ИНЕРЦИОННАЯ ТРАНСМИССИЯ Российский патент 2000 года по МПК B60K6/10 F16H33/14 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к маховичным трансмиссиям, и может быть использовано в гибридных приводах транспортных средств, машин и механизмов, приводимых в движение двигателем или мускульным приводом, а также в качестве инерционного привода.

Известна маховичная трансмиссия по а.с. N 1629654, 1991 г., кл. F 16 H 33/02. Известная маховичная трансмиссия содержит корпус, размещенные в нем маховик и дополнительные маховики с переменным моментом инерции, фрикционную муфту и вариатор привода маховика, привод дополнительных маховиков с четырьмя фрикционными муфтами, механизмы управления перемещением инерционных масс дополнительных маховиков и планетарный редуктор для соединения с транспортным средством. Трансмиссия позволяет накопить энергию маховиком, подзаряжать дополнительные маховики, одновременно и по отдельности передавать энергию транспортному средству и возвратить энергию маховику при торможении транспортного средства. Недостатком известной трансмиссии является сложная система регулирования передаточного числа и управления накоплением и расходом механической энергии, большие габариты, ограниченная энергоемкость дополнительных маховиков из-за недостаточной прочности конструкции с подвижными инерционными массами.

Известна силовая передача самодвижущегося автомобиля по заявке Великобритании и 2121742 от 1984 г., кл. E 60 K 9/04. Известная силовая передача автомобиля включает трехзвенный дифференциал, первое звено которого кинематически связано с выходным валом, передающим вращение ведущим колесам автомобиля, второе звено кинематически связано с двигателем, а третье звено с маховиком - накопителем энергии. В приводимых примерах выполнения силовой передачи дифференциал используется как передача вращения с регулированием передаваемого вращающего момента. При этом двигатель связан с дифференциалом посредством передачи с бесступенчатым изменением передаточного числа, дифференциал связан с маховиком посредством повышающей конической передачи и автоматической трансмиссии с гидравлическим преобразователем вращающего момента. Недостатком известной силовой передачи автомобиля является ограничение вращающего момента, воспринимаемого маховиком при передаче вращения двигателя ведущему, второму звену дифференциала, а вращение ведомых первого и третьего звеньев соответственно выходному валу силовой передачи и маховику. Передача вращения от второго звена третьему звену и связанному с ним маховику происходит с уменьшением передаточного числа и скорости вращения маховика. Для повышения скорости вращения маховика и передаваемого вращающего момента дополнительно используется коническая передача и преобразователь вращающего момента. Это увеличивает потери на трение и снижает коэффициент полезного действия силовой передачи. Силовая передача имеет сложную конструкцию, сложную систему регулирования передаточного числа и управления накоплением и расходом механической энергии.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленной инерционной трансмиссии является промежуточная передача привода в составе гибридного привода транспортного средства по пат. ЕР 162519 A1, 27.11.85, B 60 K 9/04. Известная промежуточная передача привода включает корпус, маховик, трехзвенный планетарный механизм, имеющий солнечную шестерню, водило с сателлитами и коронную шестерню, который водилом кинематически связан с бесступенчатой механической передачей привода, две муфты сцепления, первая муфта сцепления кинематически связана с маховиком и с солнечной шестерней, а вторая с коронной шестерней и с внешней передачей возвратно-поступательного движения. Передача возвратно-поступательного движения установлена в корпусе и кинематически связана с измерительным элементом вариатора, управляющим включением второй муфты сцепления. Промежуточная передача привода позволяет соединять маховик с солнечной шестерней посредством первой муфты сцепления, передавать ускоренное вращение маховику, управлять при помощи вариатора включением второй муфты сцепления и торможением связанного с ней звена планетарного механизма в зависимости от инерции массы и ускорения маховика, запасти энергию маховиком и передавать ее посредством бесступенчатой механической передачи гибридному приводу транспортного средства. Недостатком промежуточной передачи привода является сложная конструкция, сложная система управления накоплением и расходом запасенной энергии вращения маховика, невозможность использования промежуточной передачи для прямой передачи энергии вращения двигателя и маховика выходному валу привода транспортного средства.

