Патент на изобретение №2300032

(54) БЕССТУПЕНЧАТАЯ ТРАНСМИССИЯ, МЕХАНИЗМ РЕВЕРСИРОВАНИЯ, МОДУЛЬ ВАРЬИРОВАНИЯ И УПРАВЛЯЕМЫЙ ОГРАНИЧИТЕЛЬ ДИАПАЗОНА ПЕРЕДАТОЧНЫХ ЧИСЕЛ

(57) Реферат:

Группа изобретений касается бесступенчатой трансмиссии транспортных средств с фрикционным вариатором. Бесступенчатая трансмиссия содержит корпус трансмиссии, входной и выходной валы, механизм реверсирования и многодисковый планетарный вариатор с планетарным редуктором, образующие модуль варьирования. Солнечная шестерня редуктора напрессована на входной вал, его эпицикл закреплен на корпусе трансмиссии. Вариатор включает установленный в корпусе трансмиссии эпицикл, выполненный в виде пакета дисков с внутренним касанием, солнечную шестерню, выполненную в виде пакета дисков с внешним касанием, размещенных на выходном валу модуля варьирования, соединенного с входным валом механизма реверсирования. Водило вариатора соединено с водилом планетарного редуктора и состоит из двух дисков, соединенных стяжными болтами. Диски водила имеют фигурные прорези по числу осей, установленных в фигурных прорезях с возможностью изменения положения и взаимодействия промежуточными дисками с дисками солнечной шестерни и эпицикла. В водило вариатора встроен управляемый ограничитель диапазона передаточных чисел. Планетарный редуктор, планетарный многодисковый вариатор и механизм реверсирования соосны друг другу. Технический результат заключается в повышении долговечности, расширении кинематических возможностей бесступенчатой трансмиссии. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 8 ил.

Группа изобретений относится к машиностроению и касается бесступенчатой трансмиссии транспортных средств с фрикционным вариатором, а также ее частей – механизма реверсирования, модуля варьирования и управляемого ограничителя диапазона передаточных чисел.

Существующие автоматические трансмиссии транспортных средств являются, в основном, гидравлическими и имеют очень низкий КПД. Механические же трансмиссии не являются автоматическими, имеют разрыв потока мощности к ведущему мосту в момент переключения передач и создают большую психомоторную нагрузку на водителя (в особенности в условиях городского движения).

От обоих недостатков свободна трансмиссия, построенная с использованием многодискового фрикционного вариатора. Наилучшими характеристиками среди вариаторов для данной области применения обладают многодисковые планетарные фрикционные вариаторы.

Из уровня техники известна адаптивная бесступенчатая передача (патент России RU 2138710 С1), содержащая входной и выходной валы, адаптивный дисковый планетарный фрикционный вариатор механизм изменения жесткости характеристики. Планетарный фрикционный вариатор может быть и многодисковым (патент России RU 2140028 С1).

Приведенные аналоги обладают рядом недостатков: невозможность управления непосредственно передаточным числом, невысокая надежность пружин или большой отбор мощности для создания прижима с помощью сред под давлением, применение узлов вариатора для обеспечения реверсирования, что неоправданно увеличивает габариты конструкции и ее сложность в целом, сложность и ненадежность механизма адаптации, невозможность применения совместно с высокочастотными ДВС.

Так передаточное число вариатора по RU 2140028 может быть либо больше 1 (в режиме редуцирования) либо меньше (в режиме мультиплицирования), при этом зависимость крайнего передаточного числа диапазона асимптотически стремится к 1, вариатор никогда в нормальных условиях работы не может обеспечивать “прямой ход”, столь необходимый для автомобилей. Передаточное число 1 возможно либо при заклинивании внутренней пары трения, либо при стопорении водила относительно подвижного эпицикла. В таких случаях происходит аварийный износ тел качения, при этом включение прямого хода происходит рывком, что не желательно для транспортных средств.

Механизм адаптации в этом вариаторе предназначен для изменения жесткости вариатора, а не для ограничения диапазона передаточных чисел, поэтому ничто не помешает автомобилю буксовать на льду или в иных дорожных условиях с низким коэффициентом сцепления колес с дорожным полотном вне зависимости от жесткости вариатора.

