ТРАНСМИССИЯ С РЕГУЛИРУЕМОЙ СКОРОСТЬЮ
VARIABLE SPEED TRANSMISSION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к трансмиссии с регулируемой скоростью, которая изменяет число оборотов ведомого элемента, а также передает вращающий момент от первичного звена ведомому элементу.
Предпосылки к созданию изобретения
Обычно во время работы гидравлических или пневматических машин, таких как насосы и вентиляторы, число оборотов первичных двигателей изменяется посредством инверторного управления, чтобы соответствовать изменениям нагрузки. Преимуществом инверторного управления являются меньшие потери по сравнению с дроссельным управлением на нагнетательной стороне и на всасывающей стороне гидравлической или пневматической машины. С другой стороны, устройства, применяющие инверторное управление, относительно дороги, хотя и имеют короткий срок службы, и вдобавок к этому требуют обновления на регулярной основе через относительно короткие промежутки времени, учитывая прекращение поставки компонентов, так что такое управление имеет недостаток, обусловленный высокой стоимостью оборудования.
Вследствие такого недостатка инверторного управления в последние годы внимание привлек способ, согласно которому двигатель вращается с постоянной скоростью, а между этим двигателем и машиной, приводимой текучей средой находится механически регулируемая трансмиссия. Такая трансмиссия с регулируемой скоростью служит для увеличения срока службы устройства и облегчает приобретение и изготовление компонентов, позволяя, таким образом, пользоваться устройством в течение продолжительного времени. Кроме того, здесь становится возможным использовать недорогой двигатель общего назначения, что в свою очередь ведет к снижению стоимости оборудования. Такая трансмиссия с механически регулируемой скоростью представляет собой трансмиссию с регулируемой скоростью, уменьшающую механические потери и повышающую эффективность передачи усилия, в частности, во время работы на малой скорости, посредством сочетания планетарной зубчатой передачи и гидродинамической муфты (преобразователя крутящего момента) - заявку Японии No. Hei. 6-41785.
Трансмиссия с регулируемой скоростью, описываемая в указанной заявке Японии, показана, например, на фиг. 1, и выполнена таким образом, что часть вращающего момента от входного вала, соединенного с шестерней с внутренним зацеплением планетарной зубчатой передачи, распределяется к гидродинамической муфте, имеющей регулируемые направляющие лопатки, а число оборотов солнечной шестерни изменяется под воздействием вращающего момента, от выхода гидродинамической муфты, с целью изменения числа оборотов выходного вала, соединенного с водилом планетарной зубчатой передачи. В такой конструкции, поскольку только часть вращающего момента распределяется к гидродинамической муфте, вносящей относительно большие потери, и используется непрямо, механические потери можно значительно уменьшить по сравнению со случаем изменения числа оборотов входного вала непосредственно посредством гидродинамической муфты, имеющей регулируемые направляющие лопатки.
Краткое изложение существа изобретения
Техническая проблема
В трансмиссии с регулируемой скоростью, указанной выше, поскольку гидродинамическая муфта непосредственно соединена с серединой входного вала, число оборотов на входной стороне гидромеханической муфты фиксировано равным числу оборотов двигателя, так что имеет место проблема, состоящая в том, что нужно изменять размер гидромеханической муфты, чтобы установить величину управляющего вращающего момента, который нужно передать планетарному зубчатому механизму.
Другими словами, поскольку гидромеханическая муфта передает вращающий момент через текучую среду, свойством такой гидромеханической муфты является тот факт, что величина выходного момента пропорциональна квадрату числа оборотов на входной стороне и пятой степени размера гидромеханической муфты. Таким образом, управляющее усилие, передаваемое гидромеханической муфтой на выход, зависит только от числа оборотов двигателя и размера гидромеханической муфты, независимо от крутящего момента двигателя. Соответственно, при проектировании указанной выше трансмиссии с регулируемой скоростью, необходимо заранее подготовить несколько гидромеханических муфт разного размера и выбирать одну из гидромеханических муфт, имеющую размер, соответствующий условиям использования. Поэтому, в дополнение к требованиям затрат на осуществление вариаций гидромеханических муфт, реализовать оптимальную конструкцию в зависимости от условий использования иногда бывает затруднительно.
В случае изменения условий использования уже после установки трансмиссии с регулируемой скоростью, не только приходится заменять гидромеханическую муфту другой гидромеханической муфтой другого размера, но если оказывается трудно заменить только гидромеханическую муфту, приходится менять целиком всю трансмиссию с регулируемой скоростью, что требует значительных затрат. Более того, коаксиальное расположение гидромеханической муфты и планетарного зубчатого механизма, уменьшает гибкость при расположении каждого компонента. Когда необходимо увеличить размер гидромеханической муфты вследствие, например, небольшого числа оборотов двигателя или другого подобного фактора, размер всей трансмиссии с регулируемой скоростью в сборе, в частности, увеличивается, и потому может быть затруднительно встроить эту трансмиссию с регулируемой скоростью в пространство, выделенное для монтажа этой трансмиссии.
