WO2007073233A1 - Variateur hydraulique rotatif - Google Patents

Description

Описание

Роторный гидравлический вариатор

Роторный гидравлический вариатор по своему назначению является

аналогом традиционных коробок передач, как механических, так и

автоматических, используемых в качестве узла автомашин, имеющих

двигатель внутреннего сгорания. Описание ступенчатой механической

коробки передач приведено в технической литературе «Aвтocлecapь»,

2003 года издания, авторы Чумаченко Ю.T., Герасименко A.И. и Рассанов

Б.Б., а автоматической коробки передач в пособии для автомобилистов

«Уcтpoйeтвo автоматических коробок передач и тpaнcмиccий», 2003 года

издания, автор Косенков A.A.

В отличие от традиционных коробок передач, с помощью которых

ступенчатое изменение передаточного отношения, передаваемого от

коленчатого вала двигателя к ведущим колесам автомашины, достигается

путем механического или автоматического переключения ступеней,

роторный гидравлический вариатор позволит изменять передаточное

отношение плавно и в автоматическом режиме.

Принцип работы роторного гидравлического вариатора заключается в

следующем. Если к коленчатому валу 1 двигателя 2 автомашины, с

помощью шестерен 3 и 4, присоединить второй вал 5, а два вала 1 и 5

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) соединить с планетарным механизмом, состоящим из солнечной шестерни

6, водила 7, сателлитов 8 и кольцевой шестерни 9, то указанная схема

примет вид, изображенный на фиг.l.

Устройство и описание принципа действия планетарного механизма

изложено в пособии для автомобилистов «Уcтpoйcтвo автоматических

коробок передач и тpaнcмиccий», 2003 года издания, автор Косенков А.А.

С помощью приведенной конструкции можно симитировать работу

традиционной механической четырехступенчатой коробки передач,

передаточные отношения которой предположим на первой ступени 4: 1;

на второй 3 : 1 ; на третьей 2: 1 ; а на четвертой 1:1.

В рассматриваемой конструкции передаточное отношение,

передаваемое от вала 1 двигателя 2 к кольцевой шестерне 9, будет зависеть

от передаточных отношений всех вращающихся звеньев механизма.

Допустим, что передаточные отношения отдельных звеньев данной

конструкции подобраны таким образом, что передаточное отношение от

вала 1 двигателя 2 к кольцевой шестерне 9 будет иметь значение 4:1, то

есть будет аналогичным первой ступени обычной коробки передач. При

этом передаточное отношение от вала 1 к валу 5 будет равно отношению

скорости вращения вала 1 к скорости вращения вала 5 и выражаться

формулой W i(i) / W 5 (ϊ) ⁼ п i5(i), где Wi - угловая скорость вала 1 , W₅ -

угловая скорость вала 5, (1) - значение, соответствующее первой ступени,

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) п i₅₍i) - передаточное отношение от вала 1 к валу 5, соответствующее 1

ступени.

Теперь заменим шестерню 4 на шестерню 10 другого диаметра, чтобы

получить передаточное отношение от вала 1 к кольцевой шестерне 9,

соответствующее второй ступени обычной коробки передач, имеющей

значение 3:1, фиг.l. При этом передаточное отношение от вала 1 к валу 5

будет выражаться формулой W ц₂) I W 5(2) ⁼ п щi), где Wi - угловая

скорость вала 1, W₅ - угловая скорость вала 5, (2) - значение,

соответствующее 2 ступени, п _Щ2) - передаточное отношение от вала 1 к

валу 5, соответствующее 2 ступени. Таким же образом, заменив шестерню

10 на шестерню 11 другого размера, можно получить передаточное

отношение от вала 1 к кольцевой шестерне 9, соответствующее 3 ступени

обычной коробки передач. В этом случае формула будет иметь вид W цз₎ /

W ₅₍₃₎ ⁼ п i₅₍з₎- Аналогично, заменив шестерню 11 на шестерню 12, можно

ПОЛУЧИТЬ формулу, СООТВеТСТВуЮЩуЮ 4 СТуПеНИ W щ₎ I W ₅₍₄₎ ⁼ П i₅₍₄>

Каждой величине передаточного отношения от вала 1 к кольцевой

шестерне 9, соответствующей 1,2,3 и 4 ступеням, будет соответствовать

своя величина отношения скорости вращения вала 1 к скорости вращения

вала 5.

