ГИДРООБЪЕМНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 1994 года по МПК F16H47/04 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в тех устройствах, где требуется передавать крутящий момент от двигателя к исполнительным механизмам, например, в трансмиссиях самоходных машин.

Известны следующие аналоги изобретения. Гидростатическая трансмиссия (а. с. СССР N 808746, кл. F 16 H 39/00, 1981) является наиболее близкой к изобретению по достигаемому дифференциальному эффекту. Недостатками устройства являются конструктивная сложность, вызванная использованием двух регулируемых аксиально-поршневых машин, и невысокий КПД, имеющий место при малых углах наклона шайб.

Гидропередача транспортного средства (а. с. СССР N 1320089, кл. B 60 K 17/00, 1987) так же, как и предлагаемое изобретение, использует пластинчатые гидромашины для трансформации момента. Недостатками гидропередачи являются использование сложной системы управления и низкий КПД, обусловленный потерями энергии при перекачке жидкости, в том числе через гидрораспределительное устройство.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по конструкции является гидропередача, содержащая ведущий и ведомый валы, соединенные с валами внутреннюю и внешнюю соосные пластинчатые гидромашины, разделяющую их подвижную в радиальном направлении кольцевую часть, образованную двумя эксцентричными цилиндрическими поверхностями. Недостатками устройства являются низкий коэффициент полезного действия, так как вся мощность передается с помощью перекачивания жидкости без разделения потока мощности, и малые функциональные возможности, поскольку передаточное отношение может изменяться лишь в ограниченных пределах.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, повышение КПД, плавное регулирование скорости вращения ведомого вала, герметизация и уплотнение рабочих полостей, уменьшение действующих на кольцевую часть центробежных сил.

Достигается это тем, что гидрообъемная дифференциальная передача, содержащая ведущий и ведомый валы, соединенные с валами внутреннюю и внешнюю соосные пластинчатые гидромашины, разделяющую их подвижную в радиальном направлении кольцевую часть, образованную двумя эксцентричными цилиндрическими поверхностями, снабжена редуктором, соединенным с ведущим валом, а кольцевая часть установлена на валу и в ней в радиальной плоскости выполнены два канала, соединяющих наружную и внутреннюю эксцентричные поверхности.

Кроме того, внутренняя гидромашина соединена с ведущим валом, внешняя гидромашина соединена с редуктором, а кольцевая часть соединена с ведомым валом.

Кроме того, внешняя гидромашина соединена с ведущим валом, внутренняя гидромашина соединена с редуктором, а кольцевая часть соединена с ведомым валом.

Кроме того, внутренняя гидромашина соединена с ведущим валом, кольцевая часть соединена с редуктором, а внешняя гидромашина соединена с ведомым валом.

Кроме того, кольцевая часть соединена с ведущим валом, внутренняя гидромашина соединена с редуктором, а внешняя гидромашина соединена с ведомым валом.

Кроме того, кольцевая часть соединена с ведущим валом, внешняя гидромашина соединена с редуктором, а внутренняя гидромашина соединена с ведомым валом.

Кроме того, внешняя гидромашина соединена с ведущим валом, кольцевая часть соединена с редуктором, а внутренняя гидромашина соединена с ведомым валом.

Кроме того, на кольцевой части в осевом направлении выполнены два цилиндрических продолжения, на которых установлены попарно противоположно четыре гидроцилиндра, попарно соединенных каналами, причем оси цилиндров параллельны линии, соединяющей центры окружностей, образующих сечение кольцевой части, поршни гидроцилиндров закреплены попарно на валу и на втулке, в двух поршнях выполнены сквозные каналы, соединенные каналами, выполненными в валу и втулке, с кольцевыми проточками, выполненными в корпусе и соединенными с гидролиниями управления перемещением кольцевой части, на цилиндрических продолжениях которой установлены направляющие сегменты, взаимодействующие с направляющими поверхностями, выполненными на валу и на втулке и параллельными осям гидроцилиндров.

Кроме того, на цилиндрических продолжениях кольцевой части жестко установлены четыре торцовых диска.

Кроме того, в наибольшем сечении кольцевой части выполнены выемки.

На фиг. 1 представлен разрез гидрообъемной дифференциальной передачи; на фиг. 2 - общий вид кольцевого ротора; на фиг. 3 - поперечный разрез передачи по сечению А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - поперечный разрез передачи по сечению В-В на фиг. 1; на фиг. 5-9 - варианты схемы работы передачи.

