ГИБРИДНАЯ ТРАНСМИССИЯ С ПРОСТЫМ ПЛАНЕТАРНЫМ МЕХАНИЗМОМ
HYBRID TRANSMISSION WITH SIMPLE PLANETARY MECHANISM

Изобретение относится к трансмиссии НТС (наземных транспортных средств) и др.
Известны простые трехзвенные ПМ (планетарные механизмы), которые часто применяют как одноступенчатые колесные редукторы, когда одно звено остановлено, крутящий момент подается на солнечную шестерню, а снимается с другого звена, например - с водила (1. Автомобиль: Основы конструкции: Учебник для вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство». / Н.Н. Вишняков и др. М.: Машиностроение, 1986. - 304 с., с. 158, рис. 123); как двухступенчатые редукторы (1. С. 123, рис. 95, б). Простые трехзвенные ПМ также находят применение в планетарных коробках передач, у которых крутящий момент поступает на солнечную шестерню, а снимается с эпициклического колеса (1. С. 122, рис. 94, г; с. 143, рис. 108).
Достоинствами планетарных КП (коробок передач) по сравнению с КП, имеющими неподвижные оси зубчатых колес, является возможность получения больших передаточных чисел при небольшом числе зубчатых колес, а также меньшие масса и габаритные размеры, но планетарные КП имеют более высокую стоимость (1. С. 123).
Простые трехзвенные ПМ могут обеспечить 7 передач в редукторных режимах и 3 передачи в суммирующих режимах, когда крутящий момент подается на два звена, а снимается с третьего. Использование ПМ в суммирующих режимах в сочетании с базовой ступенчатой КП позволяет существенно увеличить диапазон передаточных чисел полученного трансмиссионного агрегата по сравнению с базовой КП. Такое решение использовано в технических решениях для газоперекачивающих агрегатов по патентам RU (2: №2397344, Бюл. 23 от 20.08.2010; №2581269, Бюл. №11 от 20.04.2016; №2583476, Бюл. №13 от 10.05.2016. Авторы В.И. Некрасов и И.А. Иванов).
Рассмотренные конструкции реализуют ступенчатую трансформацию крутящего момента, что приводит к снижению эксплуатационных свойств НТС за счет разрыва потока мощности при переключении передач.
Известны бесступенчатые трансмиссии, содержащие фрикционный вариатор и планетарный механизм, работающий в суммирующем режиме.
Известны гибридные трансмиссии, содержащие электрические машины, аккумуляторные батареи, блоки управления и планетарный механизм.
Наиболее близкой к предлагаемому устройству является гибридная трансмиссия по патенту №2435086 (3. Бюл. №33 от 27.11.2011).
Гибридная трансмиссия по патенту №2435086 содержит два планетарных ряда. Элементы планетарных рядов связаны с приводным двигателем двумя универсальными электрическими машинами и выходным элементом связи - с потребителем крутящего момента. Управляемые муфты фрикционного типа связывают часть звеньев планетарных рядов с корпусом и между собой. Первая универсальная электрическая машина связана с коронной шестерней (эпициклическим колесом) первого планетарного ряда и через первую управляемую муфту - с входным валом, а через вторую управляемую муфту - с водилом второго планетарного ряда. Коронная шестерня второго планетарного ряда через третью управляемую муфту связана с корпусом. Вторая универсальная электрическая машина связана с солнечными шестернями обоих планетарных рядов и через четвертую управляемую муфту - с корпусом (3. с. 1).
Этой гибридной трансмиссии присущи недостатки: сложность конструкции и системы управления ей. Универсальные электрические машины сложнее обычных электромашин, так как они обратимы - могут работать как генераторы, так и как электродвигатели. Планетарный редуктор состоит из двух планетарных рядов со сложной системой управления, состоящей из четырех управляемых муфт фрикционного типа, обладающих невысокой долговечностью работы. Выход крутящего момента связан с шестерней «X», а не валом, как принято в трансмиссиях (Фиг. 1 патента №2435086).
Задачей изобретения является расширение компоновочных и эксплуатационных характеристик НТС за счет упрощения конструкции гибридной трансмиссии.
Технический результат достигается за счет совершенствования технического решения по патенту №2435086 путем исключения одного планетарного ряда и применения простых электромашин (генератора и электродвигателя) вместо сложных универсальных электрических машин и установки простых зубчатых муфт переключения вместо сложных фрикционных муфт.
