Изобретение относится к области общего машиностроения, а именно, к механизмам для преобразования скорости вращения без использования зубчатых колес, а более конкретно, к передачам момента вращения посредством цепочки шариков. Оно может быть использовано в приводах машин и механизмов самого широкого назначения. Особенно перспективно его использование в качестве модуля для конструирования ступенчатых коробок переключения скоростей для транспортных средств.

Предшествующий уровень техники.

Известен шариковый передающий узел (US Ns 5,016,487), который представляет собой три последовательно расположенных соосных диска. Крайние диски выполнены с замкнутыми периодически изогнутыми дорожками качения, и являются входным и выходным звеньями. Промежуточный диск выполнен с радиальными прорезями, в которых расположены шарики, взаимодействующие с дорожками качения входного и выходного дисков. Промежуточный диск является реактивным звеном, связанным с корпусом.

На основе шарикового передающего узла в этом же патенте предложена конструкция коробки передач, изображенная на фиг. 6 описания к патенту. Она содержит корпус, в котором установлены передающие узлы - модули, соединенные последовательно. Ведущим валом коробки передач является входное звено первого

передающего модуля. Ведомый вал коробки передач с помощью управляемого многопозиционного переключателя соединяется поочередно с выходом каждого модуля, т.е. передаточное число любой передачи определяется как произведение передаточных чисел включенных последовательно модулей. Описанные шариковый передающий узел и коробка передач на его основе имеют следующие недостатки. Передающий узел имеет невысокий кпд и ограничения по передаваемому моменту, обусловленные трением шарика в прорезях промежуточного диска. Коробка передач, кроме того, имеет ограниченное число переключаемых передач, равное числу передающих модулей. Увеличение числа последовательно включенных модулей нецелесообразно, так как при этом резко снижается кпд коробки в целом.

Известен эпициклический редуктор (US 4,643,047), в котором устраняются недостатки, вышеописанного шарикового передающего узла. Он содержит диск, закрепленный на корпусе (статор), и выходной диск, между которыми расположен промежуточный диск. Промежуточный диск посажен с возможностью вращения на эксцентрике входного вала. На обращенных друг к другу поверхностях статора и промежуточного дисков, а также промежуточного и выходного дисков выполнены периодические эпи - и гипотрохоидальные дорожки. В сопрягающихся дорожках статора и промежуточного диска расположена цепочка шариков, каждый из которых контактирует одновременно с обеими дорожками с передачей момента вращения. Точно также в аналогичных дорожках промежуточного и выходного дисков расположена вторая цепочка шариков, образуя второе шариковое зацепление. Отсутствие диска с прорезями в каждом из шариковых зацеплений увеличивает кпд и передаваемую нагрузку. По аналогичному принципу построен дифференциальный преобразователь скорости, изображенный на фиг. 8 описания к патенту US 4,829,851. Передающий узел данного преобразователя авторы назвали «бeззyбым», так как он построен без зубчатых колес. Передающий узел содержит три установленных последовательно диска. Крайние диски имеют на обращенных друг к другу поверхностях замкнутые периодические синусоидальные дорожки качения. Средний диск имеет на обеих своих поверхностях замкнутые периодические дорожки, которые совместно с дорожками крайних дисков образуют две пары сопрягающихся дорожек, зацепляющихся посредством двух цепочек шариков. Каждый шарик в цепочке контактирует с обеими сопрягающимися дорожками качения. Число периодов сопрягающихся дорожек

отличается на 2. Средний диск посажен с возможностью вращения на эксцентрике входного вала, проходящего сквозь отверстие в одном из крайних дисков. Этот крайний диск является опорным. Другой крайний диск жестко связан с выходным валом, который вращается с результирующей скоростью, зависящей от скоростей вращения входного вала и опорного диска. Если опорный диск неподвижен, т.е. связан с корпусом, то передаточное отношение в устройстве определено как ± 2/z ₂ ± 2/z ₃ , где Z ₂ и Z ₃ числа периодов дорожек качения на среднем диске, сопрягающихся с дорожкой качения на опорном диске и на выходном диске соответственно. Знаки + и - зависят от соотношения чисел периодов сопрягающихся дорожек. Указанный шариковый передающий узел принимаем за прототип.

Таким образом, шариковый передающий узел с конкретным набором дорожек качения с определенными числами периодов будет обеспечивать одно передаточное отношение. Для обеспечения другого передаточного отношения необходимо изготавливать дорожки качения с другими параметрами. Передающий узел достаточно прост по конструкции, и наиболее трудоемкими в изготовлении у него будут именно дорожки качения.

