СИСТЕМА ПЕРЕДАЧ С ПОСТОЯННО ИЗМЕНЯЮЩИМСЯ ПЕРЕДАТОЧНЫМ ЧИСЛОМ Российский патент 2007 года по МПК F16H37/08 

Настоящее изобретение относится к системам передач (трансмиссии) с постоянно изменяющимся передаточным числом.

Известно существование систем передач с постоянно изменяющимся передаточным числом, имеющих коаксиальные входной и выходной валы системы и блок передач с постоянно изменяемым передаточным числом (известный как вариатор), присоединенный коаксиально к входному валу системы и имеющий коаксиальный выходной вал вариатора. Смешанный эпициклический передаточный механизм приводится от входного вала системы и от выходного вала вариатора. Путем соответствующего использования муфт сцепления и других тормозных элементов система может работать на режимах высокой передачи или низкой передачи. Примеры таких систем передач можно найти в JP-A-6-174033 и JP-A-62-255655.

Небольшие потери мощности неизбежны при зацеплении зубчатых колес. Поэтому в целях максимизации КПД (эффективности) желательно снизить количество зацеплений зубчатых колес, в частности, в смешанном эпициклическом передаточном механизме, где потери могут сильно увеличиваться в течение работы в режиме «рециркуляции мощности». Таким образом, задачей настоящего изобретения является обеспечение «коаксиальной» системы передач с постоянно изменяющимся передаточным числом вышеописанного типа с пониженным количеством зацеплений зубчатых колес.

«Коаксиальные» устройства согласно предшествующему уровню техники требуют также относительно высоких скоростей зубчатых колес, что в свою очередь требует более дорогих подшипников и ведет к увеличению износа. Задачей данного изобретения является понижение этих скоростей зубчатых колес.

В соответствии с настоящим изобретением создана мультирежимная система передач с постоянно изменяемым передаточным отношением, содержащая:

коаксиальные входной и выходной валы системы;

передаточный блок постоянно изменяемого передаточного отношения (вариатор), коаксиально присоединенный к входному валу системы и имеющий коаксиальный выходной вал вариатора; и

смешанный эпициклический передаточный механизм, имеющий входное солнечное колесо с возможностью привода, присоединенное к выходному валу вариатора, водило с возможностью привода, присоединенное к входному валу системы и первое планетарное зубчатое колесо (планетарная передача), установленное на водиле и с возможностью привода зацепленное с входным солнечным колесом;

причем первое планетарное зубчатое колесо приводит первый промежуточный выходной вал, который расположен коаксиально с входным валом системы, и первое планетарное зубчатое колесо обеспечивает подвод мощности ко второму эпициклическому передаточному механизму;

отличающаяся тем, что первый промежуточный выходной вал выборочно присоединен к выходному валу системы через первую муфту при высокорежимном функционировании передачи и второй передаточный механизм имеет выход, который выборочно соединен с выходным валом системы через тормозной элемент при низкорежимном функционировании передачи.

Используя вышеприведенное расположение, когда выход второго эпициклического передаточного механизма присоединен к выходному валу системы (что соответствует операции на низких режимах), количество зацепляющихся зубчатых колес может быть минимизировано, таким образом минимизируются потери, которые возникают в смешанном эпициклическом передаточном механизме, особенно на режиме рециркуляции мощности. Более того, смешанный эпициклический передаточный механизм вышеуказанного расположения не требует кольцевых или эпициклических зубчатых колес. Это значительно снижает физический размер, требуемый для смешанного эпициклического зубчатого механизма и, вследствие этого, позволяет гораздо большую гибкость в подборе относительных размеров планетарного зубчатого колеса и водила. Такое расположение делает возможным выбор зубчатых колес, которые позволяют смешанному эпициклическому передаточному механизму работать на более низких скоростях по сравнению с устройствами предшествующего уровня техники, таким образом снижая износ, минимизируя потери и снижая требования к другим компонентам, таким как подшипники.

Вышеупомянутое расположение также позволяет осуществление рециркуляции мощности на высоком режиме работы системы передач.

Предпочтительно первый промежуточный выходной вал снабжен солнечным колесом, которое приводится первым водилом смешанного эпициклического передаточного механизма. Предпочтительно солнечное колесо выходного вала имеет такой же размер, как и солнечное колесо входного вала.

На оси планетарного зубчатого колеса смешанного эпициклического передаточного механизма предпочтительно расположено второе планетарное зубчатое колесо, которое вращается вместе с первым планетарным зубчатым колесом и приводит первый промежуточный выходной вал. Удобно, что второе планетарное зубчатое колесо имеет такой же размер, как и первое планетарное зубчатое колесо.

