Гидромеханическая трансмиссия
Изобретение относится к транспортному машиностроению. Гидромеханическая трансмиссия содержит входной и выходной валы и две гидравлически связанные регулируемые гидромашины. Четырехзвенный планетарный механизм включает водило с сателлитами, два центральных колеса с наружными зубьями и центральное колесо с внутренними зубьями, управляемые муфты и зубчатые передачи. При этом первая гидромашина кинематически связана через зубчатую передачу с первым центральным колесом с наружными зубьями, а вторая гидромашина соединена через первые зубчатую передачу и управляемую муфту с центральным колесом с внутренними зубьями. Планетарный механизм содержит парные зацепляющиеся сателлиты. Вторая гидромашина соединена через вторые зубчатую передачу и управляемую муфту со вторым центральным колесом с наружными зубьями. Входной вал связан с водилом планетарного механизма, а выходной вал кинематически соединен с центральным колесом с внутренними зубьями. Трансмиссия обеспечивает два диапазона переднего хода и один диапазон заднего хода с бесступенчатым регулированием передаточного отношения и двухпоточной передачей мощности, при этом гидравлическая мощность не превышает 25% от передаваемой мощности. Технический результат заключается в снижении веса, габаритов и повышении КПД. 1 ил., 1 табл.
Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в трансмиссиях автомобилей и тракторов.
Бесступенчатые трансмиссии позволяют наилучшим образом согласовать характеристики двигателя с постоянно меняющимся дорожным сопротивлением, обеспечивая точное регулирование скорости движения и максимальную загрузку двигателя. Среди различных типов бесступенчатых передач наибольшее распространение получили гидрообъемные передачи, способные передавать большие нагрузки при достаточно высоком КПД.
Известна бесступенчатая трансмиссия транспортного средства (см. а.с. СССР 691318, опубл. БИ N 38, 1979 г.), содержащая гидравлически связанные гидромашины, планетарный механизм, одно из звеньев которого соединено с входным валом, другое звено - с выходным валом и с регулируемой гидромашиной, а третье звено связано через зубчатую передачу с нерегулируемой гидромашиной. Трансмиссия построена по двухпоточному принципу передачи мощности. Механическая часть мощности передается через планетарный механизм, гидравлический поток мощности направлен через гидрообъемную передачу. Благодаря разделению мощности на два потока снижается нагруженность гидрообъемной передачи, уменьшаются потери и возрастает КПД.
В то же время данная трансмиссия имеет недостаточный диапазон бесступенчатого регулирования передаточного отношения, который в двухпоточных передачах уменьшается пропорционально снижению доли гидравлической мощности.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является гидромеханическая трансмиссия (патент США N 5766107, дата публикации оригинального документа 16.06.1998 г.), содержащая входной и выходной валы, две гидравлически связанные регулируемые гидромашины, четырехзвенный планетарный механизм, включающий водило с сателлитами, два центральных колеса с наружными зубьями и центральное колесо с внутренними зубьями, управляемые муфты и зубчатые передачи, при этом первая гидромашина кинематически связана через зубчатую передачу с первым центральным колесом с наружными зубьями, вторая гидромашина соединена через первые управляемую муфту и зубчатую передачу с центральным колесом с внутренними зубьями. В этой передаче вторая гидромашина кинематически связана через вторую управляемую муфту и зубчатую передачу с центральным колесом с внутренними зубьями, первая гидромашина соединена через управляемую муфту и зубчатую передачу с выходным валом и водилом планетарного механизма. Путем переключения муфт обеспечивается получение двух режимов переднего хода и одного режима заднего хода с бесступенчатым регулированием передаточного отношения и двухпоточной передачей мощности.
Недостатком данной конструкции является то, что используется планетарный механизм с двухвенцовыми сателлитами, кинематика которого не обеспечивает оптимального и равномерного распределения передаточного отношения и гидравлической мощности между первым и вторым диапазонами. При любом подборе чисел зубьев планетарного механизма диапазон регулирования передаточного отношения и гидравлическая мощность на первом диапазоне будут значительно меньше диапазона регулирования и мощности на втором диапазоне, что приводит в итоге к увеличению нагруженности гидромашин, росту габаритов, веса и к снижению КПД передачи на втором диапазоне в зоне наиболее часто используемых скоростей. Данная трансмиссия имеет на заднем ходу циркуляцию мощности, высокую нагруженность гидромашин и низкий КПД, что не позволяет использовать задний ход для передачи больших мощностей и нагрузок.
