RU2146022C1

RU2146022C1 - Variable-speed drive

Info

Publication number: RU2146022C1
Application number: RU99112210A
Authority: RU
Inventors: Ю.Х. Хамуков; Р.М. Озов; В.Н. Вдовин
Original assignee: Хамуков Юрий Хабижевич
Priority date: 1999-06-17
Filing date: 1999-06-17
Publication date: 2000-02-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering, machine- tool industry, instrumentation. SUBSTANCE: variable-speed drive has inlet member which is inlet member of one differential mechanism, and outlet member which is outlet member of other differential mechanism mechanically coupled with each other. Outlet members of first differential mechanism are coupled in pairs with inlet members of second differential mechanism through gear trains with different gear ratios. Overrunning clutch is placed in gear train with smaller gear ratio. EFFECT: simplified design, enlarged control range, prevention of power circulation. 3 dwg

Description

Изобретение относится к механизмам зубчатых бесступенчатых передач и может быть использовано в машиностроении, станкостроении и приборостроении. The invention relates to gears of continuously variable gears and can be used in mechanical engineering, machine tools and instrument making.

Вариатор предназначен для плавного преобразования и передачи вращательного движения между валом двигателя и валом рабочего органа машин и механизмов с целью обеспечения оптимального режима работы при меняющейся величине сопротивления на рабочем органе. The variator is designed for smooth conversion and transmission of rotational motion between the motor shaft and the shaft of the working body of machines and mechanisms in order to ensure optimal operation with a changing value of resistance on the working body.

Известно устройство для бесступенчатого регулирования передачи между валами, использующее зубчатое зацепление для передачи вращательного движения и выполненное полностью на твердотельных зубчатых колесах в постоянном зацеплении. A device is known for steplessly adjusting the transmission between the shafts, using gearing for transmitting rotational motion and made completely on solid-state gears in constant gearing.

Такое устройство, содержащее два дифференциальных механизма, кинематически связанные между собой зубчатыми передачами и электромеханическими связями, представлено в описании изобретения по патенту RU N 2044196, кл. F 16 H 3/74, опубл. 20.09.1995. Such a device, containing two differential mechanisms kinematically connected by gears and electromechanical connections, is presented in the description of the invention according to patent RU N 2044196, class. F 16 H 3/74, publ. 09/20/1995.

Недостатками данного устройства являются сложность конструкции и относительно небольшой диапазон регулирования. The disadvantages of this device are the design complexity and a relatively small range of regulation.

Существенным недостатком является также возможность возникновения циркуляции мощности по части кинематической схемы. Это обусловлено тем, что один из дифференциалов по представленной схеме является замкнутым с электромеханической связью между двумя звеньями, и при больших моментах сопротивления на ведомом валу вариатора, когда он останавливается или вращается в обратную сторону, возникает циркуляция мощности по каналу генератор - электродвигатель - ведущий вал вариатора - корона дифференциала - солнечное колесо дифференциала. A significant drawback is the possibility of occurrence of power circulation in the kinematic scheme. This is due to the fact that one of the differentials according to the presented scheme is closed with an electromechanical connection between the two links, and at large moments of resistance on the driven shaft of the variator, when it stops or rotates in the opposite direction, power circulation occurs along the channel generator - electric motor - drive shaft CVT - differential crown - Differential sun wheel.

Кроме этого, вариатор, изготовленный в соответствии с указанной схемой, невозможно применить в существующих машинах и агрегатах, в частности, в автомобилях, без существенных изменений их конструкции. In addition, the variator made in accordance with this scheme cannot be used in existing machines and assemblies, in particular in automobiles, without significant changes in their design.