Известна бесступенчатая трансмиссия (патент России RU 2166138 С2), содержащая корпус, входной и выходной валы, планетарную передачу, многодисковый планетарный вариатор и механизм регулирования. Эта конструкция обладает следующим рядом недостатков:

– отсутствие адаптивности, недостаточная надежность /Суммирование двух потоков мощности, движущихся с разными скоростями, будет приводить к преждевременному износу пятен контакта. Особенно данный недостаток будет изнашивать диски в положении передачи “нейтраль” и “реверс”, когда один поток мощности должен быть остановлен другим потоком до полной остановки выходного вала (положение “нейтраль”), либо когда выходной вал должен начать свое движение в противоположную сторону входному валу (положение “реверс”)/;

– недостаточная мощность /недостаточная суммарная площадь пятен контактов во фрикционных дисках на удельный объем вариатора, даже при усилии прижатия фрикционных дисков 1500 МПа/.

Наиболее близким аналогом является бесступенчатая трансмиссия (патент СССР SU 1504108 А1), содержащая входной и выходной валы, два многодисковых фрикционных вариатора, механизм управления вариатором механизм реверсирования. Но и данный аналог обладает рядом недостатков: отсутствие адаптивности, применение двух вариаторов, сложность их подключения, несоосность входного и выходного валов, недостаточная передаваемая мощность.

Сопоставительный анализ с последним из приведенных аналогов позволяет сделать вывод о том, что бесступенчатая трансмиссия, состоящая из модуля варьирования и механизма реверсирования, позволяет повысить диапазон регулирования передаточного числа, получить прямую и реверсивную синхронизированные передачи, и, кроме того, применение модуля варьирования, имеющего в составе планетарный редуктор и управляемый ограничитель диапазона передаточных чисел, позволяет существенно упростить конструкцию трансмиссии, чем значительно повысить надежность и уменьшить ее габариты.

Наиболее близким аналогом механизма реверсирования является техническое решение, известное из АС СССР №502158, опубл. 1973. Известный механизм – реверсивный планетарный редуктор обладает возможностью реверсирования вращения. Недостатком данного устройства является применение 2-х сцепных устройств, которые, как известно, наиболее сильно изнашиваются при переключении. Кроме того, данное устройство является одноступенчатыми, что не позволяет органично разместить синхронизатор между ступенями, “внутри” редуктора.

Наиболее близким аналогом модуля варьирования является техническое решение, известное из патента RU 2140028 C1, опубл. 1999/. Известный многодисковый планетарный вариатор содержит входной и выходной валы, центральные внешние и внутренние фрикционные диски, промежуточные фрикционные диски.

Недостатками ближайшего аналога являются следующие.

– невозможность работы с высокочастотными двигателями ввиду высоких величин центробежной силы F=m·a; ввиду того, что центробежное ускорение пропорционально квадрату частоты вращения а=²r, т.е. для двигателя с частотой вращения до 6000 об/мин=100 об/с=628 рад/с и приемлемыми для коробок передач диаметрами положения центров осей сателлитов до 120 мм составит а=628²·0,15=6·10⁴ м/с, и для одной оси сателлитов 6-7-рядного вариатора, которая имеет массу не менее 2,5 кг, центробежная сила составит 150 кН. Очевидна невозможность реализации этой схемы, так как на сегодняшний день не существует достаточно компактных подшипников, способных выдержать такую нагрузку хотя бы час. При этом не следует забывать также о крутящем моменте, дающем дополнительную нагрузку на подшипники, а также про высокие контактные напряжения в пятнах контакта, заставляющие использовать особо высокопрочные материалы. В частности, вышерассмотренный пример (6-рядный вариатор с не менее чем 6 осями сателлитов) предполагает использование в качестве материала тел качения мартенситно-стареющие стали ввиду необходимости обеспечения ресурса 3000 часов (300 тыс. км пробега) и это для двигателя мощностью лишь в 110 кВт. Таким образом, на сегодняшний день не существует материалов, дающих возможность реализовать автоматическую бесступенчатую механическую коробку переключения передач для высокочастотных двигателей на базе схемы, предложенной Н.В.Гулия. Вследствие такого результата расчетов были произведены вычисления, показывающие, что оптимальным для вариатора является режим работы, при котором центробежные силы близки к силам от крутящего момента, возникающим в опорах осей сателлитов, в крайних же режимах желательно наименьшее расхождение величин этих сил. При соблюдении этого условия отношение нагрузки на подшипники к передаваемой мощности минимально.

– управление скоростью автомобиля при помощи педали “псевдоакселератора”, связанной не с дросселем двигателя, а механизмом изменения жесткости вариатора. При этом двигатель автомобиля работает на режимах наивысшего КПД, а для мощных, малогабаритных, следовательно, высокочастотных ДВС это означает постоянную работу на высоких оборотах, что не является оправданным. Дополнительно, схема предполагает наличие высокоемких маховичных накопителей энергии, разработанных тем же автором и на сей день все еще не нашедших массового или хотя бы серийного применения в автомобилестроении.

