ВАРИАТОРНЫЙ ПРИВОД МОБИЛЬНОЙ МАШИНЫ Российский патент 2003 года по МПК B60K17/346 

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для плавного изменения передаточного отношения между двигателем и движителями мобильных машин (автомобили, тракторы, тепловозы) любой мощности, обеспечивая трогание под нагрузкой, реверс, движение накатом, торможение двигателем и задний ход.

Известны высокомоментные вариаторы, в которых момент от входного к выходному валу передается посредством кулачков, кареток, коромысел, обгонных муфт и трехвального дифференциала, а плавное изменение передаточного отношения достигается изменением плеч рычагов, а также относительным перемещением кулачка и контактирующего с ним ролика на коромысле или каретке [1 - 3] . Эти вариаторы позволяют передавать большую мощность от двигателя к потребителю с плавно изменяемыми угловой скоростью и моментом на выходном валу при высокой равномерности вращения выходного вала, они универсальны и, в частности, могут быть применены в системе привода мобильных машин.

В предлагаемом изобретении конструкция применяемого высокомоментного вариатора не принципиальна, поэтому возьмем за прототип высокомоментный вариатор [3], содержащий входной с двумя пространственными кулачками и выходной валы вариатора, рукоятку изменения передаточного отношения, трехвальный дифференциал, вал водила которого с сателлитом составляет единое звено с выходным валом, а на двух других валах посажены сцепленные с сателлитом колеса дифференциала, снабженные с возможностью сообщения вращательного движения с относительным фазовым сдвигом на 90^o приводными механизмами, каждый из которых включает в себя два связанных зубчатыми секторами, снабженных роликами и смонтированных в плоскости оси входного вала коромысла, две обгонные муфты, с кинематически жестко связанными с колесом дифференциала ведомыми полумуфтами, а каждая из ведущих - с коромыслом, при этом каждое коромысло выполнено с изменяемым от рукоятки изменения передаточного отношения плечом и контактирующим, посредством ролика, с одним из кулачков.

Признаки известного механизма (прототипа), совпадающие с заявляемым изобретением, следующие. Он содержит высокомоментный вариатор с входным валом вариатора, рукояткой изменения передаточного отношения и трехвальным дифференциалом, вал водила которого с сателлитом является выходным звеном вариатора, а на двух других валах посажены сцепленные с сателлитом колеса дифференциала, кинематически связанные с входным валом вариатора обгонными муфтами.

Известный высокомоментный вариатор, непосредственно используемый на мобильной машине для передачи механической энергии от двигателя к движителям (колесам или гусеницам), из-за связи выходного звена вариатора с входным посредством обгонных муфт, не обеспечивает режим торможения двигателем, например при движении под уклон, вследствие обгонного характера вращения связанного с движителями выходного звена вариатора.

Цель предлагаемого изобретения - расширение функциональных возможностей.

Вариаторный привод мобильной машины имеет следующие существенные признаки. Он снабжен ведущим и, по крайней мере одним, ведомым валами, коробкой передач с входным и выходным валами коробки, соединяющей ведущий вал с входным валом коробки управляемой муфтой и высокомоментным вариатором, содержащим соединенный с ведущим валом входной вал вариатора, рукоятку изменения передаточного отношения и трехвальный дифференциал, вал водила которого с сателлитом является выходным звеном вариатора, кинематически связанным с ведомым валом и с выходным валом коробки, а на двух других валах посажены сцепленные с сателлитом колеса дифференциала, кинематически связанные с входным валом вариатора обгонными муфтами.

Отличительными от прототипа признаками изобретения являются следующие. Он снабжен ведущим и, по крайней мере одним, кинематически связанным с выходным звеном вариатора ведомым валами, коробкой передач с входным и выходным валами коробки, а также соединяющей ведущий вал с входным валом коробки управляемой муфтой, при этом ведущий вал соединен с входным валом вариатора, а выходной вал коробки кинематически связан с выходным звеном вариатора.

Дополнительно к указанным признакам имеются следующие, уменьшающие габариты (см. [4]), а также повышающие КПД предлагаемого привода и ресурс высокомоментного вариатора.

Механизм снабжен двумя ведомыми валами с закрепленными на них коническими колесами и смонтированой на водиле с возможностью свободного вращения конической шестерней, сцепленной с коническими колесами.

