RU2610235C1

RU2610235C1 - Speed gear-box

Info

Publication number: RU2610235C1
Application number: RU2016102742A
Authority: RU
Inventors: Владимир Степанович Григорчук
Original assignee: Владимир Степанович Григорчук
Priority date: 2016-01-27
Filing date: 2016-01-27
Publication date: 2017-02-08

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention is relevant to gear infinitely-variable speed gear-boxes. Speed gear-box includes housing, driving cylindrical gear mounted on driving shaft and suitable for displacing along moving conical gear mounted on driven shaft, and control mechanism that is in kinematical jointed to driving cylindrical gear. Driven conical gear is equipped with teeth that are parallel to each other, of various lengths and equal in width. Distance between teeth is equal too. Each tooth is made at an angle to longitudinal vertical plane, which passes through center of rotation of driven conical gear. Angle value depends on length of driven conical gear and on ratio of the least and the most diameters. Driven conical gear is constantly engaged with driving cylindrical gear and conditionally divided into several longitudinal parts with the aid of vertical lateral planes. Length of each part is equal to width of driving cylindrical gear. Number of teeth increases from the lesser diameter to the larger one for each next part. Ration of width of driving cylindrical gear to longitudinal length of driven conical gear is equal to 1:10.

EFFECT: simplification of design, increase of range of gear ratio regulation and prolongation of service life are achieved.

5 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в качестве зубчатой бесступенчатой коробки скоростей.The present invention relates to the field of mechanical engineering and may find application as a continuously variable speed gearbox.

Известна передача коническими катками, содержащая ведущий и ведомый конические катки с гладкими образующими поверхностями, соприкасающиеся друг с другом, причем ведущий каток установлен с возможностью продольного перемещенияKnown transfer conical rollers containing the leading and driven conical rollers with smooth forming surfaces in contact with each other, and the leading roller is installed with the possibility of longitudinal movement

/ С.Н. Кожевников, Я.И. Есипенко, Я.М. Раскин, Механизмы, Справочное пособие, под ред. чл. - кор. АН УССР С.Н. Кожевникова, изд. 4, М., Машиностроение, 1976, с. 329-330, рис. 5.18 /./ S.N. Kozhevnikov, Y.I. Esipenko, Y.M. Raskin, Mechanisms, Reference, ed. tsp - box. USSR Academy of Sciences S.N. Kozhevnikova, ed. 4, M., Mechanical Engineering, 1976, p. 329-330, fig. 5.18 /.

Недостатками передачи коническими катками являются: небольшая передающаяся мощность, имеет только одну нескользящую точку, во всех остальных местах касания износ и скольжение катков.The disadvantages of transmission of conical rollers are: small transmitting power, has only one non-slip point, in all other places of contact wear and sliding of the rollers.

Указанные недостатки обусловлены несовпадением вершин конусов.These shortcomings are due to the mismatch of the tops of the cones.

Известен вариатор с коническими барабанами, развернутыми на 180 градусов относительно друг друга, каждый установлен на двух подшипниках и имеет внутри пружину, между барабанами установлен ролик с возможностью продольного перемещения посредством рычажного механизмаA variator is known with conical drums rotated 180 degrees relative to each other, each mounted on two bearings and has a spring inside, a roller is installed between the drums with the possibility of longitudinal movement by means of a lever mechanism

/ Там же, с. 333, рис. 5.23 /./ Ibid., P. 333, fig. 5.23 /.

Недостатками вариатора с коническими барабанами являются: небольшая передаваемая мощность, пробуксовки при резком изменении нагрузки на конические барабаны, сложность конструкции.The disadvantages of the variator with conical drums are: small transmitted power, slippage during a sharp change in the load on the conical drums, design complexity.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией вариатора.These disadvantages are due to the design of the variator.

Известна также коробка скоростей, содержащая корпус, закрытый крышкой, внутри которого размещен конический ведомый блок с зубчатыми полукруглыми венцами, смещенными один относительно другого в продольной плоскости, имеющими круговые выточки без зубьев, равные 1/3 ширины зубьев, постоянная разность зубьев в каждом зубчатом венце составляет 1 или 2 или 3 и т.д. Ведомый конический блок входит в зацепление с ведущим зубчатым цилиндрическим колесом, установленным на валу с возможностью перемещения вдоль образующей конического блока посредством механизма с ручкой управления и приводимого в движение посредством ценной передачи от ведомого конического блокаA gearbox is also known, comprising a housing closed by a lid, inside of which there is a conical driven unit with semicircular gears displaced one relative to the other in the longitudinal plane, having circular grooves without teeth equal to 1/3 of the tooth width, a constant tooth difference in each gear ring is 1 or 2 or 3, etc. The driven conical unit is engaged with the driving gear wheel mounted on the shaft with the possibility of moving along the generatrix of the conical unit by means of a mechanism with a control handle and driven by valuable transmission from the driven conical unit

/ Там же, с. 185, рис. 3.87 (а, б) /./ Ibid., P. 185, fig. 3.87 (a, b) /.

