CS260911B1 - Převodovka s plynulou změnou převodového poměru využitím kinematiky křížového kloubu - Google Patents

Abstract

Řeší se plynulá změna převodového poměru u strojních zařízení v průběhu pracovního režimu. K plynulé změně je využita nestejnoběžnost křížového kloubu při jeho zalomení. Kroutící moment je od hnacího motoru přiváděn ke vstupnímu hřídeli převodovky a ozubenými koly rozváděn k jednotlivým kloubovým hřídelům. Tyto se skládají z jednoho nebo více stejně natočených křížových kloubů. Kloubové hřídele jsou mezi sebou pravidelně pootočeny. Kroutící moment je střídavě přiváděn k jednotlivým zalomeným kloubovým hřídelům, a to k tomu, který má v daném okamžiku nejvyšší poměr mezi úhlovou rychlostí na konci a začátku hřídele, což je zajištěno volnoběžkami. Plynula' změna kroutícího momentu a otáček je prováděna změnou zalomení kloubových hřídelů. Převodovka zvyšuje otáčky motoru v rozmezí závislém na počtu a rozmístění křížových kloubů.

Description

Vynález se týká plynulé mechanické změny kroutícího momentu a otáček hnacího motoru v průběhu pracovního režimu strojních zařízeni.

U většiny strojních mechanismů je požadována změna převodového poměru v průběhu pracovního režimu v závislosti od měnících se vnějěích vlivů. V současnosti se většinou využívají převody se stupňovou změnou převodového poměru, které však neumožňují nejoptimálnější využití otáček hnacího motoru. Tento nedostatek řeší převodovky s plynulou změnou převodového poměru. Větší rozšíření mnoha konstrukčních provedení plynule měnitelných převodovek znemožňují některé jejich nevýhody. Hydrodynamické a hydrostatické plynule-měnitelné převodovky mají nízkou účinnost a malý rozsah převodového poměru, třecí variátory umožňují přenos nízkých kroutících momentů apod.

Jednu z dalších možností plynulé změny převodového poměru řeší vynález, který vychází z nerovnoměrnosti chodu křížového kloubu a jeho podstata spočívá vtom, že přiváděný kroutící moment se přenáší alespoň přes 2 kloubové hřídele, jejichž počátky i konce jsou propojeny vstupními a výstupními ozubenými koly ve stálém záběru. Kloubové hřídele jsou sestaveny z nejméně jednoho křížového kloubu a volnoběžky, která je nastavena tak, že přenáší krouticí moment pouze ve směru od vstupního ozubeného kola k výstupnímu a je umístěna na začátek nebo konec kloubového hřídele, případně mezi jeho křížové klouby. Vzájemná poloha natočení kloubových hřídelů je dána vztahem kde φ_χ je úhel pootočení x-tého kloubového hřídele (ve směru jeho otáčení) vůči kloubovému hřídeli prvnímu a k” je počet kloubových hřídelů. Hnané čepy křížových kloubů na jednom kloubovém hřídeli leží v jedné rovině.

Převodovka podle vynálezu umožňuje plynulé zvyšování úhlové rychlosti na výstupním hřídelí k úhlové rychlosti na vstupním hřídeli v průběhu pracovního režimu hnacího motoru v poměru 1:1 a vyšším v závislosti na úhlu zalomení křížových kloubů a v závislosti na jejím konstrukčním uspořádání, tj. na počtu kloubových hřídelů, počtu křížových kloubů na jednom kloubovém hřídeli a na umístění volnoběžek.

Na výkresech jsou znázorněny dvě z více možných konstrukčních uspořádání převodovky podle vynálezu. Obr. 1 znázorňuje převodovku se čtyřmi kloubovými hřídeli, se čtyřmi klouby na každém hřídeli a volnoběžkami umístěnými na začátku kloubových hřídelů. Na obr. 2 je převodovka s pěti kloubovými hřídeli, které jsou sestaveny ze dvou křížových kloubů a volnoběžky umístěné na jeho začátku.

Čtyři kloubové hřídele 10 převodovky znázorněné na obr. 1 jsou sestaveny ze čtyř křížových koubú 5 a na jejich začátcích jsou umístěné volnoběžky _4· Křížové klouby 5. mají v přímém stavu kloubového hřídele 10 stejnou polohu, tzn. že jejich hnací čepy leží v jedné rovině. Volnoběžky 4. jsou na kloubovém hřídeli 10 otočeny tak, aby přenášely krouticí moment pouze ve směru od vstupních ozubených kol 2 k výstupním ozubeným kolům 6. Kloubové hřídele 10 jsou mezi sebou vzájemně pootočeny o úhel 45°, tzn. že druhý je ve směru svého otáčeni pootočen vůči prvnímu o úhel 45°, třetí o 90° a čtvrtý o 135°, přičemž nezáleží na pořadí označení kloubových hřídelů 10. Tato vzájemná poloha kloubových hřídelů 10 je zajištěna nastavením výstupních ozubených kol 6. Nastavení vstupních ozubených kol 2 3^e vzhledem k umístění volnoběžek £ libovolné. Posuvné uložení 9 výstupního hřídele £ umožňuje posun výstupních ozubených kol 2 k® vstupním ozubeným kolům 2·

