Гидротрансформатор Советский патент 1975 года по МПК F16H47/08 

1

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, производящей гидродинамические передачи, и в частности, гидротрансформаторы.

Известны гидротрансформаторы, содержащие насосное колесо, связанное с входным валом, две турбины, связанные одна с другой планетарным механизмом, солнечная шестерня которого взаимодействует с неподвижным валом реактора через муфту свободного хода.

Однако такие гидротрансформаторы не позволяют получить в широком диапазоне передаточных отношений высокие значения тяговых усилий и к. п. д. Некоторое улучшение экономичности известных передач либо для малых, либо для больших передаточных отношений можно получить, меняя геометрические параметры элементов планетарного механизма, связывающего две турбины.

Предлагаемый гидротрансформатор отличается от известных тем, что в нем первая турбина через планетарный механизм связана с входным валом гидротрансформатора, а между выходным валом и второй турбиной установлена зубчатая дифференциальная передача; на выходном валу установлено с возможностью осевого перемещения зубчатое реверсирующее колесо, связанное с синхронизирующим устройством, установленным с помощью муфты свободного хода в корпусе гидротрансформатора.

Гидротрансформатор содержит дополнительный выходной вал, связанный механической передачей с второй турбиной.

Подобные отличия позволяют расширить диапазон экономичной работы, так.как обеспечивается меньшая скорость вращения первой турбины по сравнению со скоростью вращения входного вала при малых передаточных отношениях и большая скорость при больших передаточных отношениях. Кроме того, возможно осуществление реверса выходного вала и даже независимый отвод мощности от двух выходных валов.

На фиг. 1 схематически показан предлагаемый гидротрансформатор, разрез; на фиг. 2- гидротрансформатор с реверсирующей передачей для автомобиля, разрез; на фиг. 3 - график, показывающий характеристики этого гидротрансформатора (где А - коэффициент трансформации момента; В - скорость на входе; С - К.П.Д., D - передаточное отношение);

на фиг. 4 - график, показывающий переменные скорости первой турбины и насосного колеса в зависимости от выходной скорости; на фиг. 5 - модифицированная конструкция

гидротрансформатора с вторым выходным валом, разрез.

Гидротрансформатор имеет входной вал 1 и выходной вал 2. Насосное колесо 3 соединено с входным валом с помощью вращающегося корнуса 4, первая турбина 5 установлена на детали 6, вторая турбина 7 присоединена к выходному валу 2 с помощью опоры 8, и реактор 9 установлен на неподвижном валу 10 через устройство обратной связи в виде муфты 11 свободного хода.

Вращающийся корпус 4 связан с цилиндрической шестерней 12, которая входит в зацепление с рядом сателлитных шестерен 13, входящих в свою очередь в зацепленпе с солнечным колесом 14. Опора 15, в которой смонтированы щестерни 13, образует часть детали 6, связанной с первой турбиной 5. Элементы 12-15 составляют первую передачу.

Солнечное колесо 14 фиксировано по отношению к шестерне 16, которая входит в зацепление с коническими шестернями 17, сцепленными с коническим зубчатым колесом 18, которое взаимодействует с неподвижным валом 10 через систему обратной связи в виде муфты 19 свободного хода. Шестерни 17 смонтированы на опоре 8. Элементы 16-19 составляют вторую передачу, которая является дифференциальной передачей.

Лопасти первой турбины 5 или некоторые из них установлены на осях 20 и упруго поджаты, например, с помощью пружин. Могут быть использованы также стопоры, чтобы ограничить изменения по углу (на фиг. 1 не показаны).

Неподвижный картер 21 (фиг. 2) содержит гидротрансформатор и несет подшипники для различных вращающихся элементов. Входной вал 1 несет пластину 22, которая привернута болтами к вращающемуся корпусу 4. Задняя часть корпуса 4 прикреплена винтами к насосному колесу 3 и к фланцу 23 на полом валу 24, который размещен в подшипнике 25 в неподвижном картере 21.

Вращающийся корпус 4 снабжен подшипником для центрирующего выступа 26 на переднем конце выходного вала 2. Элементы 14 и 16 образованы на детали 27, шестерня 16 входит в зацепление с шестерней (не показана), подобной шестерне 17, и последняя входит в зацепление с шестерней, ось которой размещена в детали 28, являющейся частью опоры 8, и прикреплена винтами 29 к второй трубине 7. Втулка 30 посажена на шлицы выходного вала 2.

Первая турбина 5 прикреплена винтами 31 к детали 32, которая песет оси шестерен 13.

Звездочка 33 муфты 11 свободного хода реактора 9 имеет нарезанные шлицы 34 на наружной поверхности. Ролики 35 входят в контакт с внутренней поверхностью втулки 36 муфты, которая насажена на шлицы втулки 37. Втулка 37 прикреплена винтами 38 к детали 39, которая сама прикреплена винтами 40 к неподвижному картеру 21.