– схема изменения мягкости характеристики вариатора довольно сложна и, вообще говоря, не является необходимой для самого вариатора. Другими словами, водителю на сегодняшний день проще управлять автомобилем, изменяя обороты двигателя в соответствии с текущими потребностями и расходуя ровно столько топлива, сколько требуется для движения в конкретный момент, чем управляя жесткостью механизма варьирования. Кроме того, переход на перспективные методы управления силовым агрегатом, при которых отсутствует жесткая связь между двигателем и движителем, станет возможен только после достаточного распространения бесступенчатых видов трансмиссии. Но и при таком методе управления регулирование скорости движения жесткостью трансмиссии без ограничения числа оборотов недопустимо, так как приводит к аварийной ситуации в потоке транспортных средств.

– применение столь сложного устройства для регулирования столь малозначащей величины как усилие прижима недопустимо, многократно снижает надежность устройства в целом. Это связано с тем, что в схемах автора прототипа выход из строя любого упругого элемента приводит к выходу из строя всего агрегата (в случае автомобиля, с последующей невозможностью добраться до станции технического обслуживания). Особенно это усугубляется тем, что тарельчатые и плоские дисковые пружины, на которые опирается автор прототипа, хотя и обладают очень привлекательными характеристиками, имеют чрезвычайно низкий ресурс – 10⁴ циклов работы, что ограничивает область их применения приводами с большой инерцией и редкими изменениями числа оборотов. Применение же сред под давлением для прижима, хотя и позволяет получить КПД, больший на несколько процентов, но экономическая выгода полностью поглощается устройством для создания требуемого давления.

– передаточное число может быть либо больше 1 (в режиме редуцирования) либо меньше 1 (в режиме мультиплицирования), при этом зависимость крайнего передаточного числа диапазона от внутренних особенностей вариатора, а в конечном счете, от условий применения, асимптотически стремится к 1, вариатор никогда в нормальных условиях работы не может обеспечивать “прямой ход”, столь необходимый для автомобилей. Передаточное число 1 возможно либо при заклинивании внутренней пары трения, либо при стопорении водила относительно подвижного эпицикла. В таких случаях происходит либо аварийный износ тел качения для первого случая, либо конструкция, предусматривающая, во-первых, подвижный эпицикл, что нежелательно, так как чрезмерно усложняет размеры, массу и стоимость узла, во-вторых механизм стопорения, который работает при большой разнице угловых скоростей, а значит подвержен очень сильному износу, и при этом включение прямого хода происходит рывком, что нежелательно для транспортных средств.

При проведении поиска аналогов предлагаемого управляемого ограничителя диапазона передаточных чисел не выявлено. Некоторым подобием можно считать механизм адаптации, являющийся частью вариатора, по патенту России RU 2140028 С1 от 26.05.92 г.”Многодисковый планетарный вариатор”. Но механизм адаптации предназначен для изменения жесткости вариатора, а не для ограничения диапазона передаточных чисел. В частном случае при применении фрикционного планетарного вариатора в бесступенчатой трансмиссии автомобиля с изменяемой жесткостью вариатора ничто не мешает автомобилю буксовать на льду или в иных дорожных условиях с низким коэффициентом сцепления колес с дорожным полотном вне зависимости от жесткости вариатора. Ведь в таком режиме нагрузка мала по причине пробуксовывания, а, значит, оптимальным режимом вариатора будет работа на высших передаточных отношениях, стремящихся к 0. Другими словами, колесо автомобиля начало пробуксовывать – вариатор будет увеличивать частоту вращения. При этом сцепления колеса с дорожным полотном так и не наступит. Аварийная ситуация налицо. А ведь вариатор стремится к оптимальному режиму. Это означает, что оптимальный режим вариатора совершенно не соответствует оптимальному режиму движения автомобиля при низком коэффициенте сцепления колес с дорогой, и это несоответствие практически не зависит от жесткости характеристики варьирования.

Задачей предлагаемой группы изобретений является: повышение долговечности, КПД, надежности, ресурса, расширение кинематических возможностей бесступенчатой трансмиссии в целом и ее отдельных частей, а также получение непрерывного ряда передаточных чисел трансмиссии и обеспечение переключения вариатора без разрыва потока мощности.