В связи с этим ставится задача расширения функциональных возможностей шарикового передающего узла с одним набором дорожек качения, чтобы, изготовив один наиболее трудоемкий узел, можно было бы создать механизмы с разными передаточными отношениями. Техническим результатом изобретения является получение на конкретном наборе дорожек качения более одного передаточного отношения, что позволит получать на одном передающем узле — модуле несколько передач. Это, в свою очередь, дает возможность реализовать на основе предложенного передающего узла коробку передач с повышенным числом передач на минимальном числе передающих модулей.

Сущность изобретения.

Поставленная задача решается тем, что шариковый передающий узел преобразователя скорости, как и прототип, содержит три последовательно расположенных дисковых элемента вращения с периодическими дорожками качения на обращенных друг к другу поверхностях, образующих две пары сопрягающихся дорожек качения. Каждая пара сопрягающихся дорожек зацепляется посредством цепочек шариков, находящихся в постоянном контакте с обеими периодическими поверхностями. Два крайних диска соосны друг с другом, а средний диск посажен на эксцентрике проходящего внутри узла вала с возможностью вращения, т.е. на

подшипнике. В отличие от прототипа, снаружи передающего узла коаксиально крайним дискам установлена с возможностью вращения дополнительная охватывающая втулка. На внутренней поверхности охватывающей втулки в области среднего диска выполнен эксцентричный участок, в котором с возможностью вращения: посажен средний диск. Величины эксцентриситетов участка втулки и внутреннего вала одинаковы. Таким образом, средний диск посажен с возможностью независимого вращения между внутренним валом и наружной охватывающей втулкой эксцентрично относительно крайних дисков.

Возможен и еще один вариант решения той же задачи, объединенный общей идеей. Шариковый передающий узел в этом варианте, как и прототип, содержит три последовательно расположенных дисковых элемента вращения с периодическими дорожками качения на обращенных друг к другу поверхностях, образующих две пары сопрягающихся дорожек качения. Каждая пара сопрягающихся дорожек зацепляется посредством цепочек шариков, находящихся в постоянном контакте с обеими периодическими поверхностями. Два крайних диска соосны друг с другом. В отличие от прототипа, коаксиально крайним дискам с возможностью вращения установлена дополнихельная охватывающая втулка. На внутренней поверхности охватывающей втулки в области среднего диска выполнен эксцентричный участок, в котором с возможностью вращения, т. е. на подшипнике, посажен средний диск. Таким образом, средний диск посажен в дополнительной втулке эксцентрично относительно крайних дисков. Этот вариант отличается от первого только тем, что он не имеет внутреннего вала с эксцентриком, его функцию берет на себя наружная эксцентриковая втулка.

Предложенные передающие узлы позволяют создать очень эффективную и компактную ступенчатую коробку передач, используя метод перебора передаточных отношений модулей, так как это описано в патенте US 4,599,848. Для этого передающий узел по первому варианту изобретения на входе и/или выходе снабжен управляемыми элементами переключения передач, которые в одном из положений переклкучения соединяют с внешним подвижным звеном эксцентриковый вал передающего узла при одновременном соединении с корпусом одного из крайних дисков. В другом положении элементы переключения соединяют с внешним подвижным звеном один из крайних дисков при одновременном соединении с корпусом охватывающей эксцентриковой втулки и в третьем положении переключения - соединяют с внешним звеном два любых звена модуля одновременно. При этом под внешним подвижным звеном понимается либо ведущий или ведомый

валы коробки передач (в случае одного модуля), либо входной вал последующего модуля, либо выходной вал предыдущего модуля, в случае коробки передач из нескольких передающих узлов - модулей.

Таким образом, даже один передающий узел, снабженный соответствующими переключателями, сам является коробкой передач как минимум с тремя скоростями. Краткое описание фигур чертежей.

