RU2011555C1 - Mechanical transmission with continuous variable-speed drive for vehicle - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: variable-speed drive has two similar drums with metal or some other strong band wound on them with band ends secured to drums. In course of rewinding radii of winding vary that results in continuous variation of variable-speed drive gearing ratio. EFFECT: higher efficiency and reliability, smooth acceleration, reduced acceleration time of vehicle due to increased motor power during acceleration, reduced fuel consumption and exhaust of harmful gases, simplified control of vehicle, increased motor and transmission service life due to their improved dynamics. 6 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть применено в транспортных средствах, а также в других объектах, где требуется автоматическое плавное нарастание частоты вращения в процессе разгона при практически постоянной частоте вращения приводного двигателя. The invention relates to the field of mechanical engineering and can be applied in vehicles, as well as in other objects where an automatic smooth increase in the rotational speed during acceleration is required at an almost constant speed of the drive motor.

Механическая передача с голономным фрикционным вариатором непрерывного действия (Пронин Б. А. , Ревков Г. А. . Бесступенчатые клиноременные и фрикционные передачи. М. : Машиностроение, 1980, с. 118). A mechanical transmission with a holonomic friction variator of continuous operation (Pronin B. A., Revkov G. A. Stepless V-belt and friction gears. M.: Mashinostroenie, 1980, p. 118).

Его недостатки - большие давления на валы и опоры, малая долговечность, низкий КПД. Its disadvantages are high pressure on the shafts and bearings, low durability, low efficiency.

Фрикционные вариаторы являются менее конкурентноспособными по сравнению, например, с гидропередачами. Friction variators are less competitive than, for example, hydraulic transmissions.

Известна гидромеханическая коробка передач (Мазалов Н. Д. , Трусов С. М. Гидромеханические коробки передач. М. : Машиностроение, 1971, с. 153-157). В гидропередаче имеется три лопаточных колеса, рабочее тело (жидкость), насосы, трубопроводы. Кроме того, предъявляются высокие требования к изготовлению и герметизации системы. Known hydromechanical gearbox (Mazalov N.D., Trusov S.M. Hydromechanical gearboxes. M.: Mechanical Engineering, 1971, p. 153-157). The hydraulic transmission has three paddle wheels, a working fluid (liquid), pumps, pipelines. In addition, high demands are placed on the manufacture and sealing of the system.

Недостаток гидропередачи - большая сложность, увеличенная масса, низкий КПД, в сильной степени зависимый от передаточного отношения, низкая средняя мощность двигателя при разгоне транспортного средства, хотя и несколько выше, чем при разгоне с помощью коробки передач. The disadvantage of hydraulic transmission is the great complexity, increased mass, low efficiency, highly dependent on the gear ratio, low average engine power during acceleration of the vehicle, although slightly higher than during acceleration using a gearbox.

Предлагаемая механическая передача свободна от этих недостатков. The proposed mechanical transmission is free from these disadvantages.

Известна механическая передача, включающая фрикционный торовый вариатор и планетарную передачу (Фаробин Я. Е. Фрикционные передачи автомобилей и тракторов. М. : Машгиз, 1962, с. 128, фиг. 58 в). A mechanical transmission is known, including a friction torus variator and a planetary gear (Y. E. Farobin. Friction transmissions of cars and tractors. M.: Mashgiz, 1962, p. 128, Fig. 58 c).

Недостатки известной механической передачи: низкий КПД и долговечность за счет передачи энергия силами трения; фрикционная передача работает постоянно, что ведет к повышенному ее износу за счет значительных нагрузок на фрикционы и валы, пробуксовки (скольжения) фрикционов относительно друг друга; ограниченная передаваемая мощность; высокая точность изготовления. The disadvantages of the known mechanical transmission: low efficiency and durability due to the transfer of energy by friction; the friction transmission operates continuously, which leads to increased wear due to significant loads on the friction clutch and shafts, slipping (sliding) of the clutch relative to each other; limited transmitted power; high precision manufacturing.

Предлагаемая механическая передача с голономным вариатором непрерывного действия для транспортного средства, содержащая связанный через сцепление с приводным двигателем ведущий вал, вариатор, одно звено которого кинематически связано с ведущим валом, механическую коробку передач, ведущая шестерня которой связана с ведущим валом, а вторичный ее вал - с движителями транспортного средства, а также орган управления вариатором. The proposed mechanical transmission with a continuous holonomic variator for a vehicle, comprising a drive shaft connected via a clutch to a drive motor, a variator, one link of which is kinematically connected to the drive shaft, a mechanical gearbox, the drive gear of which is connected to the drive shaft, and its secondary shaft with vehicle propulsion, as well as a CVT control.

Цель изобретения - повышение разгонных качеств транспортного средства, КПД, ресурса двигателя и трансмиссии. The purpose of the invention is to increase the accelerating qualities of the vehicle, efficiency, engine life and transmission.