На оси первого планетарного зубчатого колеса смешанного эпициклического передаточного механизма также может находиться третье планетарное зубчатое колесо, которое вращается вместе с первым планетарным зубчатым колесом и передает входную мощность второму эпициклическому передаточному механизму.

Второй эпициклический передаточный механизм предпочтительно содержит второе входное солнечное колесо, приводимое смешанным эпициклическим передаточным механизмом, планетарное зубчатое колесо, приводимое вторым входным солнечным колесом, и водило, формирующее выходную мощность второго эпициклического передаточного механизма.

Предпочтительно система также содержит промежуточную зубчатую передачу, далее соединяющую смешанный эпициклический передаточный механизм со вторым входным солнечным колесом.

Предпочтительно второй эпициклический передаточный механизм содержит второе солнечное колесо, зацепленное с планетарным зубчатым колесом второго эпициклического передаточного механизма.

В одном примере воплощения система содержит средства для выборочного торможения второго солнечного колеса. Это может осуществляться при помощи муфты, расположенной между вторым солнечным колесом и корпусом системы передач.

В другом примере воплощения солнечное колесо остается неподвижным относительно корпуса системы передач, и тормозной элемент содержит зажимные средства для выборочного присоединения выхода второго эпициклического передаточного механизма к выходному валу системы.

Исключительно в виде примера, теперь будут описаны отдельные примеры воплощения настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - схема первого примера воплощения системы передач с постоянно изменяющимся передаточным отношением в соответствии с настоящим изобретением; и

фиг.2 - схема второго примера воплощения системы передач с постоянно изменяющимся передаточным отношением в соответствии с настоящим изобретением как модификация примера воплощения по фиг.1.

Ссылаясь сначала на фиг.1, система передач с постоянно изменяющимся передаточным отношением включает в себя вариатор V известного зацепления с тороидальной канавкой качения, имеющий два диска 10 с тороидальным углублением, расположенные по одному на каждом конце блока, и пару одинаковых выходных дисков 12, каждый из которых повернут к соответствующему входному диску 10 и вращается вместе с другим. Ряды роликов 14 установлены между противоположными поверхностями входных и выходных дисков 10, 12 для передачи движения от входных дисков 10 к выходным дискам 12 с передаточным отношением, которое изменяется при помощи качания роликов 14.

Входные диски 10 присоединены к входному валу 16 системы и приводятся от него. Вариатор обеспечивает выходную мощность через трубчатый выходной вал 18 вариатора, который расположен коаксиально с входным валом 16. Конец вала 18, удаленный от вариатора V, приводит солнечное колесо S1 первого смешанного эпициклического передаточного механизма Е1. Водило С1 передаточного механизма Е1 присоединено к входному валу 16 и приводится от него, а также оно присоединено к внутреннему из двух входных дисков 10 вариатора. Водило С1 несет входные планетарные зубчатые колеса Р1, которые зацепляются с солнечным колесом S1 и приводятся от него. Каждое планетарное зубчатое колесо Р1 установлено на водиле С1 при помощи присоединенного вала 20, который дополнительно поддерживает первое и второе выходные планетарные зубчатые колеса PX1 и PY1. Выходное планетарное зубчатое колесо PX1 идентично планетарному зубчатому колесу Р1 и передает суммарный выход передаточного механизма Е1 через выходное солнечное колесо S2 (такого же размера, что и входное солнечное колесо S1) на промежуточный выходной вал 22, расположенный коаксиально со входным валом 16 системы. Движение от промежуточного выходного вала может быть выборочно передано через муфту Н высокого режима на выходной вал 24 системы.

Выходное планетарное зубчатое колесо PY1 имеет меньший диаметр, чем планетарные зубчатые колеса Р1 и РХ1, и зацепляется с шестерней 26, расположенной на одном конце трубчатого промежуточного выходного вала 28, расположенного коаксиально с входным валом 16. Противоположный конец промежуточного выходного вала также снабжен шестерней 30 меньшего диаметра, чем шестерня 26. Шестерня 30 зацепляется с планетарными зубчатыми колесами большего диаметра Р2 второго, простого реверсивного передаточного механизма D2. Планетарные зубчатые колеса Р2 установлены на водиле С2, которое присоединено ко второму трубчатому промежуточному выходному валу 32, расположенному коаксиально с входным валом 16 системы, и который в свою очередь присоединен к выходному валу 24 системы.

