трансмиссия транспортного средства с автоматической бесступенчатой передачей

Формула изобретения

1. Трансмиссия транспортного средства с автоматической бесступенчатой передачей, включающая реверсивный механизм, ведущий вал которого кинематически связан с коленчатым валом двигателя транспортного средства, по меньшей мере, один клиноременный вариатор, включающий, по меньшей мере, один ведущий шкив, содержащий два конусных фланца, установленных на ведомом валу реверсивного механизма, который является ведущим валом вариатора, по меньшей мере, один из фланцев подвижен относительно этого ведущего вала вдоль его оси и снабжен механизмом осевого перемещения подвижного фланца ведущего шкива для изменения расстояния между обоими упомянутыми фланцами в целях изменения рабочего диаметра упомянутого ведущего шкива, который связан посредством, по меньшей мере, одного клинового ремня с, по меньшей мере, одним ведомым шкивом вариатора, включающим в себя два других конусных фланца, один из которых установлен на ведомом валу вариатора, подвижен относительно этого вала вдоль его оси и снабжен механизмом осевого перемещения подвижного фланца ведомого шкива, а другой, второй, фланец ведомого шкива расположен неподвижно относительно ведомого вала вариатора вдоль его оси, ведомый вал вариатора кинематически связан с, по меньшей мере, одним ведущим колесом транспортного средства для передачи ему момента вращения, отличающаяся тем, что упомянутый неподвижный, относительно ведомого вала вдоль его оси, второй фланец ведомого шкива установлен с возможностью вращения или проворачивания относительно этого ведомого вала и кинематически связан с другим колесом транспортного средства для передачи ему момента вращения, причем, если ведомый вал вариатора кинематически связан с передним колесом транспортного средства, то упомянутый второй фланец ведомого шкива вариатора кинематически связан с задним колесом транспортного средства, и наоборот, если ведомый вал вариатора кинематически связан с задним колесом транспортного средства, то упомянутый второй фланец ведомого шкива вариатора кинематически связан с передним колесом транспортного средства, кроме того, трансмиссия транспортного средства дополнительно снабжена вторым клиноременным вариатором, аналогичным упомянутому первому вариатору по конструкции и по кинематическим связям, причем, если ведомый вал первого вариатора и фланец ведомого шкива первого вариатора, установленный с возможностью вращения или проворачивания относительно ведомого вала первого клиноременного вариатора, для передачи момента вращения колесам, кинематически связаны с колесами транспортного средства одного борта, то ведомый вал второго вариатора и фланец ведомого шкива второго вариатора, установленный с возможностью вращения или проворачивания относительно ведомого вала второго клиноременного вариатора, для передачи момента вращения колесам, кинематически связаны с колесами транспортного средства другого борта.

2. Трансмиссия транспортного средства по п.1, отличающаяся тем, что механизм осевого перемещения подвижного фланца ведущего шкива выполнен центробежным.

3. Трансмиссия транспортного средства по п.1 или 2, отличающаяся тем, что механизм осевого перемещения подвижного фланца ведомого шкива выполнен пружинным.

4. Трансмиссия транспортного средства по одному из пп.1, 2 или 3, отличающаяся тем, что упомянутая кинематическая связь второго фланца ведомого шкива, расположенного неподвижно относительно ведомого вала вдоль его оси и установленного с возможностью вращения или проворачивания относительно этого ведомого вала, с упомянутым другим ведущим колесом транспортного средства выполнена посредством карданной передачи.

5. Трансмиссия транспортного средства по одному из пп.1, 2 или 3, отличающаяся тем, что упомянутая кинематическая связь второго фланца ведомого шкива, расположенного неподвижно относительно ведомого вала вдоль его оси и установленного с возможностью вращения или проворачивания относительно этого ведомого вала, с упомянутым другим ведущим колесом транспортного средства выполнена посредством ременной передачи.

