RU2561875C1 - Differential drive - Google Patents
Differential drive Download PDFInfo
- Publication number
- RU2561875C1 RU2561875C1 RU2014117248/11A RU2014117248A RU2561875C1 RU 2561875 C1 RU2561875 C1 RU 2561875C1 RU 2014117248/11 A RU2014117248/11 A RU 2014117248/11A RU 2014117248 A RU2014117248 A RU 2014117248A RU 2561875 C1 RU2561875 C1 RU 2561875C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- drive
- rotation
- gear
- output shaft
- engine
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structure Of Transmissions (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к машиностроению, а именно к приводам. Группа изобретений может найти применение во всех отраслях промышленности, где имеется потребность в получении бесступенчато измененяемых крутящих моментов и скоростей вращения выходных валов.The group of inventions relates to mechanical engineering, namely to drives. The group of inventions can find application in all industries where there is a need for continuously variable torques and rotational speeds of output shafts.
Известны приводы с бесступенчатым регулированием скорости вращения выходного вала, которые устанавливаются на некоторых модификациях легковых автомобилей, таких как: Toyota RAF4 [Сайт ООО «Тойота Мотор», www.toyota.ru], Nissan Qashgai [Сайт Автоцентр «Восток-авто», www.vvoctok.ru], Mitsubishi ASX [Сайт Автоцентр «Восток-авто», www.vvoctok.ru].Drives with stepless speed control of the output shaft are known, which are installed on some modifications of cars, such as: Toyota RAF4 [Website of Toyota Motor LLC, www.toyota.ru], Nissan Qashgai [Website Autocentre Vostok-avto, www .vvoctok.ru], Mitsubishi ASX [Vostok-Avto Autocentre website, www.vvoctok.ru].
Такие приводы содержат:Such drives contain:
- двигатель внутреннего сгорания;- internal combustion engine;
- вариатор - механизм с внешним управлением, который позволяет автоматически бесступенчато изменять передаточное число, выбирая наиболее оптимальное согласно внешней нагрузке и оборотам двигателя, тем самым давая возможность максимально эффективно использовать его мощность. Наибольшее распространение получили такие типы вариаторов, как клиноременные и тороидные вариаторы;- variator - an mechanism with external control that allows you to automatically steplessly change the gear ratio, choosing the most optimal according to the external load and engine speed, thereby making it possible to use its power as efficiently as possible. The most common types of variators are V-belt and toroidal variators;
- промежуточный механизм, передающий крутящий момент и соединяющий вариатор с двигателем. Наибольшее распространение получили такие механизмы, как гидротрансформаторы, центробежные автоматические сцепления, электромагнитные сцепления с электронным управлением, многодисковые мокрые сцепления с электронным управлением;- an intermediate mechanism transmitting torque and connecting the variator to the engine. The most widely used mechanisms are torque converters, centrifugal automatic couplings, electronically controlled electromagnetic clutches, electronically controlled multi-plate wet clutches;
- механизм, обеспечивающий реверсивное вращение выходного вала.- a mechanism for reversing the rotation of the output shaft.
Недостатком данных приводов является сложность конструкции, передача ограниченных крутящих моментов и ограниченный диапазон регулирования (у одноступенчатых вариаторов D=3…6), необходимость применения дополнительных реверсивных ступеней трансмиссии и промежуточных механизмов между двигателем и вариатором, что приводит к понижению КПД привода.The disadvantage of these drives is the design complexity, the transmission of limited torques and a limited control range (for single-stage variators D = 3 ... 6), the need for additional reverse transmission steps and intermediate mechanisms between the engine and the variator, which leads to a decrease in the drive efficiency.
Известен дифференциальный привод, содержащий корпус, два двигателя, две дифференциальные передачи, выполненные волновыми и соединенными между собой зубчатыми передачами. Жесткое колесо одной передачи связано с корпусом, а другой - с выходным валом [Патент РФ 2064105].A differential drive is known, comprising a housing, two engines, two differential gears made by wave and interconnected gears. The hard wheel of one gear is connected to the housing, and the other to the output shaft [RF Patent 2064105].
Недостатками данного привода являются ступенчатое изменение частоты вращения выходного вала, передача ограниченных крутящих моментов и невозможность изменения направления вращения выходного вала.The disadvantages of this drive are the stepwise change in the frequency of rotation of the output shaft, the transmission of limited torques and the inability to change the direction of rotation of the output shaft.
Известен дифференциальный привод, содержащий два приводных двигателя и одну волновую дифференциальную передачу. Волновая передача содержит генератор волн, гибкое и подвижное жесткое колеса и выходное звено [Патент РФ 2153108].A differential drive is known, comprising two drive motors and one wave differential transmission. The wave transmission contains a wave generator, flexible and movable hard wheels and an output link [RF Patent 2153108].
Недостатком данного привода также является ступенчатое изменение частоты вращения выходного вала, передача ограниченных крутящих моментов и невозможность изменения направления вращения выходного вала.The disadvantage of this drive is also a stepwise change in the frequency of rotation of the output shaft, the transmission of limited torques and the inability to change the direction of rotation of the output shaft.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является редуктор цилиндро-планетарный с приводом от двух двигателей [2, стр. 310-311]. Привод содержит цилиндрический редуктор со встроенной планетарной передачей и два приводных электродвигателя. Посредством поочередного включения двигателей или двух одновременно достигается получение четырех скоростей вращения выходного вала.Closest to the proposed invention is a cylinder-planetary gearbox driven by two engines [2, p. 310-311]. The drive contains a cylindrical gearbox with an integrated planetary gear and two drive motors. By turning on the engines one or two at a time, four speeds of rotation of the output shaft are obtained simultaneously.