Теперь рассмотрим, как будет работать данная конструкция, если к

имеющемуся двигателю 2 добавить дополнительный двигатель 13. Для

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) этого разъединим шестерни 3 и 4, соединяющие вал 1 с валом 5 и

присоединим вал 5 к дополнительному двигателю 13, как показано на

фиг.2. В этом случае планетарный механизм, получающий вращение от

двух независимых источников, будет работать как дифференциал.

Устройство и принцип действия дифференциала описаны в пособии для

автомобилистов «Уcтpoйcтвo автоматических коробок передач и

тpaнcмиccий», 2003 года издания, автор Косенков А. А. Двигатели 2 и 13

работают независимо друг от друга, но обоим двигателям можно задать та¬

кой режим работы, при котором выполнялось бы условие W щ₎ / W ₅₍i₎ ⁼ п

i₅₍i₎, где, как и в предыдущем случае W щ₎ - скорость вращения вала 1,

W₅₍i)- скорость вращения вала 5.

У конструкции с одним двигателем, фиг.l, Пi₅(i) выражало

передаточное отношение от вала 1 к валу 5, соответствующее первой

ступени. Но в рассматриваемом случае с двумя двигателями и отсутствием

соединения между шестерней 3 и шестерней 4, фиг.2, символ пщi₎ теряет

свой первоначальный смысл величины передаточного отношения, хотя его

числовое выражение сохраняет свое значение. Поэтому указанный символ

при его рассмотрении применительно к двум двигателям возьмем в

кавычки «n i5(i) ». В этом случае числовое выражение «n щi₎ » будет

равно п i₅₍i) . Если обоим двигателям, фиг.2, задать такой режим работы,

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) При KOTOpOM ВЫПОЛНЯЛОСЬ бы уСЛОВИе W щ₎ / W j ₍I₎ = «П ₁₅₍1₎ », ТО

передаточное отношение, передаваемое от вала 1 к кольцевой шестерне 9,

как и в случае с одним двигателем фиг.l, будет соответствовать первой

ступени. Если добиться выполнения условия W щ) I W ₅ (₂) ⁼ «n isø) »_> то

передаточное отношение от вала 1 к кольцевой шестерне 9 будет

соответствовать второй ступени. Аналогичным образом можно добиться

соответствия третьей и четвертой ступеням. Очевидно, что изменение

указанных условий изменит передаточное отношение от вала 1 к

кольцевой шестерне 9. Изменяя режим работы двигателей, можно,

например, добиться соответствия промежуточного значения пере¬

даточного отношения между первой и второй ступенями, передаваемого от

вала 1 к кольцевой шестерне 9, если выполнить условие «n щi) » > «n щ_пр)

» > «n ₁₅₍₂₎ >>• Или можно плавно изменять передаточное отношение от

вала 1 к кольцевой шестерне 9 в пределах между первой и четвертой

ступенями. Данный механизм изменения передаточного отношения лежит

в основе действия роторного гидравлического вариатора.

В качестве составляющей части роторного гидравлического вариатора

предполагается использовать планетарный механизм, применяемый в

настоящее время в автоматических коробках передач. Планетарный

механизм как часть роторного гидравлического вариатора будет приведен

ниже, а для большей наглядности и лучшего уяснения принципа работы

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) роторного гидравлического вариатора вместо планетарного механизма

использован дифференциал, фиг.З, где 14 - привод главной передачи, 15 и

16 - полуоси, 17 и 19 - конические полуосевые шестерни, 18 - сателлиты.

Описание дифференциала изложено в пособии для автомобилистов

«Уcтpoйcтвo автоматических коробок передач и трансмиссий)), 2003 года

издания, автор Косенков А.А. Планетарный механизм в составе

гидравлического вариатора будет работать как дифференциал,

поэтому теоретическая замена планетарного механизма не изменит

принципа работы гидравлического вариатора.