Задачей изобретения является снижение веса, габаритов и повышение КПД гидромеханической трансмиссии.
Задача решена в гидромеханической трансмиссии, содержащей входной и выходной валы, две гидравлически связанные регулируемые гидромашины. Четырехзвенный планетарный механизм включает водило с сателлитами, два центральных колеса с наружными зубьями и центральное колесо с внутренними зубьями, управляемые муфты и зубчатые передачи. При этом первая гидромашина кинематически связана через зубчатую передачу с первым центральным колесом с наружными зубьями, а вторая гидромашина соединена через первые зубчатую передачу и управляемую муфту с центральным колесом с внутренними зубьями. Планетарный механизм содержит парные зацепляющиеся сателлиты. Вторая гидромашина соединена через вторые зубчатую передачу и управляемую муфту со вторым центральным колесом с наружными зубьями. Входной вал связан с водилом планетарного механизма, а выходной вал кинематически соединен с центральным колесом с внутренними зубьями.
Новым в данной конструкции является то, что планетарный механизм содержит парные зацепляющиеся сателлиты. Вторая гидромашина соединена через вторые зубчатую передачу и управляемую муфту со вторым центральным колесом с наружными зубьями. Входной вал связан с водилом планетарного механизма, а выходной вал кинематически соединен с центральным колесом с внутренними зубьями.
В заявляемой трансмиссии используется четырехзвенный планетарный механизм с парными зацепляющимися сателлитами и образованы новые связи между гидромашинами, звеньями планетарного механизма, зубчатыми передачами и муфтами. Пределы изменения передаточного отношения и гидравлическая мощность равномерно распределены между диапазонами, на всех режимах отсутствует циркуляция мощности, что позволяет снизить гидравлическую мощность, уменьшить вес, габариты и повысить КПД передачи.
На чертеже изображен вариант кинематической схемы гидромеханической трансмиссии.
Гидромеханическая трансмиссия содержит входной вал 1, промежуточный вал 2 и выходной вал 3, две гидравлически связанные регулируемые гидромашины 4 и 5, четырехзвенный планетарный механизм 6, включающий водило 7 с парными зацепляющимися сателлитами 8 и 9, центральные колеса с наружными зубьями 10 и 11, центральное колесо с внутренними зубьями 12. Управляемые муфты 13, 14, 15, 16, 17 предназначены для связи валов 2 и 3 с другими звеньями передачи. Первая гидромашина 4 жестко связана с валом 18, который соединен через зацепляющиеся зубчатые колеса 19, 20 с первым центральным колесом с наружными зубьями 10. Вторая гидромашина 5 жестко связана с валом 21, который через зацепляющиеся зубчатые колеса 22, 23 и первую управляемую муфту 13 связан с центральным колесом с внутренними зубьями 12. Вторая гидромашина 5 через вал 21, зацепляющиеся зубчатые колеса 24, 25 и вторую управляемую муфту 14 связана также со вторым центральным колесом с наружными зубьями 11. Входной вал 1 связан с водилом 7 четырехзвенного планетарного механизма 6. Выходной вал 3 соединен тремя кинематическими связями с центральным колесом с внутренними зубьями 12 через зубчатые передачи и промежуточный вал 2.
Первая связь осуществляется через зубчатые колеса 26, 27 и муфту 15.
Вторая связь осуществляется через зубчатые колеса 28, 29 и муфту 16.
Третья связь осуществляется через зубчатые колеса 30, 31 и 32 и муфту 17.
В целом гидромеханическая трансмиссия разделяется на двухпоточную передачу и механический диапазонный редуктор.
В состав двухпоточной передачи входит четырехзвенный планетарный механизм, зубчатые колеса 19, 20, 22-25, муфты 13, 14 и гидромашины 4, 5. В состав диапазонного редуктора входят валы 2, 3, зубчатые колеса 26-32 и муфты 15-17.