Для достижения этой цели вариатор содержит два шкива с лентой перематывания с одного шкива на другой, закрепленной своими концами на них, один из шкивов свободно установлен на ведущем валу и связан с ним через муфту, а другой свободно размещен на ведомом валу, передачами связанном с ведущим и вторичным валами. Второй шкив связан с ведомым валом через муфту, орган управления которой сблокирован с органом управления муфтой первого шкива. В передаче кинематической связи ведомого вала с ведущим одна из шестерен выполнена с фрикционной муфтой. Вариатор имеет тормозное устройство шкивов и автоматический выключатель, разъединяющий кинематическую связь шкивов вариатора с ведущим и ведомым валами. Число органов управления равно числу органов управления серийных транспортных средств. To achieve this, the variator contains two pulleys with a rewinding tape from one pulley to another, fixed by its ends on them, one of the pulleys is freely mounted on the drive shaft and connected to it through the clutch, and the other is freely placed on the driven shaft, gears connected to the drive and secondary shafts. The second pulley is connected to the driven shaft through a clutch, the control of which is interlocked with the clutch control of the first pulley. In the transmission of the kinematic connection of the driven shaft with the drive one of the gears is made with a friction clutch. The variator has a pulley brake device and an automatic switch that disconnects the kinematic connection of the variator pulleys with the drive and driven shafts. The number of controls is equal to the number of controls of serial vehicles.

На фиг. 1 представлена кинематическая схема механической передачи с голономным вариатором непрерывного действия; на фиг. 2 - конструкция голономного вариатора непрерывного действия; на фиг. 3 - конструкция автоматического выключателя вариатора; на фиг. 4 - графики зависимости передаточного отношения голономного вариатора непрерывного действия от количества оборотов ведущего вала с начала разгона; на фиг. 5 - графики функций мощности, развиваемой двигателем и скорости движения N₁= f₁(t); N_1cр; V₁= f₂(t); V_1ср= f₂(t) при разгоне транспортного средства с помощью ступенчатой коробки передач, а также графики функций мощности двигателя и скорости движения N₂= f₃(t); V₂= f₄(t) при разгоне транспортного средства с помощью предлагаемой механической передаче с голономным вариатором непрерывного действия; на фиг. 6 - положения рычага переключения передач и вариатора.In FIG. 1 is a kinematic diagram of a mechanical transmission with a holonomic continuous variator; in FIG. 2 - design of a continuous holonomic variator; in FIG. 3 - design of a variator circuit breaker; in FIG. 4 - graphs of the dependence of the gear ratio of the holonomic continuous variator on the number of revolutions of the drive shaft from the beginning of acceleration; in FIG. 5 - graphs of the functions of power developed by the engine and speed N ₁ = f ₁ (t); N _1cp ; V ₁ = f ₂ (t); V _1av = f ₂ (t) during acceleration of the vehicle using a speed gearbox, as well as graphs of the functions of engine power and speed N ₂ = f ₃ (t); V ₂ = f ₄ (t) during acceleration of the vehicle using the proposed mechanical transmission with a holonomic continuously variable variator; in FIG. 6 - position of the gear lever and the variator.

Вал двигателя внутреннего сгорания 1 вращается против часовой стрелки, если смотреть со стороны сцепления, и через стандартное сцепение 2 приводит во вращение ведущий (первичный) вал 3, на котором жестко закреплены шестерни 4 и 5, а также ведущая шестерня 6 коробки передач 7. Коробка передач 7 используется стандартная, без каких-либо изменений. Ке кинематическая схема составлена по книге: Автомобиль "Волга" ГАЗ-24/Под ред. А. Д. Просвирина. Изд. 2-е, перераб. и доп. М. : Машиностроение, 1975, с. 120, рис. 86 (синхронизаторы и механизм переключения передач не показаны). The shaft of the internal combustion engine 1 rotates counterclockwise when viewed from the clutch side, and through the standard clutch 2 drives the drive (primary) shaft 3, on which gears 4 and 5 are fixed, as well as the drive gear 6 of the gearbox 7. Transmission 7 gears used standard, without any changes. Ke kinematic diagram compiled from the book: Car "Volga" GAZ-24 / Ed. A. D. Prosvirin. Ed. 2nd, rev. and add. M.: Mechanical Engineering, 1975, p. 120, fig. 86 (synchronizers and gear shifting mechanism not shown).

Шестерня 5 через муфту 8 включения и отключения ведущего шкива 9 вариатора, перемещаемую рычагом 10 переключения передач, может соединяться с редуктором (зубчатые колеса 11, 12, 13, 14, 15). Зубчатое колесо 15 жестко соединено со шкивом 9, свободно установленным на ведущем валу 3. Муфта 8 включения и отключения ведущего шкива 9 вариатора через рычаг 16 соединена с муфтой 17 включения и выключения ведомого шкива 18. Шкив 18 с жестко установленном на нем зубчатым венцом 19 свободно установлен на ведомом валу 20. Gear 5 through the clutch 8 for turning on and off the drive pulley 9 of the variator, moved by the gear lever 10, can be connected to the gearbox (gears 11, 12, 13, 14, 15). The gear wheel 15 is rigidly connected to a pulley 9, freely mounted on the drive shaft 3. The clutch 8 for turning on and off the drive pulley 9 of the variator through a lever 16 is connected to the clutch 17 for turning on and off the driven pulley 18. The pulley 18 with the gear ring 19 rigidly mounted on it mounted on the driven shaft 20.

