RU2600176C1 - Дифференциальный привод - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к дифференциальным приводам. Дифференциальный привод содержит два двигателя внутреннего сгорания, систему управления приводом, две шестерни с внешними зубьями, входящие в зацепление друг с другом, центральные колесо с внутренними зубьями и шестерня с внешними зубьями, расположенная на выходном валу, входящие в зацепление с внешними зубьями сателлитов, установленных посредством осей на водиле, соединенном с первым двигателем. Центральное колесо с внутренними зубьями через шестерню с внешними зубьями входит в зацепление с другой шестерней с внешними зубьями, расположенной на параллельно расположенном валу второго двигателя. Второй вариант привода содержит два двигателя внутреннего сгорания, систему управления приводом, две шестерни с внешними зубьями, входящие в зацепление друг с другом, центральные колесо с внутренними зубьями и шестерня с внешними зубьями, расположенная на приводном валу одного двигателя, входящие в зацепление с внешними зубьями сателлитов, установленных посредством осей на водиле, соединенном с выходным валом. Центральное колесо с внутренними зубьями через шестерню с внешними зубьями, находящуюся в соединении с ним, входит в зацепление с другой шестерней с внешними зубьями, расположенной на параллельно расположенном валу второго двигателя. Третий вариант содержит два двигателя внутреннего сгорания, систему управления приводом, две шестерни с внешними зубьями, входящие в зацепление друг с другом, центральные колесо с внутренними зубьями, соединенное с выходным валом, и шестерня с внешними зубьями, расположенная на валу первого двигателя, входящие в зацепление с внешними зубьями сателлитов, установленными посредством осей на водиле. Водило через шестерню с внешними зубьями, находящуюся в соединении с ним, входит в зацепление с другой шестерней с внешними зубьями, расположенной на параллельно расположенном валу второго двигателя. Достигается повышение кпд устройства и упрощение конструкции. 3 н.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к приводам. Изобретение может найти применение во всех отраслях промышленности, где имеется потребность в получении бесступенчато измененяемых крутящих моментов и скоростей вращения выходных валов.

Известны приводы с бесступенчатым регулированием скорости вращения выходного вала, которые устанавливаются на некоторых модификациях легковых автомобилей, таких как: Toyota RAF4 [Сайт ООО «Тойота Мотор», www.toyota.ru], Nissan Qashgai [Сайт Автоцентр «Восток-авто», www.vvoctok.ru], Mitsubishi ASX [Сайт Автоцентр «Восток-авто», www.vvoctok.ru].

Такие приводы содержат:

- двигатель внутреннего сгорания;

- вариатор - механизм с внешним управлением, который позволяет автоматически бесступенчато изменять передаточное число, выбирая наиболее оптимальное согласно внешней нагрузке и оборотам двигателя, тем самым давая возможность максимально эффективно использовать его мощность. Наибольшее распространение получили такие типы вариаторов как, клиноременные и тороидные вариаторы;

- промежуточный механизм, передающий крутящий момент и соединяющий вариатор с двигателем. Наибольшее распространение получили такие механизмы, как гидротрансформаторы, центробежные автоматические сцепления, электромагнитные сцепления с электронным управлением, многодисковые мокрые сцепления с электронным управлением;

- механизм, обеспечивающий реверсивное вращение выходного вала.

Недостатком данных приводов является сложность конструкции, передача ограниченных крутящих моментов и ограниченный диапазон регулирования (у одноступенчатых вариаторов D=3…6), необходимость применения дополнительных реверсивных ступеней трансмиссии и промежуточных механизмов между двигателем и вариатором, что приводит к понижению к.п.д. привода.

Известен дифференциальный привод, содержащий корпус, два двигателя, две дифференциальные передачи, выполненные волновыми и соединенными между собой зубчатыми передачами. Жесткое колесо одной передачи связано с корпусом, а другой - с выходным валом [Патент РФ 2064105].

Недостатком данного привода является ступенчатое изменение частоты вращения выходного вала, передача ограниченных крутящих моментов и невозможность изменения направления вращения выходного вала.

Известен дифференциальный привод, содержащий два приводных двигателя и одну волновую дифференциальную передачу. Волновая передача содержит генератор волн, гибкое и подвижное жесткое колеса и выходное звено [Патент РФ 2153108].

Недостатком данного привода также является ступенчатое изменение частоты вращения выходного вала, передача ограниченных крутящих моментов и невозможность изменения направления вращения выходного вала.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является редуктор цилиндропланетарный с приводом от двух двигателей [2, стр. 310-311]. Привод содержит цилиндрический редуктор со встроенной планетарной передачей и два приводных электродвигателя. Посредством поочередного включения двигателей или двух одновременно достигается получение четырех скоростей вращения выходного вала.

Недостатком данного привода является ступенчатость изменения частоты вращения выходного вала с ограниченным диапазоном передаточных чисел и невозможность изменения направления вращения этого вала.

Данный механизм выбран в качестве прототипа.

Технический результат изобретения - создание привода нового типа, имеющий следующие рабочие характеристики:

- бесступенчатое изменение скорости вращения выходного вала и крутящего момента на нем;

- рабочий диапазон частоты вращения выходного вала - 0…8000 об/мин и более;

- кпд дифференциального механизма - 0,94…0,98;

- изменение направления вращения выходного вала без применения дополнительных ступеней зубчатой передачи дифференциального механизма.

Сущность изобретения поясняется фигурами: на фиг. 1 изображена схема 3Д-1 дифференциального привода с параллельным расположением двигателей внутреннего сгорания; на фиг. 2 изображен график работы дифференциального привода (схема 3Д-1) на всех режимах; на фиг. 3 изображен график работы дифференциального привода (схема 3Д-1) в условиях различных подрежимов эксплуатационных режимов; на фиг. 4 изображен график работы дифференциального привода (схема 3Д-1) в условиях различных подрежимов эксплуатационных режимов; на фиг. 5 изображен график работы дифференциального привода (схема 3Д-1) в условиях различных подрежимов эксплуатационных режимов; на фиг.6 изображен график работы дифференциального привода (схема 3Д-1) в условиях различных подрежимов эксплуатационных режимов; на фиг. 7 изображена схема 3Д-9 дифференциального привода с параллельным расположением двигателей внутреннего сгорания; на фиг. 8 изображена схема 3Д-3 дифференциального привода с параллельным расположением двигателей внутреннего сгорания.

Первый вариант выполнения дифференциального привода (схема 3Д-1).

Технический результат достигается тем, что дифференциальный привод, содержащий два двигателя внутреннего сгорания, находящиеся в одном корпусе, систему управления приводом, второй корпус, в котором размещены две шестерни с внешними зубьями, входящие в зацепление друг с другом, центральные колесо с внутренними зубьями и шестерня с внешними зубьями, расположенная на выходном валу, входящие в зацепление с внешними зубьями сателлитов, установленных посредством осей на водиле, соединенном с первым двигателем, отличающийся тем, что центральное колесо с внутренними зубьями через шестерню с внешними зубьями, находящуюся в соединении с ним, входит в зацепление с шестерней с внешними зубьями, расположенной на параллельно расположенном валу второго двигателя.

Конструкция дифференциального привода с двумя двигателями внутреннего сгорания, расположенными в общем корпусе и имеющими параллельное расположение валов, поясняется кинематической схемой 3Д-1 представленной на фиг. 1.