6. Трансмиссия транспортного средства по одному из пп.1, 2 или 3, отличающаяся тем, что упомянутая кинематическая связь второго фланца ведомого шкива, расположенного неподвижно относительно ведомого вала вдоль его оси и установленного с возможностью вращения или проворачивания относительно ведомого этого вала, с упомянутым другим ведущим колесом транспортного средства выполнена посредством цепной передачи.

7. Трансмиссия транспортного средства по одному из пп.1 - 5 или 6, отличающаяся тем, что упомянутые клиноременные вариаторы расположены симметрично относительно продольной оси транспортного средства.

8. Трансмиссия транспортного средства по одному из пп.1 - 6 или 7, отличающаяся тем, что второй конусный фланец ведущего шкива каждого клиноременного вариатора, так же как и первый конусный фланец ведущего шкива каждого вариатора, установлен подвижно относительно ведущего вала, на котором он установлен, и так же как первый фланец снабжен механизмом осевого перемещения подвижного фланца.

9. Трансмиссия транспортного средства по одному из пп.1 - 7 или 8, отличающаяся тем, что каждый клиноременный вариатор снабжен вторым ведущим шкивом, аналогичным по конструкции первому, установленным с ним рядом, который также снабжен вторым клиновым ремнем, посредством которого он связан со вторым ведомым шкивом вариатора, аналогичным по конструкции первому, установленным с ним рядом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к транспортному машиностроению, преимущественно к автомобилестроению, и может быть использовано для изготовления простых, скоростных, полноприводных автомобилей-вездеходов с автоматической бесступенчатой передачей с высокими динамическими характеристиками.

Известна трансмиссия транспортного средства с бесступенчатой передачей, включающей клиноременный вариатор, содержащий ведущий шкив с подвижным и неподвижным фланцами, ведомый шкив, установленный на ведомом валу, охватывающий шкивы клиновой ремень, центробежный механизм осевого перемещения подвижного фланца, реверсивный механизм, ведущий вал которого предназначен для связи с двигателем, а на ведомом валу реверсивного звена установлен ведущий шкив (SU 1188412 A, F 16 H 9/00, 30.10.85). Однако эта конструкция трансмиссии имеет маленький диапазон регулирования скорости. Ведомый шкив у этой трансмиссии выполнен с неподвижными фланцами и для натяжения клинового ремня ведущий вал с ведущим шкивом и с реверсивным механизмом подпружинены, что усложняет конструкцию трансмиссии и соответственно снижает ее надежность.

Наиболее близкой, по совокупности существенных признаков, является трансмиссия, в которой ведомый шкив выполнен с подвижным подпружиненным фланцем для натяжения клинового ремня, что не требует подпружинивания ведущего вала с ведущим шкивом и с реверсивным механизмом (Пронин Б.А. и др. Бесступенчатые клиноременные и фрикционные передачи, М.: Машиностроение, 1967, с. 185, рис.91). Эта конструкция проще и надежней предыдущей, однако наличие вакуумного регулятора осевого движения подвижного фланца ведущего шкива вариатора значительно усложняет трансмиссию. Эта трансмиссия взята в качестве наиболее близкого аналога (прототипа) предлагаемого изобретения.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение и достигаемый при этом технический результат, заключается в следующем:

- расширение диапазона регулирования передачи (скорости);

- повышение технико-экономических характеристик за счет оптимизации закона управления передачей;

- повышение надежности трансмиссии за счет упрощения ее конструкции;

- передача крутящего момента на все четыре колеса;

- уменьшение расхода топлива транспортным средством;

- снижение токсичности выхлопных газов двигателя;

- повышение комфортабельности и удобства эксплуатации транспортного средства;

- повышение безопасности движения транспортного средства;

- повышение проходимости транспортного средства;

- улучшение динамики движения транспортного средства;

- повышение устойчивости транспортного средства;

- улучшение плавности хода транспортного средства;

- достижение независимости подвески всех колес транспортного средства;

- увеличение долговечности работы двигателя за счет достижения автоматической оптимизации режимов его работы.

