Автоматическая бесступенчатая трансмиссия с гидродроссельным управлением крутящим моментом

В современном мире автомобиль становится неотъемлемой частью в жизни человека и все больше людей становятся автовладельцами именно автомобилей с автоматической трансмиссией в виду ее более простого управления.
Актуальность данной конструкции автоматической бесступенчатой трансмиссии с гидродроссельным управлением крутящим моментом, далее по тексту АТГДМ, в том, что производство по сложности не отличается от производства механической трансмиссии, т.е. возможность производства на тех же заводах не составляет ни каких трудностей. Другая особенность данной разработки, это ее обслуживание и ремонт, которое мало отличается от «механики». Много автолюбителей избегают автоматические трансмиссии, в связи с высокой стоимостью такой комплектации и обслуживания с ремонтом, ведь порой ремонт обходится дороже нового узла, да и ресурс современных автоматических трансмиссий достаточно ограничен. Даже тот факт, что транспортирование на тросу неисправного автомобиля на современных автоматических трансмиссиях или не возможен, или ограничен определенной скоростью. Также отсутствие возможности завести двигатель «с толкача», большой объем дорогого масла пугает многих покупателей, что тоже является положительным моментом в пользу данной разработки.
Данный проект автоматической бесступенчатой трансмиссии с гидродроссельным управлением крутящим моментом относится к машиностроительной области техники, в частности автомобилестроению, создании снегоходов, квадроциклов и т.д., а также в производстве трансмиссий для других сфер производства с подходящими техническими требованиями.
Новизна данной трансмиссии в технологии применения тормозящего устройства - гидравлического насоса совместно с планетарным редуктором, момент торможения которого регулируется клапаном гидродросселя, прокачиваемой через него гидравлической жидкости. Входной вал трансмиссии подключен непосредственно к планетарному редуктору без гидротрансформатора.
Так как основное применение данной полезной модели в виде автоматических трансмиссий для автомобилей, то аналогами являются все существующие автоматические трансмиссии. Основными отличиями АТГДМ от всех известных аналогичных трансмиссий являются:
новая технология изменения крутящего момента;
отсутствие гидротрансфоматора, гидрораспределителя, фрикционных тормозящих устройств, цепи вариатора достаточно дорогих деталей;
невысокая сложность производства, доступная для производителей  механических трансмиссий;
высокая ремонтопригодность наряду с низкой стоимостью;
износостойкость сравнимая с механическими аналогами;
возможность запуска двигателя «с толкача»;
буксировка автомобиля без ограничений скорости;
низкое энергопотребление;
большие возможности для расширения полезных технических характеристик;
имеется вариант полностью энергонезависимого устройства.
Описание трансмиссии
Данная модель автоматической бесступенчатой трансмиссия с гидродроссельным управлением крутящим моментом (АТГДМ) работает по принципу изменения передаточного числа посредством изменяемого момента торможения коронной шестерни планетарного редуктора. Основной частью АТГДМ (фиг.1) является планетарный редуктор, приводимый в движение солнечной шестерней 5 жестко закрепленной на первичном валу 4. Коронная шестерня 8 и водило 7 установлены на первичном валу 4 и свободно вращаются на двухрядных подшипниках относительно первичного вала. Водило 7, с тремя сателлитами 6, жестко соединено с шестерней 20 и находится в зубчатом зацеплении с шестерней 10, жестко закрепленной с валом 9, на котором находится блок шестерен 16 и 14 передней и задней скорости, в нормальном состоянии свободно вращающихся на данном валу. В зацепление с валом 9, шестерни передней 16 и задней 14 скорости, входят с помощью перемещения скользящей муфты 15, вилкой включения передачи (на чертеже не показано). Включение передней передачи осуществляется перемещением скользящей муфты 15 влево (по рисунку), шестерня 16 жестко