Система трансмиссии с бесступенчатым изменением передаточного отношения

Система трансмиссии с бесступенчатым изменением передаточного отношения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к системам трансмиссии с бесступенчатым изменением передаточного отношения.

Известны системы трансмиссии с бесступенчатым изменением передаточного отношения, содержащие входной и выходной валы и узел бесступенчатого изменения передаточного отношения (известный как вариатор), соединенный с ведущим валом системы и имеющий выходной вал вариатора. Объединяющий планетарный редуктор приводится от входного вала системы и входного вала вариатора. Путем соответствующего применения муфт или других тормозящих элементов система может работать в режиме высокого передаточного отношения или низкого передаточного отношения. Примеры таких трансмиссий, раскрывающие конструкции, имеющие соосные входной и выходной валы системы, можно найти в патентных публикациях JP-A-6-174033 и JP-A-62-255655.

При зацеплении шестерен неизбежно возникают небольшие потери мощности. Таким образом, для достижения максимальной эффективности желательно уменьшить количество зацеплений зубчатых колес, особенно в объединяющем планетарном редукторе, где потери, по существу, могут увеличиваться при работе в режиме «рециркуляции мощности».

В нашей параллельной заявке на патент Великобритании 0212186,1 эта проблема решается путем создания объединяющего планетарного редуктора, который содержит входное центральное зубчатое колесо, соединенное с возможностью привода с выходным валом вариатора, водило планетарного ряда, соединенное с возможностью привода с входным валом системы, и первый сателлит, установленный на водиле и зацепляющийся с возможностью привода с входным центральным зубчатым колесом. Первый сателлит приводит первый промежуточный выходной вал, расположенный соосно с входным валом системы, и выполнен с возможностью выборочного соединения с выходным валом системы через первую муфту. Дополнительно, первый сателлит передает вращение на второй планетарный редуктор, выход которого выполнен с возможностью выборочного соединения с выходным валом системы через тормозной элемент.

В этой трансмиссии вариатор является компонентом, обладающим самой низкой эффективностью, но он позволяет оптимизировать работу двигателя за счет согласования передаточного отношения, что в результате повышает общую экономичность. Однако при максимальной мощности это невозможно, поскольку это происходит только при одной частоте вращения двигателя. Если потеря мощности является важным фактором, возможно, имеет смысл пожертвовать бесступенчатым изменением передаточного отношения для получения наилучшей эффективности за счет устранения влияния вариатора и его эксплуатации при фиксированном передаточном отношении.

Общим результатом является потенциальное недопущение небольшого уменьшения максимальной скорости автомобиля, на котором установлена такая трансмиссия.

Согласно первому объекту настоящего изобретения создана многорежимная система трансмиссии с бесступенчатым изменением передаточного отношения, содержащая входной вал системы и выходной вал системы; трансмиссионный узел с бесступенчатым изменением передаточного отношения (вариатор), соединенный с входным валом системы и имеющий выходной вал вариатора; выходной вал вариатора, который выполнен с возможностью выборочного соединения с выходным валом системы через первую муфту; объединяющий планетарный редуктор, имеющий входы, соединенные с возможностью привода с выходным валом вариатора и входным валом системы, и выход, выполненный с возможностью выборочного соединения с выходным валом системы через первый тормозной элемент; и второй тормозной элемент, выполненный с возможностью запирания выхода объединяющего планетарного редуктора в неподвижном положении.

Предпочтительно, входной вал системы, выходной вал системы и вариатор расположены соосно друг с другом и со вторым планетарным редуктором, содержащим второе входное центральное зубчатое колесо, приводимое выходным валом объединяющего планетарного редуктора, причем второй тормозной элемент выполнен с возможностью выборочного запирания входного центрального зубчатого колеса второго планетарного редуктора в неподвижном положении.

Предпочтительно, система трансмиссии содержит промежуточные зубчатые передачи, соединяющие объединяющий планетарный редуктор и входное центральное зубчатое колесо второго планетарного редуктора.

Предпочтительно, второй планетарный редуктор содержит второе центральное зубчатое колесо, зацепляющееся с сателлитом.