Известная коробка скоростей, как наиболее близкая по технической сущности и достигаемому полезному результату, принята за прототип.The well-known gearbox, as the closest in technical essence and achieved useful result, is taken as a prototype.

Недостатками известной коробки скоростей, принятой за прототип, являются: сложность изготовления конического блока и механизма переключения, расход энергии на привод механизма переключения, быстрый износ конического блока, гребней цилиндра и стрелки механизма управления, небольшое передаточное отношение.The disadvantages of the known gearbox, adopted for the prototype, are: the difficulty of manufacturing a conical block and a switching mechanism, the energy consumption for the drive of the switching mechanism, the rapid wear of the conical block, cylinder combs and arrows of the control mechanism, a small gear ratio.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией коробки скоростей, постоянным сцеплением и расцеплением ведущего колеса с ведомым блоком, возможным несовпадением зубьев ведущего колеса и ведомого конического блока при износе.These disadvantages are due to the design of the gearbox, the constant clutch and disengagement of the drive wheel with the driven unit, the possible mismatch of the teeth of the driving wheel and the driven conical unit during wear.

Задачей настоящего изобретения является повышение технических характеристик коробки скоростей.The present invention is to improve the technical characteristics of the gearbox.

Технический результат обеспечивается тем, что в коробке скоростей, содержащей корпус, закрытый крышкой, ведущую цилиндрическую шестерню, установленную на ведущем валу с возможностью перемещения вдоль образующей ведомой конической шестерни, установленной на ведомом валу, механизм управления, кинематически соединенный с ведущей цилиндрической шестерней, согласно изобретению ведомая коническая шестерня имеет зубья, параллельные друг другу, разные по длине, одинаковые по ширине и расстоянию между ними, каждый из которых выполнен под углом к продольной вертикальной плоскости, проходящей через центр вращения ведомой конической шестерни, и зависящий от ее длины и соотношения наименьшего и наибольшего диаметров, входит в постоянное зацепление с цилиндрической ведущей шестерней, причем ведомая коническая шестерня условно разделена вертикальными поперечными плоскостями на несколько продольных частей, длина каждой из которых равна ширине ведущей цилиндрической шестерни, причем в каждой последующей части от меньшего диаметра к большему диаметру количество зубьев возрастает, а соотношение ширины ведущей цилиндрической шестерни к продольной длине ведомой конической шестерни равно 1:10.The technical result is ensured by the fact that in a gearbox comprising a housing closed by a cover, a drive spur gear mounted on a drive shaft with the ability to move along a generatrix of the driven bevel gear mounted on the drive shaft, a control mechanism kinematically connected to the drive spur gear according to the invention driven bevel gear has teeth parallel to each other, different in length, the same in width and the distance between them, each of which is made at an angle m to the longitudinal vertical plane passing through the center of rotation of the driven bevel gear, and depending on its length and the ratio of the smallest and largest diameters, is in constant engagement with the cylindrical drive gear, and the driven bevel gear is conditionally divided by vertical transverse planes into several longitudinal parts, length each of which is equal to the width of the driving spur gear, and in each subsequent part from the smaller diameter to the larger diameter the number of teeth is age It is, and the ratio of the width of the leading cylindrical gear to the longitudinal length of the driven bevel gear is equal to 1:10.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

на фигуре 1 изображен общий вид коробки скоростей;figure 1 shows a General view of the gearbox;

на фигуре 2 - расположение узлов и механизмов внутри корпуса коробки скоростей;figure 2 - the location of the nodes and mechanisms inside the gearbox;

на фигуре 3 - общий вид ведущей цилиндрической и ведомой конической шестерен;figure 3 is a General view of the leading cylindrical and driven bevel gears;

на фигуре 4 - вид ведущей цилиндрической шестерни в разрезе;in figure 4 is a sectional view of the driving spur gear;

на фигуре 5 - гидравлическая схема управления коробкой скоростей.figure 5 is a hydraulic diagram of the control gearbox.

