Что такое гидромеханическая коробка передач: Устройство гидромеханической коробки передач

Гидромеханическая коробка передач

Традиционное устройство автомобиля включает в себя в качестве обязательного элемента его конструкции такие узлы, как сцепление и КПП. Однако меняющийся стиль и образ современной жизни, с уклоном в сторону обеспечения все большего комфорта, приводит к изменению этих традиционных узлов машины. Им на смену зачастую приходит гидромеханическая трансмиссия.

Содержание

1. Трансмиссия? А это что такое и зачем?
2. Об устройстве гидромеханической коробки
3. Про гидротрансформатор
4. Про планетарную коробку
5. Достоинства и недостатки гидромеханической коробки

Трансмиссия? А это что такое и зачем?

Для автомобиля трансмиссией будет всё, что обеспечивает поступление крутящего момента к колёсам от двигателя, в том числе КПП и сцепление. В классическом транспортом средстве это было именно так. Но, как уже отмечалось выше, в современных легковых автомобилях им на смену приходит АККП. В этом случае управление машиной значительно упрощается – не надо пользоваться сцеплением и переключать вручную КПП. Педаль сцепления просто-напросто отсутствует, а переключения выполняются автоматически.

Происходит это благодаря гидромеханической коробке передач. Чтобы понять, что это такое, лучше всего вспомнить о двух основных моментах, возникающих во время управления автомобилем:

• необходимости отключения от двигателя трансмиссии при переключении передач;
• изменении значения крутящего момента, передаваемого от мотора к колесам при изменении дорожных условий.

В обычной автомашине это происходит при нажатии на сцепление и переключении ручки коробки передач. Однако в машинах с АКПП подобное действие во многих случаях выполняет гидромеханическая коробка передач.

Об устройстве гидромеханической коробки

Говоря про устройство применяемой в составе легкового автомобиля гидромеханической коробки передач, надо отметить ее основные узлы:

1. гидротрансформатор;
2. управляющие механизмы;
3. механическая коробка передач.

Про гидротрансформатор

Основой гидромеханического автомата является гидротрансформатор. Фактически в гидромеханической АКПП он выполняет роль, аналогичную сцеплению в обычном автомобиле – передает момент от двигателя к коробке.

Как видно из рисунка, устройство гидротрансформатора довольно простое и включает в себя три колеса специальной формы:

• насосное, осуществляющее связь между двигателем и гидротрансформатором;
• турбинное, выполняющее связь с валом (первичным) коробки передач;
• реакторное, предназначенное для усиления крутящего момента.

Все эти турбины закрыты специальным корпусом и на три четверти погружены в масло, заполняющее внутренний объем. Гидромеханический привод работает таким образом – насосное колесо, на которое поступает вращающий момент от двигателя, вращаясь, направляет на турбинное колесо поток масла, которое им раскручивается и предает усилие на вал коробки передач.

Происходит циркуляция масла по сложной траектории – с внешней части насосного кольца на внешнюю часть турбинного, а затем через центр устройства обратно к насосному. Следствием такого движения является гидромеханическая передача момента к коробке передач от мотора.

Такой гидромеханический привод обладает особенностью – из-за присутствия третьего, реакторного колеса, возможно усиление передаваемого момента. Происходит это благодаря его расположению в центре гидротрансформатора.

Когда осуществляется гидромеханическая передача момента, поток масла от турбинного колеса направляется к центру устройства и затем возвращается обратно к насосному. Однако на его пути расположено реакторное колесо, и поток, оказывая на него давление, вызывает с его стороны ответную реакцию, которая, воздействуя на турбину, усиливает момент, переданный от насосного колеса.

Такое дополнительное воздействие, возникающее, когда происходит гидромеханическая передача мощности от мотора, приводит к тому, что она увеличивается. Величина усиления зависит от разности скоростей межу колесами гидротрансформатора, чем она больше, тем более значительным оно будет. Это особенно полезно при начале движения, когда выполняется гидромеханическая передача мощности от двигателя, работающего на холостом ходу, к неподвижной трансмиссии.

Очень полезным фактом являет то, что гидравлический привод автоматически устанавливает нужное передаточное число между колесами и двигателем, благодаря изменению величины напора жидкости при ее передаче между напорным и турбинным дисками.

Однако диапазон такого изменения достаточно небольшой, и при этом отсутствует возможность, используя гидромеханический привод, разорвать связь между трансмиссией и мотором, поэтому гидротрансформатор работает последовательно с планетарной коробкой, позволяющей устранить отмеченные недостатки.

Про планетарную коробку

В гидромеханической АКПП чаще всего используется планетарный механизм, устройство которого понятно из приведённого ниже рисунка.

В самом простейшем варианте крутящий момент поступает на солнечную шестерню 6, с которой шестерни-сателлиты 3 находятся в постоянном зацеплении, они свободно вращаются на своих осях.

На них установлено водило 4, соединенное с валом 5, сателлиты 3 постоянно находятся в зацеплении с шестерней 2, на внутренней поверхности которой имеются зубья.

Когда коронная шестерня 2 заторможена, момент через водило 4 поступает на ведомый вал, а когда шестерня расторможена, то сателлиты передают момент на нее, а ведомый вал остается неподвижным.
В АКПП используются фрикционные муфты сцепления и ленточные тормоза, а управление ими осуществляется с помощью гидромеханической системы, представляющей собой различные каналы, пружины и насос для создания давления масла.

В соответствии с приведенным описанием конструкцию гидромеханической коробки передач можно представить как последовательное соединение гидротрансформатора, коробки передач (обычно планетарной) с фрикционами, а также гидравлической системой управления.
Достоинством такой АКПП считаются:

1. исключение ручного переключения передач;
2. обеспечение передачи мощности без прерывания и рывков, особенно при начале движения.

Однако такая АКПП обладает и своими недостатками. Один из них – потеря крутящего момента, вызванная тем, что в состав автоматизированной коробки входит гидротрансформатор.