На схеме обозначено: 1 - ведомая центральная шестерня с внешними зубьями, 2 - сателлиты, 3 - ведущее центральное колесо с внутренними зубьями, 4 - первая шестерня с внешними зубьями, 5 - вторая шестерня с внешними зубьями, 6 - второй двигатель внутреннего сгорания, 7 - первый двигатель внутреннего сгорания, 8 - выходной вал привода, 9 - ведущее водило, 10 - ось сателлитов, 11 - корпус дифференциального механизма, 12 - соединительная муфта, 13 - датчик частоты вращения шестерни 1, 14 - датчик частоты вращения вала двигателя 7, 15 - датчик частоты вращения вала двигателя 6, 16 - электронный блок управления приводом, 17 - тахометр, 18 - блок индивидуального управления двигателем 6, 19 - блок индивидуального управления двигателем 7.

Дифференциальный привод (схема 3Д-1) с двигателями внутреннего сгорания состоит из дифференциального механизма, кинематически связанного с двумя приводными двигателями 6 и 7, и блоков 18 и 19 индивидуального управления работой этих двигателей. Двигатели 6 и 7 расположены в одном корпусе, соединенном с корпусом дифференциального механизма 11. Приводной вал двигателя 6 соединен с шестерней 5, которая входит в зацепление с шестерней 4, находящейся на одной геометрической оси с центральным колесом с внутренними зубьями 3 и соединенной с ним. Приводной вал двигателя 7 соединен с водилом 9, которое через сателлиты 2 также входит в зацепление с центральным колесом 3 и центральной шестерней 1. Центральная шестерня 1, в свою очередь, через муфту 12 соединена с выходным валом 8. Двигатели внутреннего сгорания также могут находиться на одной геометрической оси и крепиться на корпусе дифференциального механизма или располагаться в общем корпусе.

Дифференциальный привод (схема 3Д-1) с двигателями внутреннего сгорания работает следующим образом. Вращение вала двигателя 7, с заданной блоком 19 скоростью, воспринимается водилом 9, которое через сателлиты 2, взаимодействуя с центральным колесом с внутренними зубьями 3, вызывает однонаправленное вращение центральной шестерни с внешними зубьями 1. Одновременно противоположно направленное вращение вала двигателя 6, с заданной блоком 18 скоростью, через шестерни с внешними зубьями 5 и 4 и центральное колесо с внутренними зубьями 3 воспринимается сателлитами 2, которые, взаимодействуя с водилом 9, вызывают однонаправленное вращение центральной шестерни 1, преобразуя скорости вращения и крутящие моменты валов двигателей 6 и 7 до необходимых значений на выходном валу 8. Блоки 18 и 19 индивидуального управления двигателей 6 и 7 состоят из определенного набора датчиков и исполнительных механизмов, воздействующих на рабочие системы двигателя, и собственных электронных блоков управления, включающего один или несколько микропроцессоров. Управление дифференциальным приводом происходит одним из двух способов. Первый способ позволяет регулировать скорость вращения выходного вала 8, изменяя скорости вращения валов двигателей 6 и 7 каждого в отдельности, воздействуя через рукоятки (педали) акселераторов на положения дроссельных заслонок и работу остальных исполнительных механизмов. При этом скорость вращения выходного вала определяется визуально по тахометру 17. Второй способ позволяет регулировать скорость вращения выходного вала 8, используя электронный блок управления приводом 16. Значение скорости вращения выходного вала 8 определяется и задается электронным блоком управления приводом 16 на основе отклонения отношения действительных скоростей вращения валов двигателей 6 и 7, определенных датчиками частоты вращения 14 и 15, от ее заданного значения, установленного оператором (водителем) изменением положения рукоятки (педали) акселератора и его действительного значения, определенного датчиком частоты вращения 13. Электронный блок управления 16, обрабатывая по заданным алгоритмам полученную информацию от датчиков частоты вращения выходного и приводных валов, выдает управляющие сигналы блокам 18 и 19 индивидуального управления двигателей 6 и 7, которые и определяют валам этих двигателей заданные скорости вращения.

Работа дифференциального привода (схема 3Д-1) с двигателями внутреннего сгорания включает в себя следующие режимы: пусковой, холостой, нейтральный, пониженного вращения, прямого вращения, повышенного вращения, реверсивного вращения, остановочный. Пусковой, холостой и остановочный режимы относятся к вспомогательным режимам. Режимы нейтральный, пониженного вращения, прямого вращения, повышенного вращения и реверсивного вращения относятся к эксплуатационным режимам работы привода.

Скорость вращения выходного вала 8 в момент времени t на всех эксплуатационных режимах работы привода определяется по формуле

где $$n_6^t$$

, $$n_7^t$$

- скорости вращения валов двигателей внутреннего сгорания 7 и 6 в момент времени t;

$$U_{19}^3$$

- передаточное число планетарной передачи, выполненной по схеме 2К-Н с одновенцовыми сателлитами и невращающимся эпициклом [2, стр. 226, схема 1], которую образуют центральная шестерня 1, сателлиты 2, оси сателлитов 10, центральное колесо 3 и водило 9:

$$U_{31}^9$$

- передаточное число планетарной передачи, выполненной по схеме 2К-Н с одновенцовыми сателлитами и невращающимся водилом [1, стр. 239], которую образуют центральная шестерня 1, сателлиты 2, оси сателлитов 10, центральное колесо 3 и водило 9:

i₄₅ - передаточное число цилиндрической передачи, которую образуют шестерни 4 и 5:

где z₃, z₁, z₄, z₅ - число зубьев колеса 3, шестерней 1, 4 и 5 соответственно.

Цилиндрическая ступень привода, состоящая из шестерней 4 и 5, предназначена для выполнения условия однонаправленности вращений водила 9 и колеса 3, которые кинематически связаны с параллельно расположенными двигателями 6 и 7. Поэтому знаки разной направленности вращения валов двигателей 6 и 7 в дальнейших формулах не учитываются. Также принимается равенство числа зубьев шестерней 4 и 5 z₄=z₅, поэтому передаточное число цилиндрической ступени равно i₄₅=1 и в дальнейших формулах не рассматривается.

На фиг. 2 показан график изменения скорости вращения выходного вала 8 в зависимости от скоростей вращения приводных валов двигателей 6 и 7 на всех режимах работы дифференциального привода. Обязательным условием работы привода является неизменность направлений вращения валов двигателей 6 и 7 на всех режимах работы. Верхняя часть графика (выше нейтральной линии) показывает работу дифференциального привода, когда направление вращения выходного вала 8 совпадает с направлением вращения вала двигателя 7, а вращение вала двигателя 6 противоположно направлено. Нижняя часть графика (ниже нейтральной линии) показывает работу дифференциального привода в реверсивном режиме, при которой направление вращение выходного вала 8 не совпадает с направлением вращения вала двигателя 7 и однонаправлено с вращением вала двигателя 6.

Пусковой режим: включение двигателей 6, 7 и выведение вращение их валов в отрезке времени t₀-t₁ (график фиг.2) до скоростей холостого вращения. В пусковом режиме муфта 12 находится в разомкнутом состоянии. Приводной вал 8 отсоединен от шестерни 1 и не вращается.

