Настоящее изобретение относится к бесступенчатым типам трансмиссий, которые являются работоспособными на многочисленных режимах работы.
Бесступенчатая трансмиссия («БТ»), как правило, включает в себя:
(а) вариатор - устройство, имеющее вращающийся вход и вращающийся выход, который может изменять отношение его входной частоты вращения к его выходной частоте вращения («передаточное отношение вариатора») бесступенчатым образом, и
(b) соединительную зубчатую передачу, посредством которой вариатор подсоединяется между источником вращательного движения, например двигателем, и местом потребления мощности, например ведомые колеса автомобиля.
Общее передаточное отношение, обеспечиваемое трансмиссией в целом, («передаточное отношение трансмиссии») представляет собой функцию передаточного отношения вариатора, но в общем не является идентичным ему, будучи измененным соединительной зубчатой передачей.
Хорошо известно включение в зубчатую передачу «разветвительную» конструкцию зубчатого колеса, как правило, планетарного типа. Разветвительные зубчатые колеса могут использоваться для рециркуляции мощности, уменьшая мощность, передаваемую самим вариатором, и для обеспечения состояния, известного в данной области техники, как «нейтральное положение с зацеплением». Как правило, разветвление имеет два вращающихся входа, соединенных с противоположными сторонами вариатора, и вращающийся выход, соединенный, например, с конечной зубчатой передачей, и, таким образом, с колесами транспортного средства. При определенном передаточном отношении вариатора («передаточном отношении в нейтральном положении с зацеплением») два входа в разветвлении нейтрализуют друг друга, оставляя выход неподвижным. Это состояние называется «нейтральным положением с зацеплением» и обеспечивает возможность остановки выхода трансмиссии без его физического отсоединения от работающего двигателя. Следовательно, такая трансмиссия может использоваться без какого-либо «пускового устройства», например, ручного сцепления или преобразователя крутящего момента традиционной автомобильной трансмиссии, использующегося для соединения/отсоединения двигателя и трансмиссии при запуске транспортного средства и при торможении транспортного средства для остановки. Передаточные отношения вариатора с одной стороны передаточного отношения в нейтральном положении с зацеплением обеспечивают обратное вращение на выходе и задний ход транспортного средства. Передаточные отношения вариатора с другой стороны передаточного отношения в нейтральном положении с зацеплением обеспечивают прямое вращение на выходе и передний ход транспортного средства. Когда вариатор имеет передаточное отношение нейтрального положения с зацеплением, ведомые колеса и транспортное средство остановлены.
Как правило, зубчатая передача БТ включает в себя одно или более устройств сцепления, сцепление/расцепление которых обеспечивает возможность переключения трансмиссии между «режимами работы». Передаточное отношение трансмиссии является функцией передаточного отношения вариатора, но в каждом режиме работы взаимоотношение между передаточным отношением вариатора и передаточным отношением трансмиссии является разным. Например, трансмиссии легковых автомобилей часто выполнены с возможностью обеспечения двух режимов работы - высокого и низкого. Низкий режим работы обеспечивает заднюю, нейтральную и низкую переднюю передачи. Высокий режим работы обеспечивает более высокие передние передачи.
Передаточные отношения в зубчатой передаче выбираются таким образом, что когда вариатор достигает определенного передаточного отношения вариатора («синхронное передаточное отношение»), близкого к одному концу его диапазона, переход с низкого на высокий режим работы не вызывает изменения передаточного отношения трансмиссии. Смена режима работы при синхронном передаточном отношении может быть выполнена плавно, без большого скачка крутящего момента на колесах транспортного средства или изменения частоты вращения двигателя.
Использование многочисленных режимов работы является желательным с точки зрения энергетического КПД трансмиссии. Сам вариатор, как правило, представляет собой наименее эффективный элемент трансмиссии. При любом заданном режиме работы, если диапазон передаточных отношений, обеспечиваемый трансмиссией в целом, больше, чем диапазон передаточных отношений вариатора, тогда мостик представляет собой «разделитель мощности». То есть только часть от общей мощности передается через вариатор. Уменьшение диапазона передаточных отношений в заданном режиме работы уменьшает часть общей мощности через вариатор и, таким образом, может повысить КПД и уменьшить необходимые размеры и технические требования самого вариатора. По определенным причинам, в некоторых случаях, может быть желательным обеспечение более двух режимов работы. Большегрузные дорожные транспортные средства являются одним из примеров. Энергетический КПД является важным учитываемым фактором для таких транспортных средств, и их двигатели обеспечивают особенно высокую мощность и крутящий момент, управление которыми посредством вариатора было бы проблематичным при трансмиссии с двумя режимами работы.
Известный пример БТ, работающей при трех или более режимах работы, раскрыт в опубликованной международной заявке WO 94/24462. Ее американским патентом является US 5643121. Данная трансмиссия использует две планетарные разветвляющие зубчатые передачи. Одна из них называется в этом документе «разделяющей мощность» планетарной зубчатой передачей, так как она принимает мощность от двигателя и разделяет ее между первым и вторым валами, регулируя изменения в их относительных частотах вращения. Сам вариатор имеет его вход, соединенный с первым валом, и его выход, соединенный со вторым валом, таким образом (для постоянной частоты вращения двигателя) увеличение передаточного отношения вариатора заставляет второй вал ускоряться, а первый вал замедляться, тогда как уменьшение передаточного отношения вариатора заставляет второй вал замедляться, а первый вал ускоряться. Каждый вал может селективно соединяться с колесами транспортного средства через, по меньшей мере, одну конструкцию сцепление/зубчатая передача. Рассмотрим, что происходит, когда увеличивается передаточное отношение трансмиссии. Вначале скажем, что первый вал соединен с колесами через первую конструкцию сцепление/зубчатая передача. Второй вал отсоединен и, таким образом, свободно вращается. Вариатор переключается через его диапазон передаточных отношений для увеличения частоты вращения первого вала и частоты вращения ведомых колес. В итоге, вариатор достигает конца его диапазона передаточных отношений и начинается переход на синхронный режим работы, отсоединяющий первый вал и соединяющий второй вал с колесами с помощью второй конструкции сцепление/зубчатая передача. На этом этапе направление изменения передаточного отношения вариатора реверсируется. Затем вариатор переключается обратно через его диапазон передаточных отношений, увеличивая частоту вращения второго вала и ведомых колес. Когда он достигает противоположного конца его диапазона передаточных отношений, переход на еще более высокий режим работы может быть выполнен посредством отсоединения второго вала и присоединения первого вала к колесам с помощью третьей конструкции сцепление/зубчатая передача. В принципе, обеспечивая каждый вал многочисленными конструкциями сцепление/зубчатая передача для приведения колес в движение при разных передаточных отношениях, можно обеспечить любое количество режимов.
