УСТРОЙСТВО ПРИВОДА
DRIVE DEVICE

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам привода с бесступенчатым изменением оборотов и направления вращения выходного вала, и может быть использовано в наземной транспортной технике.
Цель изобретения - расширение технологических возможностей, повышение надежности и долговечности.
Прототипом по решению поставленной задачи является «Бесступенчатый реверсивный вариатор» (патент RU 2221946; МПК F16H 9/26; 2002 г.), содержащий корпус, входной, промежуточный и выходной валы, вариатор с двумя последовательно работающими клиноременными передачами с четырьмя регулируемыми раздвижными шкивами, из них два шкива установлены на промежуточном валу, который является подвижной осью водила, и регулирующие механизмы для воздействия на подвижные диски шкивов.
Основными недостатками указанного прототипа являются ограниченный крутящий момент передаваемый в процессе работы механизма из-за двух последовательно работающих клиноременных передач, сложность конструкции в управлении четырьмя раздвижными регулируемыми шкивами, к тому же оси шкивов подвижны, а также малая долговечность бесконечных приводных ремней из-за изгиба в одну и другую стороны.
Задача изобретения - в максимально упрощенной конструкции вариатора с планетарной передачей получить при неизменном направлении вращения входного вала изменяемые обороты и реверсирование направление вращения выходного вала, а также крутящий момент передаваемый данным устройством получить выше, чем у клиноременного вариатора.
Для решения поставленной задачи в известном устройстве вариатора с планетарной передачей, содержащей: корпус, входной вал, связанный с ним дифференциал, полуоси которого через зубчатые передачи связаны клиноременным вариатором, каждый раздвижной шкив вариатора связан со своей полуосью, валы шкивов удлинены и через зубчатые передачи связаны с планетарной передачей, один из валов с солнечной шестерней, другой - с коронной, выходной вал устройства жестко связан с водилом планетарной передачи, и управляющий механизм для воздействия на подвижные диски шкивов вариатора, согласно изобретению, обороты полуосей дифференциала изменяются посредством, изменения передаточного числа вариатора и раздельно подаются на солнечную и коронную шестерни планетарной передачи, при этом один из потоков подается в противоположном направлении вращения, поэтому прямолинейная скоростью зубьев солнечной шестерни будет направлена в противоположную сторону по отношению к прямолинейной скорости зубьев коронной шестерни, при равных по величине скоростях планетарная передача будет работать в режиме с остановленным водилом, но при изменении передаточного числа вариатора, как в одну так и в другую сторону оси сателлитов будут увлекаться суммарной линейной скоростью зубьев солнечной, и коронной шестерен в сторону вращения входного вала или в противоположную с переходом через «ноль», далее вращение передается на выполненный заодно с водилом выходной вал устройства.
На Фиг. 1 - кинематическая схема предлагаемого вариатора с планетарной передачей; На Фиг. 2 - изображен предлагаемый вариатор с планетарной передачей в изометрии; На Фиг. 3 - вариант бесступенчатой коробки передач с предлагаемым устройством привода; На Фиг. 4 - вариант бесступенчатого механизма поворота с предлагаемым устройством привода.
Предлагаемый вариатор с планетарной передачей конструктивно выполнен следующим образом.
В корпусе, на одной оси и не связанные друг с другом, смонтированы входной вал 1. выходной вал 2, и между ними - промежуточный 5. На валу 1 жестко закреплен дифференциал, его полуоси через зубчатые передачи связаны клиноременным вариатором.
На Фиг. 1 и Фиг. 2 дифференциал представлен в виде планетарной передачи, где полуоси в явном виде отсутствуют. Коронная шестерня 9 связана со шкивом 3 вариатора и передает обороты на коронную шестерню 7 планетарной передачи II в противоположном направлении вращения посредством дополнительного вала 6 с шестернями. Второй поток подается с дифференциала посредством солнечной шестерни 11 на промежуточном валу 5. На другом конце промежуточного вала 5 жестко закреплена солнечная шестерня 8. Посредине вала 5 жестко закреплена шестерня 10, которая через зубчатое зацепление связана со шкивом 4 клиноременного вариатора. Ось водила второй планетарной передачи является выходным валом 2 предлагаемого устройства привода. Обороты шестерен 9 и 11 дифференциально зависимы из-за изменения передаточного числа вариатора, то оси сателлитов 12 будут увлекаться суммарной прямолинейной скоростью зубьев солнечной 8 и коронной шестерен 7 в сторону вращения входного вала 1 или в противоположную, далее вращение передается на выполненный заодно с водилом выходной вал 2 устройства, что позволяет на выходе устройства привода изменять обороты вала 2 с реверсом через «ноль».
