Непрерывно изменяемое передаточное число

Непрерывно изменяемое передаточное число

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к механической коробке передач с непрерывно изменяемым передаточным числом, что обеспечивается посредством использования соответствующей комбинации последовательности механизмов, раскрытых в этом описании, в которой объединяется действие вариатора скорости с различными фиксированными передаточными числами и механизмов дифференциала так, чтобы мощность, которая циркулирует через вариатор скорости, можно было понизить до желательной степени. Кроме того, описано, каким образом можно достигнуть этого при минимальном количестве компонентов и так, чтобы мощность передавалась, насколько это возможно, прямо от ведущего вала на ведомый вал, также обеспечивая передачу вращающего момента на ведомый вал без перерыва в любое время.

Когда механическую мощность вращения при определенной угловой скорости ω1 преобразуют в другую мощность при другой угловой скорости ω2, частное между этими значениями называют передаточным числом. Механизмы изменения скорости, или бесступенчатая передача, должны изменять передаточное число непрерывно и поступательно.

Бесступенчатые передачи могут быть классифицированы на три большие группы:

A) Механизмы, которые передают вращение прямо от ведущего вала на ведомый вал через промежуточный элемент, который под действием трения приводится ведущим валом и, в свою очередь, приводит ведомый вал; эта группа включает вариаторы скорости на основе клинового ремня, тороидальные вариаторы, конические роликовые вариаторы, и т.д.;

B) Системы, которые преобразуют механическую мощность вращения ведущего вала в другую форму энергии, которой проще управлять, и затем снова преобразуют ее в механическую мощность вращения на ведомом валу; эта группа включает гидростатические вариаторы, инверторы крутящего момента, пары электрических машин, одна из которых работает как генератор и другая как двигатель, системы, которые преобразуют вращательное движение в другое колебательное движение и затем из него снова генерируют вращательное движение;

C) Системы, которые объединяют механизмы предыдущих групп с одним или несколькими механизмами дифференциала.

Механизмы группы А обеспечивают непрерывное последовательное изменение передаточного числа от минимального значения до максимального значения того же знака, то есть они не позволяют изменять направление вращения на обратное, поскольку при переходе через нулевое передаточное число элемент трения должен обеспечивать привод одного из валов с нулевым радиусом и с бесконечным напряжением; при этом на практике существует минимум, близко к которому элемент трения начинает проскальзывать, и механизм прекращает работу. При этом обеспечивается плохой выход энергии по сравнению с этим показателем для зубчатых передач из-за наличия элемента трения.

Механизмы группы В, если они правильно разработаны, позволяют изменять направление вращения на обратное, но также имеют плохой механический выход по сравнению с зубчатыми передачами вследствие того, что при каждом преобразовании энергии в другую форму накапливаются потери.

Механизмы группы С, то есть комбинация одного или нескольких механизмов дифференциала с вариатором скорости, используются с двумя возможными целями: получить механизм, который позволяет изменять на обратное направление вращения вариатора, начиная от вариатора, который изначально не позволяет это. Благодаря разделению мощности на две части, одну из которых передают через вариатор, и другую через шестерни, обеспечивают возможность использования вариатора с меньшими размерами и большим механическим выходом механизма в целом.

Эти механизмы, в свою очередь, могут быть классифицированы на две подгруппы: те, что просто объединяет вариатор с одним или несколькими дифференциалами, и те, в которых добавлено внешнее переключение передачи, чтобы увеличить диапазон изменения основного механизма.

Среди механизмов, ограниченных объединением вариатора с дифференциалом, есть несколько патентов, которые раскрывают способ понижения мощности, передаваемой вариатором, например US 1762199; эти механизмы известны как механизмы "с разделением мощности". В других патентах, таких как, например, US 1833475, FR 091705, US 2745297, ES 2142223, раскрыты механизмы, которые позволяют изменять направление вращения на обратное, эти механизмы известны как механизмы "с рециркуляцией мощности".

Одни из этих патентов отличаются от других типом вариатора, типом дифференциала и передач, используемых для их соединения.