Достижение технического результата обеспечивается тем, что гибридная трансмиссия содержит две электрические машины и редуктор с простым трехзвенным планетарным механизмом, состоящим из водила с сателлитами, зацепленными с солнечной шестерней и эпициклическим колесом, при этом в опорах корпуса редуктора соосно установлены входной вал и вал привода электрогенератора, параллельно им установлены выходной вал и вал привода солнечной шестерни, на входном валу закреплены два зубчатых венца с расположенными на них трехпозиционной и пятипозиционной муфтами переключения и свободно установлены три цилиндрические шестерни, около зубчатых венцов вала свободно установлены три цилиндрические шестерни, зацепленные с зубчатыми цилиндрическими колесами привода эпициклического колеса, водила с дополнительным зубчатым венцом и привода солнечной шестерни, а также с зубчатым венцом вала привода электрогенератора, который электрическими цепями взаимодействует с аккумуляторной батареей, оснащенной блоком питания от бытовой электросети, и через блок управления - с электродвигателем привода солнечной шестерни, на валу водила закреплен однопозиционный зубчатый венец, расположенный между трехпозиционным зубчатым венцом выходного вала с трехпозиционной муфтой переключения и двухпозиционным зубчатым венцом, закрепленным на трубчатом валу корпуса эпициклического колеса, внутри корпуса редуктора закреплен зубчатый венец с расположенной на нем трехпозиционной муфтой остановки водила через дополнительный зубчатый венец или эпициклического колеса - через зубчатое цилиндрическое колесо его корпуса.
На фиг. 1 показана кинематическая схема гибридной трансмиссии с простым трехзвенным ПМ (планетарным механизмом) при входе и выходе потока мощности с одной стороны редуктора - справа.
На фиг. 2 показана кинематическая схема гибридной трансмиссии с простым трехзвенным ПМ при входе и выходе потока мощности с разных сторон редуктора - вход слева.
В опорах корпуса 1 редуктора (фиг. 1) соосно установлены входной вал 2 и вал 3 привода электрогенератора 4, параллельно им установлены выходной вал 5 и вал 6 привода солнечной шестерни 7 (а). На входном валу 2 закреплены два зубчатых венца 8 и 9 с расположенной на венце 8 трехпозиционной муфтой переключения 10 и на венце 9 - пятипозиционной муфтой переключения 11, а также свободно установлены три цилиндрические шестерни 12, 13 и 14. Муфта переключения 11 может обеспечить пять позиций: а) соединяет зубчатый венец 9 с зубчатым венцом 23 вала 3; b) и d) - нейтральное состояние; с) соединяет зубчатый венец шестерни 14 с зубчатым венцом 23 вала 3; е) соединяет зубчатый венец 9 с зубчатым венцом шестерни 14. Около первого зубчатого венца 8 расположены шестерни 12 и 13, зацепленные с зубчатыми цилиндрическими колесами 15 привода эпициклического колеса 16 (b) и 17 привода водила 18 (h) с дополнительным зубчатым венцом 19. На осях 20 водила 18 (h) расположены сателлиты 21, зацепленные с солнечной шестерней 7 (а) и эпициклическим колесом 16 (b). Около второго зубчатого венца 9 расположена шестерня 14, зацепленная с зубчатым цилиндрическим колесом 22 вала 6 привода солнечной шестерни 7 (а) и зубчатым венцом 23 вала 3 привода электрогенератора 4, который электрическими цепями 24 взаимодействует с аккумуляторной батареей 25, оснащенной блоком питания 26 от бытовой электросети, и через блок управления 27 - с электродвигателем 28 вала 6 привода солнечной шестерни 7 (а). Желательно применять высокоскоростной электрогенератор 4 переменного тока с выпрямителем. На валу 29 водила 18 (h) закреплен однопозиционный зубчатый венец 30, расположенный между трехпозиционным зубчатым венцом 31 выходного вала 5 с трехпозиционной муфтой переключения 32 и двухпозиционным зубчатым венцом 33, закрепленным на трубчатом валу 34 корпуса 35 эпициклического колеса 16 (b), внутри корпуса 1 редуктора закреплен зубчатый венец 36 с расположенной на нем трехпозиционной муфтой 37 остановки водила 18 (h) через дополнительный зубчатый венец 19 или эпициклического колеса 16 (b) - через зубчатое цилиндрическое колесо 15 его корпуса 35.