Вторая из зубчатых разветвляющих передач называется в WO 94/24462 «рециркулирующей мощностью» планетарной зубчатой передачи и служит для обеспечения низкого режима работы, содержащего нейтральное положение с зацеплением. Ее входы параллельно присоединены к вариатору, а ее выход выполнен с возможностью присоединения через сцепление с ведомыми колесами. При низком режиме работы как первый, так и второй валы отсоединены от колес, которые взамен приводятся в движение посредством выхода рециркулирующей мощности планетарной зубчатой передачи.
Конструкция и размещение такой трансмиссии являются проблематичными. WO 94/24462 показывает конструкции, в которых две планетарные зубчатые разветвляющие передачи являются соосными друг с другом и с входом трансмиссии, но сам вариатор смещен вбок от их общей оси. Это не всегда удобно с точки зрения компоновки, также не всегда возможно уменьшение до минимума количества зубчатых передач на путях передачи мощности, и дополнительная зубчатая передача является нежелательной, так как она увеличивает рассеяние энергии трансмиссии.
Трансмиссия, которая работает, по существу, на аналогичных принципах, но имеет другое размещение, раскрыта в опубликованной международной заявке WO 94/16244. Ее американским патентом является US 5564998. В этой трансмиссии две конструкции планетарных зубчатых передач являются соосными с, и с любой стороны, вариатором, но выход трансмиссии выполнен через промежуточный вал, который смещен от оси вариатора, и это также может быть проблематичным с точки зрения компоновки.
Обозначения «вход» и «выход» использовались выше и будут периодически использоваться ниже со ссылкой на валы или другие вращающиеся элементы, через которые составные элементы, например вариатор - и, более того, сама трансмиссия, присоединятся к другим составным элементам. Является полезной номенклатура для распознавания одной стороны составного элемента от другой, но следует понимать, что в большинстве случаев обозначение, по существу, является произвольным, и что движение мощности (хотя предполагается, что оно происходит от двигателя на колеса при дальнейшем рассмотрении) необязательно всегда происходит от входа на выход.
Первый аспект настоящего изобретения должен обеспечить многорежимную трансмиссию, которая является энергоэффективной и/или экономичной при изготовлении и/или удобной для компоновки.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения создана бесступенчатая трансмиссия, которая имеет вход трансмиссии и выход трансмиссии, и выполнена с возможностью передачи движения между ними с бесступенчато-регулируемым передаточным отношением трансмиссии, при этом трансмиссия дополнительно содержит вариатор, имеющий, по меньшей мере, два диска качения вариатора, между которыми движение передается с бесступенчато-регулируемым передаточным отношением вариатора, при этом диски качения вариатора установлены для вращения вокруг оси, заданной валом вариатора; промежуточный вал, отделенный в поперечном направлении от вала вариатора; разделяющую планетарную зубчатую передачу, имеющую разделяющий входной элемент, расположенный, чтобы приводиться в движение от входа трансмиссии, и два разделяющих выходных элемента, расположенных для соответствующего приведения в движение промежуточного вала и вала вариатора; рециркулирующую планетарную зубчатую передачу, имеющую первый и второй рециркулирующие входные элементы, функционально присоединяемые соответственно, к валу вариатора и промежуточному валу, и рециркулирующий выходной элемент; и устройство сцепления для селективного включения:
(а) режима, при котором рециркулирующий выходной элемент приводит в движение выход трансмиссии;
(b) режима, при котором промежуточный вал приводит в движение выход трансмиссии; и
(с) режима, при котором вал вариатора приводит в движение выход трансмиссии; при этом вал вариатора является соосным с:
выходом трансмиссии;
рециркулирующей планетарной зубчатой передачей;
первым соединением между рециркулирующим выходным элементом и выходом трансмиссии, которое служит для приведения в движение выхода трансмиссии при режиме (а); и
вторым соединением, между валом вариатора и выходом трансмиссии, которое служит для приведения в движение выхода трансмиссии при режиме (с).
Другая проблема, касающаяся многорежимных трансмиссий, относится к практическим сторонам изготовления. Различные транспортные средства имеют различные требования на количество режимов работы, подлежащих обеспечению трансмиссией. Большое количество режимов работы обеспечивают возможность уменьшения мощности, управляемой вариатором, как объяснено выше. С другой стороны, трансмиссии, обеспечивающие целых четыре разных режима работы, могут быть громоздкими и относительно дорогостоящими для изготовления. Было бы желательным сделать возможным использование в значительной степени одинаковых составных элементов и оборудования для двух разных трансмиссий, при этом обеспечивая больше режимов работы у одной, чем у другой. Это может быть достигнуто с помощью использования одной основной трансмиссии, обеспечивающей меньшее количество режимов работы, с необязательными дополнительными составными элементами для обеспечения дополнительного режима работы (или режимов работы).