Невозможно обеспечить оба эффекта одновременно. Механизмы, которые изменяют направление вращения на обратное ("с рециркуляцией мощности"), усиливают мощность, которая циркулирует через вариатор; механизмы, которые понижают мощность, которая циркулирует через вариатор ("с разделением мощности"), не позволяют изменять направление вращения на обратное.

Механизмы, такие как раскрытые в предыдущих патентах, обеспечивают достижение общего передаточного числа механизма в функции передаточного числа вариатора в соответствии с уравнением:

τ=a+b·r

r_min≤r≤r_max

где:

τ - общее передаточное число механизма, то есть угловая скорость ведомого вала, разделенная на угловую скорость ведущего вала.

r - передаточное число вариатора скорости; это передаточное число изменяется между минимальным значением r_min и максимальным значением r_mах, оба с одним знаком, когда вариатор не имеет характеристики, обеспечивающей возможность изменения направления вращения на обратное.

а и b - константы, которые зависят от фиксированных передаточных чисел, характеристик дифференциала и способа соединения разных компонентов.

В этих условиях мощность, передаваемая вариатором, постоянно представляет собой функцию передаточного числа механизма, если константы а и b выбраны так, чтобы в точке, в которой эта мощность является максимальной, ее значение было минимально возможным, так чтобы:

Для механизмов с вариатором группы А:

И для механизмов с вариатором группы В:

где:

γ_max - фракция мощности, передаваемая механизмом, которая проходит через вариатор, то есть мощность, передаваемая вариатором, разделенная на полную мощность, передаваемую механизмом, когда передаточное число делает это значение максимальным.

β - степень изменения передаточного числа механизма, то есть максимальное передаточное число, которое может быть получено, разделенное на минимальное его значение.

rang - диапазон изменения вариатора, то есть r_max/r_min.

Также были предложены механизмы, которые объединяют два или больше дифференциалов с вариатором и большим или меньшим количеством модулей передаточных чисел промежуточного вала между этими элементами; примеры механизма этого типа раскрыты в патентах US 2384776, US 4936165, ES 2190739, где на фигурах 17, 18 и 19 представлены блок-схемы этих механизмов, соответственно предложенные в каждом из указанных патентов. Все они позволяют получать общее передаточное число механизма в соответствии с передаточным числом вариатора, таким как:

где τ - общее передаточное число механизма, r - передаточное число вариатора и а, b, с, и d принимают значения в соответствии с характеристиками передаточных чисел промежуточного вала и дифференциалов.

Несмотря на преимущества по сравнению с механизмами, в которых используют один дифференциал, эти механизмы имеют недостаток, связанный с потерями, возникающими на промежуточных валах.

Известно решение, в котором устранены промежуточные валы и которое раскрыто в патенте US 6595884 (блок-схема механизма, заявленного в нем, показана на фиг.20). Несмотря на устранение промежуточных валов этот механизм также имеет недостаток, связанный с тем, что только часть мощности передается прямо от ведущего вала на ведомый вал, пересекая один дифференциал, остальная часть должна пересечь два дифференциала, что означает накопление потерь.

Механизмы, в которых добавлено внешнее переключение передачи, позволяют расширить полную степень изменения передаточного числа механизма, и аналогично они должны понижать степень изменения передаточного числа основного механизма до минимума, что означает, что при соответствующем выборе компонентов фракцию мощности, которая циркулирует через вариатор, можно понизить, насколько это желательно, добавляя достаточное количество шестерен во внешнем переключении передач.

Были раскрыты две формы увеличения диапазона с помощью внешнего переключения передачи, первая раскрыта в патенте US 5167591, работа которой может быть кратко описана следующим образом. Предположим, что начинают с минимального передаточного числа, если оно вначале поступательно изменяется до максимума, в этой точке передачу разъединяют посредством сцепления, в течение этого разъединения передаточное число изменяется до минимального значения и включается следующая передача, после чего цикл повторяется.