По данным проведенных замеров, эффективность подобной АКПП не превышает восьмидесяти шести процентов, тогда как у обычной механической коробки она составляет девяносто восемь процентов.

Однако это самый простой вариант гидромеханической АКПП, разрабатываются и устанавливаются на легковые автомашины новые, значительно более совершенные варианты подобной коробки.

Гидромеханическая коробка позволяет освободить водителя от их переключения при движении автомашины, что особенно актуально для начинающих водителей, повысить безопасность движения и обеспечить при этом дополнительный комфорт.

Что такое гидромеханическая коробка передач и как она работает

Содержание

Сцепление и коробка переключения передач – это традиционные узлы любого отечественного или зарубежного автомобиля. Трансмиссия является элементом, обеспечивающим поступление крутящего момента от силового агрегата к колесам. Если раньше большинство транспортных средств оснащались механической коробкой, то сегодня все больше автолюбителей отдают предпочтение гидромеханической АКПП. Отчасти это связано с тем, что управление машиной упрощается, поскольку педаль сцепление отсутствует, а переключение скоростей происходит автоматическим образом.

Назначение комбинированной трансмиссии легкового авто

Образ жизни современных водителей существенно меняется и сегодня все больше требований предъявляются к созданию оптимальных комфортных условий во время вождения. Стандартные узлы автомобилей терпят существенные изменения, среди ярких примеров можно выделить комбинирование механической и гидравлической КП. Если говорить о гидромеханической трансмиссии и что это такое, первым делом стоит понять, в чем ее предназначение. Главное отличие заключается в плавном изменении вращающего движения. Облегченное управление позволило отказаться от использования сцепления, поскольку комбинированная КП отвечает за все процессы. При АКПП можно говорить о следующих ситуациях, касающихся управления авто:

• Во время переключения скоростей трансмиссия отключается от силового агрегата.
• Если дорожные условия меняются, величина вращающего момента также будет менять свое значение.

Использование АКПП на авто позволяет получить несколько неоспоримых преимущества. Помимо автоматизации переключения скоростей стоит отметить также повышение эксплуатационных характеристик силового агрегата и коробки и улучшение проходимости транспортного средства в условиях бездорожья.

Гидравлическая коробка автомат

Разновидности гидромеханики

Коробки автомат долгое время устанавливались исключительно на автомобили среднего класса и категории премиум. На сегодняшний день агрегат получил массовое использование и пользуется у автолюбителей все большей популярностью. АКПП способны значительно повысить комфорт во время вождения, но стоит учесть, что такие узлы отличаются по разновидностям, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. Разобравшись в принципе работы гидромеханических коробках передачи, можно будет определиться с выбором, какой тип АКПП подходит конкретному водителю. Стоит упомянуть о следующих типах гидромеханических КП:

• Гидромеханический автомат. Это одна из первых трансмиссий подобного рода, которая появилась как альтернатива «механике». Конструкция представляет собой комбинацию гидротрансформатора и планетарной КП. Наличие электронных компонентов позволяют значительно повысить функциональные особенности агрегата.
• Вариаторная трансмиссия. Пользуется меньшей популярностью из-за того, что отсутствуют привычные фиксированные ступени. К преимуществам можно отнести максимальную плавность хода, а объясняется это как раз отсутствием смены передачей. Конструкция бесступенчатой трансмиссии выглядит следующим образом: для передачи крутящего используется привычный гидравлический преобразователь, а изменение крутящего момента происходит за счет изменения диаметра ведущего и ведомого шкива. Данные компоненты соединяются при помощи ремня и цепи, а изменение диаметра будет зависеть от скорости и нагрузки.
• Роботизированная коробка. Массово начала использоваться около 20 лет назад.  От механики отличий немного, имеется сцепление, но разница заключается в том, управление работой сцепления происходит в автоматическом режиме. К преимуществам «робота» можно отнести невысокую стоимость, динамичный разгон и экономию топлива. Что касается недостатков, главным является снижение уровня комфорта.
• Преселективные коробки с двойным сцеплением. К таким относятся устройства DSG или Powershift. Агрегат можно отнести к роботизированным КП, но с более высокими техническими характеристиками. По конструкции напоминает привычную механику, но в этот раз инженеры использовали сразу два агрегата, помещенные в одну коробку.

Роботизированные агрегаты и АКПП – это устройства, цель которых заключается в упрощении взаимодействия водителя с трансмиссией.

Функции гидротрансформатора

Гидравлический трансформатор, по сути, являет собой усовершенствованную гидромуфту. Обычная муфта выполняет задачу простого вращения, то в случае АКПП добавляется увеличение крутящего положения. Агрегат выполняет несколько основных функций, одной из которых является демпфирующее действие во время вращательного движения. При постоянной разнице скорости вращения возникают потери, поэтому происходит блокировка, в результате которой вращающий момент начинает передаваться через демпфирующие пружины. Блокировочная муфта выполняет еще одну полезную функцию, предотвращение повышения расхода топлива. Говоря о функциях гидромеханической трансмиссии автомобиля, стоит отметить и некоторые негативные факторы.

Важно! При блокировке нередко наблюдается повышенное давление на важные компоненты мотора и трансмиссии. Фрикционные компоненты могут изнашиваться быстрей, а в масло могут попадать частицы, образовавшиеся в результате трения. В результате ходовые характеристики могут ухудшиться, а смена передачи перестанет быть плавной. Автовладельцам необходимо беречь коробку во время разгона или торможения.