С учетом изложенных выше обстоятельств настоящее изобретение имеет целью разработку трансмиссии с регулируемой скоростью, способствующей созданию оптимальной конструкции и повышающей эффективность в большей степени, чем ранее.
Решение проблемы
Настоящее изобретение предлагает трансмиссию с регулируемой скоростью, содержащую: входной вал, на который поступает вращающий момент извне; выходной вал, предназначенный для передачи вращающего момента на выход; планетарный зубчатый механизм, с которым соединены указанные входной и выходной валы, присоединенные к каким-либо двум шестерням – шестерне с внутренним зацеплением, солнечной шестерне и/или водилу планетарной передачи; и механизм регулирования скорости, предназначенный для изменения числа оборотов той шестерни – шестерни с внутренним зацеплением, солнечной шестерни или водила планетарной передачи, с которой не соединены ни входной вал, ни выходной вал. Механизм регулирования скорости содержит: входной управляющий вал и выходной управляющий вал, оси которых не соосны оси входного вала; передаточный механизм на входной стороне, предназначенный для передачи части вращающего момента от входного вала на входной управляющий вал; механизм изменения скорости, предназначенный для передачи вращающего момента от входного управляющего вала к выходному управляющему валу; и передаточный механизм на выходной стороне, предназначенный для передачи вращающего момента от выходного управляющего вала той шестерне – шестерне с внутренним зацеплением, солнечной шестерне или водилу планетарной передачи, с которой не соединен ни один вал – ни входной вал, ни выходной вал.
Согласно настоящему изобретению в описанной выше трансмиссии с регулируемой скоростью передаточный механизм на входной стороне выполнен таким образом, что число оборотов входного управляющего вала выше числа оборотов входного вала.
Согласно настоящему изобретению в описанной выше трансмиссии с регулируемой скоростью механизм изменения скорости расположен таким образом, чтобы иметь смещение в осевом направлении входного вала относительно планетарного зубчатого механизма.
Согласно настоящему изобретению в описанной выше трансмиссии с регулируемой скоростью механизм изменения скорости содержит гидродинамическую муфту.
Согласно настоящему изобретению в описанной выше трансмиссии с регулируемой скоростью гидродинамическая муфта содержит регулируемую направляющую лопатку.
Согласно настоящему изобретению в описанной выше трансмиссии с регулируемой скоростью механизм изменения скорости содержит муфту сцепления, способную регулировать коэффициент проскальзывания.
Согласно настоящему изобретению в описанной выше трансмиссии с регулируемой скоростью передаточный механизм на входной стороне содержит зубчатую передачу, имеющую в составе промежуточную шестерню.
Преимущества изобретения
Трансмиссия с регулируемой скоростью согласно настоящему изобретению способствует созданию оптимальной конструкции и позволяет повысить эффективность в большей степени, чем раньше.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет структурную схему, иллюстрирующую конфигурацию трансмиссии с регулируемой скоростью согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 2 представляет структурную схему, иллюстрирующую пример, в котором механизм изменения скорости не имеет смещения относительно планетарного зубчатого механизма.
Фиг. 3(a)–(c) представляют структурные схемы, иллюстрирующие примеры других аспектов соединения с планетарным зубчатым механизмом.
Фиг. 4(a) и (b) представляют структурные схемы, иллюстрирующие примеры, в которых входной и выходной валы расположены так, чтобы иметь смещение относительно центральной оси планетарного зубчатого механизма 40.
Фиг. 5 представляет структурную схему, иллюстрирующую пример, в котором с механизмом изменения скорости соединена муфта сцепления.
Фиг. 6 представляет схему, иллюстрирующую пример, в котором созданы несколько механизмов изменения скорости.
Описание вариантов
Варианты настоящего изобретения будут описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи. На каждом чертеже некоторые компоненты опущены или упрощены для облегчения понимания, а пропорции размеров компонентов нее обязательно являются точными.
Фиг. 1 представляет структурную схему, иллюстрирующую конфигурацию трансмиссии 1 с регулируемой скоростью согласно одному из вариантов настоящего изобретения. Как иллюстрируется на чертеже, трансмиссия 1 с регулируемой скоростью содержит корпус 10, входной вал 20 и выходной вал 30, опирающиеся на корпус 10 таким образом, что они могут свободно вращаться, планетарный зубчатый механизм 40, с которым соединены входной вал 20 и выходной вал 30, механизм 50 регулирования скорости, который передает управляющее усилие планетарному зубчатому механизму 40 для изменения скорости вращения выходного вала 30, и устройство 60 управления, которое управляет работой механизма 50 регулирования скорости.
