккумулирующий элемент 17 расслабляется и при этом вращает ведомое зубчатое колесо 23 из показанного на фиг.2-6 первого углового положения ω1 во второе угловое положение ω2. В угловом положении ω1 маховая масса 232 своим правым на фиг.2 концом прилегает к переднему на фиг.6 упорному блоку, который закреплен на нижней стороне нижней плиты 19'' рамы. В угловом положении ω2 маховая масса 232 своим левым на фиг.6 концом прилегает к заднему на фиг.6 упорному блоку, который закреплен на нижней стороне нижней плиты 19'' рамы, защелка 262 защелкнута, а защелка 261 отщелкнута.
Когда двигатель 11 продолжает вращать диск 20 с криволинейными направляющими из углового положения α3 в направлении R1 до четвертого углового положения α4, которое соответствует основному положению B, то щуп 21 вдвигается в участок 202B. Так как на участке 202B радиус криволинейной направляющей 202 постоянен, ведущее зубчатое колесо 22 не движется, что соответствует беспрерывному передаточному отношению кулачковой передачи. При этом передаточный механизм блокирует нежелательное, вызываемое приводным валом 14 вращение ведомого зубчатого колеса 23.
Криволинейная направляющая 202 в качестве примера выполнена таким образом, что
- как при поясненном выше вращении входной втулки 201 в первом направлении R1 из углового положения α5 в угловое положение α4, так и при дальнейшем вращении входной втулки 201 в противоположном, втором направлении R2 из углового положения α4 обратно в угловое положение α5, соответствующие движения ведущего зубчатого колеса 22 выполняются зеркально друг другу; и
- как при поясненном выше вращении входной втулки 201 в направлении R1 из углового положения α5 в угловое положение α4, так и при дальнейшем вращении входной втулки 201 в направлении R1 из углового положения α4 на тот же самый разностный угол, который здесь, в качестве примера, составляет α4 - α5=180°, соответствующие движения ведущего зубчатого колеса 22 выполняются зеркально друг другу.
В обычном случае аккумулирующий элемент 17 расслабляется так быстро и с такой силой, что зубчатое колесо C 29 вращается так быстро, что оно вращает зубчатое колесо B 28 быстрее, чем ведущее зубчатое колесо 22 зубчатое колесо A 27. Следовательно, упорная поверхность 241 удаляется от упорной поверхности 243, так что муфта 24 снова совершает свободный ход. Чтобы в случае, когда аккумулирующий элемент 17 не может вращать ведомое зубчатое колесо 23 достаточно быстро, можно было достигать как можно более близкого по времени поджатия 202C ведомого зубчатого колеса 23 двигателем 11, на участке 202C теперь снова быстро уменьшается радиус, что означает меньшее передаточное отношение и более быстрое вращение ведущего зубчатого колеса 22 и ведомого зубчатого колеса 23. Следовательно, в этом случае передаточный механизм при помощи двигателя либо вместе с аккумулирующим элементом 17, либо даже вместо аккумулирующего элемента 17 может вращать ведомое зубчатое колесо 23 из углового положения ω1 или из некоторого промежуточного углового положения, которое располагается между угловым положением ω1 и угловым положением ω2, в угловое положение ω2.
На фиг.10 схематично изображен второй вариант осуществления запорного механизма 26. Этот вариант осуществления похож на первый вариант осуществления, так что далее, прежде всего, подробнее поясняются различия. Стопорный носик 264 выполнен аналогично стопорному носику 263 и не изображен.
При этом варианте осуществления первый стопорный носик 263 между своей стопорной поверхностью и своим противоположным концом на своей поверхности набегания имеет промежуточную стопорную поверхность 32, которая захватывает защелку 261 с ее кулачком защелки, когда ведомое зубчатое колесо 23 при вращении из углового положения ω1 в угловое положение ω2 достигает соответствующего промежуточного углового положения, которое располагается между этими угловыми положениями ω1, ω2. Следовательно, запорный механизм 26 препятствует возможности выхода ведомого зубчатого колеса 23 из этого промежуточного углового положения в направлении его первого углового положения ω1.
