МНОГОДИАПАЗОННАЯ БЕССТУПЕНЧАТАЯ ТРАНСМИССИЯ (ВАРИАНТЫ)
MULTIRANGE STEPLESS TRANSMISSION (VERSIONS)

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве бесступенчатой трансмиссии транспортных средств, в том числе с гибридными силовыми установками.
Из уровня техники известны бесступенчатые передачи, содержащие варьирующее звено - механическое или немеханическое, а также дифференциальные механизмы для разделения потоков мощности, идущих от двигателя к исполнительному механизму.
Одним из первых подобных устройств была бесступенчатая передача на основе механического варьирующего звена (вариатора) клиноременного или тороидального типа и дифференциального механизма, позволяющего изменять передаточное отношение передачи однонаправлено, например понижать его, при двунаправленном изменении передаточного отношения варьирующего звена, например как при понижении, так и при повышении его. Это свойство подобных устройств - основополагающее для целого класса бесступенчатых передач, появившихся позже, где варьирующее звено как механическое (вариатор), так и немеханическое (например, мотор-генератор с системой управления), поочередно уменьшает и увеличивает свое передаточное отношение, а вся передача плавно либо уменьшает, либо увеличивает его (см. Пронин Б.А., Ревков Г.А. Бесступенчатые клиноременные и фрикционные передачи (вариаторы). М.: Машиностроение, 1980, с.298, рис.184-185). Этому устройству, принятому за аналог, свойственны недостатки, заключающиеся в отсутствии разделения потока мощности в самом варьирующем звене - вариаторе непланетарного типа, а также в наличии большого числа вспомогательных передач, усложняющих конструкцию и снижающих ее КПД.
Известна также бесступенчатая передача, включающая планетарный дисковый вариатор в качестве бесступенчатого звена, а также механизм, содержащий дифференциальную и согласующую передачи. Эта передача позволяет осуществлять двукратное разделение потока мощности, проходящего через него, как при понижении, так и при повышении передаточного отношения варьирующего звена, что повышает КПД передачи и уменьшает долю мощности, проходящей через бесступенчатое звено (см. патент РФ №2311575, «Широкодиапазонный бесступенчатый привод (супервариатор)», автор - Н.В.Гулиа, 27.11.07). Недостатком этого устройства, принятого также за аналог, является наличие повышающей согласующей передачи, что требует установки дополнительной понижающей передачи, усложняющей привод и снижающей КПД. К тому же это устройство позволяет осуществить только два чередующихся друг с другом режима (диапазона) работы передачи с разделением потока мощности, что недостаточно для осуществления широкого общего диапазона изменения передаточного отношения передачи при высоком КПД для применения в качестве трансмиссии транспортных средств.
В качестве уровня техники следует отметить также многодиапазонные бесступенчатые передачи с разделением потока мощности, содержащие в качестве варьирующего звена непланетарные вариаторы, а также постоянно вращающиеся дифференциальные и согласующие передачи с их переключением сцепными муфтами (см., например, патент US 6056661). К недостаткам этих устройств можно отнести наличие непланетарных вариаторов, что исключает первое разделение потока мощности в самом вариаторе, характерное для планетарных вариаторов. Кроме того, наличие в согласующей передаче нескольких дополнительных цилиндрических передач повышает ее сложность и понижает КПД. Первый диапазон подобных передач выполняется таким образом, что при промежуточном передаточном отношении варьирующего звена передаточное отношение всей передачи равно бесконечности (режим кинематической нейтрали). Подобная мера позволяет расширить общий диапазон передачи, но ведет к высокой циркуляции мощности на первом диапазоне, ограничивая передаваемый на нем крутящий момент и резко снижая КПД передачи. Эти устройства также приняты за аналог.