Решение данной задачи достигается тем, что бесступенчатая трансмиссия, содержащая корпус трансмиссии, входной и выходной валы, фрикционный вариатор и механизм реверсирования, снабжена планетарным редуктором, солнечная шестерня которого напрессована на входной вал, его эпицикл закреплен на корпусе трансмиссии, фрикционный вариатор выполнен планетарным многодисковым, образует с планетарным редуктором модуль варьирования и включает установленный в корпусе трансмиссии эпицикл, выполненный в виде пакета дисков с внутренним касанием, солнечную шестерню, также выполненную в виде пакета дисков с внешним касанием, размещенных на выходном валу модуля варьирования, соединенного с входным валом механизма реверсирования, водило, соединенное с водилом планетарного редуктора и состоящее из двух дисков, соединенных стяжными болтами, осей с размещенными на них сателлитами в виде промежуточных дисков, диски водила имеют фигурные прорези по числу осей, и оси установлены в фигурных прорезях с возможностью изменения положения и взаимодействия промежуточными дисками с дисками солнечной шестерни и эпицикла, пружины для прижатия друг к другу дисков солнечной шестерни и эпициклов и управляемый ограничитель диапазона передаточных чисел, при этом планетарный редуктор, планетарный многодисковый вариатор и механизм реверсирования соосны друг другу.

В частности, оси могут быть установлены в фигурных прорезях дисков посредством подшипниковых опор, диски пакетов могут быть выполнены толстостенными, пружины могут быть выполнены винтовыми и установлены в отверстиях толстостенных дисков, а по меньшей мере два стяжных болта водила планетарного многодискового вариатора должны быть выполнены полыми.

Таким образом, отличия, связанные с тем, что дополнительно к многодисковому планетарному вариатору добавлен планетарный редуктор, в водила вариатора органично встроены управляемые ограничители диапазона передаточных чисел, а на выходе установлен механизм реверсирования, позволяют расширить диапазон регулирования передаточного числа, получить “врожденный” признак адаптивности, получить прямую и реверсивную синхронизированные передачи и нейтральную передачу и повысить надежность бесступенчатой трансмиссии.

Поставленная задача также решается за счет особенности выполнения отдельных частей бесступенчатой трансмиссии.

Особенностью механизма реверсирования, содержащего корпус, входной и выходной валы, реверсивный редуктор и муфту сцепления, является то, что реверсивный редуктор выполнен двухступенчатым, многопоточным, смешанного зацепления, солнечная шестерня которого и первый зубчатый венец муфты сцепления установлены на входном валу, промежуточный вал с двумя зубчатыми венцами закреплен в корпусе, центральное зубчатое колесо с зубчатым венцом муфты сцепления установлено на выходном валу с возможностью вращения, ступица синхронизатора закреплена на выходном валу, муфта синхронизатора установлена на ступице синхронизатора с возможностью осевого перемещения, при этом выходной и выходной валы связаны между собой посредством сферического подшипника.

Предлагаемый механизм реверсирования, в основу которого положен двухступенчатый редуктор смешанного зацепления, позволяет применять в соединениях валов вместо игольчатых подшипников двухрядные сферические шариковые подшипники ввиду их невысокой нагруженности. Последние допускают относительный перекос валов без повреждения конструкции. Обеспечено соединение вал-в-вал. Применение двухступенчатого редуктора позволяет применять мелкомодульную беззазорную зубчатую передачу. Она сильно снижает уровень шума и имеет очень низкую изнашиваемость модуля зуба и, как следствие, ведет к увеличению эксплуатационной надежности двухступенчатого редуктора. Применение подобной конструкции позволяет разместить синхронизированное включение как прямой, так и реверсивной передач. При этом механизм реверсирования остается очень компактным по сравнению с аналогами. Обеспечена возможность любого (допустимого для двухступенчатых редукторов) передаточного числа реверсивной передачи.

Особенностью модуля варьирования, содержащего входной и выходной валы, соосные планетарный редуктор и многодисковый фрикционный вариатор, является то, что солнечная шестерня планетарного редуктора напрессована на входной вал, его эпицикл закреплен на корпусе трансмиссии, многодисковый фрикционный вариатор выполнен планетарным, его эпицикл выполнен в виде пакета дисков с внутренним касанием, солнечная шестерня также выполнена в виде пакета дисков с внешним касанием и размещена на выходном валу модуля варьирования, водило соединено с водилом планетарного редуктора и состоит из двух дисков, соединенных стяжными болтами, и имеющее установленные в дисках посредством подшипниковых опор с возможностью изменения положения оси с размещенными на них сателлитами в виде промежуточных дисков, имеющих взаимодействие с дисками солнечной шестерни и эпицикла, пружины для прижатия друг к другу дисков солнечной шестерни и эпициклов, и уравляемый ограничитель диапазона передаточных чисел.