Задачей изобретения является создание инерционной трансмиссии для передачи вращения, накопления и совместного использования подводимой и запасенной энергии вращения в гибридных приводах транспортных средств, машин и механизмов, обеспечивающей упрощение систем передачи вращения и изменения передаточного числа путем передачи вращения входного вала выходному валу трансмиссии посредством планетарного механизма за счет преодоления инерции ускоренного вращения маховика при одновременном накоплении энергии вращения маховиком и последующей прямой передачи вращения от маховика и входного вала выходному валу путем соединения маховика, выходного вала и связанных с ними звеньев планетарного механизма посредством муфты сцепления, увеличения вращающего момента и скорости вращения входного и выходного валов за счет запасенной энергии вращения маховика.

Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата инерционная трансмиссия имеет следующую совокупность существенных признаков. Инерционная трансмиссия содержит корпус, установленные в нем маховик, трехзвенный планетарный механизм, который водилом связан с входным валом, одним из ведомых звеньев с маховиком, другим с выходным валом, муфту сцепления и средство изменения передаточного числа. Отличительной особенностью трансмиссии является нижеследующее. Средство изменения передаточного числа включает входящие в трансмиссию планетарный механизм и муфту сцепления, которая установлена на выходном валу и связана с маховиком с возможностью сообщения ускорения маховику и передачи вращения выходному валу при выключении муфты сцепления и последующей прямой передачи вращения от маховика и входного вала выходному валу при включении муфты сцепления. Такое выполнение трансмиссии позволяет сообщить ускорение маховику и передать вращающий момент, воспринимаемый маховиком, выходному валу при одновременном накоплении энергии маховиком. Последующее включение муфты сцепления позволяет плавно соединить маховик с выходным валом и два звена планетарного механизма между собой, изменить передаточное число и осуществить прямую передачу вращения от маховика и входного вала выходному валу, увеличить вращающий момент и скорость вращения входного и выходного валов за счет запасенной энергии маховика, управлять совместным использованием подводимой и запасенной энергии вращения. Повторное сообщение ускорения маховику при выключенной муфте сцепления позволяет запасти дополнительную энергию вращения, сообщить новое ускорение выходному валу и продолжить прямую передачу вращения от маховика и входного вала выходному валу при включении муфты сцепления.

Для повышения энергоемкости маховика трансмиссия снабжена по меньшей мере одним дополнительным маховиком и одним дифференциальным механизмом, который ведущим звеном кинематически связан с ведомым звеном планетарного механизма, а ведомыми звеньями с одним из маховиков с возможностью сообщения ускорения маховиком и передачи вращения выходному валу при выключении муфты сцепления и последующей передачей вращения от маховиков и входного вала выходному валу при включении муфты сцепления. Такое выполнение трансмиссии позволяет при выключении муфты сцепления распределить вращающий момент между маховиками в разных отношениях, разгонять маховики с разной скоростью, передавать энергию, запасенную одним маховиком, другому, дополнительно увеличить вращающий момент, воспринимаемый маховиками, и передавать его выходному валу, накопить энергию вращения маховиками. Последующее включение муфты сцепления позволяет плавно соединить один из маховиков с выходным валом, передать ему вращающий момент маховика и увеличить скорость вращения второго маховика, передавать вращающий момент, создаваемый запасенной энергией маховиков за счет подводимой энергии вращения выходному валу и управлять совместным использованием подводимой и запасенной энергии вращения.

Для интенсивного накопления подводимой энергии, изменения скорости и направления вращения трансмиссия снабжена тормозом выходного вала и коробкой передач, установленной на выходном валу. Такое выполнение трансмиссии позволяет затормозить выходной вал и связанное с ним звено планетарного механизма, изменить передаточное число и повысить интенсивность накопления энергии, передавать вращение коробке передач, изменять скорость и направление вращения с помощью коробки передач.

Для автоматизации управления трансмиссией механизмы управления выключением муфты сцепления и включением тормоза выходного вала сблокированы между собой и снабжены общим органом управления. Такое выполнение трансмиссии позволяет общим органом управления за счет разных управляющих усилий, в автоматической последовательности управлять выключением муфты сцепления, установленной на выходном валу, и включением тормоза выходного вала.

