RU2756733C1 - Бесступенчатая трансмиссия - Google Patents
Бесступенчатая трансмиссия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2756733C1 RU2756733C1 RU2021111234A RU2021111234A RU2756733C1 RU 2756733 C1 RU2756733 C1 RU 2756733C1 RU 2021111234 A RU2021111234 A RU 2021111234A RU 2021111234 A RU2021111234 A RU 2021111234A RU 2756733 C1 RU2756733 C1 RU 2756733C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- variator
- clutch
- base
- differential
- input shaft
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H15/00—Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by friction between rotary members
- F16H15/02—Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by friction between rotary members without members having orbital motion
- F16H15/04—Gearings providing a continuous range of gear ratios
- F16H15/06—Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B
- F16H15/32—Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B in which the member B has a curved friction surface formed as a surface of a body of revolution generated by a curve which is neither a circular arc centered on its axis of revolution nor a straight line
- F16H15/36—Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B in which the member B has a curved friction surface formed as a surface of a body of revolution generated by a curve which is neither a circular arc centered on its axis of revolution nor a straight line with concave friction surface, e.g. a hollow toroid surface
- F16H15/38—Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B in which the member B has a curved friction surface formed as a surface of a body of revolution generated by a curve which is neither a circular arc centered on its axis of revolution nor a straight line with concave friction surface, e.g. a hollow toroid surface with two members B having hollow toroid surfaces opposite to each other, the member or members A being adjustably mounted between the surfaces
Abstract
Изобретение относится к трансмиссии с бесступенчатой передачей. Трансмиссия включает корпус, входной и выходной валы, базовый вариатор, дифференциал. Базовый вариатор состоит из ведущего фрикциона, ведомого фрикциона и промежуточного элемента. Дифференциал включает центральные колеса, сателлиты и водило. Фрикционы базового вариатора выполнены конусными и установлены на входном валу последовательно, причем ведущий фрикцион закреплен на входном валу жестко, а ведомый фрикцион – с возможностью свободного вращения. Между фрикционами установлен промежуточный элемент, состоящий из ролика, шарнирно-соединенных неповоротного штока, поворотного штока и прижимного механизма, расположенного на поворотном штоке. Дифференциал выполнен коническим, причем одно его центральное колесо соединено с ведомым фрикционом, другое центральное колесо – с входным валом, а водило – с выходным валом. Базовый вариатор содержит по крайней мере три идентичных промежуточных элемента. Достигается упрощение конструкции, повышение КПД, надежности и компактности устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для плавного изменения передаточного отношения механической части привода промышленных установок и транспортных средств, в частности электромобилей.
Известен широкодиапазонный клиноременный вариатор, включающий входной и выходной валы, базовый вариатор, дифференциал и зубчатую передачу (см. патент РФ на изобретение № 2071577, МПК F16H 9/00 (1995.01), опубл. 10.01.1997). В данной конструкции между входным и выходным валами установлен промежуточный вал, базовый вариатор выполнен клиноременным с раздвижными коническими шкивами, дифференциал выполнен коническим, а зубчатая передача состоит из цилиндрических шестерен и паразитной шестерни. Одна пара шкивов установлена на входном валу, а другая связана с корпусом (водилом) дифференциала. Одно центральное колесо дифференциала связано с выходным валом, другое - с промежуточным валом. При изменении передаточного отношения ϕ базового вариатора от 1/3 до 2 скорость вращения выходного вала плавно меняется «вниз» от 5-кратной до 0, а затем, при дальнейшем росте ϕ от 2 до 3, реверсируется до -1/3 скорости вращения входного вала.
Недостатками аналога являются, во-первых, повышенная скорость вращения выходного вала «вперед», которая при передаче к рабочему органу, например, колесам автомобиля, должна понижаться дополнительным редуктором, но тогда становится недостаточной скорость хода «назад», что требует подключения дополнительного мультипликатора. Во-вторых, водило и сателлиты дифференциала и ведомые шкивы базового вариатора передают удвоенный крутящий момент (относительно момента нагрузки на выходном валу), что либо повышает риск механической поломки этих деталей, либо увеличивает габарит конструкции ввиду необходимости их усиления и упрочнения. В-третьих, КПД трансмиссии снижен из-за наличия в конструкции паразитной шестерни. В-четвертых, для регулярного сдвижения - раздвижения шкивов вариатора требуется дополнительное гидравлическое оборудование со своей электронной системой управления и соответствующими датчиками. В-пятых, элементы конструкции расположены на разнесенных в пространстве осях, что увеличивает размеры устройства. В результате этот комплекс недостатков существенно усложняет конструкцию вариатора и делает ее громоздкой.