Изобретение иллюстрируется фиг. 1 - 18. На фиг. 1 показан в разрезе шариковый передающий узел по первому варианту изобретения, оформленный в виде модуля. На фиг 2 приведено сечение по А - А этого модуля. На фиг. 3 - 9 показаны схемы получения на основе первого варианта изобретения шести различных передач. На фиг. 10 дан разрез второго варианта шарикового передающего узла. Фиг. 11 - 16 представляют различные схемы подключения этого передающего узла для получения различных передаточных отношений. На фиг. 17 и 18 показана трехскоростная коробка передач с разными положениями переключателей. Варианты осуществления изобретения

Изображенные на фигурах 1, 2 и 10 модули могут выпускаться как самостоятельные изделия и затем встраиваться по аналогии с подшипником в различные механизмы для получения разных передаточных отношений. Модуль на фиг. 1,2 содержит три расположенных последовательно друг за другом диска 1, 2, 3. Диск 1 на своей плоской поверхности, обращенной к диску 3, имеет периодическую дорожку качения 4. Такая же дорожка качения 5, только с иным числом периодов выполнена на поверхности диска 3. Дорожки 4 и 5 образуют пару сопряженных дорожек, в пересечении которых размещена цепочка шариков 6. Шарики 6 находятся в контакте с обеими дорожками 4 и 5. На противоположной стороне диска 3 также выполнена периодическая дорожка качения 7, образующая с дорожкой качения 8 на диске 2 сопрягающуюся пару дорожек. В пересечении этих дорожек расположены шарики 9. Числа периодов дорожек качения 4, 5, 7 и 8 обозначим соответственно как Z ₄ , Z ₅ , Z ₇ , Z ₈ . Числа периодов сопрягающихся дорожек могут совпадать друг с другом и числом шариков, а также отличаться друг от друга на 1 и на 2. В первом случае дорожки представляют собой систему разнесенных по окружности замкнутых кольцевых канавок, и зацепление передает вращение без изменения скорости. Если числа периодов сопрягающихся дорожек отличаются на 1, то одна из дорожек - замкнутая периодически изогнутая канавка, а другая периодическая дорожка представляет собой систему разнесенных по окружности лунок или кольцевых

U2005/000486

6 канавок, число которых равно числу шариков. Возможен и третий вариант сочетания дорожек, когда число их периодов отличается на 2. Тогда число шариков на 1 меньше числа периодов одной дорожки и на 1 больше числа периодов другой. Обе дорожки качения представляют собой замкнутые периодически изогнутые канавки. Крайние диски 1 и 2 соосны и посажены с помощью подшипников 10 и 11 на вал 12, проходящий насквозь внутри модуля. Вал 12 имеет в своем среднем участке эксцентрик 13, на котором с помощью подшипника 14 посажен средний диск 3. Таким образом, средний диск 3 эксцентрично смещен относительно дисков 1 и 2. Снаружи модуль охватывает втулка 15, посаженная коаксиально крайним дискам 1 и 2 на подшипниках 16 и 17. Подшипники 16 и 17 обеспечивают возможность вращения охватывающей втулки 15 относительно оси 0O ₁ передающего узла. На внутренней поверхности охватывающей втулки 15 выполнен эксцентричный участок 18, в котором на подшипнике 19 посажен средний диск 3. Эксцентрики 13 и 18 имеют одинаковый эксцентриситет и одинаковую направленность. Поскольку модуль должен работать в составе какого-либо приводного механизма, то должны быть предусмотрены элементы крепления его звеньев к звеньям внешнего механизма. На фиг. 1 таким элементом для внутреннего вала 12 является шпонка 20 на одном конце вала и лыска 21 - на другом. Для связи дисков 1 и 2 со звеньями внешнего механизма предусмотрены отверстия 22 и 23 под крепежные винты. Связь наружной охватывающей втулки 15 с подвижными внешними звеньями целесообразно выполнить клиноременной передачей. Для этого на наружной поверхности втулки 15 предусмотрены гофры 24. Совершенно очевидно, что описываемые здесь элементы крепления не являются единственно возможными. Связь звеньев может быть выполнена любым известным в технике образом. Например, для втулки 15 это могут быть торцевые шлицы 25, показанные на нижней части рисунка. Вал 12 может быть выполнен полым с элементами крепления на его внутренней поверхности.

Обратимся теперь к фигурам 3 - 9, иллюстрирующим возможность получения на одном и том же модуле разных передаточных отношений в зависимости от подключения модуля. В передаче на фиг. 3 ведущим звеном является внутренний вал 12 с эксцентриком 13. Диск 1 является реактивным, соединенным с корпусом. На фиг. 3 это показано условно. Диск 2 соединен с ведомым валом 26. В этом случае наружная охватывающая втулка 15 будет звеном, связанным с внутренним валом 12 через эксцентрики 13 и 18 и подшипники 14, 19, и при вращении вала 12 будет свободно

вращаться вместе с ним. Средний диск 3 кроме планетарного движения относительно оси передачи 0O ₁ имеет возможность вращения вокруг собственной подвижной оси. Передача при таком включении модуля аналогична прототипу, и передаточное отношение механизма определится как ϊj = 1/(1- Z ₅ Z ₈ / Z ₄ Z ₇ ). На фиг. 4 ведущим звеном является наружная охватывающая втулка 15, для чего на её наружной поверхности выполнен зубчахый венец 27, зацепляющийся с зубчатым колесом 28 на ведущем валу 29. Диск 1 является выходным звеном, и соединен с ведомым валом 26. Диск 2 - реактивное неподвижное звено, соединенное с корпусом. Такое подключение модуля дает передачу с параллельными ведущим 29 и ведомым 26 валами. Передаточное отношение модуjtя равно i ₂ = 1/(1- Z ₇ Z ₄ / Z ₈ Zs).