Недостатком данного привода является ступенчатость изменения частоты вращения выходного вала с ограниченным диапазоном передаточных чисел и невозможность изменения направления вращения этого вала.The disadvantage of this drive is the stepwise change in the frequency of rotation of the output shaft with a limited range of gear ratios and the inability to change the direction of rotation of this shaft.
Данный механизм выбран в качестве прототипа.This mechanism is selected as a prototype.
Технический результат для группы изобретений - создание приводов нового типа, имеющих следующие рабочие характеристики:The technical result for the group of inventions is the creation of new type of drives having the following performance characteristics:
1. Бесступенчатое изменение скорости вращения выходного вала и крутящего момента на нем.1. Stepless change in the speed of rotation of the output shaft and torque on it.
2. Рабочий диапазон частоты вращения выходного вала - 0…8000 об/мин и более.2. The working range of the output shaft rotation frequency is 0 ... 8000 rpm and more.
3. КПД дифференциального механизма - 0,95…0,98.3. The efficiency of the differential mechanism is 0.95 ... 0.98.
4. Изменение направления вращения выходного вала без применения дополнительных ступеней зубчатой передачи дифференциального механизма.4. Changing the direction of rotation of the output shaft without the use of additional gear stages of the differential mechanism.
Сущность группы изобретений поясняется фигурами: на фиг. 1 изображена схема дифференциального привода 3D-9 с параллельным расположением асинхронных электродвигателей; на фиг. 2 изображена схема дифференциального привода 3D-3 с параллельным расположением асинхронных электродвигателей.The essence of the group of inventions is illustrated by the figures: in FIG. 1 shows a diagram of a 3D-9 differential drive with a parallel arrangement of induction motors; in FIG. 2 shows a diagram of a 3D-3 differential drive with a parallel arrangement of induction motors.
Первый вариант выполнения дифференциального привода.The first embodiment of a differential drive.
Технический результат достигается тем, что дифференциальный привод, содержащий два двигателя, систему управления приводом, корпус, размещенные в нем две шестерни с внешними зубьями, входящие в зацепление друг с другом, центральные колесо с внутренними зубьями и шестерню с внешними зубьями, расположенную на приводном валу одного двигателя, входящие в зацепление с внешними зубьями сателлитов, установленных посредством осей на водиле, соединенном с выходным валом, согласно изобретению, центральное колесо с внутренними зубьями через шестерню с внешними зубьями, находящуюся в соединении с ним, входит в зацепление с другой шестерней с внешними зубьями, расположенной на параллельно расположенном валу второго двигателя.The technical result is achieved in that a differential drive containing two motors, a drive control system, a housing, two gears with external teeth placed therein, engaged with each other, a central wheel with internal teeth and a gear with external teeth located on the drive shaft one engine, engaging with the outer teeth of the satellites mounted by means of axles on a carrier connected to the output shaft, according to the invention, the Central wheel with internal teeth through a pole nude with external toothing, which is in connection with it, is engaged with another gear wheel with external teeth, arranged on a second shaft located parallel to the motor.
В качестве приводных двигателей в дифференциальном приводе 3D-9, кроме асинхронных электродвигателей и двигателей внутреннего сгорания, могут применяться гидромоторы, пневмомоторы и другие типы двигателей.As drive motors in the 3D-9 differential drive, in addition to asynchronous electric motors and internal combustion engines, hydraulic motors, pneumatic motors and other types of engines can be used.
Конструкция дифференциального привода 3D-9 с параллельно расположенными асинхронными электродвигателями поясняется кинематической схемой, представленной на фиг. 1.The design of the 3D-9 differential drive with parallel-mounted induction motors is illustrated by the kinematic circuit shown in FIG. one.
На схеме обозначено: 1 - ведущая центральная шестерня с внешними зубьями, 2 - сателлиты, 3 - ведущее центральное колесо с внутренними зубьями, 4 - первая шестерня с внешними зубьями, 5 - вторая шестерня с внешними зубьями, 8 - выходной вал привода, 9 - ведомое водило, 10 - ось сателлитов, 11 - корпус дифференциального механизма, 12 - соединительная муфта, 16 - электронный блок управления приводом, 17 - тахометр, 20 - второй асинхронный электродвигатель, 21 - первый асинхронный электродвигатель, 22 - частотный преобразователь второго двигателя, 23 - частотный преобразователь первого двигателя, 24 - ПИД-регулятор с потенциометром.The diagram shows: 1 - the leading central gear with external teeth, 2 - satellites, 3 - the leading central wheel with internal teeth, 4 - the first gear with external teeth, 5 - the second gear with external teeth, 8 - the output drive shaft, 9 - driven carrier, 10 - satellite axis, 11 - differential gear housing, 12 - coupling, 16 - electronic drive control unit, 17 - tachometer, 20 - second asynchronous electric motor, 21 - first asynchronous electric motor, 22 - frequency converter of the second motor, 23 - frequency conversion zovatel first motor, 24 - PID potentiometer.
