CZ73497A3 - Planetová třecí převodovka pro plynulou změnu otáček za chodu - Google Patents

Description

Vynález se týká oblasti mechanických třecích převodovek pro plynulou změnu otáček za chodu - variátorů.

Dosavadní stav techniky

Plynulá regulace otáček za chodu je jedním z častých požadavků hospodárného provozu různých strojů a zařízení. Běžně se plynulá regulace otáček řeší třemi způsoby a to plynule nastavitelnými mechanickými převody - variátory, elektrickými převody a hydraulickými převody. Přes rychlý vývoj elektronické regulační techniky osvědčují se variátory vporovnání s ostatními způsoby regulace zejména pro svou jednoduchost, spolehlivost, snadnou ovladatelnost i obsluhu, vysokou účinnost, dlouhou životnost a nízké pořizovací náklady. Variátory se dělí na třecí, řemenové a řetězové.

Třecí převody s lícním kolem patří mezi nejjednodušší variátory, jsou však schopny přenášet jen velmi omezený výkon (mají nevýhodný poměr mezi přenášeným výkonem a zastavěným objemem nebo hmotností převodovky). Třecí převody skuželovými koly nebo polydiskové mohou přenášet vyšší výkony, mají ale nižší účinnost - cca 70 až 80 %. Toroidní variátory mají relativně velmi vysokou účinnost (až 95 %), přenos výkonu je spíše nižší, navíc jsou konstrukčně složité a výrobně velmi drahé.

Řemenové variátory jsou jednoduché, mají však nižší účinnost - 80 až 90 %, omezený přenos výkonu i životnost. v

Řetězové variátory mají vyšší účinnost - 85 až 95fc/o - i životnost, jsou však hlučné a výrobně složitější a dražší než řemenové.

V minulosti byly některými výrobci automobilů vyráběny převodovky s řetězovým variátorem, ale po určité době se od nich upustilo. V současnosti někteří automobiloví výrobci montují do svých vozů převodovku - variátor - se řemenem složeným z velkého množství kovových segmentů, kde se přenos výkonu nerealizuje tahem, ale tlakem. Toto řešení eliminuje většinu negativních vlastností řemenových variátorů a zejména zlepšuje účinnost a životnost. Je však výrobně náročný a vyžaduje hydraulické ovládání pro vyvození přítlačných sil a pro regulaci (přesun řemenic). Všechny známé variátory, které jsou prakticky vyráběny a používány, mají relativně malý rozsah regulace otáček (poměr maximálních ku minimálním výstupním otáčkám při konstantních otáčkách vstupních) a s výjimkou třecího převodu s lícním kolem (kde se ale přechodem přesouvaného kola přes střed lícního kola zcela ztrácí účinnost) žádný z variátorů nenabízí plynulou změnu smyslu otáčení - reverzaci otáček. U třecích a řemenových variátorů musí točivá uložení jejich prvků (ložiska) zachycovat nejen síly vyvolané reakcí točivých momentů, ale zejména síly přítlačné (nebo alespoň jejich složky) nutné k vyvození sil třecích, což zhoršuje účinnost převodu a omezuje schopnost přenášet výkon.

Podstata vynálezu

Některé výše uvedené nedostatky a nevýhody současných variátorů odstraňuje převodovka podle vynálezu, která spojuje výhody třecích a planetových převodů. Podstatou vynálezu je převodovka vytvořená spojením dvou planetových třecích převodů uložených ve skříni

