RU2053895C1

RU2053895C1 - Electromechanical transmission continuous-action self-controlled holonomic variable-speed drive

Info

Publication number: RU2053895C1
Application number: RU93029013A
Authority: RU
Inventors: Эдуард Константинович Коротков
Original assignee: Эдуард Константинович Коротков
Priority date: 1993-05-24
Filing date: 1993-05-24
Publication date: 1996-02-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: electromechanical transmission with continuous-action self-controlled holonomic variable- speed drive is made of standard spur gears and consists of two differential mechanisms combined by planetary gear train with definite gear ratio. Installed at one output of variable-speed drive is generator to supply electric motor whose shaft is connected with driving shaft of variable- speed drive through overrunning clutch. EFFECT: enlarged operating capabilities. 6 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть применено в транспортных средствах, станкостроении, а так же в других объектах и системах, где требуется автоматическое или принудительное плавное изменение частоты вращения ведомого вала в зависимости от момента нагрузки на нем при постоянной, хотя это и не обязательно, частоте вращения приводного двигателя. The invention relates to mechanical engineering and can be applied in vehicles, machine tools, as well as in other objects and systems where automatic or forced smooth change of the rotation speed of the driven shaft depending on the moment of load on it at a constant is required, although this is not necessary, drive motor speed.

Известна передача с импульсным вариатором, который описан в книге Мальцева В. Ф. Механические импульсные передачи. М. Машиностроение, 1978, с.39, рис.32. A known transmission with a pulse variator, which is described in the book of Maltsev V.F. Mechanical pulse transmission. M. Engineering, 1978, p. 39, Fig. 32.

Его недостатки: неравномерность хода ведомого вала, низкая долговечность, связанная с использованием роликовых муфт свободного хода (см. с.305) указанной книги, ограничение по частоте вращения до 1000 об/м, отсутствие возможности саморегулирования. Its disadvantages: uneven stroke of the driven shaft, low durability associated with the use of freewheel roller couplings (see p.305) of the specified book, speed limitation up to 1000 rpm, lack of self-regulation.

Известна также передача с фрикционным вариатором, который описан в книге Пронин Б.А. Ревков Г.А. Бесступенчатые клиноременные и фрикционные передачи. М. Машиностроение, 1980, с. 290, рис. 178. Also known transmission with a friction variator, which is described in the book Pronin B.A. Revkov G.A. Stepless V-belt and friction gears. M. Engineering, 1980, p. 290, fig. 178.

Недостатками фрикционного вариатора являются: большие давления на валы и опоры, связанные с использованием сил трения для передачи момента, нежесткость характеристики передачи, малая долговечность и низкий КПД за счет геометрического скольжения в зонах контакта (см. с.174 указанной книги), ограничения по передаваемой мощности, отсутствие возможности самонастройки. The disadvantages of the friction variator are: high pressures on the shafts and bearings associated with the use of friction forces for torque transmission, non-rigidity of the transmission characteristics, low durability and low efficiency due to geometric slip in the contact zones (see p. 174 of this book), restrictions on the transmitted power, lack of self-tuning.

Предлагаемая электромеханическая передача с саморегулируемым бесступенчатым голономным вариатором непрерывного действия свободна от этих недостатков. The proposed electromechanical transmission with a self-regulating stepless holonomic continuously variable variator is free from these disadvantages.

Известна гидромеханическая коробка передач (гидропередача), близкая по своему назначению к предлагаемой передаче и выбранная за прототип, описанная в книге Мазалов Н.Д. Трусов С.М. Гидромеханические коробки передач. М. Машиностроение, 1971, с. 153-157. Known hydromechanical gearbox (hydraulic transmission), close in purpose to the proposed transmission and selected for the prototype described in the book N. Mazalov Trusov S.M. Hydromechanical gearboxes. M. Engineering, 1971, p. 153-157.

В отличие от предлагаемой передачи гидропередача-прототип сложна. В ней имеются фрикционы, механическая коробка передач, три лопаточных колеса, рабочее тело (жидкость), насосы и т.д. In contrast to the proposed transmission, the prototype hydraulic transmission is complex. It has clutches, a manual gearbox, three paddle wheels, a working fluid (liquid), pumps, etc.

К деталям и узлам гидропередачи предъявляются высокие требования к их изготовлению и герметичности системы в целом. Кроме того, недостатками гидропередачи являются: низкий КПД, в большой степени зависимый от передаточного отношения (см. рис.2 книги Мазалов Н.Д. Трусов С.М. Гидромеханические передачи. М. Машиностроение, 1971, с.12), низкая средняя мощность двигателя при разгоне транспортного средства, хотя она и несколько выше, чем при разгоне с помощью ступенчатой коробки передач. Details and nodes of hydraulic transmission are subject to high demands on their manufacture and the tightness of the system as a whole. In addition, the disadvantages of hydraulic transmission are: low efficiency, to a large extent dependent on the gear ratio (see Fig. 2 of the book by Mazalov ND Trusov SM Hydromechanical gears. M. Mechanical Engineering, 1971, p.12), low average engine power when accelerating a vehicle, although it is slightly higher than when accelerating with a speed gearbox.

