RU2073150C1

RU2073150C1 - Automatic stepless gear

Info

Publication number: RU2073150C1
Application number: RU93020102A
Authority: RU
Inventors: М.Е. Блинников; В.Н. Филимонов; И.В. Кочетков; А.А. Смирнов; А.А. Заплаткин
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Завод им.В.А.Дегтярева"
Priority date: 1993-04-19
Filing date: 1993-04-19
Publication date: 1997-02-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: housing 1 of the gear is provided with axially alined driving shaft 2 and driven shaft 3 and race of free-running mechanism 4 secured coaxially to them. The driving link is made up as carrier 5 with rollers 6 secured to driving shaft 2. Rollers 6 are mounted on axles 7 of carrier 5 for permitting rotation about them and have wedge-shaped groove 8 over periphery. Twisting springs 9 are mounted on axles 10 of hub 11 of driving shaft 3 and preliminary twisted at an angle. Their free ends 12 are pressed to race 4 in the axial direction. Free ends 12 of springs 9 are provided with teeth 13. Teeth 13 can move forward along the axes of the free ends of spring 9. Teeth 13 are at the middle position due to compression spring 14. To exclude rotation under the action of flexible moment free ends 12 of spring 9 are locked with stops 15 secured to hub 11. Being in a contact with chamferings of stops 15 free ends 12 of springs 9 is at a such position that allows teeth 13 on them to be not in a contact with races 4. The shape of portion 16 of spring 9 used for interaction with rollers 6 is the same as the shape of the cam. EFFECT: increased longevity. 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в механических приводах для автоматического бесступенчатого регулирования крутящего момента и угловой скорости ведомого вала в зависимости от нагрузки на нем. The invention relates to mechanical engineering and can be used in mechanical drives for automatic stepless regulation of torque and angular velocity of the driven shaft, depending on the load on it.

Известны автоматические бесступенчатые импульсные передачи механического типа, использующие для трансформации вращающего момента силы упругости [1, 2] Они содержат размещенные в корпусе соосные ведущий и ведомый валы и закрепленное соосно им торцовое храповое колесо, ведущее звено, связанное с ведущим валом, рычагом для взаимодействия с ведущим звеном, установленные на ступице ведомого вала и упруго связанные с ней, и собачки, установленные на концах рычагов для взаимодействия с храповым колесом. Known are automatic mechanical stepless pulse transmissions that use elastic forces to transform the torque [1, 2]. They contain coaxial drive and driven shafts located in the housing and an end-face ratchet wheel attached coaxially to it, a drive link connected to the drive shaft, a lever for interacting with leading link mounted on the hub of the driven shaft and elastically connected with it, and dogs installed on the ends of the levers for interaction with the ratchet wheel.

Недостатками этих передач является следующее: повышенный уровень шума, интенсивный износ зубьев собачек и храповика и высокая частота нагружений упругих элементов поджима собачек к храповому колесу, что приводит к выходу из строя поджимных упругих элементов. Долговечность таких передач оказывается низкой. The disadvantages of these gears are the following: increased noise level, intensive wear of the teeth of the dogs and ratchet and a high frequency of loading of the elastic elements of pressing the dogs to the ratchet wheel, which leads to failure of the compressing elastic elements. The durability of such gears is low.

Известна автоматическая бесступенчатая передача [3] содержащая корпус, размещенные в нем соосные ведущий и ведомый валы, торцовое храповое колесо, закрепленное в корпусе, ведущее звено, связанное с ведущим валом, пружины кручения, расположенные на ведомом валу и предназначенные для взаимодействия с храповым колесом и ведущим звеном, кулачки и закрепленные на ведомом валу упоры по числу пружин. Основные пружины кручения взаимодействуют с храповым колесом посредством рычагов, на концах которых расположены собачки и поджимающие их к храповику вспомогательные упругие элементы. Known for an automatic continuously variable transmission [3] comprising a housing, coaxial drive and driven shafts located therein, a ratchet end wheel mounted in the housing, a drive link associated with the drive shaft, torsion springs located on the driven shaft and designed to interact with the ratchet wheel and drive link, cams and stops fixed to the driven shaft by the number of springs. The main torsion springs interact with the ratchet wheel by means of levers, at the ends of which there are dogs and auxiliary elastic elements pressing them to the ratchet.