Предпочтительно, центральное зубчатое колесо удерживается неподвижным относительно кожуха трансмиссии, причем первый тормозной элемент содержит средство муфты для выборочного соединения выходного вала второго планетарного редуктора с выходным валом системы.

Согласно второму объекту настоящего изобретения создан способ работы системы трансмиссии согласно настоящему изобретению, при котором

определяют состояние, при котором выход вариатора соединен с выходным валом системы через первую муфту и при котором выход объединяющего планетарного редуктора по существу неподвижен; и

включают второй тормозной элемент для запирания выхода объединяющего планетарного редуктора в неподвижном положении.

Ниже следует описание, исключительно в качестве примера, конкретного варианта настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - общая иллюстрация настоящего изобретения и

фиг.2 - схема варианта воплощения трансмиссии согласно настоящему изобретению.

Как показано на фиг.1, система трансмиссии с бесступенчатым изменением передаточного отношения содержит входной вал I системы и выходной вал О системы. Между входным валом I и выходным валом О системы установлен вариатор V, предпочтительно известного типа, такого как вариатор с тороидальной рабочей поверхностью колес с фрикционными роликами, и муфта Н высокого передаточного отношения. Входной вал I трансмиссии и выходной вал вариатора V также соединены с объединительным планетарным редуктором Е, выходной вал которого выполнен с возможностью выборочного соединения с выходным валом О трансмиссии через муфту L низкого передаточного отношения.

Однако следует также отметить, что выходной вал планетарного редуктора Е также может запираться относительно кожуха 40 трансмиссии посредством еще одного тормозного элемента в форме муфты В.

Одним признаком выходного вала объединяющего планетарного редуктора Е является то, что при определенном передаточном отношении вариатора выходной вал планетарного редуктора Е неподвижен (состояние, которое, когда трансмиссия находится в режиме низкого передаточного отношения, известно в отрасли как «зацепленная нейтраль»). Общий принцип настоящего изобретения заключается в том, что при включении муфты Н режима высокого передаточного отношения и выключении муфты L низкого передаточного отношения (т.е. когда трансмиссия находится в режиме высокого передаточного отношения) выходной вал планетарного редуктора Е непосредственно отслеживается, и когда обороты выходного вала планетарного редуктора Е равны нулю или близки к нулю, включается дополнительная муфта В, которая запирает выходной вал планетарного редуктора, не давая ему вращаться. Запирающая муфта В предотвращает уход вариатора от заданного передаточного отношения, что привело бы к состоянию зацепленной нейтрали, если муфта режима низкого передаточного отношения включена.

Конструкция, показанная на фиг.2, более подробно иллюстрирует один из вариантов настоящего изобретения.

Система трансмиссии с бесступенчатым изменением передаточного отношения содержит вариатор V, относящийся к известному типу вариаторов с тороидальной рабочей поверхностью колес с фрикционными роликами, имеющему два диска 10 с тороидальными рабочими поверхностями, которые установлены по одному на каждом конце устройства, и пару подобных выходных дисков 12, каждый из которых обращен к соответствующему входному диску 10, и вращающихся один с другим. Между обращенными друг к другу рабочими поверхностями входных и выходных дисков 10, 12 установлен ряд роликов 14 для передачи вращения от входных дисков 10 к выходным дискам 12 с передаточным отношением, которое меняется посредством наклона роликов 14.

Входные диски 10 соединены с входным валом 16 системы и приводятся от него. Выход вариатора осуществляется через трубчатый выходной вал 18 вариатора, который расположен соосно с входным валом 16. Конец вала 18, удаленный от вариатора V, приводит центральное зубчатое колесо S1 первого объединяющего планетарного редуктора Е1. Водило С1 планетарного редуктора Е1 соединено с входным валом 16 и приводится им, а также соединено с внутренним из двух входных дисков 10 вариатора. На водиле С1 установлены входные сателлиты Р1, которые находятся в зацеплении с центральным зубчатым колесом S1 и приводятся им. Каждый из сателлитов Р1 установлен на водиле С1 на соответствующем валу 20, на котором дополнительно установлены первый и второй выходные сателлиты РХ1 и PY1. Выходной сателлит РХ1 идентичен сателлиту Р1 и передает суммированный выход редуктора Е1 через выходное центральное зубчатое колесо S2 (того же размера, что и входное центральное зубчатое колесо S1) на промежуточный выходной вал 22, установленный соосно с входным валом 16 системы. Вращение от промежуточного выходного вала может выборочно передаваться через муфту Н режима высокого передаточного отношения на выходной вал 24 системы.