Следует отметить, что передаточное отношение между ведущим валом 29 и ведомым 26 будет отличаться от i ₂ из- за дополнительной зубчатой передачи 28-27. В этой схеме ведущим валом может быть и вал 12 с эксцентриком 13. Из-за связи вала 12 и втулки 15 эксцентриками 13 и 18 обе передачи будут идентичны по принципу действия, и дадут одинаковый результат - передаточное отношение модуля, равное i ₂ .

В передаче на фиг. 5 к ведущему валу 30 подсоединен диск 1, являющийся ведущим звеном. Реактивным звеном является соединенная с корпусом охватывающая втулка 15. Ведомое звено - диск 2 подсоединен к ведомому валу 26. Диск 3 в этой передаче посажен в неподвижной втулке 15 эксцентрично относительно дисков 1 и 2. Благодаря такой посадке он может только вращаться относительно оси, смещенной от оси 0Oi передачи на расстояние, равное эксцентриситету. Передаточное отношение модуля равно iз = Z ₅ - Z ₈ /Z ₄ ^• Z ₇ .

Подключение передающего узла на фиг. 6 и 7 дает передаточное отношение i ₄ = 1. Ведущий вал 30 на фиг. 6 одновременно подсоединен к диску 1 и к валу 12 с эксцентриком 13. Ведомым является диск 2. Модуль в этом случае заблокирован и вращается как единое целое, момент к ведомому валу 26 передается через шариковое зацепление цепочки шариков 9 с дорожками качения: 7 и 8.

На фиг. 7 момент вращения от ведущего вала. 30 к ведомому валу 26 передается через сквозной вал 12 соединенный с ними обоими. Все остальные звенья передачи вращаются вместе с ними как одно целое.

В передаче на фиг. 8 ведущим звеном модуля является диск 1, для чего он соединен с ведущим валом 30. Реактивным звеном является диск 2, соединенный с корпусом. Ведомым звеном является вал 12 с эксцентриком 13, соединенный с ведомым валом 26. Передаточное отношение модуля i ₅ = 1- Z ₇ -Z ₄ / Zs-Z ₅ . Следует

отметить, что в данной передаче ведомым звеном может быть и охватывающая втулка 15 с эксцентриком 18, так как втулка 15 и вал 12 связаны между собой эксцентриками 13 и 18. Для передачи вращения от втулки 15 к ведомому валу целесообразно воспользоваться дополнительной зубчатой или ременной передачей. В результате мы получим передачу с параллельными валами, и передаточным отношением, отличающимся от i ₅ на передаточное отношение зубчатой или ременной передачи.

И, наконец, при подключении модуля, как это показано на фиг. 9, ведущим звеном будет соединенный с ведущим валом 30 диск 2, а реактивным звеном диск 1. Ведомым звеном в этом случае могут быть как охватывающая втулка 15, так и внутренний вал 12. Однако конструктивно осуществить отбор мощности от наружной втулки 15 проще. На фигуре 9 для этого наружная поверхность втулки 15 выполнена с зубчатым колесом 27, зацепляющимся с колесом 28 на ведомом валу 26. Передаточное отношение модуля i ₆ = =1- Z ₅ -Z ₈ / Z ₄ -Z ₇ , а передаточное отношение между ведомым валом 26 и ведущим валом 30 будет равно i ₆ ^• Z ₂₈ /Z ₂₇ .