По сравнению с фиг. 1 на фиг. 2 изменена компоновка: входной вал 2 расположен слева, зубчатый венец 8 с трехпозиционной муфтой 10 закреплен между шестернями 14 и 13, зубчатый венец 9 с пятипозиционной муфтой 11 закреплен между шестерней 14 и зубчатым венцом 23 привода электрогенератора 4. Электромашины 4 и 28 закреплены непосредственно к корпусу 1 редуктора.
b
a
b
a
Простой ПМ, состоящий из трех звеньев: солнечной шестерни (а), эпициклического колеса (b) и водила (h) с сателлитами, характеризуется внутренним параметром К=Z/Z=1,5-5, который равен отношению чисел зубьев Z эпициклического колеса и Z солнечной шестерни.
Суммирующие возможности ПМ для нашего случая описываются двумя зависимостями:
h
ha
a
hb
b
a
b
b
a
n=Un+Un=n/(K+1)+(n K)/(K+1);
b
bh
h
ba
a
h
a
a
h
n=Un+Un=n(K+1)/K-n/K;
a
h
b
где n, n, n - частота вращения солнечной шестерни, водила и эпициклического колеса в об/мин.
Работа гибридной трансмиссии с простым трехзвенным ПМ (планетарным механизмом) может осуществляться несколькими способами: I. Привод только от ДВС (двигателя внутреннего сгорания) по входному валу 2. II. Привод только от электродвигателя 28 по валу 6. III. Привод от ДВС и электродвигателя одновременно. ПМ может работать в нескольких режимах.
ah
ab
b
h
I - Первый способ (фиг. 1). Только от ДВС можно обеспечить несколько режимов работы: 1. Цилиндрической передачей 12-15 на заблокированный ПМ. 2. Цилиндрической передачей 13-17 на заблокированный ПМ. 3. Цилиндрической передачей 14-22 на заблокированный ПМ. 4. Суммирующий режим, при котором подаем крутящий момент на солнечную шестерню и водило, снимаем с эпициклического колеса. 5. Суммирующий режим, при котором подаем крутящий момент на солнечную шестерню и эпициклическое колесо, снимаем с водила. 6. Цилиндрическая передача 14-22 плюс ПМ в редукторном режиме U=К+1. 7. Цилиндрическая передача 14-22 плюс ПМ в редукторном режиме U=-К. Знак «минус» указывает на изменение направления вращения выходного вала 5. Привод на электрогенератор 4 можно обеспечить на 1-м и 2-м режимах пятипозиционной муфтой 11 в положении а).
ah
ab
b
h
II - Второй способ. Только от электродвигателя можно обеспечить следующие режимы работы: 1. Прямая передача по заблокированному ПМ. 2. Редукторный режим U=К+1. 3. Редукторный режим U=-К. Можно обеспечить работу электрогенератора 4 от ДВС входным валом 2 по зубчатому венцу 9, муфте 11 в положении а).
III - Третий способ. Привод от ДВС и электродвигателя одновременно. 1. Электродвигателем 28 и валом 6 на солнечную шестерню 7 (а), от ДВС муфтой 10 в левом положении, цилиндрической передачей 13-17 на водило 18 (h), снимаем с эпициклического колеса 16 (b). 2. Электродвигателем 28 и валом 6 на солнечную шестерню 7 (а), от ДВС муфтой 10 в правом положении, цилиндрической передачей 12-15 на эпициклическое колесо 16 (b), снимаем с водила 18 (h).
вх
2
эл.дв.
6
цил 14-22
цил 13-17
цил 12-15
Предположим, что n=n=4000 об/мин; n=n=3000 об/мин; U=2,0; U=3,0; U=4,0; К=4,0.
вх
2
цил 12-15
вых
5
Режим I.1 (фиг. 1). Муфта 11 в нейтральном положении b) или d). ПМ блокируем, замыкая муфтой 32 зубчатые венцы: 33 трубчатого вала 34 корпуса 35 эпициклического колеса 16 (b) и 30 вала 29 водила 18 (h). Правый широкий внутренний венец муфты 32 (верхнее положение) замыкает зубчатый венец 30 с зубчатым венцом 31 выходного вала 5. Крутящий момент от входного вала 2 зубчатым венцом 8, муфтой 10 в правом положении, цилиндрической парой 12-15 передается на заблокированный ПМ и муфтой 32 - на выходной вал 5. Если n=n=4000 об/мин; U=4,0; то выходной вал вращается с частотой n=n=4000/4=1000 об/мин.
