ШЕСТЕРЕНЧАТЫЙ ВАРИАТОР-2 Российский патент 2008 года по МПК F16H3/74 

Вариатор - устройство, позволяющее за счет бесступенчатого изменения передаваемого крутящего момента выдерживать оптимальное соотношение между тягой двигателя и сопротивлением приводимого им в движение рабочего органа.

Из известных вариаторов можно выделить следующие группы.

Фрикционные вариаторы.

(И.И.Артоболевский. "Механизмы в современной технике". М.: Наука, 1981 г, т.5, стр.313).

Тела вращения, прижатые друг к другу, перемещаются относительно друг друга и, контактируя рабочими поверхностями на различном удалении от своих осей вращения, обеспечивают бесступенчатое изменение крутящего момента, передаваемого на ведомый элемент.

Недостатки: скольжение одной рабочей поверхности по другой при большом усилии сжатия, большие нагрузки на валы и их опоры.

Механизмы бесступенчатой клиноременной передачи.

(И.И.Артоболевский. "Механизмы в современной технике". М.: Наука, 1981 г., стр.347).

Гибкое тело в виде ремня клинового сечения натянуто между двумя шкивами, состоящими из полушкивов. При сближении двух полушкивов ремень выталкивается на больший радиус вращения, утопая при этом между полушкивами другого шкива, чем и достигается бесступенчатость передачи.

Недостатки: большие габариты передачи, большие нагрузки на валы и их опоры, проскальзывание ремня.

Гидротрансформаторы.

(В.Цыбин, Б.Галашин. "Легковые автомобили". М.: Просвещение, стр.96).

Насосное колесо, вращаемое ведущим валом, разгоняет жидкость, которая изменяя направление и скорость своего движения на неподвижном колесе-реакторе, приводит в движение турбинное колесо, соединенное с ведомым валом.

Недостатки: небольшой диапазон изменения крутящего момента, высокая стоимость.

Гидрообъемные передачи.

В передачах такого рода бесступенчатое изменение крутящего момента обеспечивается применением гидронасосов и гидромоторов с изменяемыми рабочими объемами.

Недостатки: сложность и высокая стоимость.

Настоящее изобретение является шестеренчатым механизмом, позволяющим бесступенчато изменять величину передаваемого крутящего момента. Он не имеет гибкие элементы, в нем нет трения скольжения, крутящий момент передается не жидкими телами, а зубчатыми колесами.

Шестеренчатый вариатор-2, показанный на чертеже, содержит

1, 2 - дифференциальные механизмы;

3 - редуктор;

4 - ведущий вал;

5 - промежуточный вал;

6 - ведомый вал;

7 - входной вал редуктора;

8 - выходной вал редуктора;

9 - шестеренчатый насос.

Дифференциальные механизмы расположены таким образом, что правая полуосевая шестерня одного и левая полуосевая шестерня другого соединены одной полуосью, т.е.промежуточным валом 5. Ведущее звено редуктора 3, которым является вал 7, получает вращение от внешнего зубчатого венца коробки дифференциала 1, а последнее звено редуктора, которым является вал 8, передает вращение на зубчатый венец коробки дифференциала 2. При исполнении дифференциальных механизмов и редуктора в одном корпусе зубчатые венцы дифференциальных механизмов могут контактировать непосредственно с шестернями редуктора.

Взаимозависимость скоростей вращения элементов дифференциального механизма выражается формулой

где ω₀ - частота вращения ведущего звена;

ω₁/ω₂ - частоты вращения ведомых звеньев.

(В.Цыбин и др. Легковые автомобили. М.: Просвещение, 1993 г., стр.83.

Определим передаточное число вариатора, принимая передаточное число редуктора u_R.

Вращение передается по двум ветвям: через промежуточный вал 5 и через редуктор 3. В соответствии с конечной формулой крайние значения диапазона u, при полной остановке вала 5 и при полной остановке редуктора 3 равны соответственно u_R и 1.

Обычно дифференциалы изготавливаются симметричными, т.е. с одинаковым количеством зубьев полуосевых шестерен. Если изготовить несимметричный дифференциал с числом зубьев первой по ходу передачи вращения большим, чем у второй, то при полной остановке редуктора 3 передаточное число вариатора будет меньше единицы.

При передаче крутящего момента мощность будет передаватся по линии наименьшего сопротивления, т.е. через редуктор 3, что и нужно при больших нагрузках. По мере снижения нагрузки путем притормаживания редуктора подключается вторая ветвь передачи и при полной остановке редуктора мощность передается только через вал 5.

Для снижения скорости вращения валов редуктора и его полной остановки служит маслонасос 9, прокачивающий жидкость через регулируемый клапан.

На чертеже пунктирной линией обозначена связь привода насоса с вращающимся элементом редуктора 3, при этом насос может находиться внутри корпуса редуктора.

При наименьшем сопротивлении прокачиванию жидкости, т.е.при полностью открытом клапане передаточное число вариатора равно передаточному числу редуктора 3. Полная остановка редуктора происходит при полном закрытии клапана.

Маслонасос не является элементом гидрообъемной передачи, а служит для распределения передаваемой через зубчатые зацепления мощности между двумя ветвями вариатора.

Изобретение относится к устройствам для бесступенчатого преобразования вращательного движения и крутящего момента. Вариатор состоит из двух дифференциальных механизмов (1,2), расположенных таким образом, что левая полуось одного является правой полуосью другого. Шестерни дифференциалов, соответствующие большим шестерням главной передачи автомобиля, соединены между собой через редуктор (3). Свободная полуось первого дифференциального механизма (1) является ведущим валом (4) передачи. Свободная полуось второго дифференциального механизма (2) является ведомым валом (6) передачи. При торможении редуктора с помощью маслонасоса (9), прокачивающего жидкость через регулируемый клапан, часть вращения передается через общую для своих дифференциалов полуось - промежуточный вал (5). При полной остановке редуктора вращение передается только через общую полуось. Упрощена конструкция вариатора. 1 ил.

Шестеренчатый вариатор, основу которого составляет дифференциальный механизм, отличающийся тем, что содержит еще один дифференциальный механизм, при этом левая полуось одного дифференциального механизма является правой полуосью другого дифференциального механизма, зубчатые венцы коробок дифференциалов соединены между собой редуктором, один из элементов которого соединен с приводом маслонасоса, снабженного регулируемым клапаном, а крайние полуоси вариатора соединены с двигателем и рабочим органом.