На шкивы 9 и 18 намотана лента 21, концы которой жестко закреплены на шкивах. На ведомом валу 20 жестко закреплены зубчатые колеса 22 и 23. Колесо 22 через муфту 17 может соединяться или разъединяться со шкивом 18. Колесо 23 входит в зацепление с зубчатым колесом 24, жестко установленном на вторичном валу 25 стандартной коробки передач. С валом 25 также жестко соединен карданный шарнир 26, с другим концом карданного шарнира 26 жестко соединен карданный вал 27. A belt 21 is wound on the pulleys 9 and 18, the ends of which are rigidly fixed to the pulleys. To the driven shaft 20, the gears 22 and 23 are rigidly fixed. The wheel 22 through the clutch 17 can be connected or disconnected with the pulley 18. The wheel 23 is engaged with the gear wheel 24, rigidly mounted on the secondary shaft 25 of the standard gearbox. A cardan joint 26 is also rigidly connected to the shaft 25, and a cardan shaft 27 is rigidly connected to the other end of the cardan joint 26.

На валу 20 свободно установлено с возможностью осевого перемещения зубчатое колесо 28, входящее в зацепление с шестерней 4 через паразитную шестерню 29. On the shaft 20 is freely mounted axially movable with the possibility of axial movement of the gear wheel 28, which engages with the gear 4 through the parasitic gear 29.

На колесе 28 жестко закреплен фрикцион 30. Гидроцилиндр 31 перемещает шток 32 и обеспечивает перемещение колеса 28 в осевом направлении. Friction clutch 30 is rigidly fixed to wheel 28. Hydraulic cylinder 31 moves rod 32 and provides axial movement of wheel 28.

На ведущем валу 3 свободно установлен ведущий шкив 9, на втулке 34 которого частично намотана лента 21. Конец ленты 21 закреплен на втулке 34. Большая часть ленты 21 намотана на другой (ведомый) шкив 18, на втулке 35 которого закреплен другой конец ленты 21. A drive pulley 9 is freely mounted on the drive shaft 3, on the sleeve 34 of which the tape 21 is partially wound. The end of the tape 21 is fixed to the sleeve 34. Most of the tape 21 is wound on the other (driven) pulley 18, on the sleeve 35 of which the other end of the tape 21 is fixed.

Ведомый шкив 18 свободно установлен на ведомом валу 20. К торцам щек шкивов 9 и 18 прилегают тормозные колодки 36 и 37, стянутые между собой винтами 38 так, чтобы между шкивами и тормозными колодками обеспечивался зазор Δ (фиг. 2). Гайки 39 после регулировки зазора Δ штифтуются. The driven pulley 18 is freely mounted on the driven shaft 20. To the ends of the cheeks of the pulleys 9 and 18 are adjacent brake pads 36 and 37, pulled together by screws 38 so that a gap Δ is provided between the pulleys and brake pads (Fig. 2). The nuts 39 after adjusting the clearance Δ are pinned.

Лента 21 наматывается на шкивы так, как показано на фиг. 2. The belt 21 is wound onto the pulleys as shown in FIG. 2.

Автоматический выключатель 33 вариатора показан на фиг. 3. The variator circuit breaker 33 is shown in FIG. 3.

С самоориентирующимся сухарем 40 жестко соединены штифты 41, входящие в прорези 42 рычага 43, установленного на шарнире 44. Рычаг 43 соприкасается с рычагом 45, установленном на шарнире 46. Пружина 47 шарнирно закреплена на конце рычага 45, другой конец пружины 47 закреплен на корпусе. Рычаг 45 создает осевое перемещение зубчатой муфте 8. The pins 41, which are included in the slots 42 of the lever 43 mounted on the hinge 44, are rigidly connected to the self-orienting cracker 40. The lever 43 is in contact with the lever 45 mounted on the hinge 46. The spring 47 is pivotally attached to the end of the lever 45, the other end of the spring 47 is fixed to the housing. The lever 45 creates an axial movement of the gear coupling 8.

На графике 1 фиг. 4 представлена зависимость передаточного отношения вариатора от количества оборотов ведущего вала 3 (ведущего шкива 9) от начала разгона. In the graph 1 of FIG. 4 shows the dependence of the gear ratio of the variator on the number of revolutions of the drive shaft 3 (drive pulley 9) from the start of acceleration.

На графике 2 представлена та же зависимость, но с учетом передаточного отношения редуктора (зубчатые колеса 11, 12, 13, 14, 15). Chart 2 shows the same dependence, but taking into account the gear ratio of the gearbox (gears 11, 12, 13, 14, 15).

