Новий адаптивний фрикційний варіатор для
безступінчатим трансмісії автомобіля
Нурбей Гуліа, Сергій Юрков
В даний час перспективність використання
варіаторів для безступінчатим автоматичної трансмісії автомобіля не викликає
сумнівів. Особливо великий економічний і екологічний ефект очікується від
застосування гібридних силових агрегатів, де двигун працює тільки на оптимальному
режимі, а вироблена енергія, запасається у накопичувачі, витрачається на
рух автомобіля. Найбільш придатні до використання на автомобілі
накопичувачі механічної енергії - супермаховікі, вимагають саме механічної
безступінчатим трансмісії, тобто воротарів. Гідравлічні привід ефективний і
тоді, коли джерелом первинної енергії на автомобілі є акумулятори
або паливні елементи.
Існуючі трансмісії автомобілів на основі
фрикційних воротарів автоматичні, але ця Автоматичність здійснюється за
допомогою відповідних датчиків, електронних блоків управління та сервоприводів
зміни передавального відносини з відповідними електро-або
гідродвигуна і редукторами. Нагадаємо, що більшість воротарів для
автомобільних трансмісій мають навіть механізм натиску фрикційних тіл,
забезпечений сервоприводом. У результаті сервосистеми вариаторні приводу
автомобілів за обсягом, масі і вартості співставні з її силовою частиною.
Відмінною особливістю нового варіатора, що робить
трансмісію з таким варіатором автоматичною, є його адаптивність до
навантаженні, причому регульована. Адаптивність є «вродженим» або
органічно властивим властивістю конструкції нового варіатора, як це має
місце, наприклад, в гідротрансформаторах, де при збільшенні навантаження (моменту
опору) на вихідному валу, частота обертання цього валу знижується. Але в
кожному конкретному випадку ця «м'яка» характеристика залежності моменту від
частоти обертання певна і конкретна. У новому ж варіаторі «м'якість» за
бажанням оператора може змінюватися. Використовуючи приклад з гідротрансформатора
можна відзначити, що є унікальні конструкції гідротрансформатора з
змінним об'ємом робочої рідини ( «заливні»). При малому обсязі робочої
рідини такий гидротрансформатор різко знижує частоту обертання турбінного
колеса (вихідного валу) при збільшенні навантаження на нього; при заповненні порожнини
рідиною робоча характеристика гідротрансформатора стає все більше
жорсткою, досягаючи максимуму при повному заповненні. При цьому частота обертання
вхідного вала (насосного колеса) мається на увазі конкретної постійною.
Ось таку характеристику «змінної жорсткості» має
новий варіатор з регульованою адаптивністю. З тією різницею, звичайно, що
діапазон варіювання передавального відносини тут не менше восьми, а ККД всієї
безступінчатим коробки передач з таким варіатором від приблизно 0,8 при чіпанні
з місця до 0,95 ... 0,96 при найбільш потрібному для автомобіля мінімальному
передавальному відношенні, що значно більше, ніж у коробки передач з
гідротрансформатора (ГМП). Коробка передач з новим варіатором, крім того,
значно менше існуючих ГМП і легше їх, не вимагає перемикання
ступенів, та й не містить їх взагалі; момент при русі вперед не проходить
ніяких зубчастих передач, що істотно покращує акустичні показники
такої коробки передач.
Такі властивості нового варіатора досягаються
особливостями його конструкції, відображеними в патентах Росії № 2140028 від
26.05.98 р. «багатодисковим планетарний варіатор» і № 2138710 від 16.06.98 р.
«Автоматична безступінчата передача» та заявку на міжнародний патент
РСТ/RU99/00162 (автор - Н. В. Гуліа).
