Регулятор передаточных отношений для гидростатической трансмиссии (варианты) - RU2136992C1

Чертежи

Показать все 9 чертежа(ей)

Описание

Настоящая заявка относится к моей международной заявке на патент N PCT/US 92/00257, поданной 14 января 1992 г. под названием "Гидравлическая машина", и к моей заявке под названием "Бесступенчатая гидростатическая трансмиссия".

Описания этих совместно рассматриваемых родственных заявок включены в данную заявку в качестве ссылки.

Область техники, в которой относится изобретение.

Настоящее изобретение относится к гидравлическим машинам, в частности, к гидростатическим трансмиссиям для передачи мощности от первичного двигателя к нагрузке при бесступенчатом (плавном) изменении передаточных отношений.

Предшествующий уровень техники
В моей упомянутой международной заявке описана гидравлическая машина, содержащая гидронасос и гидромотор, расположенные соосно с промежуточным клинообразным диском, насаженным на ось не под прямым углом, с противоположных сторон от него. Гидронасос соединен с входным валом, который вращается первичным двигателем, а гидромотор прикреплен к неподвижному корпусу машины. Выходной вал, расположенный коаксиально с входным валом, соединен с нагрузкой для ее вращения и с диском, насаженным на ось не под прямым углом. Когда гидронасос вращается с помощью первичного двигателя, рабочая жидкость перекачивается взад и вперед между гидронасосом и гидромотором через окна, которые выполнены в диске и которые имеют специальную форму. В результате этого на диск действуют, все в одном направлении, три вращательные составляющие, создающие выходной крутящий момент на выходном валу для вращения нагрузки. Двумя этими вращательными составляющими крутящего момента являются механическая составляющая, прикладываемая к диску с помощью вращающегося гидронасоса, и гидромеханическая составляющая, прикладываемая к диску с помощью гидромотора. Третьей составляющей является гидростатическая составляющая, создаваемая дифференциальными силами, которые, в свою очередь, создаются давлениями рабочей жидкости, действующими на противоположные боковые поверхности окон диска, которые имеют разные площади вследствие клинообразной формы диска, насаженного на ось не под прямым углом.

Для изменения передаточного отношения трансмиссии изменяется угловая ориентация диска, насаженного на ось не под прямым углом, относительно оси выходного вала. Поскольку передаточное отношение трансмиссии, т.е. отношение угловых скоростей входного и выходного валов, бесступенчато изменяется между 1: 0 и 1:1, первичный двигатель может работать с постоянным числом оборотов, задаваемым в основном в его наиболее эффективной рабочей точке. Возможность (доступность) получения передаточного отношения 1:0 (нейтральное положение) исключает потребность в сцеплении. В отличие от обычных бесступенчатых гидростатических трансмиссий, в которых скорость потока рабочей жидкости увеличивается пропорционально увеличению передаточного отношения, так что максимальная скорость потока достигается при наибольшем передаточном отношении, скорость потока в гидравлической машине, описанной в упомянутой международной заявке, достигает максимума в середине диапазона передаточных отношений и затем постепенно уменьшается по существу до нуля при наибольшем передаточном отношении. Таким образом, уменьшаются потери на перекачивание рабочей жидкости и исключается раздражающий шум обычных гидростатических трансмиссий при больших передаточных отношениях. Благодаря нескольким вращательным составляющим (составляющим крутящего момента), действующим на качающийся диск, уменьшению потока рабочей жидкости в верхней половине (части) диапазона угловых скоростей ведомого вала и способности приспосабливаться к оптимальным характеристикам первичного двигателя, гидравлическая машина, описанная в упомянутой международной заявке, имеет особенно целесообразное (полезное) применение как высокоэффективная, бесшумная, бесступенчатая гидростатическая коробка передач в силовых передачах транспортных средств.

Краткое описание существа изобретения.

В основу настоящего изобретения положена задача усовершенствования гидравлической машины, выполненной в соответствии с международной заявкой PCT/US 92/00257, чтобы уменьшить ее размеры, количество деталей и стоимость изготовления.

Другой задачей настоящего изобретения является усовершенствование гидравлической машины для создания в ней потоков рабочей жидкости высокого и низкого давлений и способа изменения передаточного отношения, т.е. регулирования угла наклона диска, насаженного на ось не под прямым углом.