Предлагаемый модуль варьирования, имеющий в составе многодисковый планетарный редуктор и планетарный редуктор, установленный на входной вал вариатора, позволяет расширить диапазон регулирования передаточного числа, более чем в 10 раз снизить нагрузку на подшипники. Оригинальная конструкция соединения редуктора и вариатора существенно уменьшает габариты. Установка витых пружин, ресурс которых более 10⁶ циклов нагружения (1 цикл нагружения составляет один разгон плюс одно торможение), вместо тарельчатых либо плоских, ресурс которых менее 10⁴ циклов нагружения (разница между ресурсами составляет 999000 циклов нагружения), существенно повышает надежность узла. Данная конструкция придает модулю варьирования “врожденную” адаптивность. Полученный таким образом модуль варьирования имеет передаточные числа 4.17-0.81. К полученному модулю добавлен механизм реверсирования, построенный как двухступенчатый многопоточный редуктор смешанного зацепления с синхронизаторами включения прямого и реверсивного ходов. Узел варьирования стыкуется своим выходным валом с входным валом механизма реверсирования. На выходной вал механизма реверсирования на шлицевом соединении крепится стандартная карданная передача.

Управляемый ограничитель диапазона передаточных чисел состоит из рычага, закрепленного на диске водила планетарного многодискового вариатора, двух упоров, каждый из которых установлен с возможностью перемещения в фигурном пазу диска водила, и связанного с рычагом гидроцилиндра с рабочей жидкостью. В частности рабочую жидкостью перемещают между дисками водила посредством его пустотелых стяжных болтов. В качестве рабочей жидкости может быть использовано масло, предназначенное для смазки трансмиссии. Ограничитель может быть снабжен индукционным датчиком положения рычага.

Предлагаемый ограничитель передаточных чисел напрямую ограничивает диапазоны передаточных чисел наибольшими величинами, что не позволяет колесу автомобиля развить максимальную частоту вращения при плохом коэффициенте сцепления колеса с дорожным полотном и начать пробуксовывать.

Предлагаемая группа изобретения иллюстрируется фиг.1-8.

На фиг.1 показана принципиальная схема бесступенчатой трансмиссии; на фиг.2, 3 – управляемый ограничитель диапазона передаточных чисел; на фиг.4 – общий вид бесступенчатой трансмиссии; на фиг.5 – принципиальная схема вариаторного модуля; на фиг.6 – общий вид вариаторного модуля; на фиг.7 – принципиальная схема механизма реверсирования; на фиг.8 – общий вид механизма реверсирования.

Бесступенчатая трансмиссия содержит входной 1 и выходной 23 валы. Планетарный редуктор содержит солнечную шестерню 3, которая напрессована на входной вал 1, эпицикл 5, который закреплен на корпусе трансмиссии, и водило 6 с тремя сателлитами 4.

Планетарный фрикционный многодисковый вариатор образует с планетарным редуктором модуль варьирования. Вариатор содержит установленный в корпусе трансмиссии эпицикл, выполненный в виде пакета дисков 12 с внутренним касанием, солнечную шестерню, также выполненную в виде пакета дисков 13 с внешним касанием, размещенных на выходном валу 2 модуля варьирования. Водило 7 вариатора соединено с водилом 6 планетарного редуктора и состоит из двух дисков, соединенных стяжными болтами. Два стяжных болта из шести выполнены пустотелыми. Диски водила 7 вариатора имеют фигурные прорези 8. В каждом диске по шесть фигурных прорезей 8 по числу осей 10 сателлитов 11 вариатора. Оси 10 сателлитов 11 посредством подшипниковых опор 9 установлены с возможностью изменения положения в фигурных прорезях 8. Сателлиты 11 выполнены в виде промежуточных дисков, напрессованных на ось водила 7, и взаимодействуют с дисками 13, 12 солнечной шестерни и эпицикла. Диски 12 и 13 пакетов выполнены толстостенными и имеют отверстия для установки пружин 14. Пружины 14 выполнены винтовыми. Каждая пружина создает усилие прижатия на два фрикционных диска, расположенных попарно.

Водила 6, 7 планетарного редуктора и многодискового фрикционного вариатора выполнены в виде одной детали, что существенно уменьшает габариты.

Выходной вал 2 модуля соединен с входным валом 15 механизма реверсирования.

Управляемый ограничитель представляет собой рычаг 24, закрепленный внутри диска водила 7 с помощью пальца 25 и снабженный упором 26 такой формы, чтобы при любом положении рычага 24 упор 26 органично дополнял фигурный паз 8 диска водила 7, по которому перемещаются подшипниковые опоры 9 осей 10 сателлитов 11. Последним элементом механизма является однокамерный гидроцилиндр 27. Рабочей жидкостью для гидроцилиндра является масло для смазки самого вариатора. Для управления гидроцилиндром подачи и сброса масла могут быть использованы любые золотниковые и/или клапанные системы управления до 20 МПа. На второй диск вариатора 7 масло подается по двум пустотелым из шести стяжных болтов (четыре болта – полнотелые). Для обратной связи предпочтительно применять датчик положения рычага. Принцип действия рычага – индукционный. Подачу питания и снятие сигнала можно осуществлять через скользящие контакты щеточного типа.