В качестве аналогов следует также отметить передачи с электромеханическим или гидрообъемным варьирующим звеном, состоящим из двух обратимых энергетических машин электрического или гидравлического типа, связанных с источником вращения, последующей трансмиссией и друг с другом посредством дифференциального механизма, позволяющего снизить массу энергетических машин за счет разделения потоков мощности в самом варьирующем звене и прохождения через энергетические машины лишь части мощности и энергии от источника вращения (двигателя) до исполнительного механизма - ведущих колес. Наиболее известными устройствами этого типа являются гибридный силовой агрегат автомобиля Toyota Prius на базе электрических машин, (см., например, публикацию http://en.wikipedia.org/wiki/Hybrid_Synergy_Drive) и тракторная трансмиссия Fendt Vario на базе гидрообъемных машин (см., например, публикацию Karl Th. Renius. Hydrostatische Fahrantriebe für mobile Arbeitsmaschinen. WISSENSPORTAL baumaschine.de, Ausgabe 1(2004)). Недостатком этого класса устройств является отсутствие двух режимов работы варьирующего звена с дифференциальным механизмом (прямых и обратных диапазонов разделения потока мощности), где варьирующее звено чередует повышение и понижение передаточных отношений в процессе разгона или замедления транспортного средства, а выходное звено передачи только повышает или понижает его однонаправленным образом. Это существенно понижает КПД передачи и увеличивает установленную мощность электрических или гидравлических машин варьирующего звена.
Известны многодиапазонные бесступенчатые передачи с двукратным разделением потока мощности, содержащие две обратимые электромашины, по меньшей мере, два дифференциальных механизма, а также несколько согласующих передач планетарного типа (см., например, заявки и патенты US 2008/0171625, US 6551208, а также сведения о серийно выпускаемой трансмиссии GM-Allison EP). Недостатком этих передач является то, что только один диапазон осуществляется с двукратным разделением потока мощности, что снижает КПД. Другим недостатком является резко увеличивающееся количество муфт и тормозов при увеличении числа диапазонов свыше трех.
В качестве прототипа обоих вариантов изобретения принято наиболее близкое к предлагаемому техническое решение, обладающее и максимальной совокупностью общих с предлагаемым техническим решением признаков, изложенное в пат. РФ №2373445, «Двухрежимный бесступенчатый привод-супервариатор (его варианты)», автор - Н.В.Гулиа, 20.11.09. Техническое решение - прототип представлено в патенте РФ №2373445 в трех вариантах исполнения, причем наиболее общим является первое исполнение. Устройство - прототип включает корпус с базовым вариатором - варьирующем звеном с его входными и выходными кинематическими звеньями, а также управляющий механизм, кинематически связанный с варьирующим звеном и включающий дифференциальную передачу, разделяющую потоки мощности, и согласующую передачу, обеспечивающую равенство частот вращения на выходном кинематическом звене передачи при изменении режимов работы передачи. Этих режимов при разделении потоков мощности в передаче два: прямой, названный в прототипе редукторным, когда характер изменения передаточного отношения варьирующего звена совпадает с таковым у всей передачи, т.е. его выходного звена, и обратный, названный в прототипе мультипликаторным, когда упомянутый характер противоположный. Например, в прямом режиме при понижении передаточного отношения варьирующего звена, т.е. ускорении его выходного вала, выходное звено всей передачи тоже ускоряется, а при замедлении - замедляется. В обратном же режиме при замедлении выходного вала варьирующего звена выходной вал всей передачи ускоряется, а при ускорении - замедляется. Чередованием режимов понижения и повышения передаточного отношения варьирующего звена (диапазонов передачи), совместно с изменением режимов работы передачи с прямого на обратный происходит изменение частоты вращения выходного звена передачи - его замедление или ускорение. Причем благодаря наличию согласующей передачи, эти процессы происходят без разрыва потока мощности, и режимы плавно переходят друг в друга, какое-то небольшое время (доли секунды) оставаясь включенными вместе. Это позволяет получить широкий общий диапазон изменения передаточных отношений, причем при высоком его КПД. Важно, что согласующая передача в прототипе выполнена, как и в предлагаемом устройстве, планетарной, что обеспечивает компактность передачи и ее высокий КПД. Следует отметить, что чем более узок каждый диапазон, тем выше КПД передачи и тем меньшая мощность протекает через бесступенчатое звено, в данном случае, электромашины. Чем больше этих диапазонов, тем шире общий диапазон изменения передаточных отношений передачи.