Задачей заявленного изобретения является упрощение конструкции, увеличение диапазона регулирования, исключение возможности возникновения циркуляции мощности, улучшение применимости вариатора в существующих машинах и агрегатах. The objective of the claimed invention is to simplify the design, increase the control range, eliminate the possibility of occurrence of power circulation, improve the applicability of the variator in existing machines and assemblies.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве, состоящем из двух зубчатых дифференциальных механизмов, один из которых имеет одно входное звено и два выходных, а второй - два входных и одно выходное звено, выходные звенья первого дифференциала связаны попарно c входными звеньями второго дифференциала через зубчатые редукторы с разными передаточными числами и образуют две параллельные передачи, а в передачу с меньшим передаточным числом включена обгонная муфта. При этом входное звено первого дифференциала является входным звеном вариатора, а выходное звено второго дифференциала является выходным звеном вариатора. The problem is solved in that in a device consisting of two gear differential mechanisms, one of which has one input link and two output, and the second - two input and one output link, the output links of the first differential are connected in pairs with the input links of the second differential via gear gearboxes with different gear ratios form two parallel gears, and an overrunning clutch is included in the gear with a lower gear ratio. In this case, the input link of the first differential is the input link of the variator, and the output link of the second differential is the output link of the variator.

На фиг. 1 представлена наиболее наглядная кинематическая схема одного из возможных вариантов конструкции предлагаемого вариатора с дифференциалами на конических колесах. In FIG. 1 shows the most obvious kinematic diagram of one of the possible design options of the proposed variator with differentials on bevel wheels.

На фиг. 2 представлена схема более применимого варианта вариатора с соосными валами. In FIG. 2 shows a diagram of a more applicable variant of the variator with coaxial shafts.

На фиг. 3 представлена схема вариатора на планетарных дифференциалах и редукторах, приспособленная для непосредственной замены существующих коробок передач на транспортных средствах. In FIG. 3 shows a variator circuit on planetary differentials and gearboxes, adapted for the direct replacement of existing gearboxes on vehicles.

Рассмотрим кинематические схемы вариатора, представленные на фиг. 1 - 3. Consider the kinematic schemes of the variator shown in FIG. 13.

На схеме обозначены: AI и AII - конические дифференциалы; 1 - входное звено (водило) дифференциала, оно же и входное звено вариатора, 2 - выходное звено (водило) второго дифференциала, оно же и выходное звено вариатора, 3 - обгонная муфта; 4, 5 и 6, 7 - зубчатые колеса соответствующих редукторов в параллельных передачах, 8 - вал, 9 - коронное колесо два первого нулевого планетарного дифференциала, 10 - паразитное колесо планетарного редуктора, 11 - коронное колесо планетарного редуктора, соединенное с коронным колесом два второго нулевого дифференциала. The diagram shows: AI and AII - conical differentials; 1 - input link (carrier) of the differential, it is also the input link of the variator, 2 - output link (carrier) of the second differential, it is also the output link of the variator, 3 - overrunning clutch; 4, 5 and 6, 7 - the gears of the respective gears in parallel gears, 8 - the shaft, 9 - the crown gear two first zero planetary differential, 10 - the spurious gear of the planetary gear, 11 - the crown gear of the planetary gear connected to the crown gear two second differential zero.

Устройство, представленное на фиг. 1, работает следующим образом. The device shown in FIG. 1, works as follows.