С целью повышения КПД и надежности передачи, плавного набора скорости, возможности организации саморегулирования передаточного отношения в передаче с бесступенчатым голономным вариатором непрерывного действия (механическим трансформатором момента) в зависимости от динамики транспортного средства и профиля пути, сокращения расход топлива и выброса вредных выхлопных газов в процессе разгона, упрощения управления транспортным средством, а также повышения ресурса двигателя, трансмиссии и сцепления за счет улучшения их динамики, повышения ресурса тормозной системы за счет появления возможности плавного торможения двигателем, предлагаемая электромеханическая передача с саморегулируемым бесступенчатым голономным вариатором непрерывного действия (механическим трансформатором момента), выполненным полностью на зубчатом зацеплении, содержит генератор и электродвигатель, два дифференциальных механизма, одни из одноименных звеньев которых объединены между собой планетарной зубчатой связью с определенным передаточным отношением, с водилом которой связан приводной двигатель, другие одноименные звенья жестко связаны между собой, одно из третьих одноименных звеньев жестко соединено со стойкой, другое такое звено соединено с валом генератора, питающего электродвигатель, вал которого через муфту свободного хода соединен с ведущим валом вариатора. Потребная мощность генератора изменяется в зависимости от диапазона передаточных отношений передачи. Так, например, в области больших передаточных отношений (от 3 до ∞) мощность генератора и электродвигателя должна составлять от 50 до 100% мощности приводного двигателя. В области средних передаточных отношений (от 2 до 3) потребная мощность генератора составляет от 25 до 50% от мощности приводного двигателя. И, наконец, при малых передаточных отношениях (от 1 до 2) потребная мощность генератора составляет от 0 до 25% от мощности приводного двигателя. Учитывая то, что транспортное средство при разгоне находится в области больших передаточных чисел весьма кратковременно (единицы секунд) потребную мощность генератора и электродвигателя следует выбрать порядка 35-50% от мощности приводного двигателя. После разгона транспортного средства генератор и электродвигатель останавливаются. In order to increase the efficiency and reliability of the transmission, a smooth set of speed, the possibility of organizing self-regulation of the gear ratio in the transmission with a continuously variable holonomic variator (mechanical moment transformer) depending on the vehicle’s dynamics and track profile, reducing fuel consumption and harmful exhaust emissions in the process acceleration, simplification of driving, as well as increasing the life of the engine, transmission and clutch by improving their dynamics, higher resource of the brake system due to the possibility of smooth engine braking, the proposed electromechanical transmission with a self-regulating continuously variable holonomic variator (mechanical torque transformer), made completely on gear mesh, contains a generator and an electric motor, two differential mechanisms, two of which are connected between a planetary gear link with a certain gear ratio, with a carrier of which a drive gear is connected engine, other links of the same name are rigidly interconnected, one of the third links of the same name is rigidly connected to the rack, another such link is connected to the shaft of the generator supplying the electric motor, the shaft of which is connected through the freewheel to the drive shaft of the variator. The required power of the generator varies depending on the range of gear ratios of the transmission. So, for example, in the field of large gear ratios (from 3 to ∞), the power of the generator and electric motor should be from 50 to 100% of the power of the drive motor. In the field of average gear ratios (from 2 to 3), the required generator power is from 25 to 50% of the power of the drive motor. And finally, at low gear ratios (from 1 to 2), the required generator power is from 0 to 25% of the drive motor power. Given that the vehicle during acceleration is in the region of large gear ratios for a very short time (units of seconds), the required power of the generator and electric motor should be selected about 35-50% of the power of the drive motor. After the vehicle accelerates, the generator and the electric motor stop.

При применении указанной передачи появляется возможность производить разгон при полной мощности двигателя частота вращения которого практически постоянна при высоком КПД двигателя, малом расходе топлива и более полном его сгорании. Разгон производится плавно, без переключения рычага коробки передач, имеющейся на большинстве транспортных средств, что упрощает управление и ведет к увеличению ресурса двигателя, трансмиссии и сцепления, так как улучшается их динамика. Увеличивается также ресурс тормозной системы, так как появляется возможность плавного торможения двигателем. When using this transmission, it becomes possible to accelerate at full engine power, the rotational speed of which is almost constant at high engine efficiency, low fuel consumption and more complete combustion. Acceleration is carried out smoothly, without shifting the gear lever, which is available on most vehicles, which simplifies control and leads to an increase in the engine, transmission and clutch life, as their dynamics improves. The resource of the brake system is also increased, since it becomes possible to smoothly brake the engine.