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является широкодиапазонная реверсивная трансмиссия, включающая корпус, входной и выходной валы, дифференциал, включающий центральные колеса, сателлиты и водило, и базовый вариатор, состоящий из ведущего и ведомого фрикционов и промежуточных элементов (см. патент РФ на изобретение № 2729847, МПК (2021.01) F16H 15/50, опубл. 12.08.2020). В данной конструкции базовый вариатор выполнен многодисковым планетарным и включает внешний фрикцион-эпицикл, внутренний центральный фрикцион и промежуточные элементы - сателлиты, выполненные в виде сдвоенных плоских дисков и установленные на оси вращения с возможностью углового перемещения (покачивания) соответственно наклонным контактным поверхностям дисков фрикционов. Трансмиссия снабжена реверсором, установленным между базовым вариатором и планетарным дифференциалом, эпицикл которого соединен с выходным валом.
Недостатками прототипа являются громоздкость, сложность конструкции и пониженный КПД. Это связано с тем, что базовый многодисковый планетарный вариатор, сам по себе достаточно сложный в реализации, реализует только понижающие передаточные отношения, начиная с ϕ ≥ 2÷2,5. Поэтому чтобы трансмиссия обеспечивала заданный диапазон изменения скорости вращения выходного вала, она вынужденно должна содержать реверсор и планетарный дифференциал с заявленной схемой соединения элементов. Трение в зубчатых парах реверсора снижает общий КПД трансмиссии, а центральные диски базового вариатора, зубья солнечной шестерни дифференциала и участок входного вала между ними нагружены дополнительным циркуляционным моментом, кратно превышающим выходной момент нагрузки. Следовательно, их габариты по условию прочности увеличиваются, что увеличивает габариты всего устройства.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в упрощении конструкции и управления, повышении КПД, надежности и компактности устройства.
Технический результат достигается тем, что трансмиссия, включающая корпус, входной и выходной валы, дифференциал, включающий центральные колеса, сателлиты и водило, и базовый вариатор, состоящий из ведущего фрикциона, ведомого фрикциона и промежуточных элементов, согласно изобретению, фрикционы базового вариатора выполнены конусными и установлены на входном валу последовательно, причем ведущий фрикцион закреплен на входном валу жестко, а ведомый - с возможностью свободного вращения, между фрикционами установлен промежуточный элемент, состоящий из ролика, шарнирно-соединенных неповоротного и поворотного штоков и прижимного механизма, расположенного на поворотном штоке, дифференциал выполнен коническим, причем одно его центральное колесо соединено с ведомым фрикционом, второе центральное колесо с входным валом, а водило с выходным валом.
Базовый вариатор трансмиссии содержит, по крайней мере, три идентичных промежуточных элемента.
Данная трансмиссия позволит упростить конструкцию и управление, повысить КПД, надежность и компактность устройства.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена заявляемая трансмиссия (вид сбоку), на фиг. 2 – фронтальный разрез ее базового вариатора в трехпоточном исполнении.
Трансмиссия включает корпус 1, входной 2 и выходной 3 валы, базовый вариатор 4, дифференциал 5. Базовый вариатор 4 состоит из ведущего фрикциона 6, ведомого фрикциона 7 и промежуточного элемента 8. Дифференциал 5 включает центральные колеса 9 и 10, сателлиты 11 и водило 12. Фрикционы 6 и 7 базового вариатора 4 выполнены конусными и установлены на входном валу 2 последовательно, причем ведущий фрикцион 6 закреплен на входном валу 2 жестко, а ведомый фрикцион 7 – с возможностью свободного вращения. Между фрикционами 6 и 7 установлен промежуточный элемент 8, состоящий из ролика 13, шарнирно-соединенных неповоротного штока 14, поворотного штока 15 и прижимного механизма 16, расположенного на поворотном штоке 15. Дифференциал 5 выполнен коническим, причем одно его центральное колесо 9 соединено с ведомым фрикционом 7, другое центральное колесо 10 – с входным валом 2, а водило 12 – с выходным валом 3. Базовый вариатор 4 содержит, по крайней мере, три идентичных промежуточных элемента.
Предлагаемая трансмиссия работает следующим образом.
Двигатель (на фигуре не показан) сообщает крутящий момент M1 входному валу 2, который начинает вращаться с угловой скоростью ω1 вместе с ведущим конусным фрикционом 6 базового вариатора 4 и вторым коническим центральным колесом 10 дифференциала 5. Ролик 13 промежуточного элемента 8, за счет силы трения, создаваемой прижимным механизмом 16, передает вращение ведомому конусному фрикциону 7 и центральному колесу 9 дифференциала 5 с угловой скоростью ω2 = -ω1 /ϕ и крутящим моментом M2.
Передаточное отношение базового вариатора 4 варьируют перемещением промежуточного элемента 8 с помощью управляющего механизма (на фигуре не показан). В результате неповоротный шток 14 перемещается параллельно своему исходному положению, а поворотный шток 15 и ролик 13 еще и отклоняются соответственно конусным поверхностям фрикционов 6 и 7. Фрикцион 7 с центральным колесом 9 установлены на вал 2 через подшипники и приводятся роликом 13 во вращение с угловой скоростью ω2 в противоположном валу 2 направлении.
