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Verbrennungsmotoren sind aufgrund ihrer Eigenschaften nicht vollständig für den Einsatz in Fahrzeugen geeignet. Daher wurden buchstäblich mit Beginn des Einsatzes von Verbrennungsmotoren in Autos auch dort Getriebe eingesetzt, die es ermöglichen, den Motorbetrieb unter verschiedenen Funktionsweise zu optimieren [1].
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Anfangs waren solche Getriebe mechanisch, mit einer manuellen Gangschaltung und mit einem Kupplungsmechanismus. Wenn waren die ersten Autos nur mit zwei vorderes und mit einem hinteren Stufengetriebe, dann modernen Autos haben schon 4 - 6 Stufengetrieben und sogar mehr. Aber, bei solchem manuellen Schalten der Geschwindigkeiten - lenkt der Fahrer von dem Prozess des Autofahrens ab.
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Mit der Entwicklung der Elektronik, haben automatisiertes Getrieben - AMT erscheinen [1]. Es sind nämlich die gleichen mechanischen Getrieben, ergänzt durch elektronische Sensoren und Aktoren, die einige der Geschwindigkeitsschaltfunktionen erfüllen. Solche Getrieben sind nicht schnell ziemlich, und die Elektronik ist nicht genug verlässlich noch für das Verkehrsmittel.
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Vor rund 100 Jahren wurden Automatikgetriebe entwickelt, die jetzt verstärkt eingesetzt werden. Das heutige sogenannte klassische Automatikgetriebe - ASG, enthält einen hydraulischen Transformator und mehrere Stufen von Planetengetrieben [1]. All diese komplexe Struktur wird vom Bordcomputer gesteuert. Obwohl jedoch diese Übertragung fahr vereinfacht, hat es mehrere Nachteile: wie bereits erwähnt, die Konstruktion kompliziert ist, erfordert es die Verwendung einer großen Anzahl von Spezial Öl für den Drehmomentwandler und hat einen erhöhten Kraftstoffverbrauch.
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Eine Alternative zur automatischen Übertragung kann stufenlose Übertragung (Variator) [2] sein. Im Variator können verschiedene Varianten von Reibradgetrieben verwendet werden. Aber sind die am häufigsten CVT-Variatoren sich verwendend, der zwei Paare von Riemenscheiben hat und in jedem Paar kann der Abstand zwischen diesen Riemenscheiben variieren, und diese Paare werden unter Verwendung eines speziellen Riemens verbunden. So kann man das beste Übersetzungsverhältnis wählen. Leider können CVT-Variatoren nicht mit leistungsstarken Motoren arbeiten. Außerdem erfordert für solche Variatoren spezielles Öl und ein ziemlich häufiges Auswechseln des Metallantriebsriemens, da ist das CVT das Reibgetriebe.
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Darüber hinaus gibt es Variatoren mit dem Verwendung Freilaufkupplungen [3], die, zum Beispiel, in der deutsche Firma [4} sich herstellen, aber sie an Verkehrsmittel nicht verwenden, weil hier es unmöglich ist, ein kontinuierliche Rotation (ohne Freilauf) zu erhalten, sowie aufgrund schneller Verschleiß der Teile, besonders im Freilaufkupplungen - wegen der großen variablen Stoßbelastungen. Trotzdem wurde solche Versuche antreten [5], wo anstelle einziges Variator waren mehrere solcher Variatoren verwenden, die auf eine einzige gemeinsame Ausgangsachse, jedoch mit einer Zeitverschiebung arbeiten [3]. Jedoch ist solch eine Konstruktion komplex und unzuverlässig herhaben.
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Hier wird ein neuer Typ eines Variator vorgeschlagen, dem die Nachteile der oben erwähnten Variatoren fehlen.
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Die Grundlage für die Umwandlung der stufenlosen Drehbewegung der Motorausgangswelle in Schwingungsbewegungen ist hier der wohlbekannte Kulissenmechanismus, ohne beliebigen zusätzlichen Elementen.
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Diese schaukelnden Bewegungen sind in lineare hin- und her- Bewegungen umwandeln, mittels, z.B., mit der Hilfe des Zahngetriebes: einen Zahnrad - eine Zahnstange.
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Dies ist notwendig, zum verwenden Kupplungen, welche sind Elementen Freilaufkupplungen verwenden, sondern wandeln die lineare hin- und her- Bewegungen in dem Einweg kontinuierliche Drehung in eine Richtung, ohne frei Lauf [6] - [8].