Недостатком такой передачи является следующее. При создании такой конструкции передачи габариты поджимных упругих элементов весьма ограничены, а создаваемое ими усилие поджима для обеспечения надежного и своевременного зацепления собачек с храповым колесом должно быть сравнительно большим. Поэтому в процессе работы поджимные упругие элементы испытывают деформации, близкие к предельно допустимым при высокой частоте нагружений, что приводит к недостаточной долговечности поджимных упругих элементов. The disadvantage of this transfer is the following. When creating such a transmission design, the dimensions of the clamping elastic elements are very limited, and the clamping force created by them to ensure reliable and timely engagement of the dogs with the ratchet wheel should be relatively large. Therefore, in the process of operation, the compressible elastic elements undergo deformations close to the maximum permissible at a high loading frequency, which leads to insufficient durability of the compressive elastic elements.

Плохие передаточные свойства передачи обусловлены наличием в конструкции рычагов, имеющих большой момент инерции. При больших передаточных отношениях установленные на концах рычагов собачки не успевают войти в зацепление с зубьями храпового колеса до момента взаимодействия рычагов с соответствующими упорами. Запасенная рычагом и основной пружиной в результате взаимодействия с ведущим звеном полная механическая энергия рассеивается при ударе рычага об упор и не передается на ведомый вал. Poor transmission properties of the transmission due to the presence in the design of levers having a large moment of inertia. With large gear ratios, the dogs installed at the ends of the levers do not have time to engage with the teeth of the ratchet wheel until the levers interact with the corresponding stops. The total mechanical energy stored by the lever and the main spring as a result of interaction with the drive link is dissipated when the lever hits the stop and is not transmitted to the driven shaft.

Известна автоматическая бесступенчатая передача, принятая за прототип [4] Автоматическая бесступенчатая передача содержит корпус, размещенные в нем соосные ведущий и ведомый валы, обойму механизма свободного хода, выполненную в виде торцевого храпового колеса и закрепленную в корпусе, ведущее звено, выполненное в виде водила с роликами, имеющими кольцевую клиновую канавку, пружины кручения, одними концами связанные с ведомым валом и предназначенные для взаимодействия с обоймой механизма свободного хода, кулачки по числу пружин кручения, каждый из которых выполнен в виде предназначенного для взаимодействия с соответствующим роликом витка пружины, изогнутого в соответствии с профилем канавки ролика, и храповой зуб, выполненный на конце пружины, предназначенный для взаимодействия с обоймой. Основные пружины кручения взаимодействуют с обоймой. Основные пружины кручения взаимодействуют с обоймой механизма свободного хода посредством храповых зубьев, закрепленных на свободных концах пружин. Known automatic continuously variable transmission adopted for the prototype [4] Automatic continuously variable transmission includes a housing, housed in it coaxial drive and driven shafts, a clip of the freewheel, made in the form of an end ratchet wheel and fixed in the housing, the drive link, made in the form of a carrier with rollers having an annular wedge groove, torsion springs connected at one end to the driven shaft and designed to interact with the clip of the freewheel, cams according to the number of torsion springs Each of which is in the form intended to interact with a corresponding roller spring coil bent in accordance with the profile of the roller grooves and a ratchet tooth formed at an end of the spring, designed to cooperate with a holder. The main torsion springs interact with the clip. The main torsion springs interact with the clip of the freewheel by means of ratchet teeth attached to the free ends of the springs.

Недостатком прототипа является следующее: люфт в зацеплении, удар в радиальном направлении, потеря упругого момента при включении механизма свободного хода, разрушение контактирующих поверхностей зубьев из-за удара в осевом направлении вследствие сильного предварительного поджима свободных концов пружины к храповому колесу в осевом направлении, потеря работоспособности передачи из-за скрещивания храповых зубьев и храпового колеса. The disadvantage of the prototype is the following: play in the engagement, impact in the radial direction, loss of elastic moment when the freewheel mechanism is activated, destruction of the contacting surfaces of the teeth due to impact in the axial direction due to the strong preliminary pressing of the free ends of the spring to the ratchet wheel in the axial direction, loss of performance gears due to crossing ratchet teeth and ratchet gear.