Для независимого использования запасенной энергии вращения, передачи вращения и накопления энергии вращения, подводимой со стороны выходного вала, трансмиссия снабжена обгонной муфтой, тормозом входного вала и дополнительной муфтой сцепления, которая установлена на входном валу и связана с ведомым элементом обгонной муфты. Такое выполнение трансмиссии позволяет использовать запасенную энергию для передачи выходному валу независимо от интенсивности подвода механической энергии к ведущему элементу обгонной муфты, рассоединять ведомый элемент обгонной муфты и входной вал при помощи дополнительной муфты сцепления, торможением входного вала изменить направление потока механической энергии и накопить энергию, подводимую со стороны выходного вала.

Для автоматизации управления трансмиссией механизмы управления выключением дополнительной муфты сцепления и включением тормоза входного вала сблокированы между собой и снабжены общим органом управления. Такое выполнение трансмиссии позволяет общим органом управления за счет разных управляющих усилий, в автоматической последовательности управлять выключением дополнительной муфты сцепления и включением тормоза входного вала.

Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена инерционная трансмиссия, кинематическая схема; на фиг. 2 - 4 - то же, примеры выполнения кинематической схемы на фиг. 1.

Инерционная трансмиссия содержит корпус 1, установленные в нем маховик 2 и средство изменения передаточного числа 3, включающее трехзвенный планетарный механизм 4 и муфту сцепления 5. Планетарный механизм 4 ведущим звеном, например, водилом 6 с сателлитами 7 связан с входным валом 8. Ведомые звенья 9 и 10 механизма 4 связаны соответственно с маховиком 2 и выходным валом 11. Муфта сцепления 5 установлена на выходном валу 11 и связана с маховиком 2.

Трансмиссия с повышенной энергоемкостью маховика (фиг. 2) снабжена дополнительным маховиком 12 и дифференциальным механизмом 13. Дифференциальный механизм 13 ведущим звеном, например, водилом 14 с сателлитами 15 кинематически связан с ведомым звеном 9 планетарного механизма 4. Ведомые звенья 16 и 17 механизма 13 кинематически связаны соответственно с маховиками 2 и 12.

Трансмиссия с интенсивным накоплением подводимой энергии вращения, изменением скорости и направления вращения, автоматизированным управлением (фиг. 3) снабжена тормозом 18 выходного вала 11 и коробкой передач 19 с ведомым валом 20, установленной на выходном валу 11. Механизмы автоматизированного управления выключением муфты сцепления 5 и включением тормоза 18 выходного вала 11 сблокированы между собой и снабжены общим ножным гидравлическим приводом 21. Гидравлический привод 21 содержит главный гидравлический цилиндр 22, педаль управления 23, рабочий гидравлический цилиндр 24 выключения муфты сцепления 5, рабочий гидравлический цилиндр 25 включения тормоза 18 выходного вала 11 и трубопровод 26 для подачи гидравлической жидкости в систему гидропривода 21.

Трансмиссия с независимым использованием запасенной энергии вращения и автоматизированным управлением (фиг. 4) снабжена обгонной муфтой 27 с ведущим элементом 28 и ведомым элементом 29, тормозом 30 входного вала 8 и дополнительной муфтой сцепления 31. Муфта сцепления 31 установлена на входном валу 8 и связана с ведомым элементом 29 обгонной муфты 27. Механизмы автоматизированного управления выключением муфты сцепления 31 и включением тормоза 30 входного вала 8 сблокированы между собой и снабжены общим ножным гидравлическим приводом 32. Гидравлический привод 32 содержит главный гидравлический цилиндр 33, педаль управления 34, рабочий гидравлический цилиндр 35 выключения муфты сцепления 31, рабочий гидравлический цилиндр 36 включения тормоза 30 входного вала 8 и трубопровод 37 для подачи гидравлической жидкости в систему гидропривода 32.

