Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано, например, на различных видах транспорта, а также в устройствах и механизмах для безударного включения ведомых валов в целях преобразования крутящего момента.
Известна центробежная муфта, по своему конструктивному выполнению одна из наиболее приближающихся к заявленным техническим решениям, содержащая ведущую и ведомую полумуфты (см., например, а.с. СССР № 804934 МПК7 F 16 D 43/18, опубликовано 18.02.81 г.).
Ведущая полумуфта этой центробежной муфты (далее в описании «муфта») выполнена в виде жестко установленного на валу диска с подвижными в радиальных направлениях плунжерами, оканчивающимися массивными роликами на осях. Ведомая полумуфта выполнена в виде барабана, в котором размещены упругая кольцевая обойма и расположенные между нею и барабаном эластичные камеры, заполненные рабочей средой под статическим давлением и привулканизированные к барабану и обойме.
При вращении ведущей полумуфты в обойме, имеющей форму окружности, на ней крутящего момента не возникает. Перепуская рабочую среду из одной пары эластичных камер в другую, можно плавно менять форму обоймы от кольцевой до эллипсоидной. При этом происходит безударное включение ведомой полумуфты и передача на нее крутящего момента в зависимости от нагрузки центробежными силами обкатывающихся внутри обоймы роликов.
Недостатки этой муфты следующие. Крутящий момент на ведомую полумуфту передается только за счет центробежных сил роликов, поэтому при низких оборотах ведущей полумуфты величина передаваемого на ведомую полумуфту момента мала, а при больших оборотах центробежные нагрузки от массивных роликов на оси и обойму возрастают многократно, что может привести к разрушению осей. Далее, обойма имеет низкую стабилизацию в цилиндрическом корпусе ведомой полумуфты, а процесс перепускания рабочей среды из одной пары камер в другую представляет сложную проблему.
Известна также центробежная муфта, по своему конструктивному выполнению наиболее приближающаяся к заявленным техническим решениям, в которой ведущая полумуфта выполнена в виде свободно посаженных на шлицованный вал стянутых попарно стержнями, не менее двух пар для уравновешенности муфты, дисков с глухими тангенциальными пазами, в которых расположены монолитные лопасти, оканчивающиеся массивными цилиндрическими брусками, диски с лопастями и в нейтральном, и в рабочем положении находятся внутри колец, расположенных в цилиндре, заполненном смазывающей жидкостью, с возможностью радиального смещения по направляющим и установочно сдвинутых в диаметрально противоположных направлениях относительно друг друга (см., например, патент РФ № 2019752, 15.09.94 г. МПК7 F 16 D 43/18) - ближайший аналог.
Эта центробежная муфта работает следующим образом. До порогового значения холостых оборотов ведущей полумуфты кольца еще не могут сдвигаться в заданных направлениях под действием центробежных сил, т.к. они слабы. Однако на ведомой полумуфте уже возникает пока незначительный крутящий момент за счет действия на установочно сдвинутые кольца гидродинамических импульсов. При нарастании числа оборотов выше холостых эксцентриситет колец увеличивается, соответственно увеличивается действие гидроимпульсов и центробежных сил. Крутящий момент на ведомой полумуфте плавно и безударно нарастает и становится максимальным, как только кольца прижмутся к цилиндрическому корпусу. При этом крутящий момент на ведомой полумуфте меняется автоматически в зависимости от нагрузки. При снижении числа оборотов ведущей полумуфты до холостых все происходит в обратном порядке.
Недостатки известной муфты следующие.
1. Лопасти, оканчивающиеся массивными цилиндрическими брусками, под влиянием центробежных сил с огромным усилием давят по линии на внутренние поверхности колец, от чего на них за короткий срок образуются шероховатости и задиры, а это приводит к недолговечности муфты.
2. Изготовление дисков с глухими тангенциальными пазами нетехнологично.
3. Низок КПД центробежной муфты. Это происходит из-за того, что в пассивной зоне - на полуокружности, противоположной активной, при вращении ведущей полумуфты непрерывно протекает процесс увеличения межлопастньк объемов, заполненных смазывающей жидкостью. При этом совершается бесполезная работа по так называемому эффекту «расхлопывания» сосудов, наполненных жидкостью. Представим стеклянный цилиндр, наполненный водой, и в нем находится поршень, контактирующий с водой. Если резко потянуть за поршень, то цилиндр лопнет.
4. Нет четкого включения ведомой полумуфты от порового значения холостых оборотов ведущей полумуфты.
Известна механическая, трехходовая, четырехступенчатая коробка передач, с четырьмя передачами для движения вперед и одной передачей для заднего хода. Синхронизаторы применяются на всех передачах переднего хода (см., например, «Руководство по ремонту, эксплуатации и техническому обслуживанию автомобилей», издательство «Колесо», Москва 2002 г.) - ближайший аналог.
Четырехступенчатая коробка передач состоит из первичного, вторичного и промежуточного валов, картера и механизма переключения передач. На вторичном валу между шестернями находятся синхронизаторы. Для включения одной из передач необходимо сместить один из синхронизаторов в нужное положение. При этом вначале происходит фрикционный контакт между необходимой шестерней и синхронизатором, затем конические зубья синхронизатора входят в конические зубья шестерни и происходит жесткое зацепление.
Недостатки известной коробки перемены передач следующие.
1. Основным недостатком является наличие синхронизаторов в коробке перемены передач (КПП).