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения результатом включения дополнительных составных элементов является бесступенчатая трансмиссия, работающая, по меньшей мере, в четырех режимах работы и которая имеет вход трансмиссии и конечный выход трансмиссии и выполнена с возможностью передачи движения между ними при бесступенчато-регулируемом передаточном отношении трансмиссии, при этом трансмиссия дополнительно содержит вариатор, имеющий, по меньшей мере, два диска качения вариатора, между которыми движение передается с бесступенчато-регулируемым передаточным отношением вариатора, при этом диски качения вариатора установлены для вращения вокруг оси, определяемой валом вариатора; промежуточный вал, отделенный в поперечном направлении от вала вариатора; разделяющую планетарную зубчатую передачу, имеющую разделяющий входной элемент, расположенный, чтобы приводиться в движение от входа трансмиссии, и два разделяющих выходных элемента, расположенных для соответствующего приведения в движение промежуточного вала и вала вариатора; рециркулирующую планетарную зубчатую передачу, имеющую первый и второй рециркулирующие входные элементы, расположенные, чтобы работоспособно присоединяться, соответственно, к валу вариатора и промежуточному валу, и рециркулирующий выходной элемент; совместно используемый выходной элемент, расположенный, чтобы селективно функционально присоединяться к и отсоединяться от конечного выхода трансмиссии посредством первой конструкции сцепления, и дополнительные конструкции сцеплений для:
(а) соединения рециркулирующего выходного элемента с совместно используемым выходным элементом и с помощью него с конечным выходом трансмиссии для обеспечения одного режима работы;
(b) соединения промежуточного вала с совместно используемым выходным элементом и с помощью него с конечным выходом трансмиссии для обеспечения другого режима работы;
(с) соединения вала вариатора с совместно используемым выходным элементом и с помощью него с конечным выходом трансмиссии для обеспечения другого режима работы; и
(d) соединения либо промежуточного вала, либо вала вариатора с конечным выходом трансмиссии посредством отдельного пути, не включающего совместно используемый выходной элемент, при этом совместно используемый выходной элемент отсоединен от конечного выхода трансмиссии для обеспечения другого режима работы.
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения дополнительные составные элементы, необходимые для обеспечения второго режима работы, могут быть выполнены в виде узла для присоединения к бесступенчатой главной трансмиссии для того, чтобы обеспечить трансмиссию с дополнительным режимом работы, при этом узел содержит вращающийся конечный выход трансмиссии, первый вращающийся вход, сцепляемый с первым выходом главной трансмиссии, второй вращающийся вход, сцепляемый со вторым выходом главной трансмиссии, и конструкцию зубчатой передачи и сцеплений для селективного соединения конечного выхода трансмиссии, по меньшей мере, с одним из первого и второго вращающихся входов.
Обычно, сцепления, использующиеся для выбора одного или другого режима работы, представляют собой фрикционные устройства, например, гидравлического дискового типа. Несмотря на очень широкую доступность и эффективность, существуют определенные недостатки, связанные с использованием этого типа сцепления. В соответствии с характером его работы, оно подвержено изнашиванию и, следовательно, требует периодической замены. Выбранное сцепление должно быть способным управлять предполагаемым крутящим моментом, и так как он может быть значительным в транспортных средствах, например грузовиках, требования на сцепление могут быть строгими. Также следует принимать во внимание расходы на гидравлические дисковые сцепления.
В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения имеется многорежимная бесступенчатая трансмиссия, содержащая вариатор, обеспечивающий бесступенчато-регулируемое передаточное отношение вариатора, зубчатую передачу, задающую, по меньшей мере, два селективно зацепляемых приводных пути между входом трансмиссии и выходом трансмиссии, при этом оба приводных пути включают в себя вариатор, таким образом, в обоих приводных путях отношение частоты вращения входа трансмиссии к частоте вращения выхода трансмиссии является функцией передаточного отношения вариатора, и конструкцию сцепления для смены режима работы, при этом трансмиссия характеризуется тем, что конструкция сцепления для смены режима работы содержит одну или более кулачковых сцеплений для перехода от зацепления одного приводного пути на зацепление другого, и тем, что трансмиссия дополнительно содержит, по меньшей мере, одно фрикционное устройство зацепления, которое, когда испытывает чрезмерный крутящий момент, способно проскальзывать и, таким образом, обеспечивать возможность несовпадения между передаточным отношением вариатора и отношением частоты вращения входа трансмиссии к частоте вращения выхода трансмиссии.
Кулачковые сцепления не способны проскальзывать и, таким образом, не могут урегулировать несовпадение между частотами вращения входа и выхода трансмиссии. При отсутствии фрикционного устройства зацепления это может привести к чрезмерной нагрузке на другие части трансмиссии, например вариатор, в случае непредвиденных повышений крутящего момента, например, вызванных водителем при очень резком торможении. При таких условиях дополнительное фрикционное устройство зацепления способно проскальзывать и, таким образом, обеспечить трансмиссию необходимой защитой.
Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения теперь будут описаны только в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - очень упрощенное изображение в перспективе главных составных элементов вариатора с тороидальной дорожкой качения и сцепления роликов, подходящего для использования при осуществлении настоящего изобретения;
Фиг.2 - тот же самый вариатор, снова в очень упрощенном виде, при рассмотрении вдоль радиального направления;
Фиг.3 - схематичное изображение БТ с тремя режимами работы, воплощающей настоящее изобретение;
Фиг.4 - более детальный вид той же самой трансмиссии;
Фиг.5а-5с соответствуют фиг.4, за исключением того, что на каждой фигуре составные элементы, включенные в путь мощности для соответствующего режима работы, выделены жирными линиями, при этом другие составные элементы показаны нечеткими линиями;
На фиг.6 показана та же самая БТ, видимая на фиг.3 и 4, с дополнительной зубчатой передачей и связанными составными элементами для обеспечения четвертого режима работы;
На фиг.7 показана более подробно трансмиссия с фиг.6;
На фиг.8 показана трансмиссия, которая представляет собой разработку трансмиссии, показанной на фиг.7, являющаяся в некоторых отношениях более простой для изготовления;
На фиг.9 показана та же самая трансмиссия, видимая на фиг.8, с дополнительной зубчатой передачей и связанными составными элементами для обеспечения четвертого режима работы.
Вариатор V, подходящий для применения при осуществлении настоящего изобретения, будет сначала описан со ссылкой на фиг.1 и 2. Данный вариатор известен специалистам в данной области и представляет собой тип вариатора с тороидальной дорожкой качения и сцепления роликов. Могут применяться другие типы вариатора в трансмиссиях, воплощающих изобретение. Вариатор V имеет первый и второй входные диски D1, D2 качения, имеющие соответствующие полутороидально углубленные поверхности 200, 202. Между входными дисками D1, D2 качения имеются первый и второй выходные диски D3, D4 качения, которые также имеют соответствующие полутороидально углубленные поверхности 204, 206, таким образом, между первыми входным и выходным дисками D1, D3 качения образуется первая тороидальная полость 208, а между вторыми входным и выходным дисками D3, D4 качения образуется вторая тороидальная полость 210. Эти диски качения имеют общую ось вращения («ось вариатора»), заданную валом 212 вариатора, вокруг которой они вращаются.
