БЕССТУПЕНЧАТАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в качестве коробки передач на транспортных средствах.
Из существующего уровня техники известен вариатор планетарный бесступенчатый (RU 2095665, опубл. 10.11.1997), который содержит соосный ведущий и ведомый валы, два последовательно расположенных планетарных ряда, каждый из которых включает малое и большое центральные колеса и водило с сателлитами, механизм управления и тормоза. Механизм управления выполнен в виде электрической машины, включающей ротор-маховик, неподвижные обмотки статора. Ротор-маховик выполнен в виде цилиндра со встроенными по периферии постоянными магнитами и свободно вращается на ведущем валу между неподвижными обмотками статора. Обмотки статора включены в электрическую цепь. Сопротивление электрической цепи в обмотке статора выполнено регулируемым. Боковая поверхность ротора-маховика через фрикционный элемент жестко связана с малым центральным колесом второго планетарного ряда. Большое и малое центральные колеса первого планетарного ряда жестко установлены соответственно на ведомом и ведущих валах. Большое и малое центральные колеса второго планетарного ряда установлены с возможностью вращения на ведущем валу, водило этой передачи жестко закреплено на этом же валу, а большое центральное колесо жестко связано с водилом первого планетарного ряда. Недостатками данного технического решения являются: наличие тормозов и фрикциона, значительная масса вращающихся деталей, значительные затраты энергии на работу регулятора оборотов, сложность изготовления и соответственно увеличение цены, а также необходимость установки дополнительных уплотнений между собственно редуктором и регулятором оборотов. Все это ведет к усложнению конструкции, увеличению расход энергии на работу регулятора, повышенному нагреву смазочного масла, в результате уменьшается общий срок службы редуктора и понижается его КПД.
Из уровня техники известно устройство для бесступенчатого изменения передаточного отношения в редукторе нефрикционного типа (RU 2251040 С2, опубл. 27.04.2005), которое содержит два дифференциала, червячную передачу, регулятор оборотов. Силовые входы дифференциалов кинематически соединены между собой. Регулируемый вход дифференциала соединен с ведущим звеном червячной передачи. Червяк соединен с выходом дифференциала. Регулируемый вход дифференциала соединен с регулятором оборотов. Червячная передача выполнена на грани самоторможения. Основным недостатком прототипа является то, что при равенстве оборотов входного вала дифференциала и выходного вала червячное колесо червячного редуктора должно делать столько же оборотов что и оба водящих вала дифференциала. Следовательно, число оборотов червяка будет равно Числу оборотов валов, умноженному на коэффициент для червячных редукторов, а он очень значителен. Поэтому при числе оборотов выходного вала число оборотов червяка выходят за пределы возможного для червячных редукторов. Также из-за наличия двух дифференциалов большего количества вращающихся частей значительно усложнена конструкция, увеличены энергозатраты на вращение всех механизмов и преодоление трения. Таким образом, данное устройство возможно применять только для регулирования числа оборотов механизмов с низким числом оборотов, он не может быть применен в автомобилестроении в качестве АКПП.