Втулка 36 муфты предназначена также для муфты 19, которая имеет ролики 41 внутри звездочки 42, нрикреплепной зубом 43 к шестерне 16.

Первая турбина 5 несет также оси 44, на которых установлены противовесы 45 и которые удерживаются в исходном положении нружинами 46. Рычаги 47, образующие часть противовесов, входят в пазы кольца 48. Когда противовесы движутся наружу при увеличивающейся скорости, рычаги 47 поворачивают кольцо, которое действует на рычаги 49, чтобы повернуть ось 20, для изменения угла лопастей. Угол лопастей может быть измепен

другим устройством или дополнительным устройством, например поршнем, на который действует давление жидкости.

С другой стороны, первая турбина 5 может иметь неподвижные лонасти. Полый вал 24

приводит в движение шестерни 50 и 51 насоса, который имеет предохранительный клапан 52, пружину 53 и выпускной канал 54, чтобы поддерживать пеобходимое давление подпитки гидротрансформатора. Реверсирующая коробка передач устаповлепа со стороны выходной части гидротрансформатора. Она включает зубчатое колесо 55, насаженное на шлицы выходного вала 8 и находящееся в зацеплении с шестернями 56. Шестерни 56 входят в зацепление с другими шестернями (не

показаны), которые входят в зацепление с

зубчатым колесом 57, пасажепным на шлицы

концевой части выходного вала 58.

Шестерни 56 расположены на осях 59, которые в свою очередь расположены в подшипниках 60 втулки 61. Другая втулка 62 расположена вокруг нее и прикреплена к втулке 61. Зубчатая втулка 63 установлена подвижно на втулке 62, и ее шлицы 64 могут зацепляться

для реверса с неподвижным зубом 65 или для переднего хода с зубом 66, когда зубчатые колеса и шестерни заклинены против относительного движения. Втулка 63 также имеет зуб 67, который может зацеплять неподвижный зуб 68 для так называемого стояночного

стопора. Зуб 66 находится на шестерне 69,

закрепленной на концевой части выходного

вала 58.

Синхронизирующий блок 70 связан через

шлицевое соединение с втулкой 63. Кольца 71 и 72 прикрепляются к картеру трансмиссии.

Вал 73 с вилкой 74 передвигает втулку 63 и устройство в виде защелки 75, чтобы зафиксировать втулку на реверс, нейтраль, передний ход или для стоянки. Когда зацепление происходит на передний ход или реверс из нейтрали, блок 70 переводится в зацепление с кольцом 71 или 72, и благодаря давлению, требуемому, чтобы передвинуть нагруженный пружиной шарик или шарики 76 из впадины 77, трение между блоком 70 и кольцом 71 или кольцом 72 известным способом воздействует на подшипник 60 и втулку 63, чтобы перевести в состояние покоя так, чтобы зуб 65

или 66 мог быть зацеплен без шума и ударов.

Когда выбран передний ход, шарнк 76 локализует блок так, что отсутствует зацепление кольца 71 или 72.

Зуб для стояночного стопора имеет подходящую форму для того, чтобы способствовать расцеплению. Управление «вперед-назад может осуществлять выключатель так, чтобы отключить зажигание входной машины и чтобы облегчить расцепление зубьев 65 и 66.

При работе гидротрансформатора вал 1 вращает насосное колесо 3. Жидкость, покидающая насосное колесо, вращает первую турбину 5 так, что она всегда вращается, когда вращается насосное колесо и в том же направлении. Жидкость, покидающая первую турбину, вращает вторую турбину 7. Момент, развиваемый турбиной 5, воздействует на шестерни 13, которые создают момент на шестерне 12 и на зубчатом колесе 14. Момент с шестерни 12 воздействует на насосное колесо, значительно увеличивая момент, движущий насосное колесо. Таким образом, с помощью первой передачи увеличивается скорость первой турбины и значит скорость выходного вала. Момент от колеса 14 передается элементам 16 и 18, далее выходному валу и устройству обратной связи. Вторая передача увеличивает момент, воздействующий на выходной вал. Мощность, передаваемая первой турбиной, может быть изменена путем варьирования угла ее лопастей. Выходные скорости и момент на выходном валу могут быть таким образом изменены.

Если шестерня 13 первой передачи сделана большей по отношению к размерам шестерни 12, на насосное колесо передается меньшая мощность, и больший момент для данной входной мощности подается на вторую передачу и выходной вал гидротрансформатора.

Если солнечная шестерня 16 сделана меньше или зубчатое колесо 18 гораздо больше диаметра роликов муфты 19 обратной связи, то на вал 2 передается увеличенный момент.