вх
2
цил 13-17
вых
5
Режим I.2. Крутящий момент от входного вала 2 зубчатым венцом 8, муфтой 10 в левом положении, цилиндрической парой 13-17 передается на заблокированный ПМ и муфтой 32 - на выходной вал 5. Если n=n=4000 об/мин; U=3,0; то выходной вал вращается с частотой n=n=4000/3=1333,3 об/мин.
вх
2
цил 14-22
вых
5
Режим I.3. Муфта 10 в нейтральном положении. Крутящий момент от входного вала 2 зубчатым венцом 9 муфтой 11 в положении е), цилиндрической парой 14-22 передается на заблокированный ПМ и муфтой 32 - на выходной вал 5. Если n=n=4000 об/мин; U=2,0; то выходной вал вращается с частотой n=n=4000/2=2000 об/мин.
вх
2
цил 14-22
цил 13-17
b
h
a
Режим I.4. Суммирующий режим, при котором подаем крутящий момент на солнечную шестерню (а) и водило (h), снимаем с эпициклического колеса (b). Крутящий момент от входного вала 2 зубчатым венцом 9, муфтой 11 в положении е), цилиндрической парой 14-22 подается на вал 6 и солнечную шестерню 7 (а), которая вращает сателлиты 21, также от входного вала 2 зубчатым венцом 8, муфтой 10 в левом положении, цилиндрической парой 13-17 передается на водило 18 (h), которое осями 20 перемещает сателлиты 21. Совместное усилие от двух звеньев ПМ поступает на эпициклическое колесо 16 (b), по корпусу 35 на трубчатый вал 34 и зубчатый венец 33. Муфтой 32 в среднем положении увеличенный крутящий момент от зубчатого венца 33 передается на зубчатый венец 31 и выходной вал 5, который вращается с меньшей частотой. Если n=n=4000 об/мин; К=4,0; U=2,0; U=3,0; то выходной вал вращается с частотой n=n(K+1)/K-n/K=(4000/3)(5/4)-(4000/2)/4=1666,7-500=1166,7 об/мин. U=4000/1166,7=3,43.
Режим I.5. Суммирующий режим, при котором подаем крутящий момент на солнечную шестерню и эпициклическое колесо, снимаем с водила. Крутящий момент от входного вала 2 зубчатым венцом 9, муфтой 11 в положении е), цилиндрической парой 14-22 подается на вал 6 и солнечную шестерню 7 (а), которая вращает сателлиты 21, также от входного вала 2 зубчатым венцом 8, муфтой 10 в правом положении, цилиндрической парой 12-15 передается на эпициклическое колесо 16 (b), которое также вращает сателлиты 21. Совместное усилие от двух звеньев ПМ поступает на оси 20, водило 18 (h), вал 29, зубчатый венец 30. Муфтой 32 в правом положении (нижний вид) увеличенный крутящий момент от зубчатого венца 30 передается на зубчатый венец 31 и выходной вал 5, который вращается с меньшей частотой.
вх
2
цил 14-22
цил 12-15
вых
5
h
a
b
Если n=n=4000 об/мин; U=2,0; U=4,0; К=4,0; то выходной вал вращается с частотой n=n=n=n/(K+1)+(nK)/(K+1)=(4000/2)/5+(4000/4)(4/5)=400+800=1200 об/мин. U=4000/1200=3,33.
ah
вх
2
цил 14-22
вых
5
2
цил 14-22
b
Режим I.6. Цилиндрическая передача 14-22 плюс ПМ в редукторном режиме U=К+1. Верхний индекс «b» указывает на остановленное звено ПМ - эпициклическое колесо 16 «b», индексы внизу - на звенья входа «а» - солнечной шестерни 7 (а) и выхода «h» крутящего момента - водило 18 (h). Если принять К=4,0; то частота вращения водила 18 (h) и ведомого вала 5 будет в 5 раз меньше частоты вращения солнечной шестерни 7 (а), которая определяется частотой вращения входного вала 2. Эпициклическое колесо 16 «b» остановлено муфтой 37 в правом положении, замкнувшей зубчатый венец 36 корпуса 1 и цилиндрическое зубчатое колесо 15 с корпусом 35. Крутящий момент от ДВС по входному валу 2, зубчатому венцу 9 и муфте 11 в положении е) поступает по цилиндрическому зубчатому зацеплению 14-22 на вал 6, солнечную шестерню 7 (а), сателлиты 21 и осями 20 вращает водило 18 (h) относительно остановленного эпициклического колеса 16 «b» с меньшей частотой вращения, но увеличенным крутящим моментом. Если принять частоту вращения входного вала 2: n=n=4000 об/мин; U=2,0; то n=n=(n/U)/(К+1)=(4000/2)/5=400 об/мин.
