Инерционный гидродифференциальный трансформатор вращающего момента Советский патент 1983 года по МПК F16H47/04 

ff 9

12

ie

Изобретение относится к машиностроению, а именно к области бесступенчатых передач, и может быть использовано в силовых приводах транспортных, тяговых, сельскохозяйственных, дорожных и других машин.

Наиболее близким к изобретению является инерционный гидродифференциальный трансформатор врашаюш,его момента, содержа ший корпус, импульсный механизм в виде ведущего вала, соединенного с неуравновешенными грузовыми звеньями дифференциального механизма, одна из шестерен которого установлена на ведомом валу, объемную, гидромашину, закрепленную на корпусе, связанную с дифференциальным механизмом и имеюшую замкнутый контур циркуляции жидкости с запорным элементом 1.

Недостатком известного трансформатора является то, что в нем полный силовой Поток протекает через гидромашину, т. е. также, как в гидрообъемных передачах. Поэтому КПД такого трансформатора низок и существенно повысить его невозможно так как в силу принципа действия гидрообъемных передач в процессе преобразования момента необходимо двойное преобразование энергии из одного вида в другой: механической энергии двигателя в энергию давления жидкости в гидронасосе и гидравлическую в механическую - в гидромоторе.

Цель изобретения - повышение КПД.

Указанная цель достигается тем, что инерционный гидродифференциальный трансформатор врашающего момента, содержащий корпус, импульсный механизм в виде ведущего вала, соединенного с неуравновешенными грузовыми звеньями дифференциального механизма, одна из шестерен которого установлена на ведомом валу, объемную гидромашину, закрепленную на корпусе, связанную с дифференциальным механизмом и имеющую замкнутый контур циркуляции жидкости с запорным элементом, снабжен дополнительными объемной гидромашиной со своим замкнутым контуром циркуляции жидкости и дифференциальным механизмом, а запорные эл менты выполнены в виде обратных клапанов для обеспечения противоположного направления потока жидкости в контурах замкнутой циркуляции основной и дополнительной гидромашин.

На фиг. 1 представлена общая кинематическая схема, инерционного гидродифференциального трансформатора вращающего момента; на фиг. 2 - возможные случаи взаимодействия грузовых звеньев с частью дифференциального механизма; на фиг. 3 - схема образования момента между грузовыми звеньями и частью дифференциальноного механизма; на фиг. 4 - график изменения инерционного момента, возникающего при взаимодействии грузовых звеньев с

дифференциальным механизмом; на фиг. 5 схема силовых потоков в инерционном гидродифференциальном трансформаторе вращающего момента при работе на холостом

ходу; на фиг. 6 - то же, при невращающейся гидромащине.

Инерционный гидродифференциальный трансформатор вращающего момента содержит импульсный механизм в виде ведущего

0 вала 1, соединенного с неуравновешенными грузовыми звеньями 2 (в качестве последних могут быть зубчатые колеса-сателлиты с неуравновешенной массой) и с ведомой шестерней 3, основного дифференциального механизма 4. Дополнительный дифференциальный механизм (не показан) включает шестерню 5 и 6, сателлиты 7, водило 8, шестерню 9 и коронную шестерню 10. Последняя через шестерню 9 соединена с дополнительной объемной гидромашиной 11 которая имеет опорный элемент 12, связанный

0 с корпусом 13. С корпусом 13 трансформатора через опорный элемент 14 соединена основная гидромашина 15. Гидромашины 11 и 15 имеют замкнутую циркуляцию жидкости через обратные клапаны 16 и 17, установленные .в сооответствующих трубопроводах (не показаны). С водилом 8 соединен ведомый вал 18.

Инерционный гидродифференциальный трансформатор вращающего момента работает следующим образом.