Дифференциальный привод 3D-9 состоит из двух кинематически связанных приводных двигателей 20 и 21, закрепленных на корпусе дифференциального механизма 11. Приводной вал двигателя 20 соединен с шестерней 5, которая входит в зацепление с шестерней 4, находящейся на одной геометрической оси с центральным колесом с внутренними зубьями 3 и соединенной с ним. Приводной вал двигателя 21 соединен с центральной шестерней 1, которая через сателлиты 2 также входит в зацепление с центральным колесом 3 и взаимодействует с водилом 9. Водило 9, в свою очередь, через муфту 12 соединено с выходным валом 8. Двигатели также могут располагаться на одной геометрической оси, закрепленные на корпусе дифференциального механизма, или находиться в общем корпусе. При этом технический результат остается неизменным.The differential drive 3D-9 consists of two kinematically coupled
Дифференциальный привод 3D-9 работает следующим образом. Вращение вала двигателя 21, с заданной частотным преобразователем 23 скоростью, воспринимается шестерней 1, которая через сателлиты 2, взаимодействуя с центральным колесом с внутренними зубьями 3, вызывает направленное вращение водила 9. Одновременно однонаправленное вращение вала двигателя 20, с заданной частотным преобразователем 22 скоростью, через шестерни с внешними зубьями 5 и 4 вызывает противоположно направленное вращение центрального колеса с внутренними зубьями 3. Вращение центрального колеса 3 воспринимается сателлитами 2, которые, взаимодействуя с шестерней 1, вызывают направленное вращение водила 9, преобразуя скорости вращения и крутящие моменты валов двигателей 20 и 21 до необходимых значений на выходном валу 8. Направление вращения выходного вала 8 зависит от соотношения скоростей вращения валов двигателей 20 и 21. Управление дифференциальным приводом происходит одним из двух способов, показанных выше в описании работы дифференциального привода 3D-1 с асинхронными электродвигателями.The differential drive 3D-9 operates as follows. The rotation of the shaft of the
Работа дифференциального привода 3D-9 с любыми типами двигателей включает в себя следующие режимы: пусковой, холостой, нейтральный, пониженного вращения, реверсивного вращения, остановочный. Пусковой, холостой и остановочный режимы относятся к вспомогательным режимам. Режимы нейтральный, пониженного вращения и реверсивного вращения относятся к эксплуатационным режимам работы привода.The operation of the 3D-9 differential drive with any type of engine includes the following modes: starting, idle, neutral, low rotation, reverse rotation, stop. Starting, idle and stop modes are related to auxiliary modes. Modes of neutral, low rotation and reverse rotation relate to the operating modes of the drive.
Скорость вращения выходного вала 8 в момент времени t на всех эксплуатационных режимах работы привода определяется по формуле:The rotation speed of the
где: 
где: i45 - передаточное число цилиндрической передачи, которую образуют шестерни 4 и 5, которое определяется по формуле (3);where: i 45 is the gear ratio of the cylindrical gear, which is formed by
где: z3, z1, z4, z5 - число зубьев колеса 3, шестерней 1, 4 и 5 соответственно.where: z 3 , z 1 , z 4 , z 5 - the number of teeth of the
Цилиндрическая ступень привода, состоящая из шестерней 4 и 5, предназначена для выполнения условия разнонаправленности вращений шестерни 1 и колеса 3, которые кинематически связаны с параллельно расположенными двигателями 20 и 21. Поэтому принимается равенство числа зубьев шестерней 4 и 5 z4=z5, откуда передаточное число цилиндрической ступени становится равным i45=1 и в дальнейших формулах не рассматривается. Обязательным условием работы привода является неизменность направлений вращения валов двигателей 20 и 21 на всех режимах работы.The cylindrical stage of the drive, consisting of
Пусковой режим: включение двигателей 20, 21 и выведение вращение их валов до скоростей холостого вращения. В пусковом режиме муфта 12 находится в разомкнутом состоянии. Приводной вал 8 отсоединен от водила 9 и не вращается.Starting mode: turning on the
Холостой режим: работа дифференциального привода, при которой приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с постоянными скоростями, обеспечивая устойчивую работу двигателей в режиме холостого вращения. Как и в пусковом режиме, водило 9 и приводной вал 8 рассоединены муфтой 12. Приводной вал 8 не вращается.Idle mode: differential drive operation, in which the drive shafts of the
Нейтральный режим: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 не вращается и выполняется условие: отношение скоростей вращения валов 20 и 21 постоянно равно обратному значению передаточного числа планетарной передачи с невращающимся водилом 9, которую в вышеуказанный период времени образуют также шестерня 1, сателлиты 2, оси сателлитов 10 и центральное колесо 3:Neutral mode: the operation of the differential drive, in which the
Приводной вал 8 и водило 9 соединены муфтой 12 и не вращаются.The
Нейтральный режим работы дифференциального привода, при котором ведомый вал 8 не вращается, можно получать на всем диапазоне скоростей вращения вала двигателя 21 при условии соблюдения равенства отношений скоростей вращения приводных валов обратному значению передаточного числа
Режим пониженного вращения: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 получает вращение, не совпадающее с направлениями вращения приводных валов двигателей 20 и 21, а их отношение скоростей вращения находится в следующем диапазоне значений:Low rotation mode: the operation of the differential drive, in which the
Работа дифференциального привода в режиме пониженного вращения включает в себя следующие подрежимы: разгон, вращение с постоянной скоростью, замедление.The operation of the differential drive in the mode of reduced rotation includes the following sub-modes: acceleration, rotation at a constant speed, deceleration.