Механизм реверсирования содержит входной 15 и выходной вал 23, реверсивный редуктор и муфту сцепления. Реверсивный редуктор выполнен двухступенчатым, многопоточным, смешанного зацепления. Солнечная шестерня 16 реверсивного редуктора и первый зубчатый венец 20 муфты сцепления установлены на входном валу 15. Промежуточный вал реверсивного редуктора с двумя зубчатыми венцами 17 закреплен в корпусе. Центральное зубчатое колесо 18 реверсивного редуктора и зубчатый венец 21 муфты сцепления установлены на выходном валу 23 с возможностью вращения. Ступица синхронизатора (на чертеже не показана) закреплена на выходном валу 23. Муфта синхронизатора 22 установлена на ступице синхронизатора с возможностью осевого перемещения. Входной 15 и выходной 23 валы связаны между собой посредством сферического подшипника 19.

Бесступенчатая трансмиссия работает следующим образом.

Вращение от двигателя передается на входной вал 1, на который напрессована солнечная шестерня 3 входного планетарного редуктора. Шестерня 3, вращаясь с валом 1, приводит в движение водило 6 через сателлиты 4, эпицикл 5 закреплен на корпусе трансмиссии (фиг.1). После редуктора частота вращения двигателя 800-6000 об/мин понижается до 133-1000 об/мин. Водило 6 входного планетарного редуктора передает усилие водилу 7 фрикционного вариатора. Оси 10 сателлитов 11, получая усилие от водила 7, стремятся занять такое положение в фигурном пазе 8, когда сателлиты 11 находятся в равновесном состоянии. Усилия приходятся на сателлиты 11 от солнечных дисков 13, на которые сателлиты 11 передают усилие, и дисков эпициклов 12. Солнечные диски 13 и диски эпицикла 12 прижаты пружинами 14. Два диска эпицикла разжимаются пружинами в количестве двенадцати штук, два солнечных диска разжимаются так же двенадцатью пружинами. Таким образом, фрикционный контакт обеспечивается силами упругодинамического трения, силы прижатия обеспечиваются пружинами 14, при этом каждая пружина создает усилие прижатия на два фрикционных диска, расположенных попарно. Усилие одной пружины 1118 Н. При этом передаточное число зависит от положения подшипниковых опор 9 осей 10 сателлитов 11, которое, в свою очередь, определяется соотношением центробежной силы и крутящего момента.

Таким образом, ось сателлитов стремится занять то равновесное положение, которое в данный конкретный момент соответствует оборотам двигателя и скорости автомобиля, в зависимости от загруженности автомобиля и дорожных условий. При покоящемся автомобиле с заглушенным двигателем оси 10 сателлитов 11 находятся по центру возможного диапазона передаточных отношений, определяемого прорезью 8 в точке равновесия, при равных нулю центробежной силе и силе от крутящего момента.

При страгивании, при малой частоте вращения входного вала сила от крутящего момента больше центробежной силы и перемещает оси 10 сателлитов по фигурному пазу к центру, увеличивая передаточное число вариатора вплоть до максимально необходимых для страгивания передаточных чисел, нарастает передаточное число при этом практически мгновенно.

При разгоне после страгивания, по мере увеличения скорости автомобиля уменьшается сопротивление вращению со стороны выходного вала, значит уменьшается крутящий момент. Соотношение частоты оборотов водила и крутящего момента изменяется, оси 10 сателлитов 11 постепенно удаляются от центра, передаточное число плавно уменьшается, стремясь к равновесному.

При нажатии на педаль газа происходит увеличение числа оборотов двигателя, увеличивается передаваемая мощность, но сильнее увеличивается крутящий момент, вызывая перемещение к центру осей 10 сателлитов 11 и увеличивая тем самым передаточное число. Данный момент аналогичен процессу страгивания. Далее следуют процессы, характерные для разгона.

При сбросе газа происходит уменьшение частоты вращения и передаваемой мощности.

Наиболее используемыми являются передаточные числа, близкие к 1. Большие передаточные числа используются, в основном, при разгоне, меньшие – при высокоскоростных либо очень экономичных режимах, а значит, редко. Таким образом, наиболее используемый режим можно поместить подбором чисел редукторов практически в центр передаточного числа, где минимален пережим, а значит, КПД наиболее высок. При частоте вращения входного вала от 800 до 6000 оборотов в минуту при мощности двигателя до 118 кВт (например, двигатели ЗМЗ 405, 406, 409) диапазон передаточных чисел вариатора – от 4,17 до 0,81.