Как мы уже поясняли выше, в предлагаемом модуле внутренний вал связан с наружной втулкой с помощью среднего диска и одинаковых эксцентричных участков, выполненных на валу и внутри втулки. Это означает, что движение и функции этих связанных звеньев совершенно одинаковы. Этот факт позволяет создать модуль без внутреннего эксцентрикового вала. Вариант модуля без внутреннего вала изображен на фиг. 10. Диски 1 и 2 с общей осью вращения 0O ₁ коаксиально посажены в наружной охватывающей втулке 15 с помощью подшипников 16 и 17. Внутренняя поверхность втулки 15 в средней области выполнена с эксцентричным участком 18. Внутри эксцентрика 18 на подшипниках 19 посажен средний диск 3. Ось вращения этого диска смещена относительно оси 0O ₁ на величину эксцентриситета эксцентрика 18. Внутри всех дисков может быть выполнено сквозное отверсхие. Наличие такого отверстия необходимо при использовании модуля, например, в приводах задвижек, где нужно иметь свободное пространство для хода штока задвижки. На плоских поверхностях дисков 1, 2 и 3, обращенных друг к другу, выполнены периодически изогнутые дорожки качения 4, 5, 7, 8. Обращенные друг к другу дорожки 4 и 5, 7 и 8 образуют сопрягающиеся пары, которые зацепляются друг с другом посредством двух цепочек шариков 6 и 9. Крепежные отверстия 22 и 23 в дисках 1 и 2 служат для подсоединения дисков к ведущему, ведомому валам или к неподвижному корпусу. Для этих же целей могут использоваться внутренние отверстия в дисках 1 и 2, которыми их

можно жестко посадить на соосные валы. Наружную втулку 15 удобнее всего соединить с другим подвижным звеном дополнительной передачей с несоосными валами (зубчатой, фрикционной или с гибкой связью). На фиг. 10 в качестве гибiсой связи предусмотрено использование клиноременной передачи, для чего на внешней поверхности втулки 15 выполнены гофры 24 для клинового ремня. Рассмотрим различные подключения модуля более подробно.

На фиг. 11 ведущим звеном является охватывающая втулка 15 с эксцентриком 18, для чего она соединена с ведущим валом 29 гибкой связью. На данном рисунке это клиновой ремень 31, передающий вращение ведущего вала 29 к втулке 15. Ведоiviым звеном является диск 2, соединенный с ведомым валом 26. Диск 1 является реактивным звеном, соединенным с неподвижным корпусом. Вал 26 в данном варианте выполнен сквозным, и его противоположный конец 32 с помощью подшипников 10 посажен в корпусном диске 1 для устранения консольной посадки вала 26. Передача по принципу действия не отличается от передаточного механизма на фиг. 3, поэтому её передаточное отношение равно I ₁ . Передачу с ведущей эксцентриковой втулкой наиболее эффективно использовать для передачи вращения между параллельными валами, используя для соединения наружной втулки 1 5 с ведущим валом 29 гибкую связь в виде клиноременной передачи 31 или, например, зубчатое соединение. Эта дополнительная связь позволяет корректировать передаточное отношение ii до требуемых величин. При необходимости получения передачи с соосными валами, ведущую втулку 15 можно соединить с подвижным внешним звеном с помощью полого вала, коаксиального ведомому валу 26 (на фиг. не показан).

На фиг. 12 показана схема включения второго варианта модуля, аналогичная схеме на фиг. 4. Здесь ведущим звеном также является наружная охватывающая втулка 15, связанная клиновым ремнем Зl с ведущим валом 29. Реактивный диск и ведоiмый диск поменялись местами по сравнению с фиг. 11. Диск 1 - ведомый, соединен с ведомым валом 26, а диск 2 — соединен с неподвижным корпусом. Соответственно передаточное отношение будет равно i ₂ , так как оно определяется точно так же, как и для модуля на фиг.4.

Подключение модуля на фиг. 13 аналогично схеме подключения на фиг, 5. С неподвижным корпусом соединена наружная охватывающая втулка 15, диск 1 является ведущим звеном и соединен с ведущим валом 30, а диск 2 соединен с ведомым валом 26. Для дополнительного центрирования дисков 1 и 2 друг

относительно друга вал 30 продлен по другую сторону диска и его противоположный конец на подшипнике 11 посажен в отверстии диска 2. Передаточное отношение модуля при такой схеме включения равно i ₃ .

На фиг. 14 с ведущим валом 30 соединены одновременно и диск 1 и наружная охватывающая втулка 15 с эксцентричным участком 18. Схема аналогична схеме на фиг. б и имеет передаточное отношение, равное 1. Поскольку модуль по второму варианту имеет внутреннее отверстие, то сквозь него всегда можно пропустить сквозной вал, который будет также передавать вращение без изменения скорости.

