РИВЕРСИВНАЯ ПЕРЕМЕННАЯ ТРАНСМИССИЯ

1. Планетарный вариатор, функционирующий как подсистема для переменных или реверсивных трансмиссий и выполненный с возможностью непрерывного изменения передаточного отношения, отличающийся тем, что:
он состоит из круглого зубчатого колеса, двух или более сателлитов, установленных вокруг центрального вала, и центрального зубчатого колеса таким образом, чтобы каждый компонент, а именно круглое зубчатое колесо, центральный вал и центральное зубчатое колесо, образовывали зону взаимодействия с другими трансмиссионными компонентами;
круглое зубчатое колесо представляет собой осесимметричное тело вокруг центральной оси с поверхностью вращения трактрисы, причем эта поверхность предпочтительно упрочнена или покрыта для выдерживания тяговых и сжимающих нагрузок;
центральное зубчатое колесо по существу является таким же как круглое зубчатое колесо, но внутренний и внешний диаметр трактрисы может отличаться от диаметров круглого зубчатого колеса;
сателлиты состоят из сателлитного зубчатого колеса с по существу конической поверхностью вращения, предпочтительно упрочненной или покрытой для передачи тяговых и сжимающих нагрузок, установленного с возможностью свободного вращения вокруг сателлитной вилки посредством радиальных и осевых подшипников или втулок, причем виртуальная вершина упомянутого конуса совпадает с пересечением оси центрального вала с осью шарнира сателлита;
каждая сателлитная вилка одного планетарного вариатора выполнена с возможностью свободного вращения вокруг шарнирного соединения, ось которого перпендикулярна оси центрального вала и параллельна плоскости сателлитного зубчатого колеса, причем каждая сателлитная вилка и каждое сателлитное зубчатое колесо выполнено с возможностью не взаимодействовать друг с другом для всех применительных углов наклона между осью сателлита и осью центрального вала;
круглое зубчатое колесо, сателлиты и центральное зубчатое колесо прижаты друг к другу для того, чтобы поверхности качения находились в контакте друг с другом и чтобы контактные давления были достаточно высокими для передачи требуемого крутящего момента;
центральный вал перемещается аксиально (продольно) с определенной скоростью в зависимости от сжимающей силы и передаваемого крутящего момента для обеспечения изменения передаточного отношения;
трактриса круглого и центрального зубчатого колеса имеет, для обоих, параметр длины L такой же, как длина от контактной точки при качении сателлитного зубчатого колеса до пересечения оси шарнира с осью центрального вала, где L используется в уравнении трактрисы +/-x+c=L*(cosα+ln|tan(α/2)|), где с произвольная константа и а угол наклона между касательной в контактной точке и осью центрального вала; и
форма поверхностей качения сателлитных зубчатых колес, которые по существу являются коническими, слегка отклоняется от этой теоретической формы выпуклым образом для оптимизации распределения контактного давления.
2. Планетарный вариатор по п.1, отличающийся тем, что
поток смазки для подшипников или втулок внутри сателлитов, по возможности, осуществляется посредством замкнутого контура для каждого сателлита, причем масло рециркулирует посредством лопастей внутри сателлитов, откачивая масло, которое далее направляется через подшипники или втулки;
альтернативный поток смазки для подшипников или втулок внутри сателлитов, по возможности, осуществляется посредством объединения этого потока масла в основной поток смазки, содержащий все подшипники входного и выходного вала, при этом данный поток выводится из центрального вала через один из шарниров (в частности, один из шарнирных пальцев), направляется через подшипники сателлитов и оттекает назад через другой шарнир (или другой шарнирный палец) в центральный вал;
при этом другая альтернатива состоит в том, что подшипники сателлитов промасливаются смазочным материалом или, используются комбинированные подшипники, которые не требуют никакой смазки.