Время разгона транспортного средства с помощью предлагаемой передачи уменьшается примерно в 3-4 раза по сравнению с временем разгона при использовании стандартной коробки передач или гидропередачи. The acceleration time of the vehicle using the proposed transmission is reduced by about 3-4 times compared with the acceleration time when using a standard gearbox or hydraulic transmission.

При использовании предлагаемой передачи число органов управления равно числу органов управления серийных транспортных средств, за исключением того, что рычаг переключения передач нужен только для организации переднего и заднего хода, а также нейтрального положения, необходимого при запуске двигателя и движении накатом. When using the proposed transmission, the number of controls is equal to the number of controls of serial vehicles, except that the gear lever is needed only for the organization of forward and reverse gears, as well as the neutral position required when starting the engine and coasting.

Все изложенное подтверждено испытаниями макета предлагаемой передачи. На фиг.1 представлена кинематическая схема предлагаемого саморегулируемого бесступенчатого голономного вариатора непрерывного действия (механического трансформатора момента); на фиг.2 кинематическая схема такого же механизма, но без планетарной связи между коронами К₁ и К₂; на фиг.3 характер зависимостей n_вых, n_вх, i_вар, N_{вых.мех}, Р_эл.г в зависимости от изменения момента нагрузки на ведомом валу вариатора при передаточном отношении между коронами К₁ и К₂дифференциальных механизмов i $\binom{h3}{k1,k2}$ , которое равно передаточному отношению i $\binom{k3}{c1,h2}$ в свою очередь равному i

(см. фиг.1). Графики построены на основе экспериментальных данных и построены в относительных единицах. Для сравнения, на этой же фигуре, представлены те же зависимости для механизма без планетарной связи между коронами (см. фиг.2), но при прочих равных условиях.All of the above is confirmed by testing the layout of the proposed transmission. Figure 1 presents the kinematic diagram of the proposed self-regulating stepless holonomic continuously variable variator (mechanical torque transformer); figure 2 kinematic diagram of the same mechanism, but without planetary communication between the crowns K ₁ and K ₂ ; figure 3 the nature of the dependencies n _o , n _I , i _var , N _o.meh , P _el.g depending on changes in load moment on the driven shaft of the variator with the gear ratio between the crowns K ₁ and K _{2 of} differential mechanisms i

\binom{h3}{k1, k2}

which is equal to gear ratio i

\binom{k3}{c1, h2}

in turn equal to i

(see figure 1). Charts are built on the basis of experimental data and are plotted in relative units. For comparison, in the same figure, the same dependencies are presented for the mechanism without planetary connection between the crowns (see figure 2), but ceteris paribus.

На фиг. 4 представлено семейство графиков функций n_вых, n_вх, i_вар, N_{вых.мех} и Р_эл.г в зависимости от изменения момента нагрузки на ведомом валу вариатора при различных значениях передаточного отношения между коронами К₁ и К₂ дифференциальных механизмов, снятые экспериментальным путем.In FIG. 4 presents a family of graphs of functions n _o , n _o , i _var , N _o.meh and P _el.g depending on changes in the load moment on the driven shaft of the variator for different values of the gear ratio between the crowns K ₁ and K _{2 of the} differential mechanisms taken by the experimental by way.

Экспериментальные данные приведены в табл.1-3. The experimental data are given in table 1-3.

На фиг.5 представлены графики функций мощности, развиваемой двигателем и скорости движения при разгоне транспортного средства с помощью ступенчатой коробки передач, N₁ f₁(t); N_1cp; V₁ f₂(t); V_1cp= f₂(t), а также графики функций мощности двигателя и скорости движения N₂ f₃(t); V₂ f₄(t) при разгоне транспортного средства с помощью предлагаемой передачи.Figure 5 presents graphs of the functions of power developed by the engine and speed during acceleration of a vehicle using a speed gearbox, N ₁ f ₁ (t); N _1cp ; V ₁ f ₂ (t); V _1cp = f ₂ (t), as well as graphs of the functions of engine power and speed N ₂ f ₃ (t); V ₂ f ₄ (t) during acceleration of the vehicle using the proposed gear.

На фиг. 6 представлена блок-схема предлагаемой электромеханической передачи. In FIG. 6 shows a block diagram of the proposed electromechanical transmission.

Рассмотрим кинематическую схему саморегулируемого бесступенчатого голономного вариатора непрерывного действия (механического трансформатора момента), представленную на фиг.1. Consider the kinematic diagram of a self-regulating stepless holonomic continuously variable variator (mechanical torque transformer), shown in figure 1.