Холостой режим: работа дифференциального привода, при которой приводные валы двигателей 6 и 7 (отрезки времени t₁-t₂ и t₂₀-t₂₁ график фиг. 2) вращаются с постоянными скоростями, обеспечивая устойчивую работу двигателей в режиме холостого вращения. На графике фиг. 2 показано, что скорости вращения валов двигателей 6 и 7 одинаковые. В другом случае они могут быть неравными. Как и в пусковом режиме, шестерня 1 и приводной вал 8 рассоединены муфтой 12. Приводной вал 8 не вращается.

Нейтральный режим: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 не вращается (отрезки времени t₃-t₄, t₁₈-t₁₉, время t₁₅ график фиг. 2) и выполняется условие: отношение скоростей вращения валов 6 и 7 равно передаточному числу планетарной передачи, которую в вышеуказанный период времени образуют невращающаяся шестерня 1, сателлиты 2, оси сателлитов 10, центральное колесо 3 и водило 9:

где: $$U_{39}^1$$

- передаточное число планетарной передачи, выполненной по схеме 2К-Н с одновенцовыми сателлитами и невращающейся центральной шестерней с внешними зубьями, которую образуют центральная шестерня 1, сателлиты 2, оси сателлитов 10, центральное колесо 3 и водило 9:

В момент времени t₃ невращающаяся шестерня 1 через муфту 12 соединяется с выходным валом 8. В отрезке времени t₂-t₃ (график фиг. 2) скорости вращений валов 6 и 7, регулируемые блоком управления приводом 16, выводятся на скорости вращения, удовлетворяющие условию $$n_6^t/n_7^t=U_{39}^1$$

. В момент времени t₁₉ вращающаяся шестерня 1 с помощью муфты 12 отсоединяется от выходного вала 8. В отрезке времени t₁₉-t₂₀ (график фиг. 2) скорости валов 6 и 7, регулируемые блоком управления приводом 16, выводятся на скорости холостого вращения.

Нейтральный режим работы дифференциального привода, при котором ведомый вал 8 не вращается, можно получать на всем диапазоне скоростей вращения вала двигателя 6 при условии соблюдения, когда отношение скоростей вращения приводных валов равны передаточному числу $$U_{39}^1$$

.

Режим пониженного вращения: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 получает вращение, совпадающее с направлением вращения приводного вала двигателя 7 (верхняя часть графика фиг. 2), при этом приводные валы двигателей 6 и 7 вращаются с неравными скоростями $$n_6^t\ne n_7^t$$

, а их отношение находится в следующем диапазоне значений:

Работа дифференциального привода в режиме пониженного вращения включает в себя следующие подрежимы: разгон, вращение с постоянной скоростью, замедление.

Подрежим - разгон: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с положительным ускорением, и выполняются следующие условия:

1. Приводной вал двигателя 7 вращается с положительным ускорением, а приводной вал двигателя 6 находится в одном из скоростных режимов: вращается с положительным ускорением (отрезок времени t₄-t₅ график фиг. 2), вращается с постоянной скоростью (отрезок времени график t₄-t₅ фиг. 3), вращается с отрицательным ускорением (отрезок времени t₄-t₅ график фиг. 4).

2. Приводной вал двигателя 6 вращается с отрицательным ускорением, а приводной вал двигателя 7 находится в одном из скоростных режимов: вращается с отрицательным ускорением (отрезок времени t₄-t₅ график фиг. 5), вращается с постоянной скоростью (отрезок времени t₄-t₅ график фиг. 6).

Подрежим - вращение с постоянной скоростью: работа дифференциального привода, при которой скорость вращения выходного вала 8 является величиной постоянной $$n_8^t=const$$

, и выполняются следующие условия:

1. Скорости вращения приводных валов двигателей 6 и 7 являются значениями постоянными $$n_6^t=const$$

, $$n_7^t=const$$

(отрезок времени t₅-t₆ график фиг. 2).

2. Скорости вращения приводных валов двигателей 6 и 7 являются значениями переменными, которые находятся в следующей зависимости:

и при этом выполняются следующие условия:

2.1. Приводные валы двигателей 6 и 7 вращаются с положительными ускорениями (отрезок времени t₅-t₆ график фиг. 4);

2.2. Приводные валы двигателей 6 и 7 вращаются с отрицательными ускорениями (отрезок времени t₅-t₆ график фиг. 3).

Подрежим - замедление: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с отрицательным ускорением, и выполняются следующие условия:

1. Приводной вал двигателя 7 вращается с отрицательным ускорением, а приводной вал двигателя 6 находится в одном из скоростных режимов: вращается с постоянной скоростью (отрезок времени t₆-t₇ график фиг. 6), вращается с отрицательным ускорением (отрезок времени t₆-t₇ график фиг. 2), вращается с положительным ускорением (отрезок времени t₆-t₇ график фиг. 4).

2. Приводной вал двигателя 6 вращается с положительным ускорением, а приводной вал двигателя 7 вращается с постоянной скоростью (отрезок времени t₆-t₇ график фиг. 3).

Режим прямого вращения: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 получает вращение, совпадающее с направлением вращения приводного вала двигателя 7 (верхняя часть графика фиг.2), при этом приводные валы двигателей 6 и 7 постоянно вращаются с равными скоростями $$n_6^t=n_7^t$$

, а их отношение в любой момент времени равно 1:

На всех графиках, где показан режим прямого вращения, прямые скоростей вращения выходного вала 8 и вала приводного двигателя 7 совпадают, соединяясь в точках А и В, а скорость вращения вала 6 равна им по значению. Выход работы дифференциального привода в режим прямого вращения может осуществляться с любого подрежима (разгона, вращения с постоянной скоростью, замедления) режима пониженного вращения, при условии - равные скорости вращения приводных валов 6 и 7 не должны принимать значения ниже значений скоростей вращения при работе дифференциального привода в холостом режиме, т.е. на графиках линии скоростей вращения валов двигателей 6 и 7 не должны пересекать линии холостых вращений.

Работа дифференциального привода в режиме прямого вращения включает в себя следующие подрежимы: разгон, вращение с постоянной скоростью, замедление.

Подрежим - разгон: работа дифференциального привода, при которой все валы 8, 6 и 7 вращаются с равными положительными ускорениями (отрезок времени t₈-t₉ график фиг. 2). Рабочий диапазон скоростей вращения выходного вала 8 находится в интервале значений:

где n_6хв - скорость вращения приводного вала двигателя 6 в режиме холостого вращения;

n_6max - максимальная скорость вращения приводного вала двигателя 6.

Отрезок времени t₇-t₈ графика (фиг. 2) - это работа дифференциального привода в режиме пониженного вращения (подрежим - разгон), при которой скорости вращения всех валов выводятся в режим прямого вращения, где они в момент времени t₈ принимают равные значения.

Подрежим - вращение с постоянной скоростью: работа дифференциального привода, при которой скорости вращений всех валов является величинами равными и постоянными $$n_8^t=n_6^t=n_7^{t}const$$

(отрезок времени t₉-t₁₀ график фиг. 2).

Подрежим - замедление: работа дифференциального привода, при которой все валы 8, 6 и 7 вращаются с равными отрицательными ускорениями (отрезок времени t₁₃-t₁₄ график фиг. 2).