Устройство гидротрансформатора

О том, что представляет устройство гидромеханической передачи, можно понять, изучив ее конструкцию. Главным узлами являются гидротрансформатор, механическая КП и механизмы управления. Гидротрансформатор – это главный компонент, а выполняет он практически ту же функцию, что и сцепление.  Изучив конструкцию данной детали, можно заметить, что она состоит из трех колес, имеющих специальную форму. Первое колесо – насосное, его назначение выполнять связь между гидравлическим узлом и силовым агрегатом. Второе кольцо – турбинное, оно образует связь с первичным валом коробки. Третье колесо – реакторное, его функция состоит в усилении крутящего момента. Все три компонента закрыты посредством специального корпуса, внутренний объем которого на три четверти заполнен смазочным материалом. От двигателя крутящий момент поступает на насосную часть, затем посредством вращательных движений направляет на турбинное колесо смазочный материал, в результате чего усилие передается на первичный вал. По мере нагрузки гидротрансформатор в автоматическом режиме будет менять момент силы, который в свою очередь, передаваясь к механическим узлам, будет переключаться посредством фрикционных компонентов. Напор жидкости, проходящий от напорного диска к турбине, регулируется также в автоматическом режиме.

Устройство гидротрансформатора

Планетарная коробка передач

В автомате обычно используется планетарная коробка.  Несмотря на ее простое устройство, крутящий момент регулируется нужным образом и направляется к солнечной шестерне. С планетарным механизмом сцеплены шестерни-сателлиты свободного вращения, на которых предусмотрено специальное водило для связи с валом. Крутящий момент будет передаваться через водило в случае нахождения шестерни в заторможенном режиме, а если шестерня будет расторможено, то сателлиты начнут отправлять крутящий момент на нее. О том, как работает гидромеханическая коробка передач можно понять, изучив ее конструкцию. Планетарная КП является одной из разновидностей комбинированной системы. Название узла связано с тем, что сателлиты вращаются вокруг центральной шестерни подобно планетам солнечной системы. Применение данных компонентов в автомате обусловлено простотой модификации передаточного отношения. Для этого достаточно притормозить одну из деталей узла или соединить несколько элементов посредством фрикционной муфты.

Электронная часть гидромеханической АКПП

Современные автоматические коробки оснащаются электронным управлением, что позволяет выдерживать заданные моменты с более высокой точностью. Если в более старых устройствах речь шла о значении в 6-8%, то КП с электронным управлением выдерживают точность в 1%. Появились новые возможности, исходя из скорости и нагрузки на мотор, компьютер может определить массу транспортного средства и ввести необходимые поправки. Главными компонентами электронной системы управления являются рычаг управления и электронный блок. В данную систему также входят и определенные подсистемы, такие как:

• Подсистема ручного управления.
• Система, вырабатывающая управляемые сигналы.
• Элементы функционирования.
• Автоматическая защита.
• Измерительные узлы.
• Исполнительная система.

Внешний вид роботизированной КП

Плюсы и минусы гидромеханики

Автомобили, оснащенные АКПП, обеспечивают более безопасное и комфортное вождение, поскольку предоставляют возможность сконцентрироваться на дороге, не отвлекаясь на лишние действия. Особое преимущество получают начинающие водители, которым трудно использовать механику.

Важно! Если в автошколе ученик проходит обучение на авто с АКПП, он не сможет управлять транспортным средством с механической КП, так как в водительском удостоверении будет соответствующая пометка.

К преимуществам автоматизированной коробки можно отнести следующее:

• Передачи не нужно переключать вручную;
• Выполняется равномерная подача мощности. Авто, оснащенные АКПП, отличаются плавным ходом во время переключения скоростей.
• В случае с механической КП могут возникнуть трудности с троганием, при резком опускании сцепления двигатель может заглохнуть. В транспортных средствах с «автоматом» данный процесс контролируется электронными компонентами.

У коробки-автомат имеются и свои недостатки, главный из которых – это дороговизна обслуживания. Стоит отметить и высокие требования к условиям эксплуатации. Еще одним минусом является отсутствие возможности завести авто с «толкача», при севшем аккумуляторе.

Гидромеханика – это выбор тех автовладельцев, которые не стеснены в финансовых средствах и не готовы пожертвовать своим комфортом. При грамотном управлении и уходе машина с «автоматом» более надежна и безопасна в управлении.

Патент США на полнодиапазонную гидромеханическую трансмиссию Патент (Патент № 4,429,593, выдан 7 февраля 1984 г.)

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

к усовершенствованной полнодиапазонной гидромеханической трансмиссии для сельскохозяйственных и промышленных тракторов.

2. Описание предшествующего уровня техники

Гидромеханические трансмиссии представляют собой трансмиссии, в которых механическая передача сочетается с гидростатической компоновкой. Хотя механические трансмиссии, как правило, более эффективны и надежны, чем чисто гидростатические трансмиссии, у них есть недостаток, заключающийся в том, что они не являются бесконечно регулируемыми, как более дорогие гидростатические трансмиссии. Точно так же гидростатические трансмиссии имеют большой недостаток, заключающийся в том, что они обычно требуют более крупных компонентов, таких как более крупные насосы и двигатели, поскольку максимальная мощность трансмиссии увеличивается.

Чтобы удовлетворить ограничения по площади, снизить стоимость, повысить эффективность и обеспечить бесступенчатую трансмиссию, способную обеспечивать мощность во всем диапазоне скоростей вперед и назад, разработчики трансмиссии объединили лучшие характеристики обеих трансмиссий и создали так называемая гидромеханическая трансмиссия. Однако каждая гидромеханическая трансмиссия предназначена для определенной цели, и их использование в качестве трансмиссии трактора несколько ограничено.