Конструкция с использованием дифференциала приведена на фиг4, где

вал 1 двигателя 2 соединен с приводом главной передачи 14 дифферен¬

циала 21. Полуось 15 имеет соединение с ведущими колесами 20. Путем

подбора и установки шестерен 4, 10, 11 и 12 различных диаметров, так же

как и в предьщущем случае, фиг. 1, можно сымитировать работу обычной

коробки передач на 1, 2, 3 и 4 ступенях. Если полуось 16 оставить свободно

вращающейся, то есть не соединенной с каким-либо узлом, то при

вращении вала 1 крутящий момент от двигателя 2 к ведущим колесам 20

передаваться не будет. В этом случае, согласно описания принципа дейст¬

вия дифференциала 21, изложенного в пособии для автомобилистов

«Уcтpoйcтвo автоматических коробок передач и трансмиссий)), 2003 года

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) издания, автор Косенков A.A., при вращении вала 1 двигателя 2 и

неподвижной полуоси 15, которая будет удерживаться массой

автомашины, полуось 16 будет вращаться на 200 % от скорости вращения

вала 1 двигателя 2. Если начать замедлять скорость вращения полуоси

16, то через полуось 15 крутящий момент начнет передаваться к

ведущим колесам 20 автомашины. От степени замедления полуоси 16

будет зависеть скорость вращения полуоси 15, а следовательно и скорость

вращения ведущих колес 20. Например, если на 10 % замедлить скорость

вращения оси 16 по отношению к скорости вращения вала 1 двигателя 2, то

на такую же величину возрастает скорость вращения полуоси 15 и ведущих

колес 20. При остановке полуоси 16 скорость вращения полуоси 15 станет

максимальной и достигнет 200 % от скорости вращения вала 1. Если ис¬

ходить из того, что в диапазоне изменения скорости вращения от 0 до 200

% полуоси 16 определенные величины скорости ее вращения будут

соответствовать 1, 2, 3 и 4 ступеням обычной коробки передач, то путем

плавного изменения скорости вращения полуоси 16 можно плавно

изменять передаточное отношение от 1 к 4 ступени, передаваемое от вала 1

двигателя 2 к ведущим колесам 20. Чем больше будет скорость вращения

полуоси 16, при условии передачи крутящего момента, тем больше будет

величина передаваемого передаточного отношения, соответствующая

более низкой ступени. По мере уменьшения скорости вращения полуоси 16

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) величина передаточного отношения будет уменьшаться, смещаясь в сторо¬

ну более высокой ступени. При остановке полуоси 16 величина передаточ¬

ного отношения будет минимальной, соответствующей наивысшей сту¬

пени.

Диапазон изменения скорости вращения полуоси 16 на 200 %

слишком велик для практического применения, но в данном случае он

приведен в качестве примера для уяснения принципа действия

рассматриваемой конструкции.

Для того чтобы величина передаточного отношения, передаваемого от

вала 1 двигателя 2 к ведущим колесам 20 автомашины, изменялась

автоматически, необходим механизм, автоматически изменяющий скорость

вращения полуоси 16. Таким механизмом может служить роторный

гидравлический узел. Роторный гидравлический узел может быть

различных типов. Принцип его действия аналогичен принципу действия

механических нагнетателей воздуха, используемых в двигателях

внутреннего сгорания автомашин. Конструкция винтового механического

нагнетателя воздуха приведена на фиг.5, который состоит из двух

винтовых роторов - главного ротора 22, имеющего выпуклую форму

зубцов, промежуточного ротора 23 с вогнутой формой зубцов, корпуса 24.

Описание механического нагнетателя воздуха изложено в справочном

пособии «Typбoдвигaтeли и кoмпpeccopы», автор Герт Хак Лангкабель,

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) 2003 года издания. Согласно этого описания, механический нагнетатель

действует по принципу вытеснения. Прохождение воздушной массы

происходит внутри замкнутого пространства (корпуса). В этом

пространстве воздух вытесняется, что означает его перемещение со

стороны впуска в сторону выпуска.