Недостатками устройства прототипа являются:
1. Наличие всего одного дифференциального механизма в дифференциальной передаче, что вызывает необходимость переключений в ней.
2. Невозможность чередования более двух режимов работы передачи - прямого и обратного (первого и второго диапазонов), что снижает общий диапазон изменения передаточного отношения передачи.
3. Отсутствие наиболее экономичной непосредственной связи дифференциальной передачи с выходным звеном передачи («прямой» передачи) на наиболее востребованных для потребителя диапазонах изменения передаточного отношения, что снижает КПД передачи.
Задачей изобретения является создание многодиапазонной бесступенчатой передачи, позволяющей существенно повысить КПД, снизить размеры и массу варьирующего звена, обеспечить простоту управления переключением диапазонов.
Указанная задача решается тем, что предложена многодиапазонная бесступенчатая передача, включающая дифференциальный блок, варьирующее звено, входной вал, выходной вал и планетарную согласующую передачу, характеризующаяся тем, что дифференциальный блок выполнен в виде трех дифференциальных механизмов постоянного зацепления - первого разделения, обратных режимов второго разделения и прямых режимов второго разделения, варьирующее звено выполнено в виде двух обратимых управляемых энергетических машин, причем первая энергетическая машина кинематически связана с одним из звеньев дифференциального механизма первого разделения, вторая энергетическая машина кинематически связана с выходным звеном дифференциального механизма первого разделения, жестко связанным с центральными колесами дифференциальных механизмов второго разделения, входной вал связан с третьим звеном дифференциального механизма первого разделения, с водилом дифференциального механизма обратных режимов второго разделения и с центральным колесом дифференциального механизма прямых режимов второго разделения, свободным от связи с выходным звеном дифференциального механизма первого разделения, выходной вал связан с водилом планетарной согласующей передачи, а планетарная согласующая передача выполнена с возможностью поочередного кинематического соединения ее водила с выходными звеньями дифференциального блока на, по меньшей мере, одном диапазоне - с водилом дифференциального механизма прямого режима второго разделения, и, на, по меньшей мере, одном диапазоне - с центральным зубчатым колесом дифференциального механизма обратного режима второго разделения, свободным от связи с выходным звеном дифференциального механизма первого разделения, причем все упомянутые поочередные кинематические соединения звеньев дифференциального блока с водилом согласующей передачи выполнены с перекрытиями, когда два смежных соединения до отсоединения одного из них включены вместе, а на одном диапазоне водило непосредственно соединяется с одним из выходных звеньев дифференциального блока.
Еще одним отличием многодиапазонной бесступенчатой передачи этого варианта является то, что водило согласующей передачи выполнено с возможностью его кинематического соединения на первом диапазоне как с выходным звеном дифференциального механизма первого разделения, так и с водилом дифференциального механизма прямого режима второго разделения.
Еще одним отличием многодиапазонной бесступенчатой передачи этого варианта является то, что как минимум один из дифференциальных механизмов выполнен с возможностью неоднократного кинематического соединения с выходным звеном согласующей передачи за полный рабочий цикл изменения передаточного отношения передачи, причем эти соединения выполнены с различным передаточным отношением.
Еще одним отличием многодиапазонной бесступенчатой передачи этого варианта является то, что входной вал передачи выполнен проходящим соосно через ротор первой энергетической машины.
Еще одним отличием многодиапазонной бесступенчатой передачи этого варианта является то, что энергетические машины выполнены в виде электрических машин.
Еще одним отличием многодиапазонной бесступенчатой передачи этого варианта является то, что энергетические машины выполнены в виде гидрообъемных машин.