В предлагаемом устройстве планетарная передача II будет суммировать дифференциально зависимые обороты полуосей, и те обороты солнечной 8 и коронной 7 шестерен которые будут больше - в том направлении и будет вращаться выходной вал 2.
Предлагаемый вариатор с планетарной передачей работает следующим образом. Входной поток подается через дифференциал (1, 9 и 11) на. связанные с ним зубчатыми передачами вариатор (3 и 4), затем на солнечную 8 и коронную 7 шестерню планетарной передачи И. Когда передаточное отношение вариатора 1:1, то величина прямолинейной скорости зубьев солнечной шестерни 8 равна по величине скорости зубьев коронной шестерни 7, но отличается по направлению. При этом сателлиты 12 планетарной передачи II будут вращаться на месте, то есть выполняется работа планетарной передачи в режиме с остановленным водилом.
Если сдвинуть половинки раздвижного шкива 3 увеличивая его рабочий диаметр, то прямолинейная скорость зубьев солнечной шестерни 8 увеличится, а скорость зубьев коронной шестерни 7 дифференциально уменьшится, то есть солнечная шестерня 8 будет увлекать за собой сателлиты, а связанное с ними водило начнет вращаться в том же направлении что и входной вал 1 и солнечная шестерня 8.
А если изменить передаточное число вариатора в другую сторону, то есть сдвинуть уже половинки раздвижного шкива 4 увеличивая его рабочий диаметр, то прямолинейная скорость зубьев коронной шестерни 7 увеличится, а скорость зубьев солнечной шестерни 8 дифференциально уменьшится, то уже коронная шестерня 7 будет увлекать за собой сателлиты, а связанное с ними водило - выходной вал 2 начнет вращаться в противоположном направлении по отношению к входному валу 1.
То есть при постоянных оборотах и неизменном направлении вращения входного вала 1 получим изменяемые обороты и реверсирование направление вращения выходного вала. 2.
На Фиг. 3 представлен вариант бесступенчатой коробки передач с предлагаемым устройством привода. В данном устройстве на выходе добавлена еще одна планетарная передача III, где солнечная шестерня 14 жестко закреплена на удлиненном конце промежуточного вала 5, а коронная шестерня выполнена заодно с водилом 2.
Бесступенчатая коробка передач работает следующим образом. Входной поток мощности делится планетарным дифференциалом (1, 9 и 11) и одна часть подается промежуточным валом 5 на солнечную шестерную 14 планетарной передачи III, а вторая часть - через планетарную передачу II. Когда передаточное отношение вариатора 1:1, обороты солнечной шестерни 14 будут одинаковы с входным валом 1, при этом водило -коронная шестерня 2 будет остановлена, то планетарная передача III будет работать в режиме с остановленной коронной шестерней, в данном случае бесступенчатая коробка передач будет работать как редуктор с передаточным числом планетарной передачи III.
Если сдвинуть половинки раздвижного шкива 3 увеличивая его рабочий диаметр, то обороты промежуточного вала 5 и солнечных шестерен 8, 11, 14 - увеличится, а водило-коронная шестерня 2 начнет вращаться в том же направлении что и входной вал 1. Далее планетарная передача III суммирует обороты солнечной шестерни 14 и водило - коронной шестерни 2. При дальнейшем увеличении рабочего диаметра шкива 3 будут возрастать обороты солнечной шестерни 14 и водила-коронной шестерни 2, и как следствие возрастут обороты выходного вала 13.
Если сдвинуть половинки раздвижного шкива 4 увеличивая его рабочий диаметр, то обороты промежуточного вала 5 и солнечных шестерен 8, 11, 14 - уменьшатся, а водило-коронная шестерня 2 начнет вращаться в противоположном направлении относительно входного вала 1. Далее планетарная передача III вычитает обороты водила-коронной шестерни 2 с оборотов солнечной шестерни 14. Обороты выходного вала 13 будут меньше чем когда передаточном отношении вариатора 1:1. При дальнейшем увеличении рабочего диаметра шкива 4 будут уменьшаться обороты солнечной шестерни 14, а водила-коронной шестерни 2 - возрастать в противоположном направлении, и как следствие уменьшатся обороты выходного вала 13.