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Und eine stufenlose Geschwindigkeitsänderung wird hierbei durch eine stufenlose Veränderung des Abstandes zwischen der Abtriebswelle des Motors und der Achse des Schaukeln der Kulisse gewährleistet.
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Betrachten Sie die Vorrichtung des vorgeschlagenen Variator auf Beispiel von 1.
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Alle Teile dieses Variator sind auf einem flachen Platte 9 angeordnet. Durch das Loch in dem Platte 9 hat die Motorwelle 1 durchgeht, an seinem Ende die Scheibe 2 starr befestigt ist, und an dem Umfang der Scheibe 2 hat der Daum 3 starr befestigt, der sich im Längsloch 5 des Kulisse 4 frei bewegen kann. Die Kulisse 4 kann frei auf der Achse 6 schaukeln, die starr an einem Ende des Steg 8 befestigt ist. Auch der Steg 8, mit dem Loch auf die seine andere Ende - auf dem Zwischenwelle 16 frei drehen kann, die fest an der Platte 9 der Variator befestigt ist. Somit kann sich die Achse 6 der Schwingungen der Kulisse 4 um einen Teil des Umfangs entlang bewegen, der nebenan das Zentrum der Motorwelle 1 verläuft.
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Auf dem Zwischenwelle 16 befinden auch der Kettenrad 17 und der Zahnrad 18, welchen fest miteinander verbundenen, und auch frei drehen können.
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Die Kettenräder 7 und 17 sind durch einen geschlossenen Kette 19 verbunden.
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Das Zahnrad 18 auf der Zwischenachse 16 wirkt mit der Zahnstange 12 zusammen, die starr mit dem Rahmen des Mechanismus der Kupplung 11 ([6] - [8]) verbunden ist, der an der Platte 9 des Variator montiert ist.
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Eine Rolle 13, die ebenfalls an der Platte 9 des Variator angebracht ist, stellt einen konstanten Kontakt zwischen der Zahnstange 12 und dem Zahnrad 18 bereit.
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Die Ausgangswelle 10 der Kupplung 11 ist auch die Ausgangswelle des Variator und ist in dem Lager (es ist bedingungsweise auf 1, 2 nicht gezeigt) der Platte 9 des Variator montiert. Der Steg 8 hat auch eine Auskragung auf jeder Seite. Zu der Auskragung „a“ das Ende der Rückstellfeder 14 verbindet, und das zweites Ende der Rückstellfeder 14 an der Platte 9 des Variator befestigt ist. Diese Rückstellfeder 14 neigt immer dazu, den Abstand zwischen der Motorwelle 1 und der Achse 6 der Schaukeln der Kulisse 4 zu vergrößern.
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Auf der gegenüberliegenden Seite des Steg 8, an der Auskragung „b“ ist eine flexible Verbindung 15 (zum Beispiel, ein Metallseil) befestigt, mittels der es möglich zu verkleinern, den Abstand zwischen der Ausgangswelle 1 des Motors und der Achse 6 des Schaukelns der Kulisse 4. Beispielsweise kann diese flexible Verbindung 15 mit dem Gaspedal des Autos verbunden sein.
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Außerdem sind die Platte 9 des Variator, die Scheibe 2, der Steg 8, die Kettenräder 7, 17 und die Kette 19, und auch das Zahnrad 18 und die Zahnstange 12 in parallelen Ebenen angeordnet und gegenseitig nicht stören.
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Überlegen Sie nun, wie dieser Variator funktioniert.
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Wir sind angenommen, die Ausgangswelle 1 des Motors dreht sich in der gleichen Richtung mit einer konstanten Geschwindigkeit. In diesem Fall gleitet der Finger 3 der Scheibe 2 in dem Längskanal 5 des Lenkers 4, der auf der Achse 6 schwingt. Und diese Kulisse 4 hat einen maximalen Abweichungswinkel von der Linie, die die Mittelpunkte der Motorausgangswelle 1 und der Achse 6 der Schaukeln der Kulisse 4 nur dann verbindet, wenn diese Linie senkrecht zum Radius der Platte 2 ist, wo sich der Daumen 3 befindet (und ist dies auch eine Linie). Wann jetzt, geistig, die Zentren des Finger 3 und der Achse 6 des Schaukelns der Kulisse 4 mit Hilfe einer Linie (diese Linie ist auch die Mittellinie der Kulisse 4) verbinden, dann diesen drei Linien bilden ein rechtwinkliges Dreieck. Der Winkel des rechtwinkligen Dreiecks auf der Achse 6 der Schaukeln der Kulisse 4 ist α genannt, und das Gegenkathete, das einen konstanten Wert (Radius) hat, wird r genannt. Dies bedeutet, dass hier ist Tan α - proportional zu der Ankathete, und ist, wenn der Abstand zwischen der Ausgangswelle 1 des Motors und der Achse 6 des Kulisse 4 stufenlos ändern, dann sind auch das Tan α und der Winkel α auch stufenlos ändern.