Механизм снабжен дополнительной управляемой муфтой, соединяющей входной вал вариатора с ведущим валом.

На фиг.1 представлен вариант конструкции вариаторного привода мобильной машины с одним ведомым валом, на фиг.2 - с двумя ведомыми валами.

Привод (фиг.1) содержит установленные в подшипниках корпуса 1 ведущий 2 и ведомый 3 валы; двухступенчатую коробку передач 4 с входным 5 и выходным 6 валами коробки, 7 - ручка переключения передач; высокомоментный вариатор 8 с рукояткой изменения передаточного отношения 9, входным валом вариатора 10 и трехвальным дифференциалом, у которого вал водила 11, несущий сателлит 12, является выходным звеном вариатора, два других вала 13 и 14 с колесами дифференциала 15 и 16 свободно посажены на ведомом валу и связаны обгонными муфтами (не показаны) с входным валом вариатора 10, а вал водила 11 смонтирован на ведомом валу и связан с ним шпонкой 17. Входной вал коробки 5 соединен с ведущим валом посредством управляемой от рукоятки 18 фрикционной управляемой муфты 19 и зубчатой пары: 20 - закрепленное на ведущем валу зубчатое колесо, 21 - установленная на входном валу коробки с возможностью свободного вращения и соединения с этим валом управляемой муфтой 19 шестерня, сцепленная с зубчатым колесом 20. На выходном валу коробки закреплена шестерня 22, сцепленная с выполненным на валу водила зубчатым венцом 23. Входной вал вариатора 10 соединен с ведущим валом посредством управляемой от рукоятки 24 дополнительной фрикционной управляемой муфты 25 и сцепленной с зубчатым колесом 20 шестерни 26, установленной на входном валу вариатора 10 с возможностью свободного вращения и соединения с этим валом дополнительной управляемой муфтой 25. Цифрами "I" и "II" обозначены позиции ручки переключения передач 7, а также положения рукоятки изменения передаточного отношения 9 вариатора, при которых передаточные отношения между ведомым и ведущим валами равны, как при передаче вращения через вариатор, так и посредством коробки передач. Позиции "0" и "III" рукоятки 9 соответствуют нулевой и максимальной скоростям выходного вала вариатора. Вал двигателя (не показан) соединен с ведущим валом 2, а движители (не показаны) соединены с ведомым валом.

Рассмотрим работу предлагаемого вариаторного привода на различных режимах (фиг.1). Введем обозначения: ω_i - угловая скорость i-гo звена; М_ij- действующий на i-e звено момент со стороны j-гo звена; М₂ и М₃ - моменты, приложенные к ведущему и ведомому валам со стороны соответственно двигателя и движителей, при этом ω₃ = ω₁₁ и М₃=M_11,3.

1) Режим трогания под нагрузкой и движение с резко изменяющимися дорожными условиями
При работающем двигателе дополнительная управляемая муфта 25 включена, рукоятка 9 в положении "0", а управляемая муфта 19 выключена. В начале трогания рукоятка 9 плавно переводится из положения "0" в положение между "0" и "III", при этом ω₃ плавно увеличивается от нуля до рабочей скорости, а М₃ плавно уменьшается от максимального момента М_3mах до момента сопротивления движению. Высокомоментный вариатор позволяет при нулевой скорости выходного звена вариатора увеличивать передаваемый момент М_3max на два порядка. Дальнейшее движение осуществляется при оптимальном изменении режима работы двигателя и положения рукоятки 9 автоматически или вручную. Звенья коробки передач не нагружены, т.е. M_5,2=M_6,11=0
2) Режим движения при стационарных дорожных условиях
При разгоне дополнительная управляемая муфта 25 включена, а управляемая муфта 19 выключена. Рукоятка 9 доводится до положения "I" или "II" и включается управляемая муфта 19 с одновременным увеличением скорости двигателя. В этом случае момент на ведомый вал будет передаваться только коробкой передач, а выходное звено вариатора будет совершать обгон. В этом режиме можно уменьшать скорость ω₆ только после перемещения рукоятки 9 к положению "0". Следует учитывать, что высокомоментный вариатор - самотормозящийся механизм, т.е. его выходное звено не может быть ведущим.

3) Режим движения накатом
Управляемая муфта 19 выключена, и при положении "0" рукоятки 9 мобильная машина может двигаться накатом по инерции или под уклон с минимальными потерями в трансмиссии за счет обгонного действия выходного звена вариатора.