Для решения этих задач гидравлическая машина по настоящему изобретению, при ее использовании в качестве бесступенчатой гидростатической коробки передач, содержит корпус, входной вал, установленный в корпусе во вращающихся опорах и воспринимающий входной крутящий момент от первичного двигателя; выходной вал, установленный в корпусе во вращающихся опорах для передачи крутящего момента к нагрузке; гидронасос, содержащий первый держатель, вращаемый входным валом, к которому прикреплены поршни насоса, расположенные по окружности, первый блок цилиндров, расположенных по окружности для приема соответствующих поршней насоса, и первую сферическую опору, с помощью которой первый блок цилиндров установлен на первом держателе; гидромотор, содержащий второй держатель, который прикреплен к корпусу и несет поршни мотора, расположенные по окружности, второй блок цилиндров, расположенных по окружности для приема соответствующих поршней мотора, и вторую сферическую опору, с помощью которой второй блок цилиндров установлен на втором держателе; клинообразный диск, насаженный на ось не под прямым углом и имеющий окна, проходящие между его передней поверхностью, расположенной против гидронасоса, и его задней поверхностью, расположенной против гидромотора; соединительный элемент, шарнирно соединяющий диск, насаженный на ось не под прямым углом, с выходным валом так, что он передает крутящий момент на последний; и регулятор передаточных отношений, избирательно прикладывающий скоординированные осевые силы к первому и второму блокам цилиндров для регулируемого изменения угла наклона диска, насаженного на ось не под прямым углом, относительно оси выходного вала в соответствии с требуемым передаточным отношением.

Дополнительные особенности, преимущества и задачи настоящего изобретения будут изложены в нижеследующем описании и отчасти будут очевидны из него или могут быть поняты при практическом использовании изобретения. Цели, задачи и преимущества настоящего изобретения реализуются и достигаются с помощью устройства, конструкция которого подробно раскрывается в нижеследующем описании и в прилагаемой формуле изобретения, а также на прилагаемых чертежах.

Понятно, что приведенное выше общее описание и следующее ниже подробное описание носят иллюстративный и пояснительный характер и являются дополнительным разъяснением заявленного изобретения.

Прилагаемые рисунки предназначены для дополнительного пояснения изобретения и составляют часть его описания, иллюстрируют предпочтительный пример осуществления изобретения и вместе с описанием разъясняют принципы изобретения.

На фиг. 1 показан продольный разрез бесступенчатой гидростатической коробки передач, выполненной в соответствии с настоящим изобретением, при ее одном передаточном отношении; на фиг. 2 - продольный разрез, соответствующий продольному разрезу на фиг. 1, показывающий коробку передач при ее другом передаточном отношении; на фиг. 3 - вид сбоку диска, используемого в коробке передач, показанной на фиг. 1; на фиг. 4 - вид сбоку шайбы с окнами, используемой в коробке передач, показанной на фиг. 1; на фиг. 5 - частичный разрез 5-5 на фиг. 2; на фиг. 6 и 7 - противоположные боковые проекции распределительного блока, используемого в коробке передач, показанной на фиг. 1; на фиг. 8 - частичный разрез, иллюстрирующий соединение между полостью низкого давления в распределительном блоке, показанном на фиг. 6 и 7, и окном низкого давления, выполненным в корпусе коробки передач, показанной на фиг. 1; на фиг. 9 - вид сбоку выходной (задней) шайбы с окнами, используемой в коробке передач, показанной на фиг. 1; на фиг. 10 - принципиальная схема гидравлической системы коробки передач, показанной на фиг. 1.

На всех чертежах аналогичные элементы обозначены одними и теми же позициями.

Подробное описание предпочтительного примера осуществления изобретения.

Бесступенчатая гидростатическая коробка передач, выполненная в соответствии с предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения и обозначенная позицией 10 на фиг. 1, содержит, в качестве основных элементов, корпус 12, в котором закреплены соосные входной 14 и выходной 16 валы, обычно расположенные в нем встык. Конец входного вала 14, расположенный снаружи корпуса, имеет шлицы 14а для облегчения соединения вала с первичным двигателем (не показан), а наружный конец выходного вала 16 имеет переходную муфту 17 для облегчения его соединения с нагрузкой (не показана). Входной вал 14 вращает гидронасос 18. Гидромотор 20 закреплен в корпусе 12 и расположен противоположно гидронасосу соосно с ним. Клинообразный диск 22, насаженный на ось не под прямым углом, шарнирно соединен с выходным валом 16 и расположен между гидронасосом и гидромотором. Диск имеет окна, через которые рабочая жидкость перемещается между насосом и мотором. Регулятор, содержащий элементы, схематично показанные на фиг. 10, предназначен для регулирования угла наклона диска относительно оси 25 выходного вала и, следовательно, для изменения передаточного отношения, т.е. отношения угловой скорости (числа оборотов) входного вала к угловой скорости (числу оборотов) выходного вала.

Как это показано на фиг. 1, цилиндрический корпус 12 имеет крышку 30, которая прикреплена к нему с помощью расположенных по кругу ряда болтов 31 (виден только один болт) и закрывает его открытый входной конец. Входной вал 14 проходит в корпус 12 через центральное отверстие 32, выполненное в крышке. В отверстии 32 крышки запрессованы подшипники 35, в которых вращается ведущий вал 14. В отверстии 32 крышки расположены уплотнения (не показаны), которые герметично охватывают периферийную поверхность ведущего вала, чтобы предотвратить утечку рабочей жидкости.