Режим повышенного вращения: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 получает вращение, совпадающее с направлением вращения приводного вала двигателя 7 (верхняя часть графика фиг. 2), при этом приводные валы двигателей 6 и 7 вращаются с неравными скоростями $$n_6^t\ne n_7^t$$

, а их отношение принимает значения меньше 1:

Работа дифференциального привода в режиме повышенного вращения включает в себя следующие подрежимы: разгон, вращение с постоянной скоростью, замедление.

Подрежим - разгон: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с положительным ускорением, и выполняются следующие условия:

1. Приводной вал двигателя 7 вращается с положительным ускорением, а приводной вал двигателя 6 находится в одном из скоростных режимов: вращается с положительным ускорением (отрезок времени t₁₀-t₁₁ график фиг. 2), вращается с постоянной скоростью (отрезок времени t₈-t₉ график фиг. 3), вращается с отрицательным ускорением (отрезок времени t₈-t₉ график фиг. 4).

2. Приводной вал двигателя 6 вращается с отрицательным ускорением, а приводной вал двигателя 7 находится в одном из скоростных режимов: вращается с отрицательным ускорением (отрезок времени t₈-t₉ график фиг. 6), вращается с постоянной скоростью (отрезок времени t₈-t₉ график фиг. 5).

Подрежим - вращение с постоянной скоростью: работа дифференциального привода, при которой скорость вращения выходного вала 8 является величиной постоянной $$n_8^t=const$$

, и выполняются следующие условия:

1. Скорости вращения приводных валов двигателей 6 и 7 являются значениями постоянными $$n_6^t=const$$

, $$n_7^t=const$$

(отрезок времени t₁₁-t₁₂ график фиг. 2).

2. Скорости вращения приводных валов двигателей 6 и 7 являются значениями переменными, которые находятся в следующей зависимости, определяющейся по формуле (4), и при этом выполняются следующие условия:

2.1. Приводные валы двигателей 6 и 7 вращаются с положительными ускорениями (отрезок времени t₉-t₁₀ график фиг. 3);

2.2. Приводные валы двигателей 6 и 7 вращаются с отрицательными ускорениями (отрезок времени t₉-t₁₀ график фиг. 4).

Подрежим - замедление: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с отрицательным ускорением, и выполняются следующие условия:

1. Приводной вал двигателя 7 вращается с отрицательным ускорением, а приводной вал двигателя 6 находится в одном из скоростных режимов: вращается с постоянной скоростью (отрезок времени t₁₂-t₁₃ график фиг. 2), вращается с отрицательным ускорением (отрезок времени t₉-t₁₀ график фиг. 5), вращается с положительным ускорением (отрезок времени t₁₀-t₁₁ график фиг. 4).

2. Приводной вал двигателя 6 вращается с положительным ускорением, а приводной вал двигателя 7 вращается с постоянной скоростью (отрезок времени t₁₀-t₁₁ график фиг. 3).

Режим реверсивного вращения: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 получает вращение, совпадающее с направлением вращения приводного вала двигателя 6 (нижняя часть графика фиг. 2), при этом приводные валы двигателей 6 и 7 вращаются с неравными скоростями $$n_6^t\ne n_7^t$$

, а их отношение в любой момент времени принимает значения больше числа $$U_{39}^1$$

:

Работа дифференциального привода в режиме реверсивного вращения включает в себя следующие подрежимы: разгон, вращение с постоянной скоростью, замедление.

Подрежим - разгон: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с положительным ускорением, и выполняются следующие условия:

1. Приводной вал двигателя 6 вращается с положительным ускорением, а приводной вал двигателя 7 находится в одном из скоростных режимов: вращается с положительным ускорением (отрезок времени t₁₅-t₁₆ график фиг.2), вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением.

2. Приводной вал двигателя 7 вращается с отрицательным ускорением, а приводной вал двигателя 6 находится в одном из скоростных режимов: вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением.

Подрежим - вращение с постоянной скоростью: работа дифференциального привода, при которой скорость вращения выходного вала 8 является величиной постоянной $$n_8^t=const$$

, и выполняются следующие условия:

1. Скорости вращения приводных валов двигателей 6 и 7 являются значениями постоянными $$n_6^t=const$$

, $$n_7^t=const$$

(отрезок времени t₁₆-t₁₇ график фиг. 2).

2. Скорости вращения приводных валов двигателей 6 и 7 являются значениями переменными, которые находятся в зависимости, определяющейся по формуле (4), и при этом выполняются следующие условия:

2.1. Приводные валы двигателей 6 и 7 вращаются с положительными ускорениями;

2.2. Приводные валы двигателей 6 и 7 вращаются с отрицательными ускорениями.

Подрежим - замедление: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с отрицательным ускорением, и выполняются следующие условия:

1. Приводной вал двигателя 6 вращается с отрицательным ускорением, а приводной вал двигателя 7 находится в одном из скоростных режимов: вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением (отрезок времени t₁₇-t₁₈ график фиг. 2), вращается с положительным ускорением.

2. Приводной вал двигателя 7 вращается с положительным ускорением, а приводной вал двигателя 6 вращается с постоянной скоростью.

Остановочный режим: выключение двигателей 6, 7 и выведение вращение их валов в отрезке времени t₂₁-t₂₂ (график фиг. 2) до полного останова. В остановочном режиме муфта 12 находится в разъединенном состоянии. Приводной вал 8 отсоединен от шестерни 1 и не вращается.

Крутящий момент на выходном валу 8 дифференциального привода (схема 3Д-1) с двигателями внутреннего сгорания в момент времени t на всех эксплуатационных режимах работы привода определяется по формуле

где $$M_6^t$$

- крутящий момент на приводном валу двигателя внутреннего сгорания 6 в момент времени t с учетом к.п.д. двигателя;

$$M_7^t$$

- крутящий момент на приводном валу двигателя внутреннего сгорания 7 в момент времени t с учетом к.п.д. двигателя;

$$U_1^t$$

- передаточное число привода в момент времени t:

η - кпд привода:

η=η₁η₂,

где η₁ - кпд планетарной передачи, выполненной по схеме 2К-Н [2, стр. 226, схема 1], которую образуют центральная шестерня 1, сателлиты 2, оси сателлитов 10, центральное колесо 3 и водило 9:

η₂ - кпд цилиндрической ступени, которую образуют шестерни 4 и 5:

η₂=1-ψ,

где ψ - коэффициент потерь простой передачи, равный 0,015…0,04.

Таким образом, посредством дифференциального механизма, содержащего подобранные определенным образом центральные колесо и шестерню, сателлиты и зубчатые шестерни, трансформирующего переменные крутящие моменты и управляемые скорости вращения валов приводных двигателей внутреннего сгорания, достигается получение дифференциального привода нового типа, имеющего следующие характеристики:

1. Бесступенчатое изменение скорости вращения выходного вала и крутящего момента на нем.

2. Рабочий диапазон частоты вращения выходного вала - 0…8000 об/мин и более.

3. кпд дифференциального механизма 0,94…0,98.

4. Изменение направления вращения выходного вала без применения дополнительных ступеней зубчатой передачи дифференциального механизма.

Второй вариант выполнения дифференциального привода (схема 3Д-9).

