Реверсивная переменная трансмиссия

Реверсивная переменная трансмиссия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Изобретение относится к области техники коробок передач/трансмиссий. В частности, настоящее изобретение обеспечивает новый тип реверсивной переменной трансмиссии для транспортных средств, таких как автомобили, автобусы, машины для грузовых перевозок, внедорожные автомобили, подъемно-транспортные тележки, манипуляторы с телескопической штангой и тому подобное. В качестве альтернативы, может быть использована коробка передач в системах, таких как ветряные двигатели и т.п. и других промышленных применениях, в которых требуется передача мощности при различных скоростях.

Уровень техники

Преимущества настоящего изобретения лучше всего могут быть описаны путем иллюстрации различий между идеальной и существующей в настоящий момент автомобильными трансмиссиями.

Идеальная трансмиссия

Теоретически идеальная автомобильная трансмиссия передает мощность двигателя на колеса так, что для любого требуемого уровня мощности двигатель функционирует в точке его наивысшей эффективности, вне зависимости от скорости автомобиля.

Как показано на графике, изображенном на фиг.10, показывающем удельный расход топлива дизельного двигателя, двигатель функционирует в точке его наивысшей эффективности, когда педаль управления дроссельной заслонкой полностью нажата. Мощность модулируется скорее за счет изменения скорости вращения двигателя, а не за счет изменения дросселя. Например, езда по скоростной магистрали с постоянной скоростью 120 км/ч требует только около 25 л.с. Тогда оптимальная скорость вращения двигателя составляет около 1300 об/мин для современных двигателей. Тогда требуемое отношение крутящих моментов трансмиссии составляет 0,441, в то время как типичное отношение существующей на данный момент коробки передач изменяется от 0,90 до 0,65 при наивысшем отношении. Вывод заключается в том, что отношения имеющихся на данный момент коробок передач не на столько высокие, чтобы оптимизировать эффективность двигателя.

Фиг.10 иллюстрирует вышеприведенное утверждение. С использованием известных коробок передач автомобиль движется при 120 км/ч при 2400 об/мин и с 73 Нм от двигателя. Тогда удельный расход топлива (SFC) составляет 265 г/кВтч. В идеальном случае (низкого крутящего момента двигателя) скорость вращения двигателя должна быть уменьшена только до 1700 об/мин для получения наивысшей эффективности. Тогда двигатель вырабатывает 103 Нм с SFC 225 г/кВтч. Это составляет экономию топлива 15%. Например, это составляет экономию топлива от 6,5 л/100 км до 5,5 л/100 км, получаемое только в результате регулирования рабочей точки двигателя, не рассматривая эффективность трансмиссии.

Для разгона идеальной трансмиссии необходимо бесконечно большое отношение крутящего момента.

Когда автомобиль не движется, и скорость вращения двигателя является, по меньшей мере, скоростью вращения при холостом ходу, передаточное отношение должно быть бесконечно большим. Существующие решения с муфтой скольжения или преобразователем крутящего момента при скольжении неэффективно используют много энергии во время каждого запуска.

Вышеописанное также должно иметь место во время и после внезапного изменения положения дроссельной заслонки. (Изменение положения дроссельной заслонки, по существу, представляет собой изменение требуемой мощности двигателя).

Это означает, что данное отношение должно изменяться очень быстро. Предположим, что автомобиль двигается с постоянной средней скоростью при 85% открытия дросселя для оптимального расхода топлива. Двигатель вырабатывает только малую часть имеющейся мощности двигателя. Если требуется ускорение без изменения данного отношения, двигатель может ускориться только за счет приблизительно 15% открытия дросселя, для того, чтобы низкое давление могло возрасти только на 15%. Таким образом, необходимо мгновенное включение понижающей передачи для получения требуемой мощности двигателя: трансмиссия должна мгновенно изменить данное отношение так, чтобы двигатель ускорился до скорости вращения двигателя, при которой он вырабатывает требуемую мощность с оптимальной эффективностью.

Идеальная трансмиссия должна быть безвредной по отношению к окружающей среде, не должна содержать материалов, не поддающихся утилизации, или токсичных материалов или масел.