Рассмотрим этапы движения транспортного средства. Их три: разгон, практически равномерное движение, торможение. Consider the stages of vehicle movement. There are three of them: acceleration, almost uniform movement, braking.

При разгоне транспортного средства с использованием известной коробки передач используется далеко не полная мощность двигателя, водитель совершает массу различных движений (до девятнадцати за один разгон при четырехступенчатой коробке передач), двигатель и трансмиссия находятся в сильной динамике, расходуется значительное количество топлива при далеко не полном его сгорании, что ведет к выбросу большого количества вредных выхлопных газов. Время набора скорости значительно (см. графики функций V₁= f₂(t); V_1ср= f₂(t); N₁= f₁(t); N_ср ( фиг. 5).When accelerating a vehicle using the well-known gearbox, far from full engine power is used, the driver makes a lot of different movements (up to nineteen in one acceleration with a four-speed gearbox), the engine and transmission are in strong dynamics, a significant amount of fuel is consumed with far from its full combustion, which leads to the release of a large amount of harmful exhaust gases. The set-up time is significant (see the graphs of the functions V ₁ = f ₂ (t); V _{1 cf} = f ₂ (t); N ₁ = f ₁ (t); N _cf (Fig. 5).

После разгона при практически равномерном движении вполне пригодна ступенчатая коробка передач, т. к. переключать передачи приходится относительно редко. After acceleration with almost uniform movement, a step gearbox is quite suitable, since gear shifting is relatively rare.

И, наконец, третий этап - торможение. Транспортное средство при движении имеет значительную кинетическую энергию (например автомобиль "Волга" при скорости движения V= 72 км/ч и полной нагрузке имеет кинетическую энергию, равную 30000 кгс м). And finally, the third stage is braking. The vehicle when driving has significant kinetic energy (for example, the Volga car at a speed of V = 72 km / h and full load has kinetic energy equal to 30,000 kgf m).

Чтобы изменять скорость на третьем этапе, требуется поглощать значительную энергию, что и делают тормоза. При этом энергия топлива, израсходованная на разгон, переводится в тепло и уходит в окружающую среду бесполезно. Повторный разгон требует повторного расхода топлива. To change the speed in the third stage, you need to absorb significant energy, which is what the brakes do. At the same time, the energy of the fuel spent on acceleration is converted into heat and leaves the environment useless. Repeated acceleration requires repeated fuel consumption.

При торможении, и это очевидно, никакой вариатор с изменением скорости не справится, т. к. он одновременно должен поглощать кинетическую энергию транспортного средства. When braking, and this is obvious, no CVT can cope with the change in speed, since it must simultaneously absorb the kinetic energy of the vehicle.

Итак, только для первого этапа крайне необходим вариатор. Предлагаемый голономный вариатор вполне подходит для этой цели. После разгона движение по профилю пути обеспечивается с помощью обычной коробки передач. Кроме того, коробка передач обеспечивает движение на других скоростях, меньших скорости, соответствующей прямой передаче, а также при движении задним ходом и торможении двигателем. So, only for the first stage is a variator extremely necessary. The proposed holonomic variator is quite suitable for this purpose. After acceleration, the movement along the track profile is provided using a conventional gearbox. In addition, the gearbox provides movement at other speeds less than the speed corresponding to direct transmission, as well as when reversing and braking the engine.

Что касается третьего этапа-торможения с последующим использованием кинематической энергии, которой обладало транспортное средство до торможения, то это материал для отдельной заявки которая подается одновременно с данной. As for the third stage of braking with the subsequent use of kinematic energy that the vehicle had before braking, this is material for a separate application that is submitted simultaneously with this one.

Механическая передача с голономным вариатором непрерывного действия работает следующим образом: после включения вариатора с помощью рычага 10 переключения передач и включения сцепления 2 начинается перемотка ленты 21 со шкива 18 на шкив 9 (фиг. 1). Текущее передаточное отношение между ведомым и ведущим валами определяется как отношение текущих радиусов намотки ленты на шкивы: i_iвар= R_i/r_i , где R_i - текущий радиус намотки ленты на ведомом шкиве 18, r_i - текущий радиус намотки ленты на ведущем шкиве 9.A mechanical transmission with a continuous holonomic variator works as follows: after turning on the variator with the help of gear shift lever 10 and engaging clutch 2, the tape 21 is rewound from the pulley 18 to the pulley 9 (Fig. 1). The current gear ratio between the driven and driving shafts is defined as the ratio of the current radii of the tape winding onto the pulleys: i _ivar = R _i / r _i , where R _i is the current radius of the tape winding on the driven pulley 18, r _i is the current radius of the tape winding on the driving pulley 9.