Следует отметить, что на фиг.1 представлена одна из возможных кинематических схем предлагаемого вариатора, а именно схема с объединенными (жестко соединенными) водилами h1 и h2 дифференциальных механизмов. Возможны так же схемы с объединенными солнечными колесами или с объединенными коронами. It should be noted that figure 1 presents one of the possible kinematic schemes of the proposed variator, namely, a scheme with combined (rigidly connected) carriers h1 and h2 of differential mechanisms. Schemes with combined solar wheels or with combined crowns are also possible.

Итак, двигатель внутреннего сгорания или любой другой двигатель (не показан) вращает ведущий (входной) вал 1, который является водилом h3 планетарной связи между коронами 2(К1) и 3(К2) одинаковых (хотя это не обязательно) дифференциальных механизмов. Вал 1 (водило h3) свободно и соосно установлено на главной оси механизма. В водиле h3 свободно установлена ось 4, на концах которой жестко насажены сателлиты 5 и 6, входящие в зацепление с зубчатыми колесами 7 и 8 соответственно, соосно и жестко установленными на коронах 2 и 3 дифференциальных механизмов. So, an internal combustion engine or any other engine (not shown) rotates the drive (input) shaft 1, which is the planet carrier h3 of the planetary connection between the crowns 2 (K1) and 3 (K2) of the same (although not necessary) differential mechanisms. Shaft 1 (carrier h3) is freely and coaxially mounted on the main axis of the mechanism. Axle 4 is freely mounted in the carrier h3, at the ends of which satellites 5 and 6 are rigidly mounted, which mesh with gears 7 and 8, respectively, coaxially and rigidly mounted on the crowns 2 and 3 of the differential mechanisms.

На концах оси 9 жестко установлены водила 10 (h1) и 11 (h2) дифференциальных механизмов. На осях водила 10 свободно установлены сателлиты 12, входящие в зацепление с одной стороны, с солнечным колесом 13 (С1), жестко насаженном на вал 14, на другом конце которого устанавливается генератор 15, а с другой стороны сателлиты 12 входят в зацепление с короной 2. At the ends of axis 9, carriers 10 (h1) and 11 (h2) of differential mechanisms are rigidly mounted. On the axes of carrier 10, satellites 12 are freely mounted, which engage on one side and have a sun wheel 13 (C1) rigidly mounted on shaft 14, on the other end of which a generator 15 is mounted, and on the other side, satellites 12 are engaged with crown 2 .

На осях водила 11 (h2) свободно установлены сателлиты 16, входящие в зацепление, с одной стороны, с короной 3, а с другой стороны, с солнечным колесом 17 (С2), жестко установленном на валу 18. Другой конец вала 18 жестко закреплен на стойке 19. Satellites 16 are freely mounted on the axles of the carrier 11 (h2), engaging, on the one hand, with the crown 3, and on the other hand, with the sun wheel 17 (C2), rigidly mounted on the shaft 18. The other end of the shaft 18 is rigidly fixed to rack 19.

На короне 3 жестко и соосно установлено зубчатое колесо 20, являющееся ведомым (выходным) валом вариатора. С генератором 15 электрически связан (см. фиг.6) электродвигатель, вал которого через муфту свободного хода соединен с ведущим валом 1 вариатора. On the crown 3, a gear wheel 20 is rigidly and coaxially mounted, which is the driven (output) shaft of the variator. An electric motor is connected electrically to the generator 15 (see FIG. 6), the shaft of which is connected through the freewheel to the drive shaft 1 of the variator.

Рассмотрим работу саморегулируемого бесступенчатого голономного вариатора непрерывного действия. Consider the work of a self-regulating continuously variable holonomic variator of continuous action.

Двигатель внутреннего сгорания (или любой другой двигатель) работает в оптимальном, с точки зрения расхода топлива, отдаваемой мощности и полноты сгорания топлива, режиме при практически постоянной частоте вращения ведущего вала 1 вариатора (хотя постоянство частоты вращения вала 1 с точки зрения работоспособности вариатора не обязательно). The internal combustion engine (or any other engine) operates in the optimal mode from the point of view of fuel consumption, power output and completeness of fuel combustion at a practically constant speed of the drive shaft 1 of the variator (although the constancy of the speed of shaft 1 from the point of view of operability of the variator is not necessary )

Вращение с ведущего вала 1 передается через сателлиты 5 и 6 на короны 2 и 3 дифференциальных механизмов через зубчатые колеса 7 и 8 соответственно. С зубчатого колеса 8 вращение передается через корону 3 на ведомый вал 20 вариатора. Так как солнечное колесо 17 жестко заблокировано на стойку 19, то движение от короны 3 через сателлиты 16 передается на водило 11, вал 9 и на водило 10 другого дифференциального механизма. Rotation from the drive shaft 1 is transmitted through satellites 5 and 6 to the crowns 2 and 3 of the differential mechanisms via gears 7 and 8, respectively. From the gear wheel 8, the rotation is transmitted through the crown 3 to the driven shaft 20 of the variator. Since the sun wheel 17 is rigidly locked to the stand 19, the movement from the crown 3 through the satellites 16 is transmitted to the carrier 11, shaft 9 and the carrier 10 of another differential mechanism.