Корпус 10 выполнен так, чтобы служить опорой каждому валу из состава трансмиссии 1 с регулируемой скоростью, таким образом, что эти валы могут свободно вращаться, а также служить оболочкой для размещения внутри нее соответствующих компонентов. Корпус 10 оснащен системой смазки (не показана), которая подает смазку к каждому из компонентов. К входному валу 20 вращающий момент поступает от внешнего первичного двигателя (не показан). Этот входной вал 20 соединен с внешним первичным двигателем на одном конце (левый конец на чертеже) и с шестерней 41 с внутренним зацеплением планетарного зубчатого механизма 40 на другом конце (правый конец на чертеже).
Выходной вал 30 выполнен для передачи на выход вращающего момента внешнему ведомому элементу (не показан), такому как насос и вентилятор. Выходной вал 30 соединен с солнечной шестерней 42 планетарного зубчатого механизма 40 на одном конце (левый конец на чертеже) и соединен с внешним ведомым элементом на другом конце (правый конец на чертеже). Таким образом, трансмиссия 1 с регулируемой скоростью согласно этому варианту используется, когда число оборотов ведомого элемента больше числа оборотов первичного двигателя.
Планетарный зубчатый механизм 40 предназначен для передачи вращающего момента от входного вала 20 к выходному валу 30, увеличивая в то же время скорость вращения, соответствующую вращающему моменту. В дополнение к этому планетарный зубчатый механизм 40 выполнен для изменения числа оборотов выходного вала 30 в некотором диапазоне бесступенчатым образом относительно постоянного числа оборотов входного вала 20. Планетарный зубчатый механизм 40 содержит шестерню 41 с внутренним зацеплением, солнечную шестерню 42 и три сателлитных шестерни 43. Планетарный зубчатый механизм 40 поддерживает эти три сателлитных шестерни 43, так что они могут свободно вращаться, и имеет водило 44 планетарной передачи, вращающееся вокруг той же самой оси, как и шестерня 41 с внутренним зацеплением и солнечная шестерня 42.
Как описано выше, входной вал 20 соединен с шестерней 41 с внутренним зацеплением из состава планетарного зубчатого механизма 40, а выходной вал 30 соединен с солнечной шестерней 42. Механизм 50 регулирования скорости соединен с водилом 44 планетарного зубчатого механизма 40. Другими словами, планетарный зубчатый механизм 40 согласно этому варианту изменяет число оборотов выходного вала 30 бесступенчатым образом путем изменения числа оборотов водила 44 планетарной передачи посредством механизма 50 регулирования скорости.
Как описано выше, механизм 50 регулирования скорости предназначен для изменения числа оборотов водила 44 планетарного зубчатого механизма 40. Как показано на фиг. 1, механизм 50 регулирования скорости содержит входной управляющий вал 51 и выходной управляющий вал 52, расположенные параллельно входному валу 20 и выходному валу 30, передаточный механизм 53 на входной стороне, соединяющий входной управляющий вал 51 с входным валом 20, механизм 54 изменения скорости, соединенный с входным управляющим валом 51 и с выходным управляющим валом 52 и расположенный между входным управляющим валом 51 и выходным управляющим валом 52, и передаточный механизм 55 на выходной стороне, соединяющий выходной управляющий вал 52 с водилом 44 планетарного зубчатого механизма 40.
Входной управляющий вал 51 предназначен для передачи вращающего момента от входного вала 20 к механизму 54 изменения скорости, а выходной управляющий вал 52 предназначен для передачи вращающего момента от механизма 54 изменения скорости к передаточному механизму 55 на выходной стороне. Хотя подробности будут рассмотрены позже, в этом варианте оси входного управляющего вала 51 и выходного управляющего вала 52 отличны от оси входного вала 20. Это позволяет увеличить гибкость расположения каждого компонента трансмиссии 1 с регулируемой скоростью и повысить эффективность трансмиссии 1 с регулируемой скоростью.
Передаточный механизм 53 на входной стороне предназначен для передачи части вращающего момента от входного вала 20 к входному управляющему валу 51. Передаточный механизм 53 на входной стороне согласно этому варианту образован зубчатой передачей, содержащей ведущую шестерню 53a, расположенную на входном валу 20, ведомую шестерню 53b, расположенную на входном управляющем валу 51, и промежуточную шестерню 53c, расположенную между ведущей шестерней 53a и ведомой шестерней 53b. В этом варианте передаточный механизм 53 на входной стороне выполнен так, чтобы сделать число оборотов входного управляющего вала 51 выше числа оборотов входного вала 20. Другими словами, передаточный механизм 53 на входной стороне согласно этому варианту представляет собой повышающую скорость зубчатую передачу. Хотя подробности будут описаны позже, согласно этому варианту передаточный механизм 53 на входной стороне, выполненный, как описано выше, позволяет повысить гибкость расположении каждого компонента трансмиссии 1 с регулируемой скоростью, и позволяет увеличить эффективность трансмиссии 1 с регулируемой скоростью.