При полной намотке ленты на ведомом шкиве (момент трогания транспортного средства) передаточное отношение определяется: i= R/r, где R - радиус намотки ленты на ведомом шкиве в исходном состоянии, r - радиус намотки ленты на ведущем шкиве в исходном состоянии. При перемотки ленты радиус R - уменьшается и стремится к радиусу r. Радиус r одновременно увеличивается и стремится к радиусу R. With full winding of the tape on the driven pulley (the moment of starting the vehicle), the gear ratio is determined: i = R / r, where R is the radius of the tape winding on the driven pulley in the initial state, r is the radius of the tape winding on the driving pulley in the initial state. When the tape is rewound, the radius R - decreases and tends to the radius r. The radius r simultaneously increases and tends to the radius R.

Таким образом, при перемотке ленты с одного шкива на другой передаточное отношение от максимального, равного R/r , через единицу (при R_i= r_i), стремится к минимальному, равному R/r (см. фиг. 4, график 2), т. е. от редукции переходит к мультипликации. Движение при этом передается от (см. фиг. 1) ведущего вала 3 через зубчатую муфту 8, редуктор (колеса 11, 12, 13, 14, 15), шкив 9, за счет ленты 21 на шкив 18, зубчатые колеса 19, 22 и зубчатую муфту 17 на вал 20, через зубчатые колеса 23, 24 на вторичный вал 25 стандартной коробки передач и, далее, на карданный вал.Thus, when the tape is rewound from one pulley to another, the gear ratio from the maximum equal to R / r through one (at R _i = r _i ) tends to the minimum equal to R / r (see Fig. 4, graph 2) , i.e., goes from reduction to animation. The movement is transmitted from (see Fig. 1) the drive shaft 3 through a gear clutch 8, a gearbox (wheels 11, 12, 13, 14, 15), a pulley 9, due to the belt 21 onto a pulley 18, gears 19, 22 and a gear clutch 17 to the shaft 20, through gears 23, 24 to the secondary shaft 25 of the standard gearbox and, further, to the driveshaft.

Следует отметить, что числа зубьев Z₂₃ и Z₂₄ колес 23 и 24 равны. Коробка передач при этом работает на холостом ходу за счет шестерни 6, ни одна передача не включена, включен только вариатор (фиг. 6, положение рычага В).It should be noted that the number of teeth Z ₂₃ and Z _{24 of the} wheels 23 and 24 are equal. In this case, the gearbox idles due to gear 6, no gear is engaged, only the variator is engaged (Fig. 6, position of lever B).

После разгона вариатор автоматически выключается с помощью выключателя 33 (фиг. 3), водитель включает прямую передачу. After acceleration, the variator automatically turns off using the switch 33 (Fig. 3), the driver engages a direct transmission.

Выбор передаточных отношений вариатора и редуктора определяется следующим. The choice of gear ratios of the variator and gearbox is determined by the following.

Так как передаточное отношение вариатора изменяется от редукции до мультипликации, а переход от вариатора на прямую передачу коробки передач может быть произведен только при равенстве частот вращения ведущего вала 3 (фиг. 1) и вторичного вала 25, то для обеспечения этого условия перед ведущим шкивом 9 должен быть редуктор (колеса 11, 12, 13, 14, 15), передаточное отношение которого выбирается так, чтобы после разгона вторичный вал 25 имел частоту вращения, равную частоте вращения ведущего вала 3, а это выполнимо тогда, когда передаточное отношение редуктора i_ред= R/r с тем, чтобы к концу разгона общее передаточное отношение вариатор-редуктор было равно единице, т. е.Since the gear ratio of the variator varies from reduction to animation, and the transition from the variator to a direct transmission of the gearbox can be made only if the rotation speeds of the drive shaft 3 (Fig. 1) and the secondary shaft 25 are equal, then to ensure this condition before the drive pulley 9 there must be a gearbox (wheels 11, 12, 13, 14, 15), the gear ratio of which is selected so that after acceleration the secondary shaft 25 has a speed equal to the speed of the drive shaft 3, and this is feasible when the gear ratio ed Ktorov _ed i = R / r, so that the end of the total acceleration gear ratio variator-reducer is equal to one, m. f.

i_общ= i_ред·i

=

= 1.i _total = i _red · i

=

= 1.

Из технологических и габаритных соображений целесообразно передаточное отношение редуктора выбрать равным передаточному отношению первой передачи коробки передач. From technological and overall considerations, it is advisable to select the gear ratio of the gearbox equal to the gear ratio of the first gear of the gearbox.