Подрежим - разгон: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с положительным ускорением и выполняются следующие условия:Submode - acceleration: the operation of the differential drive, in which the
1. Приводной вал двигателя 20 вращается с положительным ускорением, а приводной вал двигателя 21 находится в одном из скоростных режимов: вращается с положительным ускорением, вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением.1. The drive shaft of the
2. Приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с отрицательными ускорениями.2. The drive shafts of the
3. Приводной вал двигателя 20 вращается с постоянной скоростью, а приводной вал двигателя 21 вращается с отрицательным ускорением.3. The drive shaft of the
Подрежим - вращение с постоянной скоростью: работа дифференциального привода, при которой скорость вращения выходного вала 8 является величиной постоянной 
1. Скорости вращения приводных валов двигателей 20 и 21 являются значениями постоянными 
2. Скорости вращения приводных валов двигателей 20 и 21 являются значениями переменными, которые находятся в следующей зависимости:2. The rotation speeds of the drive shafts of the
и при этом выполняются следующие условия:and the following conditions are true:
2.1. Приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с положительными ускорениями;2.1. The drive shafts of the
2.2. Приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с отрицательными ускорениями.2.2. The drive shafts of the
Подрежим - замедление: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с отрицательным ускорением, и выполняются следующие условия:Submode - deceleration: the operation of the differential drive, in which the
1. Приводной вал двигателя 20 вращается с отрицательным ускорением, а приводной вал двигателя 21 находится в одном из скоростных режимов: вращается с положительным ускорением, вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением.1. The drive shaft of the
2. Приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с положительными ускорениями.2. The drive shafts of the
3. Приводной вал двигателя 20 вращается с постоянной скоростью, а приводной вал двигателя 21 вращается с положительным ускорением.3. The drive shaft of the
Режим реверсивного вращения: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 получает вращение, совпадающее с направлениями вращения приводных валов двигателей 20 и 21 а их отношение находится в следующем диапазоне значений:Reverse rotation mode: the operation of the differential drive, in which the
Работа дифференциального привода в режиме реверсивного вращения включает в себя следующие подрежимы: разгон, вращение с постоянной скоростью, замедление.The operation of the differential drive in reverse rotation mode includes the following sub-modes: acceleration, rotation at a constant speed, deceleration.
Подрежим - разгон: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с положительным ускорением, и выполняются следующие условия:Submode - acceleration: the operation of the differential drive, in which the
1. Приводной вал двигателя 21 вращается с положительным ускорением, а приводной вал двигателя 20 находится в одном из скоростных режимов: вращается с положительным ускорением, вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением.1. The drive shaft of the
2. Приводной вал двигателя 20 вращается с отрицательным ускорением, а приводной вал двигателя 21 находится в одном из скоростных режимов: вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением.2. The drive shaft of the
Подрежим - вращение с постоянной скоростью: работа дифференциального привода, при которой скорость вращения выходного вала 8 является величиной постоянной 
1. Скорости вращения приводных валов двигателей 20 и 21 являются значениями постоянными 
2. Скорости вращения приводных валов двигателей 20 и 21 являются значениями переменными, которые находятся в следующей зависимости, определяющейся по формуле (7), и при этом выполняются следующие условия:2. The rotation speeds of the drive shafts of the
2.1. Приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с положительными ускорениями;2.1. The drive shafts of the
2.2. Приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с отрицательными ускорениями.2.2. The drive shafts of the
Подрежим - замедление: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с отрицательным ускорением, и выполняются следующие условия:Submode - deceleration: the operation of the differential drive, in which the
1. Приводной вал двигателя 21 вращается с отрицательным ускорением, а приводной вал двигателя 20 находится в одном из скоростных режимов: вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением, вращается с положительным ускорением.1. The drive shaft of the
2. Приводной вал двигателя 20 вращается с положительным ускорением, а приводной вал двигателя 21 вращается с постоянной скоростью.2. The drive shaft of the
Остановочный режим: выключение двигателей 20, 21 и выведение вращений их валов в заданный отрезок времени до полного останова. В остановочном режиме муфта 12 находится в разъединенном состоянии. Приводной вал 8 отсоединен от водила 9 и не имеет вращения.Stop mode: turning off the
Крутящий момент на выходном валу 8 дифференциального привода 3D-9 в момент времени t на всех эксплуатационных режимах работы привода определяется по формуле:The torque on the
где: 
η - КПД привода:η - drive efficiency:
η=η1η2,η = η 1 η 2 ,
где: η1 - КПД планетарной передачи, выполненной по схеме 2К-Н [2, стр. 226, схема 1], которую образуют центральная шестерня 1, сателлиты 2, оси сателлитов 10, центральное колесо 3 и водило 9:where: η 1 - the efficiency of the planetary gear, made according to the scheme 2K-N [2, p. 226, scheme 1], which is formed by the
η2 - КПД цилиндрической ступени, которую образуют шестерни 4 и 5:η 2 - the efficiency of the cylindrical stage, which is formed by
η2=1-ψ,η 2 = 1-ψ,
где: ψ - коэффициент потерь простой передачи, равный 0,015…0,04.where: ψ - loss coefficient of simple transmission, equal to 0.015 ... 0.04.
Таким образом, посредством дифференциального механизма, содержащего подобранные определенным образом центральные колесо и шестерню, сателлиты и зубчатые шестерни, трансформирующего переменные крутящие моменты и управляемые скорости вращения валов приводных двигателей любого типа, достигается получение дифференциального привода нового типа, имеющего следующие характеристики:Thus, by means of a differential mechanism containing a central wheel and gear selected in a certain way, gears and gears transforming variable torques and controlled rotation speeds of the shafts of any type of drive motors, a new type of differential drive is obtained having the following characteristics:
1. Бесступенчатое изменение скорости вращения выходного вала и крутящего момента на нем.1. Stepless change in the speed of rotation of the output shaft and torque on it.