0 При малой частоте вращения ведущего вала 1 щестерня 3 (фиг. 1) вследствие сопротивления в кинематической цепи остается неподвижной, и грузовые звенья обкатываются вокруг нее. При этом центробежные силы (фиг. 3) сравнительно невелики и мало препятствуют качению грузовых звеньев 2. В этом случае двигатель, соединенный с ведущим валом 1, может работать, не будучи рассоединенным с трансмиссией при неподвижных рабочих органах машины, связанной с ведомым валом 18. При увеличеНИИ частоты вращения увеличиваются центробежные силы, которые стремятся затормозить грузовые звенья 2 на осях, тем самым вызывая вращение шестерни 3. Если грузовые звенья 2 занимают положение II

5 (фиг. 2), то центробежные силы передают шестерне 3 положительный момент, который стремится вести ее в том же направлении, в каком вращается ведущий вал 1. Когда грузовые звенья 2 минуют положение III, при котором момент центробежных сил

0 равен нулю, и будут находиться в положении IV, шестерне 3 передается отрицательный момент центробежных сил, который будет стремиться вращать ее в обратном направлении. Величина плеча, на котором действуют на грузовые звенья 2 центробежные силы, изменяется от нуля (положение I) до максимального значения и затем, переходя через нуль (положение III), снова возрастает в отрицательной облети изменения момента. Таким образом, шестерня 3 получает последовательно знакопеременные импульсы с периодами, зависящими от частоты вращения грузовых звеньев 2 и их числа..

Момент, развиваемый центробежными силами от грузовых звеньев 2, изменяется пропорционально квадрату скорости. Если этот момент равен или больше момента сопротивления, то будет получена прямая передача и тогда грузовые звенья и шестерня 3 вращаются как единое целое. Если момент от центробежных сил меньше момента сопротивления, то центробежные силы не в состоянии удержать грузовые звенья 2 неподвижно на опорах, и они начнут вращаться, уменьшая частоту вращения шестерни 3, а следовательно, увеличивая передаточное отношение привода. При этом изменение передаточного отношения происходит до тех пор, пока не наступает равенство моментов центробежных сил и сил сопротивления.

Инерционный гидродифференциальный трансформатор имеет три характерных режима. При первом из них, столовом режиме, ведомый вал 18 неподвижен, а ведущий вал 1 вращается. Когда грузовые звенья 2 проходят точку е фиг. 3), инерционный момент равен нулю (точка О на фиг. 4). После прохождения точки е плечо силы возрастает, соответственно увеличивается и инерционный момент (участок оса/ на фиг. 4). После прохождения точки f величина плеча начинает уменьшаться, соответственно уменьшается и величина инерционного момента (участок ). Когда неуравновешенная масса переходит на другую половину каждого грузового звена 2, плечо центробежной силы смещается на другую сторону, соответственно Изменяется и знак инерционного момента (участок бег, фиг. 4).

На этом режиме положительньш импульс инерционного момента (участок оао, б, фиг. 4) воспринимается шестерней 3, шестернями 5, 6, 7 и 9 и коронной шестерней 10, а также гидромашиной 11. Вращению ротора последней препятствует жидкость, запертая в замкнутом объеме обратным клапаном 16, в результате чего реактивный момент коронной щестерни 10 замыкается гидромащиной 11 на корпус 13 трансформатора. Одновременно положительный нмпульс инерционного момента воспринимает водило 8 и ведомый вал 18. В этот период гидРомашина 15 момент не воспринимает, так как обратный клапан 17 не препятствует протеканию Ж1;дкости.

Отрицательный импульс инерционного момента (участок бег, фиг. 4) воспринимается щестернями 3 и 5 и гидромашиной 15, вращению ротора последней препятствует жидкость,запертая в замкнутом объеме обратным клапаном 17. В результате этого

реактивный момент замыкается на корпус 13 трансформатора. При этом гидромашина И не воспринимает инерционный момент, так как обратный клапан 16 не препятствует вращению ее ротора при дейсттвии момента в таком направлении.

Другой режим, режим трансформации момента, характеризуется тем, что ведомый вал 18 вращается, преодолевая внешнее сопротивление. В этом режиме трансформатор работает циклично. Когда начинает действовать положительный импульс инерционного момента (точка О, фиг. 4), дифференциальный механизм 4 начинает разгоняться (участок О а). В этот период ведомый вал 18 вращается с некоторой угловой скоростью. Коронная шестерня 10 также вращается вместе с ротором гидромашины 11. С началом вращения шестерни 6 происходит изменение угловых скоростей шестерен дифференциального механизма 4.,Когда угловая скорость этого механизма достигает определенной величины (точка а,фиг.4), происходит изменение направления действия ок ружной силы на коронной шестерне 10 и соответственно появляется тенденция к изменению направления ее вращения. По этой причине ротор гидромйШины 11 замыкается на корпус 13 посредством обратного клапана 16 (фиг.5). Когда коронная щестерня 10 останавливается, происходит передача инерционного момента от шестерни ведомому валу 18 (участок аб). Когда неуравновещенная масса проходит точку К (фиг 3), изменяется знак инерционного момента (точка б, фиг. 4). После этого соответственно изменяется и направление действия инерционной силы на зубья шестерни 3. Действием этой силы щестерня 3 тормозится до полной остановки (участок бв, фиг. 4) и далее удерживается неподвижной гидромащиной 15.