Еще одним отличием многодиапазонной бесступенчатой передачи этого варианта является то, что сателлиты планетарной согласующей передачи выполнены с постоянной кинематической связью с неподвижным внешним центральным зубчатым колесом, закрепленным на корпусе трансмиссии.
Еще одним отличием многодиапазонной бесступенчатой передачи этого варианта является то, что как минимум один из рядов сателлитов планетарной согласующей передачи выполнен сдвоенным.
Еще одним отличием многодиапазонной бесступенчатой передачи этого варианта является то, что поочередное кинематическое соединение выходного звена планетарной согласующей передачи с выходными звеньями дифференциального блока выполнено путем осевого перемещения водила планетарной согласующей передачи с фиксацией этого перемещения на соответствующих соединениях.
Также предложена многодиапазонная бесступенчатая передача, включающая дифференциальный блок, варьирующее звено, входной вал, выходной вал и планетарную согласующую передачу, характеризующаяся тем, что дифференциальный блок выполнен в виде трех дифференциальных механизмов постоянного зацепления - первого разделения, обратных режимов второго разделения и прямых режимов второго разделения, варьирующее звено выполнено в виде двух обратимых управляемых энергетических машин, причем первая энергетическая машина кинематически связана с одним из звеньев дифференциального механизма первого разделения, вторая энергетическая машина кинематически связана с выходным звеном дифференциального механизма первого разделения, жестко связанным с центральными колесами дифференциальных механизмов второго разделения, входной вал связан с третьим звеном дифференциального механизма первого разделения, с водилом дифференциального механизма обратных режимов второго разделения и с центральным колесом дифференциального механизма прямых режимов второго разделения, свободным от связи с выходным звеном дифференциального механизма первого разделения, выходной вал связан с водилом планетарной согласующей передачи, а планетарная согласующая передача выполнена с возможностью поочередного кинематического соединения ее водила с выходными звеньями дифференциального блока на, по меньшей мере, одном диапазоне - с водилом дифференциального механизма прямого режима второго разделения, на, по меньшей мере, одном диапазоне - с центральным зубчатым колесом дифференциального механизма обратного режима второго разделения, свободным от связи с выходным звеном дифференциального механизма первого разделения, и на одном диапазоне - с выходным звеном дифференциального механизма первого разделения, причем все упомянутые поочередные кинематические соединения звеньев дифференциального блока с водилом согласующей передачи выполнены с перекрытиями, когда два смежных соединения до отсоединения одного из них включены вместе, а на одном диапазоне водило непосредственно соединяется с одним из выходных звеньев дифференциального блока.
Еще одним отличием многодиапазонной бесступенчатой передачи второго варианта является то, что водило согласующей передачи выполнено с возможностью его кинематического соединения на первом диапазоне как с выходным звеном дифференциального механизма первого разделения, так и с водилом дифференциального механизма прямого режима второго разделения.
Еще одним отличием многодиапазонной бесступенчатой передачи второго варианта является то, что как минимум один из дифференциальных механизмов выполнен с возможностью неоднократного кинематического соединения с выходным звеном согласующей передачи за полный рабочий цикл изменения передаточного отношения передачи, причем эти соединения выполнены с различным передаточным отношением.
Еще одним отличием многодиапазонной бесступенчатой передачи второго варианта является то, что входной вал передачи выполнен проходящим соосно через ротор первой энергетической машины.
Еще одним отличием многодиапазонной бесступенчатой передачи второго варианта является то, что энергетические машины выполнены в виде электрических машин.
Еще одним отличием многодиапазонной бесступенчатой передачи второго варианта является то, что энергетические машины выполнены в виде гидрообъемных машин.
Еще одним отличием многодиапазонной бесступенчатой передачи второго варианта является то, что сателлиты планетарной согласующей передачи выполнены с постоянной кинематической связью с неподвижным внешним центральным зубчатым колесом, закрепленным на корпусе трансмиссии.
