Бесступенчатая трансмиссия транспортного средства

 

Изобретение относится к транспортному машиностроению. Цель изобретения - снижение динамических нагрузок путем обеспечения безразрывного силового потока при переключении. Трансмиссия содержит входной 1 и выходной 2 валы, дифференциальный механизм со звеньями 3, 5, 6. Звено 3 соединено с регулируемым элементом 8 вариатора 7, а также с входным валом 1 через муфту свободного хода 12 и зубчатые колеса 13, 14 и с выходным валом 2 через управляемую муфту 21 и зубчатые колеса 22, 23. Звено 5 соединено с входным валом 1 через управляемую муфту 15 и зубчатые колеса 16, 17 и с выходным валом 2 через муфту свободного хода 18 и зубчатые колеса 19, 20. Звено 6 связано с нерегулируемым элементом 9 через зубчатые колеса 10. 11. Двухпоточная бесступенчатая передача обеспечивает изменение передаточного отношения с помощью муфт свободного хода 12, 18 и управляемых муфт 15, 21. Включение и выключение муфт происходят без дополнительных нагрузок благодаря равенству скоростей соединяемых звеньев. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. 22 V Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 60 К 17/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Г .К (21) 4886444/11 (22) 29.11.90 (46) 23.11.92, Бюл. N 43 (71) Институт проблем надежности и долговечности машин АН БССР и Производственное объединение" Минский тракторный завод им. В.И.Ленина" (72) В,В.Грицкевич, В.Б.Альгин, В.М.Айэикович, И.И.Болвано, M.Ã.Ìåëåøêo и В.E.Øîïîâ (56) Петров B.À, Гидрообменные трансмиссии самоходных машин, — М.: Машиностроение, 1988, с.99, рис. 41, с.152, рис. 65(а).

Авторское свидетельство СССР

М 1532338, кл. В 60 К 17/10, 1989. (54) БЕССТУПЕНЧАТАЯ ТРАНСМИССИЯ

ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (57) Изобретение относится к транспортному машиностроению. Цель изобретения— снижение динамических нагрузок путем обеспечения безразрывного силового пото„„5lJ 1776581 А1 ка при переключении. Трансмиссия содержит входной 1 и выходной 2 валы, дифференциальный механизм со звеньями 3, 5, 6.

Звено 3 соединено с регулируемым элементом 8 вариатора 7, а также с входным валом

1 через муфту свободного хода 12 и зубчатые колеса 13, 14 и с выходным валом 2 через управляемую муфту 21 и зубчатые колеса 22, 23. Звено 5 соединено с входным валом 1 через управляемую муфту 15 и зубчатые колеса 16, 17 и с выходным валом 2 через муфтусвободного хода 18 и зубчатые колеса 19, 20. Звено 6 связано с нерегулируемым элементом 9 через зубчатые колеса

10, 11. Двухпоточная бесступенчатая передача обеспечивает изменение передаточного отношения с помощью муфт свободного хода 12, 18 и управляемых муфт 15, 21.

Включение и выключение муфт происходят беэ дополнительных нагрузок благодаря равенству скоростей соединяемых звеньев. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

- 22 я

1776581

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в качестве трансмиссий тракторов и других самоходных машин.

Бесступенчатые трансмиссии позволяют получить с высокой -степенью точности. заданную скорость движения и согласовать характеристики двигателя с переменным дорожным сопротивлением. В качестве вариаторов в бесступенчатых трансмиссиях используются гидрообъемная передача, клиноременные, фрикционные, электрические и другие типы передач.

Известна бесступенчатая трансмиссия транспортного средства, содержащая расположенную на входе гидрообъемную передачу„состоящую из регулируемого гидронасоса, гидравлически связанного с нерегулируемым гидромотором, и двух- или трехступенчатый зубчатый редуктор, располо>кенный на выходе.

Данная трансмиссия является полнопоточной и вся мощность передается гидравлическим путем через гидрообъемную передачу, что снижает КПД, повышает массу и габариты передачи, Ввиду укаэанных недостатков полнопоточные гидрообъемные трансмиссии имеют ограниченное практическое применение.