převodovky podél společné centrální osy, kde každý planetový převod obsahuje centrální, kóto“ · r ? ^u korunové kolo a unašeč s točivě připevněnými satelitními koly, přičemž satelitní kola se ‘ \ / odvalují po vnějších valivých plochách příslušných kol centrálních a po vnitřních valivých 3K 0 (V plochách příslušných kol korunových. Centrální kolo jednoho planetového převodu je netočivě / \ spojenos centrálním kolem druhého planetového převodu a korunové kolo jednoho , - L λ planetového převodu je také netočivě spojeno s korunovým kolem druhého planetového , / Λ převodu, valivé plochy kol centrálních/l·^/a kol korunových jsou plochami rotačními, \ k nimž lze v kterémkoli bodě dotyku s příslušným kolem satelitním {4#^ sestrojit tečný kužek™i>JL»-Ju přičemž satelitní kola /4^ alespoň j ednoho z planetových převodů j sou k příslušnému unašeči \ j&fy připevněna posuvně a směr jejich posuvu je nesouhlasný s centrální osou. Tak lze měnit ^> odvalovací průměry na příslušném centrálním i obvodovém kole a tím i převodové poměry převodovky. Základní princip pak rozšiřují výhodná provedení. Vnější valivé plochy centrálních kol a vnitřní valivé plochy korunových kol jsou plochami kuželovými se shodnou kuželovitostí. Planetové převody jsou ve směru axiálním uspořádány tak, že vrcholy kuželů valivých ploch jejich centrálních a korunových kol směřují od sebe, přičemž centrální kola jsou umístěna mezi unašeči, které jsou umístěny mezi korunovými koly, kdy korunová kola jsou uložena netočivě v kleci, jsou uzavřena zvenku čely této klece a osa klece je souhlasná s centrální osou. Centrální kola jsou netočivě spojena s hnací hřídelí, unašeč nesoucí přesuvná satelitní kola je pevně spojen se skříní, zatímco druhý unašeč nesoucí nepřesuvná satelitní kola je netočivě spojen s hřídelí výstupní. Směr posuvu přesuvného satelitního kola je shodný sjeho osou. Planetová třecí převodovka obsahuje alespoň 3 satelitní kola pro každý unašeč, kdy satelitní kola příslušná jednomu unašeči jsou rovnoměrně rozmístěná okolo centrální osy a satelitní kola mají valivou plochu vytvořenu rotací kruhového oblouku kolem osy satelitního kola, kdy tento oblouk je ve vztahu k ose rotace vypouklý a jeho vrchol se nachází v polovině šířky valivé plochy. Satelitní kola mohou mít valivou plochu také válcovou. Přesuvné zařízení je uloženo ve skříni podél centrální osy, kdy na čele axiálně posuvné části přesuvného zařízení jsou vytvořeny úchyty pro připojení příslušných satelitních kol v sestavě se spojovacími prvky, přičemž tyto úchyty jsou podle počtu příslušných satelitních kol rozmístěny rovnoměrně okolo centrální osy a přesuvné zařízení je tvořeno šroubem a maticí nebo hydraulickým válcem s dvojčinným pístem. Korunové kolo je v kleci uloženo axiálně posuvně směrem ke druhému korunovému kolu a mezi vnitřní dosedací plochu čela klece a příslušné korunové kolo jsou vloženy pružiny^ rozpínavé v axiálním směru pro sevření korunových kol, přičemž tyto pružiny jsou vinuté nebo talířové a jsou rozmístěny rovnoměrně okolo centrální osy. Nebo mohou být mezi čelo klece a příslušné korunové kolo umístěny silové prvky, jimiž jsou klínovité plochy, \ OL / ...... _ _ * vytvořené na vnitřním čele kleca/ípřené o klínovité plochy,vytvořené na vnějším čele příslušného korunového kola, kdy klínovitost všech takto vytvořených opěrných ploch je shodná a má v každém bodě opěrné plochy směr tečny ve vztahu k centrální ose převodovky, přičemž tyto silové prvky jsou rozmístěny rovnoměrně okolo centrální osy. Právě jedna polovina počtu silových prvků pak může mít směr klínovitosti dosedacích ploch opačný než polovina druhá, přičemž silové prvky každé z těchto polovin jsou rozmístěny rovnoměrně okolo centrální osy.

Výhodou vynálezu je, že v diferenciálním zapojení lze vzájemnou kombinací průměrů centrálních a korunových kol a průměrů, úhlů naklopení a dráhy axiálního posuvu satelitních kol získat prakticky jakýkoli regulační rozsah,včetně plynulé změny smyslu otáčení - reverzace otáček. Tato konstrukce také umožňuje uspořádat celý převod tak, že všechny přítlačné síly třecích převodů jsou zachyceny v netočivých spojeních respektive hmotě centrálních a korunových kol a hmotě odvalujících se kol satelitních, která tak fungují jako valivá tělesa mezi dvěma kroužky valivého ložiska. Již z principu planetového převodu pak vyplývá, že přenášený výkon se rozdělí rovnoměrně podle počtu satelitních kol a síly vyvolané přenosem