Конструкция винтового гидравлического узла приведена на

фиг.6, где 22 - главный ротор, 23 - промежуточный ротор, 24 - корпус

нагнетателя, 25 — клапан на выпускном отверстии, 26 - впускное отверстие,

27 - вал нагнетателя, 28 - внешняя емкость, 29 - жидкость. В

гидравлическом узле может быть использована гидравлическая жидкость

или смазочное масло. Вал 27 гидравлического узла соединен с полуосью

16, фиг.7, где 30 - гидравлический узел, 21 дифференциал, 2 - двигатель

автомашины, 20 - ведущие колеса автомашины. При вращении вала 1

двигателя 2 автомашины полуось 16 приводит в движение вал 27

гидравлического узла 30, а через него роторы 22 и 23, которые начнут

перекачивать жидкость 29 через клапан 25 внутри внешней емкости 28.

Принцип действия гидравлического узла 30 основан на сопротивлении,

возникающем на вале 27 нагнетателя при перекачивании жидкости 29 через

клапан 25. Величина сопротивления регулируется клапаном 25.

Пропускная способность клапана 25 должна быть рассчитана таким

образом, что при малых оборотах двигателя 2 автомашины роторы 22 и 23

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) через данный клапан 25 перекачивают в единицу времени определенный

объем жидкости 29, не передавая крутящий момент на ведущие колеса 20

автомашины, или передают незначительный крутящий момент,

недостаточный для движения автомашины, и автомашина, удерживаемая

своей массой, остается неподвижной. При увеличении оборотов двигателя

2 объем перекачиваемой в единицу времени жидкости 29 увеличится и

пропускная способность клапана 25 станет недостаточной для про¬

пуска возросшего объема жидкости 29. Вследствие чего, сопротивление

вращению вала 27 со стороны роторов 22 и 23 гидравлического узла

возрастет, и, когда величина этого сопротивления превысит величину

сопротивления движению автомашины, часть вращения от двигателя 2

начнет передаваться через дифференциал 21 на ведущие колеса 20. С этого

момента на ведущие колеса 20 начнет передаваться крутящий момент и

автомашина тронется с места. При этом для нормальной работы

гидравлического узла 30 должно быть обеспечено достаточное уплотнение

рабочих камер нагнетателя, исключающее зазоры как между роторами 22 и

23, так и между роторами 22 и 23 с одной стороны и корпусом 24 с другой

стороны, Данная схема позволит обходиться без сцепления. Подобное

свойство достигается в автоматических коробках передач при

использовании гидравлического трансформатора.

При неизменной пропускной способности клапана 25 изме-

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) И

нение передаточного отношения происходить не будет. Для того

чтобы придать конструкции свойство автоматического регулиро¬

вания передаточного отношения необходимо сделать пропускную

способность клапана 25 изменяемой в зависимости от скорости

вращения ведущих колес 20. Тогда можно будет добиться

автоматического изменения передаточного отношения в зависи¬

мости от скорости движения автомашины. Устройство клапана 25

может быть различным. Два варианта конструкции клапана 25 приведены

на фиг.8, где на верхнем рисунке показан один вариант конструкции - вид

спереди, а на нижнем рисунке другой вариант конструкции - вид сбоку. 31

- подвижная заслонка, 32 - пропускное отверстие для перекачивания

жидкости. Заслонка 31, двигаясь в одну сторону, прикрывает пропускное

отверстие 32, а при движении в другую приоткрывает его. Заслонка 31

может приводиться в движение электромагнитным приводом 33 фиг.9.

Конструкция привода 33 может быть подобной приводу включения

стартера автомашины, который описан в технической литературе

«Aвтocлecapь», 2003 года издания, авторы Чумаченко Ю.T.,

Герасименко A.И. Привод 33, фиг.9, состоит из сердечника 34, обмотки 35,

пружины 36.

Датчик 37 подобно спидометру фиксирует данные скорости вращения

ведущих колес 20. Затем эти данные поступают в управляющий механизм

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) 38, который путем подачи определенной величины силы тока и

напряжения на привод 33, регулирует положение заслонки 31.