Недостаток этой системы состоит в том, что во время переключения передачи система какое-то время остается отсоединенной (от коробки передач); этим временем нельзя пренебречь, поскольку вариатор должен перейти от своего максимального передаточного числа до минимума или, наоборот, до того, как его можно будет повторно соединить (включить передачу); с другой стороны, это решение позволяет разработать систему с любым желаемым количеством передач и обеспечить возможность любой последовательности переключения между ступенями передачи.

Другое решение раскрыто в патенте US 5643121; идея состоит в поочередном соединении одного из двух валов дифференциала с ведомым валом (третий вал представляет собой вход механизма), при этом во время чередования изменяется передаточное число. Передаточные числа определены так, чтобы в течение перехода оба передаточных числа можно было поддерживать в зацеплении посредством одновременного использования разных сцеплений (синхронное переключение), что означает, что время перехода может быть незначительным и, кроме того, передача мощности на ведомый вал не будет потеряна во время переключения. Система будет также функционировать, если ведущий вал поменять с ведомым и наоборот. Могут быть подключены больше чем две ступени передачи (как описано в патенте), они все еще остаются взаимозависимыми, и система может быть оптимизирована только для первых двух.

Таким образом, в системе с двумя ступенями передачи такой как, например, представлена в патентах, через вариатор может быть получена степень изменения 6,25=2,5² при одинаковой максимальной фракции мощности вместо степени изменения 2,5 (71,4%). Но при увеличении количества ступеней передачи до бесконечности можно получить только 50% понижение фракции мощности, передаваемой через вариатор.

В патенте US 5643121 также раскрыта форма переключения направления вращения на обратное, для чего добавлен второй дифференциал; этот второй дифференциал работает вхолостую во всех режимах кроме режимов, в которых разрешено изменение направления вращения, при этом второй дифференциал вычитает скорости двух рычагов первого дифференциала, что позволяет изменять передаточное число от положительного значения до отрицательного значения с проходом через нуль. Во время режима, в котором разрешено изменение направления вращения на обратное, система соответствует схеме, такой как представлена на фиг.21. Входная мощность проходит на выход, пересекая два дифференциала и с рециркуляцией через вариатор.

Все эти системы требуют для их выполнения системы управления, которая начиная с требуемого в любой момент времени передаточного числа воздействует на элемент вариатора. Это воздействие выполняется с использованием механизмов, приводимых в действие электродвигателями или пневматическими или гидравлическими цилиндрами, и т.д.

Техническая проблема, связанная с механизмами изменения скорости, состоящими из вариатора и дифференциалов, состоит в сокращении до минимума мощности, которая циркулирует через элемент изменения скорости, с одновременным получением широкого диапазона изменения скорости во всем механизме с возможным изменением направления вращения на обратное.

Аналогично задача изобретения состоит в том, чтобы свести к минимуму количество шестерен, режимов или ступеней передачи.

Также предпочтительно, чтобы переключение с одной ступени передачи на другую выполнялось без разъединения механизма, то есть без остановки передачи вращающего момента на ведомый вал.

Также предпочтительным является возможность передачи мощности от ведущего вала на ведомый вал, насколько это возможно, прямо, по возможности не пересекая передачи промежуточного вала, и если возможно, с прохождением через один дифференциал.

Настоящее изобретение решает проблему, представленную комбинацией нововведений относительно текущего уровня техники, описанного ниже.

Механизм, схема которого представлена на фиг.1, состоит из двух дифференциалов (Da и Db) и вариатора (V) скорости. Как ведущий вал (вал i), так и ведомый вал (вал о) одновременно соединены с одним из валов каждого из дифференциалов Da и Db, в то время как вариатор включен между валом дифференциала Da, не соединенным с входом, или ведомым валом (валом 6), и валом Db дифференциала, не соединенным с входом, или ведомым валом (валом 7).