2. Рабочий диапазон частоты вращения выходного вала - 0…8000 об/мин и более.2. The working range of the output shaft rotation frequency is 0 ... 8000 rpm and more.
3. КПД дифференциального механизма 0,95…0,98.3. The efficiency of the differential mechanism is 0.95 ... 0.98.
4. Изменение направления вращения выходного вала без применения дополнительных ступеней зубчатой передачи дифференциального механизма.4. Changing the direction of rotation of the output shaft without the use of additional gear stages of the differential mechanism.
Второй вариант выполнения дифференциального привода.The second embodiment of a differential drive.
Технический результат достигается тем, что дифференциальный привод, содержащий два двигателя, систему управления приводом, корпус, размещенные в нем две шестерни с внешними зубьями, входящие в зацепление друг с другом, центральные колесо с внутренними зубьями и шестерню с внешними зубьями, расположенную на валу первого двигателя, входящие в зацепление с внешними зубьями сателлитов, установленными посредством осей на водиле, которое через шестерню с внешними зубьями, находящуюся в соединении с ним, входит в зацепление с другой шестерней с внешними зубьями, расположенной на параллельно расположенном валу второго двигателя, согласно изобретению, центральное колесо с внутренними зубьями соединено с выходным валом.The technical result is achieved in that a differential drive containing two motors, a drive control system, a housing, two gears with external teeth placed therein, engaged with each other, a central wheel with internal teeth and a gear with external teeth located on the shaft of the first the engine engaged with the outer teeth of the satellites mounted by means of axles on the carrier, which through the gear with external teeth, which is in connection with it, engages with the other gear external teeth disposed on a second shaft located parallel to the motor according to the invention, the central wheel with internal teeth is connected to the output shaft.
В качестве приводных двигателей в дифференциальном приводе 3D-3, кроме асинхронных электродвигателей и двигателей внутреннего сгорания, могут применяться гидромоторы, пневмомоторы и другие типы двигателей.In addition to induction motors and internal combustion engines, hydraulic motors, pneumatic motors, and other types of motors can be used as drive motors in the 3D-3 differential drive.
Конструкция дифференциального привода 3D-3 с параллельным расположением двигателей поясняется кинематической схемой, представленной фиг. 9.The design of the 3D-3 differential drive with a parallel arrangement of engines is illustrated by the kinematic diagram shown in FIG. 9.
На схеме обозначено: 1 - ведущая центральная шестерня с внешними зубьями, 2 - сателлиты, 3 - ведомое центральное колесо с внутренними зубьями, 4 - первая шестерня с внешними зубьями, 5 - вторая шестерня с внешними зубьями, 8 - выходной вал привода, 9 - ведущее водило, 10 - ось сателлитов, 11 - корпус дифференциального механизма, 12 - соединительная муфта, 16 - электронный блок управления приводом, 17 - тахометр, 20 - второй асинхронный двигатель, 21 - первый асинхронный двигатель, 22 - частотный преобразователь второго двигателя, 23 - частотный преобразователь первого двигателя, 24 - ПИД-регулятор с потенциометром.The diagram shows: 1 - the leading central gear with external teeth, 2 - satellites, 3 - the driven central wheel with internal teeth, 4 - the first gear with external teeth, 5 - the second gear with external teeth, 8 - output drive shaft, 9 - leading carrier, 10 - satellite axis, 11 - differential gear housing, 12 - coupling, 16 - electronic drive control unit, 17 - tachometer, 20 - second asynchronous motor, 21 - first asynchronous motor, 22 - frequency converter of the second motor, 23 - frequency converter first engine, 24 - PID controller with potentiometer.
Дифференциальный привод 3D-3 состоит из двух кинематически связанных приводных асинхронных электродвигателей 20 и 21, закрепленных на корпусе 11. Приводной вал двигателя 20 соединен с шестерней 5, которая входит в зацепление с шестерней 4, находящейся на одной геометрической оси с водилом 9 и соединенной с ним. Приводной вал двигателя 21 соединен с центральной шестерней 1, которая через сателлиты 2, взаимодействуя с водилом 9, входит в зацепление с центральным колесом 3. Центральное колесо 3, в свою очередь, через муфту 12 соединено с выходным валом 8. Двигатели также могут располагаться на одной геометрической оси, закрепленные на корпусе дифференциального механизма, или находиться в общем корпусе. При этом технический результат остается неизменным.The 3D-3 differential drive consists of two kinematically connected asynchronous
Дифференциальный привод 3D-3 работает следующим образом. Вращение вала двигателя 21, с заданной частотным преобразователем 23 скоростью, воспринимается шестерней 1, которая через сателлиты 2, взаимодействуя с водилом 9, вызывает направленное вращение центрального колеса с внутренними зубьями 3. Одновременно противоположно направленное вращение вала двигателя 20, с заданной частотным преобразователем 22 скоростью, через шестерни с внешними зубьями 5 и 4 вызывает однонаправленное вращение водила 9. Вращение водила 9 воспринимается сателлитами 2, которые, взаимодействуя с шестерней 1, вызывают однонаправленное вращение центрального колеса 3, преобразуя скорости вращения и крутящие моменты валов двигателей 20 и 21 до необходимых значений на выходном валу 8.The differential drive 3D-3 operates as follows. The rotation of the
Работа дифференциального привода 3D-3 с асинхронными электродвигателями включает в себя следующие режимы: пусковой, холостой, нейтральный, пониженного вращения, прямого вращения, повышенного вращения, реверсивного вращения, остановочный. Пусковой, холостой и остановочный режимы относятся к вспомогательным режимам. Режимы нейтральный, пониженного вращения, прямого вращения, повышенного вращения и реверсивного вращения относятся к эксплуатационным режимам работы привода.The operation of the 3D-3 differential drive with asynchronous electric motors includes the following modes: starting, idle, neutral, reduced rotation, direct rotation, increased rotation, reverse rotation, stop. Starting, idle and stop modes are related to auxiliary modes. Modes of neutral, reduced rotation, forward rotation, increased rotation and reverse rotation relate to the operating modes of the drive.