Идеальная эффективность должна быть 100%, размер, вес и стоимость настолько низкими, насколько возможно, с идеальной надежностью и продолжительностью срока службы.

Ограничения для существующих автомобильных трансмиссий

MT= механическая трансмиссия с сухим сцеплением

AT=автоматическая трансмиссия с преобразователем крутящего момента, по возможности, оснащенная блокирующим устройством

DCT=Двойная муфта со сцеплением, работающим со смазкой, или с сухим сцеплением

CVT-ремень=непрерывно изменяемая трансмиссия с ремнем между двумя коническими шкивами

CVT-тороид=непрерывно изменяемая трансмиссия с половинным и целиковым тороидальными шкивами

HSD=гидростатическая передача. Это гидравлическая система с аксиально-поршневым насосом переменной производительности, приводимым в действие с помощью двигателя, и регулируемым гидравлическим двигателем, приводящим в действие коробку передач или непосредственно колеса. Выходная скорость изменяется от нуля до определенной скорости, и с помощью коммутации клапана направление вращения может измениться на обратное.

	Эффективность(скоростная магистраль)	Проблемы
MT	высокая эффективность приблизительно 88-97%	Для экономии топлива необходимо большее количество шестерен и большая протяженность (1)Большее количество шестерен требует слишком большого смещения и запутывает водителя
AT	средняя эффективность приблизительно 88-92%	Для экономии топлива необходимо большее количество шестерен и большая протяженность (1)Большее количество шестерен приводит к более высокой стоимостиПри смещении снижается эффективность. Большее смещение препятствует улучшению расхода топлива
DCT	высокая эффективность 89-95%	Для экономии топлива необходимо большее количество шестерен и большая протяженность (1)Большее количество шестерен приводит к более высокой стоимостиБольшее количество шестерен->большее смещение->большее использование сцепления->больше рассеяния энергии
CVT-ремень	низкая эффективность <85%?	Ремень не должен проскальзывать для того, чтобы передавать крутящий момент, но ремень должен проскальзывать для того, чтобы изменять отношение. Поэтому низкая эффективность при изменении отношения или медленные изменения отношения.Необходимо высокое давление в шкиве, что приводит к высоким гидравлическим потерям.
CVT-тороид	низкая эффективность<85%?	Шкивы вращаются друг по другу с винтовым движением. Это винтовое движение порождает вынужденное макропроскальзывание. Это проскальзывание снижает эффективность и вызывает образование тепла, которое подлежит диссипации.
HSD	очень низкая эффективностьприблизительно 70-80%	Тяжелая система, часто используется для внедорожных (колесных погрузчиков...) или малых грузовых автомобилей. Без использования коробки передач низкое значение максимального отношения скоростей в допустимом диапазоне эффективности.
(1) Ссылки на историю типичного числа передаточных отношений в пассажирском автомобиле:
	MT	AT	DCT	Наибольшее передаточное отношение
70 годы и раньше	4	3 (+первая шестерня используется только в режиме кикдауна)		1
80, 90 годы	5	4		около 0,90-0,95
2000-2007 годы	5-6	5-6-7	6-7	около 0,65-0,90

Заключение:

MT, AT, DCT: несмотря на то, что для улучшения расхода топлива всегда необходимо большее количество шестерен, где-нибудь существует практический предел, в котором дальнейшее улучшение невозможно. Наибольшие величины отношений все еще остаются недостаточно большими для оптимальной экономии топлива.

CVT: низкая эффективность; наибольшее отношение также остается недостаточно большим для оптимальной экономии топлива.

Следовательно, существует необходимость в усовершенствовании коробки передач или трансмиссии, которая устраняет вышеуказанные ограничения и недостатки.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение обеспечивает реверсивную переменную трансмиссию, содержащую так называемые планетарные вариаторы, определенные ниже.