Положение заслонки 31 должно меняться в зависимости от необходимой

величины пропускной способности клапана 25, фиг.7. При полностью

открытой заслонке 31, фиг.9, и свободных пропускных отверстиях 32

сопротивление вращению вала 27, фиг.7, гидравлического узла 30 будет

минимальным, а скорость вращения вала 27, фиг.7, максимально

возможной. По мере закрытия заслонки 31, фиг.9, клапана 25, фиг.7,

сопротивление вращению вала 27, фиг.7, гидравлического узла 30 будет

увеличиваться, а скорость вращения вала 27 уменьшаться по отношению к

скорости вращения вала 1 двигателя 2. При полностью закрытой заслонке

31, фиг.9, клапана 25, фиг.7, вращение роторов 22 и 23, фиг.7, станет

невозможным, и вал 27 гидравлического узла 30 примет неподвижное

состояние. Определенной величине скорости вращения ведущих колес 20

должен соответствовать свой угол поворота заслонки 31, фиг.9,

определяющий необходимую пропускную способность клапана 25, фиг.7.

Можно вместо одного клапана 25, фиг.7, применить систему клапанов,

расположенных на корпусе нагнетателя фиг. 10, где 24 - торцевая

поверхность нагнетателя, 40 - закрытые клапаны, 41 - открытые клапа¬

ны. Клапаны, входящие в систему, могут находиться только в двух по¬

ложениях - быть полностью открытыми или полностью закрытыми.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Каждой величине скорости вращения ведущих колес должно

соответствовать определенное количество закрытых клапанов. При всех

открытых клапанах сопротивление на вале 27, фиг.7, гидравлического узла

30 будет минимальным. При закрытом состоянии всех клапанов вращение

роторов 22 и 23, а таюке вала 27 гидравлического узла 30 станет

невозможным.

Таким образом, условием изменения передаточного отношения

рассматриваемой конструкции является изменение скорости вращения оси

16, фиг.7, по отношению к скорости вращения вала 1 двигателя 2.

Чем больше будет относительная скорость оси 16, тем больше будет

передаточное отношение, передаваемое от двигателя 2 к ведущим колесам

20 автомашины. Уменьшение относительной скорости будет

сопровождаться уменьшением передаточного отношения. При

неподвижном состоянии оси 16 передаточное отношение будет ми¬

нимальным, которое можно сравнить с прямой или повышенной ступенью

традиционной коробки передач.

Роторный гидравлический вариатор работает следующим образом.

При малых оборотах вала 1 двигателя 2, фиг.7, например 500 об/мин, вал

27 гидравлического узла 30 допустим, вращается со скоростью 1000

об/мин, то есть вал 27 вращается в два раза быстрее вала 1. При

неподвижной оси 15 дифференциала 21 ось 16 будет вращаться со

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) скоростью 200 % от скорости вращения вала 1 двигателя 2. Во время

работы двигателя 2 на малых оборотах 500 oб./мин. и скорости вращения

вала 27 1000 об./мин. гидравлического узла 30 пропускная способность

клапана 25 будет обеспечивать возможность перекачивания соответст¬

вующего объема жидкости 29 через нагнетатель. При этом сопротивление

вращению вала 27 будет меньше сопротивления, препятствующего дви¬

жению автомашины. Ведущие колеса 20 и ось 15 будут удерживаться в

неподвижном состоянии массой автомашины, а вращение от вала 1

двигателя 2 будет полностью передаваться вращению вала 27, через ось 16.

При увеличении оборотов вала 1 двигателя 2 например до 1000 обУмин.

скорость вращения вала 27 достигнет 2000 обУмин. Объем перекачиваемой

жидкости 29 возрастет и заранее определенная пропускная способность

клапана 25 не сможет обеспечить перекачивание такого объема жидкости

29. Это повлечет увеличение сопротивления вращению вала 27. Когда

величина этого сопротивления превысит величину сопротивления

движению автомашины, то вращение вала 1 двигателя 2 частично начнет

передаваться через дифференциал 21 и ось 15 ведущим колесам 20

автомашины. Здесь необходимо обратить внимание на величину переда¬

точного отношения, предаваемого от двигателя 2 к ведущим колесам 20.