Технический результат достигается тем, что дифференциальный привод, содержащий два двигателя внутреннего сгорания, находящиеся в одном корпусе, систему управления приводом, второй корпус, в котором размещены две шестерни с внешними зубьями, входящие в зацепление друг с другом, центральные колесо с внутренними зубьями и шестерня с внешними зубьями, расположенная на приводном валу первого двигателя, входящие в зацепление с внешними зубьями сателлитов, установленных посредством осей на водиле, соединенном с выходным валом, отличающийся тем, что центральное колесо с внутренними зубьями через шестерню с внешними зубьями, находящуюся в соединении с ним, входит в зацепление с другой шестерней с внешними зубьями, расположенной на параллельно расположенном валу второго двигателя.

Конструкция дифференциального привода с двумя двигателями внутреннего сгорания, расположенными в общем корпусе и имеющими параллельное расположение валов, поясняется кинематической схемой 3Д-9 представленной на фиг. 7.

На схеме обозначено: 1 - ведущая центральная шестерня с внешними зубьями, 2 - сателлиты, 3 - ведущее центральное колесо с внутренними зубьями, 4 - первая шестерня с внешними зубьями, 5 - вторая шестерня с внешними зубьями, 8 - выходной вал привода, 9 - ведомое водило, 10 - ось сателлитов, 11 - корпус дифференциального механизма, 12 - соединительная муфта, 13 - датчик частоты вращения водила 9, 14 - датчик частоты вращения вала двигателя 7, 15 - датчик частоты вращения вала двигателя 6, 16 - электронный блок управления приводом, 17 - тахометр, 18 - блок индивидуального управления двигателем 6, 19 - блок индивидуального управления двигателем 7.

Дифференциальный привод (схема 3Д-9) с двигателями внутреннего сгорания состоит из дифференциального механизма, кинематически связанного с двумя приводными двигателями 6 и 7, и блоков 18 и 19 индивидуального управления работой этих двигателей. Двигатели 6 и 7 расположены в одном корпусе, соединенном с корпусом дифференциального механизма 11. Приводной вал двигателя 6 соединен с шестерней 5, которая входит в зацепление с шестерней 4, находящийся на одной геометрической оси с центральным колесом с внутренними зубьями 3 и соединенной с ним. Приводной вал двигателя 7 соединен с центральной шестерней 1, которая через сателлиты 2 также входит в зацепление с центральным колесом 3 и взаимодействует с водилом 9. Водило 9, в свою очередь, через муфту 12 соединено с выходным валом 8. Двигатели внутреннего сгорания также могут располагаться на одной геометрической оси, закрепленные на корпусе дифференциального механизма, или находиться в общем корпусе. При этом технический результат остается неизменным.

Дифференциальный привод (схема 3Д-9) работает следующим образом. Вращение вала двигателя 7, с заданной блоком 19 скоростью, воспринимается шестерней 1, которая через сателлиты 2, взаимодействуя с центральным колесом с внутренними зубьями 3, вызывает направленное вращение водила 9. Одновременно однонаправленное вращение вала двигателя 6, с заданной блоком 18 скоростью, через шестерни с внешними зубьями 5 и 4 вызывает противоположно направленное вращение центрального колеса с внутренними зубьями 3. Вращение центрального колеса 3 воспринимается сателлитами 2, которые, взаимодействуя с шестерней 1, вызывают направленное вращение водила 9, преобразуя скорости вращения и крутящие моменты валов двигателей 6 и 7 до необходимых значений на выходном валу 8. Направление вращения выходного вала 8 зависит от соотношения скоростей вращения валов двигателей 6 и 7. Управление дифференциальным приводом происходит одним из двух способов, показанных выше в описании работы дифференциального привода схема 3Д-1.

Работа дифференциального привода (схема 3Д-9) с двигателями внутреннего сгорания включает в себя следующие режимы: пусковой, холостой, нейтральный, пониженного вращения, реверсивного вращения, остановочный. Пусковой, холостой и остановочный режимы относятся к вспомогательным режимам. Режимы нейтральный, пониженного вращения и реверсивного вращения относятся к эксплуатационным режимам работы привода.

Скорость вращения выходного вала 8 в момент времени t на всех эксплуатационных режимах работы привода определяется по формуле

где $$n_6^t$$

, $$n_7^t$$

- скорости вращения приводных валов двигателей 6 и 7 в момент времени t соответственно;

$$U_{19}^3$$

- передаточное число планетарной передачи, выполненной по схеме 2К-Н с одновенцовыми сателлитами и невращающимся эпициклом [2, стр. 226, схема 1], которую образуют центральная шестерня 1, сателлиты 2, оси сателлитов 10, центральное колесо 3 и водило 9, которое определяется по формуле (1);

$$U_{31}^9$$

- передаточное число планетарной передачи, выполненной по схеме 2К-Н с одновенцовыми сателлитами и невращающимся водилом [1, стр. 239], которую образуют центральная шестерня 1, сателлиты 2, оси сателлитов 10, центральное колесо 3 и водило 9, которое определяется по формуле (2);

где i₄₅ - передаточное число цилиндрической передачи, которую образуют шестерни 4 и 5, которое определяется по формуле (3);

где z₃, z₁, z₄, z₅ - число зубьев колеса 3, шестерней 1, 4 и 5 соответственно.

Цилиндрическая ступень привода, состоящая из шестерней 4 и 5, предназначена для выполнения условия разнонаправленности вращений шестерни 1 и колеса 3, которые кинематически связаны с параллельно расположенными валами двигателей 6 и 7. Поэтому принимается равенство числа зубьев шестерней 4 и 5 z₄=z₅, откуда передаточное число цилиндрической ступени становится равным i₄₅=1 и в дальнейших формулах не рассматривается. Обязательным условием работы привода является неизменность направлений вращения валов двигателей 6 и 7 на всех режимах работы.

Пусковой режим: включение двигателей 6, 7 и выведение вращение их валов до скоростей холостого вращения. В пусковом режиме муфта 12 находится в разомкнутом состоянии. Приводной вал 8 отсоединен от водила 9 и не вращается.

Холостой режим: работа дифференциального привода, при которой приводные валы двигателей 6 и 7 вращаются с постоянными скоростями, обеспечивая устойчивую работу двигателей в режиме холостого вращения. Как и в пусковом режиме, водило 9 и приводной вал 8 рассоединены муфтой 12. Приводной вал 8 не вращается.

Нейтральный режим: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 не вращается и выполняется условие: отношение скоростей вращения валов 6 и 7 постоянно равно обратному значению передаточного числа планетарной передачи с невращающимся водилом 9, которую в вышеуказанный период времени образуют также шестерня 1, сателлиты 2, оси сателлитов 10 и центральное колесо 3:

Приводной вал 8 и водило 9 соединены муфтой 12 и не вращаются.

Нейтральный режим работы дифференциального привода, при котором ведомый вал 8 не вращается, можно получать на всем диапазоне скоростей вращения вала двигателя 7 при условии соблюдения равенства отношений скоростей вращения приводных валов обратному значению передаточного числа $$U_{31}^9$$

.

Режим пониженного вращения: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 получает вращение, не совпадающее с направлениями вращения приводных валов двигателей 6 и 7, а их отношение скоростей вращения находится в следующем диапазоне значений:

Работа дифференциального привода в режиме пониженного вращения включает в себя следующие подрежимы: разгон, вращение с постоянной скоростью, замедление.

Подрежим - разгон: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с положительным ускорением, и выполняются следующие условия:

1. Приводной вал двигателя 6 вращается с положительным ускорением, а приводной вал двигателя 7 находится в одном из скоростных режимов: вращается с положительным ускорением, вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением.