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Wobei wird der Winkel α maximal möglich sein - an der nächstliegenden Position der Gaukeln Achse 6 des Kulisse 4 zur Ausgangswelle 1 des Motors (2), und mit zunehmendem dieser Abstand wird dicht dieser Winkel bis minimal mögliche Wert abnehmen (1). Und war obwohl angenommen, dass die Ausgangswelle des Motors in einer Richtung mit konstanter Geschwindigkeit rotiert, dennoch, der Winkel α variiert.
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Um den Bereich der stufenlosen Geschwindigkeitsvariation in einem solchen Variator zu schätzen, wird man ein mentales Experiment führen.
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Zum Beispiel angenommen, der Radius, auf dem sich der Finger 3 der Platte 2 befindet, ist gleich: r = 5 cm. Wenn die Gaukeln Achse 6 des Kulisse 4 ebenfalls einen Abstand r von der Ausgangswelle 1 des Motors hat, dann ist das oben betrachtete Dreieck gleichschenklig und der Winkel α = 45°.
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Wenn der Abstand zwischen der Schwingungsachse 6 des Kulisse 4 und der Ausgangswelle 1 des Motors verdoppelt wird (2r = 10 cm), wird die Tangens des Winkels α sein: tan α = 5:10 = 0,5 und der Winkel α = 25° ist.
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Wenn erhöhen diesen Abstand um das Vierfache (4r = 20 cm), dann ist tan α = 5:20 = 0,25, der Winkel α ≈ 13°, und der Bereich der Winkeländerung ist 45°:13° ≈ 3,46.
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Und wenn dieser Abstand um das 8-fache erhöht wird (8r = 40 cm), dann ist tan α = 5:40 = 0,125 und der Winkel α ≈ 7,1°. Im diesen, Fall beträgt die Änderung des Winkels 45°:7,1°≈6,34.
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Und ist hier die Frage: es gibts ein Sinn weiter der Abstand zwischen dem Ausgangswelle 1 des Motors und der Achse 6 des Schaukelns der Kulisse 4 zu vergrößern?
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Wahrscheinlien nicht, weil die Änderung des Winkels als eine Funktion von tan & nicht linear ist, und sogar eine signifikante Zunahme dieses Abstandes zu einer unbedeutenden Verringerung des Winkels & erführt, aber die Größen des Variator beträchtlich vergrößern kann, was natürlich unerwünscht ist.
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Aber ist noch einen Faktor hier, der kann essentiell den maximal möglichen Winkel & vergrößern. Dies ist die Änderung des minimalen Abstandes zwischen der Achse der Motorausgangswelle 1 und der der Gaukeln Achse 6 der Kulisse 4. Zu Beginn dieses Gedankenexperimentes haben wir diesen Abstand gleich dem Radius r genommen, auf dem sich der Daumen 3 auf der Scheibe 2 der Ausgangswelle 1 des Motors befindet. Dieser Abstand kann jedoch leicht verringert werden, was den maximalen Auslenkungswinkel des Verschlusses 4 erheblich erhöht. Beispielsweise ist es möglich, einen Winkel α = 80° zu erhalten, bei dem man erhält: 80°: 7,1°≈11,27.
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Dies entspricht dem Bereich der stufenlosen Drehzahländerung in dem vorgeschlagenen Variator was übertrifft der ähnliches Wert für CVT-Variatoren [2].
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Es ist hier auch anzumerken, dass die Drehzahl der Ausgangswelle 13 des Variator immer kleiner ist als die Drehzahl der Ausgangswelle 1 des Motors, was darauf zurückzuführen ist, dass der Winkel α - immer nur einen Teil des Umfangs ausmacht. Dies ist jedoch kein Nachteil des Variator, da moderne Verbrennungsmotoren die maximale Leistung entwickeln - bei hohen Drehzahlen der Abtriebswelle und für ihren Einsatz in Fahrzeugen ist es immer noch notwendig, die Drehzahl mit Hilfe von Untersetzungsgetrieben zu reduzieren. Und darum, die Reduzierung der Ausgangsdrehzahl der Variatoren - erhöht nur ihre Zuverlässigkeit, da ist es den Verschleiß der Teile sich reduziert.
