Автоматична безступінчаста передача

Пропонуємий винахід відноситься до області автоматичних безступінчастих передач і може використовуватися на транспорті, в будівельних, сільськогосподарських машинах та інших областях техніки, де необхідне автоматичне безступеневе регулювання швидкості виконавчих органів залежна від навантаження на них. Завдяки простоті та надійності, високій вантажоспроможності, стабільності, передаточного відношення, високому ККД, компактності та дешевизні найбільше розповсюдження в техніці одержали передачі зубчасті. Проте, у багатьох випадках, стабільність передаточного відношення стає істотною хибою таких передач, яка не дозволяє без постійної корекції передаточного відношення повністю реалізувати потужність двигуна (Лапидус В.И., Петров В.А. Гидромеханические передачи автомобилей. - М.: Машгиз, 1961. - С.6). Відомі варіатори, звичайно фрикційні, різняться плавністю регулювання швидкості, але не мають автоматизму і застосовуються в малопотужних приводах, оскільки із зростанням потужності ускладнюється їх конструкція (Есипенко Я.И. Механические вариаторы скорости. - Гостехиздат, УССР, 1961. - С.8). Гідротрансформатори, володіючи автоматизмом та плавністю регулювання швидкості, мають обмежений коефіцієнт трансформації при низькому ККД і застосовуються звичайно послідовно зі ступінчастими передачами та складними системами автоматичного управління (гідромеханічні передачі). Через це погіршується плавність регулювання, а через значні втрати не в повній мірі реалізується потужність двигуна (Лапидус В.И., Петров В.А. Гидромеханические передачи автомобилей. - М.: Машгиз, 1961. - С.8). Відома автоматична передача (Патент США №3626788. кл. F16h57/10, 1972), яка складається з гідротрансформатора, системи автоматичного управління і подвійної планетарної передачі, що містить два сонячних колеса, які з'єднуються за допомогою фрикційних муфт з валом турбіни гідротрансформатора, одне із яких (першого планетарного ряду) зчеплене із довгими сателітами, а друге - із короткими, змонтованими з можливістю обертального руху на спільному водил). Довгі сателіти зчеплені із короною першого ряду, блокованою гальмом, а короткі - із короною другого планетарного ряду і довгими сателітами першого ряду. Водило блокується муфтою вільного ходу і додатково гальмом, але через фрикційну муфту може з'єднуватися з валом турбіни гідротрансформатора. У такому вигляді автоматична передача не має плавності регулювання швидкості в широкому діапазоні, бо по суті її безступінчатість забезпечується лише у вузькому діапазоні гідротрансформатором, а планетарні ряди використовуюгься в якості редукторів з незмінними передаточними відносинами (ступенями), які автоматично приєднуються до гідротрансформатора. Крім того, у неї невисока надійність через гідротрансформатор, муфти, гальмо і складну систему автоматичного управління, низький ККД, велика маса і габарити, складність у виготовленні та обслуговуванні, висока вартість. Найбільш близькою за технічною сутністю до заявляємої є автоматична безступінчаста передача (Патент США №4334440, кл. F16h57/10, 1982), яка має три планетарних ряди, що складаються із сонячного колеса, корони, водила і встановлених на ньому сателітів, в яких сонячні колеса першого і третього ряду з'єднані між собою, водило першого ряду з'єднане із короною другого, сонячне колесо другого ряду із короною третього, а водило другого ряду встановлене нерухомо. Ведучою є корона першого ряду, а веденим - водило третього планетарного ряду. І все ж, вона не може автоматично залежно від навантаження змінювати передаточне відношення. Гальмо, передбачене для фіксації корони третього ряду, при його вмиканні, перетворює передачу в звичайний планетарний редуктор з постійним передаточним відношенням. При розгальмуванні у передачі з'являється ще одна міра волі, що робить її взагалі нероботоспроможною. Щоб переконатися у цьому - досить закріпити вихідний вал. При цьому, вхідний вал може обертатися без всяких обмежень. В основу винаходу покладено завдання удосконалити автоматичну безступінчасту передачу за рахунок нового взаємозв'язку елементів планетарних рядів, який дозволяє забезпечити плавну автоматичну зміну швидкості залежно від навантаження на вихідному валу, дає можливість спростити конструкцію, підвищити її надійність і ККД, поширити