Каждая полость 208, 210 размещает соответствующий ряд роликов 214, 216. Обычно каждый ряд состоит из трех роликов. Каждый ролик установлен для вращения вокруг оси ролика и катится по тороидальным поверхностям связанных входных и выходных дисков качения для передачи движения от одного к другому. Каждый из роликов 214, 216 способен перемещаться назад и вперед вдоль окружного направления вокруг оси вариатора. Он также способен прецессировать. Т.е. ось ролика способна поворачиваться, изменяя наклон оси ролика относительно оси вариатора. В показанном примере эти перемещения обеспечены посредством закрепления с возможностью вращения каждого ролика 214, 216 в соответствующем держателе 220, соединенном посредством стержня 222 с поршнем 228 исполнительного механизма 230. Линия 232 из центра поршня 228 в центр ролика 216 является осью прецессии, вокруг которой вся сборка может поворачиваться. Прецессия ролика приводит к изменениям радиусов траекторий, проходимых роликом, например, 216, по дискам качения, например, D2, D4, и, следовательно, к изменению передаточного отношения вариатора.
Следует отметить, что в этом примере ось 232 прецессии не лежит точно в плоскости, перпендикулярной оси вариатора, а вместо того наклонена относительно этой плоскости. Угол наклона обозначен на чертеже с помощью CA и известен как «продольный угол наклона оси поворота». Так как ролик перемещается назад и вперед, он описывает круговую траекторию, имеющую центр на оси вариатора. Кроме того, воздействие дисков качения на ролик создает направляющий момент, который стремится к его сохранению при таком наклоне, что ось ролика пересекает ось вариатора. Это пересечение осей может сохраняться, несмотря на перемещение ролика назад и вперед вдоль его круговой траектории вследствие продольного угла наклона оси поворота. Когда ролик перемещается вдоль своей траектории, он также направляется посредством воздействия дисков качения, заставляющих его прецессировать таким образом, чтобы сохранять пересечение осей. Результат заключается в том, что положение ролика вдоль его траектории соответствует определенному наклону ролика и, следовательно, определенному передаточному отношению вариатора.
Исполнительный механизм 230 воспринимает противоположные гидравлические давления текучей среды через трубопроводы 234, 236. Усилие, созданное таким образом исполнительным механизмом 230, вызывает перемещение ролика вдоль его круговой траектории вокруг оси вариатора, и при равновесии он сбалансирован усилиями, прикладываемыми к ролику дисками качения. Усилие, прикладываемое дисками качения, является пропорциональным сумме моментов, приложенных извне к дискам качения вариатора. Эта сумма, входной крутящий момент вариатора плюс выходной крутящий момент вариатора, является эффективным крутящим моментом, который должен воздействовать на крепления вариатора и называется реактивным моментом. С помощью установки давлений в трубопроводах 234, 236 непосредственно регулируется реактивный момент, созданный вариатором.
Теперь будет описана трансмиссия, включающая в себя вариатор V. Принципы работы настоящей трансмиссии наилучшим образом могут быть понятными со ссылкой на Фигуру 3, на которой показаны ее главные рабочие составные элементы в чисто схематическом виде. Входной вал 10 приводится в движение посредством источника 12 вращательного движения, который в настоящем примере представляет собой дизельный двигатель, хотя в принципе он может представлять собой любой тип двигателя внутреннего сгорания, электрического двигателя или другого двигателя внешнего сгорания или другого вращающего приводного механизма. Разделяющая планетарная зубчатая передача 14 имеет три вращательных элемента, которые соединены соответственно с (i) входным валом 10, (ii) первым промежуточным валом 16 и (iii) вторым промежуточным валом 18. Последнее из этих соединений осуществляется через посредство зубчатой передачи R1. Входная мощность от двигателя на разделяющую планетарную зубчатую передачу 14 направляется к промежуточным валам 16, 18, но разделение этой мощности между двумя промежуточными валами и их относительными частотами вращения не определяется разделяющей планетарной зубчатой передачей.
Вариатор V параллельно соединен с первым и вторым промежуточными валами. В частности, вращающийся вход вариатора соединен с первым промежуточным валом 16, и его выход соединен через посредство зубчатой передачи R2 со вторым промежуточным валом 18. Таким образом, отношение частоты вращения первого промежуточного вала к частоте вращения второго промежуточного вала равно передаточному отношению вариатора, умноженному на передаточное отношение зубчатой передачи R2. Изменение передаточного отношения вариатора, при постоянной частоте вращения входного вала 10, заставляет один из промежуточных валов замедляться, а другой ускоряться.
Трансмиссия имеет вращающийся выходной вал 20, который в случае трансмиссии транспортного средства обычно соединен через посредство конечной зубчатой передачи с колесами транспортного средства. В показанном примере имеются три доступных пути для передачи мощности на выходной вал 20, каждый из них включается посредством соответствующего сцепления М1, М2, М3, и каждый из них обеспечивает другой режим работы трансмиссии.
Самый низкий режим работы включается, когда сцепление М1 введено в зацепление, а другие сцепления расцеплены. В показанном примере сцепление М1 фактически является тормозным устройством, воздействующим на водило планетарного ряда соединительной планетарной зубчатой передачи 22. Эта конкретная планетарная зубчатая передача служит просто в качестве соединения и не выполняет совмещенную функцию. Когда сцепление М1 введено в зацепление, оно передает движение на выходной вал 20 и обеспечивает постоянное передаточное отношение. Когда сцепление М1 расцеплено, соединительная планетарная зубчатая передача 22 свободно вращается и не передает значительную мощность. Планетарная зубчатая передача имеет преимущество в этом контексте, заключающееся в том, что ее вход и выход являются соосными, что удобно с конструктивной точки зрения.