Вращение на вал 14 генератора 15 передается с двух сторон: с одной стороны от короны 2 через сателлит 12 на солнечное колесо 13, а с другой стороны, через водило 10 также на сателлит 12 и на солнечное колесо 13. Rotation to the shaft 14 of the generator 15 is transmitted from two sides: on the one hand from the crown 2 through the satellite 12 to the sun wheel 13, and on the other hand, through the carrier 10 also to the satellite 12 and the sun wheel 13.

Оба движения суммируются на валу 14 генератора 15. Both movements are summed up on the shaft 14 of the generator 15.

Как показала экспериментальная проверка оптимальным передаточным отношением с короны 2 (К1) на корону 3 (К2) (см. фиг.4), является передаточное отношение i $\binom{h3}{k1,k2}$ =i $\binom{k1}{c1,h1}$ =i

которое обеспечивает передачу части мощности от приводного двигателя с ведущего вала 1 на ведомый вал 20 вариатора, а на вал 14 генератора 15, в зависимости от нагрузки на ведомом валу 20 вариатора, передается та или иная часть мощности приводного двигателя, которая через электродвигатель и муфту свободного хода снова возвращается на ведомый вал вариатора. Чем выше момент нагрузки на ведомом валу 20 вариатора, тем меньше частота его вращения, тем больше частота вращения вала генератора, момент на котором по мере роста частоты вращения вала генератора, уменьшается. После разгона транспортного средства генератор и электродвигатель останавливаются, и вся мощность приводного двигателя практически без потерь передается на ведомый вал вариатора при передаточном отношении 1, т.е. организуется прямая передача.As shown by experimental verification, the optimal gear ratio from crown 2 (K1) to crown 3 (K2) (see figure 4) is the gear ratio i

\binom{h3}{k1, k2}

= i

\binom{k1}{c1, h1}

= i

which ensures the transfer of part of the power from the drive motor from the drive shaft 1 to the driven shaft 20 of the variator, and on the shaft 14 of the generator 15, depending on the load on the driven shaft 20 of the variator, this or that part of the power of the drive motor is transmitted, which is transmitted through the electric motor and the coupling stroke returns to the driven shaft of the variator. The higher the load moment on the driven shaft 20 of the variator, the lower the frequency of rotation, the greater the frequency of rotation of the generator shaft, the moment at which decreases with increasing frequency of rotation of the generator shaft. After the vehicle accelerates, the generator and electric motor stop, and all the power of the drive motor is transmitted almost without loss to the driven shaft of the variator with a gear ratio of 1, i.e. direct transmission is organized.

Большие моменты на ведомом валу вариатора, уменьшающиеся по мере разгона транспортного средства, требуются тогда, когда действуют силы инерции при разгоне или движении на подъем. При этом увеличение частоты вращения ведомого вала вариатора происходит автоматически по мере уменьшения нагрузки на ведомом валу вариатора. Large moments on the driven shaft of the variator, decreasing as the vehicle accelerates, are required when inertia forces act when accelerating or moving uphill. In this case, an increase in the rotational speed of the driven shaft of the variator occurs automatically as the load on the driven shaft of the variator decreases.

Так как работа генератора и электродвигателя при разгоне транспортного средства кратковременна, то электрические машины (или любые другие) следует выбирать из условия, что их мощность должна составлять 0,35-0,5 от мощности при водного двигателя. Since the operation of the generator and electric motor during acceleration of the vehicle is short-term, electric machines (or any other) should be chosen from the condition that their power should be 0.35-0.5 of the power of a water engine.

Этого вполне достаточно, чтобы обеспечивать работу передачи длительно при изменении передаточных чисел от 1 до 3-х. This is quite enough to ensure the transmission for a long time when changing gear ratios from 1 to 3.

Экспериментальные исследования. Experimental research.

Используемые приборы:
1. Амперметр постоянного тока М4200, класс точности 1,5, цена деления 0,2 А, шкала на 5А для замера тока приводного двигателя.Used devices:
1. DC ammeter M4200, accuracy class 1.5, division price 0.2 A, 5A scale for measuring the current of the drive motor.