Этот механизм позволяет получить следующее общее передаточное число механизма в соответствии с передаточным числом вариатора:

где τ - общее передаточное число механизма, r - передаточное число вариатора и а, b, с, и d принимают следующие значения:

а	-Db
b	Da
с	-Db·(1-Da)
с	Da·(1-Db)

где Da - передаточное число между валом 6 и ведущим валом, которое было бы у дифференциала Da, если бы ведомый вал был заблокирован, и Db - передаточное число, которое было бы у дифференциала Db между ведущим валом и валом 7, если бы ведомый вал был заблокирован.

В этом механизме посредством соответствующего выбора Da и Db достигается то, что максимальная мощность, проходящая через вариатор, не превышает:

В случае использования вариаторов группы А и максимальной мощности:

В случае использования вариаторов, которые позволяют изменять направление вращения на обратное.

Кроме того, здесь отсутствуют промежуточные валы, и выход не снижается из-за наличия двух дифференциалов вместо одного, так как входная мощность разделяется, при этом одна часть проходит через один из дифференциалов, и остальная - через другой, потери энергии в данном случае не больше, чем если бы использовался один дифференциал.

Такие два дифференциала действуют симметрично, при этом существуют режимы, в которых большинство мощности проходит через Da и остальная ее часть через Db, и наоборот, существует также режим, в котором она точно разделена по 50%.

Следующий элемент, включенный в соответствии с настоящим изобретением, представляет собой многоступенчатый механизм, схема которого представлена на фиг.2. Этот механизм увеличивает диапазон изменения основной части системы.

Такой механизм состоит из основной части, представленной черным ящиком, обозначенным символом V, который представляет собой реверсивный механизм изменения скорости с ведущим валом i и ведомым валом о; эта основная часть может быть выполнена в соответствии с описанной выше системой или с использованием любой другой известной системы. Механизм имеет четыре множества передаточных чисел, модули R_2n, R_2n+i, S_2n и S_2n+i передаточных чисел, при этом ведущий вал механизма i' поочередно соединяют с ведущим валом i основной части и с его ведомым валом о, в то время как ведомый вал механизма о' поочередно соединяют с ведомым валом о основной части и с ведущим валом i'. Этот механизм работает следующим образом: Вначале ведущий вал i' соединяют через первый модуль передаточного числа R_o с валом i и ведомый вал о' соединяют через S₀ с валом о, вариатор V изменяет свое передаточное число от τ_min до τ_mах, в этой точке R₁ и S₁ соединены и R₀ и S₀ разъединены, вариатор V снова изменяет свое передаточное число от τ_mах до τ_min в точке, когда R₂ и S₂ соединены, и так далее. Передаточные числа выбираются следующим образом:

R_2n=R₀·β_n

S_2n=S₀·β_n

R_2n+l=R₀·β_nτ_max

S_2n+i=S₀·β_n-τ_min

где:

Переключения могут быть выполнены при поддержании этих четырех передаточных чисел соединенными одновременно.

В этом механизме получена следующая полная степень изменения:

β¹=β^m

где m - количество ступеней передачи. Этот механизм гарантирует передачу вращающего момента в течение переключения и позволяет понизить для всего механизма степень изменения передаточного числа основной части, насколько это требуется.

В данном механизме предпочтительно, чтобы основная часть была сформирована из механизма в соответствии со схемой по фиг.1, поскольку она обеспечивает наименьшее количество возможных ступеней передачи и максимальный выход для данного вариатора, но также возможно воплотить основную часть в соответствии с любой другой известной системой и получить преимущество увеличения диапазона изменения.

В механических коробках передач с непрерывно изменяемым передаточным числом различают две рабочие зоны: зона нижнего диапазона и зона высокого диапазона. Так как эти системы позволяют получать передаточное число, равное нулю, вращающий момент на выходе может быть увеличен до очень высокого значения (теоретически до бесконечности, если бы механический выход был 100%); поэтому существует зона передаточного числа, близкого к нулю, в которой необходимо ограничить вращающий момент, который механизм прикладывает к ведомому валу. Эта зона представляет собой зону нижнего диапазона, а другие передаточные числа - зону высокого диапазона. Зона нижнего диапазона более точно определена как

-τ_eq≤τ≤τ_eq

где τ_eq - передаточное число, которое ограничивает зону нижнего диапазона и зону высокого диапазона. T_{mах eng} - максимальный вращающий момент, который может передать двигатель, который будет соединен с входом механизма. Т_{mах mec} - максимальный вращающий момент, разрешенный на выходе механизма.