Входной вал 14 имеет раструб, который образует его воронкообразный внутренний конец 36, расположенный в корпусе непосредственно сзади крышки 30. На периферийной поверхности этого внутреннего конца вала нарезаны зубья, чтобы образовать цилиндрическую прямозубую шестерню 38, находящуюся в зацеплении с цилиндрической прямозубой шестерней 40, которая приводит в действие откачивающий насос 42, расположенный в отстойнике 44, образованном нижним корытом 46, прикрепленным к корпусу 12. Внутренний конец ведущего вала 14 имеет расточку, образующую цилиндрическую полость 47, в которой расположен внутренний конец выходного вала 16, имеющий меньший диаметр. На выходном валу 16 установлены кольцевая внутренняя часть 50, кольцевой держатель 52, несущий поршни гидронасоса, соединительная муфта (звено) 54 диска, кольцевой держатель 56, несущий поршни гидромотора, и кольцевой распределительный блок (коллектор) 58 для рабочей жидкости, имеющий канавки и отверстия. Держатель, несущий поршни гидромотора, и распределительный блок прикреплены к корпусу 12 с помощью болтов 59, на рисунке виден только один болт 59. Выходной вал 16 имеет концевую часть 60, выполненную за одно целое с ним, к которой с помощью болтов 61 (виден только один болт) прикреплена переходная муфта 17. В выходном отверстии корпуса 12 запрессован подшипник 62, образующий концевую вращающуюся опору для выходного вала 16. Между выходным валом 16 и держателем 52 поршней гидронасоса, а также держателем 56 поршней гидромотора, расположены подшипники 64, образующие вращающиеся опоры для этих держателей, когда выходной вал вращается относительно них.

Соединительная муфта 54 для диска закреплена на выходном валу 16 на шпонке 65 и содержит радиально проходящий рычаг 66, имеющий отверстие, через которое проходит палец шарнира 67, соединяющий диск 22 с выходным валом 16. На резьбовую часть 69 выходного вала навинчена гайка 68, с помощью которой концевая часть 50 и соединительная муфта 54 поджимаются к заплечику 70 выходного вала 16, так что они вращаются одновременно с ним.

Как это показано на фиг. 1, на периферийной поверхности держателя 52 поршней гидронасоса нарезаны зубья 72, находящиеся в зацеплении с кольцеобразной шестерней 74, которая, в свою очередь, находится в зацеплении с зубьями 38, нарезанными на конце 36 ведущего вала, так что держатель 52 вращается с помощью этого вала. Держатель 52 поддерживает множество поршней гидронасоса 18. Эти поршни, обозначенные позицией 76, число которых равно, например, десяти (видны только два поршня 76), равномерно расположены по окружности, концентричной с осью 25 выходного вала, как это описано в международной заявке. Как видно из фиг. 1, каждый поршень 76 гидронасоса содержит днище 78, которое прикреплено к держателю 52 с помощью осевой стойки 79, ввинченной в резьбовое отверстие 80, выполненное в держателе 52. Днище 78 поршня имеет сферическую внутреннюю поверхность, находящуюся в контакте со сферической наружной поверхностью наружной кольцевой опоры 82, закрепленной посредством шпонки на внутренней втулке 83, расположенной на свободном конце стойки 79, имеющим буртик. Поэтому каждое днище 78 поршня имеет ограниченное вращение и радиальное перемещение, как и в случае гидравлической машины, описанной в упомянутой международной заявке.

На цилиндрической правой концевой части держателя 52 установлена кольцевая сферическая опора 86, находящаяся в контакте со сферической поверхностью 87 центрального отверстия кольцевого блока 88 цилиндров гидронасоса. Блок 88 содержит цилиндры 90 гидронасоса, расположенные по окружности, в которых размещены соответствующие поршни 76 гидронасоса. Вследствие того, что днища 78 поршней гидронасоса и блок 88 цилиндров гидронасоса установлены на сферических опорах, ось вращения блока цилиндров гидронасоса совершает прецессию.

Как видно на фиг. 1, гидромотор 20 имеет ту же конструкцию, что и гидронасос 18. Однако, как отмечалось выше, кольцевой держатель 56 поршней гидромотора, идентичный кольцевому держателю 52 поршней гидронасоса, прикреплен к корпусу 12 с помощью болтов 59. Каждый из множества поршней 92 гидромотора, число которых равно числу поршней 76 гидронасоса, содержит днище 94, поворотно установленное на сферической опоре 96 и втулке 97, закрепленной на свободном конце стойки 98, имеющим буртик. Стойка 98 ввинчена в резьбовое отверстие 99, выполненное в держателе 56 поршней гидромотора, т.е. также, как и стойки, на которых закреплены поршни гидронасоса. На держателе поршней гидромотора шарнирно закреплен с помощью кольцевой сферической опоры 102 блок 100, который, как и блок 88, содержит цилиндры 104 гидромотора, расположенные по окружности, в которых размещены соответствующие поршни 92 гидромотора. Поскольку гидромотор 20 прикреплен к корпусу 12, его поршни 92 и блок 100 цилиндров 104 не вращаются. Однако, вследствие того, что днища 94 поршней гидромотора и блок 100 цилиндров гидромотора закреплены соответственно на стойках 98 и держателе 56 с помощью сферических опор, ось блока цилиндров гидромотора может наклоняться.