2. Амперметр постоянного тока М4200, класс точности 1,5, цена деления 25 мА для замера величины тока генератора. 2. DC ammeter M4200, accuracy class 1.5, division value 25 mA for measuring the generator current value.

3. Вольтметр постоянного тока Ц4313, класс точности 1,5, шкала 30 В для замера напряжения генератора. 3. DC voltmeter Ts4313, accuracy class 1.5, 30 V scale for measuring the voltage of the generator.

4. Вольтметр постоянного тока М42100 на 30 В, класс точности 1,5, для замера питающего напряжения приводного двигателя. 4. DC voltmeter M42100 at 30 V, accuracy class 1.5, for measuring the supply voltage of the drive motor.

5. Измеритель оборотов ИО-30 N 44014, цена деления 2 об/м. 5. RPM meter IO-30 N 44014, graduation price 2 rpm.

В качестве приводного двигателя использовался электромеханизм ТУФ-8 постоянного тока с выходной мощностью 10 Вт и напряжением питания 27 В±10% В качестве генератора использовался электромеханизм МН-250 постоянного тока с выходной мощностью 3 Вт и напряжением питания 27 В±10%
В качестве нагрузочного устройства использовался барабан с радиусом R 31 мм 0,031 м и различные грузы массой до 18 кг.A TUF-8 direct current electromechanism with an output power of 10 W and a supply voltage of 27 V ± 10% was used as a drive motor. An MN-250 direct current electromechanism with an output power of 3 W and a supply voltage of 27 V ± 10% was used.
As a loading device, a drum with a radius of R 31 mm of 0.031 m and various loads weighing up to 18 kg were used.

В эксперименте использовались дифференциальные механизмы с одинаковыми диаметрами начальных окружностей солнечных колес и сателлитов, следовательно, передаточное отношение i $\binom{k1=4}{c1,h1}$ . Соответственно и оптимальное передаточное отношение планетарной связи между коронами К1 и К2 дифференциальных механизмов выбрано следующим образом:
i $\binom{h3}{k1,k2}$

=

4.In the experiment, differential mechanisms with the same diameters of the initial circles of the solar wheels and satellites were used, therefore, the gear ratio i

\binom{k1 = 4}{c1, h1}

. Accordingly, the optimal gear ratio of the planetary connection between the crowns K1 and K2 of the differential mechanisms is selected as follows:
i

\binom{h3}{k1, k2}

=

4.

Результаты измерений при различных значениях передаточного отношения i $\binom{h3}{k1,k2}$ сведены в табл.1-3.Measurement results for various gear ratios i $\binom{h3}{k1, k2}$ are summarized in tables 1-3.

Графики функций n_вх f_(Мн), n_вых f_(Мн), i_вар f_(Мн), N_{вых.мех} f_(Мн) и Р_эл.г на фиг.3 построены в относительных единицах на основании экспериментальных данных.The graphs of the functions n _input f _(Mn) , n _output f _(Mn) , i _var f _(Mn) , N _{output mech} f _(Mn) and P _el.g in Fig. 3 are plotted in relative units based on experimental data.

Из анализа экспериментальных данных следует, что по мере уменьшения передаточного отношения i $\binom{h3}{k1,k2}$ относительно оптимального, характеристика вариатора n_вых f(_Мн) становится "мягче" (см. кривые на фиг.4). Кривая 1 показывает изменение частоты вращения ведомого вала механизма без планетарной связи между коронами К1 и К2 при увеличении Мн. Кривая 2 характеризует мощность, передаваемую механизмом без связи между коронами К1 и К2 при прочих равных условиях, т.е. те же дифференциальные механизмы, приводной двигатель, генератор и нагрузочный барабан (см. табл.1).From the analysis of experimental data it follows that as the gear ratio i decreases $\binom{h3}{k1, k2}$ relatively optimal, the characteristic of the variator n _output f ( _Mn ) becomes "softer" (see the curves in Fig. 4). Curve 1 shows the change in the rotational speed of the driven shaft of the mechanism without planetary communication between the crowns K1 and K2 with an increase in Mn. Curve 2 characterizes the power transmitted by the mechanism without communication between the crowns K1 and K2, ceteris paribus, i.e. the same differential mechanisms, a drive motor, a generator and a loading drum (see table 1).

Кривая 4 показывает изменение частоты вращения ведомого вала 20 вариатора при передаточном отношении i $\binom{h3}{k1,k2}$ =2,33 (см. табл.1).Curve 4 shows the change in the speed of the driven shaft 20 of the variator with a gear ratio i $\binom{h3}{k1, k2}$ = 2.33 (see table 1).