Механизм 54 изменения скорости предназначен для передачи вращающего момента от входного управляющего вала 51 к выходному управляющему валу 52. Более того, механизм 54 изменения скорости предназначен для изменения числа оборотов выходного управляющего вала 52 в некотором диапазоне бесступенчатым образом относительно постоянного числа оборотов входного управляющего вала 51. В этом варианте механизм 54 изменения скорости образован гидромеханической муфтой (преобразователем крутящего момента). Механизм 54 изменения скорости содержит крыльчатку 54a насоса, с которой соединен входной управляющий вал 51, и крыльчатку 54b турбины, с которой соединен выходной управляющий вал 52, и предназначен для передачи вращающего момента посредством вращения крыльчатки 54b турбины в потоке жидкости, создаваемом крыльчаткой 54a насоса.
Механизм 54 изменения скорости содержит также фиксированные направляющие лопатки 54c и регулируемые направляющие лопатки 54d, перенаправляющие поток жидкости, исходящий от крыльчатки 54b турбины, к крыльчатке 54a насоса, и выполнен таким образом, что изменение угла регулируемых направляющих лопаток 54d позволяет регулировать число оборотов крыльчатки 54b турбины, т.е. число оборотов выходного управляющего вала 52, бесступенчатым образом. Отметим, что угол регулируемых направляющих лопаток 54d изменяют с помощью привода 61, управляемого посредством устройств 60 управления.
Передаточный механизм 55 на выходной стороне предназначен для передачи вращающего момента от выходного управляющего вала 52 к водилу 44 планетарной передачи из состава планетарного зубчатого механизма 40. Передаточный механизм 55 на выходной стороне согласно этому варианту соединен с водилом 44 планетарной передачи посредством полого вала 45, расположенного так, чтобы охватывать наружную периферию выходного вала 30, и образован зубчатой передачей, содержащей ведомую шестерню 55a, расположенному на выходном управляющем валу 52, и ведомую шестерню 55b, расположенную на полом валу 45. В этом варианте передаточный механизм 55 на выходной стороне уменьшает число оборотов выходного управляющего вала 52 с некоторым коэффициентом уменьшения и передает вращающий момент водилу 44 планетарной передачи с целью вращения этого водила 44 планетарной передачи. В результате число оборотов выходного вала 30 изменяется в соответствии с числом оборотов водила 44 планетарной передачи, осуществляя тем самым изменение скорости.
Устройство 60 управления содержит центральный процессор (CPU), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ (ROM)), запоминающее устройство с произвольной выборкой (ЗУПВ (RAM)) и другие подобные компоненты, также предназначенные для управления механизмом 50 регулирования скорости. Это устройство 60 управления осуществляет управление приводом 61 на основе команды от внешнего устройства управления (не показано) и числа оборотов выходного вала 30, измеренного посредством датчика 62 числа оборотов, и управляет углом регулируемых направляющих лопаток 54d. Таким образом, число оборотов выходного управляющего вала 52 может изменяться даже при постоянном числе оборотов входного управляющего вала 51, и поэтому число оборотов водила 44 планетарной передачи из состава планетарного зубчатого механизма 40 изменяется тоже. Число оборотов солнечной шестерни 42 изменяется в соответствии с изменениями числа оборотов водила 44 планетарной передачи, и, в конечном итоге, изменяется число оборотов выходного вала 30, что означает изменение скорости ведомого элемента.
В этом варианте при описанной выше конфигурации часть вращающего момента, поступившего на входной вал 20, распределяется к механизму 50 регулирования скорости в качестве управляющего вращающего момента для изменения числа оборотов выходного вала 30, и это управляющее усилие передают в планетарный зубчатый механизм 40 после того, как число оборотов было отрегулировано механизмом 54 изменения скорости, с целью изменения числа оборотов выходного вала 30. В этом варианте, тот факт, что ось механизма 54 изменения скорости в составе механизма 50 регулирования скорости отличается от оси входного вала 20, способствует достижению оптимальной конструкции трансмиссии 1 с регулируемой скоростью и позволяет повысить эффективность механизма.
Более конкретно, поскольку передаточный механизм 53 на входной стороне увеличивает число оборотов входного управляющего вала 51, в качестве механизма 54 изменения скорости можно использовать гидродинамическую муфту меньшего размера. Другими словами, хотя выходной крутящий момент гидродинамической муфты пропорционален квадрату числа оборотов на входной стороне и пятой степени размера гидродинамической муфты, число оборотов входного управляющего вала 51 на входной стороне можно сделать, например, вдвое больше числа оборотов входного вала 20. При таком подходе размер гидродинамической муфты может быть уменьшен максимум на 24% по сравнению с обычными способами, в соответствии с которыми гидродинамическая муфта непосредственно соединена с входным валом 20. Таким образом, этот вариант может использовать более компактную гидродинамическую муфту по сравнению с обычной трансмиссией с регулируемой скоростью, и потому вся трансмиссия 1 с регулируемой скоростью может быть выполнена компактно и эффективно. Можно также реализовать трансмиссию 1 с регулируемой скоростью, обладающую большой мощностью и высокой эффективностью, с применением существующей гидродинамической муфты и без использования гидродинамической муфты специализированного размера.