Изобретением решается следующая задача: создание механического привода для автоматического бесступенчатого регулирования крутящего момента и угловой скорости ведомого вала в зависимости от нагрузки на нем. The invention solves the following problem: the creation of a mechanical drive for automatic stepless control of torque and angular speed of the driven shaft, depending on the load on it.

Технический результат, получаемый от использования изобретения, заключается в повышении долговечности передачи. The technical result obtained from the use of the invention is to increase the durability of the transmission.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной автоматической бесступенчатой передаче, содержащей корпус, размещенные в нем соосные ведущий, ведомый валы, обойму механизма свободного хода, закрепленную в корпусе, ведущее звено, выполненное в виде водила с роликами, имеющими кольцевую клиновую канавку, пружины кручения, каждая из которых одним концом связана с ведомым валом и предназначены для взаимодействия с обоймой механизма свободного хода посредством храповых зубьев, и кулачки по числу пружин кручения, каждый из которых выполнен в виде предназначенного для взаимодействия с соответствующим роликом витка пружины, изогнутого в соответствии с профилем канавки ролика, обойма механизма свободного хода выполнена в виде гладкого кольца из полиуретана, а каждый из храповых зубьев установлен на другом конце пружины кручения с возможностью поступательного перемещения вдоль его оси. The specified technical result is achieved by the fact that in the known automatic continuously variable transmission comprising a housing, coaxial driving, driven shafts located therein, a free-wheel mechanism clip fixed in the housing, a driving link made in the form of a carrier with rollers having an annular wedge groove, springs torsion, each of which is connected to the driven shaft at one end and designed to interact with the clip of the freewheel by means of ratchet teeth, and cams according to the number of torsion springs, each of The latter is made in the form of a spring coil designed to interact with the corresponding roller, bent in accordance with the profile of the roller groove, the cage of the free-wheel mechanism is made in the form of a smooth polyurethane ring, and each of the ratchet teeth is mounted on the other end of the torsion spring with the possibility of translational movement along it axis.

По сравнению с прототипом заявленное техническое решение имеет следующие отличительные признаки:
обойма механизма свободного хода выполнена в виде гладкого кольца из полиуретана;
каждый из храповых зубьев установлен на другом конце пружины кручения с возможностью поступательного перемещения вдоль его оси.Compared with the prototype, the claimed technical solution has the following distinctive features:
the clip of the freewheel mechanism is made in the form of a smooth polyurethane ring;
each of the ratchet teeth is mounted on the other end of the torsion spring with the possibility of translational movement along its axis.