соединяется с валом 9. Шестерня 16 находится в постоянном зубчатом зацеплении с шестерней редуктора дифференциала 11 и передает на нее вращающий момент. Включение задней передачи осуществляется перемещением скользящей муфты 15 вправо (по рисунку), шестерня 14 жестко соединяется с валом 9. Шестерня 14 находится в постоянном зубчатом зацеплении с блоком паразитных шестерен 12, свободно вращающихся на валу13. Вал 13 жестко закреплен в корпусе АТГДМ. Блок шестерен 12, находится в постоянном зубчатом зацеплении с шестерней редуктора дифференциала 11 и передает на нее вращающий момент. Коронная шестерня 8 планетарного редуктора находится в постоянном зубчатом зацеплении с шестерней 1, она в свою очередь жестко закреплена на валу 2 привода масляного насоса (устройства торможения) 21. Масляный насос устанавливается с внешней стороны корпуса АТГДМ винтовым соединением. Рабочий вал насоса 21 находится в постоянном шлицевом зацеплении с валом привода насоса. С правой стороны первичного вала 4 находится центробежный регулятор передаточного числа АТГДМ (для модели с механическим управлением передаточного числа). Блок регулятора вынесен за пределы корпуса АТГДМ и защищен отдельной крышкой. Регулятор состоит из корпуса держателя, закрепленного на первичном валу резьбовым соединением с фиксацией цилиндрической шпонкой и закрепленных на нем подвижных грузил 19. Грузила 19 через лапки толкателя связаны, с подвижным вдоль оси штоком толкателем 17, который в свою очередь связан с рычагом исполнительного механизма 18. В модели АТГДМ с электронно-механическим регулятором, блок центробежного регулирования отсутствует, в этом случае первичный вал закрывается заглушкой.
Принцип работы трансмиссии
Автоматическая бесступенчатая трансмиссия с гидродроссельным управлением крутящим моментом (АТГДМ) (фиг.1) работает следующим образом.
Холостой ход.
Вращающий момент от двигателя через маховик передается первичному валу 4. Солнечная шестерня 5, закрепленная на первичном валу 4, через сателлиты вращает коронную шестерню 8, не встречая сопротивление. Коронная шестерня вращает вал насоса 21, через шестерню 1 и приводной вал 2. Насос 21 перекачивает масло по замкнутой системе без сопротивления. Водило 7 неподвижно, крутящий момент не передается на приводные шестерни.
Начало движения.
Водитель включает режим Drive или Reversе, через тросовый привод сдвигается вилка включения передач, увлекая скользящую муфту 15, влево или вправо соответственно, вводя в зацепление с валом 9 шестерни 16 или 14. Обороты двигателя увеличиваются на не большую величину. Первичный вал, находящийся в постоянном зацеплении с маховиком, раскручивается и грузила регулятора, под действием центробежной силы, раздвигаются, толкая шток 17, который в свою очередь толкает рычаг 18. Рычаг 18 через тягу (не показана на фиг.1), связанную с рычагом управления гидродросселем, частично прикрывает проходное сечение, создавая сопротивление движущейся жидкости. В модели АТГДМ с электромеханической регулировкой, центробежный регулятор отсутствует. Гидронасос создает тормозящий момент на коронной шестерне 8, через вал 2 и шестерню 1. Водило 7, через сателлиты 6 получает нарастающий вращающий момент, который, через последовательно соединенные шестерни передают вращающий момент шестерне дифференциала и далее на колеса автомобиля.
Мощностной режим.
Включен режим Drive. Шестерня 16 находится в зацеплении с валом 9. Чем выше обороты двигателя, тем больше смещается рычаг регулятора передаточного числа 18. Через тяги происходит большее перекрытие проходного сечения гидродросселя гидравлической системы, до полного его перекрытия. Для моделей с электромеханическим регулятором, управление задвижкой осуществляется электроникой. Гидравлический насос 21 создает тормозящий момент, вплоть до полной остановки. Коронная шестерня 8 получает увеличивающийся тормозящий момент вплоть до полной остановки, через вал 2 и шестерню 1. Водило 7 получает больший крутящий момент и плавно уменьшающееся передаточное число до минимального.