Принципова схема автоматичної безступінчатим
коробки передач автомобіля на основі нового адаптивного варіатора представлена
на рис. 1. На цій схемі варіатор включає всього два ряди центральних
фрикційних дисків - 10 зовнішніх і внутрішніх 5 з затиснутими між ними
сателітами 7 за допомогою тарельчатий (або просто плоских дискових) пружин 4 та
9, відповідно. Однак за схемою зрозуміло, що цих рядів може бути скільки
завгодно багато, скільки витримають за міцністю і жесткостним показниками осі
сателітів 11, і їх підшипники 6. Не виключаються і проміжні підтримують
опори на осях 11, переважно при числі рядів вище чотирьох. Число
сателітів в одному ряді переважно шість, хоча для потужних пристроїв з
малим діапазоном варіювання їх може бути до 12. Підшипники 6 осей 11
знаходяться на одному кінці поворотних важелів 21, на інших кінцях яких
розміщені противаги 12, одна група яких забезпечена роликами 13,
що знаходяться в фасонних прорізах 22 диска 14, пов'язаного з вихідним валом 19.
Рис. 1. Схема автоматичного безступінчатим коробки
передач автомобіля на основі нового планетарного дискового адаптивного
варіатора: 1 - ось поворотних важелів; 2 - пакет пластин; 3 - водило; 4 --
тарілчаста пружина; 5 - внутрішній центральний фрикційний диск; 6 - підшипники
сателітів; 7 - сателіт; 8 - фрикціони; 9 - плоска дискова пружина; 10 --
зовнішній центральний фрикційний диск; 11 - вісь сателітів; 12 - противага; 13
- Ролик; 14 - прорізний диск; 15 - важіль; 16 - пружина; 17 - механізм важеля;
18 - каретка; 19 - вихідний вал; 20 - епіциклом; 21 - поворотний важіль; 22 --
фасонная проріз прорізний диска; ЖСМ - рідкий мастило.
Поворотні важелі 21 сидять на осях 1, закріплених у
водиле 3. Ролики 13 віджимаються на периферію пружинами 16, зусилля яких може
змінюватися примусово за допомогою важільного механізму 17, вплив на
який здійснюється важелем 15 через систему вижимні підшипників. Важіль
може пересуватися як вручну, так і за допомогою підсилювачів, що мають пружну
характеристику (наприклад, Пневмокамера, керованих від пневмосистеми
автомобіля). Слід зазначити, що варіатор є прогресивним і без
механізму зміни зусилля пружин. Але тоді він буде мати лише одну «м'яку»
робочу характеристику, наприклад, як у гідротрансформатора або електродвигуна
постійного струму з послідовним збудженням. Описаний механізм зміни
зусилля пружин (як у бік його зменшення, так і збільшення) змінює лише
ступінь «м'якості» характеристики варіатора, дозволяючи працювати на будь-якому режимі,
що особливо важливо для автомобільної автоматичної трансмісії. У такому випадку
важіль 15 буде пов'язаний з педаллю керування швидкістю автомобіля, з
додатковим підсилювачем або без нього.
Крутящий момент від маховика двигуна до первинного
валу коробки передач передається через пакет круглих сталевих пластин 2, при
цьому функції зчеплення виконують фрикціони 8. При затисненні правого пакету
фрикціонів гальмується епіциклом 20, що в сукупності з переміщенням каретки 18,
пов'язаної телескопічні з вихідним валом 19, вліво дозволяє отримати передачі
переднього ходу. Для отримання передач заднього ходу затискається лівий пакет
фрикційних, при цьому гальмується водило 3. Епіциклом 20 обертається в бік,
протилежну обертанню первинного валу і з'єднується з вихідним валом переміщенням
каретки 18 вправо. Нейтралі відповідає проміжне або центральне
положення каретки 18.
При зміні крутного моменту на вихідному валу 19,
ролик 13, що знаходиться до цього в прорізи 22 в урівноваженому стані, під
дією зусиль пружин 4, 9, 16, тангенціальних зусиль робочого моменту і
інших зусиль у механізмі варіатора, змінює своє положення в прорізи, змінюючи
при цьому передавальне відношення. Натискні пружини 4 і 9 при цьому пружно
деформуються за рахунок розклинюється дії сателітів, що при обертанні
фрикційних дисків пов'язано з незначним опором тертя, і маючи спеціально
підібрані характеристики «сила-деформація», забезпечують оптимальний за ККД
натиск фрикційних дисків, з запасом
