ВАРИАТОР ПЛАНЕТАРНЫЙ

Полезная модель относится к механизмам зубчатых бесступенчатых передач и может быть использована в машиностроении, в частности для бесступенчатой трансмиссии транспортных средств.
В современном машиностроении, в частности в автомобилестроении, широко используются двигатели внутреннего сгорания, которые имеют очень узкий рабочий диапазон оборотов. Для того чтобы расширить этот диапазон, служит коробка переключения передач (КПП). Она предназначена для изменения передаточного соотношения между двигателем и рабочим органом устройства (РОУ). Например, в автомобиле, где РОУ являются колеса, изменение передаточного соотношения в КПП позволяет при различных скоростях движения двигателю работать в режиме, близком к оптимальному.
Наиболее распространенной среди КПП является механическая коробка переключения передач (МКПП). Главными недостатком МКПП является ступенчатость изменения передаточного соотношения между двигателем и РОУ. В результате во всем диапазоне возможных значений оборотов двигателя и РОУ можно получить лишь несколько вариантов их оптимальных соотношений. Во всех остальных случаях двигатель либо недогружен, и его мощность тратится впустую, либо перегружен, в результате чего бесполезно расходуются его ресурсы. Дополнительным недостатком МКПП является наличие сцепления.
Другим видом коробок передач является вариаторная коробка переключения передач (ВКПП), плавно изменяющая передаточное соотношение оборотов двигателя и РОУ. В результате независимо от скорости и нагрузки на рабочий орган двигатель постоянно работает в оптимальных условиях (на оборотах максимальной мощности или экономичности - в зависимости от режима, заданного оператором), а плавное изменение передаточного соотношения позволяет не разрывать связь между двигателем и РОУ для уравнивания скоростей и не прерывать крутящий момент. Сцепление в ВКПП служит только для обеспечения работы двигателя при остановке РОУ. При наличии определенных недостатков, связанных с несовершенством устройств, недостаточной надежностью, преимущества вариаторов над классическими многоступенчатыми коробками очевидно. Например, благодаря оптимальному использованию возможностей двигателя и непрерывной передаче крутящего момента автомобили, оснащенные ВКПП, намного более динамичны и экономичны. Отмеченные выше недостатки ВКПП в последние годы довольно успешно устраняются.
Известен планетарный фрикционный вариатор (RU 2300677 МПК F16H 37/08, F16H 15/48), включающий первичный вал с установленным на нем солнечным колесом, входящим в зацепление с коронным колесом через сателлиты, вторичный вал, водило, фрикционные механизмы, в котором коронное колесо применено в качестве управляющего звена, с одной стороны связанное с корпусом вариатора, а с другой стороны - с первичным валом через фрикционные механизмы, и вторичный вал объединен с водилом с возможностью регулирования скорости и направления вращения коронного колеса посредством фрикционных механизмов и управляющего электродвигателя, соединенного с коронным колесом.
Энергия приводного двигателя расходуется внутри самого устройства. Коэффициент полезного действия (КПД) устройства достигает максимального значения только на прямой передаче. При этом максимальное передаточное отношение устройства при максимальном КПД составит 1. В связи с этим необходимо использовать приводной двигатель с большой мощностью для преодоления максимального стартового нагрузочного момента на ведомом звене.
Таким образом, недостатком известного устройства является малое значение его КПД.
Известен вариатор Челнокова (RU 2108508 МПК F16H 47/04), содержащий корпус, входной и выходной валы, ведущее и ведомое колеса, водило и жидкость, при этом он снабжен герметичной камерой и блок-шестерней, установленной на водиле и находящейся в зацеплении с колесами, ведущее и ведомое колеса жестко закреплены на входном и выходном валах, жидкость заполняет герметичную камеру, пара сопряженных зубчатых колес заключена в герметичную камеру, зоны низкого и высокого давления камеры соединены перепускным каналом с установленным на нем управляемым дросселем, а ведущее колесо имеет меньшее чем у ведомого число зубьев.
Недостатком вариатора является отсутствие центровки относительно оси вращения, приводящая к возникновению биений, особенно на больших оборотах. Наличие герметичной камеры служит источником поломок устройства при возникновении протечек, а также существенно усложняет само устройство и процедуры его обслуживания. Кроме того, максимальное передаточное отношение устройства равно 1, что требует использование приводного двигателя с большой мощностью для преодоления максимального стартового нагрузочного момента на ведомом валу. Это также понижает КПД устройства.