Передача содержит неподвижный корпус 1, соосные ведущий вал 2 и ведомый вал 3. Передача обратима, т. е. ведущий вал может становиться ведомым и наоборот. На ведущем валу закреплен внутренний ротор 4 со скользящими пластинами 5, прижимаемыми центробежной силой или пружинами к внутренней цилиндрической поверхности 6 кольцевой части 7 (в дальнейшем - кольцевого ротора). Этот ротор (фиг. 2) образован двумя эксцентричными цилиндрическими поверхностями 6 и 8, имеет два выполненных в радиальной плоскости канала 9, соединяющих наружную и внутреннюю поверхность, а также два цилиндрических продолжения 10 в осевом направлении. Каналы 9 выполнены по обе стороны от линии, соединяющей центры внутренней и внешней окружностей, образующих сечение кольцевого ротора, в частности могут быть симметричны относительно этой линии. Для предотвращения утечек длина каждой из двух перемычек между каналами 9 несколько превышает шаг между пластинами роторов. Середины перемычек могут, в частности, располагаться на продолжении линии, соединяющей центры окружностей, образующих сечение кольцевого ротора.

С помощью редуктора, состоящего из шестерен 11, 12, 13, 14, осуществляется привод от ведущего вала 2 внешнего ротора 15, установленного в корпусе 1 на подшипниках (вращающегося в ту же сторону, что и вал 2) с подпружиненными пружинами 16 скользящими пластинами 17, прижимаемыми к внешней цилиндрической поверхности 8 кольцевого ротора 7. Внешний ротор вращается с меньшей скоростью, чем внутренний.

Герметизация и уплотнение рабочих полостей, образованных всеми тремя роторами, осуществляется с помощью торцовых дисков 18 и 19, размещенных на цилиндрических продолжениях 10 кольцевого ротора 7 и вращающихся вместе с ним. Диски 18 поджимаются к пластинам 17 с помощью кольца 20 с ребрами жесткости; диски 19 поджимаются к пластинам 5 с одного торца с помощью втулки 21 и с другого торца - с помощью ведомого вала 3.

Для изменения положения кольцевого ротора 7 относительно двух других роторов 4 и 15, на продолжениях 10 кольцевого ротора закреплены направляющие сегменты 22, которые могут скользить по соответствующим направляющим поверхностям 23 втулки 21 и ведомого вала 3. Направляющие поверхности параллельны линии, соединяющей центры двух окружностей, образующих сечение кольцевого ротора. Через направляющие поверхности крутящий момент передается от кольцевого ротора на ведомый вал 3, вместе с кольцевым ротором вращается и втулка 21.

Для управления перемещением кольцевого ротора 7 на его продолжениях 10 установлены гидравлические цилиндры 24, в которые входят поршни 25, закрепленные на втулке 21 и на ведомом валу 3. Полости верхних гидроцилиндров (на фиг. 1) соединены гидролинией 26, выполненной в кольцевом роторе 7; полости нижних гидроцилиндров соединены гидролинией 27. В одном из верхних поршней 26 (левом на фиг. 1) выполнен канал 28, который через канал во втулке 21 соединяется с кольцевой проточкой 29 в корпусе 1 передачи. Кольцевая проточка 29 соединена с первой гидролинией 30 управления перемещением кольцевого ротора 7.

В одном из нижних поршней 25 (правом на фиг. 1) выполнен канал 31, который через канал 32 в ведомом валу 3 соединяется с кольцевой проточкой 33 в корпусе 1 передачи. Кольцевая проточка 33 соединена со второй гидролинией 34 управления перемещением кольцевого ротора 7. При подаче давления жидкости в первую гидролинию 30 и соответствующем сбросе давления во второй гидролинии 34 кольцевой ротор 7 перемещается вверх (на фиг. 1) относительно осевой линии ротор 4 и 15. При подаче давления жидкости во вторую гидролинию 34 и соответствующем сбросе давления в первой гидролинии 30 кольцевой ротор 7 перемещается вниз.

Гидрообъемная дифференциальная передача работает следующим образом. С помощью гидравлической системы управления ведомый кольцевой ротор 7 может устанавливаться в показанные схематично на фиг. 5-9 следующие положения относительно ведущих роторов 4 и 15.

На фиг. 5-9 приведены сечения передачи и введены обозначения: О - центр окружности ведущих роторов, ведущего и ведомого валов; О₁ - центр внутренней окружности кольцевого ротора; О₂ - центр внешней окружности кольцевого ротора.