Скорость вращения выходного вала 8 в момент времени t на всех эксплуатационных режимах работы привода определяется по формуле:The rotation speed of the
где:
i45 - передаточное число цилиндрической передачи, которую образуют шестерни 4 и 5, определяется по формуле (3);i 45 - the gear ratio of the cylindrical gear, which form the
где: z3, z1, z4, z5 - число зубьев колеса 3, шестерней 1, 4 и 5 соответственно.where: z 3 , z 1 , z 4 , z 5 - the number of teeth of the
Цилиндрическая ступень привода, состоящая из шестерней 4 и 5, предназначена для выполнения условия однонаправленности вращений водила 9 и шестерни 1, которые кинематически связаны с параллельно расположенными двигателями 20 и 21. Поэтому знаки разной направленности вращения валов этих двигателей в дальнейших формулах не учитываются. Также принимается равенство числа зубьев шестерней 4,5 z4=z5, откуда передаточное число цилиндрической ступени становится равным i45=1 и в дальнейших формулах не рассматривается. Обязательным условием работы привода является неизменность направлений вращения валов двигателей 20 и 21 на всех режимах работы.The cylindrical stage of the drive, consisting of
Пусковой режим: включение двигателей 20, 21 и выведение вращение их валов до скоростей холостого вращения. В пусковом режиме муфта 12 находится в разомкнутом состоянии. Приводной вал 8 отсоединен от центрального колеса 3 и не вращается.Starting mode: turning on the
Холостой режим: работа дифференциального привода, при которой приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с постоянными скоростями, обеспечивая устойчивую работу двигателей в режиме холостого вращения. Как и в пусковом режиме, центральное колесо 3 и приводной вал 8 рассоединены муфтой 12. Приводной вал 8 не вращается.Idle mode: differential drive operation, in which the drive shafts of the
Нейтральный режим - работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 не вращается и выполняется условие: отношение скоростей вращения валов двигателей 20 и 21 постоянно равно обратному значению передаточного числа планетарной передачи с невращающимся центральным колесом 3, которую в вышеуказанный период времени образуют также шестерня 1, сателлиты 2, оси сателлитов 10 и водило 9:The neutral mode is the operation of the differential drive, in which the
Приводной вал 8 и центральное колесо 3 соединены муфтой 12 и не вращаются.The
Нейтральный режим работы дифференциального привода, при которой ведомый вал 8 не вращается, можно получать на всем диапазоне скоростей вращения вала двигателя 21 при условии соблюдения равенства отношений скоростей вращения приводных валов обратному значению передаточного числа
Режим пониженного вращения: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 получает вращение, совпадающее с направлением вращения приводного вала двигателя 21, при этом приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с неравными скоростями 
Работа дифференциального привода в режиме пониженного вращения включает в себя следующие подрежимы: разгон, вращение с постоянной скоростью, замедление.The operation of the differential drive in the mode of reduced rotation includes the following sub-modes: acceleration, rotation at a constant speed, deceleration.
Подрежим - разгон: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с положительным ускорением, и выполняются следующие условия:Submode - acceleration: the operation of the differential drive, in which the
1. Приводной вал двигателя 20 вращается с положительным ускорением, а приводной вал двигателя 21 находится в одном из скоростных режимов: вращается с положительным ускорением, вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением.1. The drive shaft of the
2. Приводной вал двигателя 21 вращается с отрицательным ускорением, а приводной вал двигателя 20 находится в одном из скоростных режимов: вращается с отрицательным ускорением, вращается с постоянной скоростью.2. The drive shaft of the
Подрежим - вращение с постоянной скоростью: работа дифференциального привода, при которой скорость вращения выходного вала 8 является величиной постоянной
1. Скорости вращения приводных валов двигателей 20 и 21 являются значениями постоянными 
2. Скорости вращения приводных валов двигателей 20 и 21 являются значениями переменными, которые находятся в следующей зависимости:2. The rotation speeds of the drive shafts of the
и при этом выполняются следующие условия:and the following conditions are true:
2.1. Приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с положительными ускорениями;2.1. The drive shafts of the
2.2. Приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с отрицательными ускорениями.2.2. The drive shafts of the
Подрежим - замедление: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с отрицательным ускорением, и выполняются следующие условия:Submode - deceleration: the operation of the differential drive, in which the
1. Приводной вал двигателя 20 вращается с отрицательным ускорением, а приводной вал двигателя 21 находится в одном из скоростных режимов: вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением, вращается с положительным ускорением.1. The drive shaft of the
2. Приводной вал двигателя 21 вращается с положительным ускорением, а приводной вал двигателя 20 вращается с постоянной скоростью.2. The drive shaft of the
Режим прямого вращения: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 получает вращение, совпадающее с направлением вращения приводного вала двигателя 21, при этом приводные валы двигателей 20 и 21 постоянно вращаются с равными скоростями 
Выход работы дифференциального привода в режим прямого вращения может осуществляться с любого подрежима (разгона, вращения с постоянной скоростью, замедления) режима пониженного вращения.The output of the differential drive to the direct rotation mode can be carried out from any submode (acceleration, rotation at a constant speed, deceleration) of the reduced rotation mode.