В предлагаемой автоматической бесступенчатой передаче в отличии от прототипа отсутствует храповое колесо. Храповые зубья, установленные на другом конце пружины, взаимодействуют с обоймой механизма свободного хода, выполненной в виде гладкого кольца из полиуретана. При взаимодействии храповых зубьев с кольцом из полиуретана происходит погружение храповых зубьев в полиуретановое кольцо за счет его упругой деформации, таким образом осуществляется замыкание механизма свободного хода и передача крутящего момента. В результате устраняются недостатки прототипа: люфт в зацеплении, удар в радиальном направлении, потеря упругого момента при включении механизма свободного хода, разрушение контактирующих поверхностей зубьев из-за удара в осевом направлении вследствие сильного предварительного поджима свободных концов пружины к храповому колесу в осевом направлении, потеря работоспособности передачи из-за скрещивания храповых зубьев и храпового колеса. При передаче основной пружиной крутящего момента выходной вал поворачивается и вместе с ним поворачивается ось вращения основной пружины. Вследствие этого изменяется расстояние от оси вращения основной пружины до точки контакта храпового зуба с полиуретановым кольцом. Изменение этого расстояния происходит за счет смещения храпового зуба вдоль его оси. Если бы храповой зуб был неподвижно закреплен на свободном конце основной пружины, то после поворота оси вращения основной пружины происходило бы перемещение храпового зуба по полиуретановому кольцу, что вело бы к повреждению этого кольца. В результате происходит повышение долговечности передачи. Таким образом, сравнение изобретения с прототипом позволило установить соответствие ее критерию "новизна". In the proposed automatic continuously variable transmission, unlike the prototype, there is no ratchet wheel. Ratchet teeth mounted on the other end of the spring interact with the clip of the freewheel mechanism, made in the form of a smooth ring of polyurethane. When ratchet teeth interact with a polyurethane ring, the ratchet teeth are immersed in the polyurethane ring due to its elastic deformation, thus closing the free-wheeling mechanism and transmitting torque. As a result, the disadvantages of the prototype are eliminated: play in the engagement, impact in the radial direction, loss of elastic moment when the freewheel mechanism is activated, destruction of the contacting surfaces of the teeth due to impact in the axial direction due to the strong preliminary pressing of the free ends of the spring to the ratchet wheel in the axial direction, loss transmission performance due to crossing ratchet teeth and ratchet wheel. When the main spring transmits torque, the output shaft rotates and the axis of rotation of the main spring rotates with it. As a result, the distance from the axis of rotation of the main spring to the point of contact of the ratchet tooth with the polyurethane ring changes. The change in this distance occurs due to the displacement of the ratchet tooth along its axis. If the ratchet tooth were fixedly mounted on the free end of the main spring, then after turning the axis of rotation of the main spring, the ratchet tooth would move along the polyurethane ring, which would damage this ring. As a result, transmission durability is improved. Thus, a comparison of the invention with the prototype made it possible to establish compliance with its criterion of "novelty."

При анализе уровня техники в данной области не было выявлено влияние предписываемых этим изобретением преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками, на достижение технического результата и, следовательно, заявляемая совокупность существенных признаков обеспечивает изобретению соответствие критерию "изобретательский уровень". When analyzing the prior art in this field, the effect of the transformations prescribed by this invention, characterized by significant features distinctive from the prototype, on the achievement of a technical result and, therefore, the claimed combination of essential features, ensures the invention meets the criterion of "inventive step".

На фиг. 1 изображена автоматическая бесступенчатая передача; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1. In FIG. 1 shows an automatic continuously variable transmission; figure 2 is a section aa in figure 1.

В корпусе 1 передачи размещены соосные ведущий 2 и ведомый 3 валы, им соосно закреплена на корпусе 1 обойма механизма свободного хода 4, представляющая собой гладкое кольцо из полиуретана. Ведущее звено выполнено в виде закрепленного на ведущем валу 2 водила 5 с роликами 6. Ролики 6 установлены на осях 7 водила 5 с возможностью вращения вокруг них и имеют клиновую канавку 8 по окружности. Пружины кручения 9 установлены на осях 10 ступицы 11 ведомого вала 3 предварительно закрученными на некоторый угол, а их свободные концы 12 поджаты в осевом направлении к обойме 4. Храповые зубья 13 установлены на концах 12 пружины кручения 9 с возможностью поступательного перемещения вдоль своих осей. Храповые зубья 13 находятся в среднем положении под действием пружин сжатия 14. От раскручивания под действием момента упругости свободные концы 12 пружин 9 фиксируются упорами 15, закрепленными на ступице 11. Контактируя со специальными скосами упоров 15, свободные концы 12 пружин 9 занимают такое положение, при котором имеющиеся на них храповые зубья 13 не касаются обоймы 4 механизма свободного хода. Виток 16 пружины 9, предназначенный для взаимодействия с роликами 6, имеет профиль кулачка. Coaxial drive 2 and driven 3 shafts are placed in the transmission housing 1, it is coaxially mounted on the housing 1 of the clip of the freewheel mechanism 4, which is a smooth ring made of polyurethane. The leading link is made in the form of a carrier 5 mounted on a drive shaft 2 with rollers 6. The rollers 6 are mounted on the axles 7 of the carrier 5 with the possibility of rotation around them and have a wedge groove 8 around the circumference. Torsion springs 9 are installed on the axes 10 of the hub 11 of the driven shaft 3 pre-twisted to a certain angle, and their free ends 12 are axially pressed against the yoke 4. Ratchet teeth 13 are mounted on the ends 12 of the torsion spring 9 with the possibility of translational movement along their axes. The ratchet teeth 13 are in the middle position under the action of compression springs 14. From untwisting under the influence of the moment of elasticity, the free ends 12 of the springs 9 are fixed by stops 15 fixed to the hub 11. Contacting with special bevels of the stops 15, the free ends 12 of the springs 9 occupy this position, when which their ratchet teeth 13 do not touch the clip 4 of the free-wheeling mechanism. The coil 16 of the spring 9, designed to interact with the rollers 6, has a cam profile.