После рассмотренной выше ситуации видно, что адаптивность (самоприспосабливаемость) вариатора автоматическая и нет необходимости управлять передаточными числами вариатора. Если же по дорожным условиям есть необходимость ограничить передаточное число, включается управляемый ограничитель диапазона передаточных чисел, который находится внутри водил 7.

При необходимости ограничения диапазона передаточных чисел в области от максимального до заданного требуется подать масло в цилиндры 27 под давлением. При этом цилиндры 27 передвинут рычаги 24 с упором 26, уменьшая диапазон возможных передаточных чисел. По достижении заданного положения (по показаниям датчика) электромагнитный золотниковый клапан, отторированный на данное давление, перекроет маслоподачу. Цилиндры 27 остановятся в достигнутом положении. Для освобождения части (или полного) диапазона следует включить другой электромагнитный золотниковый клапан и открыть сброс масла из цилиндров 27. При этом центробежная сила, действующая на рычаги 24 и упоры 26, выдавит масло из цилиндров 27 и освободит часть (или полностью) диапазон передаточных чисел. Положение рычагов 24 отслеживается индуктивным датчиком.

Предлагаемый ограничитель передаточных чисел напрямую ограничивает диапазоны передаточных чисел наибольшими величинами, что не позволяет колесу автомобиля развить максимальную частоту вращения при плохом коэффициенте сцепления колеса с дорожным полотном и начать буксовать.

Частота вращения выходного вала 2 вариатора, которая определилась по адаптивности вариатора или по условиям выбора управляемого ограничителя диапазона передаточных чисел, передается на входной вал 15 механизма реверсирования. При включении прямого хода муфта синхронизатора 22, скользящая по ступице выходного вала 23, сцепляется с входным валом 15 через зубчатый венец 20. При этом вращение от модуля варьирования передается к выходному валу через зубчатую муфту, без изменения направления вращения, а также скорости и момента. При включении обратного (“реверсивного”) хода осуществляется сцепление муфты синхронизатора 22 с зубчатым венцом 21 муфты сцепления. При этом вращение от модуля варьирования передается через входной вал 15 и солнечную шестерню 16 на зубчатые венцы 17 промежуточного вала 17, а от них на центральное зубчатое колесо 18 реверс-редуктора. Направление вращения зубчатого колеса 18 противоположно направлению вращения входного вала 15. Передаточное число реверсирующего механизма равно 4. В итоге имеем: прямой ход – передаточное число 4,17…0,81 – непрерывный ряд передаточных чисел без разрыва потока мощности; обратный ход 16,68…2,24 непрерывный ряд передаточных чисел без разрыва потока мощности.

При разгоне после страгивания, по мере увеличения скорости автомобиля, передаточное число плавно уменьшается, стремясь к наименьшему при равновесном состоянии осей сателлитов (при очень хороших дорожных условиях равному 0,81…0,85).

При сбросе оборотов двигателя автомобиля происходит уменьшение частоты вращения и передаваемой мощности и, как следствие, переход осей сателлитов в другое равновесное состояние с увеличением передаточного числа.

Формула изобретения

1. Бесступенчатая трансмиссия, содержащая входной и выходной валы, фрикционный вариатор и механизм реверсирования, отличающаяся тем, что она снабжена планетарным редуктором, солнечная шестерня которого закреплена на входном валу, его эпицикл закреплен на корпусе трансмиссии, фрикционный вариатор выполнен планетарным многодисковым, образует с планетарным редуктором модуль варьирования и включает установленный в корпусе трансмиссии эпицикл, выполненный в виде пакета дисков с внутренним касанием, солнечную шестерню, также выполненную в виде пакета дисков с внешним касанием, размещенных на выходном валу модуля варьирования, соединенного с входным валом механизма реверсирования, водило, соединенное с водилом планетарного редуктора и состоящее из двух дисков, соединенных друг с другом, осей с размещенными на них сателлитами в виде промежуточных дисков, диски водила имеют фигурные прорези по числу осей и оси установлены в фигурных прорезях с возможностью изменения положения и взаимодействия промежуточными дисками с дисками солнечной шестерни и эпицикла, пружины для прижатия друг к другу дисков солнечной шестерни и эпициклов и управляемый ограничитель диапазона передаточных чисел, при этом планетарный редуктор, планетарный многодисковый вариатор и механизм реверсирования соосны друг с другом.

2. Трансмиссия по п.1, отличающаяся тем, что оси установлены в фигурных прорезях дисков посредством подшипниковых опор.