Мощность передается на соединительную планетарную зубчатую передачу 22 посредством рециркулирующей планетарной зубчатой передачи 24, которая имеет первый вход 26, соединенный с первым промежуточным валом 16, второй вход 28, соединенный через посредство зубчатой передачи R3 со вторым промежуточным валом 18, и выход 30, ведущий к соединительной планетарной зубчатой передаче 22. Благодаря рециркулирующей планетарной зубчатой передаче 24, трансмиссия способна обеспечить нейтральное положение с зацеплением. При передаточном отношении вариатора в нейтральном положении с зацеплением частоты вращения его первого и второго входов 26, 28 нейтрализуют друг друга и, следовательно, его выход 30 является неподвижным независимо от частоты вращения двигателя 12, хотя он механически соединен с двигателем. В некоторых вариантах осуществления передаточные отношения вариатора с одной стороны передаточного отношения в нейтральном положении с зацеплением обеспечивают обратное вращение на выходе (задний ход транспортного средства), а передаточные отношения вариатора с другой стороны нейтрального положения с зацеплением обеспечивают прямое вращение на выходе (передний ход транспортного средства).
Переключение с самого низкого режима работы - первого - на второй режим работы выполняется расцеплением сцепления М1 и введением в зацепление сцепления М2. Это выполняется при синхронном передаточном отношении, таким образом, нет моментальных результатов изменения в передаточном отношении трансмиссии. Соединительная планетарная зубчатая передача 22 и рециркулирующая планетарная зубчатая передача 24, в таком случае, свободно вращаются и эффективно перемещаются от пути подвода мощности. Взамен выходной вал 20 приводится в движение от второго промежуточного вала 18 посредством зубчатой передачи R4.
Переключение со второго на третий режим работы выполняется расцеплением сцепления М2 и введением в зацепление сцепления М3, что снова выполняется при синхронном передаточном отношении. Путь подвода мощности, в таком случае, осуществлен с помощью непосредственного соединения первого промежуточного вала 16 с выходным валом 20.
Следует отметить, что так как трансмиссия проходит весь ее диапазон передаточных отношений, передаточное отношение вариатора сначала переключается через ее диапазон на первый режим работы, затем обратно через ее диапазон - в противоположном направлении - во второй режим работы, затем снова обратно через ее диапазон - в первом направлении - в третий режим работы. Выбор передаточных отношений зубчатых колес R является таким, что первый, второй и третий режимы работы обеспечивают последовательно более высокие общие передаточные отношения трансмиссии, т.е. большее число оборотов на выходе на один оборот на входе.
На фиг.4 и 5 представлен практический вариант осуществления той же трансмиссии, показанной на фиг.3. Здесь первый промежуточный вал 16 образован главным валом вариатора V с тороидальной дорожкой качения и сцепления роликов типа, описанного выше. Второй промежуточный вал 18 образован в качестве промежуточного вала, смещенного в поперечном направлении от вариатора. Внешние диски D1, D2 качения вариатора установлены на первом промежуточном валу 16 для вращения вместе с ним, таким образом, движение непосредственно передается от дисков качения на вал (или наоборот - направление потока мощности может осуществляться в любом направлении). Движение от внутренних дисков D3, D4 качения вариатора снимается с помощью первой звездочки 32 между ними, которая приводит в движение вторую звездочку 34 на втором промежуточном валу 18 с помощью цепи (не показана), образуя зубчатую передачу R2 на Фигуре 3. Другие устройства для боковой передачи движения могут использоваться в этом контексте, например, непосредственно зацепляющиеся зубчатые колеса.
Разделяющая планетарная зубчатая передача 14 является соосной с дисками D1-D4 качения вариатора. В показанном варианте осуществления она расположена между входным валом 10 и вариатором V. Входной вал 10 несет на себе водило SPC планетарного ряда разделяющей планетарной зубчатой передачи 14. Сателлиты 36, расположенные на нем, зацепляются с солнечным зубчатым колесом SS, которое установлено на первом промежуточном валу 16, а также с эпициклическим зубчатым колесом SR с внутренним зацеплением, которое также имеет зубья на его внешней стороне для зацепления с первым зубчатым колесом 38 промежуточного вала, установленным на втором промежуточном валу 18. Внешние зубья эпициклического зубчатого колеса SR и первого зубчатого колеса 38 промежуточного вала вместе образуют зубчатую передачу R1 на фиг.3.
Рециркулирующая планетарная зубчатая передача 24 является соосной с дисками D1-D4 качения вариатора. В показанном варианте осуществления она расположена на противоположной стороне вариатора от разделяющей мощность планетарной зубчатой передачи 14. Рециркулирующая планетарная зубчатая передача 24 содержит солнечное зубчатое колесо RES, установленное на первом промежуточном валу (валу вариатора) 16, которое зацепляется с сателлитами 40, расположенными на водиле REPC планетарного ряда. Сателлиты 40 также зацепляются с эпициклическим зубчатым колесом RER с внутренним зацеплением рециркулирующей планетарной зубчатой передачи 24, и это эпициклическое зубчатое колесо также имеет внешние зубья для зацепления со вторым зубчатым колесом 42 промежуточного вала, установленным на втором промежуточном валу 18. Внешние зубья эпициклического зубчатого колеса RER и второго зубчатого колеса 42 промежуточного вала образуют зубчатую передачу R3 на фиг.3.
Соединительная планетарная зубчатая передача 22 расположена рядом с и вне рециркулирующей планетарной зубчатой передачи 24. Ее солнечное зубчатое колесо CES непосредственно соединяется с водилом REPC планетарного ряда рециркулирующей планетарной зубчатой передачи и зацепляется с сателлитами 44, расположенными на водиле CEPC планетарного ряда. Сателлиты 44 также зацепляются с эпициклическим зубчатым колесом CER соединительной планетарной зубчатой передачи 22, которая сама непосредственно соединена с выходным валом 20 трансмиссии. Сцепление М1 первого режима работы в этом конкретном варианте осуществления выполнено в качестве тормозного устройства, зацепление которого блокирует водило CEPC планетарного ряда соединительной планетарной зубчатой передачи от вращения и обеспечивает возможность соединительной планетарной зубчатой передаче 22 передавать мощность от водила REPC планетарного ряда рециркулирующей планетарной зубчатой передачи 24 на выходной вал 20 трансмиссии. Отпускание сцепления/тормозного устройства М1 позволяет водилу CEPC планетарного ряда свободно вращаться и предотвращает такую передачу мощности, эффективно отсоединяя водило REPC планетарного ряда от выходного вала 20.
