СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА И ПЕРЕДАТОЧНОГО ОТНОШЕНИЯ ТРАНСМИССИИ
METHOD OF AUTOMATIC CONVERSION OF TORQUE AND GEARING RATIO OF TRANSMISSION

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть использовано при конструировании механизмов, в которых необходимо автоматически и в широких пределах изменять передаточное отношение и крутящий момент, оптимизирующие разгон и управление вращением ведомого вала при постоянных оборотах и крутящем моменте на валу двигателя. Примером такого механизма могут быть: пусковое устройство инертного механизма, электродвигатель со встроенным преобразователем оборотов и крутящего момента, инструмент, в котором необходимо автоматическое увеличение крутящего момента, при увеличении потребной его величины, автоматическая трансмиссия транспортного средства и другие механизмы, в которых необходимо автоматическое преобразование передаточного отношения и крутящего момента.
Известны различные пути согласования передаточного отношения при передаче движения от двигателя к исполнительному механизму. Наиболее распространенным способом являются зубчатые редукторы. Эти механизмы описаны, например, в Артоболевский И.И. «Механизмы в современной технике», Том 4 «Зубчатые механизмы» Москва. Наука 1980 г, а также в: Патент RU №2304735, Патент RU №2333405.
Недостатком зубчатых редукторов является то, что при их использовании передаточное отношение трансмиссии постоянно, двигатель в большинстве случаев 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, а также специальных устройств, например гидромоторов, приводят к удорожанию конструкции и к уменьшению степени надежности. Недостатками известных решений, описанных в Патент RU №2304735 и в Патент RU №2333405 являются сложность конструкции и неоптимальный режим работы в процессе изменения передаточного отношения.
Задачей изобретения является способ автоматического управления оборотами ведомого вала с изменением крутящего момента и передаточного отношения, при работе двигателя на оптимальном режиме, в зависимости от потребной величины крутящего момента. Применение такого способа приведет к упрощению процесса разгона, уменьшению потерь и экономии энергии, а также к упрощению конструкции.
Указанная цель достигается тем, что согласно изобретению энергия с вала привода передается на два канала. Вращение передается на вход дифференциального редуктора, имеющего возможность вращаться вокруг своей оси и разделяющего энергию двигателя на два потока. Одна часть энергии с первого выхода дифференциала поступает на ведомый вал, а вторая часть со второго выхода - на устройство, которое связывает его с валом привода и заставляет вращаться редуктор вокруг своей оси, передавая вращение на ведомый вал минуя редуктор. Когда связь второго канала с валом привода не жесткая и вал привода имеет возможность проскальзывать относительно второго выхода дифференциала с определенным усилием, энергия передается через оба канала, частично через редуктор, а вторая часть через вращение редуктора вокруг оси. Суммарное передаточное отношение складывается из скорости вращения редуктора вокруг своей оси и от передаточного отношения элементов редуктора. Когда связь между вторым выходом редуктора и валом привода жесткая, тогда элементы редуктора не работают, вал привода и ведомый вал вращаются с одинаковой скоростью как единое целое, передаточное отношение равно единице. Крутящий момент на ведомом валу при этом будет таким же, как и на валу привода. Когда связь между вторым выходом и входом дифференциала достаточно слабая, в такой мере, что позволяет второму выходу вращаться в обратную сторону относительно вала привода или быть неподвижным относительно других, не относящихся к дифференциалу, частей механизма, крутящий момент на ведомом валу будет максимальным и будет определяться передаточным отношением элементов редуктора, а передаточное отношение может расти в очень широких пределах. Силовая связь при проскальзывании между вторым выходом дифференциального редуктора и валом привода определяет крутящий момент на ведомом валу и общее передаточное отношение от вала привода на ведомый вал. Связь между валом привода и вторым выходом дифференциального редуктора может быть организована посредством силовых муфт скольжения, которые могут быть любой конструкции, а также посредством генератора - электрической машины двойного вращения, где ротор соединен с входом дифференциала, а статор - с вторым выходом, и который может частично блокировать дифференциал, выполняя роль силовой муфты скольжения, когда при наличии электрической нагрузки в его цепи между ротором и статором возникает сила, увлекающая статор за ротором. Управляя силовой связью при проскальзывании между входом дифференциала и его вторым выходом, можно управлять темпом разгона, крутящим моментом на ведомом валу, скоростью его вращения. При увеличении на ведомом валу потребного крутящего момента ведомый вал тормозится, скольжение в силовой муфте увеличивается и вращение в большей степени передается через элементы редуктора, а его вращение вокруг оси замедляется, а когда передаточное отношение редуктора больше единицы, крутящий момент на ведомом валу увеличивается. При уменьшении потребной нагрузки на ведомом валу, проскальзывание силовой муфты уменьшается, качение шестерен внутри редуктора замедляется, суммарное передаточное отношение уменьшается, скорость вращения ведомого вала увеличивается, а крутящий момент на ведомом валу уменьшается.