Бесступенчатая коробка передач
Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к коробкам передач с бесступенчатым изменением передаточного отношения и может быть использована, например, в автомобилях и других транспортных средствах, а также в станках и буровых установках, там, где требуется плавное изменение передаточного отношения без потери мощности. Полезная модель направлена на упрощение конструкции и повышение надежности. Указанный технический результат достигается тем, что бесступенчатая коробка передач содержит корпус, в котором расположены входной вал, связанный зубчатой передачей с ведомым валом, конус и выходной вал, установленный соосно входному валу с возможностью независимого друг от друга вращения, по меньшей мере, один подвижный элемент, установленный на ведомом валу с возможностью контакта с конусом и перемещения вдоль него с помощью механизма осевого перемещения, муфта сцепления и механизм заднего хода. Подвижный элемент выполнен в виде шестерни со сферическими зубьями и установлен с возможностью постоянного зубчатого зацепления, а на всей поверхности конуса выполнены направляющие, поверхность контакта которых с этим зубьям соответствует конфигурации последних, ведомый вал установлен соосно входному валу. Направляющие выполнены в виде гнезд, расположенных в шахматном порядке или в виде дорожек 2 з.п. ф-лы, 5илл.
Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к коробкам передач с бесступенчатым изменением передаточного отношения и может быть использована, например, в автомобилях и других транспортных средствах, а также в станках и буровых установках, там, где требуется плавное изменение передаточного отношения без потери мощности.
Известна коробка передач с бесступенчатым изменением передаточного отношения для транспортных средств по авторскому свидетельству СССР 
1772007, B60K 17/08, содержащая подвижные вдоль оси ведомые конуса для передачи мощности через ведущий конус. Ведущий и ведомые конуса снабжены винтовыми поверхностями кинематического зацепления передачи мощности с одинаковыми ходами и противоположными заходами винтовых поверхностей ведущего конуса по отношению к заходам винтовых поверхностей двух противоположно расположенных относительно образующих ведущего конуса ведомых конусов. Ведомые конуса установлены на ведомых валах, каждый из которых расположен в плоскости, проходящей через ось ведущего вала подвижно и параллельно оси ведущего вала посредством подвижных опор, опирающихся на корпус с помощью силовых пружин и направляющих. На ведомых валах установлены конические шестерни, кинематически соединенные через шестерни, установленные на указанных опорах, с валом отбора мощности со свободой перемещения вдоль его оси. Ведомые валы и ведомые конуса выполнены как пары соответственно винты-гайки. Ведущий и выходной валы взаимно перпендикулярны.
Скорость вращения ведущего вала мала - не выше 30 км/час, так как ограничена жесткостью пружин на ведомых валах, контролирующих скорость изменения передаточного отношения, что снижает мощность конструкции и не соответствует уровню современного автомобилестроения.
Так как ведущий конус находится в винтовом зацеплении с ведомыми конусами, то передача движения последним ограничена длиной ведущего конуса и при дальнейшем вращении передача заклинит. Придется передавать движение в другую сторону и опять до конца ведущего конуса. В итоге, устройство не может передать непрерывное движение, что неприемлемо, например для автомобилей.
Кроме того, винтовое зацепление оказывает большое сопротивление при больших оборотах ведущего вала и пружины не в состоянии удержать ведомы конуса в зацеплении с ведущим конусом, что приводит к заклиниванию передачи, снижая надежность.
При вращении ведущего вала происходит постоянное принудительное перемещение ведомых конусов по ведущему конусу, что предусматривает постоянное изменение передаточного отношения и невозможность работы конструкции при постоянном передаточном отношении, что сужает эксплуатационные возможности автомобиля.
При развитии высокой скорости на ведущем валу, соответствующей скорости современных автомобилей, невозможно удержать в постоянном зацеплении ведомые конуса с помощью пружин, что приводит к поломке конструкции, тоже снижая надежность.
Устройство имеет большое количество связей из пружин и много деталей и узлов, что увеличивает габариты и усложняет конструкцию, снижая надежность.
И наконец, для передачи вращения на выходной вал необходимо сначала передать вращение на шестерни, связанные с ним, через ведомые валы. Однако при вращении ведущего конуса, расположенного на ведущем валу, приводятся в поступательное движение ведомые конуса посредством винтового соединения, которые могут передать ведомым валам также только поступательное движение, но не скоростное вращение. В результате, конструкция заклинит, как неработоспособная.
