CZ302928B6

CZ302928B6 - Bezstupnová automatická prevodovka

Info

Publication number: CZ302928B6
Application number: CZ20070866A
Authority: CZ
Inventors: Papírník@Luboš
Original assignee: Papírník@Luboš
Priority date: 2007-12-12
Filing date: 2007-12-12
Publication date: 2012-01-18
Also published as: CZ2007866A3

Abstract

Bezstupnová automatická prevodovka (1) sestává z planetového prevodu (2), lamelové spojky (3) a variátoru (4), které jsou spolecne umísteny ve skríni (5) prevodovky (1) a které jsou vzájemne mechanicky propojeny v ruzných variantách, napríklad tak, že hnaná vstupní hrídel (6) prevodovky (1) je mechanicky pevne spojena s první stranou lamelové spojky (3) a soucasne se vstupní stranou (7) variátoru (4) a druhá strana lamelové spojky (3) je mechanicky pevne spojena s centrálním kolem (9) planetového prevodu (2) a výstupní strana (8) variátoru (4) je mechanicky pevne spojena s unášecem (10) satelitu (11) planetového prevodu (2), pricemž hnací výstupní hrídel (13) prevodovky (1) je mechanicky pevne spojen s korunovým kolem (12) planetového prevodu (2). Soucasne je automatická prevodovka (1) opatrena prostredky pro rízené ovládání lamelové spojky (3) a variátoru (4).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká bezstupňové automatické převodovky, která slouží pro plynulý pohon dopravních prostředků, zejména osobních automobilů, nákladních automobilů, traktorů, speciálních vozidel a pracovních strojů a dalších vozidel při různých provozních podmínkách. Převodovku lze použít i v průmyslu pro pohon strojů a různých zařízení.

Dosavadní stav techniky

Pro pohon zejména osobních automobilů se v současnosti nejvíce používají ručně řazené převodovky. Výhodou těchto převodovek je jednodušší konstrukce, jednoduchá výroba, nižší hmotnost, nízká cena, což je spíše způsobeno hromadností jejich výroby a hromadností výroby jejich komponentů a nenáročnost na údržbu. Nevýhodou je, že pro rozjezd vozidla musí být použita spojka. Spojka se rovněž používá při řazení jednotlivých převodových stupňů a při pomalém popojíždění v kolonách. Fn přeřazování není na hnacích kolech žádný výkon a spalovací motor běžní naprázdno. Při přeřazování dochází rovněž k cukání vozidla. U některých vozidel se používají robotizované převodovky, které mají stejnou konstrukci, ale rozjezd a řazení obstarávají elektrické, hydraulické nebo pneumatické obvody řízené elektronicky.

Pro pohon dražších osobních automobilů se používá nejčastěji planetová převodovka s hydrodynamickou spojkou nebo měničem. Výhodou těchto převodovek je plynulý rozjezd pomocí hydrodynamické spojky. Při přeřazování nedochází k výraznému cukání a na hnacích kolech je část výkonu motoru. Nevýhodou těchto převodovek je značná složitost a tím i cena, jsou náročnější na údržbu. Provozní vlastnosti závisí na opotřebení lamelových spojek a brzd a na kvalitě a teplotě oleje. Spalovací motory s těmito převodovkami mají vyšší spotřebu než při použití manuálních převodovek, protože hydrodynamický měnič těchto převodovek má nižší účinnost než mechanické převody. S tím souvisí nutnost zvýšeného výkonu hnacího motoru. Tyto převodovky jsou nyní řízeny elektronicky.

Pro pohon výkonnějších traktorů a stavebních strojů se používají diferenciální hydrostatické převodovky. Tylo převodovky kombinují hydrodynamický převod s planetovým převodem. Výhodou těchto převodovek je schopnost rozjezdu z nulové rychlosti a plynulá změna rychlosti vozidla při vysokém zatížení. Spalovací motor může vždy pracovat v optimálním režimu, tzn. při minimální měrné spotřebě paliva, při maximálním výkonu nebo při maximálním točivém momentu což je důležité zejména pro traktory. Nevýhodou těchto převodovek je vysoká cena a hmotnost, daná použitím hydraulických komponent. Hydraulické prvky jsou citlivé na kvalitu a teplotu oleje. Převodovky jsou rozměrnější, protože všechny prvky převodovky není možno uspořádat do kompaktního tvaru. Tyto převodovky jsou rovněž řízeny elektronicky.