4) Режим торможения двигателем
Этот режим возможен при движении по инерции или под уклон, когда управляемая муфта 19 включена, рукоятка 9 переведена в положение "0" и ведущим звеном становится ведомый вал. В этом случае момент передается от ведомого вала ведущему посредством коробки передач при любом положении ручки переключения передач (M_10,2,=0).

5) Режим заднего хода
Задний ход мобильной машины, т.е. реверс привода обеспечивается или реверсированием обгонных муфт с выключенной управляемой муфтой 19, или использованием механизма реверса, между ведомым валом и движителями.

В режимах 2) - 4) движение следует осуществлять при отключенной дополнительной управляемой муфте 25 (M_10,2=0), которая в данном механизме не обязательна и служит для отключения некоторых подвижных звеньев высокомоментного вариатора, при этом повышается КПД привода и ресурс высокомоментного вариатора.

В конструкции привода, показанной на фиг.2, имеются два ведомых вала 3а и 3b с посаженными на них приводными колесами 27а и 27b мобильной машины. Ведомые валы связаны посредством колесного дифференциала, встроенного в дифференциал высокомоментного вариатора, что уменьшает общие габариты привода. Колесный дифференциал включает в себя посаженные на ведомые валы конические колеса 28а и 28b, связанные с валами шпонками 29а и 29b, и сцепленную с этими колесами коническую шестерню 30, смонтированную на водиле с возможностью свободного вращения.

Тип используемых управляемых муфт не принципиален: можно применять фрикционные, кулачковые или зубчатые сцепные муфты.

Наличие высокомоментного вариатора в предлагаемом приводе позволяет использовать жесткую кинематическую связь между ведущим валом 2 и валом двигателя, т.е. без фрикционной муфты сцепления.

Источники информации
1. DE 3309044, F 16 Н 29/08, 14.03.83 (Rindfleisch В.).

2. RU 2147701 C1, F 16 H 29/08, 25.02.98 (Б.В. Пылаев).

3. RU 2169870 С2, F 16 Н 29/08, 14.05.99 (Б.В. Пылаев).

4. RU 2158205 C1, В 60 К 17/346, 24.02.99 (Б.В. Пылаев).

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для плавного изменения передаточного отношения между двигателем и движителями мобильных машин (автомобили, тракторы, тепловозы) любой мощности, обеспечивая трогание под нагрузкой, реверс, движение накатом, торможение двигателем и задний ход. Вариаторный привод снабжен ведущим и, по крайней мере одним, ведомым валами, коробкой передач с входным и выходным валами коробки, соединяющей ведущий вал с входным валом коробки управляемой муфтой и высокомоментным вариатором, содержащим соединенный с ведущим валом входной вал вариатора, рукоятку изменения передаточного отношения и трехвальный дифференциал. Вал водила дифференциала является выходным звеном вариатора и кинематически связан с ведомым валом и с выходным валом коробки, а на двух других валах посажены сцепленные с сателлитом колеса дифференциала, кинематически связанные с входным валом вариатора обгонными муфтами. Технический результат - расширение функциональных возможностей привода. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Вариаторный привод мобильной машины, содержащий высокомоментный вариатор с входным валом вариатора, рукояткой изменения передаточного отношения и трехвальным дифференциалом, вал водила которого с сателлитом является выходным звеном вариатора, а на двух других валах посажены сцепленные с сателлитом колеса дифференциала, кинематически связанные с входным валом вариатора обгонными муфтами, отличающийся тем, что снабжен ведущим и, по крайней мере одним, кинематически связанным с выходным звеном вариатора ведомым валами, коробкой передач с входным и выходным валами коробки, а также соединяющей ведущий вал с входным валом коробки управляемой муфтой, при этом ведущий вал соединен с входным валом вариатора, а выходной вал коробки кинематически связан с выходным звеном вариатора. 2. Вариаторный привод мобильной машины по п. 1, отличающийся тем, что снабжен двумя ведомыми валами с закрепленными на них коническими колесами и смонтированной на водиле с возможностью свободного вращения конической шестерней, сцепленной с коническими колесами. 3. Вариаторный привод мобильной машины по п. 1, отличающийся тем, что снабжен дополнительной управляемой муфтой, соединяющей входной вал вариатора с ведущим валом.