Известна бесступенчатая передача, содер>кащая дифференциальный механизм, одно иэ звеньев которого связано с входным валом и регулируемой гидромашиной, второе звено — с нерегулируемой гидромашиной, третье звено — с выходным валом, Данная передача является двухпоточной, так как мощность передается механическим и гидравлическим потокам. Зто позволяет снизить гидравлические потери, повысить

КПД и уменьшить габариты передачи, Однако вместе с гидравлической мощностью уменьшается также диапазон бесступенчатого регулирования по сравнению с полнопоточными передачами. Двухпоточные передачи имеют зачастую недостаточный диапазон регулирования.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является бесступенчатая трансмиссия транспортного средства, содержащая. входной и выходной валы, трехзвенный дифференциальный механизм, вариатор, регулируемый и нерегулируемый . элементы которого связаны соответственно с первым и вторым звеньями дифференциального механизма, зубчатые передачи для связи входного и выходного валов с первым и третьим звеньями дифференциального механизма. В данной передаче установлены подвижно в осевом направлении на входном и выходном валах шестерни, свя20

30

45

5

15 занные через двухпозиционный управляющий механизм. Передвижением этих шестерен осуществляется изменение связей входного и выходного валов со звеньями дифференциального механизма, благодаря чему расширяется общий диапазон регулирования, Недостатком бесступенчатой передачи является разрыв силового потока при переключении режимов работы гидромашин, что приводит к остановке транспортной машины, большим динамическим нагрузкам и снижению надежности. Как известно, в механическом редукторе практически невозможно переключать передачи под нагрузкой с помощью подвижных в осевом направлении шестерен.

Целью изобретения является снижение динамических нагрузок путем обеспечения безраэрывного силового потока при переключении.

Указанная, цель достигается тем, что бесступенчатая трансмиссия транспортного средства, содержащая входной и выходной валы, трехзвенный дифференциальный механизм, вариатор, регулируемый и нерегулируемый элементы которого связаны соответственно с первым и вторым звеньями дифференциального механизма, зубчатые передачи для связи входного и выходного валов с первым и третьим звеньями дифференциального механизма, дополнительно снабжена двумя управляемыми муфтами и двумя муфтами свободного хода, при этом первые управляемая муфта и муфта свободного хода связывают входной вал через зубчатые передачи соответственно с третьим звеном дифференциального механизма и регулируемым элементом вариатора, а вторые управляемые муфта и муфта свободного хода связывают выходной вал через зубчатые передачи соответственно с первым и третьим звеньями дифференциального механизма.

В бесступенчатой трансмиссии могут быть дополнительно установлены две управляемые муфты, при этом первая дополнительно введенная муфта связывает регулируемый элемент вариатора с первым звеном дифференциального механизма, а вто >ая дополнительно введенная муфта— первое и третье звенья дифференциального механизма.

В заявляемой трансмиссии кинематическая связь между звеньями дифференциального. механизма и входным и выходным валом устанавливается с помощью муфт свободного хода и управляемых муфт. Когда управляемые муфты выключены, силовое. замыкание производится автоматически с помощью муфт свободного хода. Передаточ1776581

20

45

55 ные числа зубчатых передач рассчитываются таким образом, что при максимальном рабочем объеме регулируемой гидромашины происходит выравнивание скоростей соединяемых звеньев, за счет чего беэ разрыва потока мощности включаются управляемые муфты, в то время как нагрузка передается через муфты свободного хода.

Последующее уменьшение рабочего объема гидромашины приводит к автоматическому выключению муфт свободного хода и к дальнейшему изменению передаточного отношения. Процесс переключения связей. звеньев и режимов работы гидромашин осуществляется плавно без динамических нагрузок.

Применение двух дополнительных муфт в силовой цепи обеспечивает получение режимов как с двухпоточной, так и с однопоточной передачей мощности

На фиг.1 изображен вариант кинематической схемы бесступенчатой трансмиссии, в котором регулируемая гидромашина жестко соединена с центральным колесом дифференциального механизма; на фиг. 2— вариант кинематической схемы бесступенчатой трансмиссии, в котором центральное колесо дифференциального механизма соединено с регулируемой гидромашиной через управляемую муфту, а также с водилом дифференциального механизма через вторую управляемую муфту.

Бесступенчатая трансмиссия (см.фиг.1) содержит входной вал 1. выходной вал 2, трехзвенный дифференциальный механизм, включающий центральное колесо 3 с наружными зубьями, взаимодействующее с сателлитами 4, расположенными на водиле

5, и центральное колесо 6 с внутренними зубьями, Вариатор 7 выполнен в виде гидрообъемной передачи, состоящей из регулируемой гидромашины 8, гидравлически связанной с нерегулируемой гидромашиной 9. Гидромашина 8 соединена с центральным колесом 3, гидромашина 9 кинематически связана через зэцепляющиеся зубчатые колеса 10, 11 с центральным колесом 6.

Входной вал ": кинематически связан с регулируемой гидромашиной 8 через муфту свободного хода 12, зацепляющиеся зубчатые колеса 13, 14, а также с водилом 5 через зубчатую муфту 15 и зацепляющиеся зубчатые колеса 16,17. Выходной вал 2 кинематически соединен с водилом через муфту свободного хода 18 и зацепляющиеся зубчатые колеса 19, 20, а также с центральным колесом 3 дифференциального механизма через зубчатую муфту 21 и зацепляющиеся зубчатые колеса 22, 23.