В зоне нижнего диапазона мощность, которая проходит через механизм, меньше, чем номинальная мощность двигателя, она линейно понижается от 100% в соответствии с передаточным числом, которое ограничивает нижний диапазон и высокий диапазон, устанавливаясь в нуль при нулевом передаточном числе.

Анализ математических выражений, которые определяют мощность, проходящую через вариатор в зоне нижнего диапазона и в зоне высокого диапазона, демонстрирует, что для многоступенчатой системы, работающей в зоне высокого диапазона, оптимально распределение ступеней передачи для последовательности передаточных чисел, которые следуют в геометрической прогрессии, в то время как в зоне нижнего диапазона оптимальное распределение представляет собой последовательность, которая следует в арифметической прогрессии.

Все известные многоступенчатые системы, которые непрерывно передают вращающий момент на ведомый вал, как и описанная выше, генерируют последовательность ступеней передачи, которые следуют в геометрической прогрессии.

Ниже описаны два механизма, решающие задачи настоящего изобретения, которые генерируют последовательность ступеней передачи, которые могут следовать в арифметической прогрессии, и по этой причине они предпочтительно предназначены для применения в зоне нижнего диапазона.

Механизм, схема которого представлена на фиг.3, состоит из двух дифференциалов Dc и Dd и вариатора V скорости, который обеспечивает возможность вращения в обратном направлении (или, по меньшей мере, остановки) любого из этих двух валов во время вращения другого вала. Ведущий вал i соединен с одним из валов дифференциала Dc, и ведомый вал соединен с одним из валов дифференциала Dd. Вариатор скорости соединен между валом 6 и валом 7, в то время как между валами 8 и 7 возможно подключать и разъединять (посредством соответствующего механического соединения или сцеплениями) любой из множества модулей R_1i, передаточных чисел. Аналогично между валами 6 и 9 можно подключать и разъединять любое из множества модулей R_2j передаточных чисел. В качестве альтернативы они могут также быть соединены в соответствии со схемами, такими как представлены на фиг.7 и 8, единственное отличие которых состоит в том, что вариатор соединен между валами 8 и 6 в случае фиг.7 и между валами 7 и 9 в случае фиг.8.

Система работает следующим образом. Первоначально модули R₁₁ и R₂₁ передаточных чисел и вариатор соединены, и это изменяет его передаточное число от ∞ (вал 6 остановлен и вал 7 вращается со скоростью, приложенной дифференциалом Dc, и передаточным числом R до 0 (вал 7 остановлен и вал 6 вращается со скоростью, приложенной Dc), в этой точке оба вала 6 и 9 остановлены, модуль R₂₂ передаточного числа соединен, и модуль R₂₁ разъединен, вариатор затем снова изменяет свое передаточное число от 0 до ∞, в этой точке оба вала 8 и 7 остановлены, модуль R₁₂ соединен, и R₂₁ разъединен, и так далее.

В этих механизмах (для варианта по фиг.3) полученное передаточное число представляет собой:

Для механизма по фиг.7 (механизм по фиг.8 симметричен механизму по фиг.7 с изменением на обратное направления вращения ведущего вала для ведомого вала), передаточное число представляет собой:

где Dc - передаточное число, которое дифференциал Dc будет прикладывать между валами 6 и 8, если вал i заблокирован, и Dd - передаточное число, которое дифференциал Dd будет прикладывать между валами i и 7, если вал о заблокирован.