Еще одним отличием многодиапазонной бесступенчатой передачи второго варианта является то, что как минимум один из рядов сателлитов планетарной согласующей передачи выполнен сдвоенным.
Еще одним отличием многодиапазонной бесступенчатой передачи второго варианта является то, что поочередное кинематическое соединение выходного звена планетарной согласующей передачи с выходными звеньями дифференциального блока выполнено путем осевого перемещения водила планетарной согласующей передачи с фиксацией этого перемещения на соответствующих соединениях.
Технический эффект, достигаемый изобретением, заключается в том, что многодиапазонная бесступенчатая передача обеспечивает простоту устройства приводов переключения диапазонов, неразрывность потока мощности при переключениях диапазонов и малую мощность, протекающую через варьирующее звено, что снижает его габариты и массу, а также повышает КПД всей передачи.
Изобретение представлено на чертежах, где на фиг.1 изображена схема многодиапазонной бесступенчатой трансмиссии в положении максимального передаточного отношения (на первом диапазоне), на фиг.2 изображена схема многодиапазонной бесступенчатой трансмиссии на втором диапазоне, на фиг.3 - схема многодиапазонной бесступенчатой трансмиссии на третьем диапазоне, на фиг.4 - разрез по соединению водила согласующей передачи непосредственно с водилом дифференциального механизма по фиг.3, на фиг.5 - схема многодиапазонной бесступенчатой трансмиссии на четвертом диапазоне. На фиг.6 представлена схема трансмиссии, как и на фиг.1 при максимальном передаточном отношении также на первом диапазоне, но уже только с первым разделением потока мощности с помощью дифференциального механизма первого разделения. На фиг.7 представлена схема трансмиссии при максимальном передаточном отношении также на первом диапазоне, но с возможностью работы как с первым разделением потока мощности с помощью дифференциального механизма первого разделения, так и без него.
Бесступенчатая трансмиссия состоит из входного вала 1, проходящего через ротор 2 обратимой энергетической машины 3, и соединяющегося связью 4 с внешним центральным зубчатым колесом 5 дифференциального механизма варьирующего звена, который в дальнейшем будет называться дифференциальным механизмом первого разделения 6 (обведен штриховой линией), и одновременно являющимся водилом дифференциального механизма обратного режима второго разделения 7 (обведен штриховой линией) дифференциального блока 8 постоянного зацепления (обведен штриховой линией), и с внутренним центральным зубчатым колесом 9 дифференциального механизма прямого режима второго разделения 10 (обведен штриховой линией) дифференциального блока 8. Первым и вторым разделением здесь названо разделение потока мощности, поступающей в трансмиссию через входной вал 1. Внешнее общее центральное зубчатое колесо 11 двух упомянутых последних дифференциальных механизмов (дифференциального механизма обратного режима второго разделения и дифференциального механизма прямого режима второго разделения) кинематически соединено зубчатой передачей 12 с валом обратимой энергетической машины 13 и одновременно - с водилом 14 дифференциального механизма первого разделения. Варьирующее звено, кроме дифференциального механизма первого разделения 6, включает энергетические машины 3 и 13 с зубчатой передачей 12 и внутреннее центральное зубчатое колесо 15 упомянутого дифференциального механизма, сидящее на роторе 2 энергетической машины 3. Внешнее общее центральное колесо 11, водило 16 дифференциального механизма прямого режима второго разделения 10 и внутреннее центральное зубчатое колесо 17 дифференциального механизма обратного режима второго разделения 7 являются выходными звеньями дифференциального блока 8, вступающими своими элементами в периодическое поочередное кинематическое соединение с соответствующими элементами согласующей передачи 18 (обведена штриховой линией). Таковыми элементами дифференциального блока 8 соответственно являются: внутреннее центральное зубчатое колесо 19, фасонная зубчатая полумуфта 20, входящая в кинематический контакт с фасонной ответной внешней зубчатой полумуфтой 21 на водиле 22 согласующей передачи 17 (выходном