Новый адаптивный фрикционный вариатор для бесступенчатой трансмиссии автомобиля
Рис. 1. Схема автоматической бесступенчатой коробки передач автомобиля на основе нового планетарного дискового адаптивного вариатора: 1 – ось поворотных рычагов; 2 – пакет пластин; 3 – водило; 4 – тарельчатая пружина; 5 – внутренний центральный фрикционный диск; 6 – подшипники сателлитов; 7 – сателлит; 8 – фрикционы; 9 – плоская дисковая пружина; 10 – внешний центральный фрикционный диск; 11 – ось сателлитов; 12 – противовес; 13 – ролик; 14 – прорезной диск; 15 – рычаг; 16 – пружина; 17 – рычажный механизм; 18 – каретка; 19 – выходной вал; 20 – эпицикл; 21 – поворотный рычаг; 22 – фасонная прорезь прорезного диска; ЖСМ – жидкий смазочный материал.
Поворотные рычаги 21 сидят на осях 1, закрепленных в водиле 3. Ролики 13 отжимаются на периферию пружинами 16, усилие которых может изменяться принудительно с помощью рычажного механизма 17, воздействие на который осуществляется рычагом 15 через систему выжимных подшипников. Рычаг может передвигаться как вручную, так и с помощью усилителей, имеющих упругую характеристику (например, пневмокамер, управляемых от пневмосистемы автомобиля). Следует отметить, что вариатор является прогрессивным и без механизма изменения усилия пружин. Но тогда он будет иметь всего одну «мягкую» рабочую характеристику, например, как у гидротрансформатора или электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением. Описанный механизм изменения усилия пружин (как в сторону его уменьшения, так и увеличения) изменяет лишь степень «мягкости» характеристики вариатора, позволяя работать на любом режиме, что особенно важно для автомобильной автоматической трансмиссии. В таком случае рычаг 15 будет связан с педалью управления скоростью автомобиля, с дополнительным усилителем или без него.
Крутящий момент от маховика двигателя к первичному валу коробки передач передается через пакет круглых стальных пластин 2, при этом функции сцепления выполняют фрикционы 8. При зажатии правого пакета фрикционов тормозится эпицикл 20, что в совокупности с перемещением каретки 18, связанной телескопически с выходным валом 19, влево позволяет получить передачи переднего хода. Для получения передач заднего хода зажимается левый пакет фрикционов, при этом тормозится водило 3. Эпицикл 20 вращается в сторону, противоположную вращению первичного вала и соединяется с выходным валом перемещением каретки 18 вправо. Нейтрали соответствует промежуточное или центральное положение каретки 18.
При изменении крутящего момента на выходном валу 19, ролик 13, находящийся до этого в прорези 22 в уравновешенном состоянии, под действием усилий пружин 4, 9, 16, тангенциальных усилий рабочего момента и других усилий в механизме вариатора, изменяет свое положение в прорези, меняя при этом передаточное отношение. Нажимные пружины 4 и 9 при этом упруго деформируются за счет расклинивающего действия сателлитов, что при вращении фрикционных дисков связано с ничтожным сопротивлением трению, и имея специально подобранные характеристики «сила-деформация», обеспечивают оптимальный по КПД нажим фрикционных дисков, с запасом β = 1,25 .1,5. Прорезь 22 может быть выполнена и такого профиля, когда она лишь уменьшает или полностью устраняет усилие перевода ролика 13 при изменении передаточного отношения. Таким образом, свойство прогрессивности является как бы «врожденным» свойством, присущим конструкции вариатора, и достигается лишь подбором формы прорези 22 и жесткости пружины 16.
Следует отметить также оптимизированный автоматический прижим фрикционных дисков, зависящий от передаточного отношения вариатора. Это позволяет учитывать изменяющийся коэффициент упругогидродинамического (УГД) трения во фрикционных контактах, также зависящий от передаточного отношения вариатора. Такой способ прижима фрикционных элементов вариатора, являясь наиболее простым из известных, позволяет оптимизировать его по КПД применительно к современной автоматической системе управления скоростью автомобиля. Система эта разработана в МГТУ «МАМИ» под руководством проф. В.В. Селифонова, и суть ее кратко выражается в том, что основную часть работы автомобиля управление скоростью машины ведется при наиболее экономичной (практически полной) подаче топлива в двигатель только за счет изменения передаточного отношения вариатора. Позволим себе доступно пояснить суть этого способа на примере автомобиля с обычной ступенчатой коробкой передач. Допустим, что наибольшая скорость автомобиля, соответствующая максимальной мощности двигателя, достигается на прямой передаче в коробке передач, то есть когда на главную передачу поступает частота вращения двигателя. Если мы включаем так называемые «повышающие» или правильнее «экономические» передачи, допустим 0,9, 0,8, 0,7 и т.д., то скорость движения автомобиля, как известно, снижается, а экономичность – повышается. Частота вращения коленчатого вала двигателя при этом также снижается. Разумеется, с некоторыми нюансами в системе подачи топлива, особенно эффективными для дизелей и двигателей с непосредственным впрыском, экономичность автомобиля (снижение путевого расхода топлива) будет повышаться вплоть до достижения неустойчивых частот вращения коленчатого вала. Таким образом, управление скоростью ведется, с первого взгляда, парадоксальным образом – для снижения скорости включаются все более «высшие» передачи (то есть передаточное отношение снижается), а для повышения скорости передаточное отношение повышается.
Немного больше о технологиях >>>
Изо всех лошадиных сил
В 1765 году англичанин Джеймс Уатт изобрел паровую
машину, положив начало длинной цепочке инноваций в двигателестроении. В 1860
году французский механик Этьен Ленуар разрабатывает первый поршневой двигатель
внутреннего сгорания. В 1889 году швед Карл Густав Патрик Лаваль, соверш ...
Обобщенный принцип наименьшего действия
Введены
континуально многозначные функции, позволяющие адекватно описывать физические
задачи. Показано их отличие от разрывных функций. Сформулирована и решена
вариационная задача для функционалов с разрывным интегрантом, зависящих от
линейных интегральных операторов, действующ ...