Работа дифференциального привода в режиме прямого вращения включает в себя следующие подрежимы: разгон, вращение с постоянной скоростью, замедление.The operation of the differential drive in direct rotation includes the following sub-modes: acceleration, rotation at a constant speed, deceleration.
Подрежим - разгон: работа дифференциального привода, при которой все валы 8, 20 и 21 вращаются с равными положительными ускорениями.Submode - acceleration: the operation of the differential drive, in which all the
Подрежим - вращение с постоянной скоростью: работа дифференциального привода, при которой скорости вращений всех валов являются величинами равными и постоянными 
Подрежим - замедление: работа дифференциального привода, при которой все валы 8, 20 и 21 вращаются с равными отрицательными ускорениями.Submode - Slowdown: differential drive operation in which all
Рабочий диапазон скоростей вращения выходного вала 8 в подрежимах разгон, вращение с постоянной скоростью и замедление находится в интервале значений:The operating speed range of the
где: n7Axв - скорость вращения приводного вала двигателя 21 в режиме холостого вращения;where: n 7Axв - rotation speed of the drive shaft of the
n7Amax - максимальная скорость вращения приводного вала двигателя 21.n 7Amax - maximum rotation speed of the drive shaft of the
Режим повышенного вращения: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 получает вращение, совпадающее с направлением вращения приводного вала двигателя 21, при этом приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с неравными скоростями 
Работа дифференциального привода в режиме повышенного вращения включает в себя следующие подрежимы: разгон, вращение с постоянной скоростью, замедление.The operation of the differential drive in the increased rotation mode includes the following sub-modes: acceleration, rotation at a constant speed, deceleration.
Подрежим - разгон: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с положительным ускорением, и выполняются следующие условия:Submode - acceleration: the operation of the differential drive, in which the
1. Приводной вал двигателя 20 вращается с положительным ускорением, а приводной вал двигателя 21 находится в одном из скоростных режимов: вращается с положительным ускорением, вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением.1. The drive shaft of the
2. Приводной вал двигателя 21 вращается с отрицательным ускорением, а приводной вал двигателя 20 находится в одном из скоростных режимов: вращается с отрицательным ускорением, вращается с постоянной скоростью.2. The drive shaft of the
Подрежим - вращение с постоянной скоростью: работа дифференциального привода, при которой скорость вращения выходного вала 8 является величиной постоянной
1. Скорости вращения приводных валов двигателей 20 и 21 являются значениями постоянными
2. Скорости вращения приводных валов двигателей 20 и 21 являются значениями переменными, которые находятся в следующей зависимости, определяющейся по формуле (8), и при этом выполняются следующие условия:2. The rotation speeds of the drive shafts of the
2.1. Приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с положительными ускорениями;2.1. The drive shafts of the
2.2. Приводные валы двигателей 20 и 21 вращаются с отрицательными ускорениями.2.2. The drive shafts of the
Подрежим - замедление: работа дифференциального привода, при которой выходной вал 8 вращается с отрицательным ускорением, и выполняются следующие условия:Submode - deceleration: the operation of the differential drive, in which the
1. Приводной вал двигателя 20 вращается с отрицательным ускорением, а приводной вал двигателя 21 находится в одном из скоростных режимов: вращается с постоянной скоростью, вращается с отрицательным ускорением, вращается с положительным ускорением.1. The drive shaft of the
2. Приводной вал двигателя 21 вращается с положительным ускорением, а приводной вал двигателя 20 вращается с постоянной скоростью.2. The drive shaft of the
Остановочный режим: выключение двигателей 20, 21 и выведение вращений их валов в заданный отрезок времени до полного останова. В остановочном режиме муфта 12 находится в разъединенном состоянии. Приводной вал 8 отсоединен от водила 9 и не вращается.Stop mode: turning off the
Крутящий момент на выходном валу 8 дифференциального привода 3D-3 в момент времени t на всех эксплуатационных режимах работы привода определяется по формуле:The torque on the
где: 
η - КПД привода:η - drive efficiency:
η=η1η2,η = η 1 η 2 ,
где: η1 - КПД планетарной передачи, выполненной по схеме 2К-Н, которую образуют центральная шестерня 1, сателлиты 2, оси сателлитов 10, центральное колесо 3 и водило 9:where: η 1 - the efficiency of the planetary gear, made according to the scheme 2K-N, which is formed by the
η2 - КПД цилиндрической ступени, которую образуют шестерни 4 и 5:η 2 - the efficiency of the cylindrical stage, which is formed by
η2=1-ψ,η 2 = 1-ψ,
где: ψ - коэффициент потерь простой передачи, равный 0,015…0,04.where: ψ - loss coefficient of simple transmission, equal to 0.015 ... 0.04.