Автоматическая бесступенчатая передача работает следующим образом. Automatic continuously variable transmission operates as follows.

При произвольной угловой скорость ведомого вала 3 (фиг.1) и непрерывном вращении ведущего вала 2 по часовой стрелке вместе с водилом 5 установленные на его осях 7 ролики 6 впадинами своих клиновых канавок 8 входят в контакт с одной парой пружин кручения 9, обкатываясь по их виткам 16, имеющим профиль кулачка. В результате пружины 9 закручиваются в направлении вращения ведущего вала 2 на некоторый угол, величина которого зависит от момента сопротивления на ведомом валу 3. Свободные концы 12 этой пары пружин 9 вместе с храповыми зубьями 13 выходят из контакта с упорами 15, но по-прежнему не касаются обоймы механизма свободного хода 4, удерживаясь в таком положении клиновыми канавками 8 соответствующих роликов 6. With an arbitrary angular velocity of the driven shaft 3 (Fig. 1) and continuous rotation of the drive shaft 2 clockwise together with the carrier 5, the rollers 6 mounted on its axles 7 with the valleys of their wedge grooves 8 come into contact with one pair of torsion springs 9, rolling around them turns 16 having a cam profile. As a result, the springs 9 are twisted in the direction of rotation of the drive shaft 2 by a certain angle, the value of which depends on the moment of resistance on the driven shaft 3. The free ends 12 of this pair of springs 9 together with ratchet teeth 13 come out of contact with the stops 15, but still do not touch the holder of the freewheel 4, holding in this position by the wedge grooves 8 of the corresponding rollers 6.

При достаточном моменте сопротивления на ведомом валу 3 свободные концы 12 пружин 9 поворачиваются на расчетный угол и ролики 6 теряют контакт с кулачковыми профилями витков 16 пружин 9. Далее свободные концы 12 пружин 9 вместе с храповыми зубьями 13 продолжают двигаться под действием сил упругости и инерции, пока их зубья не прекратят свободный ход над обоймой механизма свободного хода 4 и не заклинятся в ней. С этого момента времени пружины 9 отдают накопленную энергию ведомому валу 3. При передаче пружиной 9 крутящего момента выходной вал 3 поворачивается и вместе с ним поворачивается ось вращения 10 пружины 9. Вследствие этого изменяется расстояние от оси вращения 10 пружины 9 до точки контакта храпового зуба 13 с обоймой механизма свободного хода 4. Изменение этого расстояния происходит за счет поступательного перемещения храпового зуба 13 вдоль его оси по свободному концу 12 пружины 9 посредством пружин сжатия 14. Если бы храповой зуб 13 был неподвижно закреплен на свободном конце 12 пружины 9, то после поворота оси вращения 10 пружины 9 происходило бы перемещение храпового зуба 13 по обойме механизма свободного хода 4, что вело бы к ее повреждению. With a sufficient moment of resistance on the driven shaft 3, the free ends 12 of the springs 9 rotate by the calculated angle and the rollers 6 lose contact with the cam profiles of the turns 16 of the springs 9. Further, the free ends 12 of the springs 9 together with ratchet teeth 13 continue to move under the action of elastic and inertia forces, until their teeth stop free wheeling over the clip of the free-wheeling mechanism 4 and become jammed in it. From this point in time, the springs 9 give up the stored energy to the driven shaft 3. When the spring transfers 9 torque, the output shaft 3 rotates and the rotation axis 10 of the spring 9 rotates with it. As a result, the distance from the rotation axis 10 of the spring 9 to the contact point of the ratchet tooth 13 with a clip of the freewheel 4. The change in this distance is due to the translational movement of the ratchet tooth 13 along its axis along the free end 12 of the spring 9 by means of compression springs 14. If the ratchet tooth 13 were stationary but is fixed on the free end 12 of the spring 9, then after rotation of the axis of rotation 10 of the spring 9, the ratchet tooth 13 would move along the clip of the freewheel mechanism 4, which would lead to its damage.