Настоящее изобретение обеспечивает планетарный вариатор (13), функционирующий как подсистема для переменных или реверсивных трансмиссий, выполненный с возможностью непрерывного изменения передаточного отношения и характеризующийся тем, что:

он состоит из круглого зубчатого колеса (1), двух или более сателлитов (2), установленных вокруг центрального вала (12), и центрального зубчатого колеса (3) таким образом, чтобы каждый компонент, а именно круглое зубчатое колесо, центральный вал и центральное зубчатое колесо, образовывали зону взаимодействия с другими трансмиссионными компонентами;

круглое зубчатое колесо представляет собой осесимметричное тело вокруг центральной оси с поверхностью вращения трактрисы, причем эта поверхность предпочтительно упрочнена или покрыта для выдерживания тяговых и сжимающих нагрузок;

центральное зубчатое колесо по существу является таким же, как круглое зубчатое колесо, но внутренний и внешний диаметр трактрисы может отличаться от диаметров круглого зубчатого колеса;

сателлиты состоят из сателлитного зубчатого колеса (5) по существу с конической поверхностью вращения, предпочтительно упрочненной или покрытой для передачи тяговых и сжимающих нагрузок, установленного с возможностью свободного вращения вокруг сателлитной вилки (4) посредством радиальных и осевых подшипников или втулок (8), причем виртуальная вершина упомянутого конуса совпадает с пересечением оси центрального вала (9) с осью шарнира сателлита (2);

каждая сателлитная вилка (4) одного планетарного вариатора (13) выполнена с возможностью свободного вращения вокруг шарнирного соединения (8), ось которого перпендикулярна оси центрального вала и параллельна плоскости сателлитного зубчатого колеса, причем каждая сателлитная вилка и каждое сателлитное зубчатое колесо выполнено с возможностью не взаимодействовать друг с другом для всех применимых углов наклона между осью сателлита и осью центрального вала;

круглое зубчатое колесо, сателлиты и центральное зубчатое колесо прижаты друг к другу для того, чтобы поверхности качения находились в контакте друг с другом и чтобы контактные давления были достаточно высокими для передачи требуемого крутящего момента;

центральный вал перемещается аксиально (продольно) с определенной скоростью в зависимости от сжимающей силы и передаваемого крутящего момента для того, чтобы изменять передаточное отношение;

трактриса круглого и центрального зубчатого колеса имеет, для обоих, параметр длины L такой же, как длина от контактной точки при качении сателлитного зубчатого колеса до пересечения оси шарнира с осью центрального вала, где L используется в уравнении трактрисы +/-x+c=L*(cosα+ln|tan(α/2)|), где с произвольная константа и α угол наклона между касательной в контактной точке и осью центрального вала; и

форма поверхностей качения сателлитных зубчатых колес, которые по существу являются коническими, слегка отклоняется от этой теоретической формы выпуклым образом для оптимизации распределения контактного давления.

Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает реверсивную переменную трансмиссию, содержащую первичный и вторичный планетарный вариатор согласно данному изобретению, характеризующуюся тем, что

круглое зубчатое колесо (1а) первичного планетарного вариатора (13а) соединено с корпусом (14) для того, чтобы оно не могло вращаться, но могло перемещаться аксиально за счет предварительной нагрузки, прижимающей все контакты качения обоих планетарных вариаторов;

центральные валы обоих планетарных вариаторов комбинированы в один главный вал (12) и соединены с возможностью вращения с трансмиссионным входным валом (11) и с возможностью аксиального перемещения с помощью усилия рулевого управления в обоих направлениях, в то время как входной вал не перемещается аксиально;

центральное зубчатое колесо (3а) первичного планетарного вариатора (13а) подсоединено к круглому зубчатому колесу (3b) вторичного планетарного вариатора (13b) для того, чтобы комбинированное круглое-центральное зубчатое колесо могло вращаться вокруг центральной оси трансмиссии;

центральное зубчатое колесо (3b) вторичного планетарного вариатора (13b) соединено с выходным валом трансмиссии, причем противодействующая сила предварительной нагрузки передается на корпус через осевой подшипник.

Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает реверсивную переменную трансмиссию согласно настоящему изобретению, характеризующуюся тем, что

относительные размеры круглого зубчатого колеса, центрального зубчатого колеса и сателлитов выбраны соответственно для применения в автомобиле, с учетом того, что самое высокое отношение скоростей является настолько высоким, что двигатель почти всегда может вырабатывать свою мощность в точке своей наилучшей эффективности, в частности, размерами, относящимися к передаточному отношению, являются: внешний диаметр первичного и вторичного круглого зубчатого колеса, внутренний диаметр первичного и вторичного центрального зубчатого колеса, эффективный диаметр сателлитных зубчатых колес, параметр длины L уравнения трактрисы; полученное передаточное отношение скоростей показанного примера составляет 2,266 (по абсолютной величине), что иллюстрирует типичный для данной концепции диапазон отношений (передаточное отношение скоростей представляет собой выходную скорость, деленную на входную скорость, пренебрегая потерями эффективности);

относительные размеры круглого зубчатого колеса, центрального зубчатого колеса и сателлитов выбраны соответственно для приспособления применения в автомобиле, с учетом того, что самое высокое отношение скоростей заднего хода является достаточно высоким для приведения в движение автомобиля при средней скорости вращения двигателя и низком уровне шума заднего хода, в частности, размерами, относящимися к передаточному отношению заднего хода, являются: внутренний диаметр первичного и вторичного круглого зубчатого колеса, внешний диаметр первичного и вторичного центрального зубчатого колеса, эффективный диаметр сателлитных зубчатых колес, параметр длины L уравнения трактрисы; полученное передаточное отношение скоростей заднего хода показанного примера составляет 0,695, что иллюстрирует типичный для данной концепции диапазон отношений; и

посредством перемещения главного вала трансмиссии передаточное отношение изменяется непрерывно между самым высоким отношением скоростей переднего хода во время остановки и наивысшим передаточным отношением заднего хода.

Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает реверсивную переменную трансмиссию согласно данному изобретению, дополнительно характеризующуюся тем, что

нормальная сила на каждом контакте при качении создается одной предварительной нагрузкой, действующей со стороны корпуса на не вращающееся первичное круглое зубчатое колесо, причем противодействующая сила передается посредством одного подшипника от вторичного центрального зубчатого колеса на корпус;

при этом чистые усилия рулевого управления для определения положения главного вала и, таким образом, также для определения передаточного отношения, создаются за счет одной силы в одном из двух направлений и действуют от входного вала до главного вала, вдвоем вращаясь с одной и той же скоростью, причем противодействующая сила передается через подшипник от входного вала к корпусу.

Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает реверсивную переменную трансмиссию согласно данному изобретению, дополнительно характеризующуюся тем, что

предварительная нагрузка, как описано выше, создается с помощью одного или более поршня и системы (систем) цилиндров между корпусом и первичным круглым зубчатым колесом и приводится в действие при помощи одного пневматического или гидравлического давления или создается за счет системы предварительной механической нагрузки, причем эта система предварительной механической нагрузки может также быть использована в качестве стояночного тормоза, когда трансмиссия задается при нулевом отношении скоростей;

при этом давление рулевого управления создается гидравлической или пневматической системой поршня и цилиндра, способной функционировать в обоих направлениях, составляющей одно целое с выходным валом и главным валом;

причем гидравлическое или пневматическое давление для создания давления рулевого управления, упомянутое выше, уплотнено между неподвижным корпусом и вращающимся входным валом с помощью поршневых колец или уплотнений, выполненных с возможностью уплотнения частей, вращающихся с различными скоростями вращения.

Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает гидравлическую систему, предназначенную для регулирования реверсивной переменной трансмиссии, согласно данному изобретению, в легковом автомобиле, грузовом автомобиле или другом шоссейном или внедорожном транспортном средстве, характеризующуюся тем, что

один насос с приводом от двигателя используется для подачи гидравлического давления и потока;

аккумулятор высокого и низкого давления объединены в систему, в которой текучая среда от аккумулятора низкого давления для повышения давления на поршень (30) предварительной нагрузки и поршень (28) рулевого управления используется в первую очередь по отношению к аккумулятору высокого давления;

аккумулятор высокого давления наполняется насосом в первую очередь по отношению к аккумулятору низкого давления;

клапан, понижающий давление, используется для регулирования предварительной нагрузки и давлений рулевого управления для движения в прямом и обратном направлениях;

по возможности, добавляется предохранительное устройство в виде двух отсечных клапанов в линии предварительной нагрузки, причем один из них переключается посредством давления рулевого управления прямого хода, а другой - давлением рулевого управления заднего хода для обеспечения отвода предварительной нагрузки сразу, как только одно из действующих давлений рулевого управления падает ниже заданного давления смещения; и

упомянутое предохранительное устройство может быть упрощено за счет удаления предохранительного отсечного клапана (37) из гидравлической схемы.

Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает программу системы программного обеспечения, предназначенную для регулирования реверсивной переменной трансмиссии, согласно данному изобретению, с помощью гидравлического клапана в легковом автомобиле, грузовом автомобиле или другом шоссейном или внедорожном транспортном средстве, характеризующуюся тем, что

кривая (крутящего момента двигателя как функция скорости вращения двигателя), выражающая минимальный расход топлива для каждого уровня мощности двигателя, сохраняется в памяти контроллеров;

PID-контроллер определяет скорость поршня рулевого управления, присоединенного к главному валу, для получения скорости вращения двигателя, которая равна требуемой скорости вращения двигателя, вычисленной по кривой минимального расхода топлива;

скорость поршня рулевого управления, которая предложена PID-контроллером, может быть уменьшена для того, чтобы оставаться в пределах диапазона микропроскальзывания, с учетом методики вычисления; и

предварительная нагрузка и давление рулевого управления, определяющие угол сателлитов относительно оси главного вала, вычисляются с учетом опубликованной теории продольного и поперечного микропроскальзывания.

Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает применение комбинации из одного или более планетарных вариаторов, согласно настоящему изобретению, в различных компоновках переменной трансмиссии, характеризующееся тем, что

каждый элемент взаимодействия планетарного вариатора, а именно круглое зубчатое колесо, центральный вал и центральное зубчатое колесо, может быть соединен с входом, выходом, корпусом трансмиссии, элементом взаимодействия с другим планетарным вариатором или любым другим компонентом трансмиссии, таким, как смещенные шестерни или системы сателлитных шестерен;

или тем, что могут быть выполнены различные компоновки реверсивной переменной трансмиссии, как описано выше; причем под выражением 'реверсивный' в данном документе подразумевается переменная трансмиссия, выходное направление вращения которой относительно входного направления вращения может изменяться непрерывно и отношение скоростей которой определяется даже при низкой и нулевой выходной скорости без элементов (макро-) проскальзывания, которые, например, используются в преобразователе крутящего момента или фрикционных дисковых муфтах.

Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает реверсивную переменную трансмиссию согласно данному изобретению, дополнительно характеризующуюся тем, что

внутренняя часть трансмиссии, где контакты при качении являются перемещающимися, заполняется инертным газом или обычным воздухом и разбрызгивающейся жидкостью для охлаждения и смазки, или газообразной средой с туманом холодильного агента;

причем эта упомянутая внутренняя часть изолирована от смазочного масла для подшипников и от наружной части трансмиссии.

Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает планетарный вариатор, согласно настоящему изобретению, дополнительно характеризующейся тем, что

поток смазки для подшипников или втулок внутри сателлитов, по возможности, осуществляется посредством замкнутого контура для каждого сателлита, причем масло рециркулирует посредством лопастей внутри сателлитов, откачивая масло, которое далее направляется через подшипники или втулки;

альтернативный поток смазки для подшипников или втулок внутри сателлитов, по возможности, осуществляется посредством объединения этого потока масла в основной поток смазки, содержащий все подшипники входного и выходного вала, при этом данный поток выводится из центрального вала через один из шарниров (в частности, один из шарнирных пальцев), направляется через подшипники сателлитов и оттекает обратно через другой шарнир (или, в частности, другой шарнирный палец) в центральный вал;

причем другая альтернатива состоит в том, что подшипники сателлитов смазываются смазочным материалом или используются комбинированные подшипники, которые не требуют какой-либо смазки.

Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает применение трансмиссии, согласно настоящему изобретению, для передачи мощности при переменных скоростях в легковом автомобиле, грузовом автомобиле, автобусе, внедорожном автомобиле, сенокосилке, ветряной турбине, манипуляторе с телескопической стрелой, автопогрузчике или любом другом промышленном применении, в котором требуется передача мощности с переменными скоростями.

Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает систему (реверсивной) переменной трансмиссии, содержащую трансмиссию согласно настоящему изобретению, гидравлическую систему согласно настоящему изобретению и программу системы программного обеспечения согласно настоящему изобретению.

Краткое описание чертежей

Перечень ссылочных позиций на чертежах: круглое зубчатое колесо (1), сателлит (2), центральное зубчатое колесо (3), сателлитная вилка (4), сателлитное зубчатое колесо (5), радиальный подшипник (6) для сателлита, нажимной подшипник (7) для сателлита, шарнирный палец (8), центральный вал (9), клапан (10) сброса давления, входной вал (11), главный вал (12), планетарный вариатор (13), корпус (14), осевой подшипник (15) на входе, радиальный подшипник (16) на входе, центрально-круглое зубчатое колесо (17) с втулками, радиальный подшипник (18) на выходе, осевой подшипник (19) на выходе, входная втулка (20), выходная втулка (21), маслораспределительное устройство (22), поршневые кольца (23), манжетные уплотнения (24), уплотнительная трубка (25), цилиндр (26) рулевого управления прямого хода, цилиндр (27) рулевого управления обратного хода, поршень (28) рулевого управления, поршень (29) для предварительной нагрузки, цилиндр (30) для предварительной нагрузки, центровочный штифт (31), лопасти (32) для подачи масла, клапан (33), понижающий давление, для давления рулевого управления переднего хода (pSF с пропорциональным клапаном), клапан (34), понижающий давление, для давления рулевого управления обратного хода (pSR с пропорциональным клапаном), клапан (35), понижающий давление, для нормального давления (pN с пропорциональным клапаном), клапан (36) аварийного отключения для давления рулевого управления переднего хода, клапан (37) аварийного отключения для давления рулевого управления обратного хода, аккумулятор (38) низкого давления, аккумулятор (39) высокого давления, масляный насос (40), выключатель (41) гидравлического насоса, выключатель (42) гидравлической подачи, выключатель (43) гидравлического аккумулятора, датчики (44) давления, усилие (45) рулевого управления, выходной вал (46), устройство (47) передачи крутящего момента (а именно шлицевое соединение), круглая шестерня (48), сателлитная шестерня (49), водило (50) сателлитной шестерни, центральная шестерня (51), предварительная нагрузка (52), усилие (53) рулевого управления, индекс a: первичный планетарный вариатор, индекс b: вторичный планетарный вариатор.

Фиг.1: Схематичный вид круглого или центрального зубчатого колеса (1, 3), взаимодействующего с сателлитами (2). L представляет собой длину от вершины конусов качения до точки контакта при качении. Фиг.1а изображает два конуса, катящихся один по другому. Только в том случае, когда вершины обоих конусов совпадают, конусы могут катиться один по другому (с фиксированными положениями осей) посредством чистого качения без проскальзывания. Фиг.1b представляет собой сечение круглого или центрального зубчатого колеса и касательную в различных точках на кривой. Для лучшей наглядности, на фиг.1с в этих трех точках добавлены сателлиты. Следует отметить, что L является постоянной величиной.

Фиг.2: Схематичный вид планетарного вариатора, содержащего сателлит (2), соединенный с главным валом (9). Сателлит (2) перекатывается по круглому зубчатому колесу (1) и центральному зубчатому колесу (3), приводя во вращение центральное зубчатое колесо (3) с определенной выходной скоростью. Изменение наклона оси сателлита (2) относительно центрального вала (9) изменяет выходную скорость взаимодействующего центрального зубчатого колеса (3) при постоянной скорости главного вала (9). Сателлитная вилка (4), сателлитное зубчатое колесо (5), радиальный подшипник (6) сателлита, нажимной подшипник (7) для сателлита, (8) шарнирный палец, (9) центральный вал, (10) клапан сброса давления.

Фиг.3: Схематичный вид реверсивной переменной трансмиссии настоящего изобретения. Фиг.3а и 3b представляют собой увеличенный вид первого и второго планетарного вариатора, соответственно, в их положении в трансмиссии. Следует отметить, что второе центральное зубчатое колесо (3) вращается с переменной скоростью вращения вокруг оси трансмиссии в зависимости от положения планетарных вариаторов в продольном направлении коробки передач, тем самым изменяя оси сателлитов относительно главного вала и, следовательно, взаимодействие с круглым зубчатым колесом (1а) и (1b) и центральным зубчатым колесом (3а) и (3b).

