RU2014531C1 - Объемная гидравлическая передача - Google Patents

Abstract

Использование: в транспортном машиностроении. Сущность изобретения: насос и гидродвигатель с изменяемыми рабочими объемами совмещены в моноблок, взаимодействующий с корпусом. Рабочие органы соединены соответственно с входным и выходным валами, установленными соосно. Каналы высокого и низкого давления образуют замкнутый контур. Орган регулирования кинематически связан с моноблоком. Насос и гидродвигатель выполнены шестеренными многосекционными при двух одинаковых по ширине шестернях в секции, общем числе секций не менее трех и соосном расположении всех секций в одной плоскости с образованием в ней линий высокого и низкого давлений по сторонам от зацепления шестерен. Соединение шестерен с входным и выходным валами выполнены шлицевыми подвижными и эквивалентными между собой. В промежутке между шлицевыми венцами валов имеется соосный им цилиндрический поясок, одинаковый по диаметру с внутренней цилиндрической центрирующей поверхностью шлицев. Поясок выполнен на поверхности одного из валов и имеет ширину не мнее осевой длины шлица шестерни. Валы связаны между собой и с корпусом в осевом направлении. Моноблок установлен в корпусе с возможностью смещения вдоль валов. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно - к гидрообъемным передачам, и может быть использовано в машиностроении транспортном, сельскохозяйственном и др.

Известны гидрообъемные передачи транспортных и технологических машин, содержащие концентрично установленные насос и гидравлический двигатель, объединенные в моноблок и соединенные между собой общим распределительным устройством, образующим замкнутый гидравлический контур, и имеющие входной и выходной валы и органы регулирования. Наиболее широко используется поршневые гидропередачи с аксиально-поршневыми гидромашинами, поддающимися объемному регулированию при сохранении высоких значений КПД.

Известны гидропередачи, в которых использовано регулирование только одной из гидромашин, обычно насоса, что уменьшает габариты, массу и сложность конструкции [1-5].

Однако, у них пониженный диапазон регулирования.

Для повышения диапазона желательна гидрообъемная передача с регулированием насоса и гидродвигателя.

Известны гидропередачи, регулируемые в насосе и гидродвигателя изменением наклона дисков, кинематически связанных с поршнями аксиально-поршневых машин [6].

Недостатками их являются большие габариты, масса и сложность конструкции.

Объемная гидравлическая передача имеет согласно прототипу насос и гидродвигатель с изменяемыми рабочими объемами, совмещенные в моноблок, взаимодействующий с корпусом, рабочие органы одного типа (поршни), соединенные соответственно с входным и выходным валами, установленными в моноблоке соосно, каналы высокого и низкого давления, образующие замкнутый гидравлический контур, и звено моноблока, кинематически связанное с органом объемного регулирования.

К числу основных недостатков прототипа относятся большие габариты, масса и сложность конструкции, что обусловлено громоздкостью многопоршневых аксиальных гидромашин и встроенных органов объемного регулирования.

Цель изобретения - уменьшение массы, габаритного объема и сложности конструкции гидропередачи.

Это достигается тем, что насос и гидродвигатель выполнены шестеренными многосекционными при двух одинаковых по ширине шестернях в секции, общем числе секций не менее трех и соосном расположении всех секций в одной полости с образованием в ней линий высокого и низкого давления по сторонам от зацеплений шестерен, причем соединения шестерен с входным и выходным валами выполнены шлицевыми подвижными и эквивалентными между собой, в промежутке между шлицевыми венцами валов имеется соосный им цилиндрический поясок, выполненный на поверхности по меньшей мере одного из валов одинаковым по диаметру с внутренней цилиндрической центрирующей поверхностью шлицев и имеющий ширину не менее осевой длины шлица шестерни, валы связаны между собой и с корпусом в осевом направлении, а моноблок установлен к корпусе с возможностью смещения вдоль валов и кинематически связан с органом регулирования.

Передача имеет все шестерни внешнего зацепления, которые выполнены одинаковыми по габаритам.

Входной и выходной валы взаимодействуют между собой через внутренние радиальный и упорный подшипники, а через дополнительный упорный подшипник взаимодействуют с корпусом.

Ширина цилиндрического пояска распределена поровну между входным и выходным валами, выполненными одинаковыми.

Орган регулирования снабжен фиксатором положения, например, в виде зубчатого сектора с защелкой, и механически связан с моноблоком через пружину двустороннего действия, причем число фиксированных положений не более числа секций передачи.

Передача имеет фрикционный фиксатор неопределенных положений.

На фиг. 1 показана предлагаемая передача, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - передача с шестернями внутреннего зацепления.

