автоматическая коробка скоростей

Формула изобретения

Автоматическая коробка скоростей, включающая корпус, ведущий и нагрузочный валы, планетарный механизм, содержащий подвижный зубчатый венец, и управляющее устройство, отличающаяся тем, что управляющее устройство 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.

Описание изобретения к патенту

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.

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.

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.

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.

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.

Новизна изобретения усматривается в том, что шаровой механизм сочетания двух ступиц передачи представляет собой элемент управления, являющийся неотделимой частью коробки скоростей Ващенко.

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.

На чертеже представлена принципиальная схема автоматической коробки скоростей Ващенко. Она устроена следующим образом.

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.

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.

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.