Фиг.4: Схематичный вид сателлитов и их соединение с главным валом трансмиссии.

Фиг.5: Схематичный вид гидравлической схемы.

Фиг.6: Схематичный вид альтернативного варианта реверсивной переменной трансмиссии.

Фиг.7: Схематичный вид другого альтернативного варианта реверсивной переменной трансмиссии.

Фиг.8: Схематичный вид другого альтернативного варианта реверсивной переменной трансмиссии.

Фиг.9: Программная блок-схема системы программного обеспечения, необходимой для управления коробкой передач.

Фиг.10: Схема предшествующего уровня техники обычного расхода топлива дизельного двигателя и обычной коробки передач, заимствованная из Brandstetter и Howard 1989: удельный расход топлива для дизельного двигателя D1 объемом 2,5 литра компании Ford (Brandstetter and Howard 1989: specific fuel consumption for the Ford 2,5 litre D1 Diesel engine).

Фиг.11: Результаты моделирования разгона при полностью открытой дроссельной заслонке из состояния покоя.

Фиг.12: Результаты моделирования движения с постоянной скоростью 50 км/ч и затем внезапного ускорения при полностью открытой дроссельной заслонке.

Фиг.13: Трехмерный вид возможного осуществления сателлитной вилки.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Трансмиссию согласно настоящему изобретению лучше всего можно сравнить с тороидальной трансмиссией. Частично и полностью тороидальная трансмиссия имеет недостатки в том, что общая протяженность ограничена. Также требуется преобразователь крутящего момента или другое устройство для разгона и устройство смещения и шестерни для реверса направления движения. Основной недостаток состоит в том, что сателлитные зубчатые колеса и шкивы перекатываются друг по другу посредством винтового движения, которое означает, что контакты при качении приводятся, из-за их геометрии, к макропроскальзыванию, при передаче движущих сил. Следовательно, эти контакты при качении должны быть смазанными для уменьшения изнашивания и рассеивания тепла. Смазанные поверхности имеют низкий коэффициент трения. Для передачи движущих сил посредством контактных поверхностей, эти поверхности должны быть прижаты друг к другу с большими усилиями так, что требуется сложное исполнение. Другим следствием макропроскальзывания конечно является низкая эффективность трансмиссии.

Описание элементов

Согласно настоящему изобретению трансмиссия, главным образом, состоит из двух так называемых планетарных вариаторов. Планетарный вариатор представляет собой механическую подсистему, сравнимую с системой планетарной передачи, но с изменяемым передаточным отношением и с поверхностями качения вместо шестерен. Планетарный вариатор выполнен таким образом, чтобы в контактах при качении возникало чистое качение без проскальзывающего движения. В применении трансмиссии настоящего изобретения, контактное давление контактов при качении регулируется так, чтобы контактные напряжения оставались в допустимых пределах и чтобы контактное давление было достаточно высоким, чтобы избежать макроскольжение.

В литературе макроскольжение описывается как условие для двух поверхностей качения, подвергающихся действию нормальной силы и передающих тангенциальную силу (касательно к поверхности) таким образом, что в зоне контакта существует подобласть, в которой две поверхности слипаются. Вне этой подобласти, но еще в пределах зоны контакта, возникает крип из-за эластичной деформации тел.

Макроскольжение представляет собой условие, при котором отсутствует подобласть с контактом прилипания. При условии макроскольжения величина проскальзывания является неконтролируемой.