Шестерня 6 оказывается заторможенной, водило 8 вместе с ведомым валом 18 вращаются по инерции в сторону действия положительного импульса инерционного момента. Поэтому коронная щестерня 10 вместе с ротором гидромашины 11 вращаются в противоположную сторону. В этот период гидромашина 11 работает в режиме холостого хода, так как обратный клапан 16 препятствует движению жидкости в гидравлическом контуре и, следовательно, гидромашина 11 не воспринимает момента (фиг. 6).

С началом действия положительного импульса инерционного момента (точка о,, фиг. 4) рабочий цикл повторяется.

Следующим режимом работы трансформатора является режим динамической муфты. Когда момент внешних сопротивлений становится соизмерим с моментом на ведущем валу 1, трансформатор переходит на работу в режиме Динамической муфты.

На этом режиме грузовые звенья 2 не вращаются относительно своих осей, а вместе с шестерней 3 вращаются как одно целое. При этом неуравновешенн-ая масса грузовых звеньев 2 занимает некоторое промежуточное положение между точками е и f (фиг. 3) таким образом, что величина статического момента, создаваемого неуравновешенной массой на плече h,, равна моменту внешних сопротивлений в данный период времени.

В периоды разгона, торможения н неподвижного состояния шестерни 3 энергия от ведущего вала 1 ведомому валу 18 не передается. В периоды разгона и торможения дифференциального механизма 4 роторы гидромашин И и 15 вращаются в режиме холостого хода. При неподвижном дифференциальном механизме 4 ведомый вал 18 воспринимает максимальные импульсы инерционного момента (участок О аа, б, фиг. 4). Когда ведомый вал 18 вращается, часть импульса инерционного момента затрачивается на разгон дифференциального механизма 4. При этом чем больще скорость ведомого вала 18, тем большая доля импульса инерционного момента расходуется на разгон дифференциального механизма 4, что соответственно уменьщает величину выходного момента. Величина выходного момента изменяется бесступенчато и автоматически в зависимости от момента внещних сопротивлений.

Таким образом, в предложенном изобретении силовой поток передается только механическим путем, а гидромашины 11 и 15 обеспечивают лищь замыкание на корпус 13 трансформатора опорных звеньев 12 и 14. По этой причине под нагрузкой в процессе трансформации момента силовой поток через гидромашины 11 и 15 не протекает. Они воспринимают только реактивный силовой поток, т. е. при наличии нагрузки отсутствует вращение элементов гидромашин 11 и 15 за счет установки в гидросистеме обратных клапанов 16 и 17, следовательно, отсутствуют и потери, присущие объемным гидроприводам. Вращение гидромащин 11 и 15 имеет место только в одном направлении в режиме свободного хода, а на этом режиме в гидромашинах 11 и 15 КПД обусловлен только потерями холостого хода, что соответственно повышает КПД привода в целом.

0гт

Потери при холостом ходе происходят

только в одной гидромашине, так как они в основном работают поочередно.

Предложенный инерционный гидродифференциальный трансформатор вращающего 5 момента позволяет получить КПД на уровне механических передач и при этом не имеет механических выпрямителей момента, обладающих недостаточной надежностью в условиях работы с больщой частотой изменения величины и направления момента.

ИНЕРЦИОННЫЙ ГИДРОДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА, содержащий корпус, импульсный механизм в виде ведущего вала, соединенного с неуравновещенньши грузовыми звеньями дифференциального механизма, -одна из щестерен которого установлена на ведомом валу, объемную гидромащину, закрепленную на корпусе, связанную с дифференциальным механизмом и имеющую замкнутый контур циркуляции жидкости с запорным элементом, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, он снабжен дополнительными объёмной гидромащиной со своим замкнутым контуром циркуляции жидкости и дифференциальным механизмом, а запорные элементы, выполнены в виде обратных клапанов для обеспечения противоположного направления потока жидкости в контурах замкнутой циркуляции основной и дополнительной гидромащин.