На фиг. 5 показан первый вариант схемы работы передачи, при котором центры О и О₁ совпадают. Внутренний ведущий ротор 4 в этом варианте работы (исключая работу сил трения) не выполняет, так как при его вращении объемы рабочих камер, образованных лопатками 5, не изменяются. Лопатки 17 внешнего ведущего ротора 15 образуют с внешней цилиндрической поверхностью кольцевого ротора 7 запертый гидравлический насос, так как расход жидкости отсутствует. Давление, возникающее в этом насосе, будет действовать на половину внешней цилиндрической поверхности (центр окружности сечения - О₂) и на половину внутренней цилиндрической поверхности кольцевого ротора 7, поскольку поверхности соединены каналом 9. В первом случае будет создаваться поворачивающий момент, так как в этом варианте внешняя окружность эксцентрична относительно оси ведомого вала. Во втором случае поворачивающего момента не создается, так как внутренняя окружность концентрична с осью ведомого вала. В результате кольцевой ротор и ведомый вал будут вращаться в том же направлении и с той же скоростью, что и внешний ведущий ротор 15. Передаточное число передачи будет определяться отношением диаметров шестерен 11, 12, 13, 14. КПД передачи будет высоким, так как вся мощность с ведущего вала передается на ведомый без расхода жидкости.

На фиг. 6 показан второй вариант схемы работы передачи, при котором совпадают центры О и О₂. Внешний ведущий ротор 15 в этом варианте работы не выполняет, так как при его вращении объемы рабочих камер, образованных лопатками 17, не изменяются. Лопатки 5 внутреннего ведущего ротора 4 образуют с внутренней цилиндрической поверхностью кольцевого ротора 7 запертый гидравлический насос, так как отсутствует расход жидкости. Давление, возникающее в этом насосе, будет действовать на половину внутренней цилиндрической поверхности (центр окружности сечения - О₁) и на половину внешней цилиндрической поверхности кольцевого ротора 7.

В первом случае будет создаваться поворачивающий момент, так как в этом варианте внутренняя окружность эксцентрична относительно оси ведомого вала. Во втором случае поворачивающего момента не создается, так как внешняя окружность концентрична с осью ведомого вала. В результате кольцевой ротор и ведомый вал будут вращаться в том же направлении и с той же скоростью, что и внутренний ведущий ротор 4. передаточное число передачи будет равно 1, т. е. будут осуществляться прямая передача. КПД передачи будет максимально высоким, так как вся мощность с ведущего вала передается на ведомый без расхода жидкости и отсутствуют потери в зубчатом зацеплении.

На фиг. 7 показан третий вариант схемы работы передачи, при котором центр О расположен между центрами О₁ и О₂. Лопатки 5 внутреннего ведущего ротора 4 образуют с внутренней цилиндрической поверхностью кольцевого ротора 7 гидравлический насос, жидкость из которого через канал 9 поступает в гидравлический мотор, образованный лопатками 17 внешнего ведущего ротора 15 и внешней цилиндрической поверхностью кольцевого ротора 7. Скорость вращения кольцевого ротора будет определяться соотношением рабочих объемов и равенством расходов жидкости в гидронасосе и гидромоторе и будет промежуточной между скоростями внутреннего и внешнего ведущего роторов.

Крутящий момент, возникающий благодаря давлению жидкости и действующий на кольцевой ротор, будет складываться из момента, вызываемого силой давления, действующей на половину внутренней цилиндрической поверхности (из-за эксцентриситета по отношению к оси вращения, равному расстоянию между центрами О и О₁) кольцевого ротора, и из момента, вызываемого силой давления, действующей на половину внешней цилиндрической поверхности (эксцентриситет равен расстоянию между центрами О и О₂) кольцевого ротора.

На фиг. 8 показан четвертый вариант схемы работы передачи, при котором центр О₁ расположен между центрами О и О₂. Так же, как и в предыдущем варианте, внутренний и кольцевой роторы образуют гидравлический насос, а внешний и кольцевой роторы образуют гидравлический мотор. Однако, если в предыдущем варианте расход жидкости из насоса вызывал ускоренное вращение кольцевого ротора по сравнению с внешним ротором 15, то в данном случае работа насоса вызывает замедление вращения кольцевого ротора по сравнению с внешним, так как насос создает крутящий момент противоположного направления. В зависимости от соотношения рабочих объемов насоса и мотора и при условии равенства расхода жидкости в них скорость кольцевого ротора может быть замедлена до нулевой или кольцевой ротор может даже вращаться в обратную (по отношению к ведущим роторам) сторону. Крутящий момент, действующий на кольцевой ротор, будет определяться разностью момента, вызываемого силой давления жидкости, действующей на половину внешней цилиндрической поверхности (эксцентриситет равен расстоянию между центрами О и О₂) кольцевого ротора, и момента, вызываемого силой, действующей на половину внутренней цилиндрической поверхности (эксцентриситет равен расстоянию между центрами О и О₁) кольцевого ротора.