Более того, в этом варианте, поскольку число оборотов входного управляющего вала 51 можно регулировать путем установления коэффициента повышения скорости в передаточном механизме 53 на входной стороне, становится возможным регулировать крутящий момент выходного управляющего вала 52 подходящим образом и передавать подходящее управляющее усилие в планетарный зубчатый механизм 40. Таким образом, не только растет эффективность трансмиссии 1 с регулируемой скоростью, но и можно применять гидродинамическую муфту одного размера в широком диапазоне условий использования. Другими словами, этот вариант позволяет создать оптимальную конструкцию, соответствующую широкому разнообразию условий использования даже при небольших вариациях гидродинамической муфты, давая, таким образом, возможность повысить эффективность и гибкость трансмиссии 1 с регулируемой скоростью, а также уменьшить при этом стоимость изготовления трансмиссии.
В частности, в этом варианте промежуточная шестерня 53c, введенная в состав передаточного механизма 53 на входной стороне, позволяет регулировать коэффициент повышения скорости без изменения расстояния между входным валом 20 и входным управляющим валом 51. Это облегчает проектирование, и даже если условия использования изменились уже после изготовления трансмиссии 1 с регулируемой скоростью или после монтажа этой трансмиссии, изменение коэффициента повышения скорости в соответствии с новыми условиями использования позволяет удовлетворить техническим требованиям и поддерживать высокую эффективность.
В этом варианте, поскольку ось механизма 54 изменения скорости отличается от оси входного вала 20, можно повысить гибкость расположения механизма 54 изменения скорости, содержащего гидродинамическую муфту, которой свойственна тенденция иметь относительно большой наружный диаметр. Другими словами, поскольку механизм 54 изменения скорости может быть расположен с любой – верхней, нижней, левой или правой, стороны от входного вала 20, трансмиссия 1 с регулируемой скоростью может быть сконструирована таким образом, чтобы ее наружные размеры соответствовали размерам пространства, отведенного для установки трансмиссии. Кроме того, как описано выше, этот вариант может использовать гидродинамическую муфту меньшего размера, чем прежде, в качестве механизма 54 изменения скорости. Как показано на фиг. 1, создание смещения механизма 54 изменения скорости в осевом направлении входного вала 20 относительно планетарного зубчатого механизма 40 может уменьшить размер трансмиссии 1 с регулируемой скоростью в направлении ширины или в направлении высоты, сделав, таким образом, трансмиссию 1 с регулируемой скоростью компактной.
Более того, в случае отсутствия смещения механизма 54 изменения скорости в осевом направлении входного вала 20 относительно планетарного зубчатого механизма 40 можно уменьшить размер трансмиссии 1 с регулируемой скоростью в осевом направлении. На фиг. 2 представлена структурная схема, иллюстрирующая пример, в котором механизм 54 изменения скорости не имеет смещения относительно планетарного зубчатого механизма 40. Как показано на чертеже, хотя отсутствие смещения механизма 54 изменения скорости относительно планетарного зубчатого механизма 40 увеличивает размер в направлении ширины или в направлении высоты (размер в вертикальном направлении чертежа), такая конфигурация может уменьшить размер в осевом направлении (размер в горизонтальном направлении чертежа). Таким образом, даже когда расстояние между первичным двигателем и ведомым элементом мало, можно установить трансмиссию 1 с регулируемой скоростью с высокой эффективностью. Поскольку увеличенное число оборотов входного управляющего вала 51 позволяет использовать гидродинамическую муфту меньшего размера, чем прежде, в качестве механизма 54 изменения скорости, даже если нет смещения механизма 54 изменения скорости, можно уменьшить размер в направлении ширины или в направлении высоты.
Далее будут рассмотрены примеры других вариантов трансмиссии 1 с регулируемой скоростью.
На фиг. 3(a)–(c) представлены структурные схемы, иллюстрирующие примеры других аспектов соединения с планетарным зубчатым механизмом 40. В описанном выше примере входной вал 20 соединен с шестерней 41 с внутренним зацеплением, выходной вал 30 соединен с солнечной шестерней 42, а механизм 50 регулирования скорости соединен с водилом 44 планетарной передачи. Однако аспект соединения с планетарным зубчатым механизмом 40 может отличаться. Например, как показано на фиг. 3(a) соединение с планетарным зубчатым механизмом 40 может быть выполнено таким образом, что входной вал 20 соединяется с водилом 44 планетарной передачи, выходной вал 30 соединяется с солнечной шестерней 42, а механизм 50 регулирования скорости соединен с шестерней 41 с внутренним зацеплением.
