RU2060172C1

RU2060172C1 - Mechanical stepless transmission

Info

Publication number: RU2060172C1
Authority: RU
Inventors: Павел Григорьевич Сидельников; Анатолий Тихонович Лебедев; Анатолий Алексеевич Стаценко; Николай Григорьевич Амелин
Original assignee: Павел Григорьевич Сидельников; Анатолий Тихонович Лебедев; Анатолий Алексеевич Стаценко; Николай Григорьевич Амелин
Priority date: 1991-07-01
Filing date: 1991-07-01
Publication date: 1996-05-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; devices for automatic stepless change of torque on transmission output shaft depending on load. SUBSTANCE: mechanical stepless transmission has reduction gear, regulator and step-up gear box installed coaxially. Reduction gear and step-up gear box have sun gears 5 and 32 and epicyclic gears 3 and 33. They are connected by means of planet pinions 6,8 and 25. Part of the latter have axles 9 and 28 with slots accommodating rollers 14 and 30. Regulator has housing 15 with slots in which rollers 20 are installed. Two racks with flyweights are installed in housing 15. EFFECT: enlarged operating capabilities. 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для автоматического бесступенчатого регулирования крутящего момента на выходном валу трансмиссии в зависимости от нагрузки, обеспечивающим работу в двух режимах: в режиме редуктора при максимальных нагрузках и в режиме мультипликатора при минимальной нагрузке, и может найти широкое применение в транспортном машиностроении. The invention relates to devices for automatic stepless control of torque on the output shaft of a transmission depending on the load, ensuring operation in two modes: in gear mode at maximum loads and in multiplier mode at minimum load, and can be widely used in transport engineering.

Известна трансмиссия транспортного средства, содержащая дифференциал, полуоси которого через зубчатую передачу связаны с ведущими колесами, механизм плавного изменения радиуса поворота, включающий в себя связанную с органом управления фрикционную передачу, систему управления, причем механизм плавного изменения радиуса поворота дополнительно снабжен полуосями с цилиндрическими буртиками, шестернями и пружинами. A transmission of a vehicle is known, comprising a differential, the axle shafts of which are connected to the drive wheels via a gear transmission, a mechanism for smoothly changing the radius of rotation, including a friction gear associated with a control element, a control system, the mechanism for smoothly changing the radius of rotation, is additionally equipped with axles with cylindrical beads, gears and springs.

Недостаток указанной трансмиссии невозможность плавного регулирования скорости. The disadvantage of this transmission is the inability to smoothly control the speed.

Известна также гидромеханическая трансмиссия, содержащая корпус с механизмом изменения крутящего момента, выполненным в виде насосного колеса, турбинного колеса и реактора, трансмиссия установлена на валу привода (двигателя). Also known hydromechanical transmission, comprising a housing with a mechanism for changing torque, made in the form of a pump wheel, a turbine wheel and a reactor, the transmission is mounted on the drive shaft (engine).

Недостатки трансмиссии ограниченность диапазона изменения крутящего момента и низкий КПД. The disadvantages of the transmission are the limited range of torque and low efficiency.

Цель изобретения расширение технологических возможностей механической бесступенчатой трансмиссии путем исключения ограничения диапазона изменения крутящего момента и повышение КПД. При установке механической бесступенчатой трансмиссии на тракторы исключается необходимость установки вала отбора мощности при работе с уборочными комбайнами. The purpose of the invention is the expansion of the technological capabilities of a mechanical continuously variable transmission by eliminating the limitation of the range of changes in torque and increasing efficiency. When installing a mechanical continuously variable transmission on tractors, the need for installing a power take-off shaft when working with combine harvesters is eliminated.