ab
вх
2
цил 14-22
вых
5
h
Режим I.7. Цилиндрическая передача 14-22 плюс ПМ в редукторном режиме U=-К. Верхний индекс «h» указывает на остановленное звено ПМ - водило 18 (h), индексы внизу - на звенья входа «а» - солнечной шестерни 7 (а) и выхода «b» крутящего момента - эпициклическое колесо 16 «b». Знак «минус» указывает на изменение направления вращения выходного звена по сравнению с входом. Водило 18 (h) остановлено муфтой 37 в левом положении, замкнувшей дополнительный зубчатый венец 19 цилиндрического колеса 17 привода водила 18 (h) ПМ с корпусом 1 редуктора. Крутящий момент от ДВС по входному валу 2, зубчатому венцу 9 и муфте 11 в положении е) поступает по цилиндрическому зубчатому зацеплению 14-22 на солнечную шестерню 7 (а), сателлиты 21 и осями 20 вращает эпициклическое колесо 16 «b» относительно остановленного водила 18 (h) в противоположном направлении с меньшей частотой вращения, но увеличенным крутящим моментом. Если принять частоту вращения входного вала 2: n=n=4000 об/мин; U=2,0; то n=n=4000/(2×4)=-500 об/мин.
эл.дв.
6
вых
5
Режим II.1. Муфты 10 и 11 находятся в нейтральном положении и отключают ДВС. Для питания аккумуляторной батареи 25 электрогенератор 4 может получать привод от ДВС по входному валу 2, зубчатому венцу 9 и муфте 11 в положении а) по зубчатому венцу 23 и валу 3. Крутящий момент от электродвигателя 28 валом 6 поступает на солнечную шестерню 7 (а) и далее как в режиме 1.6. Если принять частоту вращения электродвигателя 28 и вала 6: n=n=3000 об/мин; то n=n=3000/5=600 об/мин.
эл.дв.
6
вых
5
Режим II.2. Муфты 10 и 11 находятся в нейтральном положении и отключают ДВС. Для питания аккумуляторной батареи 25 электрогенератор 4 может получать привод от ДВС по входному валу 2, зубчатому венцу 9 и муфте 11 в положении а) по зубчатому венцу 23 и валу 3. Крутящий момент от электродвигателя 28 валом 6 поступает на солнечную шестерню 7 (а) и далее - как в режиме I.7. Если принять частоту вращения электродвигателя 28 и вала 6: n=n=3000 об/мин; то n=n=3000/4=-750 об/мин.
вх
2
цил 13-17
эл.дв
6
вых
5
b
h
a
Режим III.1. Суммирующий режим, при котором подаем крутящий момент на солнечную шестерню (а) и водило (h), снимаем с эпициклического колеса (в). Для питания аккумуляторной батареи 25 электрогенератор 4 может получать привод от ДВС по входному валу 2, зубчатому венцу 9 и муфте 11 в положении а) по зубчатому венцу 23 и валу 3. Крутящий момент от электродвигателя 28 валом 6 подается на солнечную шестерню 7 (а), которая вращает сателлиты 21, от входного вала 2 зубчатым венцом 8, муфтой 10 в левом положении, цилиндрической парой 13-17 передается на водило 18 (h), которое осями 20 перемещает сателлиты 21. Совместное усилие от двух звеньев ПМ поступает на эпициклическое колесо 16 (b), по корпусу 35 на трубчатый вал 34 и зубчатый венец 33. Муфтой 32 в среднем положении увеличенный крутящий момент от зубчатого венца 33 передается на зубчатый венец 31 и выходной вал 5, который вращается с меньшей частотой. Если n=n=4000 об/мин; U=3,0; n=n=3000 об/мин; К=4,0; то выходной вал вращается с частотой n=n=n=n(K+1)/K-n/K=(4000/3)(5/4)-3000/4=1666,7-750=916,7 об/мин.