3. Реверсивная переменная трансмиссия, содержащая первичный и вторичный планетарный вариатор, каждый из которых является вариатором по п.1, отличающаяся тем, что
круглое зубчатое колесо первичного планетарного вариатора соединено с корпусом для того, чтобы оно не могло вращаться, но могло перемещаться аксиально посредством предварительной нагрузки, прижимающей все контакты качения обоих планетарных вариаторов;
центральные валы обоих планетарных вариаторов комбинированы в один главный вал и соединены с возможностью вращения с трансмиссионным входным валом и с возможностью аксиального перемещения посредством усилия рулевого управления в обоих направлениях, в то время как входной вал не перемещается аксиально;
центральное зубчатое колесо первичного планетарного вариатора подсоединено к круглому зубчатому колесу вторичного планетарного вариатора для того, чтобы комбинированное круглое-центральное зубчатое колесо могло вращаться вокруг центральной оси трансмиссии; и
центральное зубчатое колесо вторичного планетарного вариатора соединено с выходным валом трансмиссии, причем противодействующая сила предварительной нагрузки передается на корпус через осевой подшипник.
4. Реверсивная переменная трансмиссия по п.3, отличающаяся тем, что
относительные размеры круглого зубчатого колеса, центрального зубчатого колеса и сателлитов выбраны соответственно для применения в автомобиле, с учетом того, что самое высокое отношение скоростей является настолько высоким, что двигатель почти всегда может вырабатывать свою мощность в точке своей наилучшей эффективности, в частности, размерами, относящимися к передаточному отношению, являются: внешний диаметр первичного и вторичного круглого зубчатого колеса, внутренний диаметр первичного и вторичного центрального зубчатого колеса, эффективный диаметр сателлитных зубчатых колес, параметр длины L уравнения трактрисы; полученное передаточное отношение скоростей, например, составляет 2,266 (по абсолютной величине);
относительные размеры круглого зубчатого колеса, центрального зубчатого колеса и сателлитов выбраны соответственно для применения в автомобиле, с учетом того, что самое высокое отношение скоростей заднего хода является достаточно высоким для приведения в движение автомобиля при средней скорости вращения двигателя и низком уровне шума заднего хода, в частности, размерами, относящимися к передаточному отношению заднего хода, являются: внутренний диаметр первичного и вторичного круглого зубчатого колеса, внешний диаметр первичного и вторичного центрального зубчатого колеса, эффективный диаметр сателлитных зубчатых колес, параметр длины L уравнения трактрисы; полученное передаточное отношение скоростей заднего хода, например, составляет 0,695; и
посредством перемещения главного вала трансмиссии передаточное отношение изменяется непрерывно между наивысшим отношением скоростей переднего хода во время остановки и наивысшим передаточным отношением заднего хода.
5. Реверсивная переменная трансмиссия по п.3, отличающаяся тем, что
нормальная сила на каждом контакте при качении создается посредством одной предварительной нагрузки, действующей со стороны корпуса на невращающееся первичное круглое зубчатое колесо, причем противодействующая сила передается посредством одного подшипника от вторичного центрального зубчатого колеса на корпус;
при этом чистые усилия рулевого управления для определения положения главного вала и, таким образом, также для определения передаточного отношения, создаются на главном валу, причем указанные усилия передаются через подшипник к корпусу.
6. Реверсивная переменная трансмиссия по п.5, отличающаяся тем, что
предварительная нагрузка создается с помощью одного или более поршня и системы (систем) цилиндров между корпусом и первичным круглым зубчатым колесом и приводится в действие при помощи одного пневматического или гидравлического давления или создается за счет системы предварительной механической нагрузки, причем эта система предварительной механической нагрузки может также быть использована в качестве стояночного тормоза, когда трансмиссия задается с нулевым отношением скоростей;
при этом давление рулевого управления создается гидравлической или пневматической системой поршня и цилиндра, способной функционировать в обоих направлениях, составляющей одно целое с выходным валом и главным валом;
причем гидравлическое или пневматическое давление для создания давления рулевого управления обеспечено уплотнением между неподвижным корпусом и вращающимся входным валом с помощью поршневых колец или уплотнений, выполненных с возможностью уплотнения элементов, вращающихся с различными скоростями вращения.