3. Трансмиссия по п.1, отличающаяся тем, что диски пакетов выполнены толстостенными.

4. Трансмиссия по п.1, отличающаяся тем, что пружины выполнены винтовыми и установлены в отверстиях толстостенных дисков.

5. Трансмиссия по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере два стяжных болта водила планетарного многодискового вариатора выполнены полыми.

6. Трансмиссия по п.1, отличающаяся тем, что управляемый ограничитель диапазона передаточных чисел состоит из рычага, закрепленного на диске водила планетарного многодискового вариатора, двух упоров, каждый из которых установлен с возможностью перемещения в фигурном пазу диска водила, гидроцилиндра с рабочей жидкостью, которую перемещают между дисками водила посредством пустотелых стяжных болтов, соединяющих эти диски, и датчика положения рычага.

7. Трансмиссия по п.1, отличающаяся тем, что механизм реверсирования содержит корпус, входной и выходной валы, реверсивный редуктор и муфту сцепления, при этом реверсивный редуктор выполнен двухступенчатым, многопоточным, смешанного зацепления, солнечная шестерня которого и первый зубчатый венец муфты сцепления установлены на входном валу, соединенном с выходным валом модуля варьирования, промежуточный вал с двумя зубчатыми венцами закреплен в корпусе, центральное зубчатое колесо с зубчатым венцом муфты сцепления установлено на выходном валу с возможностью вращения, ступица синхронизатора закреплена на выходном валу, муфта синхронизатора установлена на ступице синхронизатора с возможностью осевого перемещения, при этом входной и выходной валы связаны между собой посредством сферического подшипника.

8. Трансмиссия по п.1, отличающаяся тем, что в качестве двигателя может быть использован высокочастотный ДВС.

9. Механизм реверсирования, содержащий корпус, входной и выходной валы, реверсивный редуктор и муфту сцепления, отличающийся тем, что реверсивный редуктор выполнен двухступенчатым, многопоточным, смешанного зацепления, солнечная шестерня которого и первый зубчатый венец муфты сцепления установлены на входном валу, промежуточный вал с двумя зубчатыми венцами закреплен в корпусе, центральное зубчатое колесо с зубчатым венцом муфты сцепления установлено на выходном валу с возможностью вращения, ступица синхронизатора закреплена на выходном валу, муфта синхронизатора установлена на ступице синхронизатора с возможностью осевого перемещения, при этом входной и выходной валы связаны между собой посредством сферического подшипника.

10. Модуль варьирования, содержащий входной и выходной валы, соосные планетарный редуктор и многодисковый фрикционный вариатор, отличающийся тем, что солнечная шестерня планетарного редуктора закреплена на входном валу, его эпицикл закреплен на корпусе трансмиссии, многодисковый фрикционный вариатор выполнен планетарным, его эпицикл выполнен в виде пакета дисков с внутренним касанием, солнечная шестерня также выполнена в виде пакета дисков с внешним касанием и размещена на выходном валу модуля варьирования, водило модуля варьирования соединено с водилом планетарного редуктора и состоит из двух дисков, соединенных стяжными болтами, и имеющее установленные в дисках посредством подшипниковых опор с возможностью изменения положения оси с размещенными на них сателлитами в виде промежуточных дисков, имеющих взаимодействие с дисками солнечной шестерни и эпицикла, пружины для прижатия друг к другу дисков солнечной шестерни и эпициклов и управляемый ограничитель диапазона передаточных чисел.

11. Модуль варьирования по п.10, отличающийся тем, что диски вариатора имеют фигурные прорези по числу осей, в которых посредством подшипниковых опор установлены оси.

12. Модуль варьирования по п.10, отличающийся тем, что диски пакетов выполнены толстостенными.

13. Модуль варьирования по п.10 или 11, отличающийся тем, что пружины выполнены винтовыми и установлены в отверстиях толстостенных дисков.

14. Управляемый ограничитель диапазона передаточных чисел, состоящий из рычага, закрепленного на диске водила планетарного многодискового вариатора, двух упоров, каждый из которых установлен с возможностью перемещения в фигурном пазу диска водила, гидроцилиндра с рабочей жидкостью, связанного с рычагом.

15. Ограничитель по п.14, отличающийся тем, что рабочую жидкость перемещают между дисками водила посредством его пустотелых стяжных болтов.

16. Ограничитель по п.14, отличающийся тем, что в качестве рабочей жидкости использовано масло, предназначенное для смазки трансмиссии.

17. Ограничитель по п.14, отличающийся тем, что он снабжен датчиком положения рычага.

18. Ограничитель по п.17, отличающийся тем, что принцип действия датчика положения рычага – индукционный.

РИСУНКИ