Кривые 5 и 6 те же зависимости, но при i $\binom{h3}{k1,k2}$ =3,11 (см. табл.2).Curves 5 and 6 are the same dependences, but for i $\binom{h3}{k1, k2}$ = 3.11 (see table 2).

В табл.2 приведены данные для i $\binom{h3}{k1,k2}$ . На фиг.4 эти зависимости не показаны, но они близки к данным для i $\binom{h3}{k1,k2}$ =4.Table 2 shows the data for i $\binom{h3}{k1, k2}$ . 4, these dependencies are not shown, but they are close to the data for i $\binom{h3}{k1, k2}$ = 4.

При увеличении i $\binom{h3}{k1,k2}$ выше оптимального значения характеристика вариатора n_вых f_(Мн) становится жестче и может достигать значений, когда вариирования частоты вращения ведомого вала не происходит. Например, сравните на фиг. 4 кривую n_вх f_(Мн) и кривую 7, соответствующую i $\binom{h3}{k1,k2}$ . Они эквидистантны, генератор и электродвигатель в работе передачи не участвуют, варьирования передаточного отношения не происходит (см. данные в табл.3).With increasing i $\binom{h3}{k1, k2}$ Above the optimal value, the variator characteristic n _output f _(Mn) becomes stiffer and can reach values when the speed of the driven shaft does not vary. For example, compare in FIG. 4 curve n _bx f _(Mn) and curve 7 corresponding to i $\binom{h3}{k1, k2}$ . They are equidistant, the generator and the electric motor do not participate in the transmission, the gear ratio does not vary (see data in Table 3).

Что касается КПД вариатора, то для режима прямой передачи (или близкого к нему), его можно найти пользуясь справочником Планетарные передачи, под редакцией В.Н.Кудрявцева и Ю.Н.Кирдяшева и др. Л. Машиностроение (Ленинградское отделение), 1977, с.13, табл.1.1. С точки зрения КПД один из дифференциальных механизмов можно отнести к варианту А $\binom{a}{hb}$ (ориентировочный КПД равен 0,99), а другой к варианту А $\binom{h}{ba}$ (ориентировочный КПД0,98).As for the efficiency of the variator, for the direct transmission mode (or close to it), it can be found using the Planetary gears manual, edited by V.N. Kudryavtsev and Yu.N. Kirdyashev and others L. Mechanical Engineering (Leningrad Branch), 1977 , p.13, table 1.1. From the point of view of efficiency, one of the differential mechanisms can be attributed to option A $\binom{a}{hb}$ (approximate efficiency is 0.99), and the other to option A $\binom{h}{ba}$ (approximate efficiency 0.98).

В режиме прямой передачи, когда планетарная связь практически не работает, а короны К1 и К2 вращаются примерно синхронно, КПД вариатора (и передачи в целом) определяется:
КПД 0,99 0,98 0,97.In the direct transmission mode, when the planetary connection practically does not work, and the crowns K1 and K2 rotate approximately synchronously, the efficiency of the variator (and the transmission as a whole) is determined:
Efficiency 0.99 0.98 0.97.

В режиме разгона транспортного средства ориентировочный КПД будет определяться двумя потоками мощности: первый непосредственно от приводного двигателя на ведомый вал вариатора с КПД 0,97 и второй от вала генератора к валу электродвигателя. КПД каждой электрической машины следует принять равным 0,92. In the vehicle acceleration mode, the estimated efficiency will be determined by two power flows: the first directly from the drive motor to the driven variator shaft with an efficiency of 0.97 and the second from the generator shaft to the motor shaft. The efficiency of each electric machine should be taken equal to 0.92.

При i передачи 2 через второй поток проходит ≈30% мощности приводного двигателя, следовательно, потери по этому контуру будут определяться: 0,92·0,92 0,8464 это суммарный КПД двух электрических машин. Потери в них равны: 1-0,8464 0,1536. Общие потери по двум потокам мощности составляют: 0,03·0,7 + 0,1536·0,3 0,021 + 0,0461 0,0671. КПД в этом случае будет равен: 1-0,067 0,93. With transmission i 2, ≈30% of the drive motor power passes through the second stream, therefore, losses along this circuit will be determined: 0.92 · 0.92 0.8464 is the total efficiency of two electric machines. Losses in them are equal: 1-0.8464 0.1536. The total losses in two power flows are: 0.03 · 0.7 + 0.1536 · 0.3 0.021 + 0.0461 0.0671. The efficiency in this case will be equal to: 1-0.067 0.93.

При i передачи 3, КПД передачи будет равен 0,9. Таким образом, при изменении передаточного отношения в предлагаемой передаче от 1 до 3-х. КПД передачи будет изменяться от 0,97 до 0,9. With i gear 3, the transmission efficiency will be 0.9. Thus, when changing the gear ratio in the proposed transmission from 1 to 3. The transmission efficiency will vary from 0.97 to 0.9.

