СИСТЕМА БЕССТУПЕНЧАТОЙ ТРАНСМИССИИ
STEPLESS TRANSMISSION SYSTEM

Объектом настоящего изобретения является новая механическая система бесступенчатой трансмиссии, которая обеспечивает переход двигателя с высокой скорости на низкую скорость посредством скорости вращения приводного вала.
Механизмы для контроля скорости вращения приводного вала известны в нескольких разных вариантах и предназначены для нескольких разных функций. Обычно известная как «трансмиссия» или «коробка передач» из-за ее главной функции, заключающейся в переключении передач посредством умножения или деления скорости двигателя на конечном приводе непосредственно на колесах или валу отбора мощности, преобразует мощность на приводном валу в мощность или скорость в зависимости от потребности. Существуют две главные последовательности валов в типичной коробке передач: первичный вал, который набирает скорость двигателя через сцепление, и вторичный вал (выходной вал), который передает вращение, преобразованное в мощность или скорость на конечный вал дифференциала. Каждый вал снабжен одной или более шестернями с равным или разным отношением диаметров, так что согласно вводу в зацепление результирующая скорость является низкой, постоянной или высокой на выходном валу. Самым большим недостатком этой модели является ступенчатое переключение передач с одного передаточного отношения на другое, что может вызывать ощутимые толчки при переключении передачи.
Бесступенчатые трансмиссии приводят в движение мотоциклы и медленно перемещаемые мопеды довольно долгое время в конструкции, содержащей упругие и зубчатые шкивы и цепи. Производители автомобилей усовершенствовали трансмиссию, названную бесступенчатой коробкой передач, основанную на принципах бесступенчатой трансмиссии, но которая содержит трансмиссию между двумя шкивами, коническая форма которых обеспечивает почти бесступенчатое регулирование передаточного отношения. Этот тип трансмиссии использует передачи, но конфигурация переключения передач выполняется по необходимости. Она является более тихой и прочной, так что ее можно использовать в более мощных двигателях; причем передаточные числа могут варьировать от 6 до 1 между самой короткой и самой длинной передачей, что не достигается в постоянных трансмиссиях.
Также существует трансмиссия с двойным сцеплением (DCT), которая использует два сцепления и использует сложную электронику и гидравлику для их управления, аналогично стандартной автоматической трансмиссии. В DCT, однако, сцепления работают независимо. Одно сцепление контролирует нечетные передачи (первую, третью, пятую и заднюю), тогда как другое контролирует четные передачи (вторую, четвертую и шестую). При такой компоновке передачи можно переключать без прерывания потока мощности от двигателя до трансмиссии.
А именно, эти конфигурации указывают на огромную эффективность бесступенчатого передаточного отношения при переключении передачи, хотя обе имеют очень высокую стоимость.
Таким образом, с учетом созданных проблем и с целью их решения были проведены исследования и разработана настоящая модель, названная системой бесступенчатой трансмиссии, при этом главный объект настоящей заявки включает в сокращенном виде входную скользящую шестерню с валом, перпендикулярным валу главного диска, к которому входная скользящая шестерня касательно наклонена, причем диаметр является фиксированным и относительно главного диска переменным из-за диаметра, получаемого точкой расположения его по окружности радиуса главного диска. Точка контакта главного диска с входной скользящей шестерней, вращение которой передает меньшую скорость и большее тяговое усилие (крутящий момент), является точкой наибольшего диаметра главного диска. Так как входная скользящая шестерня скользит, приближаясь к валу главного диска, существует постепенное уменьшение его диаметра в точке контакта с входной скользящей шестерней, так что меняется скорость и отношение мощностей, уменьшается тяговое усилие и увеличивается скорость главного диска. Очевидно, что переход скорости между скоростью и мощностью непосредственно связан со скоростью скольжения входной скользящей шестерни относительно главного диска, являясь гладким и без явных толчков или изменений. Изменение скорости непосредственно связано с точкой, в которой скользящая шестерня контактирует с главным диском вдоль радиуса и соотносится с большим и меньшим диаметром. В представленной модели поверхность главного диска, а также поверхность скользящей шестерни выполнены из противоскользящего материала. Также предусмотрены варианты, всегда соответствующие аналогичной функциональной концепции, в которой первый вариант обеспечивает вторичный вал и выходную скользящую шестерню, которая продвигается входной скользящей шестерней, таким образом обеспечивая увеличение на выходе скорости вращения главного диска.