Объемная гидравлическая передача имеет полый разъемный корпус 1, в соосных расточках которого размещены подшипниковые узлы 2 с уплотнениями. В них установлены с возможностью смещения полые цапфы 3 крышек 4, жестко связанных с полым кольцом 5, не соосным цапфам 3. Кольцо 5 вместе с крышками 4 образует моноблок, взаимодействующий по бокам с корпусом 1 с возможностью скольжения. В моноблоке размещены ось 6 и параллельные ей входной 7 и выходной 8 валы, установленные между собой соосно на подшипниках 9 и 10 в цапфах 3.

Валы 7 и 8 одинаковые и связанные между собой внутренним радиально-упорным подшипником, состоящим, например, из центрового болта 11, выполненного зацело с осью 12, снабженного антифрикционными кольцами, втулками, гайкой и установленного с соосных ступенчатых расточках валов. Возможно выполнение болта и оси зацело с одним из валов, что менее технологично. Вал 8 дополнительно связан с корпусом упорным подшипником 13, имеющим уплотнение, и соединен с валом трансмиссии. С другого конца вал имеет шлицевой венец 14 и цилиндрический поясок 15 , причем поясок и внутренняя окружность шлицев имеет одинаковый диаметр. Аналогично входной вал 7 снабжен шлицевым венцом 16 и цилиндрическим пояском 17, прилежащими к стыку валов, а другим концом соединен с ведущим валом трансмиссии или двигателем. В общем случае по меньшей мере один из валов снабжен цилиндрическим пояском, прилежащим к торцу, а упоры валов бывают внешними.

Рабочие органы в виде шестерен 18-20, одинаковых по ширине и соединенных подвижно шлицами с венцом 16 входного вала 7, таких же шестерен 21-24, аналогично связанных с венцом 14 вала 8, и семи одинаковых между собой шестерен 25-31 такой же ширины и меньшего диаметра, установленных на оси 6, образуют семь двухшестеренных соосных секций внешнего зацепления, которые расположены в одной плоскости моноблока и образуют в ней линию 32 высокого давления и линию 33 низкого давления по сторонам от зацепления шестерен.

Поводок 34, жестко связанный с крышкой 4, через наконечник 35, снабженный пружиной двустороннего действия, кинематически связан с органом 36 регулирования. Последний снабжен рычагом 37 управления и фиксатором 38 заданных положений в виде зубчатого сектора с шестью зубьями и защелкой. Линия низкого давления соединена с автономным насосом подпитки и охладителем рабочей жидкости, в качестве которой служит минеральное масло.

Непременными условиями являются: равенство (селективный подбор) по ширине двух шестерен, образующих секцию гидромашины, например, шестерен 18 и 25; эквивалентность шлицевых подвижных соединений шестерен с входным и выходным валами, в том числе по диаметру центрирующей поверхности, равной диаметру цилиндрического пояска валов; превышение общей цилиндрических поясков валов над длиной шлица шестерни; общее число секций не должно быть менее трех по условию регулирования.

Шестерни, установленные на оси 6, выполнены меньшего диаметра для уменьшения габарита. Для упрощения технологии все шестерни выполняют одинаковыми по габаритам. Шлицевое подвижное соединение предусмотрено с прямоугольными шлицами и внутренней центрирующей поверхностью шлицев. Преимущественное число секций - семь и более. При ширине шестерни 5 мм и двадцати секциях длина линий высокого и низкого давления 100 мм. Рабочее давление соответствует шестеренным гидромашинам до 10...20 мПА. Орган регулирования может быть снабжен усилителем. Охладитель, насос и пружинный наконечник 35 в маломощных трансмиссиях не обязательны, но служат повышению надежности.

Работает гидравлическая объемная передача следующим образом.

От ведущего вала приводится входной вал 7, который шлицевой венец 16 вращает шестерни 18-20 и сидящие на оси 6 сопряженные шестерни 25-27. Во впадинах между зубьями они переносят масло из линии 33 низкого давления, вытесняя его в линию 32 высокого давления. Поэтому три секции, образованные указанными шестернями, работают в режиме насоса, нагнетая масло в линию 32.

Давление в линии 32 воспринимают шестерни 21-24, а также шестерни 28-31; силы от давления образуют моменты. Суммарный вращающий момент от четырех секций через шлицевой венец 14 передается выходному валу 8, он приводится во вращение, обратное вращению входного вала. Масло между зубьями этих восьми шестерен переносится в линию низкого давления, т.е. секции, соединенные с валом 8, работают в режиме гидродвигателя. Ток масла направлен от насоса к гидродвигателю в линии 32 и от гидродвигателя к нему в линии 33 и замкнут при минимально возможной протяженности. Это уменьшает гидравлические потери. В варианте насос подпитки образует дополнительный контур через маслоохладитель и компенсирует утечки масла, предупреждая кавитацию в линии низкого давления.

