передача с непрерывно изменяемым коэффициентом передачи

Формула изобретения

1. Передача с непрерывно изменяемым коэффициентом передачи с коаксиальными входом и выходом, работающая по крайней мере в двух режимах и содержащая торовый вариатор 2, зубчатый редуктор 10 и суммирующий узел 15 эпициклического типа, отличающаяся тем, что суммирующий узел эпициклического типа включает средство сцепления 20, предназначенное для запирания его элементов 18, 25, 16 с возможностью вращения как одно целое по крайней мере в течение одного из режимов, а направления вращения входа и выхода редуктора совпадают.

2. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что рабочая ось торового вариатора совпадает с входом и выходом передачи.

3. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что рабочая ось торового вариатора параллельна общей оси входа и выхода передачи.

4. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что при работе по крайней мере в трех режимах она имеет ассоциированное с редуктором второе средство сцепления, которое совместно с первым предназначено для включения передачи в первый и второй режимы работы, а третье средство сцепления 48 для включения передачи в третий режим работы.

5. Передача по п. 4, отличающаяся тем, что третье средство сцепления выполнено в виде зажимного устройства, приводимого в действие для соединения двигателя непосредственно с выходным элементом 26 редуктора.

6. Передача по п. 5, отличающаяся тем, что редуктор выполнен эпициклическим и его водило является выходным элементом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к передачам с непрерывно изменяемым коэффициентом передачи ("C V T") с торовым вариантом (toroidalrace rolling-traction type), способным работать более, чем в одном режиме.

Известна передача с непрерывно изменяемым коэффициентом передачи, с коаксиальным входом и выходом, работающая, по крайней мере, в двух режимах и содержащая торовый вариатор, зубчатый редуктор и суммирующий узел эпициклического типа. [1]

Эпициклические шестерни зубчатого редуктора и суммирующего узла соединены друг с другом. Торовый вариатор связан с солнечными шестернями зубчатого редуктора и суммирующего узла. Выходной вал соединен с водилом суммирующего узла.

Если работу известной передачи представить в виде схемы (фиг. 1), в которой выход двигателя E соединен одновременно с вариантом V, то есть с компонентом изменения коэффициента передачи CVT, а также с узлом зубчатого зацепления G. Выходы вариатора V и узла G составляют отдельные входы узла зубчатого зацепления М, обычно именуемого "миксером" узла зубчатой передачи эпициклического типа. Выход 0 узла М составляет выход CVT. Управляемые устройства включения G" и M" ассоциированы с узлами G и M, соответственно: устройства G" и M" в дальнейшем именуются тормозом и зажимным устройством, соответственно, потому что это именно то, чем они являются в нескольких известных передачах.

Первый из двух режимов, в которых способен работать CVT, обычно известен как режим "низкой" (low) передачи. В этом режиме тормоз G включен, а зажимное устройство M открыто так, что выходы устройств G и вариатора V приводят в движение два компонента миксера M, и выход 0, применяемый за третий компонент, является результатом этих двух входов. Обычно, когда CVT находится в режиме "низкой" передачи, полный проход через весь диапазон коэффициентов передачи вариатора V, начинающийся с установки вариатора на выдачу высокого коэффициента передачи, заставляет возрастать скорость вращения выхода 0 с максимального обратного значения через положение, в котором выход 0 находится в состоянии покоя, а остальные компоненты узлов G и M движутся, и говорят, что CVT находится в "нейтрали с зубчатой передачей" (geared neutral) и затем возрастать в прямом смысле, достигая относительно низкого значения прямой скорости, когда вариатор дойдет до противоположного, т.е. нижнего конца этого диапазона коэффициентов передачи по отношению к тому, с которого он начался. Если коэффициенты передачи вариатора и узлов G и M соответственно выбраны, а тормоз G" и зажимное устройство M" соответственно выключены и включены в этот момент, переход к второму или режиму "высокой" передачи от режима "низкой" передачи может осуществляться без какого-либо мгновенного изменения скорости вращения выхода 0. Такая смена режимов в технике известна как "синхронная перемена режимов". Если после этого коэффициент передачи, формируемый вариатором V начнет прогрессивно изменяться в обратном направлении, в сторону своего первоначального конца диапазона, прямая скорость выхода 0 будет равномерно возрастать. В момент синхронной смены режимов и на всем притяжении режима "высокой передачи" зажимное устройство M "запирает" узел миксера M, то есть, блокирует все три компонента эпициклической или подобной передачи таким образом, чтобы они вращались в унисон. При высоком коэффициенте передачи вращательные скорости выхода вариатора V следовательно одинаковы, как по величине, так и по направлению, а узел G неактивен. На фиг. 1 также иллюстрируются потоки мощностей, которые имеют место внутри CVT во время прямого движения в режиме "низкой" передачи. Допуская разумную эффективность, мощность Po на выходе 0 будет приблизительно равна мощности двигателя Pe, но мощность будет рециркулировать в "петле" из узлов G, M и V во многом так, как показано, мощность в двух соединенных колен будет больше, чем мощность двигателя на величину инкремента , а мощность в двух остающихся коленах будет равна этому инкременту d. Как хорошо известно в технике, если возможно добиться состояния, при котором эти три компонента узла миксера M заперты и этим позволить синхронную смену режимов "низкой" и "высокой" передачи, то должны быть выполнены два условия. Во-первых, величина от узла G к узлу миксера M должна быть равна, как по величине, так и по направлению, входу, который он принимает от вариатора V, когда этот вариатор установлен на низкий коэффициент передачи, при котором производится синхронная смена режимов. Во-вторых, где-то в этой петле рециркуляции мощности должна быть осуществлена перемена направления вращения, потому что имеется необходимая смена направления между входом и выходом вариатора типа тяга-качение, и эта система, следовательно, должна включать последующую перемену направления с тем, чтобы направления вращения этих двух входов узла миксера M были одинаковыми, как это необходимо.

До сих пор в технике, как и в приведенном источнике [1] было обычным осуществлять, как эту смену направлений, так и снижение скорости, непосредственно в самом узле G. Неизбежным следствием такой комбинации было некоторое снижение потенциальной эффективности узла G, который подобно узлу M, эпициклического типа.

Изобретение, содержит CVT, как описанный в приведенной фиг. 1.

В этом CVT два необходимых признака цепи рециркуляции мощности, о которых только что шла речь, а именно, понижение скорости и перемена направления, разделены с тем, чтобы повысить эффективность узла понижения скорости.

Поставленная задача достигается тем, что в передаче с непрерывно изменяемым коэффициентом передачи с коаксиальными входом и выходом, работающая, по крайней мере, в двух режимах и содержащая торовый вариатор, зубчатый редуктор и суммирующий узел эпициклического типа, согласно изобретения, суммирующий узел эпициклического типа включает средство сцепление, предназначенное для запирания его элементов с возможностью вращения как одно целое, по крайней мере, в течение одного из режимов, а направления вращения входа и выхода редуктора совпадают.

При этом рабочая ось торового вариатора может совпадать с входом и выходом передачи или рабочая ось торового вариатора может быть параллельна общей оси входа и выхода передачи.

Кроме того при работе, по крайней мере, в трех режимах она имеет ассоциированное с редуктором второе средство сцепления, которое совместно с первым предназначено для включения передачи в первый и второй режимы работы, а третье средство сцепления для включения передачи в третий режим работы.

Третье средство сцепления выполнено в виде зажимного устройства, приводимого в действие для соединения двигателя непосредственно с выходным элементом редуктора.

Редуктор выполнен эпициклическим и его водило является выходным элементом.

На фиг. 1 представлена схема потоков мощностей и сочетание элементов и типовой двухрежимной передачей CVT; на фиг. 2 осевое сечение принципиальных компонентов CVT; на фиг. 3 кинематическая схема изобретения, в котором рабочая ось торового вариатора не совпадает с общей осью первичного двигателя и выходного вала.

Передача с непрерывно изменяемым коэффициентом передачи содержит входной вал 1, торовый вариатор 2, первичный двигатель 6, зубчатый редуктор 10, тормоз 13, суммирующий узел 15 эпициклического типа, выходной вал 17.

Суммирующий узел 15 эпициклического типа состоит из элементов: шестерни 16 с внутренним зацеплением, солнечной шестерни 18, планетарных шестерен 25, установленных на водиле 27 и средства сцепления 20, установленного между шестернями 16 и 18.

Зубчатый редуктор 10 выполнен эпициклическим и состоит из элементов: солнечной шестерни 11, шестерни 12 с внутренним зацеплением, планетарных шестерен 26, установленных на водиле 28, которое является выходным элементом редуктора и связано с водилом 27 суммирующего узла 15, и тормоз 13.

В изобретении предусмотрено третье средство сцепления, выполненное в виде зажимного устройства 48, с помощью которого входной вал 1 может сопряжен непосредственно с элементом выхода, то есть с водилом 28 планетарной шестерни 26 редуктора 10.

Рабочая ось 5 вариатора 2 может совпадать с осью первичного двигателя 6 и выходным валом 17 (фиг. 2). В этом случае выходной диск 8 торового вариатора 2 соединен с промежуточным валом 23 с помощью цепи 29, а солнечная шестерня 18 суммирующего узла 15 и вал 23 соединены посредством зацепления шестерен 21-22. На фиг. 1 такое соединение обозначено позицией 41а внутри колена 41.

Рабочая ось 5 торового вариатора 2 может не совпадать с осью двигателя 6 и выходного вала 17, а быть параллельной ей (фиг. 3). В этом случае входной элемент 42 вариатора установлен на входном валу 1 и связан цепным соединением 43 с торовым вариатором 2, выходной вал 44 которого соединен с солнечной шестерней 18 суммирующего узла 15 посредством шестерен 45 и 46.

Работает передача следующим образом.

Если вновь обратиться к схеме, представленной на фиг. 1, то редуктор 10 соответствует узлу G на фиг. 1, выходу редуктора 10 от первичного двигателя 6 с помощью того же вала 1, который действует как элемент входа вариатора 2, соответствует колено 40 пути рециркуляции мощности на фиг. 1. Необходимое изменение по отношению к направлению вращения двигателя, которое должно присутствовать во входе к суммирующему узлу 15, приходит вместо этого, путем соединения этого узла с выходным диском 8 вариатора, диск 8 соединен с валом 23 с помощью цепи 29, избегая этим какого-либо изменения в направлении вращения, но вал 23 и солнечная шестерня 18 узла планетарной передачи 15 соединены путем зацепления шестерен 22 и 21 так, что направление изменяется на обратное в местоположении, обозначенном схематически позицией 41а внутри колена 41 на схеме фиг. 1.

Изменение направления, которое необходимо для одного из входов узла 15, опять же осуществляется в колене 41 пути рециркуляции мощности, а не редукторе 10. На фиг. 3 центральный элемент входа 42 вариатора 2 приводится в движение без изменения направления входным валом 1 с помощью цепного соединения 43, но выходной вал 44 вариатора приводит в движение солнечную шестерню 18 узла 15 с переменной направления за счет шестерен зацепления (45 и 46), как раньше.

Фиг. 3 также иллюстрирует другой аспект изобретения, в соответствии с которым, CVT, как уже описано, может быть просто приспособлен к тому, чтобы иметь возможность работать в третьем режиме, который специально предназначен для совершения высокоскоростных рейсов и тем самым фактически вводит ускоряющую передачу. Как и раньше, в первом режиме или в режиме "низкой" передачи тормоз 13 включен, а средство сцепления 20 выключено, зажимное устройство 48 будет также выключено. Во втором режиме, или в режиме "высокой" передачи средство сцепления 20 будет включено, а тормоз 13 выключен, а зажимное устройство 48 снова будет выключено. Чтобы перейти от режима "высокой" передачи к третьему режиму или к режиму "ускоряющей" передачи, средство сцепления 20 выключается, зажимное устройство 48 включено, а тормоз 13 остается выключенным. Для получения максимально возможного значения выходной скорости передачи, переход между режимами "высокой" и "ускоряющей" передачи обычно будет делаться на предельном краю диапазона коэффициентов передачи вариатора, который противоположен тому, у которого выполнялся синхронный переход между режимами "низкой" и "высокой" передач. А поэтому, снижение скорости, полученное в половине пути рециркуляции, включая вариатор V и колено 41 (фиг. 1) должно быть равно коэффициенту передач "ускорения" вариатора, а снижение в другой половине этого пути (включая узел G колено 40) должно быть равно произведению коэффициентов передач "ускорения" и понижения вариатора, другими словами, полному диапазону коэффициентов передач этого вариатора, который обычно составляет от 1:2 до 2:1, т.е. общий диапазон 4:1.

Поскольку узел 15 работал в состоянии "запирания" на протяжении режима "высокой" передачи, он должен находиться в этом состоянии, когда производится переход к режиму "ускоряющей" передачи, поэтому это переход также должен выполняться синхронно. В "ускоряющем" режиме, когда зажимное устройство 48 включено, а тормоз 13 выключен, солнечная шестерня 18 узла 15 будет приводится в движение, как в режиме "низкой" передачи, выходом вариатора 2, а перемена направления с помощью шестерен 45 и 46. Водило 27 планетарной шестерни 25 узла 15 теперь будет приводиться в движение непосредственно скоростью двигателя, без снижения скорости, которую редуктор 10 обеспечивал в режиме "низкой" скорости. Результирующая этих двух входов будет, как и в режиме "низкой" скорости, передаваться на выходной вал 17 с помощью шестерни с внутренним зацеплением 16.

Приняв следующие количества:

диапазон коэффициентов передач вариатора от 1:2 до 2:1;

повышение коэффициента передач 1,5:1 от входного вала 1 до диска входного вариатора 42, вызываемое цепью 43;

понижение 1:3 вращательной скорости от вала выхода вариатора 44 до солнечной шестерни 18 из-за шестерен 45 и 46.

Шестерня с внутренним зацеплением: коэффициент передачи солнечной шестерни 3:1 для редуктора 10, и

шестерня с внутренним зацеплением: коэффициент передачи солнечной шестерни 2: 1 для суммирующего узла 15, получены следующ9ие диапазоны скорости выходного вала 17:

режим "низкой" передачи;

обратная 1/8 скорости двигателя;

прямая 1/4 скорости двигателя;

режим "высокой" передачи;

низкая 1/4 скорости двигателя (синхронный переход из диапазона "низкой" скорости передачи);

высокая 1 скорость двигателя (синхронный переход к "ускоряющему" диапазону);

режим "ускоряющей" передачи;

низкая 1 скорость двигателя (синхронный переход из режима "высокой" передачи);

высокая 11/8 скорости двигателя.

Ускоряющий диапазон должен использоваться для высокоскоростных поездок и должен обеспечивать необходимый диапазон коэффициентов передач, в данном контексте, 1,375 1 (т.е. не так, как общепринятые 5-я и 6-я передачи). Более того мощность вариатора в этом диапазоне должна обычно изменяться между 50% от полной на нижнем конце, до 9% на верхнем. Поэтому полная эффективность должна быть высокой, а сокращение срока службы при непрерывной работе мало. C T с таким третьим и более высоким режимами поэтому потенциально удобны для транспортных средств типа междугородных автобусов или грузовых автомобилей, которые должны быть способны преодолевать сильные и слабые уклоны, торговые центры городов и ползти в уличных пробках все условия, для которых передачи с непрерывным изменением коэффициента передач должны быть хороши но должны быть также способны проводить долгие часы с постоянными скоростями и поэтому иметь передачи, которые достаточно эффективны для таких работ.