звене согласующей передачи 18 и всей трансмиссии), и два внутренних центральных зубчатых колеса 23 и 24, сидящих на общем центральном валу 25, соединенном с внутренним центральным зубчатым колесом 17. Элементами согласующей передачи 18, входящими в попеременный контакт с вышеперечисленными элементами дифференциального блока 8, являются, соответственно: сателлиты 26, сидящие на водиле 22 и входящие в постоянное зацепление с внешним центральным зубчатым колесом 27, закрепленным на корпусе 28 бесступенчатой трансмиссии (на котором закреплены также статоры энергетических машин 3 и 13), фасонная зубчатая внешняя полумуфта 21 на водиле 22, и сдвоенный сателлит 29 с большим 30 и малым 31 зубчатыми колесами, сидящими также на водиле 22. Водило 22 выполнено подвижным в осевом направлении с помощью, например, вилки 32, передвигающей водило в осевом направлении и поочередно соединяющей соответствующие элементы дифференциального блока 8 и согласующей передачи 18. Водило 22 связано телескопической связью (например, стержнями 33 в отверстиях 34) с выходным валом 35 трансмиссии. При осевых перемещениях водила 22 его сателлиты 26 и 30 скользят своими зубьями по зубьям внешнего центрального зубчатого колеса 27, закрепленного на корпусе 28.
На фиг.1 представлена схема многодиапазонной бесступенчатой трансмиссии при ее максимальном передаточном отношении, когда внутреннее центральное зубчатое колесо 19 сцеплено с сателлитами 26, и в этом режиме водило 22 приводится во вращение только варьирующим звеном с разделением потоков мощности посредством его дифференциального механизма первого разделения 6; частота вращения водила 22 и выходного вала 35 при этом (на первом диапазоне) меняются практически от нуля до ~19% частоты вращения входного вала 1.
На фиг.2 представлена схема положения трансмиссии, когда большое зубчатое колесо 30 сателлита 29 сцеплено с зубчатым колесом 23 на валу 25; это второй диапазон обратного режима трансмиссии, на котором частота вращения вала 35 бесступенчато меняется от предыдущей до ~37% частоты вращения входного вала, причем при переключении трансмиссии с первого диапазона на второй диапазон обратного режима обе передачи какой-то момент времени находятся включенными вместе, имея одно и то же передаточное отношение; то же происходит и при переключении остальных передач трансмиссии.
На фиг.3 представлена схема трансмиссии при включенной «прямой» передаче, когда полумуфта 20 непосредственно сцеплена с полумуфтой 21 на водиле 22. Частота вращения вала 35 на этом режиме, называемом прямым, меняется от предыдущей до ~77% частоты вращения входного вала 1.
На фиг.4 представлен разрез согласующей передачи 18 по включенным полумуфтам 20 и 21, когда вращение передается непосредственно от водила 16 водилу 22 («прямая» передача).
На фиг.5 представлена схема трансмиссии на высшей передаче - четвертом диапазоне обратного режима, когда частота вращения вала 35 изменяется от предыдущей до максимальной ~150% частоты вращения входного вала 1.
Повышение передаточного отношения трансмиссии и снижение частоты вращения вала 35 производится обратным осевым перемещением водила 22. Реверс трансмиссии на чертежах не представлен: он может производиться разными способами, не имеющими принципиального значения, в частности регулированием частоты вращения энергетических машин 3 и 13 с прохождением нулевой частоты вращения выходного вала 35. Вся трансмиссия приводится от двигателя 37, например ДВС, через муфту сцепления 36. Таким образом, всего рабочих диапазонов трансмиссии четыре, но их число может быть увеличено, например, до шести выполнением дополнительных зубчатых передач в согласующей передаче 18.
На фиг.6 представлена схема трансмиссии в положении, аналогичном представленному на фиг.1, но уже только с первым разделением потока мощности, благодаря тому, что вращение от вала 1 и энергетических машин 3 и 13 передается на водило 22 на первом диапазоне не непосредственно от общего внешнего центрального колеса 11, как в схеме по фиг.1, а через дифференциальный механизм прямого режима второго разделения 10 кинематическим соединением зубчатого колеса 19 с водилом дифференциального механизма прямого режима второго разделения 10.
