Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть использовано при конструировании механизмов, в которых необходимо автоматически и в широких пределах изменять передаточное отношение и крутящий момент, оптимизирующие разгон и управление вращением ведомого вала при постоянных оборотах и крутящем моменте на валу двигателя. Примером такого механизма могут быть: пусковое устройство инертного механизма, электродвигатель со встроенным преобразователем оборотов и крутящего момента, инструмент, в котором необходимо автоматическое увеличение крутящего момента, при увеличении потребной его величины, автоматическая трансмиссия транспортного средства и другие механизмы, в которых необходимо автоматическое преобразование передаточного отношения и крутящего момента.The invention relates to the field of transport engineering and can be used in the design of mechanisms in which it is necessary to automatically and broadly change the gear ratio and torque, which optimize the acceleration and control of the rotation of the driven shaft at constant speeds and torque on the motor shaft. An example of such a mechanism can be: an inert mechanism starting device, an electric motor with a built-in speed and torque converter, a tool in which it is necessary to automatically increase torque when its required value is increased, automatic transmission of a vehicle and other mechanisms in which automatic transmission is required relationship and torque.
Известны различные пути согласования передаточного отношения при передаче движения от двигателя к исполнительному механизму. Наиболее распространенным способом являются зубчатые редукторы. Эти механизмы описаны, например, в Артоболевский И.И. «Механизмы в современной технике», Том 4 «Зубчатые механизмы» Москва. Наука 1980 г, а также в: Патент RU №2304735, Патент RU №2333405.There are various ways of coordinating the gear ratio when transmitting movement from the engine to the actuator. The most common way are gear reducers. These mechanisms are described, for example, in Artobolevsky II. “Mechanisms in modern technology”, Volume 4 “Gear mechanisms” Moscow. Science 1980, and also in: Patent RU No. 2304735, Patent RU No. 2333405.
Недостатком зубчатых редукторов является то, что при их использовании передаточное отношение трансмиссии постоянно, двигатель в большинстве случаев не работает на оптимальном режиме, при этом ухудшается экономичность, увеличиваются нагрузки на двигатель и элементы трансмиссии. Внесение в конструкцию технологически сложных устройств, ступенчатых или бесступенчатых преобразователей передаточного отношения, а также специальных устройств, например гидромоторов, приводят к удорожанию конструкции и к уменьшению степени надежности. Недостатками известных решений, описанных в Патент RU №2304735 и в Патент RU №2333405 являются сложность конструкции и неоптимальный режим работы в процессе изменения передаточного отношения.The disadvantage of gear reducers is that when they are used, the transmission ratio of the transmission is constant, the engine in most cases does not work at the optimum mode, while the economy is deteriorating, the load on the engine and transmission elements is increasing. The introduction of technologically sophisticated devices, stepwise or stepless converters of the gear ratio, as well as special devices, for example, hydraulic motors, leads to a rise in the cost of the structure and to a decrease in the degree of reliability. The disadvantages of the known solutions described in Patent RU No. 2304735 and in Patent RU No. 2333405 are the design complexity and suboptimal mode of operation in the process of changing the gear ratio.
Задачей изобретения является способ автоматического управления оборотами ведомого вала с изменением крутящего момента и передаточного отношения, при работе двигателя на оптимальном режиме, в зависимости от потребной величины крутящего момента. Применение такого способа приведет к упрощению процесса разгона, уменьшению потерь и экономии энергии, а также к упрощению конструкции.The objective of the invention is a method for automatically controlling the speed of the driven shaft with a change in torque and gear ratio, when the engine is operating in optimal mode, depending on the required amount of torque. The application of this method will simplify the acceleration process, reduce losses and save energy, as well as simplify the design.