2. Присутствие синхронизаторов увеличивает габариты КПП по оси.
3. Из-за большого количества деталей происходят частые поломки КПП.
Задачей предлагаемого изобретения является совершенствование гидравлике - инерционного преобразователя (ГИП), системы управления им, коробки перемены передач (КПП) для преобразователя и способа преобразования ими крутящего момента для улучшения их основных технических и функциональных характеристик.
Технический результат заключается в повышении КПД функционирования ГИП, системы управления им, коробки перемены передач (КПП) для преобразователя и способа преобразования ими крутящего момента.
В заявке соблюден принцип единства изобретения, так как предложенные ГИП, система управления им, КПП для преобразователя и способ преобразования ими крутящего момента имеют одно и то же назначение, служат одной цели, обеспечивают достижение одного и того же технического результата, а также взаимосвязаны единым изобретательским замыслом, охарактеризованным формулой изобретения. При этом концепция правовой охраны основана на том, что неразрывность и взаимосвязанность предложенных объектов, а также допускаемая вариантность осуществления отдельных существенных признаков или их совокупностей предопределяют, в том числе нетрадиционный характер формулировок некоторых признаков. Например, конструктивные особенности предложенного ГИП отражены не только характеристикой входящих в него узлов и их конструктивных взаимосвязей, но и с помощью функциональных или конструктивных аналогов, однозначно характеризующих устройство, например, заполнение внутренней полости ГИП смазывающей жидкостью, являющейся необходимым конструктивным компонентом-аналогом для практической реализации заявленного технического решения.
Указанный технический результат достигается тем, что в ГИП, содержащем ведущий и ведомый узлы преобразователя, где ведущий узел преобразователя выполнен в виде свободно посаженных на шлицованный вал дисков с пазами, в которых находятся лопасти, например, оканчивающиеся цилиндрическими брусками. Ведомый узел преобразователя выполнен в виде цилиндрического корпуса с ведомым валом и установленных в колец, внутри которых находятся диски с лопастями ведущего узла преобразователя. Пазы в дисках ведущего узла преобразователя выполнены сквозными и тангенциально, а каждая лопасть может быть набрана из тонких упругих пластин. В цилиндрическом корпусе ведомого узла преобразователя каждое кольцо установлено с возможностью качания по направляющей, для чего скреплено с полуосью, утопленной в ложе подпятника, тело которого, например, посредством крепления «ласточкин хвост» введено в жесткое зацепление с цилиндрическим корпусом, одна из торцевых крышек которого может быть изготовлена заодно с ведомым валом.
Указанный технический результат достигается также конструктивными особенностями выполнения существенных признаков заявленного ГИП, у которого:
- тело подпятника посредством крепления «ласточкин хвост» введено в жесткое зацепление с цилиндрическим корпусом, одна из торцевых крышек цилиндрического корпуса изготовлена заодно с ведомым валом, а каждая лопасть набрана из тонких упругих пластин.
- на ведущем узле преобразователя между дисками, на шлицованном валу, расположена цилиндрическая гильза с пазами, как в дисках, и на торцах выполнены кольцевые проточки для перемещения смазывающей жидкости, расположенной вне лопастей в зоне, прилегающей к ведущему валу.
- на ведущем узле преобразователя снаружи дисков посажены на вал сплошные пластины такого же диаметра, ограничивающие лопасти от выпадения из дисков и изготовленные из материала, например бронзы, с более низким коэффициентом трения скольжения о материал лопастей.
- на ведущем узле преобразователя сплошные пластины, диски с лопастями, кольцо, и гильза собраны в пакет и скреплены пронизывающими эти элементы стержнями, развальцованными снаружи сплошных пластин под зенковку, вровень с их плоскостями.
- на ведущем узле преобразователя максимальный размер дисков со сплошными пластинами выполнен с перекрытием торцевых поверхностей кольца.
- цилиндрический корпус ведомого узла преобразователя снаружи и внутри снабжен теплопередающими ребрами.
- на ведомом узле преобразователя каждое из колец на полуокружности, обращенной к направляющей, выполнено со сквозными отверстиями.
- на ведомом узле преобразователя каждое из колец шарнирно закреплено с возможностью качания в подпятнике на плече, равном своему диаметру.
- внутренняя полость на 85-90% от ее объема заполнена смазывающей жидкостью, например моторным маслом «Лукойл» (синтетическое) SAE SW-40, API SJ/CF.
- предусмотрено ее выполнение с возможностью оснащения одной из систем управления сдвижением колец из центрального в эксцентрическое положение для управления включением ведомого узла преобразователя от заданного числа оборотов ведущего узла преобразователя, например электромагнитной, гидравлической или пневматической, ручной или ножной, а также дистанционной системой управления.
Указанный технический результат достигается также с помощью системы управления ГИП, выполненной в виде устройства для выработки управляющего электрического сигнала в диапазоне дискретно заданных частот вращения ведущего узла преобразователя, которое соединено с исполнительным механизмом включения ведомого узла преобразователя.
В систему управления ГИП вколючено устройство для выработки управляющего электрического сигнала, взаимосвязанное со шкалой и стрелкой тахометра, содержащее задатчик управляющего сигнала и выполненное, например, по контактной или бесконтактной схемам с возможностью воздействовать на число оборотов ведущего узла преобразователя, ведущий вал которого напрямую и жестко соединен с маховиком двигателя, причем устройство соединено с исполнительным механизмом включения ведомого узла преобразователя.