Каждое из планетарных зубчатых колес Р2 второго передаточного механизма Е2 расположено на одном конце соответствующего вала 34, установленного в водиле С2. Противоположный конец каждого вала 34 оборудован дополнительным, меньшим планетарным зубчатым колесом РХ2, которое зацепляется с солнечным колесом 36, расположенным на одном конце трубчатого передаточного вала 38, расположенного коаксиально с входным валом 16 системы. Другой конец передаточного вала 38 присоединен к одной стороне тормозного элемента в форме муфты низкого режима L, другой конец которой присоединен к корпусу коробки передач 40.

Коробка передач может работать в одном из трех режимов, а именно высоком режиме, низком режиме и синхронном режиме.

На высоком режиме, когда коробка передач работает на передаточных отношениях от передаточного отношения синхронного режима до сильных перегрузок, муфта высокого режима Н входит в зацепление и муфта низкого режима L выходит из зацепления. Это позволяет мощности, выработанной смешанным эпициклическим передаточным механизмом Е1, который получает входную мощность как от входных дисков 10, так и от выходных дисков 12 вариатора V, быть переданной на выходной вал 24 системы от выходных планетарных зубчатых колес РХ1 первого эпициклического передаточного механизма Е1, выходного солнечного колеса S2, промежуточного выходного вала 22 и муфты высокого режима Н. Выходная мощность от других выходных планетарных зубчатых колес РY1 первого смешанного эпициклического передаточного механизма Е1 также передается ко второму эпициклическому передаточному механизму Е2, но так как муфта низкого режима L расцеплена, выходная мощность (выход) не передается на водило С2 и на самом деле водило С2 просто вращается вместе с выходным валом 24 системы, к которому оно присоединено. Если солнечные колеса S1 и S2 имеют одинаковые диаметры, промежуточный вал 22 будет вращаться с такой же скоростью, как и выходной вал 18 вариатора. Однако изменение относительных размеров колес S1 и S2 создаст второе эпициклическое функционирование, во многом как передача низкого режима. Следовательно, такое расположение просто позволяет рециркуляции мощности осуществляться через вариатор V при работе на высоком режиме. Синхронная точка переключения после этого может быть определена независимо от диапазона передаточных отношений вариатора.

На низком режиме, когда коробка передач работает на передаточных отношениях от полного реверса через нейтральную передачу до синхронного режима, муфта высокого режима H выходит из зацепления и муфта низкого режима L входит в зацепление. Расцепление муфты высокого режима Н изолирует выходной вал 24 системы от выходного планетарного зубчатого колеса РХ1 смешанного эпициклического передаточного механизма Е1. Более того, зацепление муфты низкого режима L позволяет передавать выходную мощность от первого смешанного эпициклического передаточного механизма Е1 ко второму эпициклическому передаточному механизму Е2 на водило С2 второго эпициклического передаточного механизма Е2 путем обеспечения реактивной силы от корпуса 40 коробки передач. Тогда движение передается ко второму трубчатому промежуточному выходному валу 32 и оттуда к выходному валу 24 системы.

Переход от высокого режима к низкому или наоборот может быть осуществлен на так называемом «синхронном режиме», на котором коробка передач работает при условии, когда промежуточный выходной вал 22, идущий от смешанного эпициклического передаточного механизма Е1, и второй трубчатый промежуточный выходной вал 32, идущий от второго смешанного эпициклического передаточного механизма Е2, вращаются с одинаковой (или практически с одинаковой) скоростью. Для того чтобы сменить режим, зацепляется муфта нового режима, вследствие чего обе муфты одновременно зацепляются на короткое время, и затем муфта старого режима выходит из зацепления.

Необходимо отметить, что на низком режиме единственными зубчатыми колесами, которые активно зацепляются в смешанном эпициклическом передаточном механизме Е1, будут планетарные зубчатые колеса Р1 и РY1, таким образом минимизируя потери, которые возникают в смешанном эпициклическом передаточном механизме Е1, в частности, на режиме рециркуляции мощности. При работе на высоких режимах зацеплений не больше, чем в коробках передач согласно предыдущему уровню техники. Однако стоит также отметить, что настоящее изобретение позволяет использовать смешанный эпициклический передаточный механизм Е1, который не имеет кольцевых или эпициклических зубчатых колес. Это не только снижает вес коробки передач, но и также обеспечивает лучшую гибкость в выборе относительных размеров планетарных зубчатых колес Р1, РХ1 и РY1. Это, в свою очередь, позволяет снизить скорость компонентов и свести количество зацеплений к минимуму.

