Коробка переменных передач
Полезная модель относится к машиностроению, в частности к приводной технике. Цель полезной модели - расширение диапазона передаточных отношений коробок передач, повышение их нагрузочной способности и надежности работы при одновременном снижении габаритов и материалоемкости за счет установки на общем валу коробки передач планетарно-цевочных модулей со свободно вращающимися корпусами. Количество ступеней коробки передач равно количеству планетарно-цевочных модулей. Включение необходимой ступени коробки происходит за счет блокировки корпуса соответствующего планетарно-цевочного модуля.
Полезная модель относится к машиностроению, в частности к приводной технике (коробки переменных передач в автомобилестроении, редукторы с изменяемым передаточным отношением в станкостроении, многоскоростные мотор-редукторы, приводы многоскоростных грузоподъемных лебедок и пр.).
Известны коробки передач, включающих в себя однорядные планетарные передачи и тормозные устройства с электромагнитным или ручным управлением. Изменение передаточного числа у таких коробок производится путем блокировки в определенной последовательности внешних колес (венцов) какой-либо планетарной передачи [1].
При своей прогрессивности данные коробки имеют ряд ограничений по диапазону передаточных отношений из-за выполнения специальных условий (соосности, соседства и сборки), присущих только планетарным передачам. Выполнение данных условий не позволяет расширить диапазон передаточных отношений, усложняет конструкцию, увеличивает габариты коробок передач, снижает их нагрузочную способность, повышает материалоемкость и снижает надежность.
Известны технические решения, которые сохраняют положительные качества планетарных передач и, при этом имеют высокую нагрузочную способность при минимальных габаритах. Например, известен планетарно-цевочный редуктор [2], содержащий корпус с опорными подшипниками, в которых установлены поворотные фланцы и установленный в подшипниковых опорах фланцев центральный входной вал. Во внутренних выемках корпуса находятся свободно установленные зубья-ролики (цевки) взаимодействующие с эпициклоидальными зубьями двух сателлитов, расположенных с эксцентриситетом на подшипниках двойного оппозитного эксцентрика входного вала, при этом фланцы жестко связаны между собой посредством перемычек, проходящих через окна сателлитов. Количество эпициклоидальных зубьев сателлитов на единицу меньше чем количество цевок корпуса.
Отличительной особенностью планетарно-цевочных передач является возможность реализации весьма широкого диапазона передаточных отношений (от 6 до 191 и более) без изменения габаритов корпуса. Передаточное отношение планетарно-цевочных передач равно числу эпициклоидальных зубьев сателлитов, причем изменение количества зубьев сателлитов и цевок корпуса, в пределах первоначальных габаритов корпуса, не снижают нагрузочной способности передачи.
Развитием конструкций планетарно-цевочных редукторов является многосателлитный вариант исполнения. Например, известен планетарно-цевочный редуктор, содержащий две пары сателлитов с одинаковым числом эпициклоидальных зубьев [3]. Однако, предложенная конструкция не обеспечивает многоступенчатости передаточных отношений.
Целью предлагаемой полезной модели является расширение диапазона передаточных отношений коробок передач, повышение их нагрузочной способности и надежности работы при одновременном снижении габаритов и материалоемкости.
Поставленная цель достигается тем, что на общем быстроходном входном валу коробки передач установлены планетарно-цевочные модули, со свободно вращающимися корпусами. Планетарно-цевочные модули имеют различные передаточные отношения и требуемая передача (ступень) коробки выбирается путем блокировки корпуса соответствующего планетарно-цевочного модуля тормозным устройством, например фрикционными дисками. Количество степеней коробки передач равно количеству установленных планетарно-цевочных модулей.
Принципиальная конструкция технического решения поясняется на примере четырехступенчатой коробки передач с планетарно-цевочными модулями, изображенной на фиг.1.
Коробка переменных передач состоит из быстроходного входного вала 1, на котором установлены жестко закрепленные втулки-эксцентрики 4. Между втулками-эксцентриками установлены распорные втулки 11. На каждой втулке-эксцентрике 4 на подшипниках 5 установлены по два оппозитных сателлита 6, выполненных в виде плоских дисков с эпициклоидальными зубьями. Сателлиты своими эпициклоидальными зубьями взаимодействуют с зубьями-роликами (цевками) 7, расположенными в выемках корпусов 8 каждой ступени. Сателлиты 6 каждой ступени выполнены с числом зубьев на единицу меньше зубьев-роликов 7 соответствующих ступеней. Передаточное отношение модуля (ступени коробки) равно числу зубьев на соответствующих сателлитах. Между корпусами первой и второй, третьей и четвертой ступеней установлены два тормозных механизма T1 и Т2 (поз.9). В опорных подшипниках 3 корпуса коробки установлены поворотные фланцы 13, жестко связанные между собой пальцами-перемычками 10, которые взаимодействуют с сателлитами 6 через втулки 14, установленных в отверстиях сателлитов и тем самым приводят во вращение поворотные фланцы.
