RU2157932C2

RU2157932C2 - Automatic gear box

Info

Publication number: RU2157932C2
Application number: RU99101514/28A
Authority: RU
Inventors: Ю.Ф. Ващенко
Original assignee: Ващенко Юрий Федорович
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 1999-01-26
Publication date: 2000-10-20

Abstract

FIELD: machine engineering. SUBSTANCE: automatic gear box includes housing, driving and loading shafts, planetary mechanism and control device. One concentric boss of control device of central gear wheel of planetary mechanism has on outer cylindrical surface closed elliptical groove with semicircular cross section. Movable toothed rim of planetary mechanism has another boss. Semicircular cross section grooves are arranged along generatrices of mounting opening of said another boss. Both bosses are mutually joined by means of balls. EFFECT: enhanced shifting capability, lowered size of gear box. 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к системам передач. Известна планетарная автоматическая коробка передач, содержащая корпус, ведущий и нагрузочный валы, планетарный механизм, охваченный подвижным зубчатым венцом, и управляющее гидроустройство /патент Австралии N 239293, кл. 60.2, 1962/. На нагрузочном валу, который включает в себя дополнительные функции гидропитателя и дозирующего нагнетателя, жестко закреплен ротор управляющего гидроустройства. Это чрезвычайно сложная конструкция, так как содержит радиально расположенную поршневую группу, подплунжерные пространства которой связаны с общим гидронагнетательным каналом. Назначение поршней состоит в повороте лопаток ротора для изменения живого сечения гидрополости, образованной контуром лопаток и внутренней поверхностью подвижного зубчатого венца. Различным угловым расположениям лопаток /но одинаковым между собой/ соответствует различная сопротивляемость относительному перемещению подвижного зубчатого венца и лопастного ротора. Таким образом, генерируется опорное сопротивление сателлитам при изменяющейся нагрузке. Чрезвычайная сложность, наличие промежуточных систем и технических ухищрений делают эту передачу нежизнеспособной. The invention relates to mechanical engineering, in particular, to transmission systems. Known planetary automatic transmission containing a housing, a drive and load shafts, a planetary mechanism covered by a movable gear ring, and control hydraulic device / patent Australia N 239293, CL. 60.2, 1962 /. The rotor of the control hydraulic device is rigidly fixed on the load shaft, which includes the additional functions of a hydrofeeder and a metering supercharger. This is an extremely complex design, as it contains a radially located piston group, the sub-plunger spaces of which are connected to a common hydraulic injection channel. The purpose of the pistons is to rotate the rotor blades to change the living section of the hydrocavity formed by the contour of the blades and the inner surface of the movable ring gear. Different angular arrangement of the blades / but identical to each other / corresponds to a different resistance to the relative movement of the movable ring gear and the blade rotor. Thus, the supporting resistance of the satellites is generated with a changing load. The extreme complexity, the presence of intermediate systems and technical tricks make this transfer unsustainable.

Перечисленные недостатки устраняются изобретением по патенту РФ N 2104427 "Планетарная автоматическая коробка передач", которая содержит корпус, ведущий и нагрузочный валы, планетарный механизм, охваченный подвижным зубчатым венцом, управляющее гидроустройство, отличающаяся тем, что управляющее гидроустройство выполнено в виде гидропередачи, ведущее звено которой связано с подвижным зубчатым венцом посредством обгонной муфты и зубчатого зацепления, а неподвижное звено - жестко с корпусом. Эта передача является наиболее близким прототипом по технической сущности и достигаемому положительному эффекту. These disadvantages are eliminated by the invention according to the patent of the Russian Federation N 2104427 "Planetary automatic gearbox", which contains a housing, a drive and load shafts, a planetary mechanism covered by a movable gear ring, a hydraulic control device, characterized in that the hydraulic control device is made in the form of hydraulic transmission, the leading link of which It is connected with a movable gear ring by means of an overrunning clutch and gear mesh, and the fixed link is rigidly connected to the body. This transmission is the closest prototype in terms of technical nature and the achieved positive effect.