В обоих случаях, когда r равно нулю:

И когда r равно ∞:

Поэтому если требуется разработать систему, передаточные числа которой изменяются между:

Ступень передачи	Минимальное передаточное число	Максимальное передаточное число
1	τ1min	τ1max
2	τ1max	τ2mах
…	…	…
y	τy-1max	τ1max

при:

Достаточно выбрать:

R₂₁=R₂·τ_1min, R₁₁=R₁·τ_1max, R₂₂=R₂·τ_2mах

R₁₂=R₁·τ_3max, R₂₃=R₂·τ_4max, R₁₃=R₁·τ_5max

И так далее. В частности, в случае Dc=Dd, R1=R2=1, предыдущие выражения принимают вид:

R₂₁=τ_1min, R₁₁=τ_1max, R₂₂=τ_2mах, R₁₂=τ_3max, R₂₃=τ_4mах, R₁₃=τ_5mах.

Поэтому этот механизм позволяет получить многоступенчатую систему, которая может генерировать последовательности ступеней передачи, следующие с арифметической, геометрической или любой другой прогрессией. Тот факт, что обеспечивается возможность получить арифметическую прогрессию, делает его особенно предпочтительным для режима нижнего диапазона, и по этой причине его рассматривают как предпочтительный вариант применения, хотя его также можно использовать в режиме высокого диапазона или в обоих диапазонах одновременно.

Описанный выше механизм решает проблему получения арифметической прогрессии при минимальном количестве компонентов, но имеет недостаток, состоящий в том, что мощность целиком пересекает вначале дифференциал Dc и затем дифференциал Dd. Для вариантов применения, в которых требуется обеспечить больший выход при увеличении стоимости, ниже будет описан механизм, который также может обеспечить получение арифметической прогрессии.

Механизм, схема которого представлена на фиг.4, состоит из последовательности дифференциалов, вариатора, который обеспечивает возможность вращения в обратном направлении (или, по меньшей мере, остановки) любого из двух валов, в то время как другой вращается, и последовательности модулей R_j передаточных чисел; причем один из валов каждого дифференциала соединен с ведущим валом и другой из валов каждого дифференциала соединен с ведомым валом; валы нечетных дифференциалов, не соединенных с входом или выходом, могут быть соединены посредством сцепления или любого другого типа механического соединения с одним из валов вариатора (вал 6) через один из модулей R_2n+i передаточных чисел; валы четных дифференциалов, не соединенные с входом или выходом, могут быть соединены посредством сцепления или любого другого типа механического соединения с другим валом вариатора (вал 7) через один из модулей R_2n передаточных чисел.

Механизм работает следующим образом. Вначале дифференциалы D₁ и D₂ соединены с валами 6 и 7 соответственно через модули R₁ и R₂ передаточных чисел, вариатор изменяет свое передаточное число от 0 (когда вал 7 остается неподвижным, и вал 6 вращается со скоростью, приложенной D₁ и D₂) до ∞ (когда вал 6 остается неподвижным и скорость определяется D₁ и D₂), в этой точке D₃ соединен и D₁ разъединен, тогда вал 7 вращает вариатор, который изменяет свое передаточное число от ∞, пока снова не достигнет 0, когда D₄ соединен и D₂ разъединен.

Таким образом, чтобы одновременно поддерживать три дифференциала соединенными в течение короткого интервала времени во время переключения, необходимо выбрать передаточные числа R_i (для i больше 2) так, чтобы выполнялось следующее уравнение:

Значения R₁ и R₂ могут быть выбраны свободно, чтобы упростить для остальных получение самых соответствующих угловых скоростей разных валов механизма. Когда результат предыдущего выражения представляет собой отрицательную величину, это означает, что передаточное число должно изменить направление вращения на обратное.

В этом механизме полученное передаточное число представляет собой:

Где R_i - передаточное число между валом 6 и валом нечетного дифференциала, который не соединен с входом или с выходом, R_j - передаточное число между валом 7 и валом четного дифференциала, который не соединен с входом или выходом, D_i - передаточное число, которое нечетный дифференциал приложил бы между ведущим валом и ведомым валом, если бы вал, соединенный с вариатором, был остановлен, и D_j - передаточное число, которое четный дифференциал приложил бы между ведущим валом и ведомым валом, если бы вал, соединенный с вариатором, был остановлен.