Известен планетарно-червячный электропривод (патент RU опубл. 20.09.2011 Бюл. №26), дополнительный электропривод которого содержит червячный редуктор, а регулятор оборотов выполнен в виде реверсивного электродвигателя постоянного тока, при этом червячная пара выполнена на грани самоторможения. Недостатком данного технического решения является то, что в данном планетарно червячном электроприводе используется принцип многомоторного привода. Этого нет в предлагаемой бесступенчатой коробке передач, так как используется не подвод мощности к планетарному редуктору бесступенчатой коробки передач, а используется отток мощности на величину равную преодолению трения в червячной паре в режиме трения скольжения регулятором. Следовательно, энергетические затраты на регулирование числа оборотов выходного вала значительно снижены, снижен вес и стоимость регулятора. Регулятор вращается постоянно, обеспечивая неподвижность выходного вала планетарного редуктора бесступенчатой коробки передач, при необходимости уменьшается число оборотов, тем самым увеличивая число оборотов выходного вала планетарного редуктора.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является бесступенчатая коробка передач (RU 2600176, опубл. 20.10.2016 Бюл. №29), содержащая планетарный редуктор с подвижной, солнечной шестерней, дополнительный привод, включающий соединительные цилиндрические шестерни, водило, сателлит, регулятор оборотов, также содержит входной и выходной валы планетарного редуктора, комплект шестерен переднего и заднего хода, при этом солнечная шестерня планетарного редуктора соединена с червячным колесом червячного редуктора посредством промежуточных шестерен, червяк соединен с регулятором оборотов, при этом при минимальных оборотах входного вала регулятор вращает солнечное колесо в обратную сторону от вращения входного вала, что позволяет выходному валу редуктора остаться неподвижным, выходной вал планетарного редуктора передает вращение и мощность повышающему редуктору с механическими муфтами заднего и переднего входа, нейтрального и парковочного положения селектора переключения, а входной вал планетарного редуктора соединен с двигателем напрямую, для упрощения конструкции и снижения массы устройства. Недостатком данного технического решения является то, что число оборотов выходного вала планетарного редуктора регулируется тормозами, фрикционами или ступенчато, что отсутствует в предлагаемой бесступенчатой коробке передач.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является понижение энергетических затрат на работу регулятора оборотов, отказ от использования фрикционных элементов при регулировании оборотов.
Данная задача решается за счет того, что бесступенчатая коробка передач содержит планетарный редуктор с подвижной солнечной шестерней, червячный редуктор, соединительные цилиндрические шестерни, водило, сателлит, регулятор оборотов в виде реверсивного электродвигателя постоянного тока, входной и выходной валы планетарного редуктора, входной вал планетарного редуктора соединен с двигателем напрямую при этом червячная пара выполнена на грани самоторможения, также содержит комплект шестерен переднего и заднего хода, при этом солнечная шестерня планетарного редуктора соединена с червячным колесом червячного редуктора посредством промежуточных шестерен, червяк соединен с регулятором оборотов, при этом при минимальных оборотах входного вала регулятор вращает солнечное колесо в обратную сторону от вращения входного вала, что позволяет выходному валу редуктора оставаться неподвижным, выходной вал планетарного редуктора передает вращение и мощность повышающему редуктору с механическими муфтами заднего и переднего хода, нейтрального и парковочного положения селектора переключения.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является упрощение конструкции, возможность использования эффективного торможения автомобиля двигателем без дополнительных устройств в результате реверса регулятора.
Сущность изобретения поясняется фигурой, на которой изображена кинематическая схема бесступенчатой коробки передач, где
1 - планетарный редуктор;
2 - солнечная шестерня планетарного редуктора;
3 - комплект шестерен червячного редуктора;
4 - червячный редуктор;
5 - управляющий реверсивный электродвигатель постоянного тока с регулируемым числом оборотов;
6 - выходной вал планетарного редуктора;
7 - шлицевые муфты селектора включения: парковка; вперед; назад;
8 - входной вал планетарного редуктора;
9 - водило;
10 - сателлит;
11 - комплект шестерен переднего и заднего хода (обратное вращение);
12 - комплект шестерен заднего хода автомобиля.
Полезная модель относится к коробкам перемены передач для транспортных средств. Бесступенчатая коробка передач имеет понижающий планетарный редуктор 1 со свободно вращающейся солнечной шестерней 2 соединенной через промежуточные шестерни 3 с червячным редуктором 4, приводимой во вращение электродвигателем постоянного тока с регулируемым числом оборотов 5. Питание электродвигателя происходит от энергосистемы автомобиля. Регулирование числа оборотов электродвигателя производится программой бортового компьютера автомобиля.