Частоту вращения выходного вала можно изменять, варьируя частоту вращения как ДВС, так и электродвигателя или одновременно ДВС и электродвигателя. Например, изменяем частоту вращения ДВС: 3000, 2000 и 1000 об/мин.
b
h
a
n=n(K+1)/K-n/K=(3000/3)(5/4)-3000/4=1250-750=500 об/мин.
b
h
a
n=n(K+1)/K-n/K=(2000/3)(5/4)-3000/4=833,3-750=83,3 об/мин.
b
h
a
n=n(K+1)/K-n/K=(1000/3)(5/4)-3000/4=416,7-750=-333,3 об/мин.
Изменяем частоту вращения электродвигателя: 2000 и 1000 об/мин.
b
h
a
n=b(K+1)/K-n/K=(4000/3)(5/4)-2000/4=1666,7-500=1166,7 об/мин.
b
h
a
n=n(K+1)/K-n/K=(4000/3)(5/4)-1000/4=1666,7-250=1416,7 об/мин.
Изменяем частоту вращения ДВС и частоту вращения электродвигателя: 2000 и 1000 об/мин.
b
h
a
n=n(K+1)/K-n/K=(2000/3)(5/4)-1000/4=833,3-250=583,3 об/мин.
b
h
a
n=n(K+1)/K-n/K=(2000/3)(5/4)-2000/4=833,3-500=333,3 об/мин.
b
h
a
n=n(K+1)/K-n/K=(1000/3)(5/4)-1000/4=416,7-250=166,7 об/мин.
b
h
a
n=n(K+1)/K-n/K=(1000/3)(5/4)-2000/4=416,7-500=-83,3 об/мин.
h
a
b
Особый интерес представляет режим с близкими значениями слагаемых. Если n(K+1)/K=n/K; то n=0. При близких значениях величин слагаемых получим малые значения частоты вращения выходного вала.
вх
2
цил 12-15
b
b
a
a
h
a
b
Режим III.2. Суммирующий режим работы ПМ - электродвигателем 28 и валом 6 на солнечную шестерню 7 (а), цилиндрической передачей 12-15 на эпициклическое колесо 16 (b), снимаем с водила 18 (h). Для питания аккумуляторной батареи 25 электрогенератор 4 может получать привод от ДВС по входному валу 2, зубчатому венцу 9 и муфте 11 в положении а) по зубчатому венцу 23 и валу 3. От входного вала 2 и зубчатого венца 8 муфтой 10 крутящий момент цилиндрической передачей 12-15 приходит на эпициклическое колесо 16 (b) и сателлиты 21. От сателлитов 21 суммарное усилие солнечной шестерни 7 (а) и эпициклического колеса 16 (b) поступает на оси 20, водило 18 (h), вал 29, зубчатый венец 30, муфту 32 (вид внизу) в правом положении, зубчатый венец 31 и на выходной вал 5. Если принять частоту вращения входного вала 2: n=n=4000 об/мин; U=4,0; К=4; то частота вращения эпициклического колеса 16 (b): n=4000/4=1000 об/мин; nK/(K+1)=1000(4/5)=800 об/мин; частота вращения солнечной шестерни 14 (а): n=3000 об/мин; n/(K+1)=3000/5=600 об/мин. Частота вращения водила 18 (h), вала 29 и выходного вала 5 составит n=n/(K+1)+nK/(K+1)=[(3000/5)+(4000/4)(4/5)]=600+800=1400 об/мин.
Частоту вращения выходного вала можно изменять, варьируя частоту вращения как ДВС, так и электродвигателя или одновременно ДВС и электродвигателя. Например, изменяем частоту вращения ДВС: 3000, 2000 и 1000 об/мин.
h
a
b
n=n/(K+1)+nK/(K+1)=[(3000/5)+(3000/4)(4/5)]=600+600=1200 об/мин.
h
a
b
n=n/(K+1)+nK/(K+1)=[(3000/5)+(2000/4)(4/5)]=600+400=1000 об/мин.
h
a
b
n=n/(K+1)+nK/(K+1)=[(3000/5)+(1000/4)(4/5)]=600+200=800 об/мин.
