АДАПТИВНАЯ ТРАНСМИССИЯ ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
AUTOMOTIVE ADAPTIVE TRANSMISSION

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и механизмов, в которых необходимо оптимизировать разгон выходного вала. Примером такого механизма может быть механизм трансмиссии транспортного средства.
Известны различные пути согласования передаточного отношения при передаче движения от двигателя к исполнительному механизму. Наиболее известны зубчатый редуктор и фрикционные муфты. Эти механизмы описаны, например, у Артоболевского И.И. «Механизмы в современной технике». Том 4 «Зубчатые механизмы» и Том 5 «Фрикционные механизмы». М.: Наука, 1980 г., и в «Преобразователь передаточного отношения, зависящий от нагрузки на валу» Патент RU №2304735 и Патент RU №2333405, в заявке на патент №2010103911 и  №2010111698.
Недостатком зубчатых редукторов является то, что при их использовании передаточное отношение трансмиссии изменяется ступенчато, двигатель в большинстве режимов не работает на оптимальном режиме, при этом ухудшается экономичность, увеличиваются нагрузки на двигатель и элементы трансмиссии. Внесение в конструкцию технологически сложных устройств, ступенчатых или бесступенчатых преобразователей передаточного отношения приводит к усложнению и удорожанию конструкции, а вследствие этого к уменьшению степени надежности. Недостатками известных решений, описанных в патенте RU №2304735 и патенте RU №2333405 и в заявке на патент №2010103911 являются сложность конструкции и неоптимальный режим работы в процессе изменения передаточного отношения, невозможность изменения крутящего момента при преобразовании передаточного отношения. Недостатком механизма, описанного в заявке на патент №2010111698, является то, что ведомый вал постоянно подключен к валу привода, поэтому необходимо в трансмиссию включать отдельный механизм сцепления, через который при включении его вне предлагаемого механизма будет проходить вся энергия приводящего двигателя, что приводит к усложнению и удорожанию конструкции. Недостатком используемых в современном транспортном машиностроении элементов трансмиссии является то, что весь крутящий момент двигателя передается через зубчатые шестерни и фрикционную муфту, передаточное отношение и крутящий момент изменяются ступенчато, для уменьшения влияния этого недостатка устройство трансмиссии усложняется, что приводит к удорожанию конструкции, разгон происходит не в оптимальном режиме.
Задачей изобретения является осуществление простого и оптимально работающего механизма для разгона или торможения ведомого вала с автоматическим изменением передаточного отношения и крутящего момента и с возможностью подключения и отключения трансмиссии к исполнительному механизму посредством фрикционного устройства, включенного в менее нагруженное плечо используемой дифференциальной передачи. Это приведет к упрощению управления разгоном, уменьшению потерь и экономии энергии, а также к упрощению конструкции.
Указанная цель достигается тем, что согласно изобретению в трансмиссии используют любую из известных дифференциальных передач, имеющую один вход и два выхода, передающих различную величину крутящего момента, например планетарную, волновую или передачу со свободными телами качения, с роликовым, шаровым или эвольвентным зацеплением, оба выхода которой подключаются к ведомому валу, один, который передает большую часть крутящего момента, непосредственно, а второй, который передает меньшую часть крутящего момента, через силовую муфту скольжения любого известного типа, в которой передача крутящего момента обеспечивается, например, силами трения, гидродинамическими силами или электромагнитным полем, ответная часть которой соединена с ведомым валом. Второй выход передачи также соединяется через управляемую муфту скольжения с обгонной муфтой, которая своей ответной частью соединена с корпусом. Обе муфты до начала движения рассоединены. При этом вал привода не передает вращение на ведомый вал. Для того чтобы начать движение, обе муфты включаются. В случае, если силовая муфта является фрикционной, обе муфты можно объединить в общее фрикционное устройство, состоящее из трех сжимаемых вместе дисков, в котором фрикционный диск, соединенный со вторым выходом передачи, находится между фрикционными дисками, соединенными с одной стороны с обгонной муфтой, а с другой стороны с ведомым валом. Диск, соединенный с обгонной муфтой, для управления величиной крутящего момента прижимается к диску, соединенному со вторым выходом передачи, с усилием, которое можно изменять, потому что фрикционный диск, связанный со вторым выходом передачи, с началом вращения вала привода и при наличии нагрузки на ведомом валу, при