При обмене местами между планетарным зубчатым механизмом 40 и передаточным механизмом 55 на выходной стороне, как показано на фиг. 3(b), входной вал 20 может быть соединен с солнечной шестерней 42, выходной вал 30 может быть соединен с шестерней 41 с внутренним зацеплением, а механизм 50 регулирования скорости может быть соединен с водилом 44 планетарной передачи, или, как показано на фиг. 3(c), входной вал 20 может быть соединен с солнечной шестерней 42, выходной вал 30 может быть соединен с водилом 44 планетарной передачи, а механизм 50 регулирования скорости может быть соединен с шестерней 41 с внутренним зацеплением. Отметим, что в примерах, показанных на фиг. 3(a) и 3(b), механизм 50 регулирования скорости соединен с планетарным зубчатым механизмом 40 через полый вал 45, расположенный так, чтобы охватить наружную периферию входного вала 20.
Соединение с планетарным зубчатым механизмом 40 ничем специально не ограничено, но может быть подходящим образом определено в соответствии с отношением между числом оборотов первичного двигателя и числом оборотов ведомого элемента. Примеры соединения, показанные на фиг. 1 – 3, могут быть реализованы без значительной модификации конструктивного расположения соответствующих компонентов трансмиссии 1 с регулируемой скоростью. Согласно какому-либо из вариантов соединения, подходящее управляющий вращающий момент может быть передан на вход планетарного зубчатого механизма 40 путем регулирования числа оборотов входного управляющего вала 51, достигая тем самым высокой эффективности.
На фиг. 4(a) и 4(b) представлены структурные схемы, иллюстрирующие примеры, в которых входной вал 20 и выходной вал 30 расположены так, чтобы иметь смещения относительно центральной оси планетарного зубчатого механизма 40. В этих примерах входной вал 20 соединен с планетарным зубчатым механизмом 40 через передаточный механизм 70 на входной стороне и вал 21 на входной стороне. Выходной вал 30 соединен с планетарным зубчатым механизмом 40 через передаточный механизм 80 на выходной стороне и полый вал 45.
Передаточный механизм 70 на входной стороне выполнен в виде пары из ведущей шестерни 71, расположенной на входном валу 20, и ведомой шестерни 72, расположенной на валу 21 на входной стороне, а вал 21 на входной стороне соединен с шестерней 41 с внутренним зацеплением или с водилом 44 планетарной передачи из состава планетарного зубчатого механизма 40 на одном конце (правый конец на чертеже). Передаточный механизм 80 на выходной стороне выполнен в виде совокупности ведущей шестерни 81, расположенной на полом валу 45, и ведомой шестерни 82, расположенной на выходном валу 30, а полый вал 45 соединен с водилом 44 планетарной передачи или с шестерней 41 с внутренним зацеплением на одном конце (левый конец на чертеже). С солнечной шестерней 42 из состава планетарного зубчатого механизма 40 соединен конец (левый конец на чертеже) вала 46 на выходной стороне, проходящего внутри полого вала 45, а механизм 50 регулирования скорости соединен с этой солнечной шестерней 42 через вал 46 на выходной стороне.
Благодаря созданию смещения входного вала 20 и выходного вала 30 относительно центральной оси планетарного зубчатого механизма 40, как описано выше, входной вал 20 и выходной вал 30 могут быть расположены в соответствии с позициями первичного двигателя и ведомого элемента. Далее, создание смещения выходного вала 30 относительно центральной оси планетарного зубчатого механизма 40 позволяет соединить механизм 50 регулирования скорости с солнечной шестерней 42 из состава планетарного зубчатого механизма 40, тем самым дополнительно увеличивая гибкость трансмиссии 1 с регулируемой скоростью.
Нет необходимости говорить, что когда другой вариант соединения применяют к планетарному зубчатому механизму 40, входной вал 20 и выходной вал 30 могут иметь смещения относительно центральной оси планетарного зубчатого механизма 40. Смещение может быть создано только для входного вала 20 или только для выходного вала 30. В примерах, показанных на фиг. 4(a) и 4(b), передаточный механизм 70 действует также в качестве части передаточного механизма 53 на входной стороне, но передаточный механизм 70 может быть сделан отдельно от передаточного механизма 53 на входной стороне.
На фиг. 5 представлена структурная схема, иллюстрирующая пример, в котором в механизм 54 изменения скорости может быть введена муфта 90 сцепления. Механизм 54 изменения скорости согласно этому примеру содержит муфту 90 сцепления, способную управлять коэффициентом проскальзывания, и гидродинамическую муфту 91, не имеющую регулируемых направляющих лопаток. Муфта 90 сцепления содержит несколько дисков 90a сцепления, а также поршень 90b сцепления, прижимающий эти диски 90a сцепления, так что они контактируют один с другим. Гидродинамическая муфта 91 содержит крыльчатку 91a насоса, крыльчатку 91b турбины и фиксированные направляющие лопатки 91c. Муфта 90 сцепления соединена с входным управляющим валом 51 на входной стороне и соединена с крыльчаткой 91a насоса из состава гидродинамической муфты 91 через промежуточный вал 90c на выходной стороне. Крыльчатка 91b турбины из состава гидродинамической муфты 91 соединена с выходным управляющим валом 52.