Устройство задатчика в системе управления ГИП может быть выполнено в виде модификаций, в которых:
- на шкале тахометра установлено поворотное кольцо, преимущественно в виде лимба, с узлом включения с миниатюрными контактами, с возможностью замыкания контактов при перемещении стрелки тахометра, подключенных ко входу усилителя, выход которого соединен с тиристорным ключом, подключенным к катушкам электромагнитов, причем устройство соединено с исполнительным механизмом включения ведомого узла преобразователя.
- на лимбе установлен геркон с возможностью замыкания его контактов при перемещении стрелки тахометра посредством воздействия прикрепленного к стрелке миниатюрного постоянного магнита геркон с возможностью замыкания его контактов при перемещении стрелки тахометра посредством воздействия прикрепленного к стрелке миниатюрного постоянного магнита, причем устройство соединено с исполнительным механизмом включения ведомого узла преобразователя.
- с лимбом жестко скреплена миниатюрная П - образная стойка, на одной из ветвей которой расположен миниатюрный источник излучения, например полупроводниковый лазер, а на другой ветви стойки расположено фотосопротивление с возможностью передачи на него излучения, подключенное к узлу включения с миниатюрными контактами, с возможностью замыкания контактов при пересечении стрелкой тахометра потока излучения геркон с возможностью замыкания его контактов при перемещении стрелки тахометра посредством воздействия прикрепленного к стрелке миниатюрного постоянного магнита, причем устройство соединено с исполнительным механизмом включения ведомого узла преобразователя.
В исполнительном механизме системы управления ГИП, соединенном с исполнительным механизмом включения ведомого узла преобразователя, внутри цилиндрического корпуса ведомого узла преобразователя, в продольных пазах, установлены планки с коническими выступами напротив середины колец, у которых в этом месте установлены штифты с округлой головкой, массивные концы планок выполнены в виде сердечников электромагнитов и помещены в их электрические катушки, расположенные на поверхности торцевой крышки, скрепленной с ведомым валом. Электромагниты в исполнительном механизме могут быть расположены на плоскости торцевой крышки с возможностью их установки в любом ее месте, а их сердечники при этом сочленены с концами планок посредством тяг, например коромысел, либо исполнительный механизм может быть выполнен в виде диаметрально расположенной пластины, скрепленной с концами планок, выходящих наружу через уплотнительные манжеты в торцевой крышке преобразователя, и с установленным на шлицевом участке ведомого вала водилом, в кольцевое углубление которого введена вилка коромысла, с возможностью совершения колебательных перемещений от воздействия электромагнита, гидро- или пневмоцилиндра, вручную или от педали.
Указанный технический результат достигается также с помощью коробки перемены передач для ГИП, содержащей первичный, вторичный и промежуточный валы, вспомогательную ось и короткую ось, впрессованную в стенку корпуса, промежуточную шестерню, с возможностью перемещения на вспомогательной оси. При этом в тело вторичного вала введен первичный вал своей концевой частью. На первичном валу установлены две жестко закрепленные на нем шестерни, первая из которых постоянно зацеплена с первой шестерней, жестко закрепленной на промежуточном валу, а вторая установлена с возможностью зацепления с промежуточной шестерней. На вторичном валу установлены три шестерни, первая из них, жестко закрепленная на валу, установлена с возможностью зацепления с промежуточной шестерней. Вторая из них, свободно установленная на валу, постоянно зацеплена со второй шестерней, жестко установленной на промежуточном валу, а также установлена с возможностью зацепления с промежуточной шестерней. Третья шестерня вторичного вала жестко закреплена на ней и постоянно зацеплена с шестерней, расположенной на короткой оси. Промежуточная шестерня соединена с управляющим водилом, в отверстие которого вставлен червячный вал, с возможностью перемещения водила посредством резьбового сочленения с червячным валом. Червячный вал соединен с диском, с возможностью его перемещения через фрикционную прокладку диском, соединенным с управляющим электродвигателем. В коробке перемены передач может быть на концевой части первичного вала установлен игольчатый подшипник.
Указанный технический результат достигается также с помощью гидравлико - инерционного способа преобразования крутящего момента, включающего приведение во вращение ведущего вала, которым приводят посредством дисков, с расположенными в их пазах лопастями, во вращение N1 - динамических, изменяемых, межлопастных объемов рабочей жидкости, где 3≤N1≤1000, удерживая совпадение осей симметрии N; колец и ведущего вала, где 1≤N2≤100. При этом число дисков, ограничивающих кольца, в которых перемещаются лопасти, формирующие N1 межлопастных объемов, выбирают равными 2N2.
Минимальную V1 и максимальную V2 величины межлопастных объемов изменяют в пределах 1,02≤(V1+0,9V2)/V2≤1,75. Далее, смещением колец создают дисбаланс центра масс лопастей, перемещая центр на расстояние L1, величину которого выбирают в пределах 0,12≤1,1L1/L2≤0,95, где L2 - внутренний диаметр кольца, выбираемый в зависимости от максимальной величины ϕ - угла между направлениями перемещения лопастей и радиусом, проведенным в точку пересечения этого направления с внутренней окружностью кольца. Соотношение между минимальной величиной ϕ1 и максимальной величиной ϕ2 этого угла выбирают в пределах 1,1≤(ϕ1+1,2ϕ2)/ϕ2≤1,9.