Выходной сателлит PY1 имеет меньший диаметр, чем сателлиты Р1 и РХ1, и находится в зацеплении с шестерней 26, образованной на одном конце трубчатого промежуточного выходного вала 28, установленного соосно с выходным валом 16. Противоположные концы этого промежуточного выходного вала также снабжены шестерней 30, имеющей диаметр меньший, чем диаметр шестерни 26. Шестерня 30 находится в зацеплении с имеющими больший диаметр сателлитами Р2 второго простого реверсирующего планетарного редуктора D2. Сателлиты Р2 установлены на водиле С2, которое соединено со вторым трубчатым промежуточным выходным валом 32, установленным соосно с выходным валом 16 системы и, в свою очередь, соединенным с выходным валом 24 системы.

Каждый сателлит Р2 второго планетарного редуктора расположен на одном конце соответствующего вала 34, установленного на водиле С2. На противоположном конце каждого вала 34 установлен еще один сателлит РХ2 меньшего диаметра, который находится в зацеплении с центральным зубчатым колесом 36, жестко соединенным с кожухом 40 трансмиссии. Вращение второго трубчатого промежуточного выходного вала 32 непрерывно отбирается от водила С2 и выборочно передается на выходной вал 24 системы через муфту L режима низкого передаточного отношения.

Кроме того, следует отметить, что трубчатый промежуточный выходной вал 28 можно выборочно тормозить относительно кожуха 40 трансмиссии, упомянутой выше дополнительной муфтой В.

Трансмиссия может работать в одном из трех режимов, а именно: в режиме с высоким передаточным отношением, в режиме с низким передаточным отношением и в синхронном режиме.

В режиме с высоким передаточным отношением муфта Н режима с высоким передаточным отношением включена, а муфта L режима с низким передаточным отношением выключена. Это обеспечивает передачу выхода первого объединяющего планетарного редуктора, образованного шестернями РХ1 и S2 и водилом С1, который получает на входе вращение как от входного диска 10, так и от выходного диска 12 вариатора V, на выходной вал 24 системы от выходных сателлитов РХ1 первого планетарного редуктора Е1, через выходное центральное зубчатое колесо S2, промежуточный выходной вал 22 и муфту Н режима с высоким передаточным отношением.

Выход другого выходного сателлита PY1 первого объединяющего планетарного редуктора Е1 также передается на второй планетарный редуктор Е2. Этот выход не передается на водило С2 в режиме с высоким передаточным отношением, потому что муфта L режима с низким передаточным отношением выключена.

Однако, как было описано выше, для определенного состояния трансмиссии (известного как «зацепленная нейтраль») трубчатый промежуточный выходной вал 28 (т.е. второй выход объединяющего планетарного редуктора Е1) не вращается. Настоящее изобретение использует преимущество этой ситуации путем обнаружения состояния зацепленной нейтрали и включения муфты В для запирания промежуточного вала 28 относительно кожуха 40 трансмиссии в состоянии, в котором второй выход объединяющего планетарного редуктора, образованного шестернями S1, P1, PY1 и 26 и водилом С1, является неподвижным.

В результате этого, вариатор эффективно запирается на фиксированном передаточном отношении, соответствующем зацепленной нейтрали. Тогда, от входного вала 16 мощность передается с фиксированным передаточным отношением через первый объединяющий планетарный редуктор, образованный водилом С1 и парами зубчатых колес S2/PX1 и 26/PY1.

В режиме с низким передаточным отношением муфта Н режима с высоким передаточным отношением выключена, а муфта L режима с низким передаточным отношением включена. Выключение муфты Н режима с высоким передаточным отношением изолирует выходной вал 24 системы от выходного сателлита РХ1 объединяющего планетарного редуктора Е1. Кроме того, включение муфты L режима с низким передаточным отношением позволяет вращение выхода первого объединяющего планетарного редуктора Е1, подаваемое на второй планетарный редуктор Е2, передавать на водило С2 второго планетарного редуктора Е2 за счет реактивной силы от кожуха 40 трансмиссии. Затем вращение передается на второй трубчатый промежуточный выходной вал 32 и от него - на выходной вал 24 системы.