проскальзывании, вращается против вращения ведомого вала. Когда проскальзывания нет, центральное колесо заторможено и соединено с корпусом, дифференциальная передача работает как редуктор, крутящий момент максимальный. Диск, соединенный со вторым выходом передачи, передающим меньший крутящий момент, прижимается к диску, соединенному с ведомым валом, с таким усилием, чтобы возникшее при этом частичное блокирование дифференциальной передачи, обеспечивало разгон ведомого вала с оптимальным темпом. При вращении ведущего вала оба выхода, если есть нагрузка на ведомом валу, стремятся вращаться в разных направлениях, заставляя силовую муфту скольжения проскальзывать, частично блокируя дифференциал. При этом создается крутящий момент, заставляющий ведомый вал увеличивать скорость вращения. Но так как выход передачи, подключенный на обгонную муфту, препятствует вращению в сторону, обратную вращению второго выхода передачи, то он тормозится и передача работает как редуктор с передаточным отношением, которое определяется параметрами зубчатых колес. При этом пропорционально увеличивается крутящий момент на ведомом валу. В процессе разгона передаточное отношение уменьшается, потому что силовая муфта скольжения частично блокирует передачу и заставляет весь механизм увеличивать скорость вращения вокруг собственной оси, уменьшая суммарное передаточное отношение от максимальной величины на старте, когда движение передается только через элементы передачи, до единицы, после разгона, когда вращение элементов передачи относительно друг друга отсутствует, а весь механизм вращается целиком. При изменении передаточного отношения пропорционально изменяется и крутящий момент. После разгона ведомого вала до величины, когда вращение центрального колеса, соединенного с обгонной муфтой относительно корпуса начнет вращаться в ту же сторону, в какую вращается ведомый вал, крутящий момент на ведомом валу будет равен крутящему моменту на валу привода. При увеличении нагрузки на ведомом валу он затормозится, а плечо передачи, связанное с ним через силовую муфту, будет стремиться вращаться в обратную сторону. Но этому препятствует обгонная муфта, поэтому центральное колесо, связанное с силовой муфтой скольжения, затормозится и крутящий момент увеличится.
Изобретение поясняется чертежом, где схематически показан планетарный дифференциал с ведущим водилом, оба выхода которого соединены с ведомым валом: один непосредственно, а второй выход связан фрикционной муфтой с обгонной муфтой и передает энергию вращения с дифференциала на ведомый вал тоже через фрикционную муфту, ответная часть которой соединена с ведомым валом. Все три фрикционных диска связаны в общую фрикционную муфту. Вал привода 1 передает вращение через водило 2 на сателлиты 3 и 4, свободно вращающиеся на водиле, но соединенные межу собой, и которые обращаются вокруг центрального колеса 5, которое соединено с ведомым валом 11, и центрального колеса 6, которое передает вращение на диск фрикционной муфты 9, ответный диск 10 которой соединен с ведомым валом 11. Обгонная муфта 7 соединена с фрикционным диском 8, который силой трения также связан с фрикционным диском 9. Ответная часть обгонной муфты соединена с корпусом. Когда фрикционные диски рассоединены, при наличии нагрузки на ведомом валу вращение передается на центральное колесо 6, которое при этом вращается в сторону, обратную вращению вала привода. При включении трансмиссии все три фрикционных диска сжимаются. При вращении вала привода движение через водило и сателлиты передается на центральную шестерню 5, которая вращается в ту же сторону, что и вал привода, и вращает ведомый вал 11, и на центральную шестерню 6, которая стремится вращаться в обратную сторону, но этому, когда сжаты фрикционные диски 8 и 9, препятствует обгонная муфта 7, которая тормозит центральную шестерню 6, увеличивая крутящий момент на ведомом валу. При разгоне диск фрикционной муфты, соединенный с ведомым валом 11, увлекает силой трения диск 9 и с ним центральную шестерню 6 в ту же сторону, что и ведомый вал, частично блокируя передачу, поэтому весь механизм начинает вращаться вокруг своей оси вместе с ведомым валом. С разгоном качение сателлитов по центральным колесам замедляется, суммарное передаточное отношение, передающееся через шестерни дифференциала и вращения всего механизма вокруг вала привода и ведомого вала, уменьшается. После разгона весь механизм вращается вокруг ведомого вала и вала привода как единое целое. Сателлиты по центральным шестерням не обкатываются, фрикционная муфта не проскальзывает. Передаточное отношение равно единице. Управление силой сжатия дисков фрикционной муфты может быть выполнено любым известным способом.