"устройство коробки передач транспортного средства "вал- гор"

 

Использование: в области машиностроения. Сущность изобретения, устройство коробки передач для транспортного средстве представляет собой комбинацию дифференциальных механизмов, содержащих в одном из замкнутых контуров пассивную связь, играющую роль компенсатора Коробка передач включает в себя четыре дифференциала Разветвляющий дифференциал связан с двигателем и делит поток на две составляющих части потоки активной и пассивной цепи Суммирующий дифференциал объединяет два этих потока и связан с исполнительным органом Промежуточные дифференциалы объединяют каждый в отдельности по два полупотока от активной и пассивной цепей. Зил.

Кюмитет Рюссийскюй Федераций пю патентам и тювариым знакам

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Г

Т (2Т) 4924856/31 (22) 04.02.93 (46) 30.1393 Бюл. И@43 И (76) Раковский Владимир Федорович (54) УСТРОЙСТВО КОРОВКИ ПЕРЕДАЧ

ТРАЯСПОРТНОГО СРЕДСТВА "ВАПЛОР" (67) Использование: в области машиностроения

Сущность изобретения: устройство коробки передач для транспортного средства тредставляет собой комбинацие дифференциальных механизмов, соде эищих э одном из замкнутых контуров fIBc(ю) RU (11) 2ОО35О1 С1 (Kl)5 ВЮК1ЦОВ сивную связь, играющую роль компенсатора. Коробка передач включает в себя четыре дифференциала. Разветвлякнций дифференциал связан с двигателем и делит поток на две составляющих части: потоки активной и пассивной цепи. Сумми— рующий дифференциал объединяет два этих потока и связан с исполнительным органом. Промежуточные дифференциалы объединяют каждый в отдельности по два полупотока от активной и пассивной цепей. 3 ил.

2003501

Изобретение относится к области ма- местах соприкосновения. Большого распрошиностроения и может быть использовано странения ке получили также из-за громозво всех машинах, где необходимо получе- дкости, конструктивной сложности и низкой ние автоматического и плавнога (бесступен- надежности, чатого) изменения числа оборотов 5 . Предлагаемое изобретение имеет наикрутящего момента исполнительного орга- более близким аналогом импульсный на, Преимущественная область испольэова- трансформатор крутящего момента. Трансния данного изобретения — транспортное форматор состоит из инерционного планемашиностроение, тарного механизма, кривошипно-шатунного

Известны автоматические бесступенча- 1 механйзма и муфт свободного хода. (Антонов тые (плавные, непрерывные) преобразую- А.С. Силовые передачи.M. Машиностроение, щие коробки; механические, электрические, 1975, с,333-342). гидравлические, комплексные, При вращении входного вала трансфорЭлектрическая силовая передача, со- матора кривошипно-шатунный механизм стоящая из генератора и электродвигателя, "5 трансформатора вызывает колебательное имеет ряд преимуществ по сравнению с ши- угловое движение солнечной шестерни плароко распростракенной зубчатой ступенча- нетарного механизма. Колебания этой шестой передачей, прежде всего, способность к . терни, благодаря наличию маховой массы непрерывному регулированию, надеж- планетарного механизма, через сателлиты ность, компоновочную гибкость, простоту 20 передаютсянаведомуюшестерню, принадэксплуатации. лежащую этому же планетарному устройстНаравкес положительными качествами ву, и затем на две муфты свободного хода. электрическая силовая передача имеет Муфты выпрямляют импульсный поток и песерьезные недостатки, низкий КПД 0,6 — 0,8, редают его на ведомый вал трансформатовысокий удельный вес, большие габариты, 25 ра. Наличие двух муфт свободного хода коммутационные явления в коллекторных уменьшает неравномерность хода трансустройствах. форматора, так как каждая муфта работает