Гидромеханическая трансмиссия работает следующим образом. Путем включения муфт 15-17 обеспечивается получение двух диапазонов переднего хода и одного диапазона заднего хода с бесступенчатым регулированием передаточного отношения. В каждом диапазоне имеется два режима двухпоточной передачи мощности, переключаемых муфтами 13, 14. В таблице указаны включаемые на диапазонах муфты, параметры регулирования гидромашин и пределы бесступенчатого регулирования передаточного отношения при следующих соотношениях чисел зубьев: z12/z10=2,557; z12/z11=1,917; z19/z20=1,237; z25/z24=1,0; z23/z22=3,0; z26/z27=0,828; z28/z29=1,666; z32/z30=1,636.
Под передаточным отношением принято отношение оборотов выходного вала к оборотам входного вала; параметр регулирования равен отношению текущего рабочего объема гидромашины к ее максимальному рабочему объему; z12 - число зубьев зубчатого колеса 12.
На низшем диапазоне I включена муфта 16, что приводит к соединению валов 2 и 3 через зубчатые колеса 28 и 29. Трансмиссия имеет два режима работы: режим А1, когда включена муфта 13, и режим В, когда включена муфта 14. Рассмотрим работу передачи на режиме А1. В нейтральном положении валы 2, 3, центральное колесо с внутренними зубьями 12, зубчатые колеса 22, 23, вал 21 и гидромашина 5 находятся в неподвижном состоянии, а гидромашины 4 и 5 имеют соответственно нулевой и максимальный рабочие объемы. Входной вал 1 приводит в движение водило 7, которое при неподвижном центральном колесе 12 вращает сателлиты 8, 9 и центральные колеса 10, 11 без нагрузки. Центральное колесо 10 приводит в движение гидромашину 4 через зубчатые колеса 20, 19 и вал 18. При трогании машины система управления постепенно увеличивает рабочий объем гидромашины 4 от нулевого до максимального значения, при этом гидромашина 4 приводит в движение через гидромашину 5 и звенья 22, 23, 13, 29, 28, 16 выходной вал 3. Скорость выходного вала 3 и передаточное отношение передачи увеличиваются пропорционально изменению рабочего объема гидромашины 4. Мощность передается с входного вала 1 на водило 7, где разделяется на механический и гидравлический потоки. Механическая мощность направлена через звенья 7, 9, 12 на вал 2, где суммируется с гидравлической мощностью, передающейся через звенья 7, 10, 20, 19, 18 гидромашин 4, 5, звенья 22, 23, 13. Вал 2 приводит в движение выходной вал 3 через зубчатые колеса 29, 28 и муфту 16. С ростом передаточного отношения увеличивается доля передаваемой через гидромашины гидравлической мощности. На режиме А1 гидромашина 4 кинематически связана с центральным колесом 10 планетарного механизма и работает в режиме гидронасоса, а гидромашина 5 работает в режиме гидромотора и связана с выходным валом 3. После достижения максимального рабочего объема гидромашины 4 производится регулирование гидромашины 5 путем уменьшения ее рабочего объема от максимального до нулевого значения, что приводит к уменьшению скорости вращения гидромашины 4 и связанного с ней центрального колеса 10 и к увеличению скорости центрального колеса 12 и связанного с ней выходного вала 3. На данном режиме гидравлическая мощность уменьшается от максимального до нулевого значения. При нулевом рабочем объеме гидромашины 5 происходит остановка гидромашины 4 и связанного с ней центрального колеса 10, а весь поток мощности передается чисто механическим путем.