Сцепление М2 второго режима работы служит для соединения/отсоединения выходного вала 20 с/от выходной зубчатой передачи 46, которая является соосной с выходным валом 20 и которая зацепляется с третьим зубчатым колесом 48 промежуточного вала, установленным на втором промежуточном валу 18, при этом эти зубчатые колеса вместе обеспечивают передаточное отношение R4 на Фигуре 3.
Первый промежуточный вал (вал вариатора) 16 является соосным с выходным валом 20 трансмиссии, и сцепление М3 третьего режима работы расположено непосредственно между двумя указанными элементами для их селективного соединения/отсоединения.
Пути передачи мощности в трех режимах работы могут быть понятными из фиг.5а-с, на которых введенное в зацепление сцепление и рабочие составные элементы, которые служат для передачи мощности, показаны жирными линиями для трех разных режимов работы.
Трансмиссия, описанная выше, обеспечивает три режима работы. Для некоторых транспортных средств может быть желательным обеспечить еще больше режимов работы. Увеличение количества режимов работы может обеспечить возможность уменьшения мощности, перемещаемой вариатором, и, таким образом, обеспечить возможность повышения КПД, как объяснено выше. Это также может использоваться для обеспечения большого разброса передаточных отношений, что желательно, например, для грузовиков, которые могут управляться в течение долгих периодов времени при весьма постоянной скорости на скоростных дорогах. При таких условиях очень высокая «ускоряющая» передача может обеспечить возможность работы двигателю в его наиболее эффективном состоянии. С одной стороны, трансмиссии, обеспечивающие четыре или больше режимов работы, не являются непременно желательными для других транспортных средств. Они могут быть чрезмерно дорогостоящими для изготовления и/или слишком громоздкими для размещения в транспортном средстве. Изготовление двух совершенно разных трансмиссий, чтобы отвечать этим несовместимым требованиям, экономически невыгодно.
Дополнительно четвертый режим работы, однако, может быть обеспечен просто посредством добавления в трансмиссию дополнительных сцеплений и зубчатой передачи на фиг.3-5, без ее существенного изменения. Фиг.6 показывает принцип и соответствует фиг.3 (одинаковые элементы заданы теми же ссылочными позициями), за исключением того, что четвертый путь передачи мощности на выход обеспечен с помощью зубчатой передачи R5, соединенной со вторым промежуточным валом 18, и с помощью сцепления М4 четвертого режима работы. В этом конкретном варианте осуществления частота вращения существующего выходного вала 20 трансмиссии также изменяется посредством зубчатой передачи с постоянным передаточным отношением, образованной в качестве планетарной зубчатой передачи 101, и передается на конечный выходной вал 100, посредством чего изменяя диапазоны передаточных отношений, обеспеченные в режимах работы 1-3.
На фиг.7 показан практический вариант осуществления трансмиссии на фиг.6. Дополнительные составные элементы, которые обеспечивают четвертый режим работы в этом примере, выполнены в виде отдельного узла 102 режима работы, который прикреплен к главному корпусу трансмиссии (не показан). Существующий выходной вал 20 трансмиссии проходит в узел 102 режима работы, и таким же образом проходит второй промежуточный вал 18.
В первом, втором и третьем режимах работы мощность передается от существующего выходного вала 20 посредством зубчатой передачи 101 с постоянным передаточным отношением на конечный выходной вал 100. Зубчатая передача 101 с постоянным передаточным отношением содержит солнечное зубчатое колесо 104, расположенное на существующем выходном валу 20, сателлиты 106, зацепляющиеся с солнечным зубчатым колесом 104 и с неподвижным эпициклическим зубчатым колесом 108, и водило 110 планетарного ряда, установленное на конечном выходном валу 100. Здесь планетарная зубчатая передача используется в качестве подходящего и соосного способа для обеспечения постоянного передаточного отношения.
В четвертом режиме работы мощность передается от второго промежуточного вала 18 посредством четвертого зубчатого колеса 112 промежуточного вала, второго выходного зубчатого колеса 114 и (введенного в зацепление) сцепления М4 на конечный выходной вал 100. Четвертое зубчатое колесо 112 промежуточного вала и второе выходное зубчатое колесо 114 вместе образуют зубчатую передачу R5 на Фигуре 6.
На фиг.8 показана трансмиссия с тремя режимами работы, которая является аналогичной трансмиссии на фиг.3-5, но предполагает быть более экономичной для изготовления и более эффективной. Разделяющая мощность планетарная зубчатая передача 14, вариатор V, первый и второй промежуточные валы (вал вариатора и промежуточный вал) 16, 18, звездочки 32, 34 и рециркулирующая планетарная зубчатая передача 24 - все соответствуют тем, которые описаны со ссылкой на фиг.3-5 и не будут описываться снова. Соединительная планетарная зубчатая передача 22 на фиг.3 не была использована. Эпициклическое зубчатое колесо RER рециркулирующей планетарной зубчатой передачи 24 в варианте осуществления на фиг.8 функционально соединено со вторым промежуточным валом 18 посредством цепной передачи с помощью звездочек 200, 202 (при этом цепь на чертежах опущена), вместо непосредственно зацепляющихся зубчатых колес более раннего варианта осуществления.
В ранее описанных вариантах осуществления сцепления М1-М4 режимов работы представляли собой фрикционные устройства, такие как сцепления с дисковыми сцеплениями, способные проскальзывать, т.е. урегулировать несоответствие частот вращений между их входом и их выходом при частичном зацеплении, и в этом состоянии передавать некоторый крутящий момент. Проскальзывание в принципе может происходить во время процесса зацепления/расцепления, и/или в ответ на чрезмерный крутящий момент, прикладывающийся к сцеплениям. В противоположность, в варианте осуществления на Фигуре 8 сцепления М1-М3 режимов работы представляют собой кулачковые муфты. Другими словами, они способны передавать крутящий момент посредством не трения, а посредством взаимодействия между механически взаимозацепляемыми частями. Многочисленные разные виды кулачковых муфт известны в данной области техники и могут быть внедрены в настоящий вариант осуществления. Кулачковая муфта не способна урегулировать проскальзывание, когда сцеплена. Следовательно, она не подвергается износу при трении и, вероятно, требует редкого обновления. Кулачковые муфты также хорошо подходят для работы с большими крутящими моментами.