Указанная цель достигается тем, что согласно изобретению энергия с вала привода передается на два канала. Вращение передается на вход дифференциального редуктора, имеющего возможность вращаться вокруг своей оси и разделяющего энергию двигателя на два потока. Одна часть энергии с первого выхода дифференциала поступает на ведомый вал, а вторая часть со второго выхода - на устройство, которое связывает его с валом привода и заставляет вращаться редуктор вокруг своей оси, передавая вращение на ведомый вал минуя редуктор. Когда связь второго канала с валом привода не жесткая и вал привода имеет возможность проскальзывать относительно второго выхода дифференциала с определенным усилием, энергия передается через оба канала, частично через редуктор, а вторая часть через вращение редуктора вокруг оси. Суммарное передаточное отношение складывается из скорости вращения редуктора вокруг своей оси и от передаточного отношения элементов редуктора. Когда связь между вторым выходом редуктора и валом привода жесткая, тогда элементы редуктора не работают, вал привода и ведомый вал вращаются с одинаковой скоростью как единое целое, передаточное отношение равно единице. Крутящий момент на ведомом валу при этом будет таким же, как и на валу привода. Когда связь между вторым выходом и входом дифференциала достаточно слабая, в такой мере, что позволяет второму выходу вращаться в обратную сторону относительно вала привода или быть неподвижным относительно других, не относящихся к дифференциалу, частей механизма, крутящий момент на ведомом валу будет максимальным и будет определяться передаточным отношением элементов редуктора, а передаточное отношение может расти в очень широких пределах. Силовая связь при проскальзывании между вторым выходом дифференциального редуктора и валом привода определяет крутящий момент на ведомом валу и общее передаточное отношение от вала привода на ведомый вал. Связь между валом привода и вторым выходом дифференциального редуктора может быть организована посредством силовых муфт скольжения, которые могут быть любой конструкции, а также посредством генератора - электрической машины двойного вращения, где ротор соединен с входом дифференциала, а статор - с вторым выходом, и который может частично блокировать дифференциал, выполняя роль силовой муфты скольжения, когда при наличии электрической нагрузки в его цепи между ротором и статором возникает сила, увлекающая статор за ротором. Управляя силовой связью при проскальзывании между входом дифференциала и его вторым выходом, можно управлять темпом разгона, крутящим моментом на ведомом валу, скоростью его вращения. При увеличении на ведомом валу потребного крутящего момента ведомый вал тормозится, скольжение в силовой муфте увеличивается и вращение в большей степени передается через элементы редуктора, а его вращение вокруг оси замедляется, а когда передаточное отношение редуктора больше единицы, крутящий момент на ведомом валу увеличивается. При уменьшении потребной нагрузки на ведомом валу, проскальзывание силовой муфты уменьшается, качение шестерен внутри редуктора замедляется, суммарное передаточное отношение уменьшается, скорость вращения ведомого вала увеличивается, а крутящий момент на ведомом валу уменьшается.This goal is achieved by the fact that according to the invention, energy from the drive shaft is transmitted to two channels. The rotation is transmitted to the input of the differential gearbox, which has the ability to rotate around its axis and dividing the energy of the engine into two streams. One part of the energy from the first output of the differential goes to the driven shaft, and the second part from the second output to the device that connects it to the drive shaft and makes the gearbox rotate around its axis, transmitting rotation to the driven shaft bypassing the gearbox. When the connection of the second channel with the drive shaft is not rigid and the drive shaft can slip relative to the second output of the differential with a certain force, the energy is transmitted through both channels, partially through the gearbox, and the second part through the rotation of the gearbox around the axis. The total gear ratio is the sum of the gearbox rotation speed around its axis and the gear ratio of gearbox elements. When the connection between the second output of the gearbox and the drive shaft is rigid, then the gearbox elements do not work, the drive shaft and the driven shaft rotate at the same speed as a single unit, the gear ratio is one. The torque on the driven shaft will be the same as on the drive shaft. When the connection between the second output and the differential input is sufficiently weak, to the extent that it allows the second output to rotate in the opposite direction relative to the drive shaft or to be stationary relative to other parts of the mechanism that are not related to the differential, the torque on the driven shaft will be maximum and will be determined the gear ratio of the gearbox elements, and the gear ratio can grow over a very wide range. The power connection when slipping between the second output of the differential gearbox and the drive shaft determines the torque on the driven shaft and the overall gear ratio from the drive shaft to the driven shaft. The connection between the drive shaft and the second output of the differential gearbox can be organized by means of power sliding clutches, which can be of any design, and also by means of a generator - an electric double rotation machine, where the rotor is connected to the differential input and the stator to the second output, and which can partially block the differential, playing the role of a power sliding clutch, when in the presence of an electric load in its circuit between the rotor and the stator there is a force that carries the stator behind the rotor. By controlling the force connection when slipping between the differential input and its second output, one can control the acceleration rate, the torque on the driven shaft, and its rotation speed. When the required torque increases on the driven shaft, the driven shaft is braked, sliding in the power coupling increases and rotation is transmitted to a greater extent through the gearbox elements, and its rotation around the axis slows down, and when the gear ratio of the gearbox is more than one, the torque on the driven shaft increases. When reducing the required load on the driven shaft, the slipping of the power coupling decreases, the rolling of the gears inside the gearbox slows down, the total gear ratio decreases, the rotation speed of the driven shaft increases, and the torque on the driven shaft decreases.