Коробка скоростей содержит корпус 1, закрытый крышкой 2, внутри которого размещены ведомая коническая шестерня 3, закрепленная на ведомом валу 4, установленным на подшипниках 5, 6, входящая в зацепление с ведущей цилиндрической шестерней 7, закрепленной на наклонном ведущем валу 8 с возможностью перемещения вдоль образующей ведомой конической шестерни. Один конец ведущего вала соединен с ведущим валом масляного шестеренчатого насоса 9, корпус 10 которого посредством кронштейна 11 прикреплен к корпусу коробки скоростей, а другой конец вставлен в подшипник 12 и через шарнир равной угловой скорости 13 соединен с горизонтальным ведущим валом 14. Ведущая цилиндрическая шестерня выполнена заодно с втулкой 15, имеющей проточку 16, в которую входит вилка 17, соединенная с планкой 18, установленной в направляющих 19 и имеющей зубчатую рейку 20, входящую в зацепление с зубчатым сектором 21, установленным на оси и посредством рычага 22 соединенного со штоком 23 гидроцилиндра одностороннего действия. Гидроцилиндр имеет корпус 24, закрытый крышкой 25, имеющий внутри пружину 26 и ограничительный упор 27. Гидроцилиндр привернут болтами к корпусу коробки скоростей, а на его корпусе закреплен блок гидравлических кранов 28, золотники которых 29, 30 связаны с ручками управления 31, 32. Внутри корпуса коробки скоростей также размещены масляный бак 33 и регулятор частоты вращения 34. Регулятор содержит два гидравлических крана 35, 36, золотник 37 одного из которых связан с центробежным регулятором 38, а золотник 39 второго крана соединен с гибкой мембраной 40 вакуумного регулятора 41. Центробежный регулятор приводится в движение от ведомого вала. Ведомая коническая шестерня имеет зубья 42, параллельные друг другу, разные по длине, одинаковые по ширине и расстоянию между ними, каждый из которых выполнен под углом α к продольной вертикальной плоскости, проходящей через центр вращения, и зависящий от ее длины и соотношения наименьшего и наибольшего диаметров. Ведомая коническая шестерня входит в достоянное зацепление с ведущей цилиндрической шестерней. Ведомая коническая шестерня условно разделена вертикальными поперечными плоскостями на несколько продольных частей, продольная длина каждой из которых

равна ширине

ведущей цилиндрической шестерны (фиг. 3). В каждой последующей части от меньшего диаметра к большему диаметру количество зубьев возрастает, а соотношение ширины ведущей цилиндрической шестерни к продольной длине ведомой конической шестерни равно 1:10. The gearbox contains a housing 1, closed by a cover 2, inside of which a driven bevel gear 3 is mounted, mounted on a driven shaft 4 mounted on

bearings

5, 6, engaged with a driving spur gear 7, mounted on an inclined drive shaft 8 with the possibility of moving along forming a driven bevel gear. One end of the drive shaft is connected to the drive shaft of the oil gear pump 9, the housing 10 of which is attached to the gearbox housing by means of the bracket 11, and the other end is inserted into the bearing 12 and connected to the horizontal drive shaft 14 through an equal velocity joint 13. at the same time with a sleeve 15 having a groove 16, which includes a plug 17 connected to a plate 18 installed in the rails 19 and having a gear rack 20 engaged with the gear sector 21 mounted on and and by an arm 22 connected to a rod 23, a single-acting hydraulic cylinder. The hydraulic cylinder has a housing 24, closed by a cover 25, having a spring 26 inside and a limit stop 27. The hydraulic cylinder is bolted to the gearbox housing, and a block of hydraulic cranes 28 is mounted on its housing, the spools of which 29, 30 are connected to the control knobs 31, 32. Inside the gearbox housing also houses an oil tank 33 and a speed controller 34. The controller contains two

hydraulic valves

35, 36, one valve 37 connected to a centrifugal controller 38, and the second valve valve 39 connected to a flexible membrane 40 smart controller 41. The centrifugal controller is driven by a driven shaft. The driven bevel gear has teeth 42 parallel to each other, different in length, identical in width and distance between them, each of which is made at an angle α to a longitudinal vertical plane passing through the center of rotation, and depending on its length and the ratio of the smallest and largest diameters. The driven bevel gear is engaged with the driving spur gear. Driven bevel gear is conventionally divided by vertical transverse planes into several longitudinal parts, the longitudinal length of each of which

equal to width

leading spur gear (Fig. 3). In each subsequent part, the number of teeth increases from a smaller diameter to a larger diameter, and the ratio of the width of the driving spur gear to the longitudinal length of the driven bevel gear is 1:10.