Важная принципиалькая особенность полпериода цикла. электрической передачи — наличие специ- Прототипом изобретения является устальных устройств, обеспечивающих в ка- 30 ройство бесступенечатого фрикционного чальный момент пуска возбуждения механизма передачи. Прототип состоит иэ электромагнитного силового потока, обмот- симметричного дифференциала, левая и ка возбуждения или мощных постоянных правая полуоси которого замкнуты между магнитов. Вторая особенность — наличие в собой посредством вариатора. Симметричпередача четырех основных элементов — ро- 35 кый дифференциал замкнут на лобовой ватора и статора электродвигателя (Костенко риатор путем установленных на полуосях

M,Ï, Электрические машины, М,: Энергия. равновеликих колес, причем одно из колес

1973, с.233-253, 261-293). установлено на полуоси неподвижно, а друИзвестна гидродинамическая автома- гое — с возможностью смещения вдоль оси тическая непрерывная передача„состоящая 40 на шлицах. В связи с неисключенным родоиз насосного, турбинного и реакторного ко- вым недостатком всех фрикционных передач лес, работающих в специальном масле (Ан- — высокими контактными напряжениями— тонов А.С, Силовые передачи, М.: ряд ее технико-эксплуатационных показате.Машиностроение. 1975, с.390). Основные лей нуждается в повышении. Это относится, недостатки этой передачи — низкий КПД и 45 прежде всего, к надежности. узкий диапазон регулирования. Цель изобретения — повышение надежВажная особенность — температурное кости, увеличение КПД и диапазона регулисостояние масла. При температуре масла, рования. равной или близкой к температуре эастыва- Указанная цель достигается следующиния, гидротрансформатор функциониро- 50 ми образ тм. Как известно из курса техничевать не может. ских дисциплин (курс теории машин и

Известны механические непрерывные механизмов). зубчатый дифференциальный передачи; лобовые фри кционные, клиноре- механизм является механизмом с двумя стеменные, цепные с изменяемой геометрией пенями и способен передавать мощность зуба, вариатор Вишневского, вариатор де 55 при условии заблокирования жестко или с

Лево (Антонов А.С. Силовые передачи, M. проскальзываниемвтормозеодногоизсвоМашиностроение, 1975, с.235), Однако всем их звеньев. Если лишнюю степень свободы этим устройствам присущи общие недостат- не гасит тормоз. то передать полезную мощки: узкий диапазон регулирования, низкий ность исполнительному звену не представКПД и большие контактные напряжения в ляется возможным, вся подводимая от

2003501 двигателя энергия выделится на разгонное вращение менее нагруженного звена. Это явление демонстрирует случай с застрявшим автомобилем. дифференциал которого обусловливает остановку колеса, стоящего на твердом покрытии, и бесполезное вращение другого колеса, сцепление с дорогой которого меньше (грязь. лед, снег).

Если вращение одного из звеньев дифференциального механизма регулировать тормозом, то исполнительное звено, нагруженное основным моментом кручения, также будет плавно изменять свои обороты в зависимости от нагрузки на тормоз. Это решение, хотя и демонстрирует воэможность бесступенчатого регулирования с использованием дифференциального механизма, однако, неприемлемо иэ-за больших потерь мощности в тормозном устройстве и в силу ограниченности регулирования крутящего момента, т.е. данная коробка передач представляет собой механический зубчатый трансформатор.

Таким образом, для достижения поставленной цели необходимо разрешить противоречие: механический зубчатый трансформатор формально должен иметь две степени свободы. так как постоянно изменяющаяся во время работы разница в оборотах приводного двигателя и исполнительного звена должна принадлежать, выражаться в оборотах третьего промежуточного звена-посредника, или иначе — компенсатора. Вращение компенсатора устраняет несоответствие, предьявляемое к трансмиссии, — устанавливаются режим оборотов двигателя и переменный режим работы исполнительного органа, Утверждение обязательности компенсатора в схеме трансформатора и наличия в механизме двух степеней свободы (одна степень — заведомо редуктор) вступает в противоречие с фактором неспособности двухстепенного дифференциального механизма передавать полезную мощность.

Итак. противоречие: бесступенчатое регулирование — две степени свободы, условие передачи мощности — одна степень свободы.