Для этого в механической бесступенчатой трансмиссии, установленной на валу привода и содержащей корпус с механизмом изменения крутящего момента, выполненным из редуктора и регулятора, установленных в корпусе на консольном валу, и мультипликатора, редуктор содержит солнечную шестерню и эпициклические шестерни, соединенные через блок полых шестерен с объемными осями и диаметральными пазами с установленными в них на осях роликами с регулятором, выполненным в виде установленного на полом валу корпуса, снабженного блоками полых шестерен с объемными осями, продольными пазами с установленными в них роликами, закрепленными на зубчатых подпружиненных рейках с возможностью проворота. Рейки снабжены центробежными грузами и соединены с синхронной шестерней, установленной на полом валу, мультипликатор через блок сателлитных шестерен соединен с регулятором, а его выходной вал расположен выше центра масс механизма изменения крутящего момента. For this, in a mechanical continuously variable transmission mounted on the drive shaft and comprising a housing with a torque changing mechanism made of a gearbox and a regulator mounted in the housing on the cantilever shaft and a multiplier, the gearbox contains a sun gear and epicyclic gears connected through a block of hollow gears with volumetric axes and diametral grooves with rollers mounted on them on the axles with a regulator made in the form of a housing mounted on a hollow shaft equipped with hollow gear blocks with volumetric axes, longitudinal grooves with rollers installed in them, mounted on toothed spring-loaded racks with the possibility of rotation. The rails are equipped with centrifugal loads and are connected to a synchronous gear mounted on the hollow shaft, the multiplier is connected to the controller through the satellite gear unit, and its output shaft is located above the center of mass of the torque change mechanism.

На фиг.1 изображена предлагаемая трансмиссия, вид сбоку; на фиг.2 то же, вид спереди. Figure 1 shows the proposed transmission, side view; figure 2 is the same, front view.

Механическая бесступенчатая трансмиссия содержит корпус 1 и установленный на подшипниках входной вал 2. На валу 2 установлена свободно коронная шестерня 3. В кинематическом зацеплении с шестерней 3 установлена обгонная муфта 4. На валу 2 жестко установлена солнечная шестерня 5, находящаяся в постоянном зацеплении с сателлитными шестернями 6, установленными на осях 7, на которых также установлены объемные сателлитные шестерни 8, внутри которых расположены объемные оси 9. Оси 7 расположены на водиле 10. На осях 9 посредством штифтов 11 закреплен реактивный диск 12, кинематически связанный с водилом 10. Объемные оси 9 имеют диаметральные пазы 13, в которых установлены ролики 14. Регулятор содержит корпус 15, установленный на водиле 10. В корпусе 15 расположены две подпружиненных посредством пружин 17 зубчатых рейки 18. В корпусе 15 выполнены пазы 19, параллельные пазам 13, с установленными в них роликами 20. Один конец реек 18 закреплен на оси 21 роликов 20, а другой связан с пружиной 17, жестко закрепленной на корпусе 15. Между зубчатыми рейками 18 установлена связанная с ними синхронная шестерня 22, расположенная на водиле 10 посредством подшипников. К рейке 18 в месте соединения с пружиной 17 прикреплены центробежные грузы 23. The continuously variable mechanical transmission comprises a housing 1 and an input shaft 2 mounted on bearings. A free-wheel gear 3 is mounted on the shaft 2. A freewheeling clutch 4 is installed in the kinematic gear with the gear 3. A sun gear 5 is fixedly mounted on the shaft 2, which is in constant gear with the satellite gears 6, mounted on the axles 7, on which the volumetric satellite gears 8 are also installed, inside of which the volumetric axes 9 are located. The axles 7 are located on the carrier 10. On the axles 9, by means of pins 11 the active disk 12, kinematically connected with the carrier 10. The volumetric axes 9 have diametrical grooves 13 in which the rollers are mounted 14. The controller contains a housing 15 mounted on the carrier 10. In the housing 15 there are two toothed rails 18 spring-loaded by springs 17. In the housing 15 grooves 19 are made, parallel to the grooves 13, with the rollers 20 installed in them. One end of the rails 18 is fixed to the axis 21 of the rollers 20, and the other is connected to a spring 17 rigidly mounted on the housing 15. A synchronous gear 22 is connected between the gear racks 18 located ennaya on the carrier 10 by means of bearings. Centrifugal loads 23 are attached to the rail 18 at the junction with the spring 17.

