SI20652A - Avtomatski planetni menjalnik - Google Patents

Abstract

Avtomatski planetni menjalnik omogoča samodejno prilagoditev vrtilne frekvence pogonskega motorja na ustrezno vrtilno frekvenco gnane naprave, vozila ali stroja. To omogoča uporabo planetnega gonila v prosti prestavi in njemu vzporedno vezano hidrodinamičnega gonila (hidrofinamični momentni pretvornik ali hidrodinamična sklopka). Vzporedno vezano planetno gonilo s turbinskim kolesom hidrodinamičnega pretvornika ali hidrodinamične sklopke daje vezavo dveh gonil z različnim prenosom vrtenja. To omogoči planetni venec planetnega gonila, ki se vrti okoli osi sončnega zobnika. Takšno cepljenje dveh gonil in različnih razmerij pa se avtomatsko prilagaja s prestavnim razmerjem moči in momentu pogonskega motorja. Tako nastanejo avtomatsko menjajoča prestavna razmerja, ki so potrebna za ustrezno vrtilno frekvenco gnane naprave vozila ali stroja.ŕ

Description

Avtomatski planetni menjalnik

Strojništvo, avtomobilska industrija, prenosniki moči, gonila

1. Tehnični problem

Motorji z notranjim izgorevanjem lahko delujejo v območju med najnižjo in najvišjo vrtilno frekvenco. Karakteristika moči motorja ima obliko hiperbole in določa vlečno silo in hitrost vozila, ki jo lahko dosežemo brez menjalnika. Če bi motor neposredno poganjal kolesa vozila, bi dobili visoke vozne hitrosti ob majhni vlečni sili. Manjše hitrosti in večje vlečne sile bi bile mogoče ob nizkih vrtilnih frekvencah motorja, ki pa bi že ležale izven območja uporabnih vrtilnih frekvenc. Motor vozila mora med vožnjo z vlečno silo premagovati vsoto voznih uporov (kotalni upor, zračni upor, upor strmine in vztrajnostne upore pri pospeševanju). Za dosego potrebne vlečne sile in želene vozne hitrosti moramo vrtilno frekvenco motorja s pomočjo menjalnika in diferenciala prilagoditi na ustrezno vrtilno frekvenco pogonskih koles.

-2Ί

2. Znane rešitve

Ustrezno prilagajanje vrtilnih frekvenc in spreminjanje vrtilnega momenta omogočajo menjalniki. Poznane so ročne in samodejne izvedbe menjalnikov. Ročni menjalniki so lahko nesinhronizirani (s pomičnimi zobniki, s preklopno zobniško objemko, z zobatimi kremplji na bokih zobnikov in z vlečnimi moznikom) ali sinhronizirani (s preklopno zobniško objemko na isti ali različnih gredeh in skupinski predvklop oz. naknadni vklop). Samodejni menjalniki so lahko stopenjski (hidrodinamični menjalnik s planetnim gonilom) in brezstopenjski (s členkasto verigo, s klinastim jermenom). Z zmanjševanjem vrtilne frekvence v nižjih prestavah, dobimo nižje vozne hitrosti ob hkratno povečani vlečni sili, kar omogoča premagovanje strmine in speljevanje. Pri ročnih menjalnikih s prestavno ročico premikamo pomična zobnika, tako da prideta v oprijem z ustreznimi predležnimi zobniki in tvorita želeno prestavo. Pri samodejnih stopenjskih menjalnikih opravljajo pretikanje zobnikov elektro-hidraulična in mehansko-hidraulična krmilja. Pri samodejnih brezstopenjskih menjalnikih elektronsko krmilje, s pomočjo zaznaval in hidrauličnih aktuatorjev, ustrezno spreminja obratovalna premera primarne in sekundarne stožčaste jermenice ter s tem prestavno razmerje.

Poznane so izvedbe stopenjskih samodejnih menjalnikov, pri katerih je hidrodinamični pretvornik momenta povezan s sklopom dveh planetnih gonil zaporedno. Hidrodinamični pretvornik vrtilnega momenta deluje pri speljevanju kot sklopka, v pretvornem območju pa povečuje vrtilni moment. Planetno gonilo, ki je priključeno hidrodinamičnemu pretvorniku vrtilnih momentov zaporedno, učinkuje na spreminjanje vrtilnega momenta in vrtilne frekvence, prav tako pa tudi spremeni smer vrtenja pri vzvratni vožnji. Mehansko hidraulično krmilje mora v pravem trenutku samodejno preklopiti v ustrezno nižjo ali višjo prestavo. Različne prestave so dosežene v sklopu dveh planetnih gonil z ustrezno povečavo sončnih zobnikov, planetnega venca in planetov. V vsakem primeru je ena od gredi (gred sončnega zobnika, nosilec planetov ali planetni venec) blokirana. Izvedba mehansko-hidrauličnega krmilja je zahtevna in draga. Preklapljanje med različnimi prestavami povzroči med vožnjo majhne neenakomernosti pospeševanja, kar se odraža na udobju vožnje.