Сущность изобретения состоит в разрешении указанного противоречия, а именно в создании схемы комбинации из дифференциальных механизмов. имеющих формально две степени свободы и содержащих в одном иэ замкнутых кинематических контуров пассивную связь, играющую роль компенсатора. обеспечивать в автоматическом бесступенчатом режиме передачу полезной мощности от двигателя к исполнительному звену.

45 ной передачей полезной мощности) происходит полное разблокирование тормоза, и пассивная связь своим вращением, возвратив коробке вторую степень свободы, обес50 печивает автоматическое регулирование параметров исполнительного органа. В этом суть режима управления, Полезная мощность при этом также передается, и срыва оборотов пассивной цепи на разгон

55 вхолостую не происходит, зто с привлечением плана скоростей обусловлено кинематикой механизма, позволяющей получить широкую зону устойчивости передачи мощности, несмотря на наличие в механизме двух степеней свободы.

Каждое устройство, обеспечивающее автоматический режим, обязательно содержит два типа связей — прямую и обратную, которые образуют замкнутый контур управления. Этим подразумевается наличие двух точек в контуре управления: разветвлякицей на входе и суммирующей на выходе из устройства. В предлагаемом изобретении функции разветвляющей точки выполняет первый от двигателя разветвляющий дифференциал, каждая из двух степеней свободы которого нагружена кинематически посредством валопроводов и зубчатых передач кинематической цег!ью пассивной связи и активной кинематической цепью.

Обе цепи затем объединяются, замыкаются в суммирующем дифференциале, связанном выходном валом с исполнительным органом (нагрузкой). Активная кинематическая цепь является прямой связью механизма коробки, пассивная — обратной, Коробка содержит кроме разветвляющего и суммирующего дифференциала также два промежуточных, Их назначение — объединить ранее разделенные силовые потоки каждой из двух кинематических цепей (пассивной и активной), подведенные к этим дифференциалам с противопложными знаками. В целях расширения возможного диапазона регулирования кинематическая цепь пассивной связи связана с разветвляющим дифференциалом через зубчатый привод, понижающий ее обороты. Кроме того, привод пассивной связи дополнительно оборудован блокирующим устройством тормозом.

Назначение блокирующего устройства — заблокировать, сделать невозможным вращение пассивной связи в момент пуска коробки, устранив таким образом разгон лишней степени свободы в начальный момент вхолостую, После набора оборотов исполнительный органом (коробка в этот период работает в режиме редуктора с пол2003501

Описываемая коробка представляет собой комбинацию из четырех дифференциальных механизмов; разветвляющего, связанного с двигателем, и разделяющего силовой поток на два потока — потоки активной и пассивной цепи, суммирующего — обьединяющего оба потока и связанного с исполнительным органом, и двух промежуточных, обьединяющих каждый в отдельности по два полупотока от активной пассивной цепей.

Любое вращение пассивной связи при условии неподвижной активной цепи не вызывает вращения выходного вала суммирующего дифференциала из-за равных по модулю и противоположно направленных оборотов двух подводящих валов суммирующего дифференциала и является следствием кинематическйх зубч"òûõ связей s контуре пассивной цепи.

Активная цепь при заторможенной пассивной связи, наоборот, вызывает вращение двух подводящих валов суммирующего дифференциала с неравными по модулю, противоположно направленными оборотами, что обеспечивает вращение выходного вала и привод, нагрузки (исполнительного органа). Неравные обороты подводящих валов — следствие кинематических зубчатых связей в контуре активной цепи.

Кинематическая цепь привода пассивной связи выполнена с параметрами зубчатого зацепления, обеспечивающими вращение ее элементов(валопроводов с шестернями) в каждом из двух промежуточных дифференциалов в направлении, противоположном вращению элементов активной кинематической цепи в этих же дифференциалах, Это достигается введением в контур параэитной шестерни.

