RU2761683C1

RU2761683C1 - Torque converter

Info

Publication number: RU2761683C1
Application number: RU2021118451A
Authority: RU
Inventors: Виталий Юрьевич Анцев; Николай Николаевич Трушин
Priority date: 2021-06-23
Filing date: 2021-06-23
Publication date: 2021-12-13

Abstract

FIELD: hydraulics.

SUBSTANCE: invention relates to a torque converter. The torque converter is comprised of a centrifugal pump wheel connected with the drive shaft, a first centripetal turbine wheel connected with the driven shaft, a reactor, and a second axial turbine wheel, arranged consecutively in the working fluid circulation circle. The second turbine wheel is connected with the first turbine wheel and with the driven shaft by means of a non-reversible two-stage gear transmission.

EFFECT: structural simplification of the torque converter is achieved.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в трансмиссиях самоходных машин различного назначения.The invention relates to transport engineering and can be used in transmissions of self-propelled machines for various purposes.

В трансмиссиях самоходных машин широко применяются гидромеханические передачи, в которых используются одноступенчатые гидродинамические трансформаторы вращающего момента (далее - гидротрансформаторы). Трехколесные комплексные гидротрансформаторы имеют одно насосное колесо, соединенное с входным (ведущим) валом, одно турбинное колесо, соединенное с выходным (ведомым) валом, и одно колесо реактора (Кочкарев А.Я. Гидродинамические передачи. - Л.: Машиностроение, 1971, с. 80, рис. 33). В комплексных гидротрансформаторах реакторное колесо связывается с корпусом передачи через муфту свободного хода с целью реализации режима гидромуфты. Некоторые одноступенчатые комплексные гидротрансформаторы являются четырехколесными, так как их реактор состоит из двух рабочих колес.In transmissions of self-propelled machines, hydromechanical transmissions are widely used, in which single-stage hydrodynamic torque transformers (hereinafter referred to as torque converters) are used. Three-wheel complex torque converters have one pump wheel connected to the input (drive) shaft, one turbine wheel connected to the output (driven) shaft, and one reactor wheel (Kochkarev A.Ya. Hydrodynamic transmissions. - Leningrad: Mashinostroenie, 1971, p. . 80, fig. 33). In complex torque converters, the reactor wheel is connected to the transmission housing through a freewheel clutch in order to implement the fluid clutch mode. Some single-stage AICs are four-wheeled because their reactor consists of two impellers.

Основной недостаток одноступенчатых гидротрансформаторов - относительно узкий диапазон регулирования вращающего момента приводного двигателя и низкий коэффициент полезного действия (КПД) в диапазоне малых передаточных отношений (i<0,6). Максимальное значение коэффициента трансформации вращающего момента для одноступенчатых четырехколесных гидротрансформаторов с непрозрачной характеристикой не превышает K=3,5-4, а у большинства серийных одноступенчатых трехколесных гидротрансформаторов максимальное значение коэффициента трансформации составляет K=1,8-2,5. Указанный недостаток требует сопряжения одноступенчатого гидротрансформатора с механической ступенчатой коробкой передач. Количество ступеней в коробках передач гидромеханических трансмиссий самоходных машин достигает 8-10 и имеет тенденцию к увеличению до 12-16 (Филичкин Н.В. Анализ планетарных коробок передач транспортных и тяговых машин. Учебное пособие. Компьютерная версия. - Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2008). Рост количества ступеней в коробке передач ведет к усложнению кинематической схемы и системы управления трансмиссией, обуславливает увеличение отбора мощности приводного двигателя на осуществление вспомогательных функций и в итоге снижает КПД трансмиссии.The main disadvantage of single-stage torque converters is a relatively narrow range of torque control of the drive motor and low efficiency in the range of small gear ratios (i <0.6). The maximum value of the torque transformation ratio for one-stage four-wheel torque converters with an opaque characteristic does not exceed K = 3.5-4, and for most serial one-stage three-wheel torque converters the maximum value of the transformation ratio is K = 1.8-2.5. This disadvantage requires the pairing of a single-stage torque converter with a manual gearbox. The number of stages in gearboxes of hydromechanical transmissions of self-propelled machines reaches 8-10 and tends to increase to 12-16 (Filichkin N.V. Analysis of planetary gearboxes of transport and traction machines. Textbook. Computer version. - Chelyabinsk: Publishing house of SUSU, 2008). The increase in the number of stages in the gearbox leads to a complication of the kinematic scheme and the transmission control system, causes an increase in the power take-off of the drive engine for auxiliary functions and, as a result, reduces the transmission efficiency.