В дифференциале 5 полусумма скоростей вращения его центральных колес 9 и 10 определяет скорость ω3 вращения водила 12 и выходного вала 3:
ω3 = 0,5(ω1 + ω2) = 0,5ω1(1 - 1/ϕ) = ω1 /ϕ тр ,
где ϕ тр = 2/(1 - 1/ϕ) – передаточное отношение всей трансмиссии.
В исходном положении штоков 14 и 15 ролик 13 передает вращение фрикциона 6 на фрикцион 7 по равным контактным диаметрам их конусов, поэтому ϕ = 1, ϕ тр = ∞, а ω3 = 0 при любой скорости вращения двигателя, что позволяет исключить механизм сцепления и гидротрансформатор из схемы тягового привода транспортного средства и существенно упростить его конструкцию. При плавном смещении штока 14 вправо передаточное отношение базового вариатора 4 мультиплицируется от ϕ = 1 до ϕ = 0,5÷0,4, а скорость вращения выходного вала 3 также плавно меняется от 0 до -(0,5÷0,75)ω1. Это дает возможность в полной мере использовать параметрический принцип управления скоростью транспортного средства (без регулирования скорости вращения двигателя), что в городском режиме движения в 2,5÷3 раза увеличивает пробег электромобиля на одной зарядке тягового аккумулятора, а автомобилям с ДВС или гибридам в 1,5÷2,5 раза снижает расход бензина. Электромобилю при этом не требуется и механизм заднего хода, так как его осуществляют реверсом напряжения питания электродвигателя.
Соединение водила 12 дифференциала 5 с выходным валом 3 трансмиссии, в отличие от прототипа (где выходной вал соединен с эпициклом планетарного дифференциала), позволяет исключить из конструкции реверсор, что повышает КПД и упрощает конструкцию устройства. Кроме того, в используемой схеме соединения элементов дифференциала 5 зубья его центральных колес 9, 10 и сателлитов 11 нагружены половиной выходного крутящего момента M3:
M2 = M1-2 = -0,5M3,
где M1-2 – часть крутящего момента приводного двигателя, передаваемая через центральное колесо 10 дифференциала 5.
Следовательно, размеры элементов дифференциала 5, по сравнению с прототипом, могут быть уменьшены, что повышает компактность устройства в целом.
Кроме того, в диапазоне скоростей движения машины скорость вращения ведомого фрикциона 7 меняется в пределах от ω2 = -ω1 до ω2 = -(2÷2,5)ω1, а, как известно, контактные напряжения во фрикционном контакте с ростом окружной скорости элементов существенно падают. Все это разгружает детали базового вариатора 4 и позволяет уменьшить его габариты.
Момент, требуемый от приводного двигателя:
M1 = M1-1 + M1-2 = 0,5M3(1/ϕ - 1) = - M3 /ϕ тр .
Из выражений для ω3 и M1 следует, что заявляемая трансмиссия обладает свойством полной адаптивности, то есть моменты на входном 2 и выходном 3 валах всегда обратно пропорциональны их скоростям, и, следовательно, тяговый привод транспортного средства не требует установки не только механизма коробки перемены передач, но даже сцепления и путевого тормоза, что упрощает конструкцию транспортного средства в целом.
Конусные поверхности фрикционов 6 и 7 имеют прямолинейные образующие, что упрощает процесс их изготовления. Геометрические размеры фрикционов 6 и 7, а также диаметр ролика 13 выбирают с учетом требований по прочности, но так, чтобы одновременно обеспечивались и требуемый диапазон передаточного отношения базового вариатора 4, и чтобы при варьировании передаточного отношения неповоротный шток 14 перемещался продольно (строго параллельно входному валу, без поперечного сдвига). Это существенно упрощает механизм управления передаточным отношением. При этом поворотный шток 15 самопозиционируется так, что рабочая окружность ролика 13 всегда точно контактирует с трапецеидальными профилями обоих конических фрикционов 6 и 7. Тем самым стабилизируется еще и усилие прижимного механизма 16.
Часть крутящего момента двигателя, передаваемая через ведущий фрикцион 6 базового вариатора 4, равная M1-1 = -M2 /ϕ = 0,5M3 /φ, изменяется от M1-1 = 0,5M3 (когда ϕ = 1, машина стоит) до (1÷1,25)M3 (когда ϕ = 0,5÷0,4, машина движется на максимальной скорости). Но заявляемый базовый вариатор может выполняться многопоточным, например, в трехпоточном исполнении (см. фиг. 2), поэтому и момент, передаваемый в каждом потоке, уменьшается в количество потоков раз.