Existuje také celá řada kombinací různých převodovek určených pro různé úěely mezi které patří i kombinace variátoru a planetového soukolí. Zde však existuje celá řada provedení variátorů a provedení planetových převodovek, a hlavně jejich různých kombinací. Dosahuje se tak zejména různých vlastností a charakteristik celků. A tedy i možností jejich použití. I když na první pohled jsou jejich spojení podobné, liší se umístěním vstupu a výstupu, vzájemným spojením hlavních dílů, regulací prostřednictvím různých prvků a to í vzájemnou regulací. Liší se také vlastním konstrukčním uspořádáním, které nemůže být pro některé kombinace totožné.

- 1 CZ 302928 B6

Podstata vynálezu

Podstata vynálezu bezstupňové automatické převodovky spočívá v účelné kombinaci elektronicky řízeného variátoru a planetového převodu. Automatickou bezstupňovou převodovku tvoří vstupní hřídel, na kterém je uloženo ozubené kolo pro pohon variátoru a hydraulického čerpadla. Na vstupním hřídeli je rovněž umístěn náboj s vnějším ozubením pro lamely lamelové spojky. Ze vstupního hřídele je točivý moment rozdělován na variátor a na centrální kolo planetového převodu. Centrální kolo planetového převodu jc má vnitřní ozubení pro lamely lamelové spojky. Část točivého momentu je tedy přenášena centrálním kolem planetového převodu, které je uloženo na lamelové spojce, a část je přenášena variátorem. Z variátoru je točivý moment přenášen na unášeč satelitů planetového převodu. V planetovém převodu dochází ke slučování točivého momentu z centrálního kola a unášeče satelitů. Výstupní hřídel je pevně spojen s korunovým kolem planetového převodu. Všechny součásti jsou uloženy ve skříni převodovky.

Planetový převod v této převodovce má dva stupně volnosti. Převodovka odstraňuje nevýhody výše uvedených převodovek, ale má i svoje nevýhody. Mezi výhody patří nulové výstupní otáčky při libovolných vstupních otáčkách, možnost plynulého rozjezdu z nulové rychlosti pod zatížením bez použití rozjezdové spojky, možnost reverzace pod zatížením, možnost plynulé jízdy bez cukání, libovolná rychlost vozidla při popojíždění v kolonách, vyšší účinnost převodovky použitím čistě mechanického přenosu točivého momentu. Nevýhodou této převodovky je přenos pouze nižších a středních kroutících momentů v souvislosti s použitím variátoru, převodovka vyžaduje elektronické řízení pro efektivní spolupráci s ostatními systémy vozidla.

Objasnění výkresů

Na výkresech na obr. 1 je schematicky znázorněna převodovka v řezu v základním provedení. Na obr. 2 je uvedeno schéma rozvodu ovládacího tlakového oleje. Obrázek 3 ukazuje možnost začlenění do vozidla a blokové schéma elektronického řízení převodovky. Obrázek 4 znázorňuje vektory rychlostí na planetovém převodu při nulové rychlosti (obr. 4a), pri rychlosti vpřed (obr. 4c) a pri rychlosti vzad (obr. 4b).

Příklad uskutečnění vynálezu

Bezstupňová automatická převodovka 1, v příkladném provedení sestává z planetového převodu 2, lamelové spojky 3 a variátoru 4, které jsou společně umístěny ve skříni 5 převodovky i, a které jsou vzájemně mechanicky propojeny tak, že hnaná vstupní hřídel 6 převodovky i je mechanicky pevně spojena s první stranou lamelové spojky 3 a současně se vstupní stranou 7 variátoru 4 a druhá strana lamelové spojky 3 je mechanicky pevně spojena s centrálním kolem 9 planetového převodu 2 a výstupní strana 8 variátoru 4 je mechanicky pevně spojena s unášečem 10 satelitů JJ. planetového převodu 2, přičemž hnací výstupní hřídel 13 převodovky i je mechanicky pevně spojen s korunovým kolem 12 planetového převodu 2. Současně je automatická převodovka 1 opatřena prostředky pro řízené ovládání lamelové spojky 3 a variátoru 4. Lamelová spojka 3 je umístěna uvnitř korunového kola 12 přičemž centrální kolo 9 planetového převodu 2 je umístěno na lamelové spojce 3. Hnací vstupní hřídel 6 prochází vnitřkem pásu 14 variátoru 4 mezi hnacím kotoučem J_5 a hnaným kotoučem 16 variátoru 4. Lamelová spojka 3, hnací kotouč 15 i hnaný kotouč 16 variátoru 4 jsou ovládány hydraulicky. Automatická převodovka i je opatřena snímáním otáček vstupního hřídele 6 a výstupního hřídele 13, připojeném k řídicí elektronice, která je připojena k hydraulickým ventilům, které ovládají prostřednictvím hydraulických válců lamelovou spojku 3 a variátor 4, přičemž hydraulický systém je tlakován čerpadlem umístěným ve skříni 5 a poháněným hnaným vstupním hřídelem 6 převodovky 1, přičemž olej je nasáván ze skříně 5 převodovky 1.