Переход с режима с низким передаточным отношением на режим с высоким передаточным отношением, и наоборот может выполняться в так называемом «синхронном режиме», в котором, трансмиссия работает в состоянии, при котором промежуточный выходной вал 22, ведущий от объединяющего планетарного редуктора Е1, и второй трубчатый промежуточный выходной вал 32, ведущий от второго планетарного редуктора Е2, вращаются с одинаковой (или очень близкой) частотой. Для того чтобы изменить режим, включают муфту нового режима, в результате чего в течение короткого времени муфты обоих режимов остаются включенными, и муфту старого режима затем выключают.

Следует отметить, что в режиме с низким передаточным отношением единственными шестернями, находящимися в активном зацеплении в объединяющем планетарном редукторе Е1, являются сателлиты Р1 и PY1, тем самым минимизируя потери, которые возникают в объединяющем планетарном редукторе, особенно в режиме рециркуляции мощности. В режиме с высоким передаточным отношением количество зацеплений не превышает это количество в трансмиссиях согласно предшествующему уровню техники. Однако следует также отметить, что настоящее изобретение позволяет использовать объединяющий планетарный редуктор Е1, который не имеет кольцевых шестерен или зубчатых венцов. Это не только снижает вес трансмиссии, но и обеспечивает бульшую гибкость при выборе относительных размеров сателлитов Р1, РХ1 и PY1. Это, в свою очередь, позволяет снизить частоту вращения деталей и уменьшить количество зацеплений до минимума.

Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничено деталями вышеописанного варианта.

1. Многорежимная система трансмиссии с бесступенчатым изменением передаточного отношения, содержащая входной вал системы и выходной вал системы, трансмиссионный узел с бесступенчатым изменением передаточного отношения (вариатор), соединенный с входным валом системы и имеющий выходной вал вариатора, который выполнен с возможностью выборочного соединения с выходным валом системы через первую муфту, объединяющий планетарный редуктор, имеющий входы, соединенные с возможностью привода с выходным валом вариатора и входным валом системы, и выход, выполненный с возможностью выборочного соединения с выходным валом системы через первый тормозной элемент, и второй тормозной элемент, выполненный с возможностью запирания выхода объединяющего планетарного редуктора в неподвижном положении.

2. Система по п.1, в которой входной вал системы, выходной вал системы и вариатор расположены соосно друг с другом и со вторым планетарным редуктором, содержащим второе входное центральное зубчатое колесо, приводимое выходным валом объединяющего планетарного редуктора, причем второй тормозной элемент выполнен с возможностью выборочного запирания второго центрального зубчатого колеса второго планетарного редуктора в неподвижном положении.

3. Система по п.2, в которой второй планетарный редуктор содержит второе центральное зубчатое колесо, зацепляющееся с сателлитом.

4. Система по п.3, в которой второе центральное зубчатое колесо удерживается неподвижным относительно кожуха трансмиссии, причем первый тормозной элемент содержит средство муфты для выборочного соединения выхода второго планетарного редуктора с выходным валом системы.

5. Система по п.2, содержащая промежуточные зубчатые передачи, соединяющие объединяющий планетарный редуктор и входное центральное зубчатое колесо второго планетарного редуктора.

6. Система по п.5, в которой второй планетарный редуктор содержит второе центральное зубчатое колесо, зацепляющееся с сателлитом.

7. Система по п.6, в которой второе центральное зубчатое колесо удерживается неподвижным относительно кожуха трансмиссии, причем первый тормозной элемент содержит средство муфты для выборочного соединения выхода второго планетарного редуктора с выходным валом системы.

8. Способ работы системы трансмиссии по любому из предшествующих пунктов, при котором определяют состояние, при котором выход вариатора соединен с выходным валом системы через первую муфту и при котором выход объединяющего планетарного редуктора по существу неподвижен и включают второй тормозной элемент для запирания выхода объединяющего планетарного редуктора в неподвижном положении.