Выходной вал планетарного редуктора 6 передает вращение и мощность повышающему редуктору с механическими муфтами 7 заднего и переднего хода, нейтрального и парковочного положения селектора переключения. Входной вал планетарного редуктора 8 соединен с двигателем (ДВС) напрямую без какой либо муфты сцепления. Данная конструкция позволяет значительно упростить конструкцию, исключает применение вариатора, муфт и тормозов, а также сложного электронно-гидравлического управления. Все это делает бесступенчатую коробку передач более технологичной с повышенной плавностью хода, бесшумностью и значительно дешевле в производстве.
Солнечная шестерня 2, водило 9 и сателлит 10 являются неотъемлемой частью планетарного редуктора 1 и обеспечивают значительное передаточное число редуктора необходимое для диапазона регулирования выходного вала от О об/мин до «МАХ». Комплект шестерен 7 компенсирует сильное снижение числа оборотов выходного вала редуктора, доводя его до необходимого уровня эффективной работы дифференциала и необходимого скоростного режима движения автомобиля. Комплект шестерен 12 вращает выходной вал бесступенчатой коробки передач в обратном направлении, тем самым осуществляет движение автомобиля задним ходом, переключается селектором и является необходимым стандартным набором шестерен для любой механической коробки переключения передач.
Работа бесступенчатой коробки передач обеспечивается следующим образом:
- При работающем на холостом ходу двигателе первичный вал планетарного редуктора 8 вращается с такой же скоростью, что и двигатель внутреннего сгорания. Одновременно электродвигатель через червячный редуктор 4 и промежуточные шестерни 3 вращает солнечную шестерню планетарного редуктора 2 в сторону, противоположную направлению вращения водила 9 сателлитов 10 (выходного вала планетарного редуктора 6), обеспечивая этим неподвижность выходного вала редуктора, В этом положении включается селектор включения бесступенчатой коробки передач в положение «вперед» или «назад».
- При увеличении числа оборотов двигателя внутреннего сгорания начинается увеличение числа оборотов выходного вала планетарного редуктора 6 и достигает значения оптимального при данной нагрузке, мощности двигателя и возможном числе оборотов двигателя внутреннего сгорания. При дальнейшем увеличении оборотов управляющий электродвигатель автоматически по команде компьютерной программы уменьшает число оборотов, тем самым уменьшая число оборотов выходного вала планетарного редуктора 6 за счет снижения числа оборотов солнечной шестерни планетарного редуктора 2. Регулирование числа оборотов выходного вала регулируется электродвигателем в диапазоне от «МАХ» до «0» собственных оборотов и от «0» до «МАХ» выходного вала редуктора. Дальнейшее увеличение числа оборотов выходного вала планетарного редуктора 6 происходит только из-за увеличения числа оборотов двигателя внутреннего сгорания до максимального. При наличии нагрузки на выходном валу планетарного редуктора 6 или увеличении числа оборотов двигателя внутреннего сгорания и его мощности на солнечной шестерне планетарного редуктора 2 возникает крутящий момент, направленный в сторону вращения управляющего электродвигателя, что значительно снижает затраты энергии на преодолении сил трения возникающих в червячной паре червячного редуктора.
- При уменьшении числа оборотов двигателя внутреннего сгорания снижение нагрузки и числа оборотов выходного вала планетарного редуктора в диапазоне от «МАХ» до «Номинального ДВС» происходит эффект торможения. Снижение числа оборотов выходного вала редуктора при отрицательной нагрузке в диапазоне от «Номинального ДВС» до оборотов холостого хода двигателя внутреннего сгорания происходит за счет увеличения числа оборотов управляющего электродвигателя вращающегося в обратном направлении (реверсе) и, соответственно, вращением солнечного колеса планетарного редуктора в сторону вращения водила сателлитов (выходного вала планетарного редуктора). Происходит эффективное торможение ДВС.
Управляющий электродвигатель должен быть реверсивным, постоянного тока, регулируемым по числу оборотов и мощности, и управляться программой компьютера.