Три соответствующих патента США на гидромеханические трансмиссии включают патент США. № 3 534 632, выданный Смиту в 1970 г.; патент США. № Ре. 27 307, выданных ДеЛалио в 1972 г.; и патент США. № 3736813, выданный Kress et al. в 1973 г. Все три патента отличаются от настоящего изобретения по меньшей мере одним заметным образом. В частности, в трансмиссии Смита используется множество наборов шестерен для обеспечения передачи с синхронным переключением скоростей. Настоящее изобретение упрощает механическую передачу за счет использования только одной составной планетарной передачи. Во втором патенте, выданном Делалио, заявлена ​​трансмиссия, имеющая полный гидростатический нижний диапазон и гидромеханический верхний диапазон. Такая трансмиссия непригодна для применения в тракторах, поскольку основные рабочие скорости трактора находятся в диапазоне примерно 3-7,5 миль в час. Этот диапазон будет соответствовать диапазону соотношений выход/вход примерно 0,25-0,56 об/мин, большая часть которых будет находиться в неэффективном полном гидростатическом рабочем диапазоне. Наконец, патент Кресса представляет собой трансмиссию с регулируемой скоростью с ограниченным диапазоном, в которой используется смещенная муфта для расширения ограниченных диапазонов. Настоящее изобретение устраняет необходимость наличия такой части сдвига воротника.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вкратце, это изобретение относится к усовершенствованной полнодиапазонной гидромеханической трансмиссии. Эта гидромеханическая трансмиссия, предназначенная для соединения с ведомым входным элементом, содержит реверсивный гидростатический привод с регулируемой скоростью, имеющий секцию с переменным рабочим объемом и двунаправленную или реверсивную секцию, составную планетарную передачу и множество муфт и тормозов. Гидростатический привод соединен с ведомым входным элементом и приводится в действие им.

Составной планетарный ряд, расположенный сзади по отношению к гидростатическому приводу, обеспечивает механическую часть этой трансмиссии. Этот составной планетарный ряд включает в себя три солнечные шестерни, обозначенные как первая солнечная шестерня, вторая солнечная шестерня и третья солнечная шестерня. Первая солнечная шестерня приводится в движение гидростатическим приводом. Вокруг этих трех солнечных шестерен вращаются первый и второй наборы групповых шестерен, каждая из которых включает три групповые шестерни. Каждая из трех групповых шестерен первого набора имеет первую планетарную шестерню и вторую планетарную шестерню. Эта первая планетарная шестерня входит в зацепление с первой солнечной шестерней, а вторая планетарная шестерня входит в зацепление со второй солнечной шестерней. Каждая из трех групповых шестерен второго набора также имеет две планетарные шестерни, называемые третьей планетарной шестерней и четвертой планетарной шестерней. Каждая из четвертых планетарных шестерен входит в зацепление с одной из первых планетарных шестерен, а третья планетарная шестерня входит в зацепление с третьей солнечной шестерней.

Составной планетарный ряд также включает зубчатый венец, который окружает и зацепляется с третьими планетарными шестернями. Вращающееся водило, которое поддерживает первый и второй наборы групп шестерен, соединено с выходным элементом.

Эта усовершенствованная полнодиапазонная гидромеханическая трансмиссия также использует два сцепления и два тормоза для избирательного включения различных элементов. Первая муфта предназначена для соединения ведомого входного элемента с третьей солнечной шестерней, а вторая муфта предназначена для соединения ведомого входного элемента со второй солнечной шестерней. Два тормоза также включаются следующим образом. Первый тормоз используется для предотвращения вращения зубчатого венца, а второй тормоз используется для предотвращения вращения второй солнечной шестерни.

Основной целью настоящего изобретения является создание улучшенной полнодиапазонной гидромеханической трансмиссии. Более конкретной целью настоящего изобретения является создание усовершенствованной полнодиапазонной гидромеханической трансмиссии, предназначенной для использования в сельскохозяйственных и промышленных тракторах.

Другой целью настоящего изобретения является создание более эффективной и менее дорогостоящей полнодиапазонной гидромеханической трансмиссии.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание полнодиапазонной гидромеханической трансмиссии, имеющей три диапазона переднего хода и два диапазона заднего хода.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание полнодиапазонной бесступенчатой ​​гидромеханической трансмиссии с упором на высокую эффективность в критическом диапазоне скоростей примерно 3-7,5 миль в час.

Другие цели и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из следующего описания и чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 представляет собой вид в разрезе усовершенствованной полнодиапазонной гидромеханической трансмиссии.

РИС. 2 представляет собой схематический вид по линии 2-2 на фиг. 1.

РИС. 3 представляет собой график, показывающий четыре диапазона скоростей усовершенствованной полнодиапазонной гидромеханической трансмиссии.

РИС. 4 представляет собой диаграмму, показывающую различные передаточные числа для трех солнечных шестерен, вращающегося водила и третьего зубчатого венца планетарной передачи.

РИС. 5 представляет собой таблицу, показывающую блоки сцепления и тормоза, которые задействуются для достижения различных диапазонов скоростей.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

РИС. 1 показана усовершенствованная полнодиапазонная гидромеханическая трансмиссия 10, которая соединена с ведомым входным элементом 11. Обычно ведомый входной элемент 11 представляет собой приводной вал, выходящий из двигателя внутреннего сгорания. Ведомый входной элемент 11 проходит назад через гидростатический привод 13. Слово «назад» используется в этой заявке для описания расположения гидромеханической трансмиссии 10 в транспортном средстве по отношению к двигателю транспортного средства. Однако следует понимать, что этот язык используется только для удобства, а не в качестве ограничения.

Гидростатический привод 13 содержит приводную секцию 14 с регулируемым рабочим объемом, коллектор 16 и двунаправленную или реверсивную приводную секцию 18. Предпочтительно секция 14 с регулируемым рабочим объемом представляет собой аксиально-поршневой насос с наклонной шайбой, перемещаемой в противоположные стороны. нейтрального положения, а двунаправленная ведомая секция 18 предпочтительно является блоком с фиксированным рабочим объемом, таким как двигатель, направление и скорость вращения которого будут регулироваться смещением ведущей секции 14. Коллектор 16 соединяет приводную секцией 14 и двунаправленной ведомой секцией 18. Это коллекторное средство 16 обеспечивает проходы для циркуляции жидкости в любом направлении между двумя секциями 14 и 18.