Сущность изобретения заключается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения обеспечиваемого изобретением указанного технического результата.

Трансмиссия транспортного средства с автоматической бесступенчатой передачей (бесступенчатым приводом) включает в себя реверсивный механизм (реверс-редуктор), ведущий вал которого кинематически связан с коленчатым валом двигателя транспортного средства. Также трансмиссия включает, по меньшей мере, один клиноременный вариатор (бесступенчатая силовая, фрикционная, ременная передача с клиновым ремнем), который включает в себя, по меньшей мере, один ведущий шкив, содержащий два конусных фланца (диска), которые установлены на ведомом валу реверсивного механизма, который является ведущим валом вариатора. По меньшей мере, один из фланцев подвижен относительно этого вала вдоль его оси, то есть установлен с возможностью передвижения относительно этого ведущего вала вдоль его оси, и снабжен механизмом осевого перемещения подвижного фланца для изменения расстояния между обоими упомянутыми фланцами в целях изменения рабочего диаметра упомянутого ведущего шкива, то есть диаметра шкива, на котором установлен в данный момент приводной клиновой ремень. Ведущий шкив связан посредством, по меньшей мере, одного клинового ремня с, по меньшей мере, одним ведомым шкивом вариатора, включающим в себя два других конусных фланца (диска), один из которых установлен на ведомом валу вариатора и подвижен относительно этого вала, то есть установлен с возможностью передвижения относительно этого вала вдоль его оси, и снабжен другим механизмом осевого перемещения подвижного фланца ведомого шкива. Другой, второй, фланец (диск) ведомого шкива расположен неподвижно относительно ведомого вала вдоль его оси. Ведомый вал вариатора кинематически связан с, по меньшей мере, одним ведущим колесом транспортного средства, для передачи ему момента вращения. От ближайшего аналога, взятого за прототип, заявленная трансмиссия отличается тем, что упомянутый неподвижный относительно ведомого вала вдоль его оси, второй, фланец (диск) ведомого шкива установлен с возможностью вращения или проворачивания относительно ведомого вала и кинематически связан с другим колесом транспортного средства, для передачи ему момента вращения, причем, если ведомый вал вариатора кинематически связан с передним ведущим колесом транспортного средства, то упомянутый, второй, фланец ведомого шкива вариатора кинематически связан с задним колесом транспортного средства, и наоборот, если ведомый вал вариатора кинематически связан с задним колесом транспортного средства, то упомянутый, второй, фланец ведомого шкива вариатора кинематически связан с передним колесом транспортного средства. Кроме того, трансмиссия транспортного средства дополнительно снабжена вторым клиноременным вариатором, аналогичным упомянутому, первому, вариатору по конструкции и по кинематическим связям, причем, если ведомый вал первого вариатора и фланец ведомого шкива первого вариатора, установленный с возможностью вращения или проворачивания относительно ведомого вала первого клиноременного вариатора, для передачи момента вращения ведущим колесам, кинематически связаны с колесами транспортного средства одного борта, то ведомый вал второго вариатора и фланец ведомого шкива второго вариатора, установленный с возможностью вращения или проворачивания относительно ведомого вала второго клиноременного вариатора, для передачи момента вращения, кинематически связаны с колесами транспортного средства другого борта.

Следующие признаки характеризуют изобретение в частных случаях, в конкретных формах его выполнения.

Механизм осевого перемещения подвижного фланца ведущего шкива выполнен центробежным.

Механизм осевого перемещения (вдоль оси) подвижного фланца ведомого шкива выполнен пружинным, то есть фланец подпружинен.

Кинематическая связь второго фланца ведомого шкива, расположенного неподвижно относительно ведомого вала вдоль его оси и установленного с возможностью вращения или проворачивания относительно ведомого вала, с упомянутым другим ведущим колесом транспортного средства выполнена посредством карданной передачи.

