СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРАНСМИССИИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО, С КОМБИНИРОВАННОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ
CONNECTION DEVICE FOR TRANSMISSION OF VEHICLE, MAINLY WITH COMBINED POWER PLANT

Изобретение относиться к области транспортного машиностроения, точнее к соединительным устройствам, предназначенным, преимущественно, для замыкания и размыкания силовой передачи в комбинированных силовых установках, в частности гибридных транспортных средств, с разнообразными компоновочными решениями.
Известны соединительные устройства трансмиссии транспортного средства (ТС) с комбинированной энергетической установкой (КЭУ) на основе традиционного вида сцепления - фрикционной муфты, например, соединительное устройство (US 6740002, 2004 г., фиг.6), которое представляет собой однодисковую фрикционную муфту постоянно включенного типа с гидравлическим приводом, и разомкнутое состояние муфты в нем обеспечивается под воздействием выжимного подшипника сцепления. Поскольку в автомобиле с КЭУ выключенное состояние соединительного устройства является не кратковременным, а сопоставимым по времени использования с состоянием включения, то недостатком такого решения является то, что подшипник выключения соответственно оказывается нагруженным длительное время. Это, в свою очередь, требует увеличения его размерности для обеспечения ресурса, а также влияет на снижение общего КПД силовой передачи. Кроме того, для исключения затрат энергии на поддерживание выключенного состояния сцепления сервомеханизм привода муфты должен иметь функцию торможения (фиксации, стопорения) в этой позиции.
Использование в трансмиссии автомобилей с КЭУ известных соединительных устройств, выполненных на основе многодисковых фрикционных муфт с электромагнитным приводом переключения, встроенным в муфту (например, изготавливаемых ЗАО «Завод электромагнитных муфт» и представленных на сайте WWW.zlatmufta.ru), из-за значительных габаритов и удельных масс на единицу передаваемого крутящего момента и, соответственно, из-за энергоемкости муфты, без принятия мер по снижению этих ее показателей, также малоэффективно, т.к. режим включенной муфты требует затрат электроэнергии на весь период включенного состояния, а это создает дополнительную нагрузку на систему электропитания и тем самым снижает эффективность КЭУ гибридных ТС.
Наиболее близким аналогом (прототипом) изобретения является соединительное устройство привода колеса автомобиля, известное из описания к патенту US 7264077 (фиг.2; 4а-4b), содержащее входной и выходной валы, трехзвенный планетарный механизм, связанный одним из своих звеньев с входным валом, а другим - с выходным валом, и многодисковую фрикционную муфту, обойма ведущих дисков которой связана с солнечной шестерней планетарного механизма, а муфта во включенном состоянии связывает солнечную шестерню планетарного механизма с корпусом конструкции, и, таким образом, находится в ветви малого крутящего момента, благодаря чему в нем устранены недостатки предыдущих аналогов, поскольку при выполнении муфты с электромагнитным приводом, это позволяет за счет уменьшения габаритов муфты снизить ее энергопотребление,
Вместе с тем, принцип совмещения этой муфты с редуктором крутящего момента, свойственный прототипу, предопределяет назначение соединительного устройства только для тех случаях, когда требуется постоянное преобразование величины крутящего момента (Мкр), чем ограничивает его функциональные возможности - так оно не может быть использовано в качестве соединительного устройства, обеспечивающего в зависимости от выбранного режима работы КЭУ цикловое замыкание -размыкание силового потока в ней.
Задача, решаемая изобретением, и технический результат, получаемый от реализации изобретения, заключаются в расширении арсенала технических средств в области соединительных устройств для трансмиссий ТС с КЭУ с обеспечением их повышенной эффективности путем использования фрикционной муфты с электромагнитным приводом сниженных габаритов и энергоемкости.
Сущность изобретения состоит в том, что в соединительном устройстве для трансмиссии транспортного средства, преимущественно с комбинированной энергетической установкой, содержащей входной и выходной валы, трехзвенный планетарный механизм, связанный одним из своих звеньев с входным валом, а другим - с выходным валом, и многодисковую фрикционную муфту, обойма ведущих дисков которой связана с солнечной шестерней планетарного механизма, согласно изобретению планетарный механизм выполняет роль дифференциала, образующего два разных по величине потока крутящего момента, причем солнечная шестерня образует поток малого крутящего момента, передаваемый на связанную с ней обойму ведущих дисков, а коронная шестерня связана с выходным валом и образует поток большего крутящего момента, и при этом оба потока крутящего момента суммируются, замыкаясь на коронной шестерне, с входным валом устройства планетарный механизм связан водилом, а обойма ведомых дисков фрикционной муфты имеет жесткую связь с коронной шестерней. Дополнительные отличия предлагаемого устройства состоят в том, что:
- солнечная шестерня связана с обоймой ведущих дисков фрикционной муфты жестко или кинематически;
- кинематическая связь солнечной шестерни с обоймой ведущих дисков фрикционной муфты, выполненной при этом постоянно замкнутого типа с электромагнитным приводом, осуществляется через переключаемую зубчатую муфту, снабженную синхронизатором в виде блокирующего кольца, поверхность трения которого предназначена для взаимодействия с ответной поверхностью трения, выполненной на обойме.
Предлагаемой взаимосвязью фрикционной муфты и трехзвенного планетарного механизма между собой и с валами устройства, выполненной таким образом, что обойма ведущих дисков фрикционнной муфты жестко или кинематически связана с солнечной шестерней, а обойма ведомых дисков фрикционной муфты имеет жесткую связь с коронной шестерней, на которой замыкаются оба потока Мкр (больший и меньший), образуемых звеньями планетарного механизма, работающего как дифференциал, достигается то, что электромагнитная муфта во включенном состоянии находится в ветви меньшего Мкр, а не полного передаваемого момента.
Следовательно, габариты, масса электромагнитной муфты и расход электроэнергии на поддержание включенного состояния согласно изобретению могут быть определены не полным объемом передаваемого крутящего момента, а только его частью, поступающей на солнечную шестерню, - это обеспечивает снижение расхода энергии, что является основным актуальным критерием для КЭУ гибридных ТС, а также повышение ресурса муфты и снижение материальных затрат, связанных с использованием более габаритных и дорогостоящих фрикционных муфт.
На представленных чертежах: на фиг.1 дан обший вид предлагаемого соединительного устройства в разрезе; на фиг.2 - то же, пример выполнения с электромагнитным приводом фрикционной муфты и с дополнительной зубчатой муфтой переключения с инерционным синхронизатором.
Сущность изобретения поясняется на конкретном примере выполнения соединительного устройства силовой передачи ТС с КЭУ последовательно -параллельного типа с фрикционной муфтой с электромагнитным приводом, представленного на фиг.2.
Устройство содержит входной 1 и выходной 2 валы, многодисковую фрикционную муфту 3 и трехзвенный планетарный механизм 4 с сателлитами 5 и водилом 6, жестко связанным с входным валом 1. При этом коронная шестерня 7 механизма 4 жестко зафиксирована в обойме 8 ведомых фрикционных дисков муфты 3 и соединена с выходным валом 2, а солнечная шестерня 9 жестко (фиг.1) или кинематически (фиг.2) соединена с обоймой 10 ведущих дисков муфты 3. В варианте кинематической связи солнечная шестерня 9, зафиксированная на валу 11, взаимодействует с синхронизатором переключаемой зубчатой муфты 12, выполненным в виде блокирующего кольца 13 с конической поверхностью трения, предназначенной для взаимодействия с ответной поверхностью трения, выполненной на обойме 10. Привод блокирующего кольца 13 осуществляется от внешнего приводного устройства 14 при помощи поводка 15 посредством зубчатого венца 16, расположенного на ступице 17 муфты 12, и зубчатого венца 18 обоймы. При этом муфта 3 используется постоянно замкнутого типа с электромагнитным приводом 19 (как показано на фиг.2) или может иметь привод какого-либо другого целесообразного типа (на фиг.1 дано устройство без конкретизированного типа привода муфты). В замкнутом состоянии муфты 3 фрикционные диски поджимаются упругим элементом 20.
Предлагаемое устройство имеет два рабочих состояния: разомкнутое и замкнутое.
В замкнутом состоянии крутящий момент, поступающий от внешнего силового устройства, например ДВС (на приведенных чертежах не показано), подается на вал 1 и поступает на водило 6 трехзвенного планетарного механизма 4 и по сателлитам 5 делится на два потока, пропорциональных параметру «Р» планетарного механизма, т.е. пропорционально числам зубьев солнечной 9 и коронной 7 шестерен. На солнечную шестерню 9, жестко связанную с обоймой 10, приходит поток малого крутящего момента, который в свою очередь позволяет использовать более компактную фрикционную муфту. Поток малого крутящего момента, поступивший на обойму 10, распределяется по поверхности трения фрикционных дисков. В замкнутом состоянии под действием упругого элемента 20 диски передают момент на обойму 8. Таким образом, малый поток крутящего момента замыкается (суммируется) с большим потоком момента на коронной шестерне 7 и передается на выходной вал 2.
В разомкнутом состоянии крутящий момент, поступающий от внешнего силового устройства, подается на вал 1 и поступает на водило 6 трехзвенного планетарного механизма 4 и по сателлитам 5 делится на два потока, также пропорциональных параметру «Р» планетарного механизма, т.е. пропорционально числам зубьев солнечной и корончатой шестерен. На солнечную шестерню 9, жестко связанную с обоймой 10, приходит поток малого момента, который в свою очередь позволяет использовать более компактную фрикционную муфту. Поток малого крутящего момента также поступает на обойму 10 и распределяется по поверхности трения фрикционных дисков. Поджатием упругого элемента 20 фрикционной муфты 3 кинематическая связь с обоймой 8 и фрикционными дисками разрывается и на коронную шестерню 7 крутящий момент не подается.
В устройстве с кинематической связью солнечной шестерни 9 с обоймой 10 крутящий момент передается от шестерни 9 непосредственно на ступицу 17 механизма зубчатой муфты 12 при помощи вала 11. Приводное устройство 14 сдвигает поводок 15 в положение «вкл.», таким образом, блокирующее кольцо 13 с конической поверхностью трения, через ответную коническую поверхность зубчатого венца 18, жестко зафиксированного на обойме 10, передает крутящий момент на фрикционные диски. Фрикционные диски передают крутящий момент по поверхности трения на обойму 8. При использовании электромагнитного привода фрикционной муфты постоянно замкнутого типа это позволяет расходовать энергию накопителей только в момент разъединения дисков.
Таким образом, малый поток крутящего момента замыкается (суммируется) с потоком мощности коронной шестерни 7 и передается на выходной вал 2. Для разрыва потока мощности на электромагнит 19 подается напряжение, и фрикционные диски разъединяются, затем внешнее приводное устройство 14 сдвигает поводок 15 в положение «выкл.» и кинематическая связь между блокирующим кольцом 13 и ответной конической поверхностью трения разрывается. Подача напряжения на электромагнит 19 прекращается, и фрикционные диски замыкаются. Таким образом передача крутящего момента от входного вала 1 на выходной вал 2 прекращается.