Более высокими преобразующими свойствами обладают многоступенчатые гидротрансформаторы. Максимальные значения коэффициента трансформации вращающего момента в многоступенчатых гидротрансформаторах достигают K=4,5-6 и более. В области малых передаточных отношений многоступенчатые гидротрансформаторы обладают более высоким КПД по сравнению с одноступенчатыми гидротрансформаторами. Многоступенчатые гидротрансформаторы подразделяются на двухступенчатые и трехступенчатые, в которых соответственно две или три турбины одновременно соединены с выходным валом и вращаются с одинаковой угловой скоростью (Кочкарев А.Я. Гидродинамические передачи. - Л.: Машиностроение, 1971, с. 80, рис. 34, 35). Многоступенчатые гидротрансформаторы нашли применение в трансмиссиях тяжелых грузовых автомобилей, автобусов, тракторов, танков, тепловозов (Лапидус В.И., Петров В.А. Гидромеханические передачи автомобилей. - М.: Машгиз, 1961; Гавриленко Б.А., Семичастнов И.Ф. Гидродинамические муфты и трансформаторы, - М.: Машиностроение, 1969; Брацлавский Х.Л. Гидродинамические передачи строительных и дорожных машин. - М.: Машиностроение, 1976; Сергеев Л.В., Кадобнов В.В. Гидромеханические передачи быстроходных гусеничных машин. - М.: Машиностроение, 1980). Высокое значение коэффициента трансформации у многоступенчатого гидротрансформатора позволяет сократить количество ступеней в механической коробке передач и тем самым упростить кинематическую схему трансмиссии и ее систему управления.Multi-stage torque converters have higher converting properties. The maximum values of the torque transformation ratio in multistage torque converters reach K = 4.5-6 and more. In the area of small gear ratios, multi-stage torque converters have a higher efficiency than single-stage torque converters. Multistage torque converters are divided into two-stage and three-stage, in which, respectively, two or three turbines are simultaneously connected to the output shaft and rotate at the same angular speed (Kochkarev A.Ya. Hydrodynamic transmissions. - L .: Mashinostroenie, 1971, p. 80, Fig. 34 , 35). Multistage torque converters have found application in transmissions of heavy trucks, buses, tractors, tanks, diesel locomotives (Lapidus V.I., Petrov V.A. F. Hydrodynamic couplings and transformers, - M .: Mashinostroenie, 1969; Bratslavsky H.L. machines. - M .: Mechanical engineering, 1980). The high value of the transformation ratio of a multistage torque converter allows to reduce the number of stages in a manual transmission and thereby simplify the kinematic diagram of the transmission and its control system.

В качестве прототипа выбран установленный в неподвижном корпусе двухступенчатый гидротрансформатор, содержащий последовательно расположенные в круге циркуляции рабочей жидкости насосное колесо центробежного типа, соединенное с ведущим валом, первое турбинное колесо центростремительного типа, соединенное с ведомым валом, реактор, второе турбинное колесо осевого типа, жестко соединенное с первым турбинным колесом внутри круга циркуляции рабочей жидкости (патент США US2630895, 1953). В описании прототипа указывается, что соединение первой и второй турбин между собой осуществляется внутри гидротрансформатора при помощи специальных фланцев и болтов, что усложняет конструкцию рабочих колес гидротрансформатора.As a prototype, a two-stage torque converter installed in a fixed housing was chosen, containing a centrifugal-type pumping wheel connected in series with a drive shaft, a first centripetal-type turbine wheel connected to a driven shaft, a reactor, a second axial-type turbine wheel, rigidly connected with the first turbine wheel inside the working fluid circulation circle (US patent US2630895, 1953). The description of the prototype indicates that the connection of the first and second turbines to each other is carried out inside the converter using special flanges and bolts, which complicates the design of the converter impellers.