Диск 22 с помощью соединительной муфты шарнирно (подвижно) соединен с выходным валом 16 и расположен между гидронасосом 18 и гидромотором 20, при этом передняя поверхность 110 диска находится в скользящем контакте с поверхностью 111 блока 88 цилиндров гидронасоса, а его задняя поверхность 112 - в скользящем контакте с поверхностью 113 блока 100 цилиндров гидромотора. Передняя и задняя поверхности качающегося диска 22 образуют между собой острый угол, так что диск имеет клиновидную форму. Между передней и задней поверхностями качающегося диска проходят окна (отверстия) 114, см. фиг. 3, которые сообщаются с соответствующими отверстиями 115, выполненными в цилиндрах 90 блока 88 цилиндров гидронасоса, и с соответствующими отверстиями 116, выполненными в цилиндрах 104 блока 100 цилиндров гидромотора, как это более подробно описано и проиллюстрировано в упомянутой международной заявке.

На фиг. 3 показано шарнирное, приводное соединение качающегося диска 22 с ведомым валом 16 с помощью муфты 54, описанной выше со ссылкой на фиг. 1. В утолщенной части диска 22 просверлены соосные поперечные отверстия 120, в которых расположены втулки 121. Через втулки 121 и отверстие 122, выполненное в рычаге 66, проходит палец шарнира 67, положение которого, показанное на фиг. 3, фиксируется с помощью стопорного винта 123. В соответствии с отличительной особенностью настоящего изобретения, рычаг 66 имеет такую длину, что радиальное смещение поперечной оси пальца шарнира 67 по существу равно радиусам (относительно оси 25 ведомого вала) окружностей, по которым расположены поршни 76 гидронасоса и поршни 92 гидромотора. Благодаря этой отличительной особенности, уменьшаются общая длина коробки передач 10 и осевые силы, под действием которых изменяется угол наклона качающегося диска относительно оси 25 ведомого вала, т.е. изменяется передаточное отношение коробки передач, как это описывается ниже.

Хотя это и не показано, часть материала избирательно удаляется из кольцевых концевых частей 50 и 60, чтобы уравновесить эксцентрические массы диска 22, блока 88 цилиндров гидронасоса и блока 100 цилиндров гидромотора, так что эти концевые части выполняют роль отдельного уравновешивающего кольца, подробно описанного в упомянутой международной заявке.

Как также описано в упомянутой международной заявке, передаточное отношение (отношение угловой скорости входного вала к угловой скорости выходного вала) изменяется посредством регулирования угла наклона диска 22 относительно оси 25 выходного вала. Когда передняя поверхность 110 диска 22 располагается перпендикулярно к оси выходного вала, ось блока 88 цилиндров гидронасоса совпадает с осью выходного вала. Следовательно, блок цилиндров гидронасоса вращается вокруг своей оси без осевого перемещения и поэтому гидронасос 18 не перекачивает рабочую жидкость, что соответствует нейтральному положению коробки передач 10. Когда диск находится в положении, показанном на фиг. 1, его передняя поверхность 110 образует небольшой угол с перпендикуляром к оси выходного вала в направлении против часовой стрелки и поэтому ось блока 88 цилиндров гидронасоса отклоняется на соответствующий небольшой угол от оси выходного вала. В этом случае блок 88 цилиндров гидронасоса вращается с осевым смещением, поэтому гидронасос 18 перекачивает рабочую жидкость. Угловое положение диска 22, показанное на фиг. 1, соответствует включению передачи заднего хода, при котором выходной вал 16 вращается с небольшой угловой скоростью (числом оборотов) в направлении, противоположном (обратном) вращению входного вала.

Когда качающийся диск 22 поворачивается вокруг пальца шарнира 67 по направлению часовой стрелки из нейтрального (перпендикулярного) положения в положение, показанное на фиг. 2, ось вращающегося блока 88 цилиндров гидронасоса прецессирует (отклоняется) на больший угол относительно оси выходного вала и поэтому гидравлическое действие (перекачиваемость) насоса также увеличивается. Поэтому увеличивается и передаточное отношение коробки передач, выходной вал вращается с увеличенной угловой скоростью переднего хода в том же направлении, что и входной вал. Когда задняя поверхность 112 диска 22 располагается перпендикулярно оси 25 выходного вала, ось блока 100 цилиндров гидромотора совпадает с осью выходного вала. Следовательно, гидромотор 20 не перекачивает рабочую жидкость. В этом случае насос 18 и качающийся диск 22 по существу гидравлически блокируются, так что не происходит относительное перемещение между блоком 88 цилиндров гидронасоса и диском 22. Это соответствует передаточному отношению 1:1 коробки передач 10. Как показано на фиг. 2, задняя поверхность 112 диска 22 образует небольшой угол с перпендикуляром к оси выходного вала в направлении по часовой стрелке. При таком угловом положении диска коробка передач переключается на передаточное отношение, соответствующее ускоряющей (повышающей) передаче, при которой выходной вал 16 вращается с угловой скоростью переднего хода, превышающей угловую скорость входного вала.