Кинематическая связь второго фланца ведомого шкива, расположенного неподвижно относительно ведомого вала вдоль его оси и установленного с возможностью вращения или проворачивания относительно ведомого вала, с упомянутым другим ведущим колесом транспортного средства выполнена посредством ременной передачи.

Кинематическая связь второго фланца ведомого шкива, расположенного неподвижно относительно ведомого вала вдоль его оси и установленного с возможностью вращения или проворачивания относительно ведомого вала, с упомянутым другим ведущим колесом транспортного средства выполнена посредством цепной передачи.

Клиноременные вариаторы расположены симметрично относительно продольной оси транспортного средства.

Кинематическая связь второго фланца ведомого шкива клиноременного вариатора, расположенного неподвижно относительно ведомого вала вдоль его оси и установленного с возможностью вращения или проворачивания относительно ведомого вала, с одним колесом транспортного средства, так же как и упомянутая кинематическая связь ведомого вала клиноременного вариатора с другим колесом транспортного средства, выполнена посредством колесного редуктора.

Второй конусный фланец ведущего шкива каждого клиноременного вариатора, так же как и первый конусный фланец ведущего шкива каждого вариатора, установлен подвижно относительно ведущего вала, на котором он установлен, и так же, как первый конусный фланец, снабжен механизмом осевого перемещения подвижного фланца.

Каждый клиноременный вариатор снабжен вторым ведущим шкивом, аналогичным по конструкции первому и установленному с ним рядом на ведущем валу. Этот второй ведущий шкив снабжен вторым клиновым ремнем и посредством его связан с снабженным вторым ведомым шкивом, аналогичным по конструкции первому ведомому шкиву и установленному с ним рядом на ведомом валу.

Фланцы ведущего шкива установлены на ведущем валу посредством шлицов, а в случае, когда только один фланец снабжен механизмом осевого перемещения, другой (второй) фланец установлен на валу жестко.

Подвижный фланец ведомого шкива установлен на ведомом валу тоже посредством шлицов.

Неподвижный относительно ведомого вала вдоль его оси фланец ведомого шкива установлен посредством подшипников с опорой на корпус колесного редуктора.

Реверсивный механизм кинематически расположен между двигателем и ведущими шкивами вариаторов.

Реверсивный механизм соединен с двигателем посредством карданной передачи и/или муфты.

Применяемым терминам придаются следующие значения:

- "трансмиссия" - все передаточные элементы, соединяющие двигатель с колесами;

- "бесступенчатая передача" или "вариатор" или "клиноременный вариатор" или "клиноременный вариатор скорости" или "вариатор скорости" - передача с плавным изменением передаточного отношения, с использованием, в данном случае ременной, а точнее клиноременной передачи;

- "автоматическая бесступенчатая передача" - бесступенчатая передача, в которой изменение передаточного отношения происходит автоматически.

- "ведущий шкив" - шкив, расположенный на ведущем валу вариатора;

- "ведомый шкив" - шкив, расположенный на ведомом валу вариатора;

- "фланец" или "диск" - одна из составляющих частей шкива;

- "конусный фланец" или "конический фланец" - фланец, у которого рабочая поверхность выполнена в виде конуса или усеченного конуса;

- "клиновой ремень" или "клиновидный ремень" - ремень (бесконечный гибкий элемент), в поперечном сечении представляющий собой трапецию;

- "реверсивный механизм" или "реверсивный редуктор" или "реверс - редуктор" - устройство для изменения направления вращения своего ведомого вала, приводимого во вращение от своего ведущего вала, кинематически связанного с коленчатым валом двигателя транспортного средства, и включающий в себя преимущественно зубчатую передачу;

- "колесный редуктор" - редуктор, включающий в себя, преимущественно, зубчатую передачу для передачи момента вращения от вариатора через его ведомый вал и/или карданный вал колесу;

- "раздаточный редуктор" - редуктор, включающий в себя зубчатую передачу для передачи момента вращения от одного из фланцев ведомого шкива вариатора карданному валу, который далее через колесный редуктор передает момент вращения колесу;

- "неподвижный или подвижный фланец ведомого или ведущего шкива" - имеется в виду подвижность или неподвижность относительно ведомого или ведущего вала вдоль его оси.