Вследствие того, что шестерни одной секции строго одинаковы по ширине, секции смежных секций насоса и гидродвигателя не выступают в боковые зацепления, что гарантирует от поломок. Передаточное число передачи теоретически равно отношению чисел гидромоторных и насосных секций, поскольку по ширине все секции одинаковы, и потому равно 1,33. Стабильность этого значения при заданном положении рычага 37 управления обеспечивает зубчатый фиксатор 38 положения. Корпус 1 через кольцо 5 удерживает моноблок от вращения опрокидывающим моментом, радиальные силы воспринимают подшипники 9 и 10, цапфы 3 и крышки 4.

Для увеличения передаточного числа рычагу 37 управления задают непрерывное трехактное перемещение таким образом, что он сначала расцепляется с зубчатым фиксатором 38, затем сжимает пружину наконечника 35 и тянет за поводок 34 моноблок, а затем зацепляется с фиксатором 38 в новом положении. При этом моноблок смещается в подшипниковых узлах 2 в строну выходному вала (вправо), а входной и выходной валы не изменяют осевого положения, будучи связанными между собой центровым болтом 11 и с корпусом упорным подшипником 13. Изменение положения шестерен относительно цилиндрических поясков 15 и 17 вызывает расцепление венца 16 с шестерней 20 и зацепление шестерни 21 с шлицевым венцом 14 по всей длине своих шлицев. Центрирование валов осью 12 при равенстве диаметров центрирующей поверхности шлицев и поясков 15 и 17 служит плавному беспрепятственному переходу шестерни 20 на цилиндрическую ось, образованную поясками 15 и 17. Дальнейшее смещение вправо осуществляется под действием силы упругости пружины наконечника 35, что упрощает манипуляции управления. Вследствие взаимодействия и трения торцами шлицев венца 14 и шестерни 20 скорости их выравниваются и происходит зацепление. Синхронизации способствуют малые масса, момент инерции и силы от давления, приходящиеся на одну секцию. Пружина наконечника задает дополнительный сдвиг моноблоку, а когда стык поясков находится приблизительно в плоскости контакта шестерен 19 и 20, то действие пружины прекращается и моноблок занимает новое стабильное положение. Ему соответствует передаточное число, равное 2,5. Аналогично для уменьшения передаточного числа сдвигом рычага 37 управления на смежный зуб фиксатора 38 перемещают моноблок в сторону входного вала (влево). При этом пружина наконечника 35 работает в другую сторону, будучи предварительно сжатой.

Шестерня 20 смещается на пояски 17 и 15 и свободно устанавливается на них как на оси, потом ее вращение трением шлицев синхронизируется с вращением выходного вала 8, далее она приобретает шлицевое соединение с валом 8, а моноблок останавливается. Новому стабильному положению соответствует теоретически передаточное отношение, равное 0,75. Возможность переключений предопределяет эквивалентность шлицевых соединений.

Аналогичные процессы происходят при более широких изменениях передаточного числа или в других диапазонах, когда в синхронизации скоростей участвуют шестерни 19 и 18 (при увеличении) и шестерни 21-23 (при уменьшении). Передаточное число равно бесконечности при выводе на пояски шестерни 18, минимальное его значение, равное 0,166, получается при шести насосных и одной моторной секциях, диапазон регулирования при работе с нагрузкой соответствует выражению 6/1: 1/6 и равен 36. Регулирование производится без разрыва потока мощности при плавном бесступенчатом изменении передаточного отношения в процессах синхронизации, но при ступенчатом изменении фиксированных значений. Поэтому регулирование фактически является комбинированным. Фактические значения передаточных отношений в работе под нагрузкой уменьшаются примерно на 15% вследствие утечек масла из линии высокого давления через зазоры между моноблоком и шестернями и между секциями. Однако, эти уменьшения относительно стабильны, что позволяет использование передачи для трансмиссии с гарантированными значениями передаточных отношений и диапазона регулирования.

В варианте орган 36 объемного регулирования снабжен фиксатором 38 неопределенных положений, например дисковым фрикционным.

Работает передача по рассмотренной схеме с той особенностью, что на некоторых длительных режимах одна из шестерен по всей длине своих шлицев опирается на ось, образованную поясками 15 и 17, и секция, содержащая эту шестерню, не относится ни к насосной, ни к моторной. Она является промежуточной и служит синхронизирующей секцией при изменении передаточного отношения, как рассмотрено выше.

Будучи промежуточной, секция работает как дроссель, поскольку перекачивает масло между линиями высокого и низкого давления в количестве, зависящем от частоты вращения ее шестерен.