Бесступенчатая трансмиссия на фиг. 2 характеризуется тем, что центральное колесо 3 соединено с регулируемой гидромэшиной 8 через зубчатую муфту 24 и с водилом

5 через другую зубчатую муфту 25, Бесступенчатая трансмиссия (см.фиг.1) работает следующим образом.

В начальном положении муфты 15, 21 выключены. Параметр регулирования гидромашины 8, равный отношению текущего рабочего объема к максимальному, принимает отрицательное либо нулевое значение.

Отрицательное значение параметра регулирования используется для получения нулевого передаточного отношения, когда остановлен выходной вал 2. На этом режиме входной вал 1 приводит в движение гидромашины 8 и центральное колесо 3 через муфту свободного хода 12 и зацепля ющиеся зубчатые колеса 13, 14. Выходной вал 2 и связанные с ним через муфту свободного хода 18 зубчатые колеса 19, 20, водило 5 неподвижны. Центральное колесо 3 приводит в движение при неподвижном водиле 5 нерегулируемую гидромашину 9 через саттелиты 4, центральное колесо 6, зубчатые колеса 10, 11. В общей случае передаточное число в начале регулирования может быть не ра вн ым нул ю.

При изменении параметра регулирования гидромашины 8 от некоторого отрицательного значения до нулевого происходит замедление вращения гидромашины 9 и центрального колеса 6 и соответственно увеличение скорости вращения водила 5 и кинематически связанного с ним выходного вала 2. Часть мощности передается через гидрообьемную передачу 7, зубчатые колеса

10, 11, вторая часть мощности направлена механическим путем через центральное колесо 3. сателлиты 4 на водило 5, где суммируются с гидравлическим потоком мощности. Благодаря наличию двух потоков происходит снижение нагруженности гидромашин, повышение общего КПД передачи. При параметре регулирования, равном нулю, гидромашина 9 и кинематически связанное с ней центральное колесо 6 находятся в неподвижном состоянии. Вся мощность передается только механическим путем через центральное колесо 3 на водило 5 и кинематически связанный с ним выходной вал 2. Зтот режим соответствует максимальному значению КПД. Дальнейшее регулирование сводится к увеличению параметра регулирования ат нуля до максимального значения, при этом происходит увеличение скоростей вращения гидромашины 9, кинематически связанного с ней центрального колеса 6, водила 5 и выходного вала 2. Гид1776581

55 рамашина 8 работает в режиме гидронасоса. При параметре регулирования, равном единице, центральные колеса 3,6 и водило

5 вращаются с одинаковой скоростью. Передаточное число зацепляющихся зубчатых колес 13, 14 равно передаточному числу зацепляющихся зубчатых колес 16, 17, Аналогична передаточное число зацепляющихся зубчатых колес 19, 20 равно передаточному числу эацепляющихся зубчатых колес 22,23.

Благодаря этому скорость вращения зубчатого колеса 16 становится равной скорости вращения входного вала 1, а скорость выходного вала 2 — скорости зубчатого колеса

19. При равных скоростях вращения соединяемых звеньев осуществляется безударное вкл ачение зубчатых муфт 15, 21. На этом режиме мощность передается только механическим путем через муфты 12, 18, 15, 21 и соответствующие зубчатые колеса, Давление в гидраабъемнай передаче 7 падает до нуля. Дальнейшее регулирование сводится к уменьшению рабочего объема гидрамашины 8. При этом происходит уменьшение оборотов гидрамашины 9 и кинематически связанного с ним центрального колеса 6. Водило 5 вращается с постоянной скоростью, так как приводится ат входного вала 1 через включенную муфту

15. Следовательно, возрастают обороты центрального колеса 3 и кинематически связанных с ним выходного вала 2 и эубчатага колеса 13. Зубчатое колесо 13 начинает вращаться быстрее входного вала 1 и силовая связь между ними освобождается благодаря муфте свободного хода 12. Аналогично выходной вал 2 вращается быстрее зубчатого колеса 19 и силовая связь между ними освобождается с помощью муфты свободнога хада 18. Происходит двухпотачная передача мощности через включенную зубчатую муфту 15, зубчатые колеса 16, 17, гидраабьемную передачу 7, дифференциальный механизм, зубчатые колеса 23, 22 и включенную зубчатую муфту 21, Моменты на гидрамашинах 8,9 меняют свое направление. Гидромашина 8 начинает работать в режиме гидраматора, а гидромашина 9 — в режиме гидранасоса, На этом режиме входной вал 1.кинематически связан с водилам

5 через муфту 15 и зубчатые колеса 16, 17, а выходной вал 2 — с центральным колесом 3 через зубчатые колеса 23, 22 и муфту 21.