Тем самым формируют суммарный ведомый крутящий момент Р∑ из его гидравлической РГ и инерционной PИ составляющих в виде 
где А - экспериментальный коэффициент пропорциональности между величиной РГ гидравлической составляющей крутящего момента и максимальной величиной (V2-V1) изменения межлопастных объемов рабочей жидкости, V3 - объем рабочей жидкости, выделяемый из объема V; для демпфирования кавитационных явлений, 
- частота вращения ведомого вала. В- экспериментальный коэффициент пропорциональности между РИ и суммарным дисбалансом масс D, длиной плеча L1, определяемого величиной перемещения центра масс при максимальном отклонении кольца от его положения в режиме холостого хода, и . В результате, ведущий P1 крутящий момент преобразуют в ведомый Р2 крутящий момент, величины которых взаимосвязывают соотношением 1≤(P1+Р2)/P1≤6,1.
Отбор демпфирующего объема Уз рабочей жидкости производят путем ее пропускания через сквозные отверстия части кольца, на стороне, противорасположенной по отношению к оси его качания. Для целей оптимизации максимальную величину V3 межлопастных объемов рабочей жидкости корректируют с помощью экспериментального коэффициента α1, выбираемого в зависимости от вида рабочей жидкости и максимального количества N1 межлопастных объемов в пределах 0,05≤α1≤1,3. Величину L1 перемещения центра масс выбирают с учетом экспериментального коэффициента α2, выбираемого в зависимости от величины угла ϕ между направлением перемещения лопастей и радиусом, переведенным в точку пересечения этого направления с внутренней окружностью кольца в пределах 0,68≤α2≤1,4. Максимальную величину угла ϕ2 выбирают с учетом экспериментального коэффициента α3, выбираемого в зависимости от количества лопастей и внутреннего диаметра кольца в пределах 0,54≤α3≤1,7.
Максимальную величину гидравлической составляющей ведомого крутящего момента корректируют в целях оптимизации с помощью экспериментального коэффициента А, выбираемого в пределах 0,08 Нм сек≤А≤0,21 Нм сек (Н - ньютон), а максимальную величину инерционной составляющей ведомого крутящего момента корректируют с помощью экспериментального коэффициента В, выбираемого в пределах 12 Н сек кг-1≤В≤14 102 H сек кг-1.
Предложенные объекты целесообразно проиллюстрировать чертежами, на которых схематически представлены:
на фиг.1 изображен вид на ГИП с торца, без одного из дисков, в нерабочем положении;
на фиг.2 - то же, в рабочем положении;
на фиг.3 показан боковой вид преобразователя с местным разрезом (лопасти условно не показаны);
на фиг.4 изображена сплошная пластина;
на фиг.5 представлены планки с конусообразными выступами;
на фиг.6 показан вид на ГИП с торца, со стороны ведомого вала;
на фиг.7 приведен вид на ГИП сбоку, вариант управления;
на фиг.8 изображен вид на ГИП с торца, со стороны ведомого вала;
на фиг.9 представлена коробка перемены передач в разрезе;
на фиг.10 показан ГИП и коробка перемены передач в сборе с вариантом гидравлического управления планок.
Более детально существенные конструктивные особенности заявленных объектов и функциональное взаимодействие их основных конструктивных элементов могут быть охарактеризованы следующим образом. В соответствии с изобретением в ГИП, содержащий ведущий и ведомый узлы преобразователя, ведущий узел преобразователя выполнен в виде свободно посаженных на шлицованный вал 1 дисков 2 и 3, 4 и 5 (см. фиг. 1, 2, 3) со сквозными тангенциальными пазами, в которых размещены лопасти 6, набранные из прямоугольных пластин. Ведомый узел преобразователя выполнен в виде цилиндрического корпуса 7 с торцевыми крышками 8 и 9, где в крышке 8 со стороны ведущего вала 1 имеется уплотнительное кольцо 10. В корпусе 7 каждое из колец 11 12 установлено с возможностью качания по направляющей 13. Для этого каждое из колец 11, 12 скреплено с полуосью 14, утопленной в ложе подпятника 15, тело которого посредством крепления «ласточкин хвост» входит в жесткое зацепление с цилиндрическим корпусом 7, одна из торцевых крышек 9 которого изготовлена заодно с ведомым 16 валом.
Между дисками, на шлицованном валу 1, расположена цилиндрическая гильза 17 с пазами, как в дисках 2 и 3, 4 и 5, и имеет на торцах кольцевые проточки 18 для сообщения смазывающей жидкости, находящейся вне лопастей 6. Снаружи дисков 2, 3, 4 и 5, такого же диаметра и тоже сидящими на валу 1, имеются сплошные пластины 19 (фиг.4), которые ограничивают лопасти 6 от выпадения из дисков 2, 3, 4 и 5 и могут быть изготовлены из другого, например бронзы, материала для лучшего скольжения о них лопастей 6. Диски 2, 3, 4 и 5 с лопастями 6, сплошные пластины 19, кольцо 11 гильза 17 собраны в пакет и скреплены пронизывающими эти элементы стержнями 20, развальцованными снаружи сплошных пластин 19 под зенковку, вровень с их плоскостями. Диски 2, 3, 4 и 5 со сплошными пластинами 19 перекрывают торцевые поверхности колец 11,12 с тем, чтобы и в центральном, и в максимально эксцентричном положении колец 11,12 лопасти 6 полностью находились в пазах дисков 2, 3, 4 и 5.