В схеме на фиг. 15 ведущий вал 30 соединен с диском 1, диск 2 соединен с неподвижным корпусом, а вращение снимается с охватывающей втулки 15, для чего на её наружной поверхности выполнен зубчатый венец 27, зацепляющийся с зубчатым колесом 28 на ведомом валу 26. Передаточное отношение модуля при такой схеме соединения равно i ₄ с корректировкой на передаточное отношение зубчатой пары 27- 28. И, наконец, схема на фиг. 16 является зеркальным отображением схемы 15, где диски 1 и 2 поменялись функциями, диск 1 соединен с неподвижным корпусом, а диск 2 с ведущим валом 30. Момент вращения снимается также с втулки 15 с помощью клиноременной передачи. Передаточное отношение i ₅ корректируется за счет клиноременной передачи между втулкой 15 и ведомым валом 26. Вал 30 выполнен с участком 32, которым он с помощью подшипника 10 посажен в отверстии диска 1.

Следует отметить, что во втором варианте передающего узла в некоторых режимах охватывающая эксцентриковая втулка берет на себя функцию внутреннего эксцентрикового вала. Однако этим не исчерпываются её функции. В обоих вариантах изобретения эксцентриковая втулка обеспечивает возможность соединения её с корпусом, создавая тем самым новый технический результат - получение дополнительных передаточных отношений.

На фиг. 17 и 18 показана трехскоростная коробка передач на основе первого варианта передающего модуля. Фигуры 17 и 18 отличаются друг от друга только положением переключателей. В корпусе 32 на подшипниках 33 и 34 установлены ведущий 35 и ведомый 36 валы коробки передач, являющиеся по отношению к модулю внешними звеньями. Вал 36 напрямую соединен с диском 2 передающего модуля, который в данном случае является ведомым звеном. Ведущий вал 35 коробки передач соединен с диском 37, который имеет на своей боковой поверхности шлицы 38, для постоянного соединения со шлицами 39 скользящей переключающей втулки 40. На

внутреннем валу 12 передающего модуля жестко посажен диск 41, имеющий на своей боковой поверхности шлицы 42 для соединения с другими шлицами 43 на скользящей переключающей втулке 40. Диск 1 передающего модуля также имеет шлицы на своей наружной боковой поверхности для соединения со шлицами 43 скользящей переключающей втулки 40. Втулка 40 является трехпозиционным переключателем, и на верхней и нижней частях фиг. 17 показана в двух крайних положениях переключения, а на фиг. 18 показано среднее положение скользящей переключающей втулки 40. В одном крайнем положении втулка 40 соединяет ведущий вал 35 коробки передач с диском 1 передающего узла, а в другом крайнем положении соединяет этот же ведущий вал 35 через диск 41 с внутренним валом 12 передающего модуля. В промежуточном положении скользящей переключающей втулки 40, показанном на фиг. 18, она соединяет ведущий вал 35 коробки передач одновременно с диском 1 и внутренним валом 12 передающего модуля, блокируя модуль. Наружная охватывающая втулка 15 передающего модуля с эксцентриковым участком 18 на внутренней поверхности посажена на подшипнике 17 на диске 2. В эксцентрике 18 на подшипнике 19 посажен средний диск 3. Охватывающая втулка 15 имеет шлицы 44. Еще один управляемый элемент переключения - скользящая втулка 45 на своей внутренней и внешней поверхностях имеет шлицы 46, 47 и 48. Диск 1 и корпус 32 также имеют шлицы 49 и 50. При зацеплении соответствующих шлицев скользящая переключающая втулка 45 может соединять с корпусом 32 либо диск 1, либо наружную втулку 15 передающего модуля. В третьем положении скользящей переключающей втулки 45, показанном на фиг. 18, и диск 1 и охватывающая втулка 15 освобождаются от связи с корпусом 32. В принципе, возможно получение и других скоростей, но для этого вход и выход в модуле нужно менять местами, а такое переключение конструктивно сложно осуществить.

В примерах на фиг. 17 и 18 коробка передач выполнена на одном модуле, и переключатели расположены на входе модуля, т.е. соединяют разные звенья модуля с ведущим валом коробки передач. Переключатель в этом случае реализует режимы подключения модуля, изображенные на фиг.З, 5 и 6. Переключатели могут быть выполнены и на выходе модуля, соединяя разные звенья модуля с ведомым валом. При этом переключатель будет реализовать режимы модуля, изображенные на фиг. 5, 8 и 9, с соответствующим изменением передаточных отношений коробки. При наличии переключателей и на входе, и на выходе модуля возможно увеличение числа скоростей более трех. При этом введение дополнительного элемента переключения увеличивает

число скоростей всего на одну, и усложнение для этого системы управления переключением передач не всегда технически и экономически оправдано.