- 3 točivého momentu působí pouze v uložení satelitních kol. Dále pak působí uvnitř převodovky pouze síla nutná k přesunu satelitních kol v rámci regulace otáček. Jinak jsou točivá uložení převodovky zatěžována pouze vlastní hmotností točivých prvků převodovky a vnějšími zrychleními na ně působícími. Tvar a kinematika styčných ploch vmístech dotyku satelitních kol s koly centrálními i korunovými předurčuje vysokou účinnost převodovky. Převodovka je tvořena relativně malým počtem tvarově nenáročných prvků, kde rozhodující valivé plochy třecího převodu jsou kuželové u centrálních a korunových kol, a u satelitních kol válcové nebo vytvořené rotací oblouku okolo osy. Regulace otáček je možná pomocí jednoduchého přesuvného zařízení, jehož konstrukce je v nejjednodušším případě založena na principu šroubu a matice. Tím, že centrální i korunové kolo převodu s přesuvnými satelity mají stejnou kuželovitost vnější i vnitřní valivé plochy, nedochází v celém regulačním rozsahu k vzájemnému axiálnímu pohybu těchto kol. To výrazně zjednodušuje zajištění přítlačné síly, neboť není nutno počítat s charakteristikou použité přítlačné pružiny, ale pouze s výslednou silou. Vysokou účinnost převodovky v celém rozsahu regulace otáček a přenášených výkonů je možno zajistit proměnlivou přítlačnou sílou,působící na prvky převodovky úměrně točivému momentu,působícímu na korunová kola. Vynález zachovává všechny pozitivní vlastnosti variátorů - jednoduchost, spolehlivost, snadnou obsluhu i údržbu, dlouhou životnost a nízké pořizovací náklady. Navíc nabízí schopnost přenášet vyšší výkon - zlepšuje poměr přenášeného výkonu ku zastavěnému objemu resp. hmotnosti převodovky. Výše uvedené výhody výrazně... rozšiřují možnosti využití takového variátorů.

Přehled obrázků na výkresech

Na výkresu je ve schematickém průřezu znázorněna varianta převodovky v diferenciálním uspořádám podle vynálezu s vyznačením součástí. Centrální osa převodovky leží v rovině průřezu. >

Příklad provedení vynálezu

Převodovka, jejíž varianta v diferenciálním zapojení je schematicky znázorněna n' výkresu, má skříň 10jV níž jsou umístěny dva třecí planetové převody, mající společnou centrální osu. Tyto převody mají netočivě spojená centrální kolal a 5 a netočivě spojená korunová kola 2 a (^nesená v kleci 9. Na unašečích 3 a 7 těchto převodů jsou točivě připevněná satelitní kola 4 o průměrů D3 a satelitní kola 8 o průměru D5. Osy otáčení satelitních kol 4 a 8 svírají s centrální osou nenulové úhly a a J3. Satelitní kola 4 nesená unašečem 3 jsou přesuvná, směr jejich posuvu je shodný s osou jejich otáčení a jsou spojena s přesuvným zařízením ±1 prostřednictvím spojovacích prvků 12 a J3. Tak lze měnit průměry odvalování satelitních kol 4 na příslušném centrálním kole I v rozsahu od průměru Dl do průměru D2. Centrální kola I a 5 jsou spojena s hnací hřídelí a otáčejí se vstupními otáčkami NI. Unašeč 3 je netočivě spojen se skříní 10. Unašeč 7 nesoucí satelitní kola 8, která se odvalují po neměnném průměru D4 příslušného centrálního kola 5, je spojen s hnanou hřídelí a otáčí se výstupními otáčkami N2. Přítlačná síla nutná k vyvolání sil třecích je řešena axiálním svíráním korunových kol 2 a 6 uvnitř klece 9 pomocí pružin Γ4 nebo silových prvků 15 působících v netočivém axiálně posuvném spojení těchto korunových kol 2 a 6 s klecí 9.

- 4 Průmyslová využitelnost

Převodovka podle vynálezu může u některých obráběcích nebo zemědělských strojů nahradit řemenové nebo řetězové variátory. U různých pracovních strojů - dopravních, manipulačních, stavebních, zemědělských apod.-může nahradit hydrostatické převody a převodovky. V automobilovém průmyslu se pak tento typ variátoru může stát základem konstrukce všestranně použitelné, účinné, spolehlivé a laciné automatické převodovky.