Эта величина должна соответствовать первой или пониженной ступени

обычной коробки передач. В противном случае автомашина не тронется с

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) места, а произойдет остановка двигателя 2. Рассчитать передаточное

отношение от двигателя 2 к ведущим колесам 20 в момент трогания

автомашины с места можно, приняв во внимание, то что величину

передаточного отношения можно выразить как через соотношения

диаметров ведущей и ведомой шестерен, так и через соотношение

скоростей вращения вала 1 и вала 5, фиг.2. В рассматриваемом случае -

вала 1 и оси 15, фиг.7. Например, если необходимо рассчитать передаточ¬

ное отношение первой ступени, имеющей значение 4:1, то применительно

к конструкции, изображенной на фиг.7, скорость вращения вала 1 должна

относиться к скорости вращения оси 15 как 4: 1, то есть скорость

вращения вала 1 должна быть в 4 раза больше скорости вращения оси 15.

Это условие должно выполняться в момент трогания автомашины с места.

При неизменной пропускной способности клапана 25 изменение

величины передаточного отношения происходить не будет. В этом случае

увеличение скорости вращения вала 1 двигателя 2 будет сопровождаться

пропорциональным ускорением вращения ведущих колес 20. При

постоянной пропускной способности клапана 25 и неизменной нагрузке,

увеличение скорости вала 1 или не будет изменять скорость вращения вала

27 или несколько ее увеличит. Скорость вращения вала 27 в этом случае

будет примерно равняться рассматриваемой величине - 2000 обJмин. или

немного ее превысит. В приведенной конструкции, фиг. 7, пропускная

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) способность клапана 25 зависит от скорости вращения ведущих колес 20.

Допустим, что вращение ведущих колес 20 вызовет прикрытие заслонки

клапана 25 или закрытие части клапанов, если их несколько, и уменьшит их

пропускную способность. Тогда сопротивление вращению роторов 22 и 23

возрастет, и скорость вращения вала 27 снизится, допустим, с

2000 об./мин до 1500 об./мин. Это замедление вызовет пропорциональное

уменьшение передаточного отношения, передаваемого от двигателя 2 к

ведущим колесам 20. То есть в этом случае скорость вращения ведущих

колес 20 возрастет за счет потери скорости вращения вала 27, равной 500

oб./мин. Чем больше будет потеря скорости вращения вала 27, тем больше

будет увеличение скорости вращения ведущих колес 20. Это будет про¬

исходить до полной остановки вала 27. При этом диапазон изменения пе-

редаточого отношения, передаваемого от двигателя 2 к ведущим колесам

20, будет зависеть от изначальной величины скорости вращения вала 27,

соответствующей заданной максимальной пропускной способности

клапана 25, то есть чем больше будет изначальная величина скорости

вращения вала 27, тем больше будет диапазон изменения передаточного

отношения. Кроме того, диапазон передаточного отношения, пе¬

редаваемого от двигателя 2 к ведущим колесам 20, будет зависеть от

передаточного отношения от вала 27 к ведущим колесам 20. Например,

если передаточное отношение, передаваемое от оси 16 к оси 15 будет

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) иметь значение 1:1, то потеря скорости вращения, связанной с валом 27

оси 16 на 1000 oб./мин. ускорит вращение оси 15 на такую же величину.

Если передаточное отношение будет составлять 1:3, то потеря скорости

вращения оси 16 на 1000 oб./мин. ускорит вращение оси 15 уже на 3000

об./мин. Таким образом можно установить любой необходимый диапазон

изменения передаточного отношения.