В описанном примере управляемые элементы переключения передач выполнены в виде скользящих втулок со шлицами. Однако эти элементы могут быть выполнены любым, известным в настоящее время, образом. Например, переключатели, соединяющие звенья модуля с корпусом могут быть выполнены в виде тормозов, а переключатели, соединяющие подвижные звенья - в виде блокировочных муфт. Коробка передач может содержать и несколько соединяемых последовательно модулей, по меньшей мере, один из которых выполнен так, как описано выше. В этом случае передаточные отношения коробки передач составят ряд, являющийся перебором возможных передаточных отношений каждого модуля.

Принципиально возможно выполнить коробку передач и на основе второго варианта передающего узла. Однако, в этом случае управляемые элементы переключения передач должны в одном из положений соединять с внешними подвижными звеньями сразу два звена модуля, что увеличивает количество переключающих элементов для получения того же количества передач и усложняет систему их управления. Поэтому для коробки передач более предпочтительным является первый вариант передающего узла. Работу передающего модуля рассмотрим на примере вышеописанной коробки передач, так как она позволяет показать работу модуля в разных схемах включения. Скользящая переключающая втулка 40 своими шлицами 39 постоянно зацеплена со шлицами 38 на диске 37, жестко связанном с ведущим валом 35.

В левом положении скользящей переключающей втулки 40 (как это изображено в верхней части фигуры 17) шлицы 43 втулки зацеплены со шлицами 42 на диске 41. Тем самым ведущий вал 35 коробки передач соединяется с внутренним валом 12. При вращении ведущего вала вращается вал 12 с эксцентриком 13, и вовлекается в планетарное движение диск 3, который может также совершать вращение относительно собственной подвижной оси. Для работы передающего узла по этой схеме диск 1 должен быть заторможен, т.е. переключающая втулка 45 должна находиться в крайнем левом положении, соединяя с корпусом 32 диск 1. Планетарное движение диска 3 за счет взаимодействия цепочки шариков 6 с периодической дорожкой качения 5 на диске 3 и периодической дорожкой 4 на неподвижном диске 1 преобразуется во вращение диска 3 вокруг собственной оси. При этом одному обороту

ведущего вала 35 будет соответствовать поворот диска 3 вокруг собственной оси на угол, определяемый соотношением периодов дорожек качения z ₄ и Z ₅ . В свою очередь, поворот диска 3 за счет взаимодействия дорожек 7 и 8 посредством цепочки шариков 9 преобразуется во вращение диска 2. Общее передаточное отношение U ₁ коробки передач при этом положении переключателей, определяемое как отношение скорости вращения ведомого вала 36 к скорости вращения ведущего вала 35, составит . Схема включения модуля при таком положении переключателей соответствует фиг. 3.

Для получения другой передачи переключатель 40 следует перевести в крайнее правое положение, как это показано в нижней части фиг. 17. В этом положении ведущий вал 35 коробки передач будет соединен с диском 1, делая его ведущим звеном модуля. Охватывающая втулка 15 с эксцентриком 18 должна быть неподвижной, для этого переключатель 45 переводится в крайнее правое положение, соединяя наружную охватывающую втулку 15 модуля с корпусом 32 и освобождая от связи с корпусом диск 1. В этом случае диск 3 получается посаженным в корпусе с возможностью вращения и может совершать только вращательное движение относительно своей оси, эксцентрично смещенной относительно оси дисков 1 и 2. Вращение диска 1 через цепочку шариков б и дорожки качения 4 и 5 передается к диску 3 с передаточным отношением, определяемым, как и для обычного зубчатого зацепления, как Z ₅ /Z ₄ . В свою очередь, вращение диска 3 передаётся к диску 2 через цепочку шариков 9 и дорожки качения 7 и 8 с передаточным отношением Z ₈ /Z ₇ . Общее передаточное отношение коробки передач U ₂ составит u ₂ = Z ₅ /Z ₄ - ^• Z ₈ /Z ₇ . Схема включения модуля соответствует фиг. 5.

В промежуточном положении переключающей втулки 40, как это показано на фиг. 18, с ведущим валом 35 соединяются одновременно и диск 1 и внутренний вал модуля 12. Втулка 45 также занимает промежуточное положение, освобождая и диск 1 и охватывающую втулку 15 от связи с корпусом 32. Поскольку вращение ведущего вала передается одновременно и на диск 1 и на вал 12 с эксцентриком 13, то диски 1 и 3 будут вращаться совместно как одно целое, т.е. произойдет блокировка передающего узла. Таким образом, вращение от ведущего вала 35 будет передаваться к ведомому валу 36 без изменения скорости. Соответствующая этому случаю схема включения модуля показана на фиг. 6.