В этом примере устройство 60 управления осуществляет управление коэффициентом проскальзывания муфты 90 сцепления путем регулирования прижимающего усиления поршня 90b сцепления и тем самым изменяет число оборотов промежуточного вала 90c относительно постоянного числа оборотов входного управляющего вала 51. Гидромеханическая муфта 91 служит для плавного изменения числа оборотов путем поглощения шока от изменения числа оборотов муфтой 90 сцепления, а также передает выходному управляющему валу 52 вращающий момент на основе характеристик гидромеханической муфты 91. Как описано выше, трансмиссия 1 с регулируемой скоростью может быть выполнена для введения в ее состав муфты 90 сцепления, способной управлять коэффициентом проскальзывания в механизме 54 изменения скорости. В этом случае трансмиссия 1 с регулируемой скоростью тоже имеет такие же функции, как в примерах, показанных на фиг. 1 – 4. В зависимости от условий использования гидромеханическая муфта 91 может быть исключена, а механизм 54 изменения скорости может содержать только муфту 90 сцепления.
На фиг. 6 представлена схема, иллюстрирующая пример, в котором созданы несколько механизмов 50 изменения скорости. В случае, когда трансмиссия содержит несколько механизмов 50 изменения скорости, управляющее усилие может поступать в планетарный зубчатый механизм 40 одновременно от нескольких механизмов 50 управления скоростью, либо эти несколько механизмов 50 управления скоростью могут быть использованы поочередно, так что один из них служит резервным механизмом. Когда несколько механизмов 50 управления скоростью используются поочередно, может быть введена муфта сцепления или другой подобный компонент для переключения между соединением с входным валом 20 или отсоединением от него. В этом варианте, поскольку создание механизма 54 изменения скорости в составе механизма 50 регулирования скорости таким образом, что его ось отлична от оси входного вала 20, повышает гибкость в расположении каждого компонента, каждый из этих нескольких механизмов 50 управления скоростью может быть расположен легко и эффективно. Применение нескольких механизмов 50 управления скоростью служит для увеличения срока службы трансмиссии 1 с регулируемой скоростью и облегчения быстрого возврата в рабочее состояние из состояния неисправности.
Как описано выше, трансмиссия 1 с регулируемой скоростью согласно приведенным здесь вариантам содержит: входной вал 20, на который поступает вращающий момент извне; выходной вал 30, предназначенный для передачи вращающего момента на выход; планетарный зубчатый механизм 40, с которым соединены эти входной вал 20 и выходной вал 30, так что эти валы соединены конкретно с какими-либо двумя из следующих компонентов – шестерней 41 с внутренним зацеплением, солнечной шестерней 42 и/или водилом 44 планетарной передачи; и механизм 50 регулирования скорости, предназначенный для изменения числа оборотов того компонента – шестерни 41 с внутренним зацеплением, солнечной шестерни 42 или водила 44 планетарной передачи, к которому не присоединен ни входной вал 20, ни выходной вал 30. Механизм 50 регулирования скорости содержит: входной управляющий вал 51 и выходной управляющий вал 52, оси которых отличаются от оси входного вала 20; передаточный механизм 53 на входной стороне, предназначенный для передачи части вращающего момента от входного вала 20 к входному управляющему валу 51; механизм 54 изменения скорости, предназначенный для передачи вращающего момента от входного управляющего вала 51 к выходному управляющему валу 52 и изменения числа оборотов выходного управляющего вала 52; и передаточный механизм 55 на выходной стороне, предназначенный для передачи вращающего момента от выходного управляющего вала 52 тому компоненту – шестерне 41 с внутренним зацеплением, солнечной шестерне 42 или водилу 44 планетарной передачи, к которому не присоединен ни входной вал 20, ни выходной вал 30.
В такой конструкции число оборотов, соответствующее вращающему моменту, которое нужно передать механизму 50 управления скоростью, может быть задано подходящим образом, а трансмиссия 1 с регулируемой скоростью также обладает повышенной гибкостью расположения каждого компонента. Таким образом, можно создать оптимальную конструкцию в соответствии с условиями использования и конфигурировать трансмиссию 1 с регулируемой скоростью с большей эффективностью, чем это делалось ранее.
Передаточный механизм 53 на входной стороне выполнен таким образом, чтобы сделать число оборотов входного управляющего вала 51 выше числа оборотов входного вала 20. Такая конфигурация позволяет использовать гидродинамическую муфту меньшего размера в составе механизма 50 управления скоростью, так что полученная в результате трансмиссия 1 с регулируемой скоростью обладает высокой эффективностью и компактной конструкцией.
Механизм 54 изменения скорости расположен таким образом, чтобы иметь смещение в осевом направлении входного вала 20 относительно планетарного зубчатого механизма 40. Это делает возможным уменьшение размера трансмиссии 1 с регулируемой скоростью в направлении ширины или в направлении высоты, достигая при этом высокой эффективности, поскольку ось механизма 54 изменения скорости отлична от планетарного зубчатого механизма 40.