2. Приводные валы двигателей 6 и 7 вращаются с отрицательными ускорениями.

3. Приводной вал двигателя 6 вращается с постоянной скоростью, а приводной вал двигателя 7 вращается с отрицательным ускорением.

Подрежим - вращение с постоянной скоростью: работа дифференциального привода, при которой скорость вращения выходного вала 8 является величиной постоянной $$n_8^t=const$$

, и выполняются следующие условия:

1. Скорости вращения приводных валов двигателей 6 и 7 являются значениями постоянными $$n_6^t=const$$

, $$n_7^t=const$$

.

2. Скорости вращения приводных валов двигателей 6 и 7 являются значениями переменными, которые находятся в следующей зависимости:

и при этом выполняются следующие условия:

2.1. Приводные валы двигателей 6 и 7 вращаются с положительными ускорениями;

2.2. Приводные валы двигателей 6 и 7 вращаются с отрицательными ускорениями.

Подрежим - замедление: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с отрицательным ускорением, и выполняются следующие условия:

1. Приводной вал двигателя 6 вращается с отрицательным ускорением, а приводной вал двигателя 7 находится в одном из скоростных режимов: вращается с положительным ускорением, вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением.

2. Приводные валы двигателей 6 и 7 вращаются с положительными ускорениями.

3. Приводной вал двигателя 6 вращается с постоянной скоростью, а приводной вал двигателя 7 вращается с положительным ускорением.

Режим реверсивного вращения: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 получает вращение, совпадающее с направлениями вращения приводных валов двигателей 6 и 7 а их отношение находится в следующем диапазоне значений:

Работа дифференциального привода в режиме реверсивного вращения включает в себя следующие подрежимы: разгон, вращение с постоянной скоростью, замедление.

Подрежим - разгон: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с положительным ускорением, и выполняются следующие условия:

1. Приводной вал двигателя 7 вращается с положительным ускорением, а приводной вал двигателя 6 находится в одном из скоростных режимов: вращается с положительным ускорением, вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением.

2. Приводной вал двигателя 6 вращается с отрицательным ускорением, а приводной вал двигателя 7 находится в одном из скоростных режимов: вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением.

Подрежим - вращение с постоянной скоростью: работа дифференциального привода, при которой скорость вращения выходного вала 8 является величиной постоянной $$n_8^t=const$$

, и выполняются следующие условия:

1. Скорости вращения приводных валов двигателей 6 и 7 являются значениями постоянными $$n_6^t=const$$

, $$n_7^t=const$$

.

2. Скорости вращения приводных валов двигателей 6 и 7 являются значениями переменными, которые находятся в следующей зависимости, определяющейся по формуле (7), и при этом выполняются следующие условия:

2.1. Приводные валы двигателей 6 и 7 вращаются с положительными ускорениями;

2.2. Приводные валы двигателей 6 и 7 вращаются с отрицательными ускорениями.

Подрежим - замедление: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с отрицательным ускорением, и выполняются следующие условия:

1. Приводной вал двигателя 7 вращается с отрицательным ускорением, а приводной вал двигателя 6 находится в одном из скоростных режимов: вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением, вращается с положительным ускорением.

2. Приводной вал двигателя 6 вращается с положительным ускорением, а приводной вал двигателя 7 вращается с постоянной скоростью.

Остановочный режим: выключение двигателей 6, 7 и выведение вращений их валов в заданный отрезок времени до полного останова. В остановочном режиме муфта 12 находится в разъединенном состоянии. Приводной вал 8 отсоединен от водила 9 и не имеет вращения.

Крутящий момент на выходном валу 8 дифференциального привода (схема 3Д-9) в момент времени t на всех эксплуатационных режимах работы привода определяется по формуле

где $$M_6^t$$

- крутящий момент на приводном валу двигателя 6 в момент времени t с учетом кпд двигателя;

$$M_7^t$$

- крутящий момент на приводном валу двигателя 7 в момент времени t с учетом к.п.д. двигателя;

$$U_9^t$$

- передаточное число привода в момент времени t:

η - кпд привода:

η=η₁η₂

где η₁ - к.п.д. планетарной передачи, выполненной по схеме 2К-Н [2, стр 226, схема 1], которую образуют центральная шестерня 1, сателлиты 2, оси сателлитов 10, центральное колесо 3 и водило 9:

η₂ - кпд цилиндрической ступени, которую образуют шестерни 4 и 5:

η₂=1-ψ.

где ψ - коэффициент потерь простой передачи, равный 0,015…0,04.

Таким образом, посредством дифференциального механизма, содержащего подобранные определенным образом центральные колесо и шестерню, сателлиты и зубчатые шестерни, трансформирующего переменные крутящие моменты и управляемые скорости вращения валов приводных двигателей внутреннего сгорания, достигается получение дифференциального привода нового типа, имеющего следующие характеристики:

1. Бесступенчатое изменение скорости вращения выходного вала и крутящего момента на нем.

2. Рабочий диапазон частоты вращения выходного вала - 0…8000 об/мин и более.

3. кпд дифференциального механизма 0,94…0,98.

4. Изменение направления вращения выходного вала без применения дополнительных ступеней зубчатой передачи дифференциального механизма.

Третий вариант выполнения дифференциального привода (схема 3Д-3).

Технический результат достигается тем, что дифференциальный привод, содержащий два двигателя внутреннего сгорания, находящиеся в одном корпусе, систему управления приводом, второй корпус, в котором размещены две шестерни с внешними зубьями, входящие в зацепление друг с другом, центральные колесо с внутренними зубьями, соединенное с выходным валом и шестерня с внешними зубьями, расположенная на валу первого двигателя, входящие в зацепление с внешними зубьями сателлитов, установленными посредством осей на водиле, отличающийся тем, что водило через шестерню с внешними зубьями, находящуюся в соединении с ним, входит в зацепление с другой шестерней с внешними зубьями, расположенной на параллельно расположенном валу второго двигателя.

Конструкция дифференциального привода с двумя двигателями внутреннего сгорания, расположенными в общем корпусе и имеющими параллельное расположение валов, поясняется кинематической схемой 3Д-3 представленной на фиг. 8.

На схеме обозначено: 1 - ведущая центральная шестерня с внешними зубьями, 2 - сателлиты, 3 - ведомое центральное колесо с внутренними зубьями, 4 - первая шестерня с внешними зубьями, 5 - вторая шестерня с внешними зубьями, 8 - выходной вал привода, 9 - ведущее водило, 10 - ось сателлитов, 11 - корпус дифференциального механизма, 12 - соединительная муфта, 13 - датчик частоты вращения шестерни 1, 14 - датчик частоты вращения вала двигателя 7, 15 - датчик частоты вращения вала двигателя 6, 16 - электронный блок управления приводом, 17 - тахометр, 18 - блок индивидуального управления двигателем 6, 19 - блок индивидуального управления двигателем 7.