При этом варианте осуществления запорный механизм 26 включает в себя соответствующую стопорному носику 263 первую пружинную пластину 265, соответствующую стопорному носику 264 вторую пружинную пластину (не изображена) и два соответствующих защелкам 261, 262 направляющих штифта 266, 267. Первая пружинная пластина 265 неподвижным концом (на фиг.10 слева) закреплена радиально внутри своего стопорного носика 263 на нижней стороне нижней плиты 19'' рамы, а своим другим, свободным концом (на фиг.10 справа) давит радиально наружу на соединительную кромку между поверхностью набегания и стопорной поверхностью. Неподвижный конец располагается в области промежуточной стопорной поверхности 32. Каждый направляющий штифт 266, 267 закреплен на верхней стороне кулачка соответствующей ему защелки 261, 262. При защелкивании защелки 261 направляющий штифт 266 направляется на фиг.10 слева направо в промежуточное пространство между пружинной пластиной 265 и стопорным носиком 263, пока ведомое зубчатое колесо 23 не достигнет своего показанного на фиг.10 второго углового положения ω2, в котором защелка 261 защелкнута, а направляющий штифт 266 вышел из промежуточного пространства. При отщелкивании направляющий штифт 266 движется радиально внутрь мимо свободного конца пружинной пластины 265 и при дальнейшем вращении ведомого зубчатого колеса 23 скользит в направлении первого углового положения ω1 по обращенной от стопорного носика 263 стороне пружинной пластины 265, на фиг.10 справа налево, и препятствует возможности захвата защелкой 261 ее кулачком защелки промежуточной стопорной поверхности 32. Следовательно, запорный механизм 26 при вращении ведомого зубчатого колеса 23 из углового положения ω2 в угловое положение ω1 препятствует возможности остановки или зависания или застревания ведомого зубчатого колеса 23 в этом промежуточном угловом положении.
На фиг.11 схематично изображен третий вариант осуществления запорного механизма 26. Этот вариант осуществления похож на второй вариант осуществления, так что далее, прежде всего, подробнее поясняются различия. Стопорный носик 264 выполнен аналогично стопорному носику 263 и не изображен.
При этом варианте осуществления запорный механизм 26 вместо пружинных пластин 265, 266 включает в себя соответствующую стопорному носику 263 первую закрывающую часть 268 и соответствующую стопорному носику 264 вторую закрывающую часть (не изображена). По сравнению со вторым вариантом осуществления промежуточная стопорная поверхность 32 располагается ближе к стопорной поверхности и не различима, так как она скрывается закрывающей частью 268. Закрывающая часть 268 предварительно натянута с помощью пружины предварительного напряжения, которая опирается на радиально наружную поверхность стопорного носика 263, своим правым на фиг.11 концом предварительно наряжена радиально наружу относительно соединительной кромки между поверхностью набегания и стопорной поверхностью. Закрывающая часть 268 своим другим, левым на фиг.11 концом располагается на расстоянии от стопорного носика 263. При защелкивании защелки 261 направляющий штифт 266, на фиг.11 слева направо, направляется в промежуточное пространство между закрывающей частью 268 и стопорным носиком 263, пока ведомое зубчатое колесо 23 не достигнет своего показанного на фиг.11 второго углового положения ω2, в котором защелка 261 защелкнута, а направляющий штифт 266 вышел из промежуточного пространства. При отщелкивании направляющий штифт 266 движется радиально внутрь мимо свободного конца закрывающей части 268 и при дальнейшем вращении ведомого зубчатого колеса 23 скользит в направлении первого углового положения ω1 по обращенной от стопорного носика 263 стороне закрывающей части 268, на фиг.11 справа налево, и препятствует возможности захвата защелкой 261 ее кулачком защелки промежуточной стопорной поверхности 32. Следовательно, запорный механизм 26 при вращении ведомого зубчатого колеса 23 из углового положения ω2 в угловое положение ω1 препятствует возможности остановки или зависания или застревания ведомого зубчатого колеса 23 в этом промежуточном угловом положении.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
10 Переключатель ступеней под нагрузкой
11 Двигатель
12 Выходной вал
13 Переключатель нагрузки
14 Приводной вал
15 Аккумулятор энергии
16 Селектор
17 Упругий аккумулирующий элемент
18 Кривошип
19'/19'' Верхняя/нижняя плита рамы
20 Диск с криволинейными направляющими
201/202 Входная втулка/криволинейная направляющая у 20
202A/B/C/D Первый/второй/третий/четвертый участок у 202
21 Щуп
22 Ведущее зубчатое колесо
221 Ось поворота у 22
23 Ведомое зубчатое колесо
231/232 Выходная втулка/маховая масса 23
24 Первая муфта
24'/24'' Первый/второй кулачок муфты 24
241/242 Первая/вторая упорная поверхность 24
243/244 Третья/четвертая упорная поверхность 24
25 Вторая муфта
25'/25'' Первый/второй кулачок муфты 25
251/252 Первая/вторая упорная поверхность у 25
253/254 Третья/четвертая упорная поверхность у 25
26 Запорный механизм
261/262 Первая/вторая защелка у 26
263/264 Первый/второй стопорный носик у 26
265 Первая пружинная пластина у 26
266/267 Первый/второй направляющий штифт у 26
27 Зубчатое колесо A
28 Зубчатое колесо B
29 Зубчатое колесо C
30 Зубчатое колесо D
31'/31'' Первый/второй разъединительный палец
32 Промежуточная стопорная поверхность у 263, 264
R1/R2 Первое/второе направление вращения у 20
α1…α5 Угловые положения у 20 и 201
ω1, ω2 Угловые положения у 23 и 231.