Таким образом, произошло изменение связей входного 1 и выходного 2 валов са звеньями 3,5 дифференциального механизма, изменилась кинематическая схема двухпоточной передачи. Уменьшение рабочего объема гидрамашины 8 приводит к увеличению скорости вращения центрального колеса 3 и кинематически связанного с ним выходного вала 2. Максимальное значение передаточного числа достигается при нулевом рабочем объеме гидромашины 8, когда заторможены гидромашина 9 и центральное колесо 6 и силовой поток передается только механическим путем через муфту 15, зубчатые колеса 16, 17, водило 5, центральное колесо 3, зубчатые колеса 23, 22 и муфту 21.

Эта режим соответствует максимальному значению КПД бесступенчатой передачи.

Уменьшение передаточного отношения.бесступенчатой передачи производится в обратной посл едовател ь ности, и ри этом также происходит беэразрывное выключение зубчатых муфт 15, 21 и автоматическое включение муфт свободного хода 12, 18.

Бесступенчатая трансмиссия, изабра>кенная на фиг.2, имеет дополнительный режим работы, При включенной зубчатой муфте 24 происходит соединение гидрамашины 8 и центрального колеса 3. На этом режиме трансмиссия работает с двухпоточнай передачей мощности аналогично схеме, изображенной на фиг.1. На втором режиме выключается зубчатая муфта 24 и включается зубчатая муфта 25, которая соединяет центральное колесо 3 и водило 5 дифференциального механизма. Дифференциальный механизм блокируется и его звенья 3,4,5,6 вращаются с одинаковой угловой скоростью, Муфты 15 и 21 находятся в выключенном состоянии. Движение с входного вала 1 передается через муфту свободного хода 12, зубчатые колеса 13, 14 на гидромашину 8, которая работает в режиме гидранасоса и приводит в движение гидроматар 9. Далее вращение передается через зубчатые колеса 10, 11, звенья 3,4,5,6, которые вращаются с одинаковой скоростью, зубчатые колеса

20, 19 и муфту свободного хода 18. Бесступенчатая трансмиссия работает с режиме аднопотачнай передачи мощности через гидроабъемную передачу 7. Режим аднопоточной передачи мощности расширяет.функциональные возможности трансмиссии, так как обеспечивается возможность реверсирования выходного вала 2 с помощью реверснай гидраобъемной передачи 7.

В таблице в качестве примера приведены передаточные отношения бесступенчатой трансмиссии, изображенной на фиг. 2, а также режимы включения управляемых муфт и муфт свободного хода. В таблице обозначена: U — параметр регулирования гидраабьемной передачи, равный отношению текущего объема гидромашины 8 к максимальному. Передаточное отношение бесступенчатой трансмиссии определялась как

1776581

10 отношение оборотов выходного вала 2 к оборотам входного вала 1.

Таким образом в заявляемой бесступенчатой трансмиссии благодаря наличию муфт свободного хода обеспечивается измене- 5 ние связей между звеньями и переключение режимов работы гидромашин без разрыва потока мощности, за счет чего практически отсутствуют динамические нагрузки при переключении и повышается надежность. Кро- 10 ме того, расширяются функциональные возможности трансмиссии благодаря наличию дополнительного режима с однопоточной передачей.

Формула изобретения 15

1. Бесступенчатая трансмиссия транспортного средства, содержащая входной и выходной валы, трехзвенный дифференциальный механизм, вариатор, например гидрообьемная передача, регулируемый и 20 нерегулируемый элементы которого связаны соответственно с первым и вторым

Звеньями дифференциального механизма, зубчатые передачи для связи. входного и выходного валов с первым и третьим звеньями 25 дифференциального механизма, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью снижения динамических нагрузок путем обеспечения безразрывного силового потока при переключении, она дополнительно снабжена двумя управляемыми муфтами и двумя муфтами свободного хода, при этом первые— управляемые муфта и муфта свободного хода выполнены для связи входного вала через зубчатые передачи соответственно с третьим звеном дифференциального механизма и регулируемым элементом вариатора, а вторые — управляемая муфта и муфта свободного хода выполнены для связи выходного вала через зубчатые передачи соответственно с первым и третьим звеньями дифференциального механизма.

2. Трансмиссия по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что она дополнительно снабжена двумя управляемыми муфтами, при этом первая дополнительная муфта установлена для связи регулируемого элемента вариатора с йервым звеном дифференциального механизма, а вторая дополнительная муфта установлена для связи первого и третьего звеньев дифференциального механизма.