-2CZ 302928 B6

V druhém příkladném provedení je druhá výstupní strana 8 variátoru 4 mechanicky pevně spojená s korunovým kolem 12 planetového převodu 2 a výstupní hřídel 13 převodovky I je mechanicky pevně spojen s unášečem satelitů 11.

Ve třetím příkladném provedení je druhá strana lamelové spojky 3 mechanicky pevně spojena s unášečem W satelitů 11 planetového převodu 2, přičemž druhá výstupní strana 8 variátoru 4 je mechanicky pevně spojena s centrálním kolem 9 planetového převodu 2 a hnací výstupní hřídel J3 převodovky i je mechanicky pevně spojen s korunovým kolem 12.

Ve čtvrtém příkladném provedení je druhá výstupní strana 8 variátoru 4 mechanicky pevně spojena s korunovým kolem 12 planetového převodu 2 a hnací výstupní hřídel 13 převodovky i je mechanicky pevně spojen s centrálním kolem 9.

V pátém příkladném provedení je druhá strana lamelové spojky 3 mechanicky pevně spojena s korunovým kolem 12 planetového převodu 2, přičemž druhá výstupní strana 8 variátoru 4 je mechanicky pevně spojena s centrálním kolem ? planetového převodu 2 a hnací výstupní hřídel 13. převodovky 1 je mechanicky pevně spojen s unášečem J_0 satelitů VL

V ses tem μι íkiadiiCm provcdcfií jc druha vstupní strana 8 var i atom 4 s unášeče 10 satelitů 11 a hnací výstupní hřídel 13 převodovky 1 je mechanicky pevně spojen s centrálním kolem 9 planetového převodu 2.

npnlion 1/-.1/1, noi/tlA Cn/ΛΙΡΠΟ llVVUUll * ^{11 v}

Ve všech příkladech provedení je skříň 5 automatické převodovky i složena z pevně vzájemně spojených skříně variátoru 4, skříně planetového převodu 2 a skříně s ovládacími prvky.

Bezstupňová automatická převodovka i podle vynálezu v příkladném provedení funguje tak, že v bezstupňové převodovce 1 jsou vzájemně spojeny variátor 4 a planetový převod 2. Planetový převod 2 má dva stupně volnosti, tzn. může vykonávat dva na sobě nezávislé pohyby. Centrální kolo 9 planetového převodu 2 má stejný otáčky jako motor. Otáčky motoru a tím i centrálního kola 9 považujeme za konstantní. UnáŠeČ 10 satelitů 11 planetového převodu 2 je poháněn variátorem 4. Otáčky unášeče 10 satelitů 11 jsou tedy plynule proměnné. Korunové kolo 12 planetového převodu 2 má tedy rovněž plynule proměnné otáčky. Jelikož korunové kolo 12 planetového převodu 2 je pevně spojeno s výstupním hřídelem 13, dostáváme na výstupu z převodovky 1 plynule měnitelné otáčky při konstantních vstupních otáčkách. Aby bylo možno převodovku i rozjíždět z nulových otáček, nebo reverzovat pod zatížením, musí být počty zubů jednotlivých Členů a průměry řemenic správně navrženy.

Nulová výstupní rychlost je znázorněna na obr. 4 a je základem funkce této převodovky I. Jestliže centrální kolo 9 má konstantní rychlost, unášeč JO satelitů JJ má poloviční rychlost centrálního kola 9, potom rychlost korunového kola 12 je nulová. Výstupní hřídel J3 může být tedy zatížen a převodovka I takto udržuje nulové výstupní otáčky. V planetovém převodu 2 dochází k odvalování satelitů JJ po stojícím korunovém kole 12. Poloha pásu 14 variátoru 4 je přitom mezi minimálními a maximálními průměry řemenic, aby měl variátor 4 možnost zrychlení nebo zpomalení hnané řemenice variátoru 4 při konstantních vstupních otáčkách řemenice variátoru 4.

Jízda vpřed je ukázána na obr. 4. Pozvolné zrychlování vpřed z nulové rychlosti probíhá pomocí variátoru 4, který postupně zvyšuje rychlost unášeče JO satelitů JJ.. Korunové kolo 12 se začne otáčet vpřed i pod zatížením a bez prokluzu. Maximální rychlost vpřed nastává při maximálním průměru hnací řemenice a při minimálním průměru hnané řemenice variátoru 4.

Jízda vzad je znázorněna na obr. 4. Pozvolné zrychlování vzad nastává při zpomalování rychlosti unášeče 10 satelitů 11. Korunové kolo 12 se začne otáčet vzad i pod zatížením a bez prokluzu. Maximální rychlost vzad nastává při minimálním průměru hnací řemenice a při maximálním průměru hnané řemenice variátoru 4.

-3 CZ 302928 B6

Rovnice 1 vyjadřuje celkový převodový poměr převodovky 1. Všechny hodnoty jsou konstantní, mění se pouze hodnoty průměrů řemenic variátoru 4: Dvl a Dv2. Tato rovnice platí pro variantu kdy vstup je na centrální kolo 9, výstup na korunovém kole J_2 a variátor 4 je připojen na unášeč JO satelitů LL '^c 2 (D +D ) ₍D2Dv2 D4 * ⁽D1 ’ Dvl ’ D3⁾

Rovnice 1 io Rovnice 2 vyjadřuje závislost mezi vstupními otáčkami Ninp a výstupními otáčkami Nout. Tato rovnice platí pro všechny varianty.

NN.....

Rovnice 2

Přesnost nastavení převodovky 1 závisí na převodovém poměru Dv2/Dvl řemenic variátoru 4. Z tohoto důvodu jsou použity dva snímače pro kontrolu nastavení variátoru 4 a pro korekce při prodloužení řetězu variátoru 4 během provozu. Před sepnutím lamelové spojky 3 je tedy variátor au 4 nastaven tak, aby otáčky výstupního hřídele 13 byly nulové a nedocházelo tak k cukání vozidla.

Převodovka 1 je ovládaná tlakovým olejem. Olej je nasáván čerpadlem ze skříně převodovky a proudí do skříně elektromagnetických ventilů. Ze skříně elektromagnetických ventiluje tlakový olej rozváděn do variátoru 4 a do lamelové spojky 3 pomocí vývrtů v hřídelích. Elektromagne25 tické ventily jsou ovládány řídicí jednotkou převodovky 1.

Pro řízení převodovky 1 je nutno pro řídicí jednotku převodovky 1 snímat otáčky vstupního hřídele 6 snímačem. Pro kontrolu výstupních otáček a směru otáčení výstupní hřídele 13 převodovky i jsou určeny snímače. Pro kontrolu nastavení převodového poměru variátoru 4 slouží sníma30 če. Dále je potřeba signál od plynového pedálu, brzdového pedálu a jízdního voliče. Do řídicí jednotky převodovky i jsou zavedeny i signály z jiných zařízení prostřednictvím vozidlové řídicí jednotky.

Centrální kolo 9 planetového převodu 2 je uloženo na lamelové spojce 3 z provozních a bezpeč35 nostních důvodů. Každá převodovka i musí mít neutrální polohu, tzn. je přerušen tok výkonu od motoru na hnací kola. Neutrál je nezbytný při startování motoru a při tažení vozidla při poruše. Dalším důvodem je bezpečnost, kdy je potřeba okamžitě přerušit přenos výkonu na hnací kola, např. při zásahu stabilizačního systému vozidla. Lamelová spojka 3 neslouží pro rozjezd vozidla. Rozjezd vozidla umožňuje variátor 4 a planetový převod 2.

Věnec korunového kola 12 může být doplněn ozubeným věncem pro západku parkovací brzdy. Aby byla převodovka 1 kompaktní, je vstupní hřídel 6 veden mezi řemenicemi variátoru 4.

Průmyslová využitelnost

Vynález lze využít pro plynulý pohon dopravních prostředků, zejména osobních automobilů, nákladních automobilů, traktorů, speciálních vozidel a pracovních strojů a dalších vozidel a při

-4 CZ 302928 B6 různých provozních podmínkách. Převodovku lze použít i v průmyslu pro pohon strojů a různých zařízení.