Изменяем частоту вращения электродвигателя: 2000 и 1000 об/мин.
h
a
b
n=n/(K+1)+nK/(K+1)=[(2000/5)+(4000/4)(4/5)]=400+800=1200 об/мин.
h
a
b
n=n/(K+1)+nK/(K+1)=[(1000/5)+(4000/4)(4/5)]=200+800=1000 об/мин.
Изменяем частоту вращения ДВС и частоту вращения электродвигателя: 2000 и 1000 об/мин.
h
a
b
n=n/(K+1)+nK/(K+1)=[(1000/5)+(1000/4)(4/5)]=200+200=400 об/мин.
h
a
b
n=n/(K+1)+nK/(K+1)=[(2000/5)+(1000/4)(4/5)]=400+200=600 об/мин.
h
a
b
n=n/(K+1)+nK/(K+1)=[(1000/5)+(2000/4)(4/5)]=200+800=1000 об/мин.
h
a
b
n=n/(K+1)+nK/(K+1)=[(2000/5)+(2000/4)(4/5)]=400+800=1200 об/мин.
Рекуперация
При торможении НТС, при движении накатом поток мощности идет в обратном направлении - от ведущих колес к гибридной трансмиссии. Этот поток мощности можно направить на генератор 4 (фиг. 1), а полученную электрическую энергию через блок управления 27 - в аккумуляторную батарею 25. Для этой цели можно использовать некоторые режимы первого способа.
вых
5
цил 12-15
вх
3
Обратный режим I.1 (Фиг. 1). ПМ блокируем, замыкая муфтой 32 зубчатые венцы: 33 трубчатого вала 35 корпуса 35 эпициклического колеса 16 (b) и 30 вала 29 водила 18 (h). Правый широкий внутренний венец муфты 32 (верхнее положение) замыкает зубчатый венец 30 с зубчатым венцом 31 выходного вала 5. Крутящий момент от выходного вала 5 зубчатым венцом 31, муфтой 32, зубчатыми венцами: 33 трубчатого вала 34 корпуса 35 эпициклического колеса 16 (b) и 30 вала 29 водила 18 (h), по заблокированному ПМ, цилиндрической парой 15-12, по муфте 10 в правом положении, зубчатому венцу 8, входному валу 2 поступает на зубчатый венец 9, муфтой 11 в положении а) на зубчатый венец 23, вал 3 и электрогенератор 4. Если выходной вал 5 вращается с частотой n=n=1000 об/мин; U=0,25; то n=n=4000 об/мин. В этом режиме ДВС надо отключать от входного вала 2 за счет дополнительной муфты, напримерМСХ (муфты свободного хода) - на фиг. 1 не показана.
вых
5
цил 13-17
вх
3
Обратный режим I.2. Крутящий момент от выходного вала 5 по заблокированному ПМ, водилу 18 (h), цилиндрической парой 17-13, зубчатым венцом 8, муфтой 10 в левом положении передается на входной вал 2, по валу 2 на зубчатый венец 9, по муфте 11 в положении а) на зубчатый венец 23, вал 3 и электрогенератор 4. Если выходной вал 5 вращается с частотой n=n=1000 об/мин; U=0,33; то n=n=3000 об/мин. В этом режиме ДВС надо отключать от входного вала 2 за счет дополнительной муфты, например МСХ (муфты свободного хода).
вых
5
цил 22-14
вх
3
Обратный режим I.3. Муфта 11 в среднем положении с) замыкает зубчатые венцы шестерни 14 и 23 вала 3 привода электрогенератора 4. ПМ блокируем, замыкая муфтой 32 зубчатые венцы: 33 трубчатого вала 35 корпуса 35 эпициклического колеса 16 (b) и 30 вала 29 водила 18 (h). Правый широкий внутренний венец муфты 32 (верхнее положение) замыкает зубчатый венец 30 с зубчатым венцом 31 выходного вала 5. Крутящий момент от выходного вала 5 зубчатым венцом 31, муфтой 32, зубчатыми венцами: 33 трубчатого вала 34 корпуса 35 эпициклического колеса 16 (b) и 30 вала 29 водила 18 (h), по заблокированному ПМ, цилиндрической парой 22-14, по муфте 11 в среднем положении с) от зубчатого венца шестерни 14 передается на зубчатый венец 23, вал 3 и электрогенератор 4. Если выходной вал вращается с частотой n=n=1000 об/мин; U=0,5; то n=n=2000 об/мин.