На фиг.7 представлена схема трансмиссии как на фиг.1 и фиг.6 при максимальном передаточном отношении, но в универсальном исполнении, а именно, когда водило 22 выполнено с возможностью кинематического соединения как непосредственно с общим внешним центральным колесом 11, так и через дифференциальный механизм прямого режима второго разделения 10 путем соединения зубчатого колеса 19 с водилом 16 и отсоединения его от колеса 11 с помощью, например, двух муфт включения - 38 и 39.
В других вариантах выполнения изобретения входной вал 1 может быть подсоединен как к водилу 14, так и к внутреннему центральному колесу 15 дифференциального механизма первого разделения 6.
Независимо от способа выполнения дифференциального механизма первого разделения 6, в других вариантах выполнения изобретения в дифференциальных механизмах 7 и 10 общим входным звеном, связанным с выходным звеном дифференциального механизма первого разделения 6, могут быть внутренние центральные колеса 9 и 17. В этом случае внешние центральные колеса связываются с входным валом 1 и выходным звеном дифференциального механизма 7 обратных режимов второго разделения, соответственно.
Работа многодиапазонной бесступенчатой трансмиссии происходит следующим образом.
-1
-1
-1
-1
В начале движения машины в трансмиссии включается режим первого разделения потока мощности (см. фиг.1), когда на первом диапазоне передаточное отношение трансмиссии максимально, начиная от бесконечности, и частота вращения выходного вала 35 близка к нулю при какой-то конкретной частоте вращения входного вала 1. Этот режим обеспечивается соответствующей регулировкой частоты вращения энергетических машин 3 и 13 с помощью системы управления, например, преобразователей частоты (для электрических машин) или системы регулирования цикловой подачи насоса и мотора (для гидрообъемных машин). Энергетическая машина 3, приводимая от вала 1 через дифференциальный механизм первого разделения 6 дифференциального блока 8, работает в режиме генератора, а энергетическая машина 13 - в режиме двигателя. Для уменьшения передаточного отношения трансмиссии в первом диапазоне частоты вращения энергетических машин 3 и 13 изменяются системой управления так, чтобы в конце первого диапазона они составляли для энергетических машин 3 и 13, соответственно, 0 мин (заторможенный ротор) и 12000 мин (максимальная частота). Передаточное отношение варьирующего звена, т.е. соотношение частот вращения вала 1, водила 14 и связанных с последним колес 11 и 19, составит примерно 1,3, а соотношение частот вращения вала 1 и вала 35, т.е. передаточное отношение трансмиссии, составит 5,3. Затем для повышения частоты вращения вала 35 и, соответственно, уменьшения передаточного отношения трансмиссии водило 22 вилкой 32 перемещается (см. по чертежам фиг.2, 3 и 5) вправо, и еще до выхода из зацепления колес 26 и 19 входят в зацепление колеса 30 и 23. Вхождение в зацепление происходит безударно и без прерывания потока мощности, так как согласно кинематике трансмиссии передаточное отношение пар колес 26 и 19 и 30 и 23 при этом одинаково. Сравнительно малое усилие вхождения упомянутых пар объясняется тем, что колеса 26 и 30 (сателлиты) при этом вращаются и находятся в постоянном зацеплении с неподвижным внешним центральным зубчатым колесом 27, а колеса 19 и 23 также вращаются, и трение при осевом перемещении включаемых колес при их относительном проворачивании существенно уменьшается. Это важно, так как крутящий момент на низших передачах достаточно велик. Далее, передвигаясь еще правее, вилка 32 выключает первый диапазон и расцепляет колеса 19 и 26, что уменьшает потери на вращение холостых (незадействованных) колес трансмиссии. При этом остается включенным второй диапазон, при котором частота вращения вала 35 для рассматриваемого случая увеличивается с 375 мин до 740 мин (см. фиг.2). На передачах обратного режима (второй и четвертый диапазоны) передаточное отношение варьирующего звена увеличивается примерно с 1,3 до бесконечности, а в то же время передаточное отношение всей трансмиссии уменьшается для рассматриваемого случая и второго диапазона с 5,3 до 2,7.