В соответствии с отличительной особенностью настоящего изобретения, изменение угла наклона диска, т.е. изменение передаточного отношения, осуществляется с помощью координированных сил, которые прикладываются к блоку 88 цилиндров гидронасоса и блоку 100 цилиндров гидромотора и создаются при осевых смещениях сферических опор 86 и 102, на которых установлены соответственно блок цилиндров гидронасоса и блок цилиндров гидромотора. С этой целью, как видно на фиг. 1 и 2, сферические опоры 86 и 102 закреплены соответственно на держателе 52 поршней гидронасоса и держателе 56 поршней гидромотора с возможностью осевого перемещения. Как лучше видно на фиг. 2, держатель 52 поршней гидронасоса и сферическая опора 86 имеют противоположные в осевом направлении буртики, которые вместе с радиально противоположными юбками держателя поршней гидронасоса и сферической опоры образуют кольцевую камеру 130. Аналогично, как лучше видно на фиг. 1, противоположные в осевом направлении буртики и радиально противоположные юбки держателя 56 поршней гидромотора и сферической опоры 102 образуют кольцевую камеру 132. На фиг. 1 видно, что кольцевая камера 132 имеет максимальный объем, а кольцевая камера 130 - минимальный объем. Поэтому сферические опоры 86 и 102, а также установленные на них соответственно блок 88 цилиндров гидронасоса и блок 100 цилиндров гидромотора совместно смещены в крайнее левое осевое положение. Когда блоки цилиндров гидронасоса и гидромотора смещаются в осевом направлении влево, качающийся диск 22 принудительно поворачивается против часовой стрелки вокруг пальца шарнира 67 на угол, показанный на фиг. 1. Чтобы принудительно повернуть диск 22 по часовой стрелке на угол, показанный на фиг. 2, объем кольцевой камеры 130 увеличивается, а объем кольцевой камеры 132 уменьшается, вследствие чего сферические опоры 86 и 102, а также блоки цилиндров 88 и 100 смещаются в осевом направлении вправо.

Как это видно на фиг. 2, для создания давления в камере 130 к радиальной поверхности 135 кольцевой концевой части 50, установленной на выходном валу 16, прикреплена передняя шайба 134, имеющая окна. Поскольку передняя шайба прикреплена к концевой части 50, она вращается вместе с выходным валом. Радиальная фланцевая часть 136 держателя 52 поршней гидронасоса прилегает к правой радиальной поверхности шайбы 134, когда держатель 52 с помощью ведущего вала 14 вращается относительно шайбы, соединенной с выходным валом 16. Как видно на фиг. 4, передняя шайба 134 имеет два диаметрально противоположных, удлиненных, почкообразных окна 138 и 140. В крепежных стойках 79 для поршней гидронасоса просверлены осевые сквозные отверстия 142, через которые полости цилиндров 90 и окна 138 и 140 в передней шайбе 134 сообщаются между собой. Поэтому рабочая жидкость в цилиндрах гидронасоса поступает через сквозные отверстия 142 в крепежных стойках для поршней гидронасоса в окна 138 и 140 в передней шайбе 134. Рабочая жидкость в этих окнах 138 и 140 находится под давлением, равным давлению рабочей жидкости в цилиндрах 90 гидронасоса 18, когда последний вращается с помощью входного вала 14. Когда поршни 76 и цилиндры 90 гидронасоса поворачиваются от наиболее тонкой кромки клинообразного диска 22 к его противоположной наиболее толстой кромке, объемы полостей соответствующих цилиндров гидронасоса постепенно уменьшаются, так что давление рабочей жидкости в этих цилиндрах постепенно увеличивается. Считается, что это сторона нагнетания или высокого давления гидронасоса 18.

Когда поршни 76 и цилиндры 90 гидронасоса поворачиваются от наиболее толстой кромки клинообразного диска 22 к его наиболее тонкой кромке, объемы полостей соответствующих цилиндров гидронасоса постепенно увеличиваются. Считается, что это сторона всасывания или низкого давления гидронасоса 18. Поскольку окна 138 и 140 сообщаются с полостями цилиндров 90 гидронасоса через отверстия 142, выполненные в стойках 79, несущих поршни 76 гидронасоса, рабочая жидкость в одном из этих окон находится под высоким давлением, равным по существу среднему давлению рабочей жидкости в цилиндрах 90, расположенных на стороне нагнетания гидронасоса, а рабочая жидкость в другом окне находится под давлением, равным среднему давлению рабочей жидкости в цилиндрах 90, расположенных на стороне всасывания или низкого давления гидронасоса 18.