Переключение трансмиссии с режима А1 на режим В происходит путем включения муфты 14. Передаточные числа зубчатых передач подобраны таким образом, что скорости звеньев 25 и 11 равны между собой в момент переключения, что позволяет включить синхронизировано без нагрузки муфту 14 и выключить муфту 13, в результате чего гидромашина 5 соединяется с центральным колесом 11 через звенья 24, 25, 14. Бесступенчатая передача по схеме В характеризуется тем, что гидромашины 4, 5 кинематически связаны с промежуточными звеньями планетарного механизма 10 и 11 соответственно, а входной вал 1 и выходной вал 3 связаны со звеньями планетарного механизма 7 и 12. При этом ни одна из гидромашин не связана с входным или выходным валами. На первом этапе регулируется гидромашина 5 путем увеличения ее рабочего объема от нулевого до максимального значения в обратную сторону по сравнению с режимом А1. Происходит увеличение скорости вращения гидромашины 4 и валов 2, 3, соответственно возрастает передаточное отношение. Гидромашина 4 вращается в обратную сторону по сравнению с режимом А1 и переходит в режим работы гидромотора, а гидромашина 5 переходит в режим работы гидронасоса. Механический поток мощности передается через звенья 7, 9, 12, гидравлическая мощность направлена через звенья 7, 8, 9, 11, 14, 25, 24, 21 гидромашин 5, 4, звенья 19, 20, 10. С увеличением рабочего объема гидромашины 5 происходит рост гидравлического потока мощности и уменьшение механического потока. После достижения гидромашиной 5 максимального объема производится регулирование гидромашины 4 путем уменьшения ее рабочего объема от максимального до нулевого значения, что приводит к замедлению вращения гидромашины 5 и звена 11 и к увеличению скорости вращения центрального колеса 12 и кинематически связанного с ним выходного вала 3. Происходит дальнейшее увеличение передаточного отношения. При максимальном передаточном отношении, когда рабочий объем гидромашины 4 равен нулю, центральное колесо 11 и связанная с ним гидромашина 5 находятся в неподвижном состоянии, а вся мощность передается механическим путем через планетарный механизм.
На втором диапазоне II включена муфта 15 и соединение валов 2 и 3 происходит через зубчатые колеса 26, 27, а на диапазоне заднего хода III включена муфта 17 и соединение валов 2 и 3 происходит через зацепляющиеся зубчатые колеса 30, 31, 32. Работа бесступенчатой передачи и переключение муфт 13 и 14 происходит так же, как и на первом диапазоне. Применение двух и более диапазонов позволяет использовать зоны бесступенчатого регулирования с оптимальными характеристиками в широком диапазоне рабочих скоростей, при этом снижается нагруженность гидромашин и повышается общий КПД.
Разделение мощности на механический и гидравлический потоки и отсутствие циркуляции мощности на всех режимах обеспечивает снижение нагрузок на гидромашинах 4, 5 в 3-4 раза, уменьшается давление в гидрообъемной передаче и повышается КПД, который приближается к КПД механических передач. На режимах нулевой гидравлической мощности, когда остановлена одна из гидромашин и вся мощность передается механическим путем, КПД бесступенчатой трансмиссии может превышать КПД аналогичных механических передач. Кинематика четырехзвенного планетарного механизма с парными зацепляющимися сателлитами 8 и 9 устроена таким образом, что достигается равномерное распределение гидравлической мощности между режимами А1 и В, кроме того, установлены новые рациональные связи между гидромашинами и звеньями планетарного механизма. Все это обеспечивает снижение гидравлической мощности до 20-25% от передаваемой мощности, в результате чего уменьшается вес, габариты и повышается КПД заявляемой передачи.
Формула изобретения
Гидромеханическая трансмиссия, содержащая входной и выходной валы, две гидравлически связанные регулируемые гидромашины, четырехзвенный планетарный механизм, включающий водило с сателлитами, два центральных колеса с наружными зубьями и центральное колесо с внутренними зубьями, управляемые муфты и зубчатые передачи, при этом первая гидромашина кинематически связана через зубчатую передачу с первым центральным колесом с наружными зубьями, вторая гидромашина соединена через первые зубчатую передачу и управляемую муфту с центральным колесом с внутренними зубьями, отличающаяся тем, что планетарный механизм содержит парные зацепляющиеся сателлиты, вторая гидромашина соединена через вторые зубчатую передачу и управляемую муфту со вторым центральным колесом с наружными зубьями, входной вал связан с водилом планетарного механизма, выходной вал кинематически соединен с центральным колесом с внутренними зубьями.
РИСУНКИРисунок 1