-1
-1
Дальнейшим перемещением водила 22 вправо с уже упомянутым перекрытием передач включается третий диапазон, выполненный «прямым», т.е. с непосредственной связью водила 16 с помощью фасонных зубчатых полумуфт 20 и 21 с водилом 22. Усилие включения передачи здесь несколько больше, чем в предыдущем случае, так как полумуфты 20 и 21 неподвижны относительно друг друга, но у соседних, участвующих в «перекрытии» передач сопрягаемые зубья перекатываются друг по другу с обязательным проскальзыванием эвольвентных зубьев в зацеплении, что снижает усилие включения. К тому же крутящий момент на этой передаче меньше, чем на двух предыдущих (см. фиг.3 и фиг.4). Частота вращения вала 35 при этом возрастает с 740 мин до 1540 мин, а передаточное отношение всей трансмиссии уменьшается с 2,7 до 1,3. Передаточное же отношение варьирующего звена также уменьшается, но в более широких пределах с бесконечности до 1,3.
-1
-1
-1
И, наконец, последним продвижением вправо водила 22 вилкой 32 включается четвертый диапазон, обеспечивающий минимальные передаточные отношения трансмиссии. При этом малое колесо 31 сателлита 29 входит в зацепление с колесом 24. Передаточное отношение варьирующего звена снова возрастает с 1,3 до бесконечности, а всей трансмиссии падает для рассматриваемого случая с 1,3 до 0,65. Вал 35 при частоте вращения вала 1, равной 2000 мин, разгоняется с 1540 мин до 3100 мин.
Увеличение передаточного отношения трансмиссии производится в порядке, обратном рассматриваемому.
Аналогичным способом может производиться включение и последующих диапазонов в согласующей передаче 18 при наличии в ней соответствующих дополнительных зубчатых передач.
Следует отметить, что рациональное число диапазонов составляет четыре - шесть, когда энергетические машины 3 и 13 еще могут эффективно нести параллельные функции стартера и генератора транспортного средства, что снижает массу и стоимость всего силового агрегата. Мощность, протекающая через каждую электромашину, в этом случае не превышает 10…15% общей передаваемой трансмиссией мощности.
-1
-1
Работа устройства по схеме фиг.6 отличается от работы по схеме фиг.1 тем, что максимальное передаточное отношение трансмиссии достигается путем не только первого, но и второго разделения потока мощности, так как вращение на водило 19 подается от водила 16 дифференциального механизма прямого режима второго разделения 10, пройдя уже первое разделение в дифференциальном механизме первого разделения 6. Частота вращения вала 35 при этом меняется на первом диапазоне со 185 мин до 385 мин, то есть диапазон изменения частоты вращения при этом существенно сужен по сравнению с предыдущим случаем (по фиг.1), но КПД трансмиссии на этом режиме существенно выше, чем в предыдущем, и через энергетические машины проходит существенно меньшая мощность.
Работа устройства по фиг.7 является универсальной, т.е. она может происходить и по схеме фиг.1 и по схеме фиг.6. для перехода на режим по схеме фиг.1 муфта сцепления 38 включается, а муфта 39 отключается. Для перехода на режим по схеме фиг.6 муфта сцепления 38 отключается, а муфта 39 включается.
Наиболее экономичным является режим работы, когда трогание машины с места и движение ее на «ползучих» (до 3 км/ч) скоростях происходит на режиме только первого разделения (фиг.1), а при длительном движении на малых скоростях (2…5 км/ч) с большими нагрузками, например в сельскохозяйственной технике, происходит с двукратным разделением потока мощности.