Если требуется получить последовательность передаточных чисел:

[τ_1min, τ_1max], [τ_1max, τ_2min], [τ_2max, τ_3max] …,

достаточно выбрать:

D₁=τ_1min, D₂=τ_1max, D₃=τ_2max, D₄=τ_3max …

Если какое-нибудь значение равно 0, вместо дифференциала обеспечивается возможность прямого соединения вала 6 или 7 (в зависимости от того, является ли дифференциал нечетным или четным) с выходом через соответствующее передаточное число; на фиг.9 показан этот конкретный случай для дифференциала D₁, на первой ступени передачи вал 6 соединен прямо с выходом через модуль R₁ передаточного числа и вал 7 с дифференциалом D₂ через модуль R₂ передаточного числа.

Этот механизм, как и предыдущий, позволяет получить ступени передачи, соответствующие арифметической, геометрической или любым другим прогрессиям, поэтому его рекомендуют как для режимов нижнего диапазона, так и для высокого диапазона.

Во всех многоступенчатых механизмах каждая ступень передачи требует, по меньшей мере, установки одного модуля передаточного числа и поэтому по меньшей мере, одной пары зубчатых колес; когда эти механизмы должны пройти через нулевое передаточное число и изменить направление вращения на обратное, возможно уменьшить количество необходимых механизмов для генерирования ступени передачи в одном из направлений (например, обратном), пока оно совпадает с подмодулем другого направления (вперед), за счет снижения выхода в первом (обратном) направлении. Механизм, схема которого представлена на фиг.5, позволяет обеспечить возможность воспроизведения в обратном направлении всех или части ступеней передачи прямого направления. Прямоугольник V представляет многоступенчатый механизм (в предельном случае он может иметь только одну ступень передачи), который позволяет изменять передаточное число от нуля до определенного максимального значения, вал о может быть соединен с s' либо посредством прямого соединения, или через модуль передаточного числа, который изменяет направление вращения на обратное, когда механизм V достигает передаточного числа, равного нулю, и оба вала о и s' остановлены, передаточное число -1 соединено и прямое соединение разъединено, поэтому вариатор V изменяет свою функцию на обратную.

Объединяя преимущества каждого из предварительно описанных механизмов, может быть составлен такой механизм изменения скорости, который позволяет понижать мощность, циркулирующую через вариатор, настолько, насколько это желательно, при минимальном количестве ступеней передачи.

На схеме по фиг.6 представлен механизм, состоящий из трех модулей: высокого диапазона, низкого диапазона и инвертора. Модуль высокого диапазона получен с использованием механизма (основной части), такого, как показан на фиг.1, диапазон которого был расширен посредством механизма, такого, как представлен на фиг.2. Модуль нижнего диапазона получен посредством механизма, такого как представлен на фиг.3. Здесь используется один вариатор, который работает как в нижнем диапазоне, так и в высоком диапазоне. Наконец, инвертор позволяет получить передачу обратного хода, которая будет составлена теми же самыми шестернями, которые работают при вращении вперед, не дублируя ступени передачи других двух модулей.

Характеристики компонентов определены так, чтобы максимальное передаточное число модуля нижнего диапазона было больше или равно минимальному передаточному числу модуля высокого диапазона; таким образом, существует зона передаточного числа, в которой возможно одновременно активировать соединения или сцепления, которые соединяют оба модуля, и поэтому возможно пройти от нижнего диапазона до высокого диапазона и наоборот, не останавливая передачу вращающего момента на ведомый вал. Если параметры, кроме того, выбраны так, чтобы в точке этой зоны передаточное число вариатора модуля нижнего диапазона совпало с передаточным числом вариатора модуля высокого диапазона, то может быть построен механизм с одним вариатором для обоих модулей.