Торможение двигателем.
В модели АТГДМ с механическим регулированием передаточного числа, предусмотрено торможение двигателем. Возможность принудительного механического удерживания гидродросселя в условно среднем положении имеется. В модели АТГДМ с электронно-механическим регулированием передаточного числа, режим торможения двигателем осуществляется электроникой, путем удерживания гидродросселя в среднем положении электро-механическим приводом.
Расположение осей валов в АТГДМ выбирается подбором параметров передаточных чисел и конструктивных особенностей конкретной модели автомобиля.
Примерное расположение осей АТГДМ (фиг. 2):
22 - ось первичного вала,
23 - ось привода гидронасоса,
24 - ось промежуточного вала,
25 - ось блока паразитных шестерен,
26 - ось шестерни дифференциала.
Осуществление полезной модели
Автоматическая бесступенчатая трансмиссия с гидродроссельным регулированием кутящим моментом является устройством, выгодно отличающимся от существующих автоматических трансмиссий отсутствием гидротрансформатора, одного из дорогих и сложных устройств, в производстве. АТГДМ лишен фрикционных тормозов, блоков гидравлического распределения и ремней вариаторов, так же сложных и дорогих в производстве. Процесс производства по трудоемкости и сложности схож с производством механических трансмиссий. На корпусе АТГДМ дополнительно устанавливается насосный блок, сменный масляный фильтр и блок гидродросселя. Маховик двигателя не имеет корзины сцепления и выжимного подшипника, что уменьшает габариты трансмиссии. Так же уменьшает габариты трансмиссии отсутствующий блок переключения передач, его место занимает маленький привод включения задней и передней передачи. Компоновка и расположение осей валов (фиг.2) показана условно, реальное расположение проектируется для выполнения конкретных технических задач. Электронное управление АТГДМ может располагаться как отдельным блоком, так и быть совмещенным с блоком управления двигателем (вариант электромеханического устройства). В варианте энергонезависимого АТГДМ блок управления не требуется, эту функцию выполняет центробежный регулятор. Технический результат достигается благодаря применению технологии изменяемого момента торможения коронной шестерни 8 планетарного редуктора 5,6,7,8 (фиг.1) устройством торможения 21, через вал 2 и шестерню 1, путем создания сопротивления гидравлической жидкости управляемым дросселем 28 (фиг.3). Диаметры шестерен и передаточные отношения в блоках шестерен подбираются по требованию технических задач. Устройством торможения может являться как гидравлический насос, так и гидравлический двигатель, либо другое устройство с изменяемым моментом торможения любого типа исходя из технических задач.
Органы управления и режимы работы трансмиссии.
Органы управления автоматической бесступенчатой трансмиссией с гидродросельным управлением (АТГДМ) рассматриваемой конструкции не имеют особых отличий от стандартных, уже используемых систем автоматических трансмиссий. Отсутствует педаль сцепления, рычаг управления имеет такие же фиксированные положения как: Parking - стояночный режим, Reverse - движение задним ходом, Neutral - нейтральное положение, Drive - движение вперед. Возможно добавление дополнительных положений как движение на пониженных условных передачах и выбор передач в ручную (имитация механической трансмиссии).
Рассмотрим подробнее каждое положение рычага управления АТГДМ:
Parking - стояночный режим.
В этом положении рычаг переключения передач ориентирует трос управления таким образом, что вилка управления муфтой 15 (фиг.1) находится в среднем положении и шестерни 16 и 14 находятся в свободном состоянии, относительно вала 9. Так как данная конструкция трансмиссии, не имеет гидротрансформатора и устройства механического сцепления, то первичный вал 4 получает вращение от двигателя напрямую. Вращение так же получают планетарный редуктор, насос гидравлический 21, вал 9, остальные детали трансмиссии не вращаются. Гидродроссель находится в открытом положении.