3. Opis izuma

Avtomatski planetni menjalnik zasnova (skica 1,2) dve izvedbi:

• Povezava motorni pogon (1) • hidrodinamični pretvornik momenta ali variantno hidrodinamična sklopka (2) (vnadaljevanju hidrodinamično gonilo), • planetno gonilo (3), • dve gonili s konstantnim prestavnim razmerjem (4) in (5), • gnana gred (6), • po potrebi primerna funkcionalna sklopka (7) - za prosti tek.

V avtomatskem planetnem menjalniku je hidrodinamično gonilo (2) preko dveh gonil s konstantnim prestavnim razmerjem (4) in (5) vzporedno povezano s planetnim gonilom (3).

Vzporedna povezava poteka - ena veja. Ohišje (2a) hidrodinamičnega gonila (2) je prek gonila (4) povezano z gredjo sončnega zobnika (3a) planetnega gonila (3). Druga veja - hidrodinamično gonilo (2). Turbinsko kolo (2c) hidrodinamičnega gonila (2) je prek gonila (5) povezano s planetnim vencem (3d) planetnega gonila (3). Obe veji imata skupni gnani del nosilec planetov (3c) planetnega gonila (3). Ta je priključen na gnano grlo (6). Takšna vzporedna povezava veje ena - dva pa omogoča avtomatsko spreminjajoča prestavna razmerja odvisno od moči - momentov motornega pogona (1) obeh vej povezave sončnega zobnika (3a) in planetnega venca (3d) planetnega gonila (3).

-5V delovanju prosti tek zagotavlja hidrodinamično gonilo (2), po potrebi ustrezna funkcionalna sklopka (7). Pri speljevanju se planetni venec (3d) prosto zavrti v nasprotni smeri vrtenja sončnega zobnika (3a), nosilec planetov (3c) pa miruje. Ko se v hidrodinamičnem gonilu (2) zdrs zmanjšuje, prične sončni zobnik (3a) in nosilec planetov (3c) vozilo pospeševati.

Vrtilna frekvenca planetov (3b) in s tem koles se postopno zvišuje, ker se planetni venec (3d) prilagaja momentu in vrtenju turbinskega kolesa. (2c). Vlečna sila je na začetku največja, nato upada. V tem trenutku je prestavno razmerje menjalnika največje (najnižja prestava). Ko s črpalnega kolesa (2b) hidrodinamičnega gonila na turbinsko kolo (2c) prenaša vedno večji vrtilni moment, prične planetni venec (3d) z vrtilno hitrostjo dohajati sončni zobnik (3a), vozilo vozi s končno hitrostjo, prestavno razmerje je najmanjše (najvišja prestava). Pri normalni vožnji je zdrs v hidrodinamičnem gonilu (2) imenske velikosti (2 do 3 %).

Pri povečanju voznih uporov (pospeševanje, upor vetra, upor strmine) se moment prenese s planetnega venca (3d) planetnega gonila (3) na turbinsko kolo (2b) hidrodinamičnega gonila (2). Zdrs v hidrodinamičnem gonilu (2) se poveča, planetni venec (3d) planetnega gonila (3) se vrti počasneje, manjša se tudi vrtilna frekvenca nosilca planetov (3c) planetnega gonila (3) in s tem gnane gredi (6). Prestavno razmerje se zaradi tega spremeni (prestava v nižje). Motorje tako razbremenjen in zopet lahko deluje v uporabnem območju vrtilnih frekvenc. Vrtilna frekvenca kolesa se zmanjša, zato se vlečna sila poveča.