Ролики 6, продолжая движение вместе с водилом 5 и ведущим валом 2, входят в контакт с кулачковыми профилями витков 16 следующей пары пружин 9, после чего процесс деформации повторяется. The rollers 6, continuing to move together with the carrier 5 and the drive shaft 2, come into contact with the cam profiles of the turns 16 of the next pair of springs 9, after which the deformation process is repeated.

В последующих циклах на некоторых режимах работы передачи ролики 6 могут войти в контакт с очередной парой пружин 9, еще не отдавших полностью накопленную энергию ведомому валу 3. Свободные концы 12 этих пружин 9 еще не успели войти в контакт с упорами 15, поэтому их храповые зубья 13 находятся в зацеплении с обоймой механизма свободного хода 4. В этом случае кулачковые профили витков 16 пружин 9 входят в контакт с правыми скосами клиновых канавок 8 роликов 6. Под действием горизонтальной составляющей силы нормального давления со стороны скосов витки 16 пружин 9 перемещаются в центры клиновых канавок 8 роликов 6 до контакта с впадинами канавок 8. В результате храповые зубья 13, установленные на свободных концах 12 пружин 9, выводятся из контакта с обоймой механизма свободного хода 4 и возвращаются в исходное положение пружинами сжатия 14. Дальнейший процесс деформации пружин 9 аналогичен описанному выше. In subsequent cycles, in some operating modes of the transmission, the rollers 6 can come into contact with another pair of springs 9 that have not yet fully transferred energy to the driven shaft 3. The free ends 12 of these springs 9 have not yet come in contact with the stops 15, therefore their ratchet teeth 13 are meshed with the clip of the freewheel 4. In this case, the cam profiles of the turns 16 of the springs 9 come into contact with the right bevels of the wedge grooves of the 8 rollers 6. Under the influence of the horizontal component of the normal pressure force from the side of the bevels ki 16 springs 9 are moved to the centers of the wedge grooves 8 of the rollers 6 until they contact the troughs of the grooves 8. As a result, the ratchet teeth 13 mounted on the free ends 12 of the springs 9 are removed from contact with the clip of the freewheel 4 and returned to their original position by compression springs 14 The further process of deformation of the springs 9 is similar to that described above.

Использование предложенной передачи в механических приводах для автоматического бесступенчатого регулирования крутящего момента и угловой скорости ведомого вала в зависимости от нагрузки на нем позволит наряду с увеличением долговечности передачи улучшить надежность работы механизма свободного хода. Using the proposed transmission in mechanical drives for automatic stepless control of the torque and angular speed of the driven shaft, depending on the load on it, along with increasing the durability of the transmission will improve the reliability of the freewheel mechanism.

Claims

An automatic continuously variable transmission comprising a housing, coaxial driving and driven shafts located therein, a freewheel clip fixed in the housing, a driving link made in the form of a carrier with rollers having an annular wedge groove, torsion springs, each of which is connected at one end to driven shaft, ratchet teeth, each of which is installed on the other end of the torsion spring and is designed to interact with the clip of the freewheel mechanism, and cams according to the number of torsion springs, each of which is made n in the form of a spring coil designed to interact with the corresponding roller, bent in accordance with the profile of the roller groove, characterized in that the clip of the freewheel is made in the form of a smooth polyurethane ring, and each of the ratchet teeth is mounted on the other end of the torsion spring with the possibility of translational displacement along its axis.