Работа коробки скоростейGearbox operation

При вращении горизонтального ведущего зала 14 вращающийся момент через шарнир равной угловой скорости 13 передается на наклонный ведущий вал 8. Вместе с ним вращается масляный насос 9, а также ведущая цилиндрическая шестерня 7, которая посредством зубчатого зацепления вращает ведомую коническую шестерню 3. В этом случае на ведомом валу 4 максимальный крутящийся момент, а обе шестерни 3 и 7 находятся в положении, показанном на фигуре 2. Ведомый вал 4 вращается с минимальной скоростью. Далее поворачиваются ручки управления 31 и 32, а вместе с ними золотники 29 и 30, которые занимают положения, показанные на фигуре 5. Золотник 29 открывает доступ масла в гидроцилиндр 24, а золотник 30 - поступление масла в гидравлический кран 36. Масло из масляного бака 33 масляным насосом 9 подается внутрь гидроцилиндра 24, выходит из него через золотник 30 и поступает в гидравлический кран 36, а затем в масляный бак 33. Под действием центробежной силы грузики центробежного регулятора 38 смещаются и передвигают золотник 37 вправо, уменьшая проходное сечение гидравлического крана 36. Количество выходящего из гидроцилиндра 24 масла уменьшится и поршень, сжимая пружину 26, станет смещаться влево и через шток 23 поворачивать зубчатый сектор 21, который передвинет планку 18 с зубчатой рейкой 20, а вместе с ними, посредством вилки 17, ведущую цилиндрическую шестерню 7 влево (фиг. 2). Частота вращения ведомой конической шестерни 3 возрастет, а вместе с ней и ведомого вала 4. Когда грузики центробежного регулятора 38 разойдутся на максимальное расстояние золотник 37 полностью перекроет путь масла в масляный бак 33 в гидравлическом кране 36. Под возросшим давлением масло передвинет поршень гидроцилиндра 24 влево до ограничительного упора 27, сжав пружину 26. Ведущая цилиндрическая шестерня 7 сместится до конца и займет положение, показанное на фигуре 3. Частота вращения шестерен 3 и 7, а также валов 4 и 8 станет одинаковой, а передающийся момент наименьшим. При уменьшении частоты вращения ведомого вала 4 грузики центробежного регулятора 38 сближаются и передвигают золотник 37 гидравлического крана 36 влево (фиг. 5), увеличивая проходное сечение сливной магистрали. Давление внутри гидроцилиндра 24 уменьшается и пружина 26 смещает поршень вправо, который через шток 23 поворачивает зубчатый сектор 21, а он через зубчатую рейку 20 передвигает планку 18 вправо, а с ней и ведущую цилиндрическую шестерню 7 в ту же сторону, увеличивая крутящийся момент на ведомом валу 4. И наоборот. Если коробка скоростей установлена на транспортном средстве, имеющем бензиновый двигатель, то посредством трубопровода, не показанного на чертежах, вакуумный регулятор 41 соединяется со смесительной камерой карбюратора. В зависимости от создаваемого в карбюраторе разрежения мембрана 40, прогибаясь, передвигает золотник 39 гидравлического крана 35, открывая больше или меньше проходное сечение сливной магистрали. Таким образом, при увеличении частоты вращения ведомого вала 4 грузики центробежного регулятора 38 уменьшают передаточное отношение, а вакуумный регулятор 41 при возрастании нагрузки на двигатель и увеличении разрежения в карбюраторе увеличивает передаточное число и уменьшает частоту вращения ведомого вала 4. Работая независимо друг от друга, центробежный и вакуумный регуляторы создают оптимальный крутящийся момент на ведомом валу 4. Управлять коробкой скоростей можно и в ручном режиме посредством ручек управления 31 и 32. Гидравлические краны 35 и 36 отключаются золотником 30 и он напрямую соединяет гидроцилиндр 24 с масляным баком 33. Периодически открывая или закрывая золотники 29 и 30, ручками управления 31 и 32 можно регулировать положение поршня в гидроцилиндре 24 и тем самым перемещать в ту или иную сторону ведущую цилиндрическую шестерню 7, обеспечивая нужный режим работы коробки скоростей. При установке данной коробки скоростей на транспортном средстве, должен быть предусмотрен дополнительный редуктор для заднего хода.When the horizontal driving hall 14 rotates, the torque through the hinge of equal angular speed 13 is transmitted to the inclined drive shaft 8. The oil pump 9 rotates with it, as well as the drive spur gear 7, which rotates the bevel gear 3 through gearing. In this case, driven shaft 4 maximum torque, and both gears 3 and 7 are in the position shown in figure 2. The driven shaft 4 rotates with minimum speed. Next, the control knobs 31 and 32 are rotated, and with them the spools 29 and 30, which occupy the positions shown in figure 5. The spool 29 opens up the access of oil to the hydraulic cylinder 24, and the spool 30 opens up the flow of oil to the hydraulic valve 36. Oil from the oil tank 33 