Задачей данного изобретения является упрощение конструкции гидротрансформатора с двумя турбинными колесами за счет выноса механической связи между первым и вторым турбинными колесами за пределы круга циркуляции рабочей жидкости.The objective of this invention is to simplify the design of a torque converter with two turbine wheels due to the removal of the mechanical connection between the first and second turbine wheels outside the circle of circulation of the working fluid.

Поставленная задача достигается тем, что в гидротрансформаторе, содержащем последовательно расположенные в круге циркуляции рабочей жидкости насосное колесо центробежного типа, соединенное с ведущим валом, первое турбинное колесо центростремительного типа, соединенное с ведомым валом, реактор, второе турбинное колесо осевого типа, причем второе турбинное колесо соединено с первым турбинным колесом и с ведомым валом посредством нереверсивной двухступенчатой зубчатой передачи.The task is achieved by the fact that in a torque converter containing a centrifugal-type pumping wheel connected to the drive shaft, a first centripetal-type turbine wheel connected to a driven shaft, a reactor, a second axial-type turbine wheel, arranged in series in a working fluid circulation circle, and the second turbine wheel connected to the first turbine wheel and to the driven shaft by means of a non-reversible two-stage gear transmission.

На фиг.1 представлен вариант принципиальной кинематической схемы гидротрансформатора комплексного типа.Figure 1 shows a variant of the basic kinematic diagram of a complex type torque converter.

Гидротрансформатор 1 смонтирован в неподвижном корпусе 2 и содержит насосное колесо 3 центробежного типа, которое соединено с ведущим валом 4, первое турбинное колесо 5 центростремительного типа, которое соединено с ведомым валом 6, реактор 7, вторую турбину 8 осевого типа, которая соединена с промежуточным валом 9. На промежуточном вале 9 установлена ведущая шестерня 10 двухступенчатой зубчатой передачи 11. Ведущая шестерня 10 двухступенчатой зубчатой передачи 11 зацеплено с шестерней 12, которая установлена на промежуточном вале 13 двухступенчатой зубчатой передачи 11. На промежуточном вале 13 двухступенчатой зубчатой передачи 11 также установлена шестерня 14, которая зацеплена с шестерней 15, установленной на ведомом вале 6. Передаточное отношение двухступенчатой зубчатой передачи 11 является положительным по знаку.The torque converter 1 is mounted in a fixed housing 2 and contains a centrifugal-type impeller 3, which is connected to the drive shaft 4, the first centripetal-type turbine wheel 5, which is connected to the driven shaft 6, the reactor 7, the second axial-type turbine 8, which is connected to the intermediate shaft 9. A drive gear 10 of a two-stage gear transmission 11 is installed on the intermediate shaft 9. The drive gear 10 of a two-stage gear transmission 11 meshes with a gear 12, which is installed on an intermediate shaft 13 of a two-stage gear transmission 11. On the intermediate shaft 13 of a two-stage gear transmission 11, a gear 14 is also installed , which meshes with a gear 15 mounted on the driven shaft 6. The gear ratio of the two-stage gear train 11 is positive in sign.

В представленном варианте принципиальной кинематической схемы гидротрансформатора 1 реактор 7 связан с неподвижным корпусом 2 с помощью муфты свободного хода 16 через промежуточный элемент 17. Муфта свободного хода 16 разрывает связь реактора 7 с неподвижным корпусом 2 при переходе гидротрансформатора 1 на режим гидромуфты.In the presented version of the basic kinematic diagram of the torque converter 1, the reactor 7 is connected to the fixed body 2 by means of the freewheel 16 through the intermediate element 17. The freewheel 16 breaks the connection between the reactor 7 and the fixed body 2 when the torque converter 1 switches to the fluid coupling mode.

Работа гидротрансформатора осуществляется следующим образом.The work of the torque converter is carried out as follows.

