ГИДРОПЕРЕДАЧА Российский патент 1999 года по МПК F16H39/10 F16H39/00 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к объемным гидропередачам, способным изменять передаваемый крутящий момент, и может быть использовано в трансмиссиях различных машин вместо механической или гидромеханической коробки передач, а также в некоторых случаях может быть использовано вместо гидротрансформатора и гидромуфты.

Известно, что любая регулируемая объемная гидропередача содержит ведущее звено и ведомое звено, которые являются началом и концом кинематической цепи, образованной при объединении двух роторных гидромашин объемного вытеснения, при помощи гидравлической и механической связей. Для изменения крутящего момента ведомого звена гидропередачи эта кинематическая цепь имеет, как минимум одно промежуточное звено (в общем случае таких звеньев может быть и больше одного), которое кинематически связано с корпусом гидропередачи, с возможностью передачи на него крутящего момента через эту кинематическую связь, такое звено мы будем в дальнейшем называть опорным звеном, а связь, через которую передается крутящий момент от опорного звена на корпус, будем называть опорной связью. Понятие регулируемая объемная гидропередача подразумевает, что гидромашины, входящие в состав гидропередачи, являются гидромашинами объемного вытеснения, одна или две из которых являются регулируемыми. В общем же случае они могут быть любыми роторными гидромашинами объемного вытеснения. Например, гидромашины могут быть аксиально-поршневыми, радиально-поршневыми, винтовыми, шиберными, шестеренчатыми, а также их различными комбинациями. При этом, в любой объемной гидропередаче всегда можно выделить ведущее звено, ведомое звено и опорное звено.

В качестве ближайшего аналога выбрана регулируемая объемная гидропередача (патент Российской Федерации N 2062376 C1), содержащая две аксиально-поршневые гидромашины, одна из которых является регулируемой. Эти две гидромашины объединены при помощи гидравлических и механических связей в кинематическую цепь с началом на ведущем звене и концом на ведомом звене и промежуточными звеньями между ними, которые взаимодействуют между собой. Одно из промежуточных звеньев этой кинематической цепи жестко закреплено на корпусе с возможностью передачи на него крутящего момента и является опорным звеном. В данной гидропередаче этим звеном является блок цилиндров регулируемой гидромашины, который соединен с корпусом и не вращается. С ним контактирует с возможностью скольжения распределительный узел, являющийся промежуточным звеном, которое соединяет между собой впускные и выпускные отверстия обоих гидромашин, то есть осуществляет гидравлическую связь между гидромашинами.

Работает данная гидропередача следующим образом. При вращении входного звена, состоящего из входного вала и наклонной шайбы, начинают вращаться промежуточные звенья: наклонная шайба первой машины и распределительный узел обоих гидромашин. Если выходное звено, являющееся выходным валом остановлено, а рабочие объемы обеих гидромашин равны, то наблюдается режим холостого хода. При этом опорное звено, являющееся блоком цилиндров регулируемой гидромашины неподвижно, так как соединено с корпусом. Промежуточное звено являющееся блоком цилиндров нерегулируемой гидромашины, передающее вращение на выходное звено, тоже неподвижно. Обе гидромашины работают в качестве насосов и перекачивают друг в друга равные объемы жидкости. Если уменьшить рабочий объем регулируемой гидромашины, то при той же скорости вращения входного звена, количество потребляемой и подаваемой жидкости уменьшается. Нерегулируемая гидромашина тоже уменьшает подачу, а так как ее рабочий объем не изменился, то промежуточное звено, являющееся блоком цилиндров нерегулируемой гидромашины для уменьшения подачи жидкости начинает вращаться в сторону вращения входного звена, при этом разница в скорости вращения такова, что количество подаваемой жидкости нерегулируемой гидромашины будет равно количеству подаваемой жидкости регулируемой гидромашины. Нулевой рабочий объем регулируемой гидромашины соответствует нулевой подаче жидкости. Нерегулируемая гидромашина должна в этом случае тоже иметь нулевую подачу, а это возможно при равных скоростях вращения входного и выходного звена. Этот режим мы будем называть режимом прямой передачи.

При работе в этом режиме сохраняется трение между промежуточными звеньями, а именно между опорным звеном, являющимся блоком цилиндров регулируемой гидромашины и распределительным узлом, плунжерами и наклонной шайбой регулируемой гидромашины.

В основу изобретения положена задача создания объемной гидропередачи, в которой при работе в режиме прямой передачи отсутствует трение между звеньями гидромашин, уменьшается механический износ вытеснителей гидромашин, уменьшается износ распределительного устройства, уменьшаются гидравлические и механические потери и, следовательно, увеличивается рабочий ресурс.