Claims

io 1. Bezstupňová automatická převodovka (1), sestávající z planetového převodu (2) a variátoru (4) , vyznačující se tím, že jsou společně s lamelovou spojkou (3) umístěny ve skříni (5) převodovky (1) a jsou vzájemně mechanicky propojeny tak, že hnaná vstupní hřídel (6) převodovky (1) je mechanicky pevně spojena s první hnací stranou lamelové spojky (3) a současně se vstupní stranou (7) variátoru (4) a druhá hnaná strana lamelové spojky (3) je mechanicky is pevně spojena s centrálním kolem (9) planetového převodu (2) a výstupní strana (8) variátoru (4 je mechanicky pevně spojena s unášečem (10) satelitů (11) planetového převodu (2), přičemž hnací výstupní hřídel (13) převodovky (1) je mechanicky pevně spojen s korunovým kolem (12) planetového převodu (2), nebo je druhá výstupní strana (8) variátoru (4) mechanicky pevně spojená s korunovým kolem (12) planetového převodu (2) a výstupní hřídel (13) převodovky (1)
2o je mechanicky pevně spojen s unášečem satelitů (11) a nebo je druhá strana lamelové spojky (3) mechanicky pevně spojena s unášečem (10) satelitů (11) planetového převodu (2), přičemž druhá výstupní strana (8) variátoru (4) je mechanicky pevně spojena s centrálním kolem (9) planetového převodu (2) a hnací výstupní hřídel (13) převodovky (l) je mechanicky pevně spojen s korunovým kolem (12), neboje druhá výstupní strana (8) variátoru (4) mechanicky pevně spojena

25 s korunovým kolem (12) planetového převodu (2) a hnací výstupní hřídel (13) převodovky (1) je mechanicky pevně spojen s centrálním kolem (9) a nebo je druhá strana lamelové spojky (3) mechanicky pevně spojena s korunovým kolem (12) planetového převodu (2), přičemž druhá výstupní strana (8) variátoru (4) je mechanicky pevně spojena s centrálním kolem (9) planetového převodu (2) a hnací výstupní hřídel (13) převodovky (1) je mechanicky pevně spojen s unáše30 čem (10) satelitů (11), neboje druhá výstupní strana (8) variátoru (4) mechanicky pevně spojena s unášečem (10) satelitů (11) a hnací výstupní hřídel (13) převodovky (1) je mechanicky pevně spojen s centrálním kolem (9) planetového převodu (2) a současně je automatická převodovka (1) opatřena prostředky pro řízené ovládání lamelové spojky (3) a variátoru (4).

35 2. Bezstupňová automatická převodovka (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že lamelová spojka (3) je umístěna uvnitř korunového kola (12), přičemž centrální kolo (9) planetového převodu (2) je umístěno na hnané části lamelové spojky (3).
3. Bezstupňová automatická převodovka (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že

40 hnací vstupní hřídel (6) prochází vnitřkem pásu (14) variátoru (4) mezi hnacím kotoučem (15) a hnaným kotoučem (16) variátoru (4).
4. Bezstupňová automatická převodovka (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že lamelová spojka (3) je ovládána hydraulicky.
5. Bezstupňová automatická převodovka (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že hnací kotouč (15) i hnaný kotouč (16) variátoru (4) je ovládán hydraulicky.
6. Bezstupňová automatická převodovka (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že 50 automatická převodovka (1) je opatřena snímáním otáček vstupního hřídele (6), variátoru (4) a výstupního hřídele (13), připojeným k řídicí elektronice, která je připojena k hydraulickým ventilům, které ovládají prostřednictvím hydraulických válců lamelovou spojku (3) a variátor (4), přičemž hydraulický systém je tlakován čerpadlem umístěným ve skříni (5) a poháněným hnaným vstupním hřídelem (6) převodovky (1).

-5CZ 302928 B6
7. Bezstupňová automatická převodovka (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že skříň (5) automatické převodovky (l) je složena z pevně vzájemně spojených skříně variátoru (4), skříně planetového převodu (2) a skříně s ovládacími prvky.

4 výkresy io Seznam vztahových značek

1 převodovka

2 planetový převod

3 lamelová spojka

4 variátor

5 skříň

6 vstupní hřídel

7 vstupní strana
8 výstupní strana
9 centrální kolo
10 unášeč
11 satelit
12 korunové kolo
13 výstupní hřídel
14 pás
15 hnaný kotouč
16 hnací kotouč aO- řídicí jednotka převodovky al - volič jízdních režimů a2 - plynový pedál a3 - brzdový pedál a4 - elektromagnetické ventily a5 - snímač otáček vstupního hřídele a6 - snímač otáček výstupní strany variátoru a7 - snímač otáček vstupní strany variátoru a8 - snímač otáček výstupního hřídele b - řídicí jednotka vozidla c - řídicí jednotka motoru d - řídicí jednotka ABS/ASR e - ostatní řídicí jednotky

Vk- obvodová rychlost korunového kola Vs obvodová rychlost unášeče satelitů Vc - obvodová rychlost centrálního kola