7. Переменная трансмиссия по п.3, отличающаяся тем, что
внутренняя часть трансмиссии, где контакты при качении являются перемещающимися, заполняется инертным газом или обычным воздухом и разбрызгивающейся жидкостью для охлаждения и смазки, или газообразной средой с туманом холодильного агента;
причем упомянутая внутренняя часть изолирована от смазочного масла для подшипников и от наружной части трансмиссии.
8. Переменная трансмиссия по п.3, отличающаяся тем, что
поток смазки для подшипников или втулок внутри сателлитов, по возможности, осуществляется посредством замкнутого контура для каждого сателлита, причем масло рециркулирует посредством лопастей внутри сателлитов, откачивая масло, которое далее направляется через подшипники или втулки;
альтернативный поток смазки для подшипников или втулок внутри сателлитов, по возможности, осуществляется посредством объединения этого потока масла в основной поток смазки, содержащий все подшипники входного и выходного вала, при этом данный поток выводится из центрального вала через один из шарниров (в частности, один из шарнирных пальцев), направляется через подшипники сателлитов и оттекает назад через другой шарнир (или другой шарнирный палец) в центральный вал;
при этом другая альтернатива состоит в том, что подшипники сателлитов промасливаются смазочным материалом или, используются комбинированные подшипники, которые не требуют никакой смазки.
9. Гидравлическая система, предназначенная для регулирования реверсивной переменной трансмиссии по п.3 в легковом автомобиле, грузовом автомобиле или другом шоссейном или внедорожном транспортном средстве, отличающаяся тем, что
один насос с приводом от двигателя используется для подачи гидравлического давления и потока;
аккумулятор высокого и низкого давления объединены в систему, в которой текучая среда от аккумулятора низкого давления для повышения давления на поршень предварительной нагрузки и поршень рулевого управления используется в первую очередь по отношению к аккумулятору высокого давления;
аккумулятор высокого давления наполняется с помощью насоса в первую очередь по отношению к аккумулятору низкого давления;
клапан, понижающий давление, используется для регулирования предварительной нагрузки и давлений рулевого управления при движении в прямом и обратном направлении;
по возможности, добавляется предохранительное устройство в виде двух отсечных клапанов в линии предварительной нагрузки, причем один из них выключается посредством давления рулевого управления прямого хода, а другой - давлением рулевого управления заднего хода для обеспечения отвода предварительной нагрузки сразу, как только одно из действующих давлений рулевого управления падает ниже заданного давления смещения; и
упомянутое предохранительное устройство может быть упрощено за счет удаления предохранительного отсечного клапана из гидравлической схемы.
10. Реализуемый на компьютере способ для регулирования гидравлической системы по п.9 в легковом автомобиле, грузовом автомобиле или другом шоссейном или внедорожном транспортном средстве, отличающийся тем, что
кривая (крутящего момента двигателя как функция скорости вращения двигателя), выражающая минимальный расход топлива для каждого уровня мощности двигателя, сохраняется в памяти контроллеров;
PID-контроллер определяет скорость поршня рулевого управления, присоединенного к главному валу, для получения скорости вращения двигателя, которая равна требуемой скорости вращения двигателя, вычисленной по кривой минимального расхода топлива;
скорость поршня рулевого управления, которая предложена PID-контроллером, может быть уменьшена для того, чтобы оставаться в пределах диапазона микропроскальзывания, с учетом методики вычислений; и
предварительная нагрузка и давление рулевого управления, определяющие угол сателлитов относительно оси главного вала, вычисляются с учетом опубликованной теории продольного и поперечного микропроскальзывания.
11. Комбинация из одного или более планетарных вариаторов по п.1 в различных компоновках переменной трансмиссии, отличающаяся тем, что
каждый элемент взаимодействия планетарного вариатора, а именно круглое зубчатое колесо, центральный вал и центральное зубчатое колесо, может быть соединен с входом, выходом, корпусом трансмиссии, элементом взаимодействия с другим планетарным вариатором или любым другим компонентом трансмиссии, таким, как смещенные шестерни или системы сателлитных шестерен;
причем под выражением 'реверсивный' в данном случае подразумевается переменная трансмиссия, выходное направление вращения которой относительно входного направления вращения может изменяться непрерывно и отношение скоростей которой определяется даже при низкой и нулевой выходной скорости без элементов (макро-) проскальзывания которые, например, используются в преобразователях крутящего момента или фрикционных дисковых муфтах.