Известна также бесступенчатая коробка передач по авторскому свидетельству СССР 1369928, B60K 17/04, принятая за прототип и содержащая установленные в корпусе входной вал, соосно ему размещенный выходной вал, между которыми расположен конусный барабан, выполненный заодно с выходным валом, и фрикционный ролик, установленный с возможностью осевого перемещения и введенный в контакт с поверхностью конусного барабана прижимным устройством, промежуточный (ведомый) вал с шестерней, зацепленной с шестерней выходного вала, механизм заднего хода, муфты сцепления. Коробка передач снабжена парами шестерен постоянного зацепления, ведущая одной пары из которых установлена на выходном валу, а ведомая зацеплена на промежуточном валу, на котором с возможностью осевого перемещения установлена подпружиненная ведущая шестерня другой пары шестерен постоянного зацепления, зацепленная с ведомой шестерней, смонтированной на конусном барабане. Конусный барабан размещен между входными и выходными валами и выполнен заодно с выходным валом, а указанный ролик расположен на шлицах на установленном параллельно образующей конусного барабана промежуточном валу.
Конструкция устроена по типу планетарного механизма, имеет большое количество: крупных деталей - конусный барабан с рабочим элементом и зубчатым венцом, конус со шлицевым съемным элементом, зубчатым венцом и солнечной шестерней, шлицевые валы, на входном валу - солнечную шестерню, находящуюся в зацеплении с четырьмя шестернями; мелких узлов - шестерен, втулок, роликов, а также связей, в том числе пружинных. Это усложняет конструкцию, ее сборку и работу, снижая надежность.
Осевое перемещение ролика вдоль конуса обеспечивает гидропривод, что также усложняет конструкцию.
Задачей полезной модели является устранение указанных выше недостатков, а также упрощение конструкции и повышение надежности.
Бесступенчатая коробка передач содержит корпус, в котором расположены входной вал, связанный зубчатой передачей с ведомым валом, конус и выходной вал, установленный соосно входному валу с возможностью независимого друг от друга вращения, подвижный элемент, установленный на ведомом валу с возможностью контакта с конусом и перемещения вдоль него с помощью механизма осевого перемещения, муфта сцепления и механизм заднего хода.
В отличие от прототипа подвижный элемент выполнен в виде шестерни со сферическими зубьями и установлен с возможностью постоянного зубчатого зацепления, а на всей поверхности конуса выполнены направляющие, поверхность контакта которых с этим зубьям соответствует конфигурации последних, ведомый вал установлен соосно входному валу.
Направляющие выполнены в виде гнезд, расположенных в шахматном порядке или в виде дорожек, количество которых увеличивается к основанию конуса.
Установка входного вала с ведомым валом на одной оси и наличие конуса, находящегося в постоянном зубчатом зацеплении с шестерней ведомого вала, позволяет при минимальном количестве деталей постоянно передавать вращение ведомому валу, перемещая шестерню вдоль конуса (вне зависимости от длины конуса), как при фиксированном передаточном отношении, так и при изменяемом.
Наличие основного постоянного зубчатого зацепления (конус-шестерня) в механизме регулирования передаточного отношения упрощает конструкцию, повышая ее надежность при минимальном количестве деталей и узлов и в отсутствии пружинных связей, что также упрощает сборку и работу.
Конструкция направляющих, соответствующая конфигурации контактирующих с ними сферических зубьев, обеспечивает постоянное зацепление
шестерни с конусом при их взаимном вращении, повышая надежность зацепления. На валах конической формы только сферический (шаровой) зуб имеет свойство, не выходя из зацепления, надежно передвигаться по конусу, плавно меняя передаточное отношение, что подтверждается проведенными испытаниями.
Выполнение направляющих в виде дорожек обеспечивает большее ускорение, но меньшую мощность в сравнении с выполнением направляющих в виде гнезд. Такая конструкция оптимально подходит для легковых автомобилей.
Выполнение направляющих в виде гнезд обеспечивает более мощное соединение с шестерней, так как площадь прижатия зуба максимальна, но - меньшее ускорение в сравнении с предыдущим выполнением направляющих. Такая конструкция оптимально подходит для грузовых автомобилей.
Таким образом, все признаки являются существенными и решают поставленную задачу.
Полезная модель представлена на чертежах.
Фиг. 1 Бесступенчатая коробка передач, продольный разрез.
Фиг. 2 Зубчатое зацепление шестерни с конусом.
Фиг. 3 Конус с направляющими в виде дорожек.
Фиг. 4 Механизм заднего хода.
Фиг. 5 Конус с направляющими в виде гнезд.