Двунаправленная ведомая секция 18 соединена с секцией 19 механической передачи с помощью вращающегося соединительного средства 20. Это вращающееся соединительное средство 20 состоит из проходящего назад вспомогательного вала 22 и первой шестерни 24, которая установлена ​​на нем. Эта первая шестерня 24 предпочтительно установлена ​​на левом или заднем конце вспомогательного вала 22 и входит в зацепление со второй шестерней 26. Эта вторая шестерня 26, в свою очередь, неподвижно закреплена на первом полом вращающемся валу 28, который совмещен с входным валом. элемент 11, а также прикреплен к части расположенного сзади составного планетарного ряда 27. Назначение соединительного средства 20 состоит в том, чтобы обеспечить путь для передачи гидростатической мощности на секцию 19 механической передачи..

Составной планетарный редуктор 27 включает в себя три расположенные назад и соосные солнечные шестерни, включая первую солнечную шестерню 30, вторую солнечную шестерню 32 и третью солнечную шестерню 34. Вокруг этих трех солнечных шестерен 30, 32 и 34 по орбите расположены первый и второй наборы групповых шестерен 36 и 38 соответственно. Каждый из первого и второго наборов 36 и 38, соответственно, содержит три группы шестерен, расположенных приблизительно под углом 120°. отдельно. Каждая групповая шестерня первого набора 36 состоит из первой планетарной шестерни 40 и второй планетарной шестерни 41. Каждая из первой планетарной шестерни 40 входит в зацепление с первой солнечной шестерней 30, а каждая из вторых планетарных шестерен 41 входит в зацепление со второй солнечная шестерня 32. Предпочтительно, первая и вторая планетарные шестерни 40 и 41 соответственно имеют неодинаковые диаметры, при этом первая планетарная шестерня 40 больше, чем вторая планетарная шестерня 41.

Каждая групповая шестерня второго набора 38 состоит из третьей планетарной шестерни 42 и четвертой планетарной шестерни 43. Каждая из четвертых планетарных шестерен 43 входит в зацепление с одной из первых планетарных шестерен 40 и каждой из третьих планетарных шестерен 42 входит в зацепление с третьей солнечной шестерней 34. Предпочтительно третья и четвертая планетарные шестерни 42 и 43 соответственно имеют неодинаковые диаметры, при этом четвертая планетарная шестерня 43 больше, чем третья планетарная шестерня 42. включает в себя зубчатый венец 44 и вращающееся водило 46. Зубчатое колесо 44 входит в зацепление с третьей планетарной шестерней 42 и окружает вращающееся водило 46. Вращающееся водило 46 используется для поддержки первого и второго наборов групп шестерен. 36 и 38, соответственно, множеством валов-шестерен 47, две из которых показаны на фиг. 1.

Надежно прикрепленный к поворотному держателю 46 и отходящий назад от него выходной элемент 48. Выходной элемент 48, который предпочтительно представляет собой вращающийся вал, обычно соединен с приводным валом, который передает мощность на задние колеса транспортного средства.

Гидромеханическая трансмиссия 10 дополнительно включает в себя первое и второе сцепления С1 и С2 соответственно и первый и второй тормоза В1 и В2 соответственно. Первое сцепление C 1 размещено во вращающемся барабане 50 сцепления, который расположен позади гидростатического узла 13. Поворотный барабан 50 сцепления надежно прикреплен к левому концу ведомого входного элемента 11, который проходит через секцию привода. 14 узла гидростатического привода 13. Первое сцепление C 1 представляет собой обычное сцепление, которое включает в себя множество дисков 51 сцепления, прикрепленных к внутренней поверхности барабана 50 сцепления. Эти диски 51 сцепления расположены так, что фрикционно контактируют с множеством дисков 52 сцепления. Эти диски 52 сцепления, в свою очередь, прикреплены к первой ступице 53, которая установлена ​​на переднем или правом конце вращающегося вала 54. Этот вращающийся вал 54 проходит через полый вал 28 и имеет третья солнечная шестерня 34 прикреплена к ее левому или заднему концу. При включении первой муфты C 1 и вал 54, и третья солнечная шестерня 34 вынуждены вращаться с той же скоростью, что и ведомый входной элемент 11.

Вторая муфта C2 также размещена во вращающемся барабане 50 муфты, но расположена позади первой муфты C1. Это второе сцепление представляет собой обычное сцепление, которое включает в себя множество дисков 55 сцепления, прикрепленных к внутренней поверхности барабана 50 сцепления. Эти диски 55 сцепления расположены так, что они фрикционно контактируют с множеством дисков 56 сцепления. Эти диски 56 сцепления, в свою очередь, прикреплены ко второй ступице 57, которая установлена ​​на переднем или правом конце полого вращающегося вала 58. Вал 58 охватывает вал 54, а также поддерживает вторую солнечную шестерню 32. При включении второй муфты C 2 , и полый вал 58, и вторая солнечная шестерня 32 вынуждены вращаться с той же скоростью, что и ведомый входной элемент 11.

Первая и вторая муфты C 1 и C 2 соответственно предпочтительно относятся к мокрому типу, в которых используется смазочно-охлаждающая жидкость для отвода и отвода тепла, выделяемого фрикционным контактом между диском муфты и диском муфты. пластины сцепления. Следует также отметить, что барабан 50 сцепления изображен как единый элемент, тогда как на самом деле он может состоять из нескольких элементов, соединенных вместе как единое целое.

Первый тормоз B 1 расположен относительно составного планетарного ряда 27 между корпусом 62 трансмиссии и зубчатым венцом 44. Этот первый тормоз B 1 избирательно задействуется для предотвращения вращения зубчатого венца 44. При включении первый тормоз B 1 будет удерживать зубчатый венец 44 неподвижно и, следовательно, служить реактивным элементом для второго набора шестерен 38 группы. будет катиться вокруг зубчатого венца 44, заставляя вращающееся водило 46 вращаться с определенной пониженной скоростью.