Цилиндрический корпус 7 ведомого узла преобразователя снаружи и внутри оребрен для хорошей теплопроводности. Каждое из колец 11,12 на полуокружности, обращенной к направляющей 13, имеет сквозные отверстия 21. Кольца 11,12 могут качаться в подпятниках 15 на плече, равном своим диаметрам (с осью качения 01 a на фиг.2). Внутренняя полость ГИП на 85-90 % от ее объема заполнена смазывающей жидкостью, например моторным маслом, которое является рабочим телом и, следовательно, разновидностью конструктивного элемента преобразователя.
ГИП может оснащаться одной из систем управления сдвижением колец 11,12 из центрального в эксцентрическое положение, т.е. системой управления включением ведомого узла преобразователя в зависимости от заданного числа оборотов ведущего узла преобразователя, например, системой электромагнитной, гидравлической или пневматической, ручной или от педали, а также дистанционной системой управления. Система управления состоит из устройства для выработки управляющего сигнала (электрического, акустического и др.) в дискретно заданном диапазоне частот вращения ведущего узла преобразователя, и исполнительного механизма, осуществляющего включение ведомого узла преобразователя.
Устройство для выработки управляющего сигнала (в дальнейшем в описании «задатчик») может быть выполнено, например, по контактной и бесконтактной схемам и привязано, так или иначе, к шкале и стрелке тахометра, а равно к числу оборотов ведущего узла преобразователя, ведущий вал 1 которой напрямую и жестко соединен с маховиком двигателя. Устройство задатчика также может быть выполнено в виде установленного на шкале тахометра поворотного кольца с миниатюрным контактом, который при прохождении по нему стрелки тахометра замыкается, посылая сигнал на усилитель, с него мощный импульс управления подается на тиристорный «ключ», открывающий или запирающий подачу тока на катушки 22. Устройство задатчика также может быть выполнено в виде установленного на лимбе геркона. К стрелке тахометра при этом приклеен миниатюрный постоянный магнит. При прохождении стрелки тахометра над герконом магнит воздействует на контакты и замыкает их. Далее сигнал поступает на усилитель и электронный «ключ», открывающий подачу тока на катушки 22, питание которых осуществляется через контактное кольцо 23 с ламелью 24.
Задатчик может быть выполнен и по бесконтактной схеме. На одной из ветвей П- образной стойки, жестко скрепленной с лимбом, находится миниатюрный источник света, например полупроводниковый лазер, а на другой ветви стойки - фотосопротивление. При пересечении стрелкой тахометра луча света величина фотосопротивления меняется. При этом включаются усилитель и электронный «ключ», открывающий подачу тока на катушки 22. При дальнейшем движении стрелки тахометра луч света снова упадет на фотосопротивление и задатчик возвращается в исходное состояние. В связи с тем, что это широко известно специалистам, схемы задатчика, усилителя и электронного «ключа» на чертежах не показаны.
Исполнительный механизм может быть выполнен следующим образом. Внутри цилиндрического корпуса 7 ведомого узла ГИП устанавливаются планки 25 (фиг.5, 6) с коническими выступами 26 напротив середины колец 11,12, у которых в этом месте имеются штифты 27 с округлой головкой, массивные концы 28 планок 25 помещены в электрические катушки 22 и являются сердечниками электромагнитов. Катушки 22 расположены на плоскости торцевой крышки 9. Электромагниты могут быть установлены на плоскости торцевой крышки 9 в любом месте, их сердечники при этом сочленяются с концами 28 планок 25 посредством тяг, например коромыслами.
Исполнительный механизм может быть выполнен также в виде пластины 29 (Фиг.7) с отверстиями, скрепленной с водилом 30, установленным на шлицевом участке ведомого вала 16. Концы 28 планок 25 проходят сквозь уплотнительные манжеты, например, в виде сальников 31 (Фиг.8) в торцевой крышке 9 и скрепляются с пластиной 29. При перемещении водила 30 вилкой 32 планки 25 продольно сдвигаются и коническими выступами 26 смещают кольца 11, 12 в диаметрально противоположных направлениях.
На фиг.9 изображена коробка перемены передач для ГИП. Она содержит первичный 16, вторичный 33 и промежуточный 34 валы, вспомогательную ось 35 и короткую ось 36, впрессованную в стенку корпуса 37, промежуточную шестерню 38, с возможностью перемещения на вспомогательной оси 35. При этом в тело вторичного вала 33 введен первичный вал 16 своей концевой частью 39, на которой установлен игольчатый подшипник 40. На первичном валу 16 установлены две жестко закрепленные на нем шестерни 41 и 42, первая 41 из которых постоянно зацеплена с первой шестерней 43, жестко закрепленной на промежуточном валу 34, а вторая 42 - установлена с возможностью зацепления с промежуточной шестерней 38. На вторичном валу 33 установлены три шестерни 44, 45 и 46, первая 44 из них, жестко закрепленная на валу 33, установлена с возможностью зацепления с промежуточной шестерней 38. Вторая 45 из них, свободно установленная на валу 33, постоянно зацеплена со второй шестерней 47, жестко установленной на промежуточном валу 34, а также установлена с возможностью зацепления с промежуточной шестерней 38. Третья 46 шестерня вторичного вала 33 постоянно зацеплена с шестерней 48, расположенной на короткой оси 36. Промежуточная шестерня 38 соединена с управляющим водилом 49, в отверстие которого вставлен червячный вал 50, с возможностью перемещения водила 49 посредством резьбового сочленения с червячным валом. Червячный вал 50 соединен с диском 51, с возможностью его перемещения через фрикционную прокладку 52 диском 53, соединенным с управляющим электродвигателем 54.