В момент трогания автомашины с места величина передаточного

отношения будет наибольшей и может быть выражена, например,

соотношением скоростей вращения вала 1 и оси 16. Чем больше будет

относительная скорость вращения оси 16, тем больше будет величина

передаточного отношения, передаваемого от двигателя 2 к ведущим

колесам 20. Этот режим работы гидравлического вариатора будет

соответствовать работе, изображенной на фиг. 1 , конструкции на первой

ступени с шестерней 4. Вращение ведущих колес 20, фиг.7, вызовет

прикрытие задвижки клапана 25 или закрытие части клапанов, если их

несколько. Это увеличит сопротивление вращению роторов 22 и 23, а так¬

же вала 27 гидравлического узла 30 и замедлит относительную скорость

вращения оси 16. Что повлечет уменьшение величины передаточного

отношения, передаваемого от двигателя 2 через дифференциал 21 и ось 15

к ведущим колесам 20 автомашины. При этом величина передаточного

отношения сместится в сторону более высокой ступени обычной коробки

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) передач, и будет способствовать разгону автомашины. При достижении

определенной скорости вращения ведущих колес 20 клапан 25 или все

клапаны, если их несколько, закроются полностью, и роторы 22 и 23, а

также вал 27 остановятся, и остановят ось 16. Это будет соответствовать

прямой или повышенной ступени обычной коробки передач. Во время

увеличения нагрузки на двигатель 2, например, при движении на подъем,

описанный процесс будет происходить в обратном порядке. Скорость

вращения ведущих колес 20 снизится, что повлечет приоткрытие клапана

25 или открытие части клапанов. Роторы 22 и 23 начнут вращаться и

приведут в движение вал 27, а через него и ось 16. Это увеличит величину

передаточного отношения и сместит ее в сторону более низкой ступени

обычной коробки передач.

Дифференциал 21 был использован в конструкции для большей

наглядности принципа работы гидравлического вариатора. Но при

практическом применении гидравлического вариатора, в качестве его

составляющего узла целесообразнее использовать вместо дифференциала

21 планетарный механизм, применяемый в автоматических коробках

передач. Принцип действия гидравлического вариатора от этого не

изменится, так как в данном случае планетарный механизм будет работать

как дифференциал. Устройство планетарного механизма приведено на

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) фиг.l 1, где 6 - солнечная шестерня, 7 - водило, 8 - сателлиты, 9 - кольцевая

шестерня.

Окончательный вид гидравлического вариатора изображен на фиг.12,

где 20 - ведущие колеса, 2 - двигатель, 42 - планетарный механизм, 30 -

гидравлический узел. Как видно из приведенной конструкции, вал 1

двигателя 2 соединен с солнечной шестерней 6, вал 27 гидравлического

узла 30 имеет соединение с водилом 7, а кольцевая шестерня 9 с ведущими

колесами 20.

Возможна и другая схема соединения, изображенная на фиг.13, при

которой вал 1 двигателя 2 соединяется с водилом 7, а вал 27

гидравлического узла 30 с солнечной шестерней 6. В этом случае, также

как и в предыдущем, в момент трогания автомашины с места при

максимальной скорости вращения вала 27 и солнечной шестерни 6, фиг.13,

а в первом случае вала 27 и водила 7, фиг.12, величина передаточного

отношения будет максимальной. При остановившихся вале 27 и солнечной

шестерне 6, фиг.13, или остановившихся вале 27 и водиле 7, фиг.l 2,

величина передаточного отношения примет минимальное значение.

Промежуточная величина передаточного отношения - между макси¬

мальным и минимальным значением, будет определяться скоростью

вращения вала 27 и солнечной шестерни 6, фиг.l 3, или вала 27 и водила 7,

фиг.12.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Возможны и другие варианты соединения звеньев механизма.

Выше был рассмотрен принцип действия винтового роторного

гидравлического вариатора, составной частью которого является

нагнетатель с двумя винтовыми роторами. Но указанный нагнетатель

может быть заменен нагнетателем с двумя обычными роторами, принцип

действия которого также аналогичен принципу действия воздушного

нагнетателя воздуха, используемого в двигателе внутреннего сгорания

автомашины. Конструкция роторного нагнетателя воздуха приведена на

фиг.14, где 43 - корпус, 44 *• внешний ротор, 45 - внутренний ротор.