Для удержания автомобиля используется механический тормоз, так же включенный с помощью троса и рычага, фиксирующий блок дифференциала с помощью собачки опускаемой в пазы корпуса, как в обычной автоматической трансмиссии и включается он только в этом положении.
Reverse - движение задним ходом.
В этом положении рычаг ориентирует трос управления таким образом, что вилка управления скользящей муфтой 15, сдвигает ее к шестерне 14 и жестко соединяет с валом 9, а собачку парковочного тормоза отводит в отключенное состояние. При увеличении оборотов двигателя, происходит передача вращающего момента от шестерни 14, через блок паразитных шестерен 12, шестерне дифференциала 11 и далее к приводу колес.
Neutral - нейтральное положение.
В этом положении рычаг ориентирует трос управления таким образом, что вилка управления муфтой 15 находится в среднем положении и шестерни 16 и 14 находятся в свободном состоянии, относительно вала 9. Отличие от «парковочного» положения в том, что собачка парковочного тормоза находится в отключенном положении. В этом положении можно транспортировать автомобиль «на тросу», например в неисправном состоянии.
Drive - движение вперед.
В этом положении рычаг ориентирует трос управления таким образом, что вилка управления скользящей муфтой 15, сдвигает ее к шестерне 16, жестко соединяя ее с валом 9. При увеличении оборотов двигателя, происходит передача вращающего момента от шестерни 16, шестерне дифференциала 11 и далее к приводу колес.
Имитация механической трансмиссии и пониженная передача.
(для электромеханической системы управления).
В этом положении механическая часть включена, так же как и в положении Drive. Отличие состоит в системе регулирования гидравлическим дросселем. В электромеханической системе регулирования, имеется возможность управления с фиксированными положениями гидродросселя, соответствующие условным передачам механической трансмиссии или пониженным передачам. В этом случае, рычаг положения работы АТГДМ устанавливается в положении Drive и смещается в левую сторону имеющихся пазов, где, смещение вперед (по ходу движения), вызывает нажатие контактной группы на увеличение передачи, а смещение назад - контактной группы, уменьшения передачи. Эти значения программируются в электронном блоке управления АТГДМ. А электропривод гидродросселя устанавливает положение заслонки в соответствии с заданным.
Гидравлическая часть.
Гидравлическая схема (фиг.3) включает в себя гидравлический насос 27, установленный с внешней стороны корпуса АТГДМ, для простоты обслуживания, с подсоединенными металлическими патрубками 29, соединяющими с гидродросселем 28, закрепленной с внешней стороны корпуса АТГДМ имеющий механизм перекрытия специальной формы, чтобы избежать кавитации масла.
Гидронасос располагается в АТГДМ таким образом, чтобы вал насоса располагался ниже уровня масла в АТГДМ. Для компенсации теплового расширения масла, потребуется сообщить ветвь низкого давления гидравлической системы (левая от насоса по рисунку) с внутренним объемом масла АТГДМ. Для стабилизации работы и уменьшения уровня шума, возможно использование гидроаккумулятора в нагруженной части ветви, т.е. на выходе гидронасоса. Так же, необходимо оснастить гидравлическую систему сменным фильтрующим элементом в удобном для обслуживания месте.
Смазывающая система и обслуживание трансмиссии.
Масло в данном АТГДМ применяется такое же, как и уже на существующих типах автоматических трансмиссий, например ATF Dekstron. Наполнение масла производится через заливное отверстие в верхней части корпуса АТГДМ. Для контроля уровня масла используется контрольный щуп. Уровень масла должен покрывать планетарный редуктор на 1/3. Для первичного наполнения гидравлической системы насоса используется специальный наливной штуцер, расположенный на входе насоса.