ГИП и коробка перемены передач в сборе изображены на фиг.10, где показаны цифрами: первичный вал ведущего узла преобразователя 1, корпус ведомого узла преобразователя 7, передняя торцевая крышка ведомого узла преобразователя 8, задняя торцевая крышка ведомого узла преобразователя 9, ведомый вал ведомого узла преобразователя 16, массивный конец планки 28, пластина исполнительного механизма 29, водило 30, вилка 32, вторичный вал коробки перемены передач 33, корпус коробки перемены передач 37, электродвигатель 54, ребро жесткости ведомого узла преобразователя 55, защитный (крепежный) кожух 56, жидкостный трубопровод гидроцилиндра 57, гидроцилиндр 58, шток гидроцилиндра 59, провод электродвигателя со знаком минус 60, провод электродвигателя со знаком плюс 61.
Ведомый вал 16 ведомого узла преобразователя впрессовывается в торцевую крышку 9 преобразователя и служит первичным валом коробки перемены передач. ГИП заключен в защитный кожух 56, который соединяется с коробкой перемены передач. Гидроцилиндр 58 крепится к кожуху 56 и служит для перемещения вилки 32. Провод 60 со знаком минус электродвигателя 54 крепится к стенке корпуса 37 коробки перемены передач. Провод 61 со знаком плюс соединен с плюсовым проводом аккумулятора двигателя.
ГИП работает следующим образом. До значения числа оборотов ведущего узла преобразователя, устанавливаемых задатчиком, кольца 11,12 занимают в корпусе 7 ведомого узла преобразователя центральное положение, т.к. масляный объем внутри них занимает равномерно распределенное состояние. В данном случае лопасти 6 не передают на кольца 11, 12 и жестко связанный с ними корпус 7 с ведомым валом 16 крутящий момент. При получении от задатчика управляющего сигнала исполнительный механизм (задатчик и исполнительный механизм могут быть выбраны из предложенных в описании) сдвигает планки 25 продольно и те коническими выступами 26 смещают кольца 11, 12 в диаметрально противоположных направлениях. В этом случае на ведомом узле преобразователя возникает плавно и безударно, но быстро нарастающий крутящий момент сначала от гидродинамических импульсов, а затем с увеличением числа оборотов ведущего узла преобразователя и от инерционных сил лопастей 6.
При сбрасывании числа оборотов ведущего узла преобразователя до холостых действие центробежных сил лопастей 6 на кольца 11, 12 ослабевает и они под действием масляного объема, который стремится занять равномерно распределенное состояние, возвращаются в центральное положение. Штифты 27 колец 11, 12 давят на конические участки 26 планок 25 и они возвращаются в исходное положение.
Если рассматривать работу одного модуля, а именно так можно назвать стянутый стержнями 20 пакет из двух сплошных пластин 19 двух дисков 2,3 и гильзы 17, то можно отметить, что, когда кольцо 11 находится в максимально эксцентричном положении, лопасти 6 совершают возвратно-поступательное движение на плече 0d (фиг.2) от главной оси преобразователя. При этом на полуокружности вс (пассивная зона) происходит увеличение межлопастных объемов, а на полуокружности св (активная зона) - их уменьшение. Масло, выдавленное из активной зоны ев через сквозные отверстия 21 свободно всасывается в межлопастные объемы, образуя за кольцом 11 проточный пояс, способствующий интенсивному охлаждению оребренного внутри и снаружи цилиндрического корпуса 7 ведомого узла преобразователя. На ведущем узле преобразователя нагрузка уменьшается и, значит, повышается КПД преобразователя.
Лопасти 6 при эксцентричном положении кольца 11 совершают возвратно-поступательные движения в тангенциальных пазах дисков 2 и 3 на плече 0d длины L1 (фиг.2) от главной оси преобразователя и всегда полностью утоплены в пазах, что также повышает КПД и надежность работы модуля. Лопасти 6 выполнены в виде пакета из тонких пластин, а не монолитными, этим разгружается давление на внутреннюю поверхность кольца 11, что повышает долговечность преобразователя.
Ведомый узел преобразователя можно включать в широком диапазоне частот вращения ведущего узла преобразователя, а также простым нажатием клавиши вовсе отключать задатчик, например при прогреве двигателя.
Коробка перемены передач работает следующим образом. Холостые обороты и прогрев двигателя обеспечиваются выключением системы управления ведомого узла преобразователя, в этом случае промежуточная шестерня 38 может находиться в любом положении на оси 35, затем шестерня 38 передвигается в одно из нужных положений, например для движения автомобиля по ровной, без уклонов дороги она входит в зацепление с шестернями 42 и 44, в этом случае идет передача крутящего момента на прямую от ГИП на первичный вал 16 коробки перемены передач.
Для движения автомобиля по серпантину промежуточная шестерня 38 входит в зацепление с шестернями 44 и 45, в этом случае происходит редуктирование с заданным коэффициентом движения вперед. Для движения автомобиля назад промежуточная шестерня 38 вводится в зацепление с шестернями 45 и 48. При этом направление вращения шестерни 45 с редукцией совпадает с направлением вращения первичного вала 16, через пассивную шестерню 48 меняется направление вращения шестерни 46 и соответственно, вторичного вала 33 на противоположное. Управление шестерней 38 осуществляется водилом 49, которое посредством резьбового сочленения с червячным валом 50 может передвигаться в необходимое положение. Червячный вал 50 через диски 51 и 53 с фрикционными прокладками 52 приводится в движение электродвигателем 54.
