CS260911B1

CS260911B1 - Transmission with stepless change of gear ratio using kinematics of the universal joint

Info

Publication number: CS260911B1
Application number: CS853596A
Authority: CS
Inventors: Petr Pinkas
Original assignee: Petr Pinkas
Priority date: 1985-05-20
Filing date: 1985-05-20
Publication date: 1989-01-12
Also published as: CS359685A1

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.The solution is to smoothly change the gear ratio of machinery during operation. The non-uniformity of the universal joint when it is bent is used for the smooth change. The torque is supplied from the drive motor to the input shaft of the gearbox and distributed to the individual cardan shafts by gears. These consist of one or more equally turned universal joints. The cardan shafts are regularly rotated among themselves. The torque is alternately supplied to the individual bent cardan shafts, namely to the one that has the highest ratio between the angular velocity at the end and the beginning of the shaft at a given moment, which is ensured by freewheels. The smooth change of torque and speed is carried out by changing the bend of the cardan shafts. The gearbox increases the engine speed within a range depending on the number and arrangement of the universal joints.

Description

Vynález se týká plynulé mechanické změny kroutícího momentu a otáček hnacího motoru v průběhu pracovního režimu strojních zařízeni.The invention relates to a continuous mechanical change of the torque and speed of the drive motor during the operating mode of the machinery.

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.Most machine mechanisms require a change in gear ratio during working mode depending on changing external influences. At present, gears with a gear ratio change are mostly used, but do not allow the optimum use of the speed of the drive motor. This problem is solved by gearboxes with a smooth change of gear ratio. Greater expansion of many designs of continuously variable transmissions makes some of their disadvantages impossible. Hydrodynamic and hydrostatic continuously variable transmissions have low efficiency and low gear ratio, friction variators allow transmission of low torques, etc.

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.One of the other possibilities of continuous change of the transmission ratio is solved by the invention, which is based on the unevenness of the operation of the universal joint and its essence is that the supplied torque is transmitted through at least 2 articulated shafts. . The propeller shafts are composed of at least one universal joint and freewheel, which is adjusted to transmit torque only in the direction from the input gear to the output gear and is located at the beginning or end of the propeller shaft or between its universal joints. The relative position of the PTO shaft rotation is given by the relation where φ _χ is the angle of rotation of the x-th PTO shaft (in the direction of its rotation) relative to the PTO shaft first and k is the number of PTO shafts. The driven universal joint pins on one PTO shaft lie in one plane.

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.The gearbox according to the invention allows a continuous increase of the angular velocity on the output shaft to an angular velocity on the input shaft during the operating mode of the drive motor in the ratio of 1: 1 and higher depending on the angle of articulation of the cross joints. the number of universal joints on one universal joint shaft and the location of the freewheels.

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.The drawings show two of the several possible configurations of the transmission according to the invention. Giant. 1 shows a transmission with four PTO shafts, with four joints on each shaft and freewheels located at the beginning of the PTO shafts. Fig. 2 shows a transmission with five PTO shafts, which consist of two universal joints and a freewheel located at the beginning thereof.

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·The four transmission universal joint shafts 10 shown in FIG. 1 are composed of four universal joints 5 and at their beginnings there are freewheels 4. that their drive pins lie flush. The freewheels 4 are rotated on the PTO shaft 10 so as to transmit the torque only in the direction from the input gears 2 to the output gears 6. The PTO shafts 10 are rotated with respect to each other by an angle of 45 °, i.e. a 45 ° angle. The second position is rotated by 45 ° in the direction of rotation, the third by 90 ° and the fourth by 135 °, irrespective of the order of the articulation shafts 10. This mutual position of the articulated shafts 10 is ensured by the adjustment of the output gears 6. gears ³ and 2 due to the location of freewheels £ arbitrary. The sliding bearing 9 of the output shaft 6 allows the output gears 2 to be shifted to the input gears 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:The input torque applied to the input shaft 2 ^is distributed by the input gears 2 to the individual PTO shafts 10. If the PTO shafts 10 are in a straight condition, the torque will be transmitted evenly across all four PTO shafts 10 and the transmission ratio will be 1: 1 . When the output gears 6 are moved towards the inlet 2, the knuckles 2 ' are broken, which is characterized by an unevenness of their running, increasing with an increasing angle of their kink. Placing multiple universal joints 5 on one PTO shaft further increases the unevenness of travel between the beginning and the end of the PTO shaft 10. The torque will then be transmitted through the PTO shaft 10 which at the moment has the highest ratio between the resulting and initial angular velocities. The remaining PTO shafts 10 will rotate freely and will be driven by the output gears 6. Since the PTO shafts 10 are evenly rotated relative to each other, each will transmit the torque to the same angle of rotation of the output shaft 8 twice in one. speed. The ratio between the angular velocity at the output shaft 8 and the input shaft 1 will not be constant during one revolution of the output shaft. With the same knuckles 5, the ratio can be characterized by the following relations:

CO _o CO _o

COS^ikCOS ^ ik

COWHAT

Οϋ,Οϋ,

τ. ²¹~ ² 130τ. ²¹ ~ ²¹³⁰

1+cos (K —jjjj1_N ,,,,. 2 180°, cos (X. . (1+tg )1 + cos (K —jjj1 _N ,,,, 2,180 °, cos (X. (1 + tg))

2k2k

CDCD

180180

CD q η o λ'-' iCD q η o λ'- 'i

2k.arctg (tg cos Λ kde je ω,2k.arctg (tg cos Λ where is ω,

ω.ω.

maximální úhlová rychlost výstupního hřídele j3 v průběhu jedné jeho otáčky;the maximum angular velocity of the output shaft 13 during one revolution thereof;

minimální úhlová rychlost výstupního hřídele v průběhu jedné jeho otáčky;the minimum angular velocity of the output shaft during one revolution thereof;

průměrná úhlová rychlost výstupního hřídele 2 v průběhu jedné jeho otáčky;the average angular velocity of the output shaft 2 over one revolution thereof;

úhlová rychlost na vstupním hřídeli .!>angular velocity on input shaft.!>

k - počet kloubových hřídelů 10;k - number of PTO shafts 10;

- počet křížových kloubů _5 na jednom kloubovém hřídeli 10;the number of universal joints 5 on one universal joint shaft 10;

0*· - úhel zalomení všech křížových kloubů j5·0 * · - kink angle of all cross joints 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.It follows that by shifting the output gears to the input 2 and thus increasing the angle of the alpha of the articulated joints 5, the ratio of the angular velocity on the output shaft 8 to the angular velocity on the input shaft 2 can be increased. The average transmission ratio for the gearbox of FIG. 1 is 5: 1 at zero alpha knuckle angle, 3.81: 1 at alpha = 45 ° and 15.17: 1 at alpha = 60 °.

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.Another design is shown in FIG. 2. The torque is here fed and discharged via the sun wheels 2 ^and Z ^{to the} five PTO shafts 10 formed by the two universal joints 5. The PTO shafts 10 are rotated relative to each other by 36 °. Changing the knuckle bending 5 is accomplished by sliding and rotating the output gears 2. The average gear ratio will then be alpha = 0 ° 1: 1, alpha = 45 ° 1.86: 1 and alpha ~ 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.The described transmission will find application in machinery where a continuous change of the transmission ratio during the working mode is necessary, in the transmission of full torque, the extent of the transmission ratio and its unevenness is dependent on the design.

Claims

CLAIMS 1. A continuously variable transmission ratio utilizing a universal joint kinematics, characterized in that it comprises at least two PTO shafts (10) whose origins and ends are interconnected by input (2) and output (6) gears in a permanent engagement, the shafts (10) are composed of at least one universal joint (5) and freewheel (4) and their relative position is given by the relation where ψ _χ is the angle of rotation of the x-th universal joint shaft (10) in its rotational direction relative to the universal joint shaft (10) the first is the number of PTO shafts (10).

2. The transmission with stepless transmission ratio according to claim 1, characterized in that the drive pins of the universal joints (5) on one PTO shaft (10) lie in one plane.