Инерционная трансмиссия (фиг. 1) работает следующим образом. При выключении муфты сцепления 5 и передаче вращения входному валу 8 подводимый вращающий момент передается водилу с сателлитами 7 планетарного механизма 4. Сателлиты 7, вращаясь на своих осях, передают вращение ведомому звену 9 и связанному с ним маховику 2, а вращающий момент, воспринимаемый маховиком 2, ведомому звену 10 и связанному с ним нагруженному выходному валу 11 с одновременным накоплением энергии вращения маховиком 2. После сообщения ускорения маховику 2 и передачи вращения выходному валу 11 включением муфты сцепления 5 плавно соединяют маховик 2 с выходным валом 11. Выходной вал 11, маховик 2 и планетарный механизм 4 с входным валом 8 начинают вращаться как одно целое. Выходному валу 11 передается дополнительный вращающий момент, создаваемый запасенной энергией маховика 2, и производится прямая передача подводимой и запасенной энергии вращения.

Повторное сообщение ускорения маховику 2 при выключенной муфте сцепления 5 позволяет запасти дополнительную энергию, сообщить новое ускорение выходному валу 11 и включением муфты сцепления 5 продолжить прямую передачу вращения входного вала 8 выходному валу 11.

Работа трансмиссии с повышенной энергоемкостью маховика (фиг. 2) отличается тем, что при выключении муфты сцепления 5 вращение маховикам 2 и 12 передается посредством дифференциального механизма 13 от ведомого звена 9 планетарного механизма 4. Вращающий момент, воспринимаемый маховиками 2 и 12, передается дифференциальным механизмом 13 ведомому звену 9 планетарного механизма 4, ведомому звену 10 и связанному с ним нагруженному выходному валу 11 при одновременном накоплении энергии вращения маховиками 2 и 12. После сообщения ускорения маховикам 2 и 12 включают муфту сцепления 5 и плавно соединяют маховик 2 с выходным валом 11. Выходному валу 11 передается вращающий момент, создаваемый запасенной энергией маховиков 2 и 12 за счет подводимой энергии вращения.

Работа трансмиссии с интенсивным накоплением подводимой энергии вращения, изменением скорости вращения и направления вращения, автоматизированным управлением (фиг. 3) отличается тем, что при выключении муфты сцепления 5 включается тормоз 18 выходного вала 11. При торможении выходного вала 11 и связанного с ним ведомого звана 10 изменяется передаточное число планетарного механизма 4, увеличивается скорость вращения маховика 2. После сообщения ускорения маховику 2 выключается тормоз 18 и включается коробка передач 19 с выбранным направлением вращения ведомого вала 20. При этом выходному валу 11 и коробке передач 19 с ведомым валом 20 передается подводимый вращающий момент и дополнительный, создаваемый запасенной энергией маховика 2. Повторное сообщение ускорения маховику 2 производится при включенной коробке передач 19 и выключенной муфте сцепления 5 с последующей прямой передачей подводимого и дополнительного вращающих моментов коробке передач 19 плавным включением муфты сцепления 5 и соединением выходного вала 11 с маховиком 2.

Автоматизированное управление выключением муфты сцепления 5 и включением тормоза 18 выходного вала 11 производится педалью управления 23 главного гидравлического цилиндра 22 общего ножного гидравлического привода 21. Нажатием педали управления 23 производится подача гидравлической жидкости по трубопроводу 26 в рабочие гидравлические цилиндры 24 и 25 управления муфтой сцепления 5 и тормозом 18 выходного вала 11. За счет разных управляющих усилий включение тормоза 18 происходит в автоматической последовательности после выключения муфты сцепления 5. При снятии усилия с педали управления 23 последовательно выключается тормоз 18 и включается муфта сцепления 5, соединяя маховик 2 с выходным валом 11.

Работа трансмиссии с независимым использованием запасенной энергии и автоматизированным управлением (фиг. 4) отличается тем, что вращение входному валу 8 передается посредством обгонной муфты 27 и дополнительной муфты сцепления 31. При уменьшении скорости вращения или остановке ведущего элемента 28 обгонной муфты 27 выключают муфту сцепления 31 и включают тормоз 30 входного вала 8. Торможение вала 8 и связанного с ним звена 6 планетарного механизма 4 позволяет изменить передаточное число механизма 4 и передать вращающий момент, создаваемый запасенной энергией маховиков 2 и 12 выходному валу 11 и коробке передач 19 с ведомым валом 20 независимо от скорости вращения ведущего элемента 28 обгонной муфты 27. В случае передачи вращающего момента выходному валу 11 со стороны коробки передач 19 ведомым валом 20 торможение входного вала 8 и связанного с ним звена 6 планетарного механизма 4 позволяет увеличить скорость вращения ведущего звена 14 дифференциального механизма 13 и передать ускоренное вращение маховику 12 при включенной муфте сцепления 5 или маховикам 2 и 12 при выключенной муфте сцепления 5 и запасти энергию вращения для последующего использования.