На чертеже представлена схема предложенной трансмиссии (наиболее предпочтительное ее исполнение), где:

1 - двигатель транспортного средства;

2 - карданный вал (связи двигателя с реверсивным механизмом);

3 - реверсивный механизм;

4 - ведомый вал реверсивного механизма и одновременно ведущий вал клиноременного вариатора;

5 - ведущий шкив (клиноременного вариатора);

6 - неподвижный конусный фланец ведущего шкива;

7 - подвижный конусный фланец ведущего шкива;

8 - механизм осевого перемещения подвижного фланца ведущего шкива (центробежный);

9 - клиновой ремень;

10 - ведомый шкив (клиноременного вариатора);

11 - подвижный фланец ведомого шкива (относительно ведомого вала вдоль его оси);

12 - ведомый вал (клиноременного вариатора);

13 - механизм осевого перемещения подвижного фланца ведомого шкива (пружинный);

14 - неподвижный фланец ведомого шкива (относительно ведомого вала вдоль его оси, установленный с возможностью вращения или проворачивания относительно ведомого вала);

15 - раздаточный редуктор;

16 - карданный вал;

17 - колесный редуктор заднего (переднего) колеса транспортного средства;

18 - заднее (переднее) колесо транспортного средства;

19 - колесный редуктор переднего (заднего) колеса транспортного средства;

20 - переднее (заднее) колесо транспортного средства;

Заявленная трансмиссия транспортного средства с бесступенчатой передачей представляет собой следующую конструкцию (наиболее предпочтительная).

Двигатель транспортного средства 1 через карданный вал 2 связан с реверсивным механизмом 3 (служащим для изменения направления вращения ведущего вала вариатора в целях изменения направления движения транспортного средства). На ведомом валу 4 (реверсивного механизма 3), который является ведущим валом клиноременного вариатора, расположен ведущий шкив 5 (клиноременного вариатора), состоящий из неподвижного конусного фланца 6 ведущего шкива и подвижного конусного фланца 7 ведущего шкива, с механизмом 8 осевого перемещения подвижного фланца ведущего шкива (центробежный). Ведущий шкив 5 посредством клинового ремня 9 связан с ведомым шкивом 10 (клиноременного вариатора). Ведомый шкив 10 содержит подвижный фланец 11 ведомого шкива, который установлен с возможностью перемещения относительно ведомого вала 12 (клиноременного вариатора) вдоль его оси. Подвижный фланец 11 снабжен механизмом 13 осевого перемещения подвижного фланца ведомого шкива (пружинный). Ведомый шкив 10 содержит также неподвижный фланец 14 ведомого шкива (неподвижный относительно ведомого вала вдоль его оси), который установлен с возможностью вращения или проворачивания относительно ведомого вала 12. Фланец 14 связан посредством раздаточного редуктора 15 с карданным валом 16, который, в свою очередь посредством колесного редуктора 17 связан с задним (передним) колесом 18 транспортного средства. Ведомый вал 12 (вариатора) посредством колесного редуктора 19 связан с передним (задним) колесом 20 транспортного средства.

Работает транспортное средство следующим образом.

На холостых оборотах отсутствуют осевые силы, создаваемые центробежным механизмом 8, в результате чего фланцы 6 и 7 ведущего шкива 5 клиноременного вариатора максимально раздвинуты друг относительно друга и клиновой ремень 9 своими боковыми (рабочими) поверхностями опирается (охватывает)на ограничительные втулки (на чертеже не показано), которые посредством подшипников расположены на фланцах 5 и 7 и опираются на них через подшипники. Вследствие этого передача вращательного момента дальше на ведомый шкив вариатора не происходит и транспортное средство находится в неподвижном состоянии.