діапазон автоматичного регулювання передаточного відношення. Поставлена мета досягається тим, що в автоматичній передачі, що містить три планетарних ряди, які складаються із сонячного колеса, корони, водила і сателітів на ньому, згідно з винаходом, останні два ряди мають спільну ланку, наприклад, корону, встановлену з можливістю обертання навколо осі передачі, при цьому їх ведучі ланки, наприклад, сонячні колеса, з'єднані із веденими ланками першого ряду, наприклад, із короною і водилом, а ланка другого ряду така ж як і ведена передачі, наприклад, водило, встановлена нерухомо. Запровадження в передачі спільної для другого і третього рядів, встановленої з можливістю обертання навколо основної осі, і ланки, наприклад, корони, дозволяє: розфіксувати корону третього ряду і дати їй можливість як одній із складових швидкостей впливати на швидкість веденого вала, що знімає усі обмеження стосовно і передаточному відношенню, пов'язані з нерухомою короною; перенести опорну ланку з корони третього ряду на нерухоме водило другого ряду, яке забезпечує реактивний момент і рівний активному на веденому валу передачі незалежно від швидкості і напрямку обертання корони (зворотній зв'язок з навантаженням); постійно і автоматично корегувати кутову швидкість веденого вала за рахунок корекції швидкості і напряму обертання ведучих ланок третього ряду. Роль коректора в передачі, що заявляється, відведена першому ряду, який працює в режимі диференціалу, що розкладає швидкість ведучої ланки на дві швидкості ведених. Сутність винаходу пояснюється кінематичною схемою передачі, наведеною на кресленні (фіг.). Запропонована передача містить: I - перший планетарний ряд, II - другий планетарний ряд, III - третій планетарний ряд. Перший планетарний ряд складається з ведучої ланки - сонячного колеса 1, водила 2, встановлених на ньому сателітів 3, і корони 4. Другий планетарний ряд містить сонячне колесо 5, сполучене з короною 4 першого ряду, сателіти 6, встановлені на осях нерухомого водила 7, і спільну з третім планетарним рядом корону 8, встановлену з можливістю обертання навколо основної осі передачі. До складу третього планетарного ряду входить сонячне колесо 9, сполучене із водилом 2 першого ряду, сателіти 10, встановлені на осях водила 11, і спільну з другим планетарним рядом корону 8. Запропонована передача працює таким чином. До ведучого вала передачі (сонячне колесо 1 першого ряду), наприклад, від двигуна автомобіля, підводиться потужність при постійному моменті і числі обертів. Відповідно навантаженню на вихідному валу передачі (вал водила 11 планетарного ряду III на нертухомому водилі другого ряду з'являється такий самий, але реактивний, момент і вся система (завдяки рухомості спільної ланки) приходить у динамічну рівновагу, яка постійно підтримується першим планетарним рядом за рахунок перерозподілу кутових швидкостей. При цьому, швидкість обертання вихідного вала регулюється прискоренням або уповільненням корони 8, пов'язаної через сателіти 6 і сонячне колесо 5 із веденою короною 4 першого ряду, і сонячного колеса 9, пов'язаного з водилом 2 першого ряду. Передаточне відношення передачі змінюється в межах від передаточного відношення при спиненій короні 8 (працює як звичайний редуктор) до відношення, обмеженого оптимальною швидкістю найбільш швидкохідної ланки передачі, наприклад, сателіта 3. Передача автоматично підтримує рівність M1 × w 1 - M11 × w 11, де M1 - постійний крутний момент на ведучому валу передачі (сонячного колеса 1). w 1 - постійна кутова швидкість ведучого вала передачі (сонячного колеса 1) M11 - змінний крутний момент (навантаження) на веденому валу передачі (водила 11) w 11 - змінна кутова швидкість веденого вала передачі (водила 11). Найбільший момент, що виникає на веденому валу передачі, реалізується при спиненій короні 8. Подальше збільшення навантаження веде до зупинки двигуна. Перевагами такої передачі є: простота конструкції, надійність, малі габарити, автоматичне безступінчасте регулювання швидкості веденого вала залежно від навантаження, повне використання потужності двигуна і кінематичних можливостей планетарної передачі, високий ККД. Треба відзначити, що на місці планетарних рядів може бути використана будь-яка з відомих планетарних передач, а на місці спільної ланки - будь-яка із основних ланок планетарного ряду.