Таким образом, посредством дифференциального механизма, содержащего подобранные определенным образом центральные колесо и шестерню, сателлиты и зубчатые шестерни, трансформирующего переменные крутящие моменты и управляемые скорости вращения валов приводных двигателей любого типа, достигается получение дифференциального привода нового типа, имеющего следующие характеристики:Thus, by means of a differential mechanism containing a central wheel and gear selected in a certain way, gears and gears transforming variable torques and controlled rotation speeds of the shafts of any type of drive motors, a new type of differential drive is obtained having the following characteristics:
1. Бесступенчатое изменение скорости вращения выходного вала и крутящего момента на нем.1. Stepless change in the speed of rotation of the output shaft and torque on it.
2. Рабочий диапазон частоты вращения выходного вала - 0…8000 об/мин и более.2. The working range of the output shaft rotation frequency is 0 ... 8000 rpm and more.
3. КПД дифференциального механизма 0,95…0,98.3. The efficiency of the differential mechanism is 0.95 ... 0.98.
4. Изменение направления вращения выходного вала без применения дополнительных ступеней зубчатой передачи дифференциального механизма.4. Changing the direction of rotation of the output shaft without the use of additional gear stages of the differential mechanism.
Источники информацииInformation sources
1. Гузенков П.Г. Детали машин. Учебник для вузов. М. «Высш. школа», 1975. - 464 с., с ил.1. Guzenkov P.G. Machine parts. Textbook for high schools. M. "Higher. school ", 1975. - 464 p., with ill.
2. Анфимов М.И. Редукторы. Конструкции и расчет: Альбом. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1993. - 464 с.: ил.2. Anfimov M.I. Gearboxes. Designs and calculation: Album. - 4th ed., Revised. and add. - M.: Mechanical Engineering, 1993 .-- 464 p.: Ill.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014117248/11A RU2561875C1 (en) | 2014-04-28 | 2014-04-28 | Differential drive |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014117248/11A RU2561875C1 (en) | 2014-04-28 | 2014-04-28 | Differential drive |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2561875C1 true RU2561875C1 (en) | 2015-09-10 |
Family
ID=54073424
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014117248/11A RU2561875C1 (en) | 2014-04-28 | 2014-04-28 | Differential drive |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2561875C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU185163U1 (en) * | 2018-09-28 | 2018-11-22 | Андрей Валерьянович Дудьев | Group twin-motor differential drive |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1987007348A1 (en) * | 1986-05-29 | 1987-12-03 | Slim Borgudd | Differential gear |
| RU2064105C1 (en) * | 1992-07-14 | 1996-07-20 | Научно-производственное предприятие "АВВИ" | Differential drive |
| RU95100547A (en) * | 1995-01-12 | 1996-10-27 | Е.П. Абрамцев | Differential drive |
| RU2153108C1 (en) * | 1999-03-24 | 2000-07-20 | Марийский государственный технический университет | Differential drive |
| RU2162973C2 (en) * | 1999-03-01 | 2001-02-10 | Марийский государственный технический университет | Differential drive |
-
2014
- 2014-04-28 RU RU2014117248/11A patent/RU2561875C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1987007348A1 (en) * | 1986-05-29 | 1987-12-03 | Slim Borgudd | Differential gear |
| RU2064105C1 (en) * | 1992-07-14 | 1996-07-20 | Научно-производственное предприятие "АВВИ" | Differential drive |
| RU95100547A (en) * | 1995-01-12 | 1996-10-27 | Е.П. Абрамцев | Differential drive |
| RU2162973C2 (en) * | 1999-03-01 | 2001-02-10 | Марийский государственный технический университет | Differential drive |
| RU2153108C1 (en) * | 1999-03-24 | 2000-07-20 | Марийский государственный технический университет | Differential drive |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU185163U1 (en) * | 2018-09-28 | 2018-11-22 | Андрей Валерьянович Дудьев | Group twin-motor differential drive |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7455608B2 (en) | Four branch differential transmission systems | |
| US9017208B2 (en) | Infinitely variable motion control (IVMC) for generators, transmissions and pumps/compressors | |
| US6945894B2 (en) | Two range electrically variable power transmission | |
| US10408309B2 (en) | Transmission and drivetrain for a motor vehicle | |
| JP2001173734A (en) | Vehicular automatic transmission | |
| US3982448A (en) | Input-split hydromechanical transmission | |
| CN105142950A (en) | Motor-gearing unit and wheel hub drive with motor-gearing unit of said type | |
| CN102338208A (en) | Transmission producing continuously speed ratios | |
| EP1340643A2 (en) | Vehicle transmission with a fuel cell power source and a multi-range transmission | |
| CN104110475A (en) | Torque split continually variable transmission | |
| JP5327761B2 (en) | Transmission system | |
| CN109249797B (en) | Wide node drive system | |
| RU2561875C1 (en) | Differential drive | |
| RU2719741C1 (en) | Hydromechanical transmission | |
| RU2688110C1 (en) | Hybrid vehicle transmission | |
| US8556758B1 (en) | Hybrid powertrain | |
| US10655718B2 (en) | Power transmission system of vehicle | |
| RU2600176C1 (en) | Differential drive | |
| US8920276B2 (en) | Controller for varying gear ratios in transmission system | |
| RU2651388C1 (en) | Transmission for hybrid vehicle | |
| GB2491400A (en) | Electromechanical driveline | |
| US10221927B2 (en) | Continuously variable transmission with overdrive | |
| EP0040904A2 (en) | Planetary gear assembly and application thereof | |
| GB2550934A (en) | Gear train for a vehicle | |
| US9303733B2 (en) | Three variable and four variable transgear assemblies |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180429 |