12. Способ передачи мощности при переменных скоростях в средстве, выбранном из группы, состоящей из легкового автомобиля, грузового автомобиля, автобуса, внедорожного автомобиля, сенокосилки, ветряной турбины, манипулятора с телескопической стрелой, автопогрузчика или любого другого промышленного применения, в котором требуется передача мощности при переменных скоростях, причем указанное средство содержит реверсивную переменную трансмиссию по п.3.
13. Комбинация
системы реверсивной переменной трансмиссии, содержащей трансмиссию по п.3,
гидравлической системы, предназначенной для управления реверсивной переменной трансмиссией по п.3 в легковом автомобиле, грузовом автомобиле или другом шоссейном или внедорожном транспортном средстве, отличающаяся тем, что:
один насос с приводом от двигателя используется для подачи гидравлического давления и потока;
аккумулятор высокого и низкого давления объединены в систему, в которой текучая среда от аккумулятора низкого давления для повышения давления на поршень предварительной нагрузки и поршень рулевого управления используется в первую очередь по отношению к аккумулятору высокого давления;
аккумулятор высокого давления наполняется с помощью насоса в первую очередь по отношению к аккумулятору низкого давления;
клапан, понижающий давление, используется для регулирования предварительной нагрузки и давлений рулевого управления при движении в прямом и обратном направлении;
по возможности, добавляется предохранительное устройство в виде двух отсечных клапанов в линии предварительной нагрузки, причем один из них выключается посредством давления рулевого управления прямого хода, а другой - давлением рулевого управления заднего хода для обеспечения отвода предварительной нагрузки сразу, как только одно из действующих давлений рулевого управления падает ниже заданного давления смещения; и
упомянутое предохранительное устройство может быть упрощено за счет удаления предохранительного отсечного клапана из гидравлической схемы;
причем имеется программа системы программного обеспечения, предназначенная для управления реверсивной переменной трансмиссией по п.3 с гидравлическим клапаном,
при этом кривая (крутящего момента двигателя как функция скорости вращения двигателя), выражающая минимальный расход топлива для каждого уровня мощности двигателя, сохраняется в памяти контроллеров;
PID-контроллер определяет скорость поршня рулевого управления, присоединенного к главному валу, для получения скорости вращения двигателя, которая равна требуемой скорости вращения двигателя, вычисленной по кривой минимального расхода топлива;
скорость поршня рулевого управления, которая предложена PID-контроллером, может быть уменьшена для того, чтобы оставаться в пределах диапазона микропроскальзывания, с учетом методики вычислений; и
предварительная нагрузка и давление рулевого управления, определяющие угол сателлитов относительно оси главного вала, вычисляются с учетом опубликованной теории продольного и поперечного микропроскальзывания.
14. Реализуемый на компьютере способ для управления реверсивной переменной трансмиссией по п.3 в легковом автомобиле, грузовом автомобиле или другом шоссейном или внедорожном транспортном средстве, отличающийся тем, что
кривая (крутящего момента двигателя как функция скорости вращения двигателя), выражающая минимальный расход топлива для каждого уровня мощности двигателя, сохраняется в памяти контроллеров;
PID-контроллер определяет скорость поршня рулевого управления, присоединенного к главному валу, для получения скорости вращения двигателя, которая равна требуемой скорости вращения двигателя, вычисленной по кривой минимального расхода топлива;
скорость поршня рулевого управления, которая предложена PID-контроллером, может быть уменьшена для того, чтобы оставаться в пределах диапазона микропроскальзывания, с учетом методики вычислений; и
предварительная нагрузка и давление рулевого управления, определяющие угол сателлитов относительно оси главного вала, вычисляются с учетом опубликованной теории продольного и поперечного микропроскальзывания.