Второй тормоз B 2 расположен позади второй муфты C 2 и находится между картером 62 трансмиссии и второй ступицей 57. Этот второй тормоз B 2 избирательно задействуется для предотвращения вращения вторую солнечную шестерню 32. При включении второй тормоз B 2 будет удерживать вторую ступицу 57 в неподвижном состоянии и тем самым предотвращать вращение как полого вращающегося вала 58, так и второй солнечной шестерни 32. При неподвижной второй солнечной шестерне 32 , первый набор групп шестерен 36 будет вращаться вокруг второй солнечной шестерни 32, заставляя вращающееся водило 46 вращаться с определенной обратной скоростью.

Обратимся теперь к фиг. 3 показано расположение четырех гидростатических и гидромеханических диапазонов скоростей. Эти четыре диапазона скоростей представлены как «задний ход», «ползучая», «рабочая» и «транспортная». Ползучий диапазон далее подразделяется на ползучий вперед и ползучий реверс. Избирательное включение различных муфт и тормозов для получения этих различных диапазонов скоростей показано на фиг. 5, а фактическая скорость зубчатого венца и трех солнечных шестерен показана на фиг. 4. Обсуждение зацепления различных элементов сцепления и тормоза вместе с особенностями привода гидромеханической трансмиссии 10 будет объяснено ниже в разделе «Эксплуатация».

Все вышеупомянутые муфты и тормоза приводятся в действие обычными гидравлическими приводами, хорошо известными специалистам в области трансмиссии. Поэтому такие исполнительные механизмы, а также органы управления подробно описываться не будут.

Эксплуатация

Ссылаясь на РИС. 4 и 5, гидромеханическая трансмиссия 10 находится в нейтральном положении, когда два сцепления С 1 и С 2 и два тормоза В 1 и В 2 выключены. В этом нейтральном положении приводная секция 14 с переменным рабочим объемом вращается ведомым входным элементом 11, но с нулевым смещением. Для целей этого обсуждения предполагается, что ведомый входной элемент 11 всегда вращается по часовой стрелке с постоянной скоростью приблизительно 2200 об/мин, когда двигатель работает. Эта постоянная скорость 2200 об/мин эквивалентна +1 по оси Y на фиг. 4.

Поскольку в приводной секции 14 с регулируемым рабочим объемом нет вытеснения жидкости, двунаправленная приводная секция 18 не будет вращаться. Когда оператор перемещает рычаг управления в кабине транспортного средства либо вперед, либо назад, включается первый тормоз B 1 , и гидромеханическая трансмиссия 10 переключается в диапазон ползунка. Диапазон ползунков охватывает как низкую скорость вперед, так и низкую скорость назад. Для конкретных размеров зубчатых колес, показанных на фиг. 4, диапазон криперов составляет от -2,8 до +2,8 миль в час. Величина ползункового диапазона, а также протяженность трех других диапазонов этой гидромеханической трансмиссии 10 определяется количеством зубьев на различных шестернях составного планетарного ряда 27. Численные значения для четырех различных диапазонов: на основе использования шестерен следующих размеров: первая солнечная шестерня имеет 27 зубьев, вторая солнечная шестерня имеет 36 зубьев, третья солнечная шестерня имеет 42 зубца и кольцевая шестерня имеет 78 зубьев. Эти конкретные размеры зубчатых колес были выбраны для обеспечения желаемого диапазона размеров, но их можно изменить в соответствии с конкретными потребностями.

В режиме медленного движения первый тормоз B 1 задействован, и качающаяся шайба секции 14 привода с переменным рабочим объемом, которая всегда вращается по часовой стрелке, наклоняется для положительного смещения. Это положительное смещение заставляет жидкость циркулировать через коллектор 16 к двунаправленной ведомой секции 18, вызывая вращение по часовой стрелке двунаправленной ведомой секции 18 и вспомогательного вала 22. Вращение вспомогательного вала 22 по часовой стрелке приводит во вращение первую шестерню. 24 по часовой стрелке. Вторая шестерня 26, которая входит в зацепление с первой шестерней 24, затем будет вращаться против часовой стрелки и будет передавать крутящий момент через первый полый вращающийся вал 28 на первую солнечную шестерню 30 планетарной передачи. Следовательно, первая солнечная шестерня 30 планетарной передачи будет вращаться против часовой стрелки.

При включении первого тормоза B 1 зубчатый венец 44 остается неподвижным и служит реактивным элементом для второго набора групповых шестерен 38 через третью планетарную шестерню 42. Когда зубчатый венец 44 удерживается неподвижно , второй набор групп шестерен 38 будет вращаться вокруг зубчатого венца 44, вызывая вращение вращающегося водила 46 по часовой стрелке с некоторой пониженной скоростью по сравнению со скоростью ведомого входного элемента 11. Выходной элемент 48, который надежно прикреплен к вращающееся водило 46, затем будет вращаться с той же скоростью, что и водило 46, по часовой стрелке.