Бесступенчатая коробка передач, содержит корпус 1, в котором расположены установленные на одной оси входной вал 2, подвижно соединенный с ведомым валом 3 и механизм регулирования передаточного отношения, включающий, конус 4, установленный с возможностью вращения вокруг своей оси, шестерню 5, жестко закрепленную на ведомом валу 3, и механизм осевого перемещения шестерни 5, содержащий винтовой вал 6, с которым винтовым соединением связана вилка 7 с возможностью перемещения вдоль него, фиг. 1. Вал 6 связан, например, с электродвигателем пошагового типа (не показано). Вилка 7 жестко связана с шестерней 5 и установлена в ее пазу. Шестерня 5 имеет сферические зубья 8 и установлена с возможностью перемещения вдоль конуса 4 с помощью постоянного зубчатого зацепления с ним. Хвостовик ведомого вала 3 вставлен во входной вал 2 через подшипник 9 для обеспечения независимого вращения валов 3 и 2. На поверхности конуса 4 выполнены направляющие 10, поверхность контакта которых с зубьями 8 шестерни 5 соответствует конфигурации этих зубьев 8, фиг. 2. Направляющие 10 выполнены в виде гнезд 11, фиг.5, расположенных в шахматном порядке, или параллельных дорожек 12, количество которых периодически увеличивается (что зависит от конусности) по мере приближения к основанию конуса 4, и в месте увеличения дорожек часть из них имеет изгиб, фиг. 3. Зубья на шестерне 5 могут быть расположены, например в два ряда для грузовых автомобилей. Конус 4 выполняет функцию промежуточного вала и связан с входным валом 2, на котором подвижно установлена через игольчатый подшипник 13 косозубая шестерня 14, находящаяся в постоянном зацеплении с шестерней 15, связанной с конусом 4 и установленной на его оси. На входном валу 2 жестко закреплена известная муфта сцепления (муфта синхронизатора) 16, соединенная с шестерней 14 с возможностью разъединения. Коробка передач содержит известный механизм заднего хода, включающий паразитную зубчатую шестерню 17, жестко закрепленную в корпусе 1 и установленную с возможностью периодического зубчатого зацепления одновременно с муфтой 16 и шестерней 18, связанной с конусом 4 и установленной на его оси, фиг. 4. Входной вал 2 связан с двигателем внутреннего сгорания ДВС (не показано).
Устройство работает следующим образом. При движении, например, автомобиля вперед подвижные выступы муфты 16 входят с пазы шестерни 14, обеспечивая жесткое взаимное соединение. От ДВС вращается входной вал 2, который передает вращение через муфту 16 шестерне 14, потом шестерне 15 и затем конусу 4. Вращаясь, конус 4 передает вращение через шестерню 5 ведомому валу 3 и выходному валу 19. Для изменения передаточного отношения (например, увеличения скорости) включают механизм осевого перемещения шестерни 5, вращается винтовой вал 6, вдоль которого по резьбе перемещается вилка 6. В свою очередь вилка 7 тянет влево (или вправо для уменьшения скорости) шестерню 5, которая вращаясь, плавно перемещается вдоль конуса 4, не выходя из зацепления. Для определения необходимого положения шестерни 5 на конусе 4 электродвигатель винтового вала 6 управляется сигналом с известного электронного блока управления, связанного с ДВС (не показано).
Для заднего (обратного) хода подводят паразитную шестерню 17 в зацепление с муфтой 16 и шестерней 18, фиг. 4, а подвижные выступы муфты 16 выводят из пазов шестерни 14 (из зацепления). Вращение с входного вала 2 передается через муфту 16 паразитной шестерне 17, затем шестерне 18 и через нее конусу 4. Далее работа аналогична описанному выше.
При нейтральном положении муфту 16 выводят из зацепления с шестерней 14, и паразитная шестерня 17 находится вне зацепления.
1. Бесступенчатая коробка передач, содержащая корпус, в котором расположены входной вал, связанный зубчатой передачей с ведомым валом, конус и выходной вал, установленный соосно входному валу с возможностью независимого друг от друга вращения, подвижный элемент, установленный на ведомом валу с возможностью контакта с конусом и перемещения вдоль него с помощью механизма осевого перемещения, муфта сцепления и механизм заднего хода, отличающаяся тем, что, подвижный элемент выполнен в виде шестерни со сферическими зубьями и установлен с возможностью постоянного зубчатого зацепления, а на всей поверхности конуса выполнены направляющие, поверхность контакта которых с этим зубьям соответствует конфигурации последних, ведомый вал установлен соосно входному валу.
2. Бесступенчатая коробка передач по п. 1, отличающаяся тем, что направляющие выполнены в виде гнезд, расположенных в шахматном порядке.
3. Бесступенчатая коробка передач по п. 1, отличающаяся тем, что направляющие выполнены в виде дорожек, количество которых увеличивается к основанию конуса.
РИСУНКИ