Мультипликатор содержит установленные на водиле 10 посредством осей 24 блок сателлитных шестерен 25. На осях 24 шестерен 25 установлены на подшипниках 26 полые стаканы 27 объемных осей 28, аналогичные осям 9. В осях 28 выполнены диаметральные пазы, аналогичные пазам объемных осей 9, с расположенными в них роликами 30. Ролики 14, 20 и 30 установлены с возможностью проворота на единых осях 21. На водиле 10 установлен реактивный диск 31 посредством штифтового соединения на объемных осях 28. Сателлитные шестерни 25 установлены с постоянным зацеплением с неподвижной солнечной шестерней 32, жестко закрепленной на корпусе 1. Шестерня 25 постоянно зацеплена с планетарной шестерней 33, установленной на ступице шестерни 32 подвижно. На ступице шестерни 33 установлена ведущая шестерня 34, находящаяся в постоянном зацеплении с шестерней 35 выходного вала 36. The multiplier comprises a satellite gear unit 25 mounted on the carrier 10 by means of the axes 24. Hollow cups 27 of the volumetric axes 28, similar to the axes 9, are mounted on the axles 24 of the gears 25. The axial grooves 28 are provided with diametrical grooves similar to the grooves of the volumetric axes 9, with them with rollers 30. The rollers 14, 20 and 30 are mounted with the possibility of rotation on the single axles 21. On the carrier 10 a reaction disk 31 is mounted by means of a pin connection on the volumetric axes 28. The satellite gears 25 are installed with a constant meshing with a fixed the sun gear 32, rigidly fixed to the housing 1. Gear 25 is constantly engaged with a planetary gear 33 mounted on the hub of the gear 32 movably. On the hub of the gear 33, a drive gear 34 is installed, which is in constant engagement with the gear 35 of the output shaft 36.

Механическая бесступенчатая трансмиссия работает следующим образом. Mechanical continuously variable transmission operates as follows.

При работающем двигателе и положении рычага раздатки в нейтральном положении крутящий момент передается от входного вала 2 на ведущую солнечную шестерню 5, которая вращает сателлитные шестерни 6, оси 7 и сателлитные шестерни 8. Обгонные муфты 4 находятся в замкнутом зацеплении, поэтому сателлитные шестерни 6, оси 7, водило 10 и сателлитные шестерни 8 вращаются в направлении вращения входного вала 2. В этом же направлении сателлитные шестерни 8 увлекают за собой объемные оси 9, которые своими диаметральными пазами 13 в этом же направлении увлекают за собой ролики 14, которые установлены на осях 21. В этом же направлении вращаются полые стаканы 27 с объемными осями 28. Сателлитные шестерни 25 обкатываются относительно неподвижной солнечной шестерни 32 и увлекают за собой коронную шестерню 33, а шестерня 34 вращает шестерню 35 выходного вала 36. В данном режиме грузы 23 центробежного регулятора максимально растягивают пружины 17, а зубчатые рейки 18 перемещают с осями 21 ролики 14, 20 и 30 в крайнее положение к центру входного вала 2. Водило 10 будет вращаться в направлении вращения входного вала 2. When the engine is running and the transfer lever is in the neutral position, the torque is transmitted from the input shaft 2 to the driving sun gear 5, which rotates the satellite gears 6, axles 7 and satellite gears 8. The overrunning clutches 4 are in closed engagement, therefore the satellite gears 6, axes 7, the carrier 10 and the satellite gears 8 rotate in the direction of rotation of the input shaft 2. In the same direction, the satellite gears 8 carry along the volumetric axes 9, which carry their diametrical grooves 13 in the same direction behind them are rollers 14, which are mounted on axles 21. In the same direction, hollow cups 27 rotate with volumetric axes 28. Satellite gears 25 are run relative to the stationary sun gear 32 and entrain the ring gear 33 and the gear 34 rotates the gear 35 of the output shaft 36 In this mode, the loads 23 of the centrifugal regulator stretch the springs 17 as much as possible, and the gear racks 18 move the rollers 14, 20 and 30 to the center of the input shaft 2 with the axles 21. The carrier 10 will rotate in the direction of rotation of the input shaft 2.