Поставленная задача решается тем, что в регулируемой объемной гидропередаче, содержащей кинематическую цепь, образованную объединением двух роторных гидромашин объемного вытеснения при помощи гидравлической и механической связей, которая содержит ведущее звено, являющееся началом этой кинематической цепи, ведомое звено, являющееся концом этой кинематической цепи, и опорное звено, связанное с корпусом опорной связью, опорное звено установлено с возможностью вращения относительно корпуса и содержит устройство прерывания этой опорной связи. Это позволяет уменьшить в режиме прямой передачи механические потери на трение и износ звеньев гидропередачи, так как опорное звено при прерванной опорной связи начнет за счет сил трения вращаться вместе со звеньями гидропередачи, с которыми оно контактирует, и потери на трение между ними будут практически отсутствовать. Кроме того, гидропередача содержит устройство блокировки вращения входного и выходного звена относительно друг друга. Блокирование вращения входного и выходного звена относительно друг друга в момент прямой передачи, при прерванной опорной связи, позволяет полностью исключить гидравлические и механические потери на трение между звеньями гидромашин, так как все они вращаются с одинаковой скоростью относительно корпуса и при этом их движения относительно друг друга не происходит.

В данном конкретном частном случае реализации изобретения, гидромашины, входящие в состав гидропередачи, являются аксиально-поршневыми, причем одна из них является регулируемой. В общем же случае они могут быть любыми роторными гидромашинами объемного вытеснения, одна или две из которых являются регулируемыми. Например, гидромашины могут быть аксиально-поршневыми, радиально-поршневыми, винтовыми, шиберными, шестеренчатыми, а также их различными комбинациями.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретным частным примером выполнения и чертежом, на котором: изображена регулируемая гидропередача объемного вытеснения, продольный разрез.

Регулируемая объемная гидропередача содержит регулируемую аксиально-поршневую гидромашину 1 и нерегулируемую аксиально-поршневую гидромашину 2, которые объединены вместе при помощи гидравлической и механической связей в кинематическую цепь с началом на ведущем звене, которое образовано совокупностью входного вала 3, наклонной шайбы 4 и распределительного узла 5, и концом на ведомом звене, которое образовано совокупностью выходного вала 6 и блока цилиндров 7. Входной вал 3 установлен в корпусе 8 на подшипнике 9, а выходной вал установлен в корпусе 8 на подшипнике 10. Входной вал 3 входит в состав регулируемой аксиально-поршневой гидромашины 1, которая содержит наклонную шайбу 11, закрепленную на входном валу 3 посредством оси 12, с возможностью изменения угла наклона относительно входного вала 3 и возможностью синхронного вращения вместе с ним. Кроме того, регулируемая аксиально-поршневая гидромашина 1 содержит блок цилиндров 13, который закреплен на входном валу 3 при помощи подшипника 14, с возможностью вращения относительно этого входного вала 3 и корпуса 8. Внутри блока цилиндров 13 расположены цилиндры 15 с поршнями 16, которые контактируют с наклонной шайбой 11. Блок цилиндров 13 контактирует с распределительным узлом 5, осуществляющим гидравлическую связь между гидромашинами 1 и 2, который выполнен в виде плоского диска, установленного на входном валу 3 с возможностью синхронного вращения вместе с ним и выполнен за одно целое с этим входным валом 3. Распределительный узел 5 также контактирует с блоком цилиндров 7 гидромашины 2, которая содержит наклонную шайбу 4, закрепленную на входном валу 3 с возможностью синхронного вращения вместе с ним и выполненную за одно целое с этим входным валом 3. Блок цилиндров 7 закреплен на входном валу 3 посредством подшипника 17 с возможностью вращения относительно него и корпуса 8. Внутри блока цилиндров 7 расположены цилиндры 18 с поршнями 19, которые контактируют с наклонной шайбой 4. Кроме того, гидропередача содержит устройство прерывания опорной связи 20, которое выполнено, в данном конкретном случае реализации изобретения, в виде тормозного элемента, закрепленного на корпусе 8 и способного блокировать и разблокировать вращение опорного звена относительно корпуса 8 и тем самым осуществлять или прерывать опорную связь опорного звена с корпусом 8. В данном конкретном случае реализации изобретения опорным звеном является блок цилиндров 13 гидромашины 1. Гидропередача содержит также устройство блокировки вращения входного и выходного звена относительно друг друга, которое выполнено в виде муфты 21, закрепленной на входном валу 3 при помощи шлицевого соединения 22 с возможностью движения вдоль входного вала 3 и возможностью контакта с выходным валом 6.