Приводной двигатель (на схеме не показан) приводит во вращение ведущий вал 4. Насосное колесо 3 центробежного типа создает поток и напор рабочей жидкости, которая последовательно проходит через первое турбинное колесо 5 центростремительного типа, реактор 7, второе турбинное колесо 8 осевого типа и возвращается в насосное колесо 3. Вращающий момент, возникающий на первом турбинном колесе 5 центростремительного типа, непосредственно передают на ведомый вал 6. Вращающий момент, возникающий на втором турбинном колесе 8 осевого типа, через промежуточный вал 9, шестерни 10 и 12, промежуточный вал 13, шестерни 14 и 15 двухступенчатой зубчатой передачи 11 передают на ведомый вал 6 и суммируют с вращающим моментом, поступающим от первого турбинного колеса 5 центростремительного типа.The drive motor (not shown in the diagram) drives the drive shaft 4. The centrifugal impeller 3 creates the flow and pressure of the working fluid, which sequentially passes through the first centripetal turbine wheel 5, the reactor 7, the second axial turbine wheel 8 and returns to pump wheel 3. The torque arising on the first turbine wheel 5 of the centripetal type is directly transmitted to the driven shaft 6. The torque arising on the second turbine wheel 8 of the axial type through the intermediate shaft 9, gears 10 and 12, the intermediate shaft 13, gears 14 and 15 of the two-stage gear transmission 11 are transmitted to the driven shaft 6 and are added to the torque coming from the first turbine wheel 5 of the centripetal type.

Если передаточное отношение двухступенчатой зубчатой передачи 11 равно +1, гидротрансформатор 1 является двухступенчатым, так как его турбинные колеса 5 и 8 вращаются с одинаковой угловой скоростью. Если передаточное отношение двухступенчатой зубчатой передачи 11 больше +1, то гидротрансформатор 1 является двухтурбинным, так как его турбинные колеса 5 и 8 вращаются с разными угловыми скоростями (Мазалов Н.Д., Трусов С.М. Гидромеханические коробки передач. - М.: Машиностроение, 1971, с. 61-63, рис. 22).If the gear ratio of the two-stage gear train 11 is +1, the torque converter 1 is two-stage, since its turbine wheels 5 and 8 rotate at the same angular velocity. If the gear ratio of the two-stage gear transmission 11 is greater than +1, then the torque converter 1 is two-turbine, since its turbine wheels 5 and 8 rotate at different angular speeds (Mazalov N.D., Trusov S.M. Hydromechanical transmissions. - M .: Mechanical engineering, 1971, p. 61-63, fig. 22).

Таким образом, по сравнению с одноступенчатыми гидротрансформаторами предлагаемый гидротрансформатор в зависимости от передаточного отношения двухступенчатой зубчатой передачи может иметь свойства или двухступенчатого, или двухтурбинного гидротрансформатора. Наличие двух турбинных колес позволяет повысить коэффициент трансформации и расширить диапазон автоматического регулирования момента приводного двигателя. По сравнению с прототипом рассматриваемый гидротрансформатор обладает более простой конструкцией турбинных колес из-за отсутствия внутренней механической связи между ними, которая заменена на внешнюю механическую связь. Спроектированный гидротрансформатор может быть реализован на основе конструктивных элементов серийных одноступенчатых четырехколесных комплексных гидротрансформаторов отечественной разработки типа ЛГ, ГТ, МТ. Предлагаемый гидротрансформатор ориентируется на применение в трансмиссиях грузовых автомобилей, тракторов, подъемно-транспортных, строительно-дорожных и иных самоходных машин на колесном и гусеничном ходу.Thus, in comparison with single-stage torque converters, the proposed torque converter, depending on the gear ratio of the two-stage gear transmission, can have the properties of either a two-stage or two-turbine torque converter. The presence of two turbine wheels allows to increase the transformation ratio and expand the range of automatic control of the drive motor torque. Compared to the prototype, the torque converter under consideration has a simpler design of turbine wheels due to the absence of an internal mechanical connection between them, which is replaced by an external mechanical connection. The designed torque converter can be implemented on the basis of structural elements of serial single-stage four-wheel complex torque converters of domestic design such as LG, GT, MT. The proposed torque converter is oriented towards the use in transmissions of trucks, tractors, hoisting-and-transport, road-building and other self-propelled vehicles on wheeled and caterpillar tracks.

Claims

A torque converter containing a centrifugal-type pumping wheel connected to the drive shaft, a first centripetal-type turbine wheel connected to the driven shaft, arranged in series in a working fluid circulation circle, a reactor, a second axial-type turbine wheel, characterized in that the second turbine wheel is connected to the first turbine a wheel and with a driven shaft by means of a two-stage non-reversible gear transmission.