S primerno izbranimi prestavnimi razmerji gonil s konstantnim prestavnim razmerjem, ki pa mora biti takšno, da planetni venec (3d) planetnega gonila (3) z vrtilno frekvenco ne presega, lahko samo zaostaja za vrtilno frekvenco sončnega zobnika (3a) planetnega gonila (3). Z ustrezno geometrijo in močjo planetnega in hidrodinamičnega gonila prilagodimo avtomatski planetni menjalnik potrebni moči in obratovalnim karakteristikam različnih vozil in delovnih strojev. Termin avtomatski planetni menjalnik nastane, ko se frekvenca vrtljajev samodejno spreminja glede na različne pogoje, ki nastajajo pri vožnji z avtomobilom, samodejno spreminjanje vrtljajev pa mora potekati med pogonskim motorjem in kolesi. Da pa dosežemo, da se vrtilna frekvenca samodejno, času in vsem različnim pogojem, ki nastajajo pri vožnji z avtom, spreminja, pa dosežemo s povezavo planetnega gonila in hidrodinamično sklopko ali hidrodinamičnim momentnim pretvornikom.

Delovanje hidrodinamične sklopke ali hidrodinamičnega momentnega pretvornika temelji na izrabljanju upornosti, ki nam daje dve različni karakteristiki univerzalno in vlečno. To temelji na slipu - manjša ali večja akumulirana moč in različni vrtilni frekvenci na pumpnem in turbinskem kolesu, imajo pa tudi veliko želenih regulacijskih možnosti, ki jih dajejo hidrodinamične sklopke ali hidrodinamični momentni pretvorniki.. Da pa je moč, ki jo oddaja hidrodinamična sklopka ali hidrodinamični momentni pretvornik, učinkovito izrabljena v transformacijo vrtljajev, moramo hidrodinamično sklopko ali hidrodinamični momentni pretvornik vzporedno povezati s planetnim gonilom. Takšen povezava nam omogoča nastajanje avtomatskih prestavnih razmerij. Avtomatska prestavna razmerja v takšni povezavi pa nastajajo na osnovi planetnega gonila. Planetno gonilo s svojo zasnovo je, da imamo vse funkcije v eni točki, okoli katere se vrtijo.

Uporaba planetnega gonila, ko ima planetno gonilo eno funkcijo fiksirano, nam pientno gonilo pretvarja fiksno vrtilno frekvenco. Vzporedna povezava planetnega gonila ali hidrodinamične sklopke, ali hidrodinamičnega momentnega

-Ί7 pretvornika, izvedena tako, da ni nobena funkcija planetnega gonila fiksirana, ampak so funkcije planetnega gonila v vlogi transformacije vrtilne frekvence.

Da pri planetnega gonilu dosežemo želeno avtomatsko spreminjanje prestavnih razmerij, moramo v delovanju povezave med planetnim gonilom in hidrodinamične sklopke ali hidrodinamičnega momentnega pretvornika zagotoviti, da se nam funkcija planetnega gonila usklajuje z močjo pogonskega motorja in želeno transformacijo bremen. Želeno delovanje povezave med planetnim gonilom in hidrodinamično sklopko, ali hidrodinamičnim momentnim pretvornikom, se ustvarja med sončnim zobnikom planetnega gonila ali planetnim vencem. Sončni zobnik in planetni zobniki so v funkciji premagovanja bremena, planetni venec pa v vlogi regulatorja avtomatskega spreminjanja prestavnih razmerij. Povezava planetnega gonila in hidrodinamične sklopke ali hidrodinamičnega momentnega pretvornika temelji na tem, da so sončni zobnik in planetni zobniki v delovanju pod pogoji prestavnega razmerja planetnega gonila. Prestavno razmerje se pa avtomatsko spreminja, odvisno od planetnega venca. To pa zato, ker je vrtenje planetnega venca istosmerno kot sončnega zobnika.

Prestavno razmerje se manjša, ali obratno veča (odvisno od medsebojnih momentov), skupno delovanje planetnega gonila in hidrodinamične sklopke ali hidrodinamičnega momentnega pretvornika je, da nam sončni zobnik in planetni zobniki transformirajo breme, hidrodinamična sklopka, ali hidrodinamični momentni pretvornik, nam pa akumulira in usklajuje moment - moč potrebno za transformacijo bremena, ali vožnjo pod različnimi pogoji.

Claims (1)

1. Patentni zahtevek

   Avtomatski planetni menjalnik omogoča samodejno prilagoditev vrtilne frekvence pogonskega motorja na ustrezno vrtilno frekvenco gnane naprave, vozila ali stroja, in je značilen po tem, da ima hidrodinamično gonilo (2) in planetno gonilo (3) povezani vzporedno.