ah
вых
5
цил 22-14
вх
3
b
Обратный режим I.6. ПМ в редукторном режиме U=К+1 плюс цилиндрическая передача 22-14. Эпициклическое колесо 16 «b» остановлено муфтой 37 в правом положении, замкнувшей зубчатый венец 36 корпуса 1 и цилиндрическое зубчатое колесо 15 с корпусом 35. Крутящий момент от выходного вала 5 зубчатым венцом 31, муфтой 32, зубчатым венцом 30, валом 29 поступает на водило 18 (h), которое осями 20 передает усилие на сателлиты 21. Сателлиты 21 вращаются относительно остановленного эпициклического колеса 16 «b» с увеличенной частотой вращения, далее цилиндрической парой 22-14, по муфте 11 в среднем положении с) от зубчатого венца шестерни 14 передается на зубчатый венец 23, вал 3 и электрогенератор 4. Если выходной вал вращается с частотой n=n=1000 об/мин; К=4; U=2,0; то n=n=10000 об/мин.
цил
Изменение параметров К, U приведет к изменению результатов расчетов.
Гибридная трансмиссия, имеющая простое устройство, обеспечивает большие эксплуатационные возможности в широком диапазоне передаточных чисел. При первом способе получили 6 передач переднего хода и одну передачу заднего хода. При втором способе получили 3 передачи, при третьем способе получили 2 передачи. При первых двух способах трансмиссия работает как обыкновенная ступенчатая коробка передач, третий способ обеспечивает бесступенчатую трансформацию крутящего момента. Можно подобрать оптимальное распределение передаточных чисел по диапазону, использовать электродвигатель аналогично гидротрансформатору.
Для регенерации энергии на начальном этапе целесообразно использовать обратный режим I.3, при малой скорости - обратный режим I.6.
Обозначения:
1 - корпус редуктора;
2 - входной вал;
3 - вал 3 привода электрогенератора 4;
4 - электрогенератор;
5 - выходной вал;
6 - вал привода солнечной шестерни 7 (а);
7 (а) - солнечная шестерня ПМ (планетарного механизма);
8 - первый зубчатый венец, закрепленный на входном валу 2;
9 - второй зубчатый венец, закрепленный на входном валу 2;
10 - трехпозиционная муфта переключения на первом зубчатом венце 8;
11 - пятипозиционная муфта переключения на втором зубчатом венце 9;
12 и 13 - цилиндрические шестерни, свободно установленные около первого зубчатого венца 8;
14 - цилиндрическая шестерня, свободно установленная около второго зубчатого венца 9;
15 - цилиндрическое зубчатое колесо привода эпициклического колеса 16 (b);
16 (b) - эпициклическое колесо ПМ;
17 - цилиндрическое зубчатое колесо привода водила 18 (h) ПМ;
18 (h) - водило ПМ;
19 - дополнительный зубчатый венец цилиндрического колеса 17 привода водила 18 (h) ПМ;
20 - оси сателлитов 21 водила 18 (h) ПМ;
21 - сателлиты;
22 - цилиндрическое зубчатое колесо вала 6 привода солнечной шестерни 7 (a);
23 - зубчатый венец вала 3 привода электрогенератора 4;
24 - электрические цепи от электрогенератора 4;
25 - аккумуляторная батарея (АБ);
26 - блок питания АБ от бытовой электросети;
27 - блок управления между электрогенератором 4, АБ 25 и электродвигателем 28;
28 - электродвигатель привода вала 6 с солнечной шестерней 7 (а);
29 - вал водила 18 (h);
30 - однопозиционный зубчатый венец вала 29;
31 - трехпозиционный зубчатый венец выходного вала 5;
32 - трехпозиционная муфта переключения зубчатого венца 31;
33 - двухпозиционный зубчатый венец трубчатого вала 34;
34 - трубчатый вал корпуса 35 эпициклического колеса 16 (b);
35 - корпус эпициклического колеса 16 (b);
36 - зубчатый венец корпуса 1 редуктора;
37 - трехпозиционная муфта остановки водила 18 (h) через дополнительный зубчатый венец 19 или эпициклического колеса 16 (b) - через зубчатое цилиндрическое колесо 15 его корпуса 35.