Механизм 54 изменения скорости образован гидродинамической муфтой или содержит гидродинамическую муфту 91. Это позволяет сгладить вариации скорости без резких скачков и шока, увеличить эффективность передачи энергии и эффективность изменений скорости, используя преимущества характеристик гидродинамической муфты.
Гидродинамическая муфта, составляющая механизм 54 изменения скорости содержит регулируемые направляющие лопатки 54d. Это позволяет составить механизм 54 изменения скорости только из гидродинамической муфты, что делает трансмиссию 1 с регулируемой скоростью более компактной.
Этот механизм 54 изменения скорости может содержать муфту 90 сцепления, способную регулировать коэффициент проскальзывания. При этом такой механизм 54 изменения скорости обладает такими же функциями, как в случае, когда механизм 54 изменения скорости имеет регулируемые направляющие лопатки 54d.
Передаточный механизм 53 на входной стороне образован зубчатой передачей, имеющей промежуточную шестерню 53c. Это делает возможным должным образом задать число оборотов входного управляющего вала 51, независимо от расстояния между входным валом 20 и входным управляющим валом 51, позволяя тем самым увеличить гибкость расположения каждого компонента трансмиссии 1 с регулируемой скоростью при поддержании высокой эффективности. Другими словами, это способствует разработке оптимальной конструкции.
Выше описаны варианты настоящего изобретения, однако трансмиссия с регулируемой скоростью согласно настоящему изобретению не ограничивается описанными выше вариантами, и, само собой разумеется, может быть модифицирована различным образом, не отклоняясь от объема формулы изобретения. Например, форма и расположение каждого компонента трансмиссии 1 с регулируемой скоростью не ограничиваются описанными выше вариантами, так что каждый компонент может иметь какую-либо произвольную форму и расположение.
Входной управляющий вал 51 и выходной управляющий вал 52 не обязательно должны быть расположены приблизительно параллельно входному валу 20, напротив, входной управляющий вал 51 и выходной управляющий вал 52 могут быть, например, расположены приблизительно ортогонально входному валу 20 за счет применения конических шестерен в передаточном механизме 53 на входной стороне и в передаточном механизме 55 на выходной стороне.
Передаточный механизм 53 на входной стороне может не иметь промежуточных шестерен, а передаточный механизм 55 на выходной стороне, передаточный механизм 70 на входной стороне и передаточный механизм 80 на выходной стороне могут иметь промежуточные шестерни. Нет необходимости говорить, что число шестерен, составляющих каждый из механизмов – передаточный механизм 53 на входной стороне, передаточный механизм 55 на выходной стороне, передаточный механизм 70 на входной стороне и передаточный механизм 80 на выходной стороне, ничем специально не ограничено. Более того, каждый из механизмов – передаточный механизм 53 на входной стороне, передаточный механизм 55 на выходной стороне, передаточный механизм 70 на входной стороне и передаточный механизм 80 на выходной стороне, может представлять собой хорошо известный передаточный механизм, отличный от зубчатой передачи, например, механизм цепной передачи, механизм ременной передачи или какой-либо другой механизм.
Возможные варианты механизмов 54 изменения скорости не ограничиваются таким, какой изменяет число оборотов выходного управляющего вала 52 с использованием гидродинамической муфты, имеющей регулируемые направляющие лопатки 54d, или муфты 90 сцепления, способной регулировать коэффициент проскальзывания, а может представлять собой устройство, изменяющее число оборотов выходного управляющего вала 52 посредством другого хорошо известного механизма, например, планетарного зубчатого механизма, дифференциального зубчатого механизма или другого подобного механизма. Гидродинамическая муфта 91, введенная вместе с муфтой 90 сцепления, может иметь регулируемые направляющие лопатки.
Операции и эффекты, описываемые в рассмотренных выше вариантах, являются всего лишь перечислением наиболее оптимальных операций и эффектов настоящего изобретения, однако полный перечень операций и эффектов этим не ограничивается.
Применимость в промышленности
Трансмиссия с регулируемой скоростью согласно настоящему изобретению может быть использована в разнообразных областях, где требуется передача энергии в сочетании с изменением скорости вращения, таких как промышленные машины и транспортные машины.
Список позиционных обозначений:
1 трансмиссия с регулируемой скоростью
20 входной вал
30 выходной вал
40 планетарный зубчатый механизм
41 шестерня с внутренним зацеплением
42 солнечная шестерня
44 водило планетарной передачи
50 механизм регулирования скорости
51 входной управляющий вал
52 выходной управляющий вал
53 передаточный механизм на входной стороне
54 механизм изменения скорости
54d регулируемая направляющая лопатка
55 передаточный механизм на выходной стороне
90 муфта сцепления
91 гидродинамическая муфта