Гидропередача работает следующим образом. При вращении входного звена, состоящего из входного вала 3, распределительного узла 5 и наклонной шайбы 4, начинает вращаться наклонная шайба 11. Если выходное звено, образованное выходным валом 6 и блоком цилиндров 7 гидромашины 2, остановлено, а рабочие объемы обеих гидромашин равны, то наблюдается режим холостого хода. При этом блок цилиндров 13 гидромашины 1, являющийся в данном примере реализации гидропередачи опорным звеном, не вращается, так как заблокирован от возможности вращения при помощи устройства прерывания опорной связи 20, которое выполнено в виде тормозного элемента, закрепленного на корпусе 8 и контактирующего с блоком цилиндров 7, препятствуя его вращению относительно корпуса 8 и тем самым осуществляя его опорную связь с корпусом 8. Обе гидромашины работают в качестве насосов и перекачивают друг в друга равные объемы жидкости.

Если уменьшить рабочий объем регулируемой гидромашины 1, то при той же скорости вращения входного вала 3, количество потребляемой и подаваемой ею жидкости уменьшается. Нерегулируемая гидромашина 2 тоже уменьшает свою подачу, а так как ее рабочий объем не изменился, то выходной вал 6 для уменьшения ею подачи жидкости начинает вращаться в сторону входного вала 3. При нулевом рабочем объеме регулируемой гидромашины 1 ее подача жидкости также равна нулю. Нерегулируемая гидромашина 2 должна в этом случае тоже иметь нулевую подачу, а это возможно только при равных скоростях вращения входного вала 3 и выходного вала 6, то есть в режиме прямой передачи. В этом режиме работы гидропередачи устройство прерывания опорной связи 20, выполненное в виде тормозного элемента, прерывает опорную связь блока цилиндров 13 с корпусом 8, то есть тормозной элемент отодвигается от блока цилиндров 13 и перестает с ним контактировать, давая тем самым ему возможность вращаться относительно корпуса 8 вместе с другими звеньями гидромашины, с которыми он взаимодействует. В данном примере блок цилиндров 13 взаимодействует с плоским диском 5 и через поршни 16 с наклонной шайбой 11. Силы трения между этими звеньями гидромашины будут стремиться заставить их вращаться с равными угловыми скоростями относительно корпуса 8, тем самым, сокращая потери на трение между ними. Для полного исключения гидравлических и механических потерь на трение между звеньями обеих гидромашин в режиме прямой передачи, муфта 21, являющаяся устройством блокировки вращения входного и выходного звена, сдвигается по шлицевому соединению 22 и начинает контактировать с выходным валом 6, блокируя тем самым возможность вращения выходного вала 6 относительно входного вала 3. Таким образом, в режиме прямой передачи все звенья обеих гидромашин вращаются относительно корпуса 8 с одинаковой скоростью и между ними отсутствуют потери на трение. (Привод наклонной шайбы 11, муфты 21, устройства прерывания опорной связи 20 на чертеже не показаны).

Для того чтобы выйти из режима прямой передачи, нужно муфту 21 и устройство прерывания опорной связи 20 вернуть в первоначальное положение. Далее гидропередача работает в обыкновенном режиме.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к объемным гидропередачам, и может быть использовано в трансмиссиях различных машин вместо механической или гидромеханической коробки передач. Регулируемая объемная гидропередача содержит кинематическую цепь, образованную объединением двух роторных гидромашин объемного вытеснения при помощи гидравлической и механической связей, которая содержит ведущее звено, являющееся началом этой кинематической цепи, ведомое звено, являющееся концом этой кинематической цепи, и опорное звено, связанное с корпусом опорной связью. Опорное звено установлено с возможностью вращения относительно корпуса и содержит устройство прерывания этой опорной связи. Кроме того, гидропередача содержит устройство блокировки вращения входного и выходного звеньев относительно друг друга. Технический результат - уменьшение механических потерь на трение и износ звеньев гидропередачи. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Регулируемая гидропередача, содержащая кинематическую цепь, образованную объединением двух роторных гидромашин объемного вытеснения при помощи гидравлической и механической связей, которая содержит ведущее звено, ведомое звено и опорное звено, связанное с корпусом опорной связью, отличающаяся тем, что опорное звено установлено с возможностью вращения относительно корпуса и содержит устройство прерывания опорной связи. 2. Гидропередача по п.1, отличающаяся тем, что содержит устройство блокировки вращения входного и выходного звеньев относительно друг друга.