Конструктивные особенности, основные размеры, технические и функциональные характеристики разрабатываемого экспериментального образца следующие:
1. диаметр - 145 мм;
2. вес - 11 кг;
3. был установлен - на автомобиле марки «ВАЗ» 1975 года выпуска;
4. диапазон преобразованных крутящих моментов - 0-105 Нм;
5. частоты вращения ведущего и ведомого валов - 0-5000 об/мин.
В экспериментальном образце было сформировано 12 межлопастных объемов. Количество колец было выбрано равным 2. Число дисков ограничивающих кольца равно 4. Величины межлопастных объемов изменялись от минимального значения, равного 1см3, до максимального, равного 15 см3. Экспериментальный коэффициент α1 для рабочей жидкости в виде моторного масла, например, марки «Лукойл» (синтетическое) SAE SW-40, API SJ/CF и максимального количества, равного 12, межлопастных объемов был выбран 0,9. Расстояние L1=0e было выбрано равным 45 мм при внутреннем диаметре кольца L2, равном 92 мм, и значении α2 - экспериментального коэффициента, равном 1,1, выбранном для величины угла ϕ, равного 38°. При этом величины минимального значения ϕ1, равного 25°, и максимального значения угла ϕ2, равного 42°, при α3, равном 1,2, для количества лопастей, равного 12, и величины внутреннего диаметра кольца равной 92 мм.
В результате на экспериментальном образце формировался ведущий крутящий момент Р∑, равный 86 Нм (Н - ньютон), составленный из гидравлической составляющей РГ, равной 28 Нм, и инерционной составляющей РИ, равной 58 Нм.
При V1=1 см3, V2=15 см3, V3=4 см3 и ω2=3200 об/мин = 53 сек-1 значение коэффициента пропорциональности А было получено равным 0,41 Нм сек. Для инерционной составляющей крутящего момента, равной 58 Нм, величина экспериментального коэффициента в пропорциональности между величинами D, L1 и ω2 при их значениях D=0,55 кг, L1=0,045 м, ω2=120 сек-1 в исследованном образце получилась равной В=160 Н сек кг-1. При этом в процессе проведенных экспериментов было достигнуто превышение в 1,3 раза КПД, которые достигались у ближайших аналогов.
Достигаемый технический результат, как показали данные экспериментов, может быть реализован только взаимосвязанной совокупностью всех существенных признаков заявленных объектов, отраженных в формуле изобретения. Указанные в ней отличия дают основание сделать вывод о новизне данного технического решения, а совокупность испрашиваемых притязаний в связи с их неочевидностью - о его изобретательском уровне, что доказывается также вышеприведенным детальным описанием заявленных объектов. Соответствие критерию "промышленная применимость" заявленных объектов доказывается как широким изготовлением и использованием различных механизмов подобного назначения, в частности, для преобразования крутящего момента в промышленных масштабах, так и отсутствием в заявленных притязаниях каких-либо практически труднореализуемых признаков.
Для иллюстрации достижения технического результата в дополнение к вышеизложенному и в качестве дополнительных сведений, подтверждающих возможность осуществления изобретения, целесообразно привести примеры практического выполнения заявленного способа в экспериментальных устройствах, при описании которых нецелесообразно многократно излагать информацию, общую для каждого из примеров и уже с разной степенью подробности, отраженную в формуле и описании изобретения. Целесообразно привести только количественную информацию, отличающую один пример от другого, которая для удобства сведена в таблицу.
При сопоставлении результатов проведенных экспериментов, отраженных в примерах, и ближайших аналогов оказалось целесообразным использовать в качестве параметра, характеризующего достигаемый технический результат, например параметр D, определяющий соотношение величин их КПД при адекватных условиях проведения экспериментов. Как следует из таблицы, в оптимальном варианте (пример 1 таблицы) достигалось наиболее высокое значение указанного выше результата: D=1,3. Нижние и верхние значения заявленных пределов были получены на основе статистической обработки результатов экспериментальных исследований, анализа и обобщения их и известных из опубликованных источников данных, исходя из условия приближения параметра D к 1. Примеры 2-6 таблицы отражают разнообразные варианты осуществления заявленных объектов при нахождении параметров, характеризующих их существенные признаки, внутри пределов, отраженных в формуле изобретения.