Вращательный момент от внешнего источника энергии подают на входное звено (водило) 1 дифференциала AI, которое вращается с угловой скоростью, соответствующей передаваемой мощности. Полученный водилом момент делится между выходными звеньями дифференциала. Вращательные движения выходных звеньев дифференциала преобразуются соответствующими редукторами и воспроизводятся на входных звеньях второго дифференциала и создают на его выходном звене (водиле) 2 результирующий вращательный момент. Передаточное число вариатора, т. е. соотношение угловых скоростей входного и выходного звеньев (водил) 1 и 2, являющихся входным и выходным звеньями вариатора, может меняться в пределах диапазона регулирования, определяемого соотношениями передаточных чисел редукторов и передаточными отношениями между звеньями дифференциалов. Конкретное значение передаточного числа вариатора определяется отношением момента на выходном звене вариатора, создаваемом нагрузкой рабочего органа, к моменту на входном звене вариатора, т.е. к моменту, создаваемому двигателем. Так как вся мощность двигателя, с учетом коэффициента полезного действия устройства, приложена к выходному звену, его угловая скорость принимает значение, соответствующее моменту производственного сопротивления рабочему органу машины при данной мощности. Таким образом, при изменении режимов работы рабочего органа в пределах диапазона регулирования вариатора нагрузка на двигатель не меняется и может оставаться оптимальной. Если нагрузка на рабочий орган превышает пределы диапазона регулирования, в данном случае M_нагр больше M_двиг I_6,7, где I_6,7 - коэффициент передачи колес 6 и 7, то обгонная муфта 3 переводит разность моментов M_нагр и M_двиг на корпус вариатора и препятствует возникновению циркуляции мощности по каналу выходного звена (водило) 2 - колеса 6 и 7 - первый дифференциал - колеса 4 и 5 - выходное звено (водило) 2. В этом случае вариатор работает как редуктор с передаточным числом, определяемым передаточным числом редуктора с колесами 4, 5 и передаточными отношениями основных звеньев в дифференциалах.The rotational moment from an external energy source is fed to the input link (carrier) 1 of the differential AI, which rotates with an angular velocity corresponding to the transmitted power. The moment received by the carrier is divided between the output links of the differential. The rotational movements of the output links of the differential are converted by the corresponding gears and reproduced on the input links of the second differential and create the resulting torque on its output link (carrier) 2. The gear ratio of the variator, i.e., the ratio of the angular velocities of the input and output links (carrier) 1 and 2, which are the input and output links of the variator, can vary within the control range determined by the ratios of the gear ratios of the gearboxes and gear ratios between the links of the differentials. The specific value of the gear ratio of the variator is determined by the ratio of the moment at the output link of the variator, created by the load of the working body, to the moment at the input link of the variator, i.e. to the moment created by the engine. Since the entire engine power, taking into account the efficiency of the device, is applied to the output link, its angular velocity takes a value corresponding to the moment of production resistance to the working body of the machine at a given power. Thus, when changing the operating modes of the working body within the range of regulation of the variator, the load on the engine does not change and can remain optimal. If the load on the working body exceeds the limits of the control range, in this case M _{load is} greater than M _motor I _6.7 , where I _6.7 is the gear ratio of wheels 6 and 7, then the overrunning clutch 3 translates the difference of the moments M _load and M _motor to the housing the variator and prevents the occurrence of power circulation along the channel of the output link (carrier) 2 - wheels 6 and 7 - the first differential - wheels 4 and 5 - the output link (carrier) 2. In this case, the variator works as a gearbox with a gear ratio determined by the gear ratio of the gearbox with wheels 4, 5 and gear ratios the main links in the differentials.

Аналогично работает вариатор по схеме, представленной на фиг. 2. Здесь в качестве входного 1 и выходного 2 звеньев вариатора используются конические колеса дифференциалов, а водила выполняют роли, соответственно, одного из выходных звеньев первого и одного из входных звеньев второго дифференциалов. Вал 8 здесь выполняет роль одного из параллельных каналов передачи, соответствующую роли передачи с колесами 6, 7 на фиг. 1. Similarly, the variator operates according to the circuit shown in FIG. 2. Here, as the input 1 and output 2 links of the variator, the conical wheels of differentials are used, and the carriers play the roles, respectively, of one of the output links of the first and one of the input links of the second differentials. The shaft 8 here serves as one of the parallel transmission channels corresponding to the transmission role with the wheels 6, 7 in FIG. 1.

Устройство по схеме на фиг. 3 работает следующим образом. The device according to the circuit of FIG. 3 works as follows.