В варианте осуществления на Фигуре 8 используется один исполнительный механизм для управления сцеплениями М1, М3 для обоих первого и третьего режимов работы. Эти сцепления имеют соответствующие входные элементы 200, 202 и общий выходной элемент 204 сцепления, который перемещается в осевом направлении для селективного (i) зацепления с входным элементом 200 сцепления М1, для включения первого режима работы, (ii) расцепления с обоими выходными элементами и (iii) сцепления с входным элементом 202 сцепления М3, для включения третьего режима работы. Выходной элемент 204 сцепления соединен с выходным валом 20 трансмиссии. Использование одного исполнительного механизма для двух сцеплений потенциально улучшает надежность и снижает производственные затраты.
На фиг.9 показана разработка трансмиссии на фиг.8, обеспечивающая четыре режима работы. Подобно трансмиссии на фиг.7 с четырьмя режимами работы, она имеет планетарную зубчатую передачу 101 с постоянным передаточным отношением, расположенную между выходным валом 20 и конечным выходным валом 100, и сцепление М4 четвертого режима работы для соединения конечного выходного вала 100 со вторым промежуточном валом 18 посредством зубчатой передачи 112, 114.
Сцепления М2, М4 для второго и четвертого режимов работы в этом варианте осуществления управляются посредством одного исполнительного механизма и выполнены в виде одного узла. Они имеют соответствующие входные элементы 210, 212 сцепления, но разделяют общий выходной элемент 214 сцепления, который соединен со вторым промежуточным валом 18. Посредством перемещения выходного элемента 214 сцепления исполнительный механизм может вводить в зацепление каждое из сцеплений М2, М4, либо расцеплять их оба.
В варианте осуществления на фиг.9 фрикционная муфта 220 обеспечена между входным валом 10 трансмиссии и источником 12 вращательного движения. Эта муфта может использоваться для обеспечения трансмиссии/двигателя с защитой от чрезмерного крутящего момента посредством проскальзывания, когда чрезмерно нагружена. Например, фрикционная муфта 220 может представлять собой гидравлически приводящуюся в действие гидравлическую дисковую муфту, чье гидравлическое управляющее давление - и последующая несущая способность по крутящему моменту - постоянно регулируется таким образом, чтобы муфта была способна передавать предполагаемый крутящий момент, но будет проскальзывать в ответ на непредвиденное повышение крутящего момента, вызванное, например, экстренным торможением. Эта защитная функция могла бы быть обеспечена посредством сцеплений М1-М4 режимов работы, если бы они были бы фрикционного типа сцепления, как в более ранних вариантах осуществления.
Изобретение относится к бесступенчатой трансмиссии, включающей в себя тип вариатора, имеющий два соосных диска качения, между которыми движение передается при бесступенчато-регулируемом передаточном отношении вариатора. Диски качения вариатора установлены для вращения вокруг вала (16) вариатора. Трансмиссия имеет промежуточный вал (18), отстоящий в поперечном направлении от вала вариатора. Она имеет две планетарные зубчатые передачи. Разделяющая планетарная зубчатая передача (14) имеет входной элемент, приводимый в движение от входа (10) трансмиссии, и два выходных элемента, соответственно, для приведения в движение промежуточного вала и вала вариатора. Рециркулирующая планетарная зубчатая передача имеет первый и второй входные элементы для присоединения, соответственно, к валу вариатора и к промежуточному валу и рециркулирующий выходной элемент. Имеется сцепление для селективного включения какого-либо из трех режимов. При первом режиме работы рециркулирующий выходной элемент приводит в движение выход трансмиссии. При другом - промежуточный вал приводит в движение выход трансмиссии. При третьем - вал вариатора приводит в движение выход трансмиссии. Вал вариатора является соосным с выходом трансмиссии, рециркулирующей планетарной зубчатой передачей, первым соединением, между рециркулирующим выходным элементом и выходом трансмиссии, и вторым соединением, между валом вариатора и выходом трансмиссии. Достигаются компактность и унификация, для дополнительного режима работы трансмиссии. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 9 ил.
1. Бесступенчатая трансмиссия, которая имеет вход (10) трансмиссии и выход (20) трансмиссии и выполнена с возможностью передачи движения между ними при бесступенчато-регулируемом передаточном отношении трансмиссии, при этом трансмиссия дополнительно содержит: вариатор (V), имеющий, по меньшей мере, два диска (D1, D2, D3, D4) качения вариатора, между которыми движение передается при бесступенчато-регулируемом передаточном отношении вариатора, причем диски качения вариатора установлены для вращения вокруг оси, заданной валом (16) вариатора; промежуточный вал (18), отстоящий в поперечном направлении от вала (16) вариатора, при этом соединение промежуточного вала (18) с выходом трансмиссии выполнено с помощью зубчатой передачи (46, 48), которая обеспечивает реверсирование направления вращения; разделяющую планетарную зубчатую передачу (14), имеющую разделяющий входной элемент SPC, приводимый в движение от входа (10) трансмиссии, и два разделяющих выходных элемента (SR, SS) для соответствующего приведения в движение промежуточного вала (18) и вала (16) вариатора; рециркулирующую планетарную зубчатую передачу (24), имеющую первый и второй рециркулирующие входные элементы (RER, RES), функционально присоединяемые соответственно к валу (16) вариатора и промежуточному валу (18), и рециркулирующий выходной элемент (REPC); и устройство сцепления для селективного включения:
(a) режима, при котором рециркулирующий выходной элемент (REPC) приводит в движение выход (20) трансмиссии;
(b) режима, при котором промежуточный вал (18) приводит в движение выход (20) трансмиссии; и
(c) режима, при котором вал (16) вариатора приводит в движение выход (20) трансмиссии; при этом вал вариатора является соосным с:
выходом (20) трансмиссии;
рециркулирующей планетарной зубчатой передачей (24);
первым соединением (M1, 22) между рециркулирующим выходным элементом (REPC) и выходом (20) трансмиссии, которое служит для приведения в движение выхода (20) трансмиссии при режиме (a); и вторым соединением (М3), между валом (16) вариатора и выходом (20) трансмиссии, которое служит для приведения в движение выхода (20) трансмиссии при режиме (c).