На фиг. 9 показан пятый вариант схемы работы передачи, при котором центр О₂ расположен между центрами О и О₁. В этом варианте внешний и кольцевой роторы образуют гидравлический насос, а внутренний и кольцевой роторы - гидравлический мотор. Расход жидкости из насоса будет вызывать ускоренное вращение кольцевого ротора по сравнению с внутренним ротором 4. В зависимости от соотношения рабочих объемов насоса и мотора и при условии равенства расхода жидкости в них скорость кольцевого ротора может достигать (теоретически) любых величин, превышающих скорость ведущего внутреннего ротора. Крутящий момент, действующий на кольцевой ротор, будет определяться разностью момента, вызываемого силой, действующей на половину внутренней цилиндрической поверхности кольцевого ротора, и момента, вызываемого силой, действующей на половину внешней цилиндрической поверхности кольцевого ротора.

Таким образом, функциональные возможности предлагаемой передачи позволяют с помощью радиального перемещения кольцевого ротора относительно двух ведущих роторов плавно регулировать скорость вращения кольцевого ротора и ведомого вала в неограниченных (теоретически) пределах. Высокий КПД передачи определяется тем, что только часть мощности передается с помощью преобразования механической энергии в гидравлическую и обратно. Основная часть мощности (на наиболее важном режиме работы, показанном на схеме фиг. 7) или полностью вся мощность (на других важных режимах работы, показанных на схемах фиг. 5, 6) передается непосредственно механическим путем без преобразования.

Кроме описанных выше, для расширения функциональных возможностей и способов конструктивного выполнения передачи могут быть использованы другие схемы ее работы, при которых ведущими будут внутренний и кольцевой роторы, а ведомым - внешний ротор (исключая схему на фиг. 6, так как в этом случае передача будет заклинена) или ведущими будут кольцевой и внешний роторы, а ведомым - внутренний ротор (исключая схему на фиг. 5, так как в этом случае передача будет заклинена).

Для частичного уравновешивания кольцевого ротора и снижения его массы с целью уменьшения действующих на него центробежных сил в наибольшем сечении ротора могут быть выполнены выемки 35, показанные на фиг. 2.

Основной экономический эффект от применения предлагаемой гидрообъемной дифференциальной передачи (по сравнению с прототипом) может быть получен за счет расширения функциональных возможностей и повышения КПД передачи. Бесступенчатое регулирование скорости вращения ведомого вала при высоком КПД позволяет более эффективно использовать предлагаемую передачу (по сравнению с прототипом) в устройствах, передающих крутящих момент от двигателя к исполнительным механизмам, например, в трансмиссиях самоходных машин.

В настоящее время ведется эскизное проектирование предлагаемой передачи.

Использование: для передачи крутящего момента от двигателя к исполнительным механизмам. Сущность изобретения: с ведущим и ведомым валами соединены внутренняя и внешняя пластинчатые гидромашины, которые разделяет подвижная в радиальном направлении кольцевая часть, образованная двумя эксцентричными цилиндрическими поверхностями. Кольцевая часть выполнена вращающейся и в ней выполнены в радиальной плоскости два канала, соединяющих наружную и внутреннюю эксцентричные поверхности. Гидромашины связаны с валом и между собой через редуктор. Кольцевая часть связана с другим валом. 2 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. ГИДРООБЪЕМНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ПЕРЕДАЧА, содержащая соосные ведущий и ведомый валы, соединенные с валами внутреннюю и внешнюю пластинчатые гидромашины, разделяющую их подвижную в радиальном направлении кольцевую часть, образованную двумя эксцентричными цилиндрическими поверхностями, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения КПД передачи, кольцевая часть выполнена вращающейся и в ней выполнены в радиальной плоскости два канала, соединяющих наружную и внутреннюю эксцентричные поверхности, а два элемента из группы внешняя гидромашина, внутренняя гидромашина, кольцевая часть связаны с одним из валов и между собой через редуктор, а третий элемент из группы соединен с другим валом. 2. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения плавного регулирования частоты вращения ведомого вала, на торцах кольцевой части ступенчато в осевом направлении выполнены два цилиндрических продолжения, на которых жестко установлены и поджаты к внутреннему, кольцевому и внешнему роторам четыре торцевых диска, а на внутренней поверхности цилиндрических продолжений установлены попарно противоположно четыре гидроцилиндра, попарно соединенных каналами, причем оси цилиндров параллельны линии, соединяющей центры окружностей, образующих сечение кольцевой части, поршни гидроцилиндров закреплены попарно на валу и на втулке, в двух поршнях выполнены сквозные каналы, соединенные каналами, выполненными в валу и втулке, с кольцевыми проточками, выполненными в корпусе и соединенными с гидролиниями управления перемещением кольцевой части, на цилиндрических продолжениях которой установлены направляющие сегменты, взаимодействующие с направляющими поверхностями, выполненными на валу и на втулке и параллельными осям гидроцилиндров. 3. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения действующих на кольцевую часть центробежных сил, в наибольшем сечении кольцевой части выполнены выемки.