Другим значимым нововведением в модели объекта настоящей заявки является возможность получения больших передаточных отношений, чем у общепринятых зубчатых передач. Общепринятые зубчатые передачи имеют среднее передаточное отношение 1:3 или 1:4, разбитое на 5 скоростей, тогда как бесступенчатая трансмиссия со значительно упрощенным механизмом может представлять передаточное отношение, большее в несколько раз. Система бесступенчатой трансмиссии может иметь "простое" или "квадратное" (в квадрате) передаточное отношение, которое означает, что аналогичный исходный механизм с Х передаточным отношением, когда добавлены несколько частей, будет иметь квадратное Х передаточное отношение. Упрощенный конструктивный прототип имеет передаточное отношение приблизительно 1:5, которое может повышаться до 1:25 в "квадратном" варианте. А именно, как будет также обосновано ниже, система бесступенчатой трансмиссии означает несколько нововведений, касающихся предлагаемого функционирования и механизма, таким образом, являясь достоинством запрашиваемой патентной заявки.
Модель, которая является объектом настоящей заявки можно лучше понять из следующего описания, включающего в себя ссылочные позиции к нижеупомянутым чертежам, приведенным без ограничения пропорций и материалов, которые могут быть использованы в промышленном производстве. На чертежах:
Фиг.1-3 - виды в перспективе сверху спереди, сверху сзади и снизу спереди соответственно;
Фиг. 4-7 - виды сверху, слева, спереди и сзади соответственно;
Фиг.8 и 9 - виды справа модели соответственно с входной скользящей шестерней в двух разных положениях под углом, имеющей исходное положение относительно главного диска;
Фиг.10 и 11 - виды справа модели соответственно с входной скользящей шестерней в двух разных положениях под углом, имеющей конечное положение относительно главного диска;
Фиг.12 - вид в перспективе входной скользящей шестерни в исходном положении относительно главного диска;
Фиг.13 - вид в перспективе входной скользящей шестерни в конечном положении относительно главного диска, представляющей на поверхности главного диска изменения отношения диаметров;
Фиг.14 - вид в перспективе спереди варианта модели, содержащей выходную скользящую шестерню, и изображающий направления ее вращения главный диск, и входную скользящую шестерню, причем скользящее перемещение вперед входной и выходной скользящих шестерен является параллельным;
Фиг.15 - вид сверху варианта модели, содержащей выходную скользящую шестерню, главный диск и входную скользящую шестерню, причем скользящее перемещение вперед входной и выходной скользящих шестерен является параллельным;
Фиг.16 - вид справа модели в варианте, содержащем выходную скользящую шестерню, изображающий момент нейтрального положения входной и выходной скользящих шестерен и исходное положение обеих относительно главного диска, причем стрелки показывают параллельность входной и выходной скользящих шестерен, делая очевидным стабильность ситуации;
Фиг.17 - вид справа модели в варианте, содержащем выходную скользящую шестерню, изображающий момент продвижения вперед под углом входной скользящей шестерни и в противоположную сторону под углом выходной скользящей шестерни в исходном положении обеих относительно главного диска, причем стрелки показывают направление перемещаемых компонентов и скользящее перемещение вперед входной и выходной скользящих шестерен является параллельным;
Фиг.18 - вид справа модели в варианте, содержащем выходную скользящую шестерню, изображающий момент перемещения вперед под углом входной скользящей шестерни и в противоположную сторону под углом выходной скользящей шестерни и конечное положение обеих относительно главного диска, причем стрелки показывают направление перемещаемых компонентов;
Фиг.19-21 - виды в перспективе сверху сзади модели в варианте, содержащем выходную скользящую шестерню, изображающие ситуации, описанные на фиг.16-18, причем скользящее перемещение вперед входной и выходной скользящих шестерен является параллельным;
Фиг.22 - вид в перспективе сверху сзади модели в другом варианте, содержащем выходную скользящую шестерню, соединенную с вращающимся подшипником вала в отношении вала главного диска, изображающий исходное положение входной и выходной скользящих шестерен относительно главного диска;
Фиг.23 - вид в перспективе сверху сзади модели в варианте, содержащем выходную скользящую шестерню, соединенную с вращающимся подшипником вала в отношении вала главного диска, изображающий исходное положение входной и выходной скользящих шестерен относительно главного диска;
Фиг.24 - вид справа модели в варианте, содержащем выходную скользящую шестерню, соединенную с вращающимся подшипником вала в отношении вала главного диска, изображающий конечное положение входной и выходной скользящих шестерен относительно главного диска и возможность вращения выходного вала относительно вала главного диска;
Фиг.25 и 26 - виды в разрезе деталей переключателя и в перспективе и сбоку, изображающие направляющую выреза конической формы, причем эти чертежи представляют компонент, находящийся в двух входных скользящих узлах, первичном 6 и вторичном 7, и в двух выходных скользящих узлах, первичном 9 и вторичном 10;
Фиг.27 и 28 - виды в разрезе деталей беговой канавки и переключателей и виды в перспективе и сбоку, изображающие направляющую выреза конической формы и положение на беговой канавке;
Фиг.29 и 30 - вид в разрезе детали гибкого шарнирного узла скользящей шестерни, изображающий ее переменное угловое положение относительно вала (см. фиг.30), контролируемое переключателем 4, причем эти чертежи представляют компоненты, находящиеся в двух входных скользящих узлах, первичном 6 и вторичном 7, и в двух выходных скользящих узлах, первичном 9 и вторичном 10;
Фиг. 31 - вид в увеличенном масштабе области А с фиг.6; и
Фиг. 32 - вид в увеличенном масштабе области В с фиг.22.