Для машины "Волга" передаточное отношение первой передачи равно 3,5. Тогда общее максимальное передаточное отношение механической передачи будет определяться:
i_макс= i_ред˙i_{вар.макс}= 3,5˙3,5= 12,25
Общее минимальное передаточное отношение механической передачи будет определяться:
i_мин= i_ред·i

= 3,5

= 1
Таким образом получена механическая передача с непрерывным изменением передаточного отношения в процессе разгона от 12, 25 до единицы (фиг. 4, график 2), что обеспечивает быстрый и плавный разгон транспортного средства с высоким КПД при полной мощности двигателя (фиг. 5, графики функций V₂= f₄(t) и N₂= f₃(t) а также экономию топлива, снижение выброса вредных выхлопных газов, упрощение управления.For the Volga car, the first gear ratio is 3.5. Then the total maximum gear ratio of the mechanical transmission will be determined:
i _max = i _ed ˙i _var.max = 3.5-3.5 = 12.25
The total minimum gear ratio of a mechanical transmission will be determined by:
i _min = i _ed

= 3,5

= 1
Thus, a mechanical transmission is obtained with a continuous change in the gear ratio during acceleration from 12, 25 to unity (Fig. 4, graph 2), which ensures fast and smooth acceleration of a vehicle with high efficiency at full engine power (Fig. 5, function graphs V ₂ = f ₄ (t) and N ₂ = f ₃ (t) as well as fuel economy, reduction of harmful exhaust emissions, simplified management.

Следует отметить, что передаточное отношение редуктора и вариатора может быть и другим, например, равным пяти, тогда передаточное отношение механической передачи будет плавно изменяться от 25 до единицы. It should be noted that the gear ratio of the gearbox and the variator can be different, for example, equal to five, then the gear ratio of the mechanical transmission will smoothly change from 25 to one.

Автоматический выключатель 33 действует следующим образом: (фиг. 3) по мере намотки ленты 21 на шкив 9 в процессе разгона самоориентирующийся за счет штифтов 41 и прорезей 42 сухарь 40 поворачивает рычаг 43 в шарнире 44. Рычаг 43 поворачивает рычаг 45 в шарнире 46. Рычаг 45 поворачиваясь выводит зубчатую муфту 8 из зацепления с венцом 11 за счет ее осевого перемещения вправо, одновременно рычаг 10 (фиг. 1) переходит в нейтральное положение, а зубчатая муфта 17 через рычаг 16 выходит из зацепления с венцом 19 и разъединяет шкив 18 с валом 20. The circuit breaker 33 operates as follows: (Fig. 3), as the tape 21 is wound on the pulley 9 during acceleration, the biscuit 40, which is self-oriented due to the pins 41 and slots 42, turns the lever 43 in the hinge 44. The lever 43 rotates the lever 45 in the hinge 46. The lever 45 turning rotates the gear clutch 8 out of engagement with the crown 11 due to its axial movement to the right, at the same time the lever 10 (Fig. 1) goes into neutral position, and the gear clutch 17 through the lever 16 disengages from the ring 19 and disconnects the pulley 18 from the shaft twenty.

Зубчатые муфты 8 и 17 остаются при этом в зацеплении с зубчатыми колесами 5 и 22 соответственно. Шкивы продолжают вращаться по инерции до тех пор, пока не сработают тормозные колодки 36 и 37 (фиг. 2) останавливая одновременно шкивы 9 и 18. В таком состоянии система находится до момента торможения, при этом случайное включение вариатора не возможно, т. к. система рычагов 43 и 45 при полном шкиве 9 это исключает. The gear couplings 8 and 17 remain in engagement with the gears 5 and 22, respectively. The pulleys continue to rotate by inertia until the brake pads 36 and 37 (Fig. 2) work, simultaneously stopping the pulleys 9 and 18. The system is in this state until the moment of braking, and it is not possible to accidentally turn on the variator, because the lever system 43 and 45 with a full pulley 9 eliminates this.

При торможении, от той же педали тормоза, срабатывает дополнительный гидроцилиндр 31, который своим штоком 32 прижимает зубчатое колесо 28 (не выводя его из зацепления с колесом 29) с фрикционом 30 к щеке шкива 18. При этом происходит перемотка ленты 21 на шкив 18, подготавливая механическую передачу для последующего разгона. Перемотка ленты 21 происходит за счет передачи движения от зубчатого колеса 4 через паразитную шестерню 29 на зубчатое колесо 28. Если по каким-либо причинам не произошла полная перемотка ленты, то достаточно при работающем двигателе кратковременно нажать педаль тормоза в стояночном положении. When braking, from the same brake pedal, an additional hydraulic cylinder 31 is activated, which with its rod 32 presses the gear 28 (without disengaging it from the gear 29) with the friction clutch 30 to the pulley cheek 18. In this case, the tape 21 is rewound to the pulley 18, preparing a mechanical transmission for subsequent acceleration. The tape 21 is rewound by transmitting movement from the gear 4 through the spurious gear 29 to the gear 28. If for some reason the tape is not completely rewound, it is sufficient to briefly depress the brake pedal while the engine is running in the parking position.

Следует отметить, что полная перемотка ленты не обязательна, можно начинать движение с любого состояния, но при этом начальное передаточное отношение механической передачи будет не 12, 25, а меньше (график 2, фиг. 4). It should be noted that full rewinding of the tape is not necessary, you can start moving from any state, but at the same time the initial gear ratio of the mechanical transmission will not be 12, 25, but less (graph 2, Fig. 4).