Как это видно на фиг. 5, в кольцевой концевой части 50, установленной на выходном валу 16, просверлены с ее противоположных сторон два поперечных канала 146 и отверстие 147 небольшого диаметра, соединяющее между собой внутренние концы каналов 146. В кольцевой концевой части 50 просверлены также продольное отверстие 148, через которое окно 138 в шайбе 134 сообщается с одним из поперечных каналов 146, и продольное отверстие 149, через которое окно 140 в шайбе 134 сообщается с другим поперечным каналом 146. Следует отметить, что наружные концы поперечных каналов 146 закрыты пробками (не показаны). Кроме того, в кольцевой концевой части 50 просверлено третье продольное отверстие 150, которое пересекается с отверстием 147, соединяющим между собой поперечные каналы 146. Как видно на фиг. 2 и 4, продольное отверстие 150 выравнено с осевым отверстием 152, выполненным в шайбе 134, правый конец которого сообщается с кольцевой канавкой 153, выполненной в опорной поверхности 154 шайбы. Кольцевая канавка 153 закрывается радиальной поверхностью держателя 52 поршней гидронасоса, которая находится в скользящем контакте с опорной поверхностью 154 шайбы 134. В держателе 52 просверлен продольный канал 156, через который кольцевая канавка 153 и кольцевая камера 130 сообщаются между собой, как это видно на фиг. 1 и 2.

Как это видно на фиг. 5, в поперечных каналах 146 концевой части 50 расположен челночный (возвратно-поступательный) клапан 160, содержащий две пластины 162, закрепленные на противоположных концах стержня 164, проходящего через отверстие 147. В местах пересечения отверстия 147 с поперечными каналами 146 выполнены заплечики, образующие седла 165 для пластин 162 клапана 160.

При работе челночный клапан 160 постоянно соединяет сторону низкого давления гидронасоса 18 с кольцевой камерой 130. Поэтому, как показано на фиг. 5, окно 138 в шайбе 134 находится на стороне высокого давления гидронасоса, так что клапан 160 принимает показанное положение, в котором кольцевая камера 130 изолирована от окна 138, где рабочая жидкость находится под высоким давлением. Поэтому кольцевая камера 130 через отверстие 149, канал 146, отверстия 147 и 150, кольцевую канавку 153 и канал 156 сообщается только с окном 140, в котором рабочая жидкость находится под низким давлением. Необходимо отметить, что кольцевая канавка 153 постоянно соединяет осевое отверстие 152, выполненное в шайбе 134, с каналом 156, выполненным в держателе 52, независимо от их относительных угловых положений. Следует также отметить, что, поскольку крутящий момент имеет противоположные направления во время ускорения и замедления транспортного средства, иногда окно 138 может находиться на стороне низкого давления гидронасоса 18, а окно 140 - на стороне высокого давления гидронасоса. В этом случае челночный клапан 160 смещается влево на фиг. 5, так что он изолирует окно 140 от кольцевой камеры 130 и соединяет ее с окном 138. Кроме того, следует также отметить, что давление рабочей жидкости в окнах 138 и 140 создает эффект гидростатического подшипника для уравновешивания осевой нагрузки в коробке передач 10, действующей в месте скользящего контакта между шайбой 134 и держателем 52 поршней гидронасоса.

Кольцевой распределительный блок 58, упомянутый выше, расположен на выходе коробки передач 10, как это видно на фиг. 1 и 2. Кольцевой распределительный блок (коллектор) 58 установлен на выходном валу 16 между радиальным фланцем 170 держателя 56 поршней гидромотора и задней концевой частью 60 выходного вала. Радиальная поверхность 171 концевой части 60 имеет выточку, в которой закреплена задняя шайба 172 с окнами. Задняя шайба 172 вращается вместе с выходным валом 16, а кольцевой распределительный блок 58 является неподвижным, как это отмечалось выше, поскольку он прикреплен к корпусу 12 с помощью болтов 59.

Распределительный блок 58 содержит цилиндрическую центральную часть 180 в наружной периферийной поверхности которой выполнено углубление, образующее кольцевую полость 182, а в стенке ее центрального отверстия 185 - углубление, образующее кольцевую полость 184. На периферийную поверхность центральной части 180 распределительного блока напрессована наружная втулка 186, чтобы герметизировать наружную кольцевую полость 182, а в центральном отверстии 185 центральной части запрессована внутренняя втулка 188, чтобы герметизировать внутреннюю полость 184. В наружной втулке 186 просверлено множество отверстий 189 под болты 59, посредством которых держатель 56 поршней гидромотора и распределительный блок 58 крепятся к корпусу 12. В левой поверхности цилиндрической части 180 распределительного блока выполнено множество цилиндрических выточек 190, которые расположены по окружности соосно с поршнями 92 гидромотора и сообщаются с осевыми отверстиями 192, выполненными в стойках 98, несущих поршни гидромотора. В показанном примере осуществления изобретения гидромотор 20 имеет десять поршней 92, число которых равно числу поршней 76 гидронасоса, и поэтому центральная часть 180 распределительного блока имеет десять выточек 190. Как видно на фиг. 2 и 6, в каждой выточке 190 центральной части 180 распределительного блока просверлен осевой канал 194, проходящий до правой радиальной опорной поверхности 196 блока 58 (см. фиг. 2). Как видно на фиг. 7, в правой опорной поверхности 196 просверлены два осевых канала 198 и 199, которые расположены с боковых сторон каждого осевого канала 194 на одной прямой с ним и сообщаются соответственно с наружной кольцевой полостью 182 и с внутренней кольцевой полостью 184.