При увеличении частоты вращения вала двигателя 1 центробежный механизм 8 перемещает подвижный фланец 7 ведущего шкива 5 в направлении к неподвижному фланцу 6, в результате чего клиновой ремень 9 в районе схватывания ведущего шкива 5 вытесняется с ограничительных втулок на конусные (рабочие) поверхности фланцев 5 и 7 и вращательный момент от двигателя 1 и ведущего вала 4 передается далее на ведомый шкив 10 клиноременного вариатора. При этом постоянное натяжение ремня 9 обеспечивается на всех диапазонах регулирования пружинным механизмом 13, который автоматически перемещает подвижный фланец ведомого шкива в зависимости от нагрузки, создаваемой ремнем и зависящей от изменения рабочего диаметра ведущего шкива 5. Далее момент вращения от ведущего шкива 10 раздваивается. Через подвижный фланец 11, ведомый вал 12 и колесный редуктор 19 часть момента вращения передается к переднему (заднему) колесу 20 транспортного средства. Другая часть момента вращения передается через неподвижный фланец 14, раздаточный редуктор 15, карданный вал 16 и колесный редуктор 17 заднему (переднему) колесу 18 транспортного средства. На вышепоказанном примере описана передача момента вращения от двигателя посредством одного вариатора колесам транспортного средства, расположенным по одну сторону борта. Такая же схема передачи момента вращения от двигателя вторым клиноременным вариатором колесам транспортного средства, расположенным по другую сторону борта. В результате этого достигается полный независимый привод всех четырех колес транспортного средства.

При движении автомобиля происходит автоматическое изменение передаточного отношения вариаторов в зависимости от оборотов коленчатого вала двигателя по закону, заложенному в конструкции центробежного регулятора 8. При минимальных оборотах вала двигателя фланцы 6 и 7 ведущего шкива 5 максимально раздвинуты и клиновой ремень 9 охватывает их по минимальному диаметру, в результате чего натяжение ремня ослабевает и пружинный механизм 13 перемещает подвижный фланец 11 ведомого шкива 10 в направлении к другому фланцу 14 ведомого шкива, они минимально сдвигаются и клиновой ремень охватывает их по максимальному диаметру. В результате устанавливается пониженная передача при максимальном вращательном моменте на ведущих колесах транспортного средства. При увеличении оборотов коленчатого вала центробежный регулятор 8 автоматически перемещает подвижной фланец 7 ведущего шкива 5 в направлении к другому фланцу 6 ведущего шкива, они начинают сдвигаться и клиновой ремень меняет диаметр охвата ведущего шкива на больший, в результате чего натяжение ремня усиливается и клиновой ремень, преодолевая сопротивление пружинного регулятора 13, перемещается в направлении охвата минимального рабочего диаметра ведомого шкива 10. При максимальных оборотах коленчатого вала двигателя фланцы 6 и 7 ведущего шкива 5 максимально сдвинуты и клиновой ремень 9 охватывает их по максимальному диаметру. В результате устанавливается повышенная передача при минимальном вращательном моменте на ведущих колесах транспортного средства и достигается максимальная скорость движения транспортного средства.

В настоящее время изготовлен опытный образец автомобиля с заявленной трансмиссией, результаты испытания которого показали, что предложенная конструкция трансмиссии полностью решает техническую задачу с достижением технического результата, указанного выше. Трансмиссия проста в эксплуатации. В ней достигнут высокий диапазон регулирования (до 9). При достижении скорости спортивного автомобиля опытный экземпляр имеет проходимость вездехода при существенной экономии топлива (до 1/3), что делает данный автомобиль более экологически чистым. Высокий диапазон регулирования позволяет значительно увеличить долговечность двигателя, так как он работает в самых оптимальных режимах.

Описанная в данном примере и изображенная на чертеже конструкция устройства "Трансмиссия транспортного средства с автоматической бесступенчатой передачей" не является единственно возможной для реализации заявленного изобретения и достижения вышеуказанного технического результата и не исключает других вариантов его изготовления, содержащих совокупность признаков, включенных в независимый пункт формулы изобретения.