2. Бесступенчатая трансмиссия по п.1, в которой одно из первого и второго соединений содержит втулку или другой элемент, который является соосным с валом вариатора и вращается вокруг него.
3. Бесступенчатая трансмиссия по п.1, в которой одно из первого и второго соединений содержит соединительную планетарную зубчатую передачу, которая является соосной с валом вариатора.
4. Бесступенчатая трансмиссия по п.3, в которой соединительная планетарная зубчатая передача содержит входной элемент, выходной элемент, соединенный с выходом трансмиссии, и дополнительный элемент, который связан с первым сцеплением для:
селективного предотвращения вращения дополнительного элемента, побуждая соединительную планетарную зубчатую передачу передавать движение при постоянном передаточном отношении, и
обеспечения свободного вращения дополнительного элемента и, таким образом, эффективного отсоединения входного и выходного элементов.
5. Бесступенчатая трансмиссия по п.3, в которой соединительная планетарная зубчатая передача имеет выходной элемент, соединенный со сцеплением, для селективного соединения/отсоединения указанного выходного элемента с/от выхода трансмиссии.
6. Бесступенчатая трансмиссия по любому из пп.3-5, в которой соединительная планетарная зубчатая передача служит для селективного соединения рециркулирующего выходного элемента с выходом трансмиссии.
7. Бесступенчатая трансмиссия по п.1, в которой второе соединение выполнено с помощью сцепления, установленного на оси вала вариатора, при этом ввод в действие сцепления непосредственно соединяет вал вариатора с выходом трансмиссии.
8. Бесступенчатая трансмиссия по п.1 или 2, содержащая конструкцию сцепления, которая имеет выходной элемент сцепления, соединенный с выходом трансмиссии, и два входных элемента сцепления, один - соединенный с рециркулирующим выходом, а другой - соединенный с валом вариатора, при этом выходной элемент сцепления вводится в зацепление селективно с обоими входными элементами сцепления для включения режимов (a) и (c).
9. Бесступенчатая трансмиссия по п.1, в которой соединение вала вариатора с выходом трансмиссии выполняется селективно с помощью сцепления, установленного соосно с валом вариатора, таким образом, ввод в действие этого сцепления включает режим (c).
10. Бесступенчатая трансмиссия по п.1, в которой вариатор содержит пару выходных дисков качения, расположенных между парой входных дисков качения, и в которой выходные диски качения соединены с промежуточным валом с помощью цепной или зубчатой передачи.
11. Бесступенчатая трансмиссия по п.1, в которой разделяющая планетарная зубчатая передача является соосной с валом вариатора и расположена на противоположной от рециркулирующей планетарной зубчатой передачи стороне вариатора.
12. Бесступенчатая трансмиссия по п.1, которая обеспечивает, по меньшей мере, четыре режима, при этом трансмиссия имеет конечный выход, первую дополнительную конструкцию сцепления для селективного соединения выхода трансмиссии с конечным выходом и вторую дополнительную конструкцию сцепления для селективного соединения конечного выхода с валом вариатора или промежуточным валом.
13. Бесступенчатая трансмиссия по п.12, в которой конечный выход является соосным с выходом трансмиссии.
14. Бесступенчатая трансмиссия по п.13, в которой селективное соединение конечного выхода с выходом трансмиссии выполнено с помощью второй соединительной планетарной зубчатой передачи, блокирование одного элемента которой обеспечивает передачу ею мощности, а отпускание того же элемента которой предотвращает передачу ею мощности.
15. Бесступенчатая трансмиссия, работающая, по меньшей мере, в четырех режимах, которая имеет вход трансмиссии и конечный выход трансмиссии и выполнена с возможностью передачи движения между ними при бесступенчато-регулируемом передаточном отношении трансмиссии, при этом трансмиссия дополнительно содержит вариатор, имеющий, по меньшей мере, два диска качения вариатора, между которыми движение передается с бесступенчато-регулируемым передаточным отношением вариатора, при этом диски качения вариатора установлены для вращения вокруг оси, определяемой валом (16) вариатора; промежуточный вал, отстоящий в поперечном направлении от вала (16) вариатора; разделяющую планетарную зубчатую передачу, имеющую разделяющий входной элемент, приводимый в движение от входа трансмиссии, и два разделяющих выходных элемента для соответствующего приведения в движение промежуточного вала и вала вариатора; рециркулирующую планетарную зубчатую передачу, имеющую первый и второй рециркулирующие входные элементы, функционально присоединенные соответственно к валу вариатора и промежуточному валу, и рециркулирующий выходной элемент; совместно используемый выходной элемент, функционально присоединяемый селективно к конечному выходу трансмиссии и отсоединяемый от него посредством первого сцепления, и дополнительные сцепления для:
(a) соединения рециркулирующего выходного элемента с совместно используемым выходным элементом и с помощью него с конечным выходом трансмиссии для обеспечения одного режима;
(b) соединения промежуточного вала с совместно используемым выходным элементом и с помощью него с конечным выходом трансмиссии для обеспечения другого режима;
(c) соединения вала вариатора с совместно используемым выходным элементом и с помощью него с конечным выходом трансмиссии для обеспечения другого режима и
(d) соединения либо промежуточного вала, либо вала вариатора с конечным выходом трансмиссии через отдельный путь, не включающий совместно используемый выходной элемент, при этом совместно используемый выходной элемент отсоединен от конечного выхода трансмиссии для обеспечения другого режима.
16. Бесступенчатая трансмиссия по п.15, которая выполнена из двух отделяемых узлов, один из которых содержит конечный выход трансмиссии и первое сцепление, а другой из которых содержит остальные вышеупомянутые элементы трансмиссии.
| US 6045477 A, 04.04.2000 | |||
| US 5047937 A, 10.07.1985 | |||
| ТРАНСМИССИЯ С БЕССТУПЕНЧАТО ИЗМЕНЯЕМЫМ ПЕРЕДАТОЧНЫМ ЧИСЛОМ | 1991 |
|
RU2089769C1 |