Планетарный вариатор

Подсистема планетарного вариатора (см. фиг.2) состоит из следующих частей:

- круглое зубчатое колесо (1)

- сателлиты (2)

- сателлитная вилка (4)

- сателлитное зубчатое колесо (5)

- радиальный подшипники (6)

- нажимной подшипник (7)

- шарнирные пальцы (8)

- центральный вал (9)

- центральное зубчатое колесо (3)

Круглое зубчатое колесо (1), центральное зубчатое колесо (3) и центральный вал (9) имеют общую ось вращения. Круглое зубчатое колесо (1) аксиально прижато к двум или более сателлитам (2) посредством предварительной нагрузки (52). Сателлитные колеса (5) могут свободно вращаться вокруг вилки (4) с помощью радиальных подшипников (6). Центробежные силы и силы, возникающие в результате предварительной нагрузки (52), передаются посредством нажимного подшипника (7) на сателлитную вилку (4). Каждая сателлитная вилка (4) может свободно вращаться вокруг шарнирных пальцев (8) в плоскости, образованной центральным валом (9) и сателлитной вилкой (4). Ось шарнира каждого сателлита (2) пересекает центральный вал (9) в одной и той же точке. Сателлитные колеса (5) прижимаются к центральному зубчатому колесу (3), что приводит к возникновению противодействующей силы для предварительной нагрузки (52).

Посредством изменения относительного положения шарнира относительно колес, изменяется передаточное отношение. При изменении данного отношения трансверсальная контактная скорость и контактное давление должно регулироваться для удерживания поперечного и продольного крипа в области макропроскальзывания.

Круглое зубчатое колесо (1) и центральное зубчатое колесо (3)

Действующая контактная поверхность как круглого, так и центрального зубчатого колеса (1, 3) с сателлитами (2) является осесимметричной поверхностью конкретной формы.

Для получения качения без скольжения двух тел (сателлита и круглого зубчатого колеса, сателлита и центрального зубчатого колеса) их оси вращения и касательная к их контактным поверхностям должны пересекаться, все три, в одной точке. См. фиг.1а: вершина двух конусов совпадает. Если одна точка контактной поверхности катится без скольжения одна по другой, то все точки функционируют, и не возникает винтовое движение.

Кривая как центрального, так и круглого зубчатого колеса, представляющая качение без проскальзывания, может быть построена согласно их свойствам в плоскости xy: любая касательная к кривой должна пересекать центральную ось x так, чтобы расстояние от этого пересечения с осью x до точки касательной было постоянным L. Точка пересечения с осью является положением шарниров. Тогда кривая определяется с помощью следующего набора интегральных уравнений:

L sinα=y

α=arctan(dy/dx),

где x - горизонтальная ось, представляющая ось вращения,

ось y перпендикулярна оси x,

L - длина от шарнира до точки контакта при качении,

α - угол касательной с осью x.

После интегрирования:

+/-x+c=√(L²-y²)-L/2*ln((L+√(L²-y²))/(L-√(L²-y²))

или

+/-x+c=L*(cosα-1/2*ln((1+cos α)/(1-cos α)))

+/-x+c=L*(cosα+ln[tan(α/2)]),

где с - произвольная константа интегрирования.

Посредством ограничения для y и α

0<=y<=L

0°<=α<=90°

может быть построена поверхность вращения вокруг оси x. Эта поверхность показана на фиг.1b: касательная в трех случайных точках на кривой пересекает ось x с длиной L от точки касания до пересечения с осью x. На фиг.1с в этих трех точках добавлены сателлиты. Расстояние точки контакта сателлита до ее шарнира также составляет L так, что условия чистого качения выполняются для всех положений шарнира вдоль оси x. В математике эта кривая известна как трактриса и впервые описана Кристианом Гюйгенсом и Клодом Перро в 1693 году. Обычно эта кривая формулируется в дифференциальном математическом выражении, но вышеприведенная формула является более практичной для применения в этой трансмиссии.

На практике, данная поверхность может слегка отклоняться от теоретической поверхности, чтобы компенсировать сжатие или износ поверхности. Материал контактной поверхности, жесткость, шероховатость, состояние, покрытие и смазочная текучая среда или газообразная среда выбраны для оптимизации силы тяги и износа. Такие композиции хорошо известны в уровне техники в технологии профиля зубчатой передачи и инструмента для механической обработки.

Круглое зубчатое колесо (1) и центральное зубчатое колесо (3) имеют особенности для обеспечения или недопущения вращения, для обеспечения или недопущения аксиального перемещения и перемещения к центру компонента, в зависимости от их функции в трансмиссии и типа трансмиссии. Некоторые не ограничивающие примеры различных конфигураций круглое зубчатое колесо - сателлит - центральное зубчатое колесо и