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Planetová třecí převodovka pro plynulou regulaci otáček za chodu_yobsahuj< dva planetové ~ třecí převody uložené ve skříni (10) podél společné centrální osy, kde jeden planetdvý⁶ převod obsahuje centrální kolo (1), korunové kolo (2) a unášeč (3) s točivě připevněnými satelitními koly (4), a kde druhý planetový převod obsahuje centrální kolo (5), korunové ι,ή* —r kolo (6) a unašeČ (7) s točivě připevněnými satelitními koly (8), přičemž satelitní kola (4,8) se odvalují po vnějších valivých plochách pří slušných jkoljcentrálníclýt 1,5) a po vnitřních valivých plochách příslušných)kollkorunovýciy(2,6), [vyznačující se tím, že centrální kolo (1) jednoho planetového převodu je netočivě spojeno s centrálním kolem (5) druhého planetového převodu a korunové kolo (2) jednoho planetového převodu je také netočivě spojeno s korunovým kolem (6) druhého planetového převodu, valivé plochyIkolfcentrálňíč5|(1.5) a|kol|korunových)(2,6) jsou plochami rotačními, trojícími v kterémkoli bodě dotyku s příslušným [kolem [satelitním 1 (4,8) tečný kužel, přičemž satelitní kola (4,8) alespoň jednoho z planetových převodů jsou k příslušnému unašeči (3,7) připevněna posuvně a směr jejich posuvu je nesouhlasný s centrální osou.
2. 2. Planetová třecí převodovka podle nároku 1,vyznačující se tím, že vnější valivé plochy centrálních kol (1,5) a vnitřní valivé plochy korunových kol (2,6) jsou plochami kuželovými, se shodnou kuželovitostí.
3. 3. Planetová třecí převodovka podle nároku l,vyznačující se t í m , že planetové převody jsou ve směru axiálním uspořádány tak, že vrcholy tečných kuželů valivých ploch jejich centrálních kol (1,5) a korunových kol (2,6) směřují od sebe, přičemž centrální kola (1,5) jsou umístěna mezi unašeči (3,7), které jsou umístěny mezi korunovými koly (2,6) a korunová kola (2,6) jsou uložena netočivě v kleci (9) a jsou uzavřena zvenku čely této klece (9) a osa klece (9) je souhlasná s centrální osou.
4. 4. Planetová třecí převodovka podle nároku 3,vyznačuj ící se tím, že satelitní kolo (4) nesené unašečem (3) je přesuvné a směr posuvu satelitního kola (4) je souhlasný s jeho osou, satelitní kolo (8) nesené unašečem (7) je nepřesuvné, centrální kola (1,5) jsou netočivě spojena s hnací hřídelí, unášeč (3) nesoucí přesuvná satelitní kola (4) je pevně spojen se skříní (10), zatímco druhý unášeč (7) nesoucí nepřesuvná satelitní kola (8) je netočivě spojen s hřídelí výstupní.
5. 5. Planetový t;ecí převodovka podle nároku 1,vyznačující se tím, že obsahuje alespoňJpsáŤeíitní kola (4,8) pro každý unášeč (3,7), kdy satelitní kola (4,8) příslušná jednomu unašeči (3,7) jsou rovnoměrně rozmístěná okolo centrální osy a satelitní kola 0,8y mají valivou plochu vytvořenu rotací kruhového oblouku kolem osy satelitního kola (4,8), kdy tento oblouk je ve vztahu k ose rotace vypouklý a jeho vrchol se nachází v polovině šířky valivé plochy.
6. 6. Planetová třecí převodovka podle nároku 5,vyznačující se tím, že satelitní kola (4,8) mají valivou plochu válcovou.

   - 6 Ί. Planetová třecí převodovka podle nároku 1,vyznačující se tím, že přesuvné zařízení (11) je uloženo ve skříni (10) podél centrální osy, kdy na čele axiálně posuvné části přesuvného zařízení (11) jsou vytvořeny úchyty pro připojení příslušných satelitních kol (4,8) v sestavě se spojovacími prvky (12,13), přičemž tyto úchyty jsou podle počtu příslušných satelitních kol (4,8) rozmístěny rovnoměrně okolo centrální osy a přesuvné zařízení (11) je tvořeno šroubem a maticí nebo hydraulickým válcem s dvojčinným pístem.
7. 8. Planetová třecí převodovka podle nároku 3,vyznačující se tím, že korunové kolo (2,6) je v kleci (9) uloženo axiálně posuvně směrem ke druhému korunovému kolu (2,6) a mezi vnitřní dosedací plochu čela klece (9) a příslušné korunové kolo (2,6) jsou vloženy pružiny (14)_?rozpínavé v axiálním směru pro sevření korunových kol (2,6), přičemž tyto pružiny (14) jsou vinuté nebo talířové a jsou rozmístěny rovnoměrně okolo centrální osy.
8. 9. Planetová třecí převodovka podle nároku 3, vyznačující se tí korunové kolo (2,6) je v kleci (9) uloženo axiálně posuvně směrem ke druhému korunovému kolu (2,6), kdy mezi čelo klece (9) a korunové kolo (2,6) jsou umístěny silové prvky (15), jimiž jsou klínovité plochy, vytvořené na vnitřním čele klece (9)_y opřené o klínovité plochy vytvořené na vnějším čele příslušného korunového kola (2,6), kdy klínovitost všech takto vytvořených opěrných ploch je shodná a má v každém bodě opěrné plochy směr tečny ve vztahu k centrální ose převodovky, přičemž tyto silové prvky (15) jsou rozmístěny rovnoměrně okolo centrální osy.
9. 10. Planetová třecí převodovka podle nároku 9, v y z n a č u j í c í se t í m , že právě jedna polovina počtu silových prvků (15) má směr klínovitosti dosedacích ploch opačný než polovina druhá, přičemž silové prvky (15) každé z těchto polovin jsou rozmístěny rovnoměrně okolo centrální osy.