Přiváděný krouticí moment na vstupní hřídel 2 ^se rozvádí vstupními ozubenými koly 2 k jednotlivým kloubovým hřídelům 10. V případě, že kloubové hřídele 10 jsou v přímém stavu, bude se krouticí moment přenášet rovnoměrně přes všechny čtyři kloubové hřídele 10 a převodový poměr bude 1:1. Při posunutí výstupních ozubených kol 6 k vstupním 2 dojde k zalomení křížových kloubů 2« pro které je charakteristická nerovnoměrnost jejioh chodu, zvyšující se zvětšujícím úhlem jejich zalomení. Umístěním více křížových kloubů 5 na jednom kloubovém hřídeli se dále zvyšuje nerovnoměrnost chodu mezi začátkem a koncem kloubového hřídele 10. Kroutící moment se potom bude přenášet přes ten kloubový hřídel 10, který má v daném okamžiku nejvyšší poměr mezi výslednou a počáteční úhlovou rychlostí. Zbývající kloubové hřídele 10 se budou protáčet volně a budou poháněny ze strany výstupních ozubených kol 6. Vzhledem k tomu, že kloubové hřídele 10 jsou vůči sobě rovnoměrně pootočeny, bude každý přenášet kroutící moment po stejný úhel natočení výstupního hřídele 8 a to dvakrát za jednu jeho otáčku. Poměr mezi úhlovou rychlostí na výstupním 8 a vstupním _1 hřídeli nebude v průběhu jedné otáčky výstupního hřídele jj konstantní. Při stejném zalomení všech křížových kloubů 5 lze tento poměr charakterizovat následujícími vztahy:

CO _o

COS^ik

CO

Οϋ,

τ. ²¹~ ² 130

1+cos (K —jjjj1_N ,,,,. 2 180°, cos (X. . (1+tg )

2k

CD

180

CD q η o λ'-' i

2k.arctg (tg cos Λ kde je ω,

ω.

maximální úhlová rychlost výstupního hřídele j3 v průběhu jedné jeho otáčky;

minimální úhlová rychlost výstupního hřídele v průběhu jedné jeho otáčky;

průměrná úhlová rychlost výstupního hřídele 2 v průběhu jedné jeho otáčky;

úhlová rychlost na vstupním hřídeli .!>

k - počet kloubových hřídelů 10;

- počet křížových kloubů _5 na jednom kloubovém hřídeli 10;

0*· - úhel zalomení všech křížových kloubů j5·

Z uvedeného vyplývá, že posouváním výstupních ozubených kol jí ke vstupním 2, a tedy zvyšováním úhlu zalomení alfa křížových kloubů 5, lze zvyšovat poměr úhlové rychlosti na výstupním hřídeli _8 k úhlové rychlosti na vstupním hřídeli 2·. Průměrný převodový poměr činí u převodovky na obr. 1 při nulovém úhlu zalomení alfa křížových kloubů 5 1:1, při alfa = 45° 3,81:1 a při alfa = 60° 15,17:1.

Jiné konstrukční uspořádání je znázorněno na obr. 2. Kroutící moment se zde přivádí a odvádí přes centrální kola 2 ^a Z ^k pěti kloubovým hřídelům 10 tvořených dvěma křížovými klouby 5. Kloubové hřídele 10 jsou vzájemně pootočeny o 36°. Změna zalomení křížových kloubů 5 se provádí posouváním a pootáčením výstupních ozubených kol 2· Průměrný převodový poměr potom bude pro úhel zalomení alfa = 0° 1:1, alfa = 45° 1,86:1 a alfa ~ 60° 3,64:1.

Popsaná převodovka nalezne uplatnění u strojního zařízení, kde je nutná plynulá změna převodového poměru v průběhu pracovního režimu, při přenosu plného kroutícího momentu, přičemž rozsah převodového poměru a jeho nerovnoměrnost je závislá na konstrukčním uspořádání.

Claims (2)

1. Převodovka s plynulou změnou převodového poměru využitím kinematiky křížového kloubu, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň dva kloubové hřídele (10), jejichž počátky a konce jsou propojeny vstupními (2) a výstupními (6) ozubenými koly ve stálém záběru, přičemž kloubové hřídele (10) jsou sestaveny z nejméně jednoho křížového kloubu (5) a z volnoběžky (4) a jejich vzájemná poloha je dána vztahem kde ψ_χ je úhel pootočení x-tého kloubového hřídele (10) ve směru jeho otáčení vůči kloubovému hřídeli (10) prvnímu a k je počet kloubových hřídelů (10).

2. Převodovka s plynulou změnou převodového poměru podle bodu 1 vyznačující se tím, že hnané čepy křížových kloubů (5) na jednom kloubovém hřídeli (10) leží v jedné rovině.