Как это показано на фиг. 6, в левой радиальной поверхности 203 распределительного блока 58 выполнена радиально проходящая канавка 202, расположенная между смежной парой выточек 190. Внутренний конец радиальной канавки 202 соединен с осевым каналом 204, который просверлен в держателе 56 поршней гидромотора и сообщается с кольцевой камерой 132, образованной держателем 56 и сферической опорой 102 (см. фиг. 1). Наружный конец канавки 202 соединен с осевым каналом 206, который просверлен в наружной втулке 186 и соединен с окном 208, выполненным в корпусе 12 и являющимся частью гидравлической системы, показанной на фиг. 10.

Как видно на фиг. 2 и 6, в левой радиальной поверхности 203 распределительного блока 58 выполнена вторая радиальная канавка 210, проходящая между другой смежной парой цилиндрических выточек 190, внутренний конец которой соединен с осевым отверстием 212, просверленным в стенке внутренней кольцевой полости 184, а наружный конец - с осевым отверстием 214, которое просверлено в наружной втулке 186 и соединено со вторым окном 216, выполненным в корпусе 12. Как видно на фиг. 8, в наружной втулке 186 просверлено отверстие 218, через которое наружная кольцевая полость 182 сообщается с третьим окном 220, выполненным в корпусе 12 и расположенным между окнами 208 и 216.

Как видно на фиг. 1 и 9, задняя шайба 172 имеет, как и передняя шайба 134, два удлиненных почкообразных окна 222 и 224, расположенных по окружности. Однако окна 222 и 224 задней шайбы 172 смещены, как это видно на фиг. 9, относительно друг друга в радиальном направлении. Как видно на фиг. 1, смещенное радиально наружу окно 224 соединено через сквозные отверстия (каналы) 194 и 198 распределительного блока 58 с наружной кольцевой полостью 182, а смещенное радиально внутрь окно 222 соединено через сквозные отверстия 194 и 199 с внутренней кольцевой полостью 184.

Необходимо отметить, что, поскольку диск 22 и задняя шайба 172 одновременно вращаются относительно неподвижного гидромотора 20, задняя шайба 172 обеспечивает непрерывный поток рабочей жидкости между кольцевой полостью 184 и цилиндрами 104 гидромотора (через отверстия 199 в стенке полости 184, каналы 194 в распределительном блоке 58 и отверстия 192 в стойках, несущих поршни гидромотора), при этом объем полостей цилиндров 104, расположенных на стороне нагнетания (высокого давления) гидромотора 20, уменьшается. Аналогично, задняя шайба 172 обеспечивает непрерывный поток рабочей жидкости между кольцевой полостью 182 и цилиндрами 104 гидромотора (через отверстия 198 в стенке полости 182, каналы 194 в распределительном блоке 58 и отверстия 192 в стойках), при этом объем полостей цилиндров 104, расположенных на стороне всасывания (низкого давления) гидромотора 20, увеличивается. Поэтому рабочая жидкость в кольцевой полости 184 находится под высоким давлением, соответствующим среднему давлению в цилиндрах гидромотора, расположенных на стороне нагнетания (высокого давления), а рабочая жидкость в кольцевой полости 182 - под низким давлением, соответствующим среднему давлению в цилиндрах гидромотора, расположенных на стороне всасывания (низкого давления). Как описывалось выше, рабочая жидкость высокого давления (в полости 184) подается к окну 216 корпуса 12 (см. фиг. 2), а рабочая жидкость низкого давления (в полости 182) - к окну 220 (см. фиг. 8).

Необходимо также отметить, что давление рабочей жидкости в окнах 212 и 214 задней шайбы 172 оказывает эффект гидростатического подшипника, как и в случае передней шайбы 134, в месте контакта вращающейся задней шайбы 172 с правой поверхностью распределительного блока 58, чтобы уравновесить осевые нагрузки в коробке передач 10.

Поскольку подробное описание работы коробки передач (трансмиссия) 10 может быть "получено" из международной заявки, в данной заявке приводится только краткое изложение ее работы. Когда крутящий момент первичного двигателя передается на ведущий вал 14, гидронасос 18 через зубчатый венец 74 приводит в действие откачивающий насос 42 для подачи добавочной (дополнительной) рабочей жидкости в цилиндры 90 гидронасоса и цилиндры 104 гидромотора через окно 220 и внутренние каналы и отверстия, описанные выше. Когда передняя поверхность 110 качающегося диска 22 располагается по существу перпендикулярно к оси 25 выходного вала (см. фиг. 1), блок 88 цилиндров гидронасоса 18 вращается по круговой траектории без осевого смещения и поэтому гидронасос не перекачивает рабочую жидкость. Это соответствует нейтральному положению коробки передач, как отмечалось выше.