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Somit hat der vorgeschlagene Variator die folgenden Eigenschaften:
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Der Aufbau des Variator ist einfach, auch im Vergleich zu Variatoren mit Freilaufkupplungen, denn für die stufenlose Drehzahlwandlung wird hier nur das Kulissenwerk ohne zusätzliche Elemente eingesetzt.
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Darüber hinaus ist ein solcher Variator unter Berücksichtigung seiner Dicke und seiner belegten Fläche flach, was sein Verbund mit verschiedenen Motoren erleichtert.
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Eine stufenlose Änderung der Drehgeschwindigkeit wird erreicht, indem eine stufenlose Änderung der Abstand zwischen der Ausgangswelle des Motors und der Achse der Schwingung der Kulisse. Das ist nur auf der Trigonometrie Gesetz beruht und deswegen und Begrenzungen auf Motorleistung, mit denen solche Variatoren arbeiten können, hier vollständig fehlen sind.
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In diesem Variator gibt es keine Reibungsmechanismen, hydraulische Drehmomentwandler, Gruppen von Planetenmechanismen, unter der Kontrolle komplexer und nicht ausreichend zuverlässiger Elektronik - unter den Bedingungen des Fahrzeugbetriebs.
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Daher wird ein solcher Variator einfach zu bedienen, zu warten und zu reparieren sein.
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Die stufenlose Änderung der Rotationsgeschwindigkeit basiert nur auf der Anwendung des Trigonometrie Gesetzes, das ist die Leistungsbeschränkungen auf Motoren vollständig beseitigt, mit denen solche Variatoren arbeiten können.
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A, die Verwendung von Kupplungen [6] - [8] im Variator - schroff diminuieren die hochfrequenten Stoßbelastungen, die sind für Variatoren mit Freilaufkupplungen charakterlich.
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Natürlich können die vorgeschlagenen Variatoren und in Kombination mit anderen Arten von Getrieben verwendet werden.
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In Anbetracht des Vorstehenden kann der vorgeschlagene Variator eine Alternative zu Automatikgetrieben und CVT-Variatoren werden.
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Da solche Variatoren keine Analoga haben, schlägt der Autor vor, solche Variatoren zu nennen: ASV-Variatoren, wo ASV - die Initialen des Autors (Afanasiev - Familienname, Sergei - Vorname, Vladimir - zweite Vorname).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Die Ausgangswelle des Motors,
- 2
- Der Scheibe,
- 3
- Der Daumen auf die Peripherie des Scheibe 2,
- 4
- Die Kulisse,
- 5
- Die Längsbohrung 5 der Kulisse 4,
- 6
- Die Schwingungsachse 6 der Kulisse 4,
- 7
- Das Kettenrad an der Schwingungsachse 6,
- 8
- Der Steg,
- 9
- Die Platte des Variator,
- 10
- Die Ausgangswelle der Kupplung 11, (die Ausgangswelle des Variator),
- 11
- Der Kupplung [6] - [8],
- 12
- Die Zahnstange,
- 13
- Die Rolle,
- 14
- Die Rückstellfeder,
- 15
- Die flexible Verbindung,
- 16
- Die Zwischenachse,
- 17
- Das Kettenrad an der Zwischenachse 16,
- 18
- Das Zahnrad,
- 19
- Die Kette,
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Literatur
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- 1. https://de.wikipedia.org/wiki/Fahrzeuggetriebe
- 2. https://de.wikipedia.org/wiki/Stufenloses_Getriebe
- 3. Мальцев B.Φ. Mexaнические импульсные передачи. ИзДание З-е, переработанное идополненное. М., «Машиостроение», 1978. 367 c. c ил.
- 4. https://www.ringspann.de/de/produkte/freilaeufe/technik
- 5. https://its.nnturu/docs/student/lecture/new_meh/lect_6.pdf
- 6. DE 20 2018 002 706
- 7. DE 20 2018 002 715
- 8. DE 20 2018 002 716
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202018002706 [0044]
- DE 202018002715 [0044]
- DE 202018002716 [0044]