Все дифференциалы коробки выполнены симметричными с перпендикулярными осями вращения (аналогично дифференциалу автомобильного типа), управляемое блокирующее устройство гредставляет собой тормоз типа собачки с механическим приводом, На фиг.1 показана конструкция и символическая схема симметричного дифференциала с перпенидикулярными осями вращения автомобильного типа; на фиг.2 принципиальная схема коробки; на фиг.3— план скоростей коробки.

Коробка передач содержит, разветвляющий дифференциал 1, промежуточные дифференциалы 2 и 3, суммирующий дифференциал 4, управляемое блокирующее устройство 5. размещенные в корпусе 6.

Мощность от приводного двигателя подводится к разветвляющему дифференциалу 1, паразитную шестерню 19.

Таким образом, конструктивно проме20 жуточные дифференциалы 2 и 3 и суммиру50

15 который посредством вала 7 соединен с активной цепью, включающей в себя валопровод с шестерней 8, паразитную шестерню 9, валопровод с шестерней 10, промежуточный дифференциал 2, валопровод 11. промежуточный дифференциал 3, валопровод

12 и суммирующий дифференциал 4, соединенный через выходной вал 13 с нагрузкой.

Разветвляющий дифференциал 1 через валопровод с шестерней 14, валопровод с шестернями 15, паразитную шестерню 16 соединяется с кинематической цепью пассивной связи, содержащей валопровод с шестерней 17, промежуточный дифференциал 2, валопровод 11, суммирующий дифференциал 4, валопровод 12, промежуточный дифференциал 3, валопровод с шестерней 18, ющий 4 принадлежат одновременно двум кинематическим цепям пассивной и активной.

Кинематическая активная цепь выполнена таким образом, что валопровод с шестерней 8 является по отношению к валопроводу с шестерней 12 понижающей передачей, т.е. диаметр шестерни валопровода 8 меньше диаметра шестерни валопровода 10.

Кинематическая цепь пассивной связи выполнена таким образом, что диаметры шестерен валопроводов 17 и 18 равны между собой.

Взаимное конструктивное расположение валопроводов промежуточных дифференциалов и 3 таково, что характер зубчатых связей последних изменяет направление валопроводов 11 и 12 на взаимопротивоположное, Цепь привода пассивной кинематической цепи, состоящая из валопровода с шестерней 14, валопровода с шестернями 15 и паразитной шестерни 16, представляет собой двухступенчатый понижающий редуктор, Паразитная шестерня 16 связана с шестерней валопровода 17, паразитной шестерней 19 и шестерней валопровода 18.

Назначение параэитной шестерни 16 — иэменять направление вращения валопроводов

17 и 18 на противоположное направлению вращения валопроводов 8 и 10.

Валопровод 15 связан через управляемое блокируемое устройство 5 (тормоз) с корпусом 6 трансформатора

Коробка передач оборудована реверсивным устройством 20, выполненным по традиционным классическим схемам.

Коробка работает следующим образом.

Рассмотрим последовательно работу каж2003501

5

15

20 дой иэ двух цепей активной и пассивной, используя метод обращения — метод остановки звена. Заблокируем вращение пассивной цепи блокирующим устройством 5.

Валы 14, 17 и 18 при этом неподвижны, а промежуточные дифференциалы 2 и 3 и дифференциал 1 обращаются в редукторы, Крутящий момент от двигателя передается через вал 7, раздваивается валами 8 и 10 и затем суммируется валами 11 и 12. Направление вращения валов 11 и 12 определено направлением вращения валов 8 и 10, т,е. различно по модулю и противоположно по знаку. Полуразность оборотов 11 и 12 определяет величину оборотов выходного вала

12. Таким образом, разделившись на два полупотока, силовой поток активной цепи суммируется на дифференциале 4, обеспечивая вращение исполнительного органа.