Когда требуется передать крутящий момент на нагрузку, соединенную с выходным валом 16, диск 22 поворачивается по часовой стрелке под действием одновременного осевого смещения сферических опор 86 и 102 вправо, так что ось вращения качающегося диска отклоняется в новое положение (прецессирует). В этом случае передняя поверхность 110 диска 22 располагается под косым углом относительно оси 25 выходного вала, так что блок 88 цилиндров гидронасоса вращается вокруг оси, расположенной под углом к оси 25 выходного вала. Следует отметить, что ось вращения блока 100 цилиндров гидромотора 20 также отклоняется в новое положение в зависимости от углового положения задней поверхности 112 диска 22. Поэтому цилиндры 90 гидронасоса перемещаются возвратно-поступательно относительно поршней 76 гидронасоса, так что давление рабочей жидкости в цилиндрах гидронасоса увеличивается и она перекачивается через отверстия 115 в цилиндрах 90, почкообразные окна 114 (см. фиг. 3) и отверстия 116 в цилиндрах 104 гидромотора. Крутящий момент, прикладываемый к передней поверхности 110 диска 22 с помощью вращающейся поверхности блока 88 цилиндров гидронасоса 18, образует механическую составляющую крутящего момента, передаваемого на выходной вал 16 через диск 22. Эта механическая составляющая крутящего момента по существу равна нулю, когда передняя поверхность 110 диска 22 располагается перпендикулярно к оси 25 выходного вала, и постепенно увеличивается на 100%, когда задняя поверхность 112 диска располагается перпендикулярно к оси 25. Это происходит потому, что когда задняя поверхность диска располагается перпендикулярно к оси выходного вала, поршни 92 в цилиндрах 104 гидромотора не перекачивают рабочую жидкость, т. е. рабочая жидкость не выходит из гидромотора 20. Поэтому гидронасос 18 и диск 22 по существу гидравлически блокируются (запираются), так что не происходит относительное перемещение между вращающимся блоком 88 цилиндров гидронасоса и диском 22. Таким образом устанавливается передаточное отношение 1:1 коробки передач, при котором достигается прямая механическая передача крутящего момента от входного вала 14 на выходной вал 16.

При промежуточных углах наклона диска 22 рабочая жидкость, нагнетаемая гидронасосом 18, поступает через отверстия 115 в цилиндрах гидронасоса, почкообразные окна 114 в диске 22 и отверстия 116 в цилиндры 104 гидромотора 20, так что давление в них увеличивается. Давление рабочей жидкости в цилиндрах 104 гидромотора создает осевую силу, прикладываемую к внутренней поверхности блока 100 цилиндров гидромотора, который, в свою очередь, прикладывает силу к задней поверхности 112 качающегося диска 22. Поэтому на качающийся диск передается составляющая крутящего момента, которая примерно равна тангенсу угла наклона диска относительно оси выходного вала и создается осевой силой, прикладываемой блоком 100 цилиндров гидромотора к диску.

Третьей составляющей крутящего момента, действующей на диск 22, является гидростатическая составляющая, которая является функцией дифференциальной силы, создаваемой давлением рабочей жидкости, действующим на противоположные боковые поверхности окон 114 (см. фиг. 3), которые, как это отмечалось выше, имеют разные площади. Эта третья составляющая крутящего момента составляет примерно 85% от крутящего момента, передаваемого через коробку передач 10 при промежуточных передаточных отношениях между нейтралью 1:1.

Необходимо отметить, что при передаточных отношениях, отличных от нейтрали, когда цилиндры 90 гидронасоса вращаются в "восходящем" направлении от наиболее тонкой кромки касающегося диска 22 к его наиболее толстой кромке, давление рабочей жидкости в этих цилиндрах увеличивается. Следовательно, эти цилиндры находятся на стороне нагнетания или высокого давления качающегося диска, как это отмечалось ранее. На диаметрально противоположной стороне качающегося диска цилиндры 90 гидронасоса вращаются в "нисходящем" направлении от наиболее толстой кромки диска к его наиболее тонкой кромке. Поэтому эти цилиндры находятся на стороне всасывания или низкого давления диска 22, при этом рабочая жидкость поступает к ним из цилиндров 104 гидромотора.

В гидравлической системе, показанной на фиг. 10, дополнительная рабочая жидкость подается под низким давлением откачивающим насосом 42 из отстойника 44 к гидронасосу 18 и гидромотору 20 через фильтр 230, трубопровод 232 и окно 220 в корпусе, при этом через линию 236 и загрузочное клапанное устