Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при конструировании механизмов, в которых необходимо в широких пределах изменять передаточное отношение и крутящий момент, оптимизирующие разгон ведомого вала при постоянных оборотах и крутящем моменте на валу двигателя. Примером такого механизма могут быть тяговые двигатели на транспорте, пусковые и регулирующие устройства для насосов, вентиляторов, центрифуг и других механизмов.The invention relates to the field of mechanical engineering and can be used in the design of mechanisms in which it is necessary to widely vary the gear ratio and torque, optimizing the acceleration of the driven shaft at constant speeds and torque on the motor shaft. An example of such a mechanism can be traction motors in transport, starting and regulating devices for pumps, fans, centrifuges and other mechanisms.
Известны различные пути согласования передаточного отношения при передаче движения от двигателя к исполнительному механизму. Наиболее распространенным способом является зубчатый редуктор и фрикционные муфты. 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», пат. RU №2304735, пат. RU №2333405 и заявка на патент №2010103911.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 and friction clutches. These mechanisms are described, for example, in Artobolevsky II. "Mechanisms in modern technology." Volume 4 "Gear mechanisms" and Volume 5 "Friction mechanisms." Moscow. Science 1980, as well as in: "Converter gear ratio, depending on the load on the shaft", US Pat. RU No. 2304735, US Pat. RU No. 2333405 and patent application No. 2010013911.
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, например, гидромоторов, приводят к удорожанию конструкции и к уменьшению степени надежности. Недостатками известных решений описанных в пат. RU №2304735, пат. RU №2333405 и в заявке на патент №2010103911, являются сложность конструкции и неоптимальный режим работы в процессе изменения 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 the economy is deteriorating, the load on the engine and transmission elements is increasing. The introduction of technologically complex devices, stepwise or stepless converters of gear ratio, as well as special devices, for example, hydraulic motors, into the design leads to a rise in the cost of the structure and to a decrease in the degree of reliability. The disadvantages of the known solutions described in US Pat. RU No. 2304735, US Pat. RU No. 2333405 and in patent application No. 2010013911, are the design complexity and suboptimal mode of operation in the process of changing the gear ratio.
Задачей изобретения является осуществление простого и оптимально работающего механизма для разгона ведомого вала с изменением крутящего момента и передаточного отношения, при работе двигателя на оптимальном режиме. Это приведет к упрощению процесса разгона, уменьшению потерь и экономии энергии, а также к упрощению конструкции.The objective of the invention is the implementation of a simple and optimally working mechanism for accelerating the driven shaft with a change in torque and gear ratio, when the engine is in optimal mode. This will simplify the acceleration process, reduce losses and save energy, as well as simplify the design.
Указанная цель достигается тем, что согласно изобретению энергия двигателя, который может быть любого из известных типов, передающих энергию посредством вращающегося вала, поступает на вход дифференциальной передачи, имеющей два выхода, передающие различный крутящий момент. Один выход дифференциальной передачи соединен с ведомым валом, который вращается в ту же сторону, что и вал привода, а второй выход соединен с входом дифференциала и ведущим валом через силовую муфту скольжения любого известного типа с регулируемой или не регулируемой силой сцепления, частично блокирующей дифференциал, что создает условия для раскручивания всего механизма вместе с ведомым валом вокруг общей оси, что приводит к уменьшению его общего передаточного отношения от максимальной величины, когда движение передастся только через элементы дифференциальной передачи, до минимальной величины после разгона, когда вращение элементов передачи относительно друг друга значительно уменьшается либо отсутствует, а весь механизм вращается целиком, либо с небольшим проскальзыванием в силовой муфте скольжения, при этом от величины скольжения в силовой муфте зависит передаточное отношение пускового механизма и крутящий момент на ведомом валу. При вращении ведущего вала в силовой муфте скольжения возникает сила, частично блокирующая дифференциал, которая увлекает вращение выхода дифференциала, соединенного со входом, в направлении вращения ведущего и ведомого валов, при этом, с ускорением его вращения, вся в большей степени энергия передается через вращение всего механизма вокруг общей оси и вся в меньшей степени - через элементы дифференциала. Передаточное отношение механизма уменьшается, а скорость вращения ведомого вала увеличивается. Чем больше нагрузка на ведомом валу, тем больше скольжение в муфте, вращение в большей степени передается через элементы дифференциала, и тем в большей степени дифференциал работает как редуктор с передаточным отношением, определяемым из соотношения его элементов, что приводит к уменьшению оборотов и к увеличению крутящего момента на ведомом валу.This goal is achieved by the fact that according to the invention, the energy of the engine, which can be any of the known types that transmit energy through a rotating shaft, is fed to the input of a differential gear having two outputs transmitting different torque. One output of the differential gear is connected to the driven shaft, which rotates in the same direction as the drive shaft, and the second output is connected to the input of the differential and the drive shaft through a power sliding clutch of any known type with an adjustable or non-adjustable clutch, partially blocking the differential, which creates conditions for the unwinding of the entire mechanism together with the driven shaft around a common axis, which leads to a decrease in its total gear ratio from the maximum value, when the movement is transmitted only through differential transmission elements, to the minimum value after acceleration, when the rotation of the transmission elements relative to each other is significantly reduced or absent, and the entire mechanism rotates as a whole, or with little slippage in the power slip clutch, while the gear ratio of the trigger mechanism depends on the amount of slip in the power clutch and torque on the driven shaft. When the drive shaft rotates in the power sliding clutch, a force appears that partially blocks the differential, which carries away the rotation of the output of the differential connected to the input in the direction of rotation of the drive and driven shafts, while accelerating its rotation, all of the energy is transmitted to a greater extent through the rotation of all mechanism around a common axis and all to a lesser extent - through the elements of the differential. The gear ratio of the mechanism decreases, and the speed of rotation of the driven shaft increases. The greater the load on the driven shaft, the greater the slip in the coupling, the rotation is more transmitted through the differential elements, and the more the differential works as a gearbox with a gear ratio determined from the ratio of its elements, which leads to a decrease in speed and an increase in torque torque on the driven shaft.
Изобретение поясняется чертежом, где, для примера, схематически показан зубчатый планетарный дифференциал с электромагнитной муфтой, соединенной с ведущим валом. Ведущий вал 1 соединен с центральным колесом 5 планетарного дифференциала и с якорем электромагнитной муфты 2, ответная часть электромагнитной муфты 3 соединена с водилом 4, на котором свободно вращаются жестко соединенные между собой пары сателлитов 6. Вращение вала 1 передается на центральное колесо 7, соединенное с ведомым валом 8. После пуска двигателя и при наличии нагрузки на ведомом валу, водило 4 стремится вращаться в сторону, обратную вращению ведущего вала 8, но этому препятствует электромагнитная муфта скольжения, и водило 4 тормозится, а весь механизм в большей степени работает как редуктор. Крутящий момент при этом увеличивается. При разгоне, под действием сил сцепления в электромагнитной муфте скольжения, частично блокирующих дифференциальную передачу, весь механизм, вращаясь вокруг собственной оси, уменьшает общее передаточное отношение. Вращение вокруг своей оси под действием сил сцепления в муфте нарастает, а качение сателлитов по центральным колесам замедляется. Обороты ведомого вала увеличиваются. При увеличении потребной нагрузки на ведомом валу водило 4, соединенное со вторым выходом дифференциальной передачи, замедляет вращение, сателлиты увеличивают свое вращение вокруг центральных колес и механизм в большей степени работает как редуктор. Обороты ведомого вала уменьшаются, а крутящий момент на ведомом валу увеличивается.The invention is illustrated in the drawing, where, for example, a gear planetary differential with an electromagnetic clutch connected to a drive shaft is schematically shown. The drive shaft 1 is connected to the central wheel 5 of the planetary differential and to the armature of the electromagnetic clutch 2, the counterpart of the electromagnetic clutch 3 is connected to the carrier 4, on which the rigidly connected pairs of satellites 6 rotate freely. The rotation of the shaft 1 is transmitted to the central wheel 7, connected to driven shaft 8. After starting the engine and when there is a load on the driven shaft, carrier 4 tends to rotate in the direction opposite to the rotation of drive shaft 8, but this is prevented by the electromagnetic slip clutch, and carrier 4 slows down sya, and the whole mechanism works more like a gearbox. Torque increases. During acceleration, under the action of adhesion forces in an electromagnetic slip clutch, partially blocking the differential gear, the entire mechanism, rotating around its own axis, reduces the overall gear ratio. The rotation around its axis under the influence of adhesion forces in the clutch increases, and the rolling of the satellites along the central wheels slows down. The revolutions of the driven shaft increase. When the required load on the driven shaft increases, the carrier 4, connected to the second output of the differential gear, slows down the rotation, the satellites increase their rotation around the central wheels and the mechanism works more like a gearbox. The revolutions of the driven shaft are reduced, and the torque on the driven shaft is increased.