Кроме того, при практической реализации ГИП, системы управления им, коробки перемены передач (КПП) для преобразователя и способа преобразования ими крутящего момента достигается также обеспечение возможности плавного и четкого включения ведомого узла преобразователя в широком диапазоне частот вращения ведущего узла и повышение их надежности и долговечности.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ГИДРАВЛИКО-ИНЕРЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, ЕГО КОРОБКА ПЕРЕМЕНЫ ПЕРЕДАЧ И СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИМИ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА | 2010 |
|
RU2438048C1 |
| РОТОРНО-ПЛАСТИНЧАТОЕ УСТРОЙСТВО | 2004 |
|
RU2287062C2 |
| ЦЕНТРОБЕЖНАЯ МУФТА | 2000 |
|
RU2176041C2 |
| ЦЕНТРОБЕЖНАЯ МУФТА | 2000 |
|
RU2190131C2 |
| КОРОБКА ПЕРЕДАЧ | 1997 |
|
RU2132785C1 |
| ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ | 1997 |
|
RU2146010C1 |
| САМОЗАТЯГИВАЮЩИЙСЯ СИНХРОНИЗАТОР | 2016 |
|
RU2627911C1 |
| КОРОБКА ПЕРЕДАЧ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА | 1991 |
|
RU2019441C1 |
| Единый механизм передачи крутящего момента агрегатам газотурбинного двигателя (варианты) | 2016 |
|
RU2642955C1 |
| КОРОБКА ПЕРЕДАЧ С ГИДРОУСИЛИТЕЛЕМ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА | 2007 |
|
RU2350809C1 |
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано на различных видах транспорта, а также в устройствах и механизмах для безударного включения ведомых валов. Гидравлико-инерционный преобразователь крутящего момента содержит ведущий и ведомый узлы преобразователя. Ведущий узел преобразователя выполнен в виде свободно посаженных на шлицованный вал 1 дисков 2-5 с пазами. В этих пазах расположены подвижные лопасти. Ведомый узел преобразователя выполнен в виде цилиндрического корпуса 7 с ведомым валом 16 и установленных в нем колец 11 и 12. Внутри колец размещены диски 2-5 с лопастями 6 ведущего узла преобразователя. Пазы в дисках 2-5 ведущего узла преобразователя выполнены сквозными и тангенциально. В цилиндрическом корпусе 7 ведомого узла преобразователя каждое из колец 11, 12 установлено с возможностью качания по направляющей 13, скреплено с полуосью 14, утопленной в ложе подпятника 15, тело которого введено в жесткое зацепление с цилиндрическим корпусом 7. При вращении ведущего узла формируют суммарный ведомый крутящий момент из его гидравлической и инерционной составляющих. Приведены формулы расчета. Технический результат - повышение КПД функционирования гидравлико-инерционного преобразователя, системы управления им, коробки перемены передач для преобразователя и способа преобразования ими крутящего момента. 4 н. и 20 з.п. ф-лы, 10 ил., 1 табл.
3≤N1≤l000,
удерживая совпадение осей симметрии N2 колец и ведущего вала, где
1≤N2≤100,
а число дисков, ограничивающих кольца, в которых перемещаются лопасти, формирующие N1 межлопастных объемов, выбирают равными 2N2, изменяют минимальную V1 и максимальную V2 величины межлопастных объемов в пределах
1,02≤(V1+0,9V2)/V2≤1,75,
далее смещением колец создают дисбаланс центра масс лопастей, перемещая центр на расстояние L1, величину которого выбирают в пределах
0,12≤1,1L1/L2≤0,95,
где L2 - внутренний диаметр кольца, выбираемый в зависимости от максимальной величины ϕ-угла между направлениями перемещения лопастей и радиусом, проведенным в точку пересечения этого направления с внутренней окружностью кольца, а соотношение между минимальной величиной ϕ1 и максимальной величиной ϕ2 этого угла выбирают в пределах
1,1≤(ϕ1+1,2ϕ2)/ϕ2≤1,9,
и тем самым формируют суммарный ведомый крутящий момент Р∑ из его гидравлической РГ и инерционной РИ составляющих в виде
где А - экспериментальный коэффициент пропорциональности между величиной РГ гидравлической составляющей крутящего момента и максимальной величиной (V2-V1) изменения межлопастных объемов рабочей жидкости, V3 - объем рабочей жидкости, выделяемый из объема V2 для демпфирования кавитационных явлений, 
- частота вращения ведомого вала; В - экспериментальный коэффициент пропорциональности между РИ и суммарным дисбалансом масс D, длиной плеча L1, определяемого величиной перемещения центра масс при максимальном отклонении кольца от его положения в режиме холостого хода, и , в результате, ведущий P1 крутящий момент преобразуют в ведомый Р2 крутящий момент, величины которых взаимосвязывают соотношением
1≤(P1+P2)/P1≤6,1.
0,05≤α1≤1,3,
величину L1 перемещения центра масс выбирают с учетом экспериментального коэффициента α2, выбираемого в зависимости от величины угла ϕ между направлением перемещения лопастей и радиусом, переведенным в точку пересечения этого направления с внутренней окружностью кольца в пределах
0,68≤α2≤1,4,
максимальную величину угла ϕ2 выбирают с учетом экспериментального коэффициента α3, выбираемого в зависимости от количества лопастей и внутреннего диаметра кольца в пределах
0,54≤α3≤1,7,
а максимальную величину гидравлической составляющей ведомого крутящего момента корректируют с помощью экспериментального коэффициента А, выбираемого в пределах
0,08 Нм с≤А≤0,21 Нм с,
максимальную величину инерционной составляющей ведомого крутящего момента корректируют с помощью экспериментального коэффициента В, выбираемого в пределах
12 Н с кг-1≤В≤14 102 Н с кг-1.
| ЦЕНТРОБЕЖНАЯ МУФТА | 2000 |
|
RU2176041C2 |
| ЦЕНТРОБЕЖНАЯ МУФТА | 1991 |
|
RU2019752C1 |
| УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СЦЕПЛЕНИЕМ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА | 1993 |
|
RU2090384C1 |
| Рогульчатое веретено | 1922 |
|
SU142A1 |
| Механизм переключения передач | 1989 |
|
SU1679090A1 |
| КОРОБКА ПЕРЕДАЧ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА | 1991 |
|
RU2008230C1 |
| DE 19837776 А1, 24.02.2000. | |||