with an oil pump 9 is fed into the hydraulic cylinder 24, leaves it through the spool 30 and enters the hydraulic valve 36, and then into the oil tank 33. Under the action of centrifugal force, the weights of the centrifugal regulator 38 are displaced and move the spool 37 to the right, reducing the cross-section hydraulic crane 36. The amount of oil coming out of the hydraulic cylinder 24 will decrease and the piston, compressing the spring 26, will shift to the left and turn the gear sector 21 through the rod 23, which will move the bar 18 with the gear rack 20, and with them, through the fork 17, leading cylindrical gear 7 to the left (Fig. 2). The rotational speed of the driven bevel gear 3 will increase, and with it the driven shaft 4. When the weights of the centrifugal regulator 38 have reached a maximum distance, the spool 37 will completely block the oil path to the oil tank 33 in the hydraulic valve 36. Under increased pressure, the oil will move the piston of the hydraulic cylinder 24 to the left to the limit stop 27, squeezing the spring 26. The driving spur gear 7 will shift to the end and will take the position shown in figure 3. The speed of the gears 3 and 7, as well as the shafts 4 and 8 will become the same, and transmit current moment the smallest. With a decrease in the rotational speed of the driven shaft 4, the weights of the centrifugal regulator 38 approach each other and move the spool 37 of the hydraulic valve 36 to the left (Fig. 5), increasing the flow area of the drain line. The pressure inside the hydraulic cylinder 24 decreases and the spring 26 biases the piston to the right, which rotates the gear sector 21 through the rod 23, and it moves the bar 18 to the right through the gear rack 20, and with it the driving spur gear 7 in the same direction, increasing the torque on the driven shaft 4. And vice versa. If the gearbox is mounted on a vehicle having a gasoline engine, then by means of a pipe not shown in the drawings, the vacuum regulator 41 is connected to the mixing chamber of the carburetor. Depending on the vacuum created in the carburetor, the membrane 40, while bending, moves the spool 39 of the hydraulic valve 35, opening more or less the passage section of the drain line. Thus, with an increase in the speed of the driven shaft 4, the weights of the centrifugal regulator 38 reduce the gear ratio, and the vacuum regulator 41 increases the gear ratio and reduces the rotational speed of the driven shaft 4. When working independently of each other, the centrifugal and vacuum regulators create optimal torque on the driven shaft 4. You can also control the gearbox in manual mode using the control knobs 31 and 32. Hydraulic wounds 35 and 36 are turned off by the slide valve 30 and it directly connects the hydraulic cylinder 24 to the oil tank 33. By periodically opening or closing the slide valves 29 and 30, the control knobs 31 and 32 can adjust the position of the piston in the hydraulic cylinder 24 and thereby move the drive cylinder gear 7, providing the desired mode of operation of the gearbox. When installing this gearbox on a vehicle, an additional gearbox for reverse gear must be provided.

Технический результат - упрощение конструкции, повышение надежности передаточных пар, увеличение диапазона регулирования передаточного отношения, увеличения срока службы, расширение области применения.The technical result is a simplification of the design, increasing the reliability of the transmission pairs, increasing the range of regulation of the gear ratio, increasing the service life, expanding the scope.

Claims

A gear box comprising a housing closed by a cover, a drive spur gear mounted on a drive shaft and movable along a generatrix of a driven bevel gear mounted on the drive shaft, a control mechanism kinematically connected to the drive bevel gear, characterized in that the bevel gear has teeth parallel to each other, different in length, the same in width and the distance between them, each of which is made at an angle to the longitudinal vertical plane, passing it through the center of rotation of the driven bevel gear, and depending on its length and the ratio of the smallest and largest diameters, is in constant engagement with the cylindrical drive gear, and the driven bevel gear is conditionally divided by vertical transverse planes into several longitudinal parts, the length of each of which is equal to the width of the drive a cylindrical gear, and in each subsequent part from a smaller diameter to a larger diameter, the number of teeth increases, and the ratio of the width of the leading cylindrical gears to the longitudinal length of the driven bevel gear is 1:10.