Трансмиссия, по сравнению с прототипом, позволит упростить конструкцию и управление, повысить КПД, надежность и компактность устройства.
Claims (2)
1. Бесступенчатая трансмиссия, включающая корпус, входной и выходной валы, дифференциал, включающий центральные колеса, сателлиты и водило, и базовый вариатор, состоящий из ведущего фрикциона, ведомого фрикциона и промежуточных элементов, отличающаяся тем, что фрикционы базового вариатора выполнены конусными и установлены на входном валу последовательно, причем ведущий фрикцион закреплен на входном валу жестко, а ведомый – с возможностью свободного вращения, между фрикционами установлен промежуточный элемент, состоящий из ролика, шарнирно-соединенных неповоротного и поворотного штоков и прижимного механизма, расположенного на поворотном штоке, дифференциал выполнен коническим, причем одно его центральное колесо соединено с ведомым фрикционом, второе центральное колесо – с входным валом, а водило – с выходным валом.
2. Трансмиссия по п.1, отличающаяся тем, что базовый вариатор содержит по крайней мере три идентичных промежуточных элемента.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021111234A RU2756733C1 (ru) | 2021-04-20 | 2021-04-20 | Бесступенчатая трансмиссия |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021111234A RU2756733C1 (ru) | 2021-04-20 | 2021-04-20 | Бесступенчатая трансмиссия |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2756733C1 true RU2756733C1 (ru) | 2021-10-04 |
Family
ID=78000293
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021111234A RU2756733C1 (ru) | 2021-04-20 | 2021-04-20 | Бесступенчатая трансмиссия |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2756733C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU109238A1 (ru) * | 1956-12-17 | 1957-11-30 | Ф.В. Костиков | Способ расширени диапазона бесступенчатого регулировани передаточных отношений приводов |
US8771133B2 (en) * | 2006-08-07 | 2014-07-08 | Torotrak (Development) Limited | Drive mechanism for infinitely variable transmission |
RU2729847C1 (ru) * | 2020-02-19 | 2020-08-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) | Широкодиапазонная реверсивная трансмиссия |
RU2739507C2 (ru) * | 2016-04-04 | 2020-12-25 | Мазаро Нв | Планетарный вариатор для регулируемой передачи |
-
2021
- 2021-04-20 RU RU2021111234A patent/RU2756733C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU109238A1 (ru) * | 1956-12-17 | 1957-11-30 | Ф.В. Костиков | Способ расширени диапазона бесступенчатого регулировани передаточных отношений приводов |
US8771133B2 (en) * | 2006-08-07 | 2014-07-08 | Torotrak (Development) Limited | Drive mechanism for infinitely variable transmission |
RU2739507C2 (ru) * | 2016-04-04 | 2020-12-25 | Мазаро Нв | Планетарный вариатор для регулируемой передачи |
RU2729847C1 (ru) * | 2020-02-19 | 2020-08-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) | Широкодиапазонная реверсивная трансмиссия |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101617146B (zh) | 无级变速传动装置 | |
US3783711A (en) | Plural range transmission | |
US7951040B2 (en) | Triple-axle-drive variable transmission for heavy machinery | |
US9222558B2 (en) | Geared infinitely variable transmission | |
CN103917803A (zh) | 电动汽车用驱动装置 | |
CN1241251A (zh) | 摩擦传动装置 | |
CN201651184U (zh) | 小型移动机器人用两档变速机构 | |
US4682511A (en) | Gear assisted continuously variable transmission | |
KR20140016813A (ko) | 트랜스미션 | |
CN102345717B (zh) | 产生无级可变速比的传动装置 | |
GB1595124A (en) | Dual path dual range transmission | |
US20210095744A1 (en) | Traction device | |
RU2756733C1 (ru) | Бесступенчатая трансмиссия | |
US7048667B2 (en) | Power split transaxle for producing stepless reverse, forward and geared neutral speed ratios | |
CN102230524A (zh) | 一种大扭矩无级变速器 | |
US6514167B1 (en) | Continuously variable transmission | |
RU2729847C1 (ru) | Широкодиапазонная реверсивная трансмиссия | |
RU2518136C2 (ru) | Способ преобразования возвратно-поступательного движения поршней в цилиндрах поршневого ротора во вращательное движение ротора и передаточный механизм | |
US6921349B2 (en) | Transmission arrangement | |
RU2297925C1 (ru) | Трансмиссия гусеничной машины | |
USRE33126E (en) | Gear assisted continuously variable transmission | |
RU2297926C1 (ru) | Трансмиссия гусеничной машины | |
CA2379597C (en) | General-purpose mechanical holonomic element for a gear with variable changing of the rotation moment | |
WO1995033146A1 (en) | Continuous, and infinitely variable transmission | |
WO2018083458A1 (en) | Transmissions |