Вращательный момент от внешнего источника энергии подают на звено 1, являющееся в данном случае входным звеном вариатора. Этот момент распределяется между выходными звеньями первого дифференциала, которыми являются звенья 8 и 9, и двумя параллельными передачами, образованными, соответственно, валом 8 и звеньями 9, 10 и 11, преобразовывается и подается на водило второго дифференциала. Torque from an external energy source is fed to link 1, which in this case is the input link of the variator. This moment is distributed between the output links of the first differential, which are links 8 and 9, and two parallel gears, formed respectively by the shaft 8 and links 9, 10 and 11, is converted and fed to the carrier of the second differential.

Если обозначить I_ha ^b(I) и I_ha ^b(II) соответствующие передаточные отношения в дифференциалах, то при нагрузке на выходное звено вариатора, превышающей величину M_двиг I_ha ^b(I)I_ha ^b(II), разность между моментом нагрузки и моментом двигателя переводится обгонной муфтой 3 на корпус вариатора, чем предотвращается возникновение циркуляции мощности, а вариатор работает в режиме редуктора с передаточным числом канала передачи, образованного звеньями 1, 9, 10, 11 и 2. При уменьшении момента нагрузки на звено 2, являющееся в этом случае выходным звеном вариатора, его угловая скорость возрастает в результате изменения соотношения угловых скоростей звеньев 8 и 9 и передаточное число вариатора постепенно приближается к передаточному числу канала из звеньев 1, 8 и 2.If I _ha ^b (I) and I _ha ^b (II) are denoted by the corresponding gear ratios in the differentials, then when the load on the output link of the variator exceeds the value of M _motor I _ha ^b (I) I _ha ^b (II), the difference between the load moment and the engine torque is transferred by overrunning clutch 3 to the variator housing, which prevents the occurrence of power circulation, and the variator operates in the gearbox mode with the gear ratio of the transmission channel formed by links 1, 9, 10, 11 and 2. When the load moment on link 2, which is in this case, the output link of the variator, its angular velocity increases as a result of changing the ratio of the angular velocities of links 8 and 9, and the gear ratio of the variator gradually approaches the gear ratio of the channel from links 1, 8 and 2.

Предлагаемые вариаторы будут обладать большим диапазоном регулирования, чем известные, поскольку передаточные числа параллельных каналов передачи могут значительно отличаться. The proposed variators will have a wider control range than the known ones, since the gear ratios of parallel transmission channels can vary significantly.

Они будут существенно проще в изготовлении и более надежны и долговечны, так как в их конструкции предусматриваются только твердотельные круглые зубчатые звенья в парах с постоянным зацеплением. They will be significantly simpler to manufacture and more reliable and durable, since their design provides only solid-state round gear links in pairs with constant engagement.

Соответственно, предлагаемые вариаторы менее требовательны в обслуживании и более применимы, чем известные. В частности, функциональные аналоги коробок передач для серийных автомобилей занимают кратно меньшие объемы пространства и представляют собой закрытый корпус с входным и выходным валами. Вариатор для велосипедов не нуждается в рукоятках и приводах управления, не требует обслуживания и регулировок. Вариатор для вертолетов с газотурбинными двигателями улучшит динамические характеристики силовой установки, так как позволит увеличить скорость изменения нагрузки на несущий винт. Также эффективно применение вариаторов на инвалидных колясках и веломобилях, где они улучшат управляемость, проходимость и комфортность. Accordingly, the proposed variators are less demanding in service and more applicable than the known ones. In particular, the functional analogs of gearboxes for production vehicles occupy multiple smaller volumes of space and are a closed housing with input and output shafts. The variator for bicycles does not need handles and control drives, does not require maintenance and adjustments. The variator for helicopters with gas turbine engines will improve the dynamic characteristics of the power plant, as it will increase the rate of change of load on the main rotor. The use of variators on wheelchairs and cycle cars is also effective, where they will improve handling, cross-country ability and comfort.

Claims

A variator comprising an input link, which is an input link of one differential mechanism, and an output link, which is an output link of another differential mechanism, kinematically connected with each other, characterized in that the output links of the first differential mechanism are connected in pairs with the input links of the second differential mechanism via gears with different gear ratios, and an overrunning clutch is included in a gear with a lower gear ratio.