Дифференциальный привод (схема 3Д-3) с двигателями внутреннего сгорания состоит из дифференциального механизма, кинематически связанного с двумя приводными двигателями 6 и 7, и блоков 18 и 19 индивидуального управления работой этих двигателей. Двигатели 6 и 7 расположены в одном корпусе, соединенном с корпусом дифференциального механизма 11. Приводной вал двигателя 6 соединен с шестерней 5, которая входит в зацепление с шестерней 4, находящейся на одной геометрической оси с водилом 9 и соединенной с ним. Приводной вал двигателя 7 соединен с центральной шестерней 1, которая через сателлиты 2, взаимодействуя с водилом 9, входит в зацепление с центральным колесом 3. Центральное колесо 3, в свою очередь, через муфту 12 соединено с выходным валом 8. Двигатели также могут располагаться на одной геометрической оси, закрепленные на корпусе дифференциального механизма, или находиться в общем корпусе. При этом технический результат остается неизменным.

Дифференциальный привод (схема 3Д-3) с двигателями внутреннего сгорания работает следующим образом. Вращение вала двигателя 7, с заданной блоком 19 скоростью, воспринимается шестерней 1, которая через сателлиты 2, взаимодействуя с водилом 9, вызывает направленное вращение центрального колеса с внутренними зубьями 3. Одновременно противоположно направленное вращение вала двигателя 6, с заданной блоком 18 скоростью, через шестерни с внешними зубьями 5 и 4 вызывает однонаправленное вращение водила 9. Вращение водила 9 воспринимается сателлитами 2, которые, взаимодействуя с шестерней 1, вызывают однонаправленное вращение центрального колеса 3, преобразуя скорости вращения и крутящие моменты валов двигателей 6 и 7 до необходимых значений на выходном валу 8. Управление дифференциальным приводом происходит одним из двух способов, показанных выше в описании работы дифференциального привода схема 3Д-1.

Работа дифференциального привода (схема 3Д-3) с двигателями внутреннего сгорания включает в себя следующие режимы: пусковой, холостой, нейтральный, пониженного вращения, прямого вращения, повышенного вращения, реверсивного вращения, остановочный. Пусковой, холостой и остановочный режимы относятся к вспомогательным режимам. Режимы нейтральный, пониженного вращения, прямого вращения, повышенного вращения и реверсивного вращения относятся к эксплуатационным режимам работы привода.

Скорость вращения выходного вала 8 в момент времени t на всех эксплуатационных режимах работы привода определяется по формуле

где $$n_6^t$$

, $$n_7^t$$

- скорости вращения приводных валов двигателей 6 и 7 в момент времени t;

$$U_{19}^3$$

- передаточное число планетарной передачи, выполненной по схеме 2К-Н с одновенцовыми сателлитами и невращающимся эпициклом, которую образуют центральная шестерня 1, сателлиты 2, оси сателлитов 10, центральное колесо 3 и водило 9, определяется по формуле (1);

$$U_{31}^9$$

- передаточное число планетарной передачи, выполненной по схеме 2К-Н с одновенцовыми сателлитами и невращающимся водилом [1, стр. 239], которую образуют центральная шестерня 1, сателлиты 2, оси сателлитов 10, центральное колесо 3 и водило 9, определяется по формуле (2);

i₄₅ - передаточное число цилиндрической передачи, которую образуют шестерни 4 и 5, определяется по формуле (3);

где z₃, z₁, z₄, z₅ - число зубьев колеса 3, шестерней 1, 4 и 5 соответственно.

Цилиндрическая ступень привода, состоящая из шестерней 4 и 5, предназначена для выполнения условия однонаправленности вращений водила 9 и шестерни 1, которые кинематически связаны с параллельно расположенными двигателями 6 и 7. Поэтому знаки разной направленности вращения валов этих двигателей в дальнейших формулах не учитываются. Также принимается равенство числа зубьев шестерней 4, 5 z₄=z₅, откуда передаточное число цилиндрической ступени становится равным i₄₅=1 и в дальнейших формулах не рассматривается. Обязательным условием работы привода является неизменность направлений вращения валов двигателей 6 и 7 на всех режимах работы.

Пусковой режим: включение двигателей 6, 7 и выведение вращение их валов до скоростей холостого вращения. В пусковом режиме муфта 12 находится в разомкнутом состоянии. Приводной вал 8 отсоединен от центрального колеса 3 и не вращается.

Холостой режим: работа дифференциального привода, при которой приводные валы двигателей 6 и 7 вращаются с постоянными скоростями, обеспечивая устойчивую работу двигателей в режиме холостого вращения. Как и в пусковом режиме, центральное колесо 3 и приводной вал 8 рассоединены муфтой 12. Приводной вал 8 не вращается.

Нейтральный режим - работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 не вращается и выполняется условие: отношение скоростей вращения валов двигателей 6 и 7 постоянно равно обратному значению передаточного числа планетарной передачи с невращающимся центральным колесом 3, которую в вышеуказанный период времени образуют также шестерня 1, сателлиты 2, оси сателлитов 10 и водило 9:

Приводной вал 8 и центральное колесо 3 соединены муфтой 12 и не вращаются.

Нейтральный режим работы дифференциального привода, при которой ведомый вал 8 не вращается, можно получать на всем диапазоне скоростей вращения вала двигателя 7 при условии соблюдения равенства отношений скоростей вращения приводных валов обратному значению передаточного числа $$U_{19}^3$$

.

Режим пониженного вращения: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 получает вращение, совпадающее с направлением вращения приводного вала двигателя 7, при этом приводные валы двигателей 6 и 7 вращаются с неравными скоростями $$n_6^t\ne n_7^t$$

, а их отношение находится в следующем диапазоне значений:

Работа дифференциального привода в режиме пониженного вращения включает в себя следующие подрежимы: разгон, вращение с постоянной скоростью, замедление.

Подрежим - разгон: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с положительным ускорением, и выполняются следующие условия:

1. Приводной вал двигателя 6 вращается с положительным ускорением, а приводной вал двигателя 7 находится в одном из скоростных режимов: вращается с положительным ускорением, вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением.

2. Приводной вал двигателя 7 вращается с отрицательным ускорением, а приводной вал двигателя 6 находится в одном из скоростных режимов: вращается с отрицательным ускорением, вращается с постоянной скоростью.

Подрежим - вращение с постоянной скоростью: работа дифференциального привода, при которой скорость вращения выходного вала 8 является величиной постоянной $$n_8^t=const$$

, и выполняются следующие условия:

1. Скорости вращения приводных валов двигателей 6 и 7 являются значениями постоянными $$n_6^t=const$$

, $$n_7^t=const$$

.

2. Скорости вращения приводных валов двигателей 6 и 7 являются значениями переменными, которые находятся в следующей зависимости:

и при этом выполняются следующие условия:

2.1. Приводные валы двигателей 6 и 7 вращаются с положительными ускорениями;

2.2. Приводные валы двигателей 6 и 7 вращаются с отрицательными ускорениями.

Подрежим - замедление: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с отрицательным ускорением, и выполняются следующие условия:

1. Приводной вал двигателя 6 вращается с отрицательным ускорением, а приводной вал двигателя 7 находится в одном из скоростных режимов: вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением, вращается с положительным ускорением.

2. Приводной вал двигателя 7 вращается с положительным ускорением, а приводной вал двигателя 6 вращается с постоянной скоростью.

Режим прямого вращения: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 получает вращение, совпадающее с направлением вращения приводного вала двигателя 7, при этом приводные валы двигателей 6 и 7 постоянно вращаются с равными скоростями $$n_6^t=n_7^t$$

, а их отношение в любой момент времени равно 1.