Автоматизированное управление выключением муфты сцепления 31 и включением тормоза 30 входного вала 8 производится педалью управления 34 главного гидравлического цилиндра 33 общего ножного гидравлического привода 32. Нажатием педали управления 34 производят подачу гидравлической жидкости по трубопроводу 37 в рабочие гидравлические цилиндры 35 и 36 управления муфтой сцепления 31 и тормозом 30 входного вала 8. За счет разных усилий управления включение тормоза 30 происходит в автоматической последовательности после выключения муфты оцепления 31. При снятии усилия с педали управления 34 последовательно выключается тормоз 30 и включается муфта сцепления 31, соединяя входной вал 8 с ведомым элементом 29 обгонной муфты 27, передающей подводимый вращающий момент входному валу 8. В процесса передачи вращения входному валу 8, маховикам 2 и 12 и выходному валу 11 управление муфтой сцепления 5 может производиться нажатием педали управления 23 без включения тормоза 18 выходного вала 11, а управление муфтой сцепления 31 может производиться нажатием педали управления 34 без включения тормоза 30 входного вала 8 за счет ограничения управляющего усилия на педали управления 23 и 34.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к приводам транспортных средств, машин, механизмов, приводимых в движение двигателем или мускульным приводом. Трансмиссия содержит корпус, установленные в нем маховик, трехзвенный планетарный механизм, который водилом связан с входным валом, одним из ведомых звеньев - с маховиком, другим - с выходным валом, муфту сцепления и средство изменения передаточного числа. Средство изменения передаточного числа включает входящие в трансмиссию планетарный механизм и муфту сцепления, которая установлена на выходном валу и связана с маховиком с возможностью сообщения ускорения маховику и передачи вращения выходному валу при выключении муфты сцепления и последующей прямой передачи вращения от маховика и входного вала выходному валу при включении муфты сцепления. В результате упрощается система регулирования передаточного числа и управления накоплением и расходом энергии. 5 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Инерционная трансмиссия, содержащая корпус, установленные в нем маховик, трехзвенный планетарный механизм, который водилом связан с входным валом, одним из ведомых звеньев - с маховиком, другим - с выходным валом, муфту сцепления и средство изменения передаточного числа, отличающаяся тем, что средство изменения передаточного числа включает входящие в трансмиссию планетарный механизм и муфту сцепления, которая установлена на выходном валу и связана с маховиком с возможностью сообщения ускорения маховику и передачи вращения выходному валу при выключении муфты сцепления и последующей прямой передачи вращения от маховика и входного вала выходному валу при включении муфты сцепления. 2. Трансмиссия по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена по меньшей мере одним дополнительным маховиком и одним дифференциальным механизмом, который ведущим звеном кинематически связан с ведомым звеном планетарного механизма, а ведомыми звеньями - с одним из маховиком с возможностью сообщения ускорения маховикам и передачи вращения выходному валу при выключении муфты сцепления и последующей передачи вращения от маховиков и входного вала выходному валу при включении муфты сцепления. 3. Трансмиссия по одному из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что она снабжена тормозом выходного вала и коробкой передач, установленной на выходном валу. 4. Трансмиссия по п.3, отличающаяся тем, что механизмы управления выключением муфты сцепления и включением тормоза выходного вала сблокированы между собой и снабжены общим органом управления. 5. Трансмиссия по п.4, отличающаяся тем, что она снабжена обгонной муфтой, тормозом входного вала и дополнительной муфтой сцепления, которая установлена на входном валу и связана с ведомым элементом обгонной муфты. 6. Трансмиссия по п.5, отличающаяся тем, что механизмы управления выключением муфты сцепления и включением тормоза входного вала сблокированы между собой и снабжены общим органом управления.