Разблокируем теперь блокирующее устройство 5 и мысленно остановим, закрепостим дви;кение активной цепи. В этом предположении дифференциалы 1, 2 и 3 снова обращаются в редукторы, Силовой поток от двигателя через валы 7, 8 и 10 передается на валопроводы 14. 15, l7 и 18, а затем на валы 11 и 12. Ввиду равенства диаметров шестерен валопроводов 17 и 18 вращение валов 11 и 12 происходит с одинаковыми числами оборотов в разные стороны, Полуразность оборотов 11 и 12 равна нулю, выходной вал 13 и нагрузка остаются неподвижными. Таким образом, силовой поток, подведенный от двигателя к кинематической цепи пассивной связи, раэдЕлившись на два полупотока, затем взаимовычитается на суммирующем дифференциале 4, не приводя во вращение исполнительный орган.

Рассмотрим особенности способа управления работой трансформатора, Для этого мысленно заблокируем, остановим вращение вала 12, Этим самым обратим дифференциалы 3 и 4 в редукторы и отнимем у трансформатора одну иэ двух степеней свободы. обратив трансформатор в редуктор с полной (с учетом КПД) передачей полезнрй мощности на нагрузку. Обороты валов 10 и 18 равные по модулю и противоположно направлены. Обороты вала 17 в силу равенства диаметров шестерен также по модулю будут равны оборотам вала 10. А так как обороты валов 8 и 10 отличны по модулю в силу разницы в диаметрах шестерен. то и обороты валов 8 и 17, входящих в промежуточный дифференциал 2, будут разными. что определит полуразность их оборотов, всегда отличную от нуля, т.е. однозначность, определенность оборотов вала 11 затем (дифференциал 4 сейчас за25

55 блокирован) определенность оборотов вала

13 и нагрузки. Аналогично рассуждая, можно показать, что остановка вала 11 также обратит коробку в устройство, полностью передающее силовой поток двигателя на нагрузку.

Суть способа управления заключается в предварительной остановке кинематической цепи пассивной связи блокирующим устройством 5, разгоном нагрузки от двигателя через активную цепь — возбуждение коробки и последующим разблокировании цепи пассивной связи, с пераеходом работы иэ режима редуктора в режим автоматического бесступенчатого регулирования, Последовательность операций способа управления следующая.

В момент времени Т (фиг.3) включается блокирующее устройство и затормаживает кинематическую цепь пассивной связи, коробка при этом обращается в редуктор, 3атем в момент времени Т1 включается приводной двигатель и начинается увеличение оборотов элементов активной цепи— валов 7, 8, 10, 11, 13 и выходного вала 13 с нагрузкой. В момент времени Tz запас мощности двигателя исчерпывается и характеристика приобретает установившийся характер (зона Tz-Тз). Затем в момент времени Тз происходит разблокирование цепи пассивной связи. В разветвляющем дифференциале 1 начинается перераспределение оборотов, т.е, обороты активной цепи как более нагруженной уменьшаются, а обороты пассивной цепи возрастают. Последующее перераспределение оборотов приводит к тому, что в определенный момент обороты взаимопротивоположно вращающихся валов 10 и 18 выравниваются и становятся равными по модулю. Это состояние механизма соответствует остановке подводящего вала 12 и полной передаче мощности с трансформатора нагрузке. Это локальное состояние, но можно на основе непрерывности математической функции утверждать, что в окрестности этого состояния (начиная от бесконечно малой окрестности влево и вправо от точки Тз на плане скоростей), не может быть провала функции мощности от оборотов. Мощность, подводимая от двигателя к исполнительному органу, не перераспределяется с растормаживанием пассивной цепи, исключительно на раскручивание последней.

Исходя иэ непрерывности математической функции, утверждается, что в интервале между двумя точками (Тз и Т ), характеризующимися условием полной передачи мощности, существует зона устойчивой передачи мощности нагрузке, которая опре2003501

55 деляется лишь незначительным уменьшением силового потока, идущего к нагрузке, за счет затрат энергии, необходимой на преодоление трения и инерции разгона пассивной цепи, Заметим, что состояние точки Т4 может быть и не достигнуто, так как, из предыдущего видно, что увеличение оборотов пассивной цепи сопровождается падением оборотов активной (оборотов нагрузки), что при принятом нами условии передачи мощности, вызовет увеличение крутящего момента нагрузки, и если момент сопротивления кручению не изменился, то это приведет к увеличению оборотов нагрузки и активной цепи и расширит зону Тз-Т4, Следует указать, что увеличение или уменьшение оборотов исполнительного органа теперь не приводит к пропорциональному увеличению или уменьшению оборотов двигателя — вмешивается посредник — пассивная связь, которая компенсирует несоответствие в оборотах двигателя и нагрузки.

Рассмотрим интервал Т4 — Т5, Если в процессе работы коробки момент сопротивления кручению возрос на столько, что обороты активной цепи существенно уменьшились, при данном подводе количества мощности (обороты двигателя не увеличиваем) это вызовет дальнейший рост оборотов цепи пассивной связи, при этом наступит такой момент, когда обороты вала 17 сравнятся с оборотами вала

8, (обороты вала 8 выше оборотов 10 из услоBNA кинематики), что так же как в первом случае приведет к остановке вала 11, Это состояние также характеризуется условием полной передачи мощности, и интервал Т4 — Ts по условиям непрерывности математической функции мощность — обороты, также определяется устойчивым от разгона и допускает работу в режиме автоматического бесступенчатого регулирования.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ

ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА «ВАЛ-ГОР», содержащее дифференциальные механизмы, кинематически связанные с двигателем, исполнительным органом и между собой, отличающееся тем, что, с целью повышения диапазона регулирования, КПД и надежности, на входе в коробку установлен раэветвляющий дифференциал, который посредством вала соединен с кинемэтической цепью, состоящей иэ двух валопроводов с установленными на них шестернями и связанных между собой параэитной шестерней, каждый из валопроВ дальнейшем, если мощность приводного двигателя не увеличивать, при условии возрастания момента сопротивления кручению вправо от точки Тв наступает срыв.

Интервал Т5-Т6 характеризуется быстрой остановкой исполнительного органа и разгоном пассивной связи вхолостую.

Таким образом, определены все особенности работы коробки, а именно обязательность начального заблокирования пассивной связи, необходимость первичного возбуждения активной цепи силовым потоком двигателя, последующее растормаживание пассивной связи, теоретическая возможность срыва работы коробки, при условии превышения номинальной нагрузки при заданной мощности двигателя. Пассивная цепь при этом играет роль уравнителя— посредника между оборотами двигателя или уменьшая обороты исполнительного органа в зависимости от изменения мощности двигателя и момента сопротивления кручению на нагрузке и выполняет, таким образом, функции обратной связи.

25 Вероятность срыва режима и широта диапазона регулирования коробки зависят от уровня понижения передаточного числа оборотов пассивной связи. Большое передаточное число. назначенное,в понижающих передачах кинематики пассивной связи, расширяет рабочий диапазон регулирования коробки и отодвигает точку Тв срыва режима, Действительно, чем меньше будут обороты валов 1 7 и 18, тем позднее они выйдут на режим 11-0 и 12-0, т.е. расширяется интервал Тз-Ts, Широта диапазона регулирования также зависит от разности оборотов валопроводов 8 и 10, Чем больше передаточное число между ними, тем шире диапазон, (56) Антонов А.С. Силовые передачи. M.; Машиностроение, 1975.с.333-342. водов соединен с двумя промежуточными дифференциалами, которые через шестерни, установленные на валопроводах, связаны с суммирующим дифференциалом. а последний через выходной вал соединен с нагруэко 3. причем выходной вал через блок шестерен посредством валопроводов кинемэтически соединен с двумя промежуточными дифференциалами и валопроводом соединен с разветвляющим дифференциалом, а на последнем валопроводе установлено управляющее блокирующее устройство, представляющее собой тормоз с механическим приводом.

2003501

2003501

Составитель В.Раковский

Редактор Т,Павловская Техред M.Mîðãåíòçë Корректор Л.Ливринц

Заказ 3299

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101