Известен вариатор планетарный (RU 2374528 МПК F16H 47/08), выбранный в качестве прототипа, содержащий корпус, размещенные в нем ведущий вал и ведомую шестерню, механизм управления и два планетарных ряда, отличающийся тем, что он снабжен управляющим звеном, первый и второй планетарные ряды размещены последовательно, каждый из которых включает центральную и коронную шестерни и водило с сателлитами, ведущий вал жестко связан с коронной шестерней первого планетарного ряда и выполнен сквозным с возможностью установки приводного двигателя на любой его конец, а механизм управления размещен на ведущем валу, неподвижно закреплен на корпусе, содержит контролирующий и исполнительный органы, выполнен гидравлическим и имеет возможность изменения общего передаточного числа вариатора в независимости от оборотов приводного двигателя.
Недостатком устройства является сложность конструкции, содержащей два связанных планетарных ряда, результатом чего являются большие габариты устройства, недостаточно надежная работа, дополнительные сложности в его обслуживании и управлении.
Задача полезной модели - совершенствование конструкции планетарного вариатора.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в упрощении конструкции вариатора и снижении его габаритов, повышение надежности работы.
Указанный технический результат достигается тем, что в вариаторе планетарном, содержащем корпус, размещенные в нем ведущий вал, планетарный ряд, включающий ведущую шестерню, ведомую шестерню и водило с сателлитами, и механизм управления, неподвижно закрепленный на корпусе, сателлиты выполнены двухвенцовыми, при этом первый венец каждого сателлита связан с ведущей шестерней, второй венец - с ведомой, а механизм управления размещен на водиле.
Устройство поясняется чертежом, на фиг. изображена общая кинематическая схема вариатора планетарного.
Вариатор планетарный включает в себя корпус (на фиг. не показан), размещенные в нем ведущий вал 1, планетарный ряд I и механизм управления, например тормозное приспособление 2. Планетарный ряд I включает ведущую шестерню 3, ведомую шестерню 4 и водило 5 с сателлитами 6. Сателлиты 6 выполнены двухвенцовыми, при этом первый венец 7 каждого сателлита 6 связан с ведущей шестерней 2, а второй венец 8 - с ведомой шестерней 3. Ведомая шестерня 3 через ведомый вал 9 жестко связана с рабочим органом устройства, например с колесами 10. Сателлиты 6 установлены при помощи подшипников А, водило 5 - на подшипнике Б. Тормозное приспособление жестко закреплено на корпусе, размещено на водиле 5. В качестве тормозного приспособления возможно применения любого из известных тормозных приспособлений, применяемых в вариаторах, например ленточный тормоз одностороннего действия.
Вариатор планетарный работает следующим образом.
Крутящий момент двигателя через ведущую шестерню 2 ведущего вала 1 передается на первые венцы 7 сателлитов 6 и далее, через их вторые венцы 8 - на ведомую шестерню 3 и ведомый вал 9. В случае если тормозное приспособление 4 не формирует тормозное усилие на водиле 5, этот крутящий момент приводит во вращение водило 5, при этом ведомый вал 9 остается неподвижным, колеса 10 не вращаются, автомобиль стоит на месте. Возникновение тормозного усилия на водиле 5 со стороны тормозного приспособления 4 и его постепенное, плавное увеличение будет приводить к перераспределению крутящего момента с водила 5 на ведомый вал 9, началу и плавному ускорению вращения ведомого вала 9 и жестко связанных с ним колес 10. При полной остановке водила 5 при помощи тормозного приспособления 4 весь крутящий момент будет перераспределен на ведомый вал 9, скорость вращения колес будет максимальной.
Таким образом, по сравнению с прототипами заявляемый вариатор планетарный имеет более простую конструкцию, главным образом из-за наличия только одного планетарного ряда, меньшие габариты, а, следовательно, он более надежен в работе. Кроме того, устройство обеспечивает возможность плавного изменения передаточного числа при сохранении принципа зацепления вращающихся частей при передаче крутящего момента и не требует использования сцепления или гидромуфты даже для обеспечения работы двигателя при остановке рабочего органа.
При помощи заданного ряда тормозных усилий предлагаемый планетарный вариатор может имитировать переключение передач так, как это реализовано в АКПП типа «tip-tronic».
Заявленное устройство может быть использовано не только с двигателями внутреннего сгорания, но и с другими типами двигателей с целью изменения динамики разгона и торможения рабочего органа, а также для обеспечения оптимальных условий эксплуатации двигателя, например, с целью повышения его экономичности или удельной мощности.