Испытания опытного образца этой передачи выявили те направления, по которым необходимо ее совершенствовать. Это - уменьшение габаритов; повышение избирательной способности коробки передач; устранение обгонной муфты; снижение самонагрева передачи. Tests of the prototype of this transmission revealed those areas in which it is necessary to improve it. This is a reduction in size; increase the selectivity of the gearbox; overrunning clutch removal; reduced transmission self-heating.

Задачей заявляемого технического решения является осуществление отмеченных направлений и, на их основе, снижение расхода топлива, увеличение амортизационного срока двигателя, трансмиссии, ходовой части и машины в целом, а также повышение комфортности в управлении в связи с отсутствием рычага переключения передач и педали муфты сцепления. The objective of the proposed technical solution is the implementation of the indicated areas and, on their basis, reducing fuel consumption, increasing the depreciation period of the engine, transmission, chassis and the machine as a whole, as well as increasing the comfort of operation due to the lack of a gear lever and clutch pedal.

Решение задачи достигается тем, что в автоматической коробке скоростей Ващенко, включающей корпус, ведущий и нагрузочный валы, планетарный механизм, охваченный подвижным зубчатым венцом, и управляющее устройство, последнее выполнено в виде двух кинематически связанных концентрических ступиц, одна из которых принадлежит центральному колесу и имеет на внешней цилиндрической поверхности замкнутый охватывающий эллиптический паз полукруглого сечения, а вторая - подвижному зубчатому венцу, по образующим посадочного отверстия которой расположены пазы полукруглого сечения для сочетания с эллиптическим пазом посредством шаров. The solution is achieved by the fact that in the automatic gearbox Vashchenko, including the housing, drive and load shafts, a planetary gear covered by a movable gear ring, and a control device, the latter is made in the form of two kinematically connected concentric hubs, one of which belongs to the central wheel and has on the outer cylindrical surface, a closed enclosing elliptical groove of a semicircular section, and the second to a movable gear rim, along the generatrices of the landing hole of which Semicircular grooves are laid for combination with an elliptical groove through balls.

Новизна изобретения усматривается в том, что шаровой механизм сочетания двух ступиц передачи представляет собой элемент управления, являющийся неотделимой частью коробки скоростей Ващенко. The novelty of the invention is seen in the fact that the ball mechanism of the combination of two transmission hubs is a control element that is an integral part of the Vashchenko gearbox.

По данным патентной и научно-технической литературы заявляемая конструкция не обнаружена, что позволяет судить об изобретательском уровне заявляемого решения. Промышленная применимость обусловлена тем, что использование автоматической коробки скоростей Ващенко возможно в автомобиле- и тракторостроении. According to the patent and scientific literature, the claimed design is not found, which allows us to judge the inventive step of the proposed solution. Industrial applicability is due to the fact that the use of the automatic gearbox Vashchenko is possible in automobile and tractor construction.

На чертеже представлена принципиальная схема автоматической коробки скоростей Ващенко. Она устроена следующим образом. The drawing shows a schematic diagram of an automatic gearbox Vashchenko. It is arranged as follows.

В корпусе передачи 1 расположен ведущий вал 2, на котором закреплено центральное колесо 3 посредством ступицы 4 для передачи вращающего момента водилу 5 посредством сателлитов 6. Вал 7, на котором закреплено водило 5, является ведомым /нагрузочным/ валом. Планетарный механизм охвачен подвижным зубчатым венцом внутреннего зацепления 8. Ступица 9 подвижного зубчатого венца 8 концентрически охватывает ступицу 4 центрального колеса 3 и находится с ней в кинематической связи следующим образом. Вокруг ступицы 4 расположен замкнутый эллиптический паз 10 полукруглого сечения. Ступица 9 подвижного зубчатого венца 8 содержит по образующим посадочного отверстия пазы 11 полукруглого сечения. Пазы 10 и 11 находятся в постоянном соединении посредством шаров 12, число которых равно числу прямолинейных пазов ступицы 9. Образованный таким образом шаровой механизм обладает следующими свойствами. За половину относительного оборота ступиц 4 и 9 шар 12 проходит всю длину прямолинейного паза 11, а за вторую половину шар 12 возвращается в исходное положение. Таким образом, одному относительному обороту ступиц соответствует одно колебание шара 12 в осевом направлении, что требует определенного усилия. Чем больше относительная частота вращения ступиц, тем большее число колебаний шара в единицу времени, и тем больше сопротивление взаимному вращению ступиц. Другими словами, чем больше разница в окружных скоростях ступиц 4 и 9, тем больший крутящий момент необходимо приложить для их относительного вращения. A drive shaft 2 is located in the transmission housing 1, on which the central wheel 3 is fixed by means of a hub 4 for transmitting torque to the carrier 5 by means of satellites 6. The shaft 7, on which the carrier 5 is fixed, is a driven / load / shaft. The planetary mechanism is covered by a movable gear ring of internal gearing 8. The hub 9 of the movable gear ring 8 concentrically covers the hub 4 of the central wheel 3 and is in kinematic connection with it as follows. Around the hub 4 is a closed elliptical groove 10 of a semicircular section. The hub 9 of the movable ring gear 8 contains along the generatrices of the landing hole grooves 11 of a semicircular section. The grooves 10 and 11 are in constant connection by means of balls 12, the number of which is equal to the number of straight grooves of the hub 9. The ball mechanism thus formed has the following properties. For half the relative revolution of the hubs 4 and 9, the ball 12 passes the entire length of the rectilinear groove 11, and for the second half, the ball 12 returns to its original position. Thus, one relative rotation of the hubs corresponds to one oscillation of the ball 12 in the axial direction, which requires a certain effort. The greater the relative frequency of rotation of the hubs, the greater the number of oscillations of the ball per unit time, and the greater the resistance to the mutual rotation of the hubs. In other words, the greater the difference in the peripheral speeds of the hubs 4 and 9, the greater the torque necessary to apply for their relative rotation.

Для анализа рабочего процесса автоматической коробки скоростей Ващенко рассмотрим случай, при котором ведущий вал 2 вращает центральное колесо 3 посредством ступицы 4 с постоянной частотой. При отсутствии нагрузки на валу 7 вращающийся эллиптический паз 10 посредством шаров 12 и пазов 11 увлекает за собой ступицу 9, а значит, и зубчатый венец 8. В результате и центральное колесо 3 и зубчатый венец 8 воздействуют на сателлит с двух сторон в одном направлении. При этом сателлит либо не вращается вообще, либо частота его вращения незначительна. Это - прямая передача, при которой частота вращения водила 5 наибольшая. По мере увеличения нагрузки на вал 7 водило 5 теряет обороты. Сателлиты 6 сдерживают вращение зубчатого венца 8, который при постепенном увеличении нагрузки останавливается. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к тому, что водило еще более теряет обороты, а сателлиты 6 начинают вращать зубчатый венец 8 в обратном первоначальному направлении. Однако для проворачивания нагруженного водила 5 сателлитам 6 требуется увеличение опорного сопротивления в зацеплении с зубчатым венцом 8. Здесь-то и проявляется шаровой механизм, как генератор опорного сопротивления, так как встречное вращение ступиц 4 и 9 приводит к резкому увеличению числа шаровых колебаний в единицу времени. В результате сопротивление вращению зубчатого венца 8 существенно увеличивается, что и обеспечивает достаточное для конкретной нагрузки опорное сопротивление сателлитам. При снижении нагрузки на валу 7 взаимодействие всех звеньев автоматической коробки скоростей Ващенко подчиняется обратной зависимости. Так, при уменьшении нагрузки на валу 7 водило 5 набирает обороты, переносное движение сателлитов активизируется и затормаживает вращение зубчатого венца 8. Число шаровых колебаний снижается, сопротивление вращению зубчатого венца 8 уменьшается. Дальнейшее снижение нагрузки приводит к остановке зубчатого венца 8 и к его раскручиванию в направлении вращения ведущего вала 2, т.е. к прямой передаче. Особо необходимо подчеркнуть то преимущество заявляемого решения в сравнении с прототипом, что при переходе к прямой передаче зубчатый венец 8 раскручивается не только за счет наката сателлитов 6, что требует определенного времени, но и принудительно. Поэтому потери времени на разгон зубчатого венца 8 исключаются. В процессе работа, если этого требуют обстоятельства, частота вращения ведущего вала 2 может меняться акселератором. Необходимо отметить, что движения шаров по обе стороны шарового механизма направлены противоположно, вследствие чего вредные осевые результирующие на передачу исключаются. To analyze the working process of the automatic gearbox Vashchenko, we consider the case in which the drive shaft 2 rotates the central wheel 3 through the hub 4 with a constant frequency. In the absence of load on the shaft 7, the rotating elliptical groove 10 by means of balls 12 and grooves 11 carries away the hub 9, and hence the ring gear 8. As a result, both the central wheel 3 and ring gear 8 act on the satellite from two sides in one direction. In this case, the satellite either does not rotate at all, or the frequency of its rotation is negligible. This is a direct transmission at which the speed of carrier 5 is greatest. As the load on the shaft 7 increases, carrier 5 loses speed. Satellites 6 inhibit the rotation of the ring gear 8, which stops with a gradual increase in load. A further increase in the load causes the carrier to lose even more speed, and the satellites 6 begin to rotate the ring gear 8 in the opposite initial direction. However, to rotate the loaded carrier, 5 satellites 6 require an increase in the reference resistance in engagement with the ring gear 8. This is where the spherical mechanism appears, as the generator of the reference resistance, since the counter rotation of the hubs 4 and 9 leads to a sharp increase in the number of ball oscillations per unit time . As a result, the resistance to rotation of the ring gear 8 is significantly increased, which provides sufficient support resistance for the satellites for a specific load. When reducing the load on the shaft 7, the interaction of all the links of the automatic gearbox Vashchenko obeys an inverse relationship. So, with a decrease in the load on the shaft 7, the carrier 5 is gaining momentum, the portable movement of the satellites is activated and brakes the rotation of the ring gear 8. The number of ball vibrations decreases, the resistance to rotation of the ring gear 8 decreases. A further decrease in load leads to a stop of the ring gear 8 and to its unwinding in the direction of rotation of the drive shaft 2, i.e. to direct transmission. It is especially necessary to emphasize the advantage of the proposed solution in comparison with the prototype, that when switching to direct transmission, the ring gear 8 is unwound not only due to the roll of satellites 6, which requires a certain time, but also forced. Therefore, the loss of time to disperse the ring gear 8 is excluded. In the process, if necessary, circumstances, the speed of the drive shaft 2 can be changed by the accelerator. It should be noted that the movements of the balls on both sides of the ball mechanism are directed oppositely, as a result of which harmful axial resulting to the transmission are excluded.

В результате предлагаемого решения резко уменьшаются габариты автоматической коробки скоростей Ващенко, повышается избирательная способность устройства, снижается самонагрев в связи с отсутствием в управляющем устройстве контактируемых поверхностей. Детали контактируют либо точкой, либо линией. За ненадобностью исключена обгонная муфта. Таким образом, реализуются отмеченные направления совершенствования прототипа по патенту РФ N 2104427. As a result of the proposed solution, the dimensions of the Vashchenko automatic gearbox are sharply reduced, the selectivity of the device is increased, self-heating is reduced due to the absence of contact surfaces in the control device. Parts come into contact either with a dot or a line. Overrunning clutch excluded as unnecessary. Thus, the noted directions for improving the prototype of the RF patent N 2104427 are implemented.

Claims

An automatic gearbox, including a housing, drive and load shafts, a planetary mechanism containing a movable gear ring, and a control device, characterized in that the control device is made in the form of two kinematically connected concentric hubs, one of which belongs to the central wheel and has an outer cylindrical closed surface covering an elliptical groove of semicircular section, and the second to a movable gear rim, along the generatrices of the landing hole of which there are a groove Semicircular cross-section for combination with an elliptical groove through balls.