Причина вращения ее шестерен - давление масла, частота вращения определяется соотношением приложенного вращающего момента, определяемого величиной давления в линии высокого давления, и тормозящего суммарного момента сил сопротивления. Последние определяются, в основном, трением на торцах шестерен, обращенных к насосной и гидромоторной секциям, гидродинамическим трением на вершинах зубьев, а также большим давлением масла в запертых объемах, образующихся во впадинах между зубьями шестерен промежуточной секции с помощью зубьев шестерен смежных секций. Противоположно направленные силы трения на торцах примерно одинаковы и компенсируются, тормозящие силы гидродинамического трения быстро растут с ростом скорости. Силы от давления в запертых объемах действуют аналогично и резко растут при рассинхронизации вращений вследствие перекрытий впадин зубьями смежных шестерен. Поэтому скорости вращения одинаковы для одноименных элементов гидромоторной и промежуточной секций. Тогда по расходу масла эта секция эквивалентна секции гидродвигателя. Судя по этому, когда промежуточную секцию образуют шестерни 20 и 27, то передаточное отношение равно 5,0 : 2 = 2,5, когда шестерни 21 и 28, оно равно 4,0 : 3 = 1,33. Эти же значения получаются соответственно при двух и трех насосных секциях, как было показано выше. Следовательно, на число получаемых "ступеней" передачи принцип фиксации органа 37 управления в органе 36 объемного регулирования не оказывает. Однако перепуск масла через промежуточную секцию снижает гидравлический КПД передачи и потому нежелателен. Рассмотренный вариант целесообразен для маломощных трансмиссий, в которых первостепенное значение имеет упрощение конструкции органа объемного регулирования. При общем числе насосных и моторных секций более пятнадцати доля расхода, приходящаяся на одну секцию, мала, значение КПД остается высоким и передача может быть использована для передачи большой мощности с КПД выше, чем в шестеренных гидрообъемных передачах с регулированием путем дросселирования.

По сравнению с прототипом передача имеет меньше деталей и их размеры и потому характеризуется уменьшением габаритов, массы и сложности конструкции.

В варианте объемная гидравлическая передача выполнена с шестернями внутреннего зацепления (фиг. 3). По устройству она аналогична рассмотренной, но имеет комплекс соосных шестерен 25-31, снабженных внутренними зубчатыми венцами, входящими в зацепление с венцами шестерен, соосных входному и выходному валам. Шестерни внутреннего зацепления одинаковы между собой, наружными цилиндрическими поверхностями они взаимодействуют с цилиндрической внутренней поверхностью кольца 5 с возможностью скольжения. Передача имеет разделитель 39, жестко связанный с крышками 4.

Работает передача аналогично рассмотренной, но обе шестерни, входящие в секцию, вращаются в одну сторону. Разделитель 39 разобщает линии высокого и низкого давления.

Передача имеет цилиндрический моноблок, более технологичный и более компактна по сравнению с аналогами.

Claims (6)

1. ОБЪЕМНАЯ ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА, имеющая насос и гидродвигатель с изменяемыми рабочими объемами, совмещенные в моноблок, взаимодействующий с корпусом, рабочие органы, соединенные соответственно с входным и выходным валами, установленными соосно, каналы высокого и низкого давления, образующие замкнутый контур, и орган регулирования, кинематически связанный с моноблоком, отличающийся тем, что насос и гидродвигатель выполнены шестеренными многосекционными при двух одинаковых по ширине шестернях в секции, общем числе секций не менее трех и соосном расположении всех секций в одной полости с образованием в ней линий высокого и низкого давления по сторонам от зацепления шестерен, причем соединения шестерен с входным и выходным валами выполнены шлицевыми подвижными и эквивалентными между собой, в промежутке между шлицевыми венцами валов имеется соосный с ним цилиндрический поясок, одинаковый по диаметру с внутренней цилиндрической центрирующей поверхностью шлицев, который выполнен на поверхности по меньшей мере одного из валов и имеет ширину не менее осевой длины шлица шестерни, валы связаны между собой и с корпусом в осевом направлении, а моноблок установлен в корпусе с возможностью смещения вдоль валов.

2. Передача по п.1, отличающаяся тем, что все шестерни выполнены с внешним зацеплением и одинаковых габаритов.

3. Передача по п.1, отличающаяся тем, что входной и выходной валы между собой взаимодействуют с помощью внутренних радиального и упорного подшипников, а взаимодействие их с корпусом осуществляется через дополнительный упорный подшипник.

4. Передача по п.1, отличающаяся тем, что ширина цилиндрического пояска распределена поровну между входным и выходным валами, выполненными одинаковыми.

5. Передача по п.1, отличающаяся тем, что орган регулирования снабжен фиксатором положения, выполненным в виде зубчатого сектора с защелкой и механически связан с моноблоком посредством пружины двустороннего действия, причем число фиксируемых положений не более числа секций передачи.

6. Передача по п.1, отличающаяся тем, что орган регулирования оснащен фрикционным фиксатором неопределенных положений.

Images