RU2385433C1

RU2385433C1 - Converter of gear ratio

Info

Publication number: RU2385433C1
Application number: RU2008145080/11A
Authority: RU
Inventors: Равиль Гафиевич Хадеев (RU); Равиль Гафиевич Хадеев
Original assignee: Равиль Гафиевич Хадеев
Priority date: 2008-11-17
Filing date: 2008-11-17
Publication date: 2010-03-27

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: converter of gear ratio of transmission consists of planetary differential with driving carrier (2) and two central gears (5, 6) different in diametre. One of central gears (5) transfers rotation to output shaft (7). Second central gear (6) transfers rotation via reducer (8) shifting direction of rotation and friction clutch (9), driven disk of which is rigidly coupled with the output shaft, also to output shaft (7). Both central gears rotate the output shaft in one direction, but have different speed of rotation. Difference of rotation speed is compensated with the friction clutch also distributing load between arms of the differential.

EFFECT: decreased losses and simplification of design.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и механизмов, в которых необходимо в широких пределах изменять передаточное отношение, оптимизирующее разгон или торможение выходного вала. Примером такого механизма может быть механизм сцепления и коробка скоростей автомобиля, тяговые механизмы на электротранспорте, редуктор привода винта вертолета или автожира, подъемные и буксировочные механизмы, инструмент с изменяемым передаточным отношением, например гайковерт или шуруповерт, пусковые устройства вентиляторов, центрифуг, механизмы управления оборотами насосов, нагнетателей тягодутьевых устройств и другие, в работе которых необходимо изменять передаточное отношение трансмиссии при регламентированной нагрузке на валу двигателя.The invention relates to the field of transport engineering and mechanisms in which it is necessary to widely vary the gear ratio, which optimizes the acceleration or braking of the output shaft. An example of such a mechanism can be a clutch mechanism and a gearbox of an automobile, traction mechanisms on electric vehicles, a helicopter or gyroplane propeller gear reducer, lifting and towing mechanisms, a tool with a variable gear ratio, for example a screwdriver or screwdriver, fan starting devices, centrifuges, pump rotation control mechanisms , superchargers of draft devices and others, in the operation of which it is necessary to change the gear ratio of the transmission with a regulated load on alu engine.

Известны различные пути согласования передаточного отношения при передаче движения от двигателя к исполнительному механизму. Наиболее распространенным способом является зубчатый редуктор. В автомобиле для разгона используют «сцепление» - фрикционную муфту. Эти механизмы описаны, например, в Артоболевский И.И. «Механизмы в современной технике», Том 4 «Зубчатые механизмы» и Том 5 «Фрикционные механизмы». Москва. Наука 1980 г., а также в «Преобразователь передаточного отношения, зависящий от нагрузки на валу», Патент RU №2304735 и в «Регулятор оборотов двигателя транспортного средства с преобразователем передаточного отношения трансмиссии, зависящим от нагрузки на выходном валу», Патент RU №2333405.There are various ways of coordinating the gear ratio when transmitting movement from the engine to the actuator. The most common way is a gear reducer. In a car, they use a “clutch” - a friction clutch — for acceleration. These mechanisms are described, for example, in Artobolevsky II “Mechanisms in modern technology”, Volume 4 “Gear mechanisms” and Volume 5 “Friction mechanisms”. Moscow. Science of 1980, as well as in the “Transmission-dependent gear ratio converter”, Patent RU No. 2304735 and the “Vehicle engine speed regulator with a transmission gear ratio converter depending on the load on the output shaft”, RU Patent No. 2333405 .

Недостатком зубчатых редукторов является то, что при их использовании передаточное отношение трансмиссии постоянно, двигатель в большинстве случаев не работает на оптимальном режиме, при этом ухудшается экономичность, увеличиваются нагрузки на двигатель и элементы трансмиссии. Внесение в конструкцию технологически сложных устройств, ступенчатых или бесступенчатых преобразователей передаточного отношения, а также специальных устройств, как, например, гидромоторов, в приводе ротора автожира, приводит к удорожанию конструкции и к уменьшению степени надежности. В автомобиле, в начале движения, при работе сцепления большая доля энергии двигателя тратится на трение, а разгон также происходит не в оптимальном режиме. Недостатками известных решений, описанных в Патенте RU №2304735 и Патенте RU №2333405, являются сложность конструкции и неоптимальный режим работы в процессе преобразования передаточного отношения.The disadvantage of gear reducers is that when they are used, the transmission ratio of the transmission is constant, the engine in most cases does not work at the optimum mode, while efficiency is deteriorating, and loads on the engine and transmission elements are increasing. The introduction of technologically complex devices, stepwise or stepless converters of the gear ratio, as well as special devices, for example, hydraulic motors, in the gyro rotor drive, makes the structure more expensive and reduces the degree of reliability. In the car, at the beginning of the movement, during the operation of the clutch, a large proportion of the engine's energy is spent on friction, and acceleration also does not occur in optimal mode. The disadvantages of the known solutions described in Patent RU No. 2304735 and Patent RU No. 2333405 are the design complexity and suboptimal mode of operation in the process of converting the gear ratio.

Задачей изобретения является осуществление простого и оптимально работающего механизма для разгона или торможения выходного вала с автоматическим изменением передаточного отношения при работе двигателя в процессе разгона на постоянном оптимальном режиме. Это приведет к уменьшению потерь и упрощению конструкции.The objective of the invention is the implementation of a simple and optimally working mechanism for accelerating or braking the output shaft with automatic change of the gear ratio during engine operation during acceleration at a constant optimal mode. This will reduce losses and simplify the design.

Указанная цель достигается тем, что согласно изобретению, в качестве преобразователя передаточного отношения трансмиссии используют планетарный дифференциал с ведущим водилом и двумя различными по диаметру центральными колесами. Сателлиты, расположенные на водиле, жестко связанные между собой, обкатываются по двум центральным колесам. Одно из центральных колес жестко связано с выходным валом, а второе центральное колесо через редуктор, изменяющий направление вращения, выполненный любым из известных способов, передает вращение на диск фрикционной муфты, ответный диск которой также жестко связан с выходным валом. Разница во вращении компенсируется фрикционной муфтой, которая также распределяет нагрузку между плечами дифференциала. Оба диска фрикционной муфты вращаются в одну сторону. Сила трения во фрикционной муфте заставляет раскручиваться весь механизм и передаточное отношение уменьшается от максимальной величины, когда движение передается только через шестерни планетарного редуктора, до единицы, когда вращение шестерен отсутствует, а весь механизм вращается целиком. При этом на валу двигателя нагрузка постоянна и определяется величиной силы трения между дисками фрикционной муфты, которая также, исходя из необходимости, к примеру с изменением мощности двигателя может принудительно изменяться.This goal is achieved by the fact that according to the invention, a planetary differential with a leading carrier and two different diameter central wheels are used as a transmission gear ratio converter. Satellites located on the carrier, rigidly interconnected, run on two central wheels. One of the central wheels is rigidly connected to the output shaft, and the second central wheel through the gearbox that changes the direction of rotation, made by any of the known methods, transmits the rotation to the friction clutch disk, the counter disk of which is also rigidly connected to the output shaft. The difference in rotation is compensated by the friction clutch, which also distributes the load between the differential arms. Both friction clutch discs rotate in one direction. The friction force in the friction clutch causes the whole mechanism to unwind and the gear ratio decreases from the maximum value, when the movement is transmitted only through the gears of the planetary gear, to unity, when there is no rotation of the gears, and the whole mechanism rotates entirely. In this case, the load on the motor shaft is constant and is determined by the magnitude of the friction force between the disks of the friction clutch, which also, based on the need, for example, with a change in engine power, can be forced to change.

Изобретение поясняется чертежом, где схематически представлен планетарный дифференциал с передачей вращения на выходной вал и фрикционную муфту. Согласно изобретению, вращение от привода через вал 1 передается на водило 2. На водиле свободно вращаются пары сателлитов 3 и 4, жестко соединенные между собой. Сателлит 3 соединен с центральным колесом 5, которое жестко соединено с выходным валом 7. Сателлит 4 соединен с центральным зубчатым колесом 6, свободно вращающимся на валу. Центральное зубчатое колесо 6 через редуктор 8, изменяющий направление вращения, ось которого расположена на выходном валу, перпендикулярно жестко связано с диском фрикционной муфты 9. Ведомый диск фрикционной муфты 10 жестко соединен с выходным валом 7. Таким образом, при вращении водила сателлиты будут катиться по центральным колесам и «раздвигать» их на величину, пропорциональную разнице соотношений диаметров пар центральных колес и сателлитов. Но вращение колеса 6, за счет наличия в кинематической цепи редуктора 8, изменит направление вращения, и оба центральных колеса будут вращать выходной вал 7 в одну сторону: колесо 5 непосредственно, а колесо 6 через редуктор, изменяющий направление вращения и фрикционную муфту, оба диска которой вращаются в одном направлении. При разгоне, в начале движения, когда движение передается только через шестерни дифференциала, передаточное отношение будет тем больше, чем меньше разница между соотношением диаметров пар центральных зубчатых колес и сателлитов. В конце разгона проскальзывания во фрикционной муфте нет, сателлиты и центральные зубчатые колеса неподвижны относительно друг друга и весь механизм вращается как целое, а передаточное отношение равно единице. При увеличении потребного крутящего момента на выходном валу сателлиты начнут обкатываться по центральным зубчатым колесам, и возникнет проскальзывание во фрикционной муфте, передаточное отношение увеличится до необходимой величины, соответствующей соотношению крутящего момента, создаваемого двигателем и потребного крутящего момента. В некоторых механизмах, например в трансмиссии автомобиля или на электротранспорте, изменение силы трения во фрикционной муфте возможно использовать для поддержания оборотов мотора постоянными в возможных пределах регулирования, при изменении соотношения его мощности и мощности, потребной для движения. В этом случае сила сжатия дисков фрикционной муфты должна быть функцией оборотов двигателя. Регулятор силы сжатия дисков фрикционной муфты может быть выполнен любым известным способом, например ручным, механическим, центробежным, гидравлическим, электромеханическим, электронным. Редуктор, изменяющий направление вращения одного из центральных колес, также может быть выполнен любым из известных способов.The invention is illustrated in the drawing, which schematically shows a planetary differential with transmission of rotation to the output shaft and friction clutch. According to the invention, the rotation from the drive through the shaft 1 is transmitted to the carrier 2. On the carrier freely rotate pairs of satellites 3 and 4, rigidly connected to each other. The satellite 3 is connected to the central wheel 5, which is rigidly connected to the output shaft 7. The satellite 4 is connected to the central gear wheel 6, freely rotating on the shaft. The Central gear wheel 6 through a gearbox 8, which changes the direction of rotation, the axis of which is located on the output shaft, is perpendicularly rigidly connected to the disk of the friction clutch 9. The driven disk of the friction clutch 10 is rigidly connected to the output shaft 7. Thus, when the carrier rotates, the satellites will roll along the central wheels and “push” them by an amount proportional to the difference in the ratio of the diameters of the pairs of central wheels and satellites. But the rotation of the wheel 6, due to the presence of the gearbox 8 in the kinematic chain, will change the direction of rotation, and both central wheels will rotate the output shaft 7 in one direction: wheel 5 directly, and wheel 6 through the gearbox, which changes the direction of rotation and the friction clutch, both discs which rotate in one direction. During acceleration, at the beginning of the movement, when the movement is transmitted only through the differential gears, the gear ratio will be the greater, the smaller the difference between the ratio of the diameters of the pairs of central gears and satellites. At the end of the acceleration, there is no slippage in the friction clutch, the satellites and central gears are stationary relative to each other and the whole mechanism rotates as a whole, and the gear ratio is equal to one. With an increase in the required torque on the output shaft, the satellites will begin to run around the central gears, and slippage will occur in the friction clutch, the gear ratio will increase to the required value corresponding to the ratio of the torque created by the engine and the required torque. In some mechanisms, for example, in a car’s transmission or on electric vehicles, a change in the friction force in the friction clutch can be used to keep the engine speed constant within the possible control range, while changing the ratio of its power and the power required for movement. In this case, the compression force of the friction clutch discs should be a function of engine speed. The controller of the compression force of the discs of the friction clutch can be performed by any known method, for example, manual, mechanical, centrifugal, hydraulic, electromechanical, electronic. A gear that changes the direction of rotation of one of the central wheels can also be performed by any of the known methods.

Claims

1. The gear ratio converter, characterized in that a planetary differential with a drive carrier and two different diameter central wheels, one of which transmits rotation to the output shaft, and the second central wheel transmits rotation through a direction-changing gear, are used as a transmission gear ratio converter; rotation, performed by any of the known methods on a friction clutch disk, the counter disk of which is also rigidly connected to the output shaft.

2. The gear ratio converter according to claim 1, characterized in that both central wheels of the planetary differential rotate the output shaft in one direction, and the difference in rotation of the central wheels is compensated by a friction clutch, which also distributes the load between the differential shoulders.

3. The gear ratio converter according to claim 1, characterized in that the friction force in the friction clutch, both disks of which rotate in the same direction but at different speeds, causes the whole mechanism to spin and the gear ratio changes from the maximum value when the movement is transmitted only through gears of a planetary gearbox, up to one, when there is no rotation of the gears and the whole mechanism rotates as a whole.