Пример воплощения по фиг.2 очень похож на пример по фиг.1, единственным значительным отличием является расположение тормозного элемента низкого режима. Элементы примера воплощения по фиг.2, соответствующие элементам примера воплощения по фиг.1, обозначены одинаковыми ссылочными номерами, и будут описаны только отличия в конструкции.

Отличия относятся ко второму эпициклическому передаточному механизму, обозначаемому E2' на фиг.2. Планетарные зубчатые колеса Р2 и РХ2 идентичны соответствующим элементам первого примера воплощения, но солнечное колесо 36' прикреплено к корпусу 40 коробки передач. Привод от второго трубчатого промежуточного выходного вала 32' постоянно берется от водила С2 и выборочно присоединяется к выходному валу 24 системы посредством муфты низкого режима L'.

Пример воплощения по фиг.2 имеет преимущество, заключающееся в том, что, когда муфта низкого режима L' расцепляется, второй эпициклический передаточный механизм Е2' полностью отцепляется от выходного вала 24 системы (в отличие от первого примера воплощения, где промежуточный выходной вал 32 всегда сцеплен с выходным валом 24 системы), вследствие чего любая проблема, возникающая во втором эпициклическом передаточном механизме в течение работы на высоком режиме, не передается на выходной вал 24 системы.

Изобретение не ограничивается деталями вышеописанных примеров воплощения. В частности, могут быть использованы другие типы вариаторов, отличающиеся от описанного типа. Более того, размеры зубчатых колес могут быть изменены для конкретных обстоятельств. Например, в описанных воплощениях солнечное колесо S1 эпициклического передаточного механизма имеет такой же размер, как и выходное солнечное колесо S2. Однако вместо того, чтобы иметь один размер, S1 может быть больше или меньше, чем S2, если необходимо.