Схема на фиг.6 соответствует предпочтительному варианту применения для этой функции; в этом варианте выполнения найден компромисс между выходом и количеством компонентов, не исключающий все другие возможные комбинации, в частности:

- модуль нижнего диапазона построен с таким механизмом, как показан на фиг.4;

- инвертор отсутствует и механизм охватывает весь диапазон последовательными ступенями передачи;

- модуль нижнего диапазона отсутствует и вместо него используют сцепление или инвертор крутящего момента для перевода ведомого вала из состояния покоя до переходного передаточного числа и для работы от этой точки с модулем высокого диапазона;

- основная часть модуля высокого диапазона выполнена на основе любого механизма;

- модуль высокого диапазона отсутствует и механизм, такой как показан на фиг.3 или на фиг.4, охватывает весь диапазон степени изменения;

- расширение отсутствует и механизм состоит только из основной части модуля высокого диапазона;

- механизм нижнего диапазона содержит только одну ступень передачи.

Как пояснялось выше, настоящее изобретение позволяет при обоснованном количестве ступеней передачи уменьшить мощность, которая проходит через вариатор, до достаточно малых значений, что позволяет выполнить вариатор на основе пары электрических машин, одна из которых, произвольно, работает как двигатель и другая как генератор. Это соответствует предпочтительному варианту выполнения и даже без исключения возможности любого другого типа вариатора скорости имеет следующие преимущества:

a) Любой другой тип вариатора требует установки гидравлических, пневматических или электрических приводов для управления им, которые требуют использовать механические крепления и клапаны, которыми, в свою очередь, управляют с использованием электронных и силовых сигналов. Если вариатор выполнен на основе электрических машин, электронные и силовые сигналы непосредственно воздействуют на эти машины и все другие элементы исключаются.

b) В вариантах выполнения на транспортных средствах с тепловыми двигателями эти же электрические машины можно использовать как пусковой двигатель и генератор для заряда батареи, что фактически не приводит к добавлению дополнительных двух компонентов, но обеспечивает возможность лучшего использования компонентов, которые и так должны быть установлены.

Настоящее изобретение поясняется чертежами, причем представлено четыре класса чертежей: схемы, представляющие типовые механизмы, схемы, представляющие конкретные механизмы, блок-схемы и график угловой скорости. Фиг.1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 17, 18, 19 и 20 соответствуют схемам, представляющим типовые механизмы. Фиг.10, 12, 13, 14 и 15 соответствуют схемам, представляющим конкретные механизмы. На фиг.16 показана блок-схема. И на фиг.11 представлен график угловой скорости.

В схемах, представляющих типовые механизмы, использованы следующие условные обозначения: линия независимо от того, является ли она прямой, кривой или ломаной линией, обозначает вал, который может вращаться. Прямоугольник, из которого выходят две прямые линии, обозначает любой модуль передаточного числа (независимо от того, воплощен ли он на основе блока цилиндрических шестерен, блока конических шестерен, планетарных передач и т.д.) между валами, представленными этими линиями. Прямоугольники могут представлять как фиксированные, так и изменяемые передаточные числа; когда они представляют фиксированные передаточные числа, они соответствуют обозначениям, начинающимся с символов R или S, когда они представляют изменяемые передаточные числа, они обозначены символом V, указывающим на то, что механизм может иметь множество передаточных чисел между одной и той же парой валов, причем только один представлен и обозначен буквой, сопровождаемой нижним индексом. Пунктирные линии обозначают возможность управления посредством подключения и разъединения передаточных чисел к валу, на котором они заканчиваются, независимо от того, как это подключение и разъединение реализовано (механическое соединение, сцепление и т.д.). Чтобы получить более компактное представление, на фиг.4, 5 и 9 следующий модуль был представлен пунктирной стрелкой: пунктирные линии плюс передаточное число. Кругами обозначены механизмы дифференциала, то есть механизмы, накладывающие ограничение между тремя валами типа:

ω₁=k·ω₂+(1-k)≥ω₃

где ω₁, ω₂ и ω₃ - угловые скорости этих трех валов, пронумерованных произвольно, и k - постоянная характеристика механизма и того, как были пронумерованы валы. Они обозначаю