Для реверсивного хода первый тормоз B 1 остается включенным, но автомат перекоса ведомой секции 14 с переменным рабочим объемом наклонен в направлении, противоположном нейтральному положению. Это действие вызывает отрицательное смещение, которое заставляет жидкость циркулировать через блок гидростатического привода 13 в противоположном или обратном направлении. Обратный поток жидкости вызывает вращение против часовой стрелки как двунаправленной ведомой секции 18, так и вспомогательного вала 22. Вращение вспомогательного вала 22 против часовой стрелки приводит к вращению первой шестерни 24 в направлении против часовой стрелки. Вторая шестерня 26, которая входит в зацепление с первой шестерней 24, будет затем вращаться по часовой стрелке и заставит первую солнечную шестерню 30 вращаться аналогичным образом. Этот ввод по часовой стрелке в солнечную шестерню 30 первой планетарной передачи вместе с тормозным эффектом первого тормоза B 1 заставит выходной элемент 48 вращаться против часовой стрелки с меньшей скоростью по сравнению с ведомым входным элементом 11. Это против часовой стрелки. вращение выходного элемента 48 эквивалентно обратному. Обратите внимание, что на фиг. 4 зубчатый венец 44 удерживается неподвижно первым тормозом B 1 , но для ясности линия показана чуть ниже оси X и обозначена как 44CR. 44CR означает зубчатый венец 44 в режиме медленного реверса. Также для медленного реверса первая солнечная шестерня 30 следует по линии, обозначенной как 30CR. Для скорости заднего хода первая солнечная шестерня 30 и зубчатый венец 44 будут следовать линиям, обозначенным 30R и 44R соответственно. «R» означает реверсивный режим.

Поскольку вся мощность для ползункового хода вперед или ползункового хода передается на первую солнечную шестерню 30 блоком гидростатического привода 13, ползунковый диапазон является чисто гидростатическим диапазоном. По мере увеличения смещения ведущей секции 14 скорость двунаправленной ведомой секции 18 увеличивается, что вызывает увеличение скорости вращения выходного элемента 48. При максимальном смещении ведомой секции 14 первая солнечная шестерня 30 приводится в движение со скоростью 2200 об/мин или ±1 по оси Y на фиг. 4. Следует отметить, что в низкочастотном диапазоне третья солнечная шестерня 34 приводится в движение с той же скоростью, что и первая солнечная шестерня 30, но в противоположном направлении. Это означает, что в верхней части диапазона ходового винта, примерно 2,8 мили в час, третья солнечная шестерня 34 вращается с той же скоростью и в том же направлении, что и ведомый входной элемент 11, который равен 1,0 по оси Y.

Когда эта выходная скорость достигает верхнего предела диапазона медленного хода, приблизительно 2,8 мили в час, оператор перемещает рычаг управления в рабочий диапазон, чтобы отключить первый тормоз B 1 и включить первую муфту C 1 .

Включение первой муфты C 1 приводит к прямой передаче мощности от ведомого входного элемента 11 к третьей солнечной шестерне 34. Поскольку третья солнечная шестерня 34 вращается с той же скоростью и в том же направлении, что и ведомого входного элемента 11 первая муфта C 1 включается при нулевой относительной скорости или синхронной скорости. Поскольку третья солнечная шестерня 34 механически приводится в движение ведомым входным элементом 11, первая солнечная шестерня 30 приводится в движение гидростатическим приводом 13. Этот двойной входной тракт мощности или функция разделения мощности обеспечивают два отдельных источника энергии в составной планетарной передаче. зубчатая передача 27 и называется гидромеханическим приводом.

Снова обратимся к фиг. 4 видно, что первая солнечная шестерня 30 вращается против часовой стрелки с максимальной скоростью в точке перехода между диапазоном медленного движения вперед и рабочим диапазоном. При входе в рабочий диапазон первая солнечная шестерня 30 все еще вращается против часовой стрелки, но с уменьшающейся скоростью, вызванной уменьшением смещения приводной секции 14. В точке 0,7 по оси X первая солнечная шестерня 30 меняет направление и начинает вращаться по часовой стрелке. Это изменение направления инициируется изменением смещения с отрицательного на положительное в секции 14 привода с регулируемым рабочим объемом. Первая солнечная шестерня планетарной передачи 30 будет увеличивать скорость в направлении по часовой стрелке до тех пор, пока не достигнет своей максимальной скорости по часовой стрелке или точки перехода, в которой трансмиссия 10 смещается в транспортный диапазон. Эта точка имеет координаты (1,1) на фиг. 4.

Во всем рабочем диапазоне третья солнечная шестерня 34, соединенная с ведомым входным элементом 11, вращается с постоянной скоростью приблизительно 2200 об/мин. Следовательно, увеличение скорости на рабочем диапазоне обеспечивается гидростатическим агрегатом 13. Как видно из фиг. 4, рабочий диапазон простирается от 2,8 до примерно 8 миль в час. На скорости 8 миль в час оператор снова перемещает рычаг управления, чтобы войти в диапазон более высокой скорости транспортировки.

В точке, где начинается транспортный диапазон, первая муфта C 1 выключается, а вторая муфта C 2 включается, см. РИС. 5. Зацепление второй муфты С 2 приводит к прямой передаче мощности от ведомого входного элемента 11 ко второй солнечной шестерне 32. Как видно на фиг. 4, вторая солнечная шестерня 32 вращается с той же скоростью и в том же направлении, что и ведомый входной элемент 11, 1,0 по оси Y, в точке перехода из рабочего в транспортный диапазоны. Это позволяет включать муфту C 2 при нулевой относительной скорости или синхронной скорости. Вторая солнечная шестерня 32, соединенная с ведомым входным элементом 11, вращается с постоянной скоростью по часовой стрелке 2200 об/мин во всем диапазоне транспортировки.

Поскольку вторая солнечная шестерня 32 приводится в механический привод от ведомого входного элемента 11, первая солнечная шестерня 30 приводится в гидростатический привод гидростатическим приводом 13. Этот двойной путь передачи мощности или функция разделения мощности обеспечивает два отдельных пути передачи мощности в составной планетарный ряд 27, аналогичный указанному выше для рабочего диапазона.

Снова обратимся к фиг. 4 видно, что первая солнечная шестерня 30 вращается по часовой стрелке со скоростью 2200 об/мин в точке перехода между рабочим диапазоном и транспортным диапазоном. При входе в транспортный диапазон первая солнечная шестерня 30 все еще вращается по часовой стрелке, но с уменьшающейся скоростью, вызванной уменьшением смещения приводной секции 14. В точке 1,7 по оси X первая солнечная шестерня 30 меняет направление на обратное. и начинает вращаться против часовой стрелки. Это изменение направления вызывается изменением смещения с положительного на отрицательное в ведомой секции 14 с переменным рабочим объемом. Как видно из чертежа, первая солнечная шестерня 30 продолжает вращаться против часовой стрелки, но с увеличивающейся скоростью при всех дальнейших увеличениях скорость.