Система передач с постоянно изменяющимся передаточным числом имеет входной и выходной валы (16, 24), передаточный блок передач (V) с постоянно изменяемым передаточным отношением, присоединенный к входному валу (16), смешанный эпициклический передаточный механизм (Е1) и второй эпициклический передаточный механизм (Е2). Механизм (Е1) имеет входное солнечное колесо (S1), присоединенное к выходному валу вариатора (18), водило (С1), присоединенное к входному валу (16), и планетарное зубчатое колесо (Р1), установленное на водиле (С1). Планетарное зубчатое колесо (Р1) приводит первый промежуточный выходной вал (32), выборочно присоединяемый к выходному валу (24) системы через первую муфту (Н) на высоких режимах работы системы передач. Планетарное зубчатое колесо (Р1) также обеспечивает входную мощность для второго эпициклического передаточного механизма (Е2). Механизм (Е2) имеет выход (С2), который выборочно присоединяется к выходному валу (24) системы через тормозной элемент (L) на низких режимах работы системы передач. Такое устройство минимизирует количество зацеплений зубчатых колес, таким образом минимизируя потери передачи, и обеспечивает отсутствие зазора в механизме (Е1), предоставляет больше свободы в выборе размера зубчатых колес, таким образом позволяя пониженные скорости зубчатых колес. 20 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Мультирежимная система передач с постоянно изменяющимся передаточным числом, содержащая коаксиальные входной и выходной валы системы, передаточный блок постоянно изменяемого передаточного отношения (вариатор), коаксиально присоединенный к входному валу системы и имеющий коаксиальный выходной вал вариатора, и смешанный эпициклический передаточный механизм, имеющий входное солнечное колесо с возможностью привода, присоединенное к выходному валу вариатора, водило с возможностью привода, присоединенное к входному валу системы и первое планетарное зубчатое колесо (планетарная передача), установленное на водиле и с возможностью привода зацепленное с входным солнечным колесом, причем первое планетарное зубчатое колесо приводит первый промежуточный выходной вал, который расположен коаксиально с входным валом системы, и первое планетарное зубчатое колесо обеспечивает подвод мощности ко второму эпициклическому передаточному механизму, отличающаяся тем, что первый промежуточный выходной вал выборочно присоединен к выходному валу системы через первую муфту при высоко-режимном функционировании передачи, и второй передаточный механизм имеет выход, который выборочно соединен с выходным валом системы через тормозной элемент при низкорежимном функционировании передачи.2. Система передач по п.1, отличающаяся тем, что первый промежуточный выходной вал оборудован солнечным колесом, которое приводится первым планетарным зубчатым колесом смешанного эпициклического передаточного механизма.3. Система передач по п.2, отличающаяся тем, что солнечное колесо на выходном валу имеет такой же размер, как и входное солнечное колесо.4. Система передач по п.1, отличающаяся тем, что ось планетарного зубчатого колеса смешанного эпициклического передаточного механизма несет второе планетарное зубчатое колесо, которое вращается вместе с первым планетарным зубчатым колесом и приводит первый промежуточный выходной вал.5. Система передач по п.2, отличающаяся тем, что ось планетарного зубчатого колеса смешанного эпициклического передаточного механизма несет второе планетарное зубчатое колесо, которое вращается вместе с первым планетарным зубчатым колесом и приводит первый промежуточный выходной вал.6. Система передач по п.3, отличающаяся тем, что ось планетарного зубчатого колеса смешанного эпициклического передаточного механизма несет второе планетарное зубчатое колесо, которое вращается вместе с первым планетарным зубчатым колесом и приводит первый промежуточный выходной вал.7. Система передач по п.4, отличающаяся тем, что второе планетарное зубчатое колесо имеет такой же размер, как и первое планетарное зубчатое колесо.8. Система передач по п.5, отличающаяся тем, что второе планетарное зубчатое колесо имеет такой же размер, как и первое планетарное зубчатое колесо.9. Система передач по п.6, отличающаяся тем, что второе планетарное зубчатое колесо имеет такой же размер, как и первое планетарное зубчатое колесо.10. Система передач по п.4, отличающаяся тем, что ось первого планетарного зубчатого колеса смешанного эпициклического передаточного механизма несет третье планетарное зубчатое колесо, которое вращается вместе с первым планетарным зубчатым колесом и обеспечивает входную мощность для второго эпициклического передаточного механизма.11. Система передач по п.5, отличающаяся тем, что ось первого планетарного зубчатого колеса смешанного эпициклического передаточного механизма несет третье планетарное зубчатое колесо, которое вращается вместе с первым планетарным зубчатым колесом и обеспечивает входную мощность для второго эпициклического передаточного механизма.12. Система передач по п.6, отличающаяся тем, что ось первого планетарного зубчатого колеса смешанного эпициклического передаточного механизма несет третье планетарное зубчатое колесо, которое вращается вместе с первым планетарным зубчатым колесом и обеспечивает входную мощность для второго эпициклического передаточного механизма.13. Система передач по п.7, отличающаяся тем, что ось первого планетарного зубчатого колеса смешанного эпициклического передаточного механизма несет третье планетарное зубчатое колесо, которое вращается вместе с первым планетарным зубчатым колесом и обеспечивает входную мощность для второго эпициклического передаточного механизма.14. Система передач по п.8, отличающаяся тем, что ось первого планетарного зубчатого колеса смешанного эпициклического передаточного механизма несет третье планетарное зубчатое колесо, которое вращается вместе с первым планетарным зубчатым колесом и обеспечивает входную мощность для второго эпициклического передаточного механизма.15. Система передач по п.9, отличающаяся тем, что ось первого планетарного зубчатого колеса смешанного эпициклического передаточного механизма несет третье планетарное зубчатое колесо, которое вращается вместе с первым планетарным зубчатым колесом и обеспечивает входную мощность для второго эпициклического передаточного механизма.16. Система передач по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что второй эпициклический передаточный механизм содержит второе входное солнечное колесо, приводимое смешанным эпициклическим передаточным механизмом, планетарное зубчатое колесо, приводимое вторым входным солнечным колесом, и водило, формирующее выходную мощность второго эпициклического передаточного механизма.17. Система передач по п.16, отличающаяся тем, что она содержит промежуточную зубчатую передачу, соединяющую смешанный эпициклический передаточный механизм и второе входное солнечное колесо.18. Система передач по п.16, отличающаяся тем, что второй эпициклический передаточный механизм содержит второе солнечное колесо, зацепленное с планетарным зубчатым колесом второго эпициклического передаточного механизма.19. Система передач по п.18, отличающаяся тем, что она содержит средства для выборочного торможения второго солнечного колеса.20. Система передач по п.19, отличающаяся тем, что тормозной элемент содержит муфту, расположенную между вторым солнечным колесом и корпусом системы передач.21. Система передач по п.18, отличающаяся тем, что солнечное колесо остается неподвижным относительно корпуса системы передач, и тормозной элемент содержит зажимные средства для выборочного присоединения выхода второго эпициклического передаточного механизма к выходному валу системы.