Выход работы дифференциального привода в режим прямого вращения может осуществляться с любого подрежима (разгона, вращения с постоянной скоростью, замедления) режима пониженного вращения.

Работа дифференциального привода в режиме прямого вращения включает в себя следующие подрежимы: разгон, вращение с постоянной скоростью, замедление.

Подрежим - разгон: работа дифференциального привода, при которой все валы 8, 6 и 7 вращаются с равными положительными ускорениями.

Подрежим - вращение с постоянной скоростью: работа дифференциального привода, при которой скорости вращений всех валов являются величинами равными и постоянными $$n_8^t=n_6^t{n}_7^t=const$$

.

Подрежим - замедление: работа дифференциального привода, при которой все валы 8, 6 и 7 вращаются с равными отрицательными ускорениями.

Рабочий диапазон скоростей вращения выходного вала 8 в подрежимах разгон, вращение с постоянной скоростью и замедление находится в интервале значений:

где n_7хв - скорость вращения приводного вала двигателя 7 в режиме холостого вращения;

n_7max ^_ максимальная скорость вращения приводного вала двигателя 7.

Режим повышенного вращения: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 получает вращение, совпадающее с направлением вращения приводного вала двигателя 7, при этом приводные валы двигателей 6 и 7 вращаются с неравными скоростями $$n_6^t\ne n_7^t$$

, а их отношение в любой момент времени принимает значения больше 1:

Работа дифференциального привода в режиме повышенного вращения включает в себя следующие подрежимы: разгон, вращение с постоянной скоростью, замедление.

Подрежим - разгон: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с положительным ускорением, и выполняются следующие условия:

1. Приводной вал двигателя 6 вращается с положительным ускорением, а приводной вал двигателя 7 находится в одном из скоростных режимов: вращается с положительным ускорением, вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением.

2. Приводной вал двигателя 7 вращается с отрицательным ускорением, а приводной вал двигателя 6 находится в одном из скоростных режимов: вращается с отрицательным ускорением, вращается с постоянной скоростью.

Подрежим - вращение с постоянной скоростью: работа дифференциального привода, при которой скорость вращения выходного вала 8 является величиной постоянной $$n_8^t=const$$

, и выполняются следующие условия:

1. Скорости вращения приводных валов двигателей 6 и 7 являются значениями постоянными $$n_6^t=const$$

, $$n_7^t=const$$

.

2. Скорости вращения приводных валов двигателей 6 и 7 являются значениями переменными, которые находятся в следующей зависимости, определяющейся по формуле (8), и при этом выполняются следующие условия:

2.1. Приводные валы двигателей 6 и 7 вращаются с положительными ускорениями;

2.2. Приводные валы двигателей 6 и 7 вращаются с отрицательными ускорениями.

Подрежим - замедление: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с отрицательным ускорением, и выполняются следующие условия:

1. Приводной вал двигателя 6 вращается с отрицательным ускорением, а приводной вал двигателя 7 находится в одном из скоростных режимов: вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением, вращается с положительным ускорением.

2. Приводной вал двигателя 7 вращается с положительным ускорением, а приводной вал двигателя 6 вращается с постоянной скоростью.

Остановочный режим: выключение двигателей 6, 7 и выведение вращений их валов в заданный отрезок времени до полного останова. В остановочном режиме муфта 12 находится в разъединенном состоянии. Приводной вал 8 отсоединен от центрального колеса 3 и не вращается.

Крутящий момент на выходном валу 8 дифференциального привода (схема 3Д-3) в момент времени t на всех эксплуатационных режимах работы привода определяется по формуле:

где: $$M_6^t$$

- крутящий момент на приводном валу двигателя 6 в момент времени t с учетом кпд двигателя;

$$M_7^t$$

- крутящий момент на приводном валу двигателя 7 в момент времени t с учетом кпд двигателя;

$$U_3^t$$

- передаточное число привода в момент времени t:

η - кпд привода:

η=η₁η₂,

где η₁ - к.п.д. планетарной передачи, выполненной по схеме 2К-Н, которую образуют центральная шестерня 1, сателлиты 2, оси сателлитов 10, центральное колесо 3 и водило 9:

η₂ - кпд цилиндрической ступени, которую образуют шестерни 4 и 5:

η₂=1-ψ.

где ψ - коэффициент потерь простой передачи, равный 0,015…0,04.

Таким образом, посредством дифференциального механизма, содержащего подобранные определенным образом центральные колесо и шестерню, сателлиты и зубчатые шестерни, трансформирующего переменные крутящие моменты и управляемые скорости вращения валов приводных двигателей внутреннего сгорания, достигается получение дифференциального привода нового типа, имеющего следующие характеристики:

1. Бесступенчатое изменение скорости вращения выходного вала и крутящего момента на нем.

2. Рабочий диапазон частоты вращения выходного вала - 0…8000 об/мин и более.

3. КПД дифференциального механизма 0,94…0,98.

4. Изменение направления вращения выходного вала без применения дополнительных ступеней зубчатой передачи дифференциального механизма.

Источники информации

1. Гузенков П.Г. Детали машин. Учебник для вузов. М.: «Высш. школа», 1975. - 464 с. с ил.

2. Анфимов М.И. Редукторы. Конструкции и расчет: Альбом. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1993. - 464 с: ил.

Claims (3)

1. Дифференциальный привод, содержащий два двигателя внутреннего сгорания, находящиеся в одном корпусе, систему управления приводом, второй корпус, в котором размещены две шестерни с внешними зубьями, входящие в зацепление друг с другом, центральные колесо с внутренними зубьями и шестерня с внешними зубьями, расположенная на выходном валу, входящие в зацепление с внешними зубьями сателлитов, установленных посредством осей на водиле, соединенном с первым двигателем, отличающийся тем, что центральное колесо с внутренними зубьями через шестерню с внешними зубьями, находящуюся в соединении с ним, входит в зацепление с шестерней с внешними зубьями, расположенной на параллельно расположенном валу второго двигателя.

2. Дифференциальный привод, содержащий два двигателя внутреннего сгорания, находящиеся в одном корпусе, систему управления приводом, второй корпус, в котором размещены две шестерни с внешними зубьями, входящие в зацепление друг с другом, центральные колесо с внутренними зубьями и шестерня с внешними зубьями, расположенная на приводном валу первого двигателя, входящие в зацепление с внешними зубьями сателлитов, установленных посредством осей на водиле, соединенном с выходным валом, отличающийся тем, что центральное колесо с внутренними зубьями через шестерню с внешними зубьями, находящуюся в соединении с ним, входит в зацепление с другой шестерней с внешними зубьями, расположенной на параллельно расположенном валу второго двигателя.

3. Дифференциальный привод, содержащий два двигателя внутреннего сгорания, находящиеся в одном корпусе, систему управления приводом, второй корпус, в котором размещены две шестерни с внешними зубьями, входящие в зацепление друг с другом, центральные колесо с внутренними зубьями, соединенное с выходным валом, и шестерня с внешними зубьями, расположенная на валу первого двигателя, входящие в зацепление с внешними зубьями сателлитов, установленными посредством осей на водиле, отличающийся тем, что водило через шестерню с внешними зубьями, находящуюся в соединении с ним, входит в зацепление с другой шестерней с внешними зубьями, расположенной на параллельно расположенном валу второго двигателя.

Images