Следует отметить, что если снабдить указанную коробку передач еще одним переключателем, позволяющим соединять ведомый вал 36 коробки передач с

внутренним валом 12, то коробка будет иметь дополнительную повышающую передачу. Работу модуля в повышающем режиме рассмотрим ниже при обсуждении схем 8 и 9.

Таким образом, мы рассмотрели здесь работу модуля при включении его по схемам на фиг. 3, 5 и 6. Работа модуля при включении по схеме на фиг. 4 отличается от работы модуля по схеме 5, только тем, что диск 2 заторможен, а диск 1 является ведомым звеном, с соответствующим изменением общего передаточного отношения модуля.

Модули в схемах на фиг. 8 и 9 работают как мультипликаторы, поэтому рассмотрим работу их более подробно. Вращение ведущего вала 30 на фиг. 8 вызывает вращение диска 1. Зацепление цепочки шариков 6 с дорожками качения 4 и 5 вызовет вращение диска 3 вокруг собственной оси, а зацепление цепочки шариков 9 с дорожкой 7 на диске 3 и с дорожкой 8 на неподвижном диске 2 приведет к планетарному движению диска 3. Планетарное движение диска 3 преобразуется во вращение эксцентрика 13 и связанного с ним вала 12 с передаточным отношением i ₅ = 1- Z ₇ -Z ₄ / Z ₈ -Z ₅ . На фиг. 9 ведущим является диск 2, а неподвижен диск 1. Поэтому передаточное отношение определится как i ₆ =1- Z ₅ -Z ₈ / Z ₄ -Z ₇ . Кроме того, отбор момента вращения осуществляется не от центрального вала 12, а от кинематически связанной с ним охватывающей втулки 15. Работа модуля по второму варианту изобретения полностью аналогична.

Как мы отмечали ранее, приведенные выше зависимости для определения передаточных отношений справедливы для случая, когда разница между числами периодов сопрягающихся дорожек равна 0, 1 или 2. Численная величина передаточного соотношения зависит от того, какая из дорожек в каждой сопрягающейся паре имеет большее число периодов. В качестве примера рассмотрим дорожки качения со следующими числами периодов: Z ₄ = 27, Z ₅ = 25, Z ₇ = 20, Zg =22. Этот модуль при разных схемах включения может давать передаточные отношения i _\ « 55, i ₂ «-54, iз =1,018, U ⁼ 1, i ₅ ~- 0,0185, i ₆ «0, 0181, где знак - означает вращение в противоположном направлении. Если же соотношение чисел периодов во второй паре сопрягающихся дорожек поменять местами, т.е. Z ₇ = 22, а Zs =20 , то получим другие значения передаточных отношений: ij « 6, 32, i ₂ «-5,32, i ₃ «0,842, i ₄ =1, i ₅ «- 0,188, i ₆ «0, 158. Если аналогичную перестановку сделать в первой паре, не изменяя значений второй пары, т.е Z ₄ = 25, Z ₅ = 27, Z ₇ = 20, Z ₈ = = 22, получим следующие передаточные числа: I ₁ «-5,32, i ₂ «6,32, i ₃ «1,188, i ₄ = 1, i ₅ « «0,158, i ₆ «- 0, 188. По сравнению с

предыдущим случаем, передаточные отношения ц, \г и i ₅ , i ₆ поменялись местами, а i ₃ изменил свою величину. Поменяв местами числа периодов дорожек во второй паре, получим набор передаточных отношений, аналогичный первому, только iз будет равно 0,982. Очевидно, что, варьируя числом периодов дорожек качения, можно перекрывать достаточно широкий диапазон передаточных отношений. Как показали наши расчеты, предлагаемый узел при варьировании чисел дорожек качения от 5 до 31 может перекрыть стандартный ряд передаточных отношений от 1, 25 до 400.

Таким образом, имея в своем распоряжении набор дисков с четырьмя дорожками качения, мы можем получить шесть механизмов с отличающимися друг от друга передаточными отношениями. Как было показано выше, один шариковый передающий узел при одном направлении включения может давать три понижающих передачи, одна из которых может быть реверсивной и одну повышающую передачу. Поэтому очень перспективно его использование в качестве модуля коробки передач, построенной на принципе перебора передаточных отношений. Так, на двух подобных модулях можно получить до 16 передач, часть из которых будет передачами обратного хода.