Также следует отметить, что отказ голономного вариатора, как и отказ коробки передач не ведет к отказу транспортного средства, что повышает его надежность. It should also be noted that the failure of the holonomic variator, as well as the failure of the gearbox, does not lead to vehicle failure, which increases its reliability.

Высокой КПД голономного вариатора обеспечивается за счет того, что он не имеет силовых элементов, перемещающихся относительно друг друга под нагрузкой. High efficiency of the holonomic variator is provided due to the fact that it does not have power elements moving relative to each other under load.

И последнее: предлагаемая механическая передача с голономным вариатором непрерывного действия не приводит к изменению органов управления или порядка их применения на известных транспортных средствах. Добавляется лишь еще одно положение рычага переключения передач (фиг. 6, положение В). And lastly: the proposed mechanical transmission with a holonomic continuously variable variator does not lead to a change in the controls or the order of their use on known vehicles. Only one more shift lever position is added (FIG. 6, position B).

Количество движений водителя при разгоне с использованием коробки передач составляет 19, а при использовании предлагаемой механической передачи - всего лишь 6, что значительно упрощает управление транспортным средством. The number of driver movements during acceleration using the gearbox is 19, and when using the proposed mechanical transmission - only 6, which greatly simplifies the management of the vehicle.

Для обеспечения необходимого количества циклических воздействий на ленту при ее многократных перемотках минимальный радиус намотки r должен быть значительным, например равным 50 мм. To ensure the necessary number of cyclic effects on the tape during its multiple rewinds, the minimum winding radius r should be significant, for example, equal to 50 mm.

Максимальный крутящий момент двигателя автомобиля "Волга" составляет М_макс= 19 кгс м.The maximum engine torque of the Volga is M _max = 19 kgf m.

С учетом редукции (колеса 11, 12, 13, 14, 15) на фиг. 1 момент М составит: М= М_макс ·i_ред= 19 ˙3,5= 66,5 кгс. м.Taking into account the reduction (wheels 11, 12, 13, 14, 15) in FIG. 1 moment M will be: M = M _max · i _ed = 19 ˙3.5 = 66.5 kgf. m

По книге Горное дело. Энциклопедический справочник. Том I. Углетехиздат, 1957, с. 236 находим: для стали 30ХГСА σ_т = 90 кг/мм². Известно, что σ_пц≈

σ_т , следовательно, σ_{пцзохгса} = 60 кг/мм². При выбранном минимальном радиусе намотки ленты r= 50 мм окружное усилие на шкиве определяется: F=

=

= 1330 кгс.According to the book Mining. Encyclopedic reference book. Volume I. Ugletekhizdat, 1957, p. 236 we find: for steel 30KhGSA σ _t = 90 kg / mm ² . It is known that σ _pc ≈

σ _t , therefore, σ _ptssohgs = 60 kg / mm ² . With the selected minimum radius of the tape winding r = 50 mm, the circumferential force on the pulley is determined: F =

=

= 1330 kgf.

Потребное сечение ленты
S=

=

= 22,2 мм².The required section of the tape
S =

=

= 22.2 mm ² .

Зададим ширину ленты l= 25 мм, тогда ее толщина определяется:
δ=

=

= 0.9 мм.We set the tape width l = 25 mm, then its thickness is determined:
δ =

=

= 0.9 mm.

Следует отметить, что лента не обязательно должна быть изготовлена из стали. Она может быть изготовлена и из других материалов, обладающих достаточной прочностью на разрыв и незначительно деформирующихся при нагружении. It should be noted that the tape does not have to be made of steel. It can also be made of other materials with sufficient tensile strength and slightly deformable under loading.

Для получения максимального передаточного отношения, равного 3,5 при выбранном минимальном радиусе намотки ленты r= 50 мм, максимальный радиус намотки должен составлять: R= i˙r= 3,5˙50= 175 мм, что вполне приемлемо из конструктивных соображений. To obtain a maximum gear ratio of 3.5 for the selected minimum radius of the tape winding r = 50 mm, the maximum radius of the winding should be: R = i˙r = 3.5˙50 = 175 mm, which is quite acceptable from design considerations.

При выбранных r и R намотки ленты на разных шкивах и толщине ленты δ = 0,9 мм длина ленты равна 99 м. When r and R are selected, the tape is wound on different pulleys and the tape thickness δ = 0.9 mm, the tape length is 99 m.

Число витков ленты на шкиве при максимальном радиусе намотки R= 175 мм составляет:
N=

=

= 139.The number of turns of the tape on the pulley with a maximum winding radius R = 175 mm is:
N =

=

= 139.

При разгоне транспортного средства при полной мощности двигателя время разгона составит:
t=

=

= 6,5 c.When accelerating a vehicle at full engine power, the acceleration time will be:
t =

=

= 6.5 s.

Для изменения времени разгона можно варьировать толщиной и шириной ленты. To change the acceleration time, you can vary the thickness and width of the tape.