Коробка переменных передач с четырьмя планетарно-цевочными модулями работает следующим образом.
Для включения первой ступени коробки передач производится блокировка корпуса первого планетарно-цевочного модуля тормозом T1 при свободно установленном тормозе Т2. На фиг.1. изображена четырехступенчатая коробка передач при включенной первой ступени.
Передаточное отношение коробки при включенной первой ступени равно:
где nвх - частота вращения на входном валу;
nвых - частота вращения на выходном валу;
z1 - число зубьев сателлитов первого планетарно-цевочного модуля.
Вторая ступень коробки включается блокировкой корпуса второго планетарно-цевочного модуля тормозом T1 при свободно установленном тормозе Т2.
Передаточное отношение коробки при включенной второй ступени равно:
i2=z2,
где z2 - число зубьев сателлитов второго планетарно-цевочного модуля.
Третья ступень коробки включается блокировкой корпуса третьего планетарно-цевочного модуля тормозом Т2 при свободно установленном тормозе T1.
Передаточное отношение коробки при включенной третьей ступени равно:
i3=z3,
где z3 - число зубьев сателлитов третьего планетарно-цевочного модуля.
Четвертая ступень коробки включается блокировкой корпуса четвертого планетарно-цевочного модуля тормозом Т 2 при свободно установленном тормозе T1.
Передаточное отношение коробки при включенной четвертой ступени равно:
i4=z4,
где z4 - число зубьев сателлитов четвертого планетарно-цевочного модуля.
Вращение быстроходного входного вала 1 с втулками-эксцентриками 4 преобразуется в плоскопараллельное движение сателлитов 6 включенной ступени. Сателлиты обкатываются по цевкам 7 заблокированного корпуса 8 и сообщают редуцированное вращательное движение через пальцы-перемычки 10 поворотным фланцам 13. При этом сателлиты и корпуса незаблокированных планетарно-цевочных модулей свободно вращаются в опорах.
Предлагаемая конструкция позволяет изменять число ступеней коробки передач за счет изменения количества планетарно-цевочных модулей без существенной переделки конструкции коробки передач.
Коробка переменных передач с планетарно-цевочными модулями имеет весьма широкий диапазон передаточных отношений (от 6 до 191 и выше), повышенную нагрузочную способность, малые габариты (в 2,5 раза меньше чем коробки с планетарными передачами) и обеспечивает высокую надежность.
При анализе полезной модели на соответствие критерию «новизна» выявлено, что часть признаков заявленной совокупности являются новыми (одновременная установка планетарно-цевочных модулей с различным передаточным отношением на общий входной вал, возможность свободного вращения корпусов каждого планетарно-цевочного модуля при одновременной стяжке модулей пальцами-перемычками), и следовательно, техническое решение соответствует критериям «новизна».
Заявленное техническое решение позволяет расширить диапазон функционально-технологических возможностей планетарно-цевочных передач и создавать малогабаритные коробки переменных передач с широким диапазоном передаточных отношений, с большой нагрузочной способностью и высокой надежностью. Следовательно, заявленное техническое решение привлекательно для потребителя, может быть тиражировано, что соответствует критерию «промышленная применимость».
Источники информации:
1. Кожевников С.Н., Есипенко Я.И., Раскин Я.М. Механизмы. Справочник. Изд. 4-е, перераб. и доп. Под ред. С.Н.Кожевникова М., «Машиностроение», 1976.
2. Патент RU 
23477
3. Патент RU 2327069
1. Коробка переменных передач, содержащая однорядные планетарные передачи, установленные на общий вал и тормозные устройства, отличающаяся тем, что на общем валу коробки передач установлены планетарно-цевочные модули со свободно вращающимися корпусами, причем каждый корпус имеет возможность независимой блокировки тормозными устройствами.
2. Коробка переменных передач по п.1, отличающаяся тем, что планетарно-цевочные модули имеют различные передаточные отношения, а количество ступеней коробки равно количеству установленных на общий вал планетарно-цевочных модулей.