Что касается надежности, то она будет выше, чем у гидромеханической передачи, так как конструкция предлагаемого вариатора проста и содержит малое количество элементов, а именно зубчатых колес и подшипников, интенсивность отказов которых в единицу времени весьма мала, в отличие от гидромеханической передачи, также являющейся трансформатором момента, где имеется три лопаточных колеса, фрикционы, коробка передач, насосы и целый ряд механических элементов. Вся система гидропередачи требует высокой степени герметичности. With regard to reliability, it will be higher than that of a hydromechanical transmission, since the design of the proposed variator is simple and contains a small number of elements, namely gears and bearings, the failure rate of which per unit time is very small, in contrast to the hydromechanical transmission, which is also transformer of the moment, where there are three paddle wheels, clutches, gearbox, pumps and a number of mechanical elements. The entire hydraulic transmission system requires a high degree of tightness.

Экономия топлива достигается за счет того, что разгон транспортного средства производится при полной мощности двигателя и более полном его сгорании, следовательно быстрее примерно в 3-4 раза (см. фиг.5), чем при разгоне с помощью ступенчатой коробки передан или с помощью гидропередачи, где средняя мощность двигателя в 2-3 раза меньше располагаемой, а переключения коробки передач (см. фиг.5) ведут к повышенному расходу топлива при разгоне и весьма плохому его сгоранию, что в свою очередь ведет к выбросу в атмосферу большого количества вредных выхлопных газов. Fuel economy is achieved due to the fact that the vehicle is accelerated at full engine power and more complete combustion, therefore it is faster by about 3-4 times (see Fig. 5) than when accelerated using a speed gearbox it is transmitted or by hydraulic transmission , where the average engine power is 2-3 times less than available, and the gear shift (see Fig. 5) leads to increased fuel consumption during acceleration and its very poor combustion, which in turn leads to the emission of a large amount of harmful bursting gases.

Кроме того, так как при предлагаемой передаче используется полная мощность двигателя, а при коробке передач или гидропередаче используется лишь часть располагаемой мощности двигателя при разгоне (примерно 40-50%), то мощность двигателя может быть значительно снижена, что в свою очередь ведет к уменьшению расхода топлива и массы двигателя. In addition, since the full power of the engine is used in the proposed transmission, and only part of the available engine power during acceleration (about 40-50%) is used in the gearbox or hydraulic transmission, the engine power can be significantly reduced, which in turn leads to a decrease fuel consumption and engine mass.

Упрощение управления транспортным средством достигается за счет того, что при коробке передач для его разгона требуется девятнадцать различных действий водителя, в то время как для разгона транспортного средства с помощью предлагаемой передачи требуется только выжать сцепление, включить передний ход, нажать педаль газа (сразу до упора) и отпустить сцепление (итого четыре действия). Дальнейший разгон транспортного средства будет производиться автоматически и плавно. Simplification of vehicle control is achieved due to the fact that with a gearbox it takes nineteen different actions of the driver to accelerate it, while to accelerate a vehicle using the proposed transmission it is only necessary to squeeze the clutch, engage forward gear, press the gas pedal (immediately to the stop) ) and release the clutch (a total of four actions). Further acceleration of the vehicle will be automatic and smooth.

Рычаг переключения должен иметь три положения: передний ход, задний ход и нейтраль. The shift lever must have three positions: forward, reverse and neutral.

Отсутствие частных переключений коробки передач ведет к улучшению динамики работы двигателя, трансмиссии и сцепления, а это в свою очередь, увеличивает их ресурс. The lack of private gear changes leads to improved dynamics of the engine, transmission and clutch, and this, in turn, increases their resource.

Кроме того, предлагаемая передача повышает ресурс тормозной системы, так как появляется возможность плавного торможения двигателем при сбросе подачи в него топлива. In addition, the proposed transmission increases the service life of the brake system, since it becomes possible to smoothly brake the engine when the fuel supply is reset.

Claims

An electromechanical transmission with a self-regulating continuously variable holonomic variator, comprising drive and driven shafts kinematically connected by a torque transformer, characterized in that the torque transformer is a self-regulating continuously variable holon variator made of gear cylindrical wheels and including two single-row differential mechanisms, one of the same links of which are interconnected plan tare gear transmission with a given gear ratio, with the drive of which the drive motor is connected, the second links of the same name are rigidly interconnected, one of the third links is rigidly connected to the support in the form of a rack, and the other third link is connected to the shaft of the generator supplying the electric motor, the shaft of a freewheel is connected to the drive shaft of the variator, while the power of the electric machines is made less than the power of the drive motor, and one of the first of these links is the driven shaft of the variator .