Ввиду сложности подсчета увеличения ресурса двигателя и ходовой части для определения экономического эффекта при применении голономного вариатора, а также от улучшения экологии, ограничимся лишь подсчетом экономического эффекта от экономии топлива (и то только при разгонах). Due to the difficulty of calculating the increase in engine and chassis life to determine the economic effect when using a holonomic variator, as well as from improving the environment, we restrict ourselves to calculating the economic effect of fuel economy (and only during acceleration).

Автомобиль "Волга", разогнанный до скорости 72 км/ч (20 м/с), обладает кинетической энергией Е, равной 30000 кгс. м. Известно, что 1 ккал соответствует 427 кгс. м работы. Один кг бензина имеет теплотворную способность Q, равную 11000 ккал. КПД ДВС равен 0,35, а при разгоне он значительно падает. Возьмем КПД ДВС при разгоне равным 0,25. The Volga car, accelerated to a speed of 72 km / h (20 m / s), has a kinetic energy E of 30,000 kgf. m. It is known that 1 kcal corresponds to 427 kgf. m work. One kg of gasoline has a calorific value Q of 11,000 kcal. The efficiency of the internal combustion engine is 0.35, and during acceleration it drops significantly. Take the efficiency of the internal combustion engine during acceleration equal to 0.25.

Чтобы определить необходимое количество бензина на один разгон автомобиля "Волга", произведем следующие вычисления: обозначим Q₁ - количество тепла, которое нужно затратить на один разгон с учетом КПД ДВС.To determine the required amount of gasoline for one acceleration of the Volga car, we perform the following calculations: we denote Q ₁ - the amount of heat that needs to be spent on one acceleration, taking into account the efficiency of the internal combustion engine.

Q₁=

=

= 281 ккал; m =

= 25.5 г
Известно, что в СНГ имеется примерно 40000000 автомашин различного назначения. Предположим, что 40% из них простаивают, а каждая работающая машина производит по 30 разгонов в день и что все машины в среднем расходуют бензина на один разгон столько, сколько расходует его автомобиль "Волга" (как видим все цифры значительно занижены), тогда общий расход топлива на разгоны всех действующих автомашин за один день составит:
G= m·30

= 25,5·3·4·6·10⁴= 1836·10⁴ кг= 18360 т.Q ₁ =

=

= 281 kcal; m =

= 25.5 g
It is known that in the CIS there are approximately 40,000,000 vehicles for various purposes. Suppose that 40% of them are idle, and each running machine makes 30 accelerations per day, and that all vehicles consume on average one gas as much as the Volga car consumes (as you can see, all the figures are significantly underestimated), then the total fuel consumption for acceleration of all existing cars in one day will be:
G = m30

= 25.5 · 3 · 4 · 6 · 10 ⁴ = 1836 · 10 ⁴ kg = 18360 t.

Claims (1)

МЕХАНИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА С ГОЛОНОМНЫМ ВАРИАТОРОМ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащая связанный через сцепление с приводным двигателем ведущий вал, вариатор, одно звено которого кинематически связано с ведущим валом, механическую коробку передач, ведущая шестерня которой связана с ведущим валом, а вторичный ее вал - с движителями транспортного средства, а также орган управления вариатором, отличающаяся тем, что, с целью повышения разгонных качеств транспортного средства, КПД, ресурса двигателя и трансмиссии, вариатор представляет собой два шкива с лентой перематывания с одного шкива на другой, закрепленной своими концами на них, один из шкивов свободно установлен на ведущем валу и связан с ним через муфту, а другой свободно размещен на ведомом валу, передачами связанном с ведущим и вторичным валами, при этом второй шкив связан с ведомым валом через муфту, орган управления которой сблокирован с органом управления муфтой первого шкива, а в передаче кинематической связи ведомого вала с ведущим одна из шестерен выполнена с фрикционной муфтой, вариатор имеет тормозное устройство шкивов и автоматический выключатель для разъединения кинематической связи шкивов вариатора с ведущим и ведомым валами. MECHANICAL TRANSMISSION WITH A GLONIC VARIATOR OF CONTINUOUS ACTION FOR A VEHICLE, comprising a drive shaft connected via a clutch to a drive motor, a variator, one link of which is kinematically connected to the drive shaft, a mechanical gearbox, the drive gear of which is connected to the drive shaft, and the secondary vehicle propulsion, as well as the control unit of the variator, characterized in that, in order to increase the acceleration qualities of the vehicle, efficiency, engine and transmission resource, varia OP is two pulleys with a rewinding tape from one pulley to another, fixed with their ends on them, one of the pulleys is freely mounted on the drive shaft and connected to it through the clutch, and the other is freely placed on the driven shaft, gears connected to the drive and secondary shafts wherein the second pulley is connected to the driven shaft through a clutch, the control of which is blocked with the control of the clutch of the first pulley, and in the transmission of the kinematic connection of the driven shaft with the drive one of the gears is made with a friction clutch, a variator and it has a pulley brake device and a circuit breaker for disconnecting the kinematic connection of the variator pulleys with the drive and driven shafts.

Images