Описание механического нагнетателя воздуха изложено в справочном

пособии «Typбoдвигaтeли и кoмпpeccopы», авторы Герт Хак Ланrкабель,

2003 г. издания. Нагнетатель принадлежит к подвиду внутриосевых машин

и работает с внутренним сжатием. Его рабочее пространство 46 образуется

внешним 44 и внутренним 45 роторами, которые посредством зубчатой

передачи вращаются в отношении 3:4. Оба ротора, размещенные в одном

цилиндрическом корпусе, вращаются со смещением друг относительно

друга и вокруг своей установленной средней оси. Процесс сжатия

исполняет внутренний ротор 45, а внешний ротор 44 исполняет

обязанности запирающего и тем самым впускающего и, естественно,

выпускающего органа. Процесс впуска совершается путем увеличения

образуемой внешним и внутренним роторами 44 и 45 камеры 46. Благодаря

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) вращению внутреннего ротора 45 воздух всасывается и проходит через

окно (впускную кромку) во внешний ротор 44. Последующее вращение

внешнего ротора 44 в корпусе 43 затем запирает это окно, так как был

достигнут максимальный объем камеры 46. Совместно вращающийся

внутренний ротор 45 способствует уменьшению объема камеры 46 и

благодаря этому воздух сжимается. Как только отверстие внешнего ротора

переходит выпускную кромку, сжатый воздух выталкивается.

В отличие от воздушного нагнетателя, гидравлическому не нужна

функция сжатия воздуха, поэтому на корпус гидравлического нагнетателя

должен быть установлен клапан с изменяемой пропускной способностью,

который исключит из рабочего процесса нагнетателя цикл сжатия, и будет

выполнять такую же функцию, как и клапан 25 винтового гидравлического

нагнетателя, фиг.7.

Конструкция роторного гидравлического узла приведена на фиг.15,

где 43 - корпус нагнетателя, 44 - внешний ротор, 45 - внутренний ротор,

46 - камера, 25 - клапан с изменяемой пропускной способностью, 29 -

жидкость, 28 - внешняя емкость, 27 - вал нагнетателя.

Работа гидравлического узла заключается в следующем. На левом

верхнем рисунке, фиг.16, изображен цикл впуска, при котором камера 46,

образуемая внешним и внутренним роторами 44 и 45, увеличивает свой

объем и всасывает жидкость 29 из внешней емкости 28 через клапан 25. На

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) верхнем правом рисунке показано, как в конце такта всасывания

достигается максимальный объем камеры 46. На нижних двух рисунках

изображено уменьшение объема камеры 46 и выталкивание из нее

жидкости 29 через клапан 25 во внешнюю емкость 28.

Если в схемах, фиг.12 и фиг.13, винтовой гидравлический узел 30

заменить роторным, то последний будет работать таким же образом, как и

винтовой.

Также гидравлический нагнетатель может быть и роторно-порпшевым.

Его конструкция изображена на фиг.17, где 47 - корпус нагнетателя, 48 и

49 - роторы, 27 - вал нагнетателя, 29 - жидкость, 25 - клапан с изменяемой

пропускной способностью, 26 - впускное отверстие.

Принцип действия роторно-поршневоrо гидравлического нагнетателя

аналогичен принципу действия воздушного роторно — поршневого нагне¬

тателя, описание которого изложено в справочном пособии

«Typбoдвигaтeли и кoмпpeccopы», автор Герт Хак Лангкабель, 2003 г.

издания.

Возможно применение и других типов роторных нагнетателей.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)

Claims

Формула изобретения

Роторный гидравлический вариатор

Роторный гидравлический вариатор представляет собой узел

автомашины, имеющей двигатель внутреннего сгорания и

предназначен для автоматического регулирования передаточного

отношения, передаваемого от двигателя к ведущим колесам

автомашины и включает в себя планетарный механизм,

соединенный водилом или солнечной шестерней с ротором

гидравлического узла, состоящего из внешней емкости, наполненной

смазочным маслом или гидравлической жидкостью, в которую

помещен нагнетатель, включающий в себя корпус, роторы, вал,

клапан с изменяемой пропускной способностью.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)