Согласно вышеупомянутым чертежам, которые приведены в количестве, необходимом для иллюстрации настоящего изобретения, система бесступенчатой трансмиссии содержит раму 1, снабженную беговыми канавками 2, и каретку 3 управления, содержащую рукоятку 3а управления, опирающуюся на подшипник 3b и промежуточные вставки 3с и 3d, соединяющие каретку 3 управления с переключателями 4 и 5 на вращающемся валу 4а и 5а, коллинеарном направляющему валу 4b и 5b с вырезом, описывающим (см. фиг.25-28) конусность, которая обеспечивает ограниченное угловое перемещение между переключателями 4 и 5 и беговой канавкой 2, получаемое перемещением рукоятки 3а управления посредством рычагов 3е управления, соединенных с подшипниками 4с и 5с переключателей, перпендикулярных промежуточным вставкам 3с и 3d.
Нейтраль
Скорость
Мощность
Два отдельных момента описаны в принципе работы системы бесступенчатой трансмиссии, являющиеся МР - моментом максимальной мощности и MS - моментом максимальной скорости. Рукоятка 3а управления представляет три разных положения: I-=рукоятка 3а управления находится в центральном положении (см. фиг.9) и поддерживает передаточное отношение стабильным; II-=продвижение вперед рукоятки 3а управления (см. фиг.10), трансмиссия начинает повышать передачу бесступенчатым и возрастающим образом, тогда как рукоятка 3а управления находится в указанном положении; III-=отведение назад рукоятки 3а управления (см. фиг.11) начинает понижение передачи и последовательное увеличение мощности; причем два входных скользящих узла, первичный 6 и вторичный 7, снабжены первичной 6а и вторичной 7а входной скользящей шестерней, каждая из которых соединена с первичным 6b и вторичным 7b ведомым кольцом и с переключателями 4 и 5, причем ведомое кольцо 6b и 7b находится на расстоянии от приводного вала (первичного - 6е или вторичного - 7е), но то же самое ведомое кольцо 6b и 7b соединяется с приводным кольцом 6с и 7с посредством гибкого звена 6d и 7d, которое позволяет скользящим шестерням 6а и 7а поворачиваться под углом посредством скручивания гибкого звена 6d и 7d, таким образом поддерживая тягу относительно главного диска 8, обеспеченную приводным кольцом 6с и 7с и соединением с приводным валом (первичным - 6е или вторичным - 7е), который приводится в движение электродвигателем, процессом горения, педалями или другими устройствами, соединенным с одним или обоими из приводных валов (первичным - 6е или вторичным - 7е). Приводные валы (первичный - 6е или вторичный - 7е) могут иметь гексагональную или шлицевую конфигурацию или даже другие профили, обеспечивающие продольное скольжение узлов (см. фиг.29). Таким образом, например, если входные скользящие шестерни 6а и 7а имеют диаметр «Х» и главный диск 8 - максимальный контактный диаметр «5Х» и минимальный контактный диаметр «1Х», равный диаметру «Х» входных скользящих шестерен 6а и 7а, результатом является переменное передаточное отношение 1:5-1:1. Главный диск 8 может быть сконфигурирован пятью соединенными дисками (см. фиг.31), причем один из них (центральный 8а) выполнен из стали, два (8b) выполнены из нейлона для увеличения толщины и два (8с) крайних выполнены из противоскользящего материала, прикрепленными друг к другу и соединенными с главным валом 8d, опирающимся на главные подшипники 8е, которые к тому же используются как опора для приводных валов (первичного - 6е или вторичного - 7е). Главный вал 8d обеспечивает передачу мощности и выход мощности с главного диска 8 и может соединяться с любым устройством по желанию для приведения в движение или отбора мощности через главный вал 8d, приводимый в движение электродвигателем, процессом горения, педалями или другими устройствами и соединяемый с одним или более выходными скользящими узлами главного диска 8, которые могут работать независимо или синхронно.
Следует выделить несколько возможностей композиции и образования главного диска и других компонентов трансмиссии с использованием нескольких разных сверхлегких и/или сверхстойких материалов, «композитов» и т.д. согласно прогнозируемому использованию.
Перемещение рукоятки 3а управления вперед заставляет вращаться (см. фиг.10) подшипники 4с и 5с переключателей посредством рычагов 3е управления и переключателей 4 и 5 на вращающемся валу 4а и 5а, таким образом позволяя входным скользящим шестерням 6а и 7а наклоняться вперед и таким образом продвигаться при вращении вперед к центру главного диска 8.
Первичная приводная шестерня 6f приводит в движение первичный приводной вал 6, и при вращении в противоположную сторону вторичная приводная шестерня 7f приводит в движение вторичный приводной вал 7. Этот узел обеспечивает объединенное приведение в движение двух поверхностей главного диска 8.
Вариант (см. фиг.14-21) снабжен двумя выходными скользящими узлами, первичным 9 и вторичным 10, каждый из которых выполнен в виде двух входных скользящих узлов, первичного 6 и вторичного 7, с первичной 9а и вторичной 10а выходными скользящими шестернями, каждая из которых соединена с первичным 9b и вторичным 10b ведомым кольцом и с переключателями 11 и 12, причем ведомое кольцо 9b и 10b находится на расстоянии от приводного вала (первичного - 9е и вторичного - 10е), но ведомое кольцо 9b и 10b соединяется с приводным кольцом 9с и 10с посредством гибкого звена 9d и 10d, которое позволяет выходной скользящей шестерне 9а и 10а наклоняться под углом посредством скручивания гибкого звена 9d и 10d, таким образом поддерживая тягу относительно главного диска 8. В этом варианте (см. фиг.14-21) скользящее перемещение вперед двух входных скользящих узлов, первичного 6 и вторичного 7, и двух выходных скользящих узлов, первичного 9 и вторичного 10, является параллельным и синхронным посредством вспомогательных промежуточных вставок 13 и 14, закрепленных в верхних точках на переключателях 4 и 5 и нижних точках на переключателях 11 и 12. Главный диск 8, приводимый в движение входными скользящими узлами, первичным 6 и вторичным 7, приводит в движение два выходных скользящих узла, первичный 9 и вторичный 10, при вращении в противоположную сторону и одновременно первичную 9f и вторичную 10f вспомогательные приводные шестерни. Один конец приводных валов (первичного - 9е и вторичного - 10е) прикреплен к главным подшипникам 8е, и на противоположных концевых шкивах несколько шестерен или карданный вал и дифференциал могут соединяться, таким образом получая передаточное отношение на выходном узле, в результате чего будет квадратное передаточное отношение входного узла. Приводные валы (первичный - 9е и вторичный - 10е) могут применяться в соединении с главным валом 8d, таким образом обеспечивая независимые приводы с разными скоростями для разных прикреплений.
Другой вариант (см. фиг.22-24) снабжен, по меньшей мере, одним шарнирным выходным скользящим узлом 15, сконфигурированным скользящим переключателем 15а на вспомогательной беговой канавке 15b, шарнирным приводным валом 15с и направляющей 15d вала, установленной на конце вспомогательной беговой канавки 15b. Вспомогательная шестерня 15е соединена с переключателем 15а и также соединена с шарнирным приводным валом 15с, который в свою очередь поддерживается и прикрепляется к вспомогательному главному подшипнику 8f, снабженному шестерней 8g, которая соединена с двумя кольцевыми шестернями 18, которые при их расположении на той же самой стороне шестерни 8g обеспечивают объединенное перемещение выходных скользящих узлов, первичного 9 и вторичного 10, и шарнирного выходного скользящего узла 15, таким образом получая передаточное отношение, в результате чего будет квадратное передаточное отношение входного узла. Шарнирное крепление 15b вспомогательной беговой канавки на вспомогательном главном подшипнике 8f позволяет выходному узлу (см. фиг.24) вращаться вокруг главного вала 8d, таким образом, делая возможным изменение углового положения приводного вала (первичного - 9е и вторичного - 10е). Главный диск 8, приводимый в движение входными скользящими узлами, первичным 6 и вторичным 7, приводит в движение вспомогательную шестерню 15е и шарнирный приводной вал 15с, к которому она может присоединяться любым прикреплением непосредственно или посредством дополнительного шкива или шестерни и которая может применяться в соединении с главным валом 8d, таким образом обеспечивая независимые приводы с разными скоростями для разных прикреплений или с одинаковыми скоростями для прикреплений, по-другому расположенных.
А именно, модель, представленная и объясненная подробно выше в варианте автомобиля с механической коробкой передач, может также быть автоматизирована включением в себя электронного управления и компонентов мощности (двигателя, трансмиссии и прикреплений или тяги), соединением пневматического, гидравлического или электрического механизмов для скольжения каретки 3 управления, двух входных и выходных скользящих узлов, первичного 9 и вторичного 10, соединения 4, 5, 11, 12 переключателей, а также шарнирного соединения 15 выходного скользящего узла 15 в описанном варианте (см. фиг.22-24). Может быть также обеспечено задерживание одного из двух входных скользящих узлов, первичного 6 и вторичного 7.