Из фиг. 4 видно, что первая и вторая зубчатые передачи позволяют первой турбине вращаться медленнее, чем насосное колесо на стопе (т. е. когда выходной вал неподвижен), .и при меньших скоростях выходного вала, и вращаться быстрее, чем насосное колесо, при сцеплении и при более высоких скоростях выходного вала. Передаточные числа, обеспеченные передачами, определяют скорости, с которыми может вращаться первая турбина.

Таким образом, изобретение обеспечивает большую циркуляцию мощности нри остановке и при низких скоростях выходного вала. Момент на первой турбине зависит от различия между тангенциальной составляющей скорости потока на входе и выходе из нее. Когда первая турбина вращается медленнее, чем насосное колесо, различие больше, и вторая турбина развивает большую мощность. Часть момента передается также зубчатыми передачами к выходному валу. Максимальное преобразование момента и к.п.д. при малых скоростях тем самым существенно увеличиваются.

При более высоких скоростях первая турбина вращается быстрее, чем насосное колесо, и при сцеплении первая турбина может не догонять его, оставаясь, таким образом, неэффективной, т. е. поток может нроходить через нее без существенного изменения момента количества движения. Например, при полной мощности преобразование момента может иметь место при близких передаточных отношениях по скорости между входным и выходным валами и, если мощность уменьшается,

первая турбина может не догонять насосное колесо, обеспечивая сцепление.

На фиг. 4 величина Я - скорость насосного колеса; Т - скорость первой турбины. Разности этих скоростей никогда не являются

большими. Следовательно, первая турбина может быть эффективной в широком диапазоне скоростей выходного вала.

Установка муфт 11 и 19 обеспечивает передачу увеличенной мощности и более высокую

эффективность.

Когда противовесы 45 вращаются с первой турбиной, которая вращается медленнее при стопе, чем при сцеплении (см. фиг. 4), центробежные силы меняются значительно, и противовесы могут располагаться так, что позволяют лопастям повернуться на максимальный угол нри остановке и быстро перейти к меньшему углу при увеличении выходной скорости.

Это происходит всегда, когда приходится

поддерживать постоянной входную скорость

или увеличивать ее при увеличении скоростей

выходного вала.

Первая турбина может иметь неподвижные

лопатки, например, когда отсутствует реактор 9. Первая и вторая зубчатые передачи могут быть любого подходящего типа, например ременные или фрикционные, размещенные внутри или снаружи гидротрансформатора. Первая и вторая передачи могут включать фрикционные элементы, подобные канавкам для качения шариков.

Гидротрансформатор, показанный на

фиг. 5, имеет два выходных вала и подходидля четырехколесного движителя. Зубчатое колесо 14 установлено на валу 78. который несет шестерню 16. Опора 8 установлена на полом валу 79, который обхватывает вал 78 и

несет зубчатое колесо 80, вращающее зубчатое колесо 81 на втором выходном валу 82. Шестерни 16 размещены с помощью опоры 83 на выходном валу 2. При стоянке момент на опоре 8 может, например, составлять 2/3 от общего в соответсч ВИИ с передаточными числами передач. При условии сцепления все выходные моменты воздействуют на опору 8. При передаточном отнощении 2 : 1 распределение моментов остается приблизительно 2/3 : 1/3.

В гидротрансформаторе, показанном на фиг. 5, нри пробуксовывании одного ряда колес уменьшенный момент воздействует на другой ряд, но входной движитель не разгоняется при уменьшении передаточного числа.

В устройствах, которые используют, например, свободные колеса или сцепление в передачах известных четырехколесных машин, взаимодействие между валами 2 и 82 может быть использовано так, что, если один ряд колес пробуксовывает, к другому ряду может быть приложен увеличенный момент.

Предмет изобретения

1. Гидротрансформатор, содержащий насосное колесо, связанное с входным валом, две турбины, связанные одна с другой планетарным механизмом, солнечная шестерня которого взаимодействует с неподвижным валом реактора через муфту свободного хода, отличающийся тем, что, с целью обеспечения

меньшей скорости вращения первой турбины по сравнению со скоростью вращения входного вала при малых передаточных отношениях и большей скорости при больших передаточных отношениях и расширения таким образом диапазона экономичной работы, первая турбина через планетарный механизм связана с входным валом гидротрансформатора, а между выходным валом и второй турбиной установлена зубчатая дифференциальная передача.

2.Гидротрансформатор по п. 1, отличающийся тем, что на выходном валу установлено с возможностью осевого перемещения зубчатое реверсирующее колесо, связаннное с синхронизирующим устройством, установленным с помощью муфты свободного хода в корпусе гидротрансформатора.

3.Гидротрансформатор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что он содержит дополнительный выходной вал, связанный механической нередачей с второй турбиной.

С;

3

§

I

C--J

,

000

000

5000 Н

2000 1000

5000 000 3000

т 2000

WOO

100О2000 50ОО WOO

Фиг