Диапазон заднего хода, который на самом деле является высокоскоростным задним ходом, включается из нейтрального положения за счет включения второго тормоза B 2 , см. фиг. 5. Включение второго тормоза B 2 предотвращает вращение второй солнечной шестерни 32, обозначенной линией 32R, так что вторая солнечная шестерня 32 служит реактивным элементом для первого набора групповых шестерен 36 до вторую шестерню 41. Одновременно мощность гидростатического привода 13 приводит во вращение первую солнечную шестерню 30 по часовой стрелке. Комбинированный эффект этих двух различных взаимодействий заключается в том, что выходной элемент 48 будет приводиться в движение против часовой стрелки или в обратном направлении по сравнению с приводным входным элементом 11. Для выбранных размеров зубчатых колес, используемых здесь, диапазон обратного хода простирается от нуля до -5,0 миль в час. . Это сделано для того, чтобы отличить его от реверсивной скорости. Также на фиг. 4 линия второй солнечной шестерни 32R в режиме реверса для ясности показана немного выше оси X, тогда как на самом деле она лежит на оси X.

Следует отметить, что при данной гидромеханической трансмиссии 10 невозможно переключение с понижающей передачи на заднюю передачу. Другими словами, при нейтральном положении оператор должен выбрать, в какой диапазон заднего хода он хочет поместить транспортное средство.

Хотя изобретение было описано в связи с конкретным вариантом осуществления, следует понимать, что многие альтернативы, модификации и вариации будут очевидны специалистам в данной области техники в свете приведенного выше описания. Соответственно, это изобретение предназначено для охвата всех таких альтернатив, модификаций и вариаций, которые подпадают под сущность и объем прилагаемой формулы изобретения.

Способ гидромеханической трансмиссии с полным переключением под нагрузкой и мощность…: Ingenta Connect

Гидромеханическая вариаторная трансмиссия (HMT) применима к автомобилям большой мощности благодаря ее способности достигать мощного бесступенчатого изменения скорости и высокая эффективность передачи. Однако при обычном переключении мощности тормоза целевого диапазона будут задействованы после текущего диапазона. тормоза отключены, что может привести к немедленному отключению выходной мощности. В процессе переключения происходит реверсирование нагрузки в блоке гидропередачи, реверсирование потока мощности в гидравлической ветви и переключение функций в гидравлическом компоненте. Одновременно контуры высокого и низкого давления при переключении гидравлических цепей, в результате чего скорость вращения гидравлического компонента резко изменяется, вызывая колебания выходной скорости, а также вибрации и шумы.

Для решения проблем ГМП при переключении мощности предлагается новый метод ГМП полного переключения мощности, основанный на на двойных тормозах перекрытия текущей дальности и целевой дальности. Процесс перехода на полную мощность делится на 5 этапов: текущий диапазон, предшествующий стабильный этап, этап перехода мощности, постстабильный этап и целевой диапазон. Для HMT, работающего в текущем диапазоне, когда идеальное переключение мощности наступает время, тормоз целевого диапазона будет задействован при нулевой разнице скоростей; а когда ГМТ выходит на предыдущую стабильную стадию, его крутящий момент и мощностные характеристики остаются неизменными. Правильная регулировка коэффициента рабочего объема гидравлического компонента с переменным рабочим объемом может обеспечить высокую производительность. и контуры низкого давления взаимозаменяемости гидроконтуров. Исходная сторона низкого давления находится под давлением до давления целевого диапазона, крутящий момент перемещается от торможения текущего диапазона к торможению целевого диапазона, и HMT переходит в постстабильную стадию с сохранением характеристик крутящего момента и мощности. идентичные целевому диапазону. Текущий диапазонный тормоз отключается при нулевом крутящем моменте, HMT входит в целевой диапазон, и поэтому процесс переключения мощности выполняется. Переключение между высоким и низким давлением, а также передача мощности осуществляется при перекрытии двойных тормозов. В процессе переключения мощности выходная мощность может нормально передаваться на полной мощности. В данной работе в качестве объекта исследования используется двухдиапазонный арифметический ГМП, модель скорости ГМП при переключении под нагрузкой построена на основе перекрывающихся двойных тормозов с учетом влияния объемный КПД гидроагрегата. Было определено идеальное время переключения под нагрузкой на основе соотношения между скоростью вращения гидравлического компонента с постоянным рабочим объемом и входной скоростью вращения в качестве критерия. Объединяя теоретический анализ и экспериментальные исследования, переменная изучен закон моментных характеристик и мощностных характеристик ГМП с перепадом давления в гидроконтуре в процессе переключения полной мощности. В процессе переключения полной мощности с перекрытием двойных тормозов за счет изменения давления в гидравлическом контуре крутящий момент нагрузки может переходить от текущего тормоза к целевому тормозу. Исследован переменный закон перепада давлений в гидросистеме с передаточным отношением переменной производительности гидрокомпонента. Таким образом, был получен способ управления процессом полного переключения мощности. В полном одним из эффективных методов является процесс переключения мощности с перекрытием двойных тормозов, регулирующий передаточное число регулируемого гидравлического компонента. Наконец, был построен испытательный стенд для HMT, и было испытано полное переключение мощности. Результат показывает, что в процессе переключения мощности с двойными тормозами перекрывая друг друга, регулируя передаточное число регулируемого гидравлического компонента, можно осуществить обмен между контурами высокого и низкого давления в замкнутом гидравлическом контуре и, таким образом, реализовать передачу мощности.