В предлагаемом варианте бесступенчатой коробки передач только часть потока мощности проходит через вариатор, что позволяет передать крутящий момент выше и изменять передаточное число в большем диапазоне, чем бесступенчатая коробка передач с одним только клиноременным вариатором.
Известна бесступенчатая система управления поворотом гусеничного автомобиля Track Master (см. Гусеничные автомобили и управление ими. [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://avtomotoklyb.ru/gusenichnye-avtomobili-upravlenie.html (дата обращения: 10.10.2020)). Полуоси межколесного дифференциала соединены коническими зубчатыми передачами с клиноременным вариатором. Изменяя расстояние между половинками шкивов, можно изменять изменение передаточного отношения вариатора и скорость движения гусениц относительно друг друга. При передаточном отношении 1:1, скорость движения гусениц одинаковая и машина движется прямо. При любом радиусе поворота тяга двигателя подводится к обеим гусеницам, что обеспечивает хорошие тяговые характеристики, предотвращает рывки гусениц, вызывающие проскальзывание. Но, данная машина осуществляет поворот с помощью рулевых колес и невозможно развернутся на месте.
В известном конструктивном решении, бесступенчатый механизм поворота гусеничной машины (см. патент RU 2719112, 2017; а.с. SU 1368219, 1986) имеется возможность бесступенчато управлять поворотом гусеничной машины посредством вариатора, но данное устройство тоже не позволяет машине развернуться на месте.
На Фиг. 4 представлен вариант бесступенчатого механизма поворота транспортного средства с предлагаемым устройством привода, предпочтительней на гусеничному ходу.
В корпусе, параллельно смонтированы дифференциал, сдвоенная планетарная передача и клиноременный вариатор. Через зубчатые передачи полуоси 4 и 14 дифференциала связаны с планетарными передачами, полуось 4 с солнечной шестерней 13, а полуось 14-е солнечной шестерней 12, при этом каждая полуось дифференциала 9 связана со своим раздвижном шкивом вариатора. Поток мощности передается от входного вала 1 через главную передачу на коронную шестерню 8 планетарной передачи, далее через промежуточную шестерню 5 на чашку 9 дифференциала, где для осуществления поворота машины обороты полуосей дифференциала изменяются посредством изменения передаточного соотношения вариатора и подаются на солнечные шестерни 12 и 13 планетарной передачи. Указанные шестерни имеют противоположное направление вращения по отношению к коронной шестерни 8 из-за наличия в схеме промежуточной шестерни 5. Далее планетарная передача суммирует потоки от солнечных шестерен и коронкой шестерни и подает на бортовые передачи 2 и 3.
Когда до упора сдвинуть половинки раздвижного шкива 6, максимально увеличив его рабочий диаметр, передаточные числа зубчатых передач должны подобраны так, чтобы величина прямолинейной скорости зубьев солнечной шестерни 13 равнялась по величине скорости зубьев коронной шестерни 8. Так как скорости отличаются по направлению, но равные по величине, то сателлиты 10 левой планетарной передачи будут вращаться на месте, то есть выполняется работа планетарной передачи в режиме с остановленным водилом 3. Поэтому транспортное средство будет совершать поворот на месте вокруг левого борта. А если сдвинуть до упора половинки раздвижного шкива 7 - остановиться водило 2, то выполнится поворот вокруг правого борта.
Когда передаточное отношение вариатора равно 1:1, величина прямолинейной скорости зубьев солнечных шестерен 12 и 13 будет в два раза меньше по величине скорости зубьев коронной шестерни 8 и отличаться по направлению. Поэтому оси сателлитов 10 будут увлекаться суммарной прямолинейной скоростью зубьев солнечных 12 и 13 и коронной шестерен 8 в сторону вращения коронной шестерни. Так как обороты водил 2 и 3 одинаковы, транспортное средство будет двигаться прямолинейно.
Предлагаемый вариант бесступенчатого механизма поворота позволяет машине осуществлять не только поворот с любым радиусом поворота, но разворачиваться на месте, при этом тяга двигателя постоянно подводится к обеим гусеницам, что обеспечивает хорошие тяговые характеристики, предотвращает рывки гусениц, вызывающие повышенный износ ходовой части.