При неработающем двигателе центробежные силы грузов отступают, пружины 17 занимают свое первоначальное положение, зубчатые рейки 18 устанавливают ролики 14, 20 и 30 в диаметральных пазах 13 объемной оси в крайне периферийное положение. Пружины 17 центробежных грузов 23 предварительно должны быть напряжены на величину, которая бы не позволяла в момент трогания транспортного средства с места (максимальная нагрузка) смещаться роликам 14, 20 и 30 из-за центробежных сил грузов 23 к центру входного вала 2, чтобы обеспечить режим передачи максимального крутящего момента на выходной вал 36. Это значит, что ролики 14, 20 и 30 должны стоять на месте при режиме работы двигателя с частотой вращения 450-500 об/мин. Чтобы предотвратить проворачивание объемных осей 9 и 28 относительно сателлитных шестерен 8 и полых стаканов 27 штифты объемных осей связаны реактивными дисками 12 и 31. When the engine is off, the centrifugal forces of the goods recede, the springs 17 occupy their original position, the gear racks 18 set the rollers 14, 20 and 30 in the diametrical grooves 13 of the volume axis in an extremely peripheral position. The springs 17 of centrifugal loads 23 must first be tensioned by an amount that would not allow the rollers 14, 20 and 30 to move at the moment of moving the vehicle from its place (maximum load) due to the centrifugal forces of the loads 23 to the center of the input shaft 2, to ensure the mode transmitting maximum torque to the output shaft 36. This means that the rollers 14, 20 and 30 must stand still during engine operation at a speed of 450-500 rpm. To prevent the rotation of the volumetric axes 9 and 28 relative to the satellite gears 8 and hollow cups 27, the pins of the volumetric axes are connected by reactive disks 12 and 31.

Работа механической бесступенчатой трансмиссии в режиме максимальной нагрузки (трогание с места). При включении рычага раздатки в рабочий режим из нейтрального положения (передний или задний ход) вследствие малой частоты оборотов двигателя центробежные силы грузов до 450-500 об/мин не перемещают ролики 14, 20 и 30 от периферии к центру. При таком положении роликов 14, 20 и 30 в диаметральных пазах 13 и 19 объемных осей 9 и 28 передается максимальный крутящий момент на выходной вал 36, так как кинематическая связь зубчатого зацепления солнечной шестерни 5 и сателлитных шестерен 8 относительно зубчатого зацепления с коронной шестерней 3, а также контактная связь роликов 14, 20 и 30 относительно плеч зубчатых реек 18 суммарная величина которых относительно оси входного вала 2 передает максимальный крутящий момент на выходной вал 36 (режим редуктора выходного вала). The operation of a mechanical continuously variable transmission in maximum load mode (moving away). When the transfer lever is turned on from the neutral position (forward or reverse) due to the low engine speed, centrifugal forces of loads up to 450-500 rpm do not move the rollers 14, 20 and 30 from the periphery to the center. With this position of the rollers 14, 20 and 30 in the diametrical grooves 13 and 19 of the volumetric axes 9 and 28, the maximum torque is transmitted to the output shaft 36, since the kinematic connection of the gearing of the sun gear 5 and the satellite gears 8 relative to the gearing with the ring gear 3, and also the contact connection of the rollers 14, 20 and 30 relative to the shoulders of the gear racks 18, the total value of which relative to the axis of the input shaft 2 transfers the maximum torque to the output shaft 36 (output shaft gearbox mode).

Промежуточный режим бесступенчатой механической трансмиссии. При ускорении движения (уменьшение нагрузки) увеличиваются обороты двигателя, увеличиваются центробежные силы грузов 23, обороты выше 450-500 об/мин, центробежные грузы 23 расходятся и разжимают пружины 17, перемещая зубчатые рейки 18, которые сдвигают ролики 14, 20 и 30 ближе к центру, при этом контактные плечи роликов 14, 20 и 30 укорачиваются, крутящий момент падает до положения установившегося постоянного нагрузочного режима (обороты двигателя и нагрузка постоянные). В таком режиме механическая бесступенчатая трансмиссия будет работать (в режиме редуктора) до тех пор, пока оси 21 роликов 14, 20 и 30 совпадут с касательной контактной окружностью солнечной шестерни 5. Механическая бесступенчатая трансмиссия закончила свою работу в режиме редуктора. Intermediate mode of stepless mechanical transmission. When accelerating movement (decreasing the load), engine revolutions increase, centrifugal loads 23 increase, revolutions above 450-500 rpm, centrifugal weights 23 diverge and open the springs 17, moving the gear racks 18, which move the rollers 14, 20 and 30 closer to the center, while the contact shoulders of the rollers 14, 20 and 30 are shortened, the torque falls to the position of the steady-state constant load mode (engine speed and load constant). In this mode, a mechanical continuously variable transmission will work (in gearbox mode) until the axes 21 of the rollers 14, 20 and 30 coincide with the tangent contact circle of the sun gear 5. The mechanical continuously variable transmission has finished its work in gearbox mode.

Работа механической бесступенчатой трансмиссии в режиме мультипликатора. При дальнейшем падении нагрузки (движение по горизонтали) центробежные силы грузов 23 продолжают возрастать, перемещают оси 21 и ролики 14, 20 и 30 ближе к центру и переходят за образующую солнечной шестерни 5. Так как контактная окружность солнечной шестерни 5 одинакова с контактной окружностью неподвижной шестерни 32, обгонная муфта 4 расклинивается и входной вал 2, коронная шестерня 3, водило 10, блоки сателлитных шестерен будут обкатываться относительно неподвижной шестерни 32. Обороты выходного вала 36 в данном режиме будут больше оборотов входного вала 2, что позволяет использовать запас мощности двигателя, который не используется в обычных механических ступенчатых трансмиссиях при движении транспортного средства по горизонтали. The operation of a mechanical continuously variable transmission in multiplier mode. With a further drop in the load (horizontal movement), the centrifugal forces of the loads 23 continue to increase, move the axles 21 and the rollers 14, 20 and 30 closer to the center and pass over the generatrix of the sun gear 5. Since the contact circle of the sun gear 5 is the same as the contact circle of the stationary gear 32, overrunning clutch 4 is wedged and input shaft 2, ring gear 3, carrier 10, satellite gear blocks will run in relative to stationary gear 32. Turns of output shaft 36 in this mode will be more than input turns th shaft 2, which allows using the motor power supply, which is not used in conventional mechanical gear transmission when driving the transport means horizontally.

Claims

A continuously variable mechanical transmission comprising a housing with a torque-changing mechanism installed therein and located on the drive shaft, characterized in that the torque-changing mechanism is made in the form of a gearbox, regulator and multiplier mounted coaxially, the gearbox and the multiplier having sun and epicyclic gears connected by means of a block of satellite gears, some of which are made with volumetric axes, in which diametrical grooves with rollers installed in them are made, and the regulator is made in the form of a housing placed on a hollow shaft with grooves that are parallel to the grooves of the volumetric axes and in which rollers are located, connected to spring-loaded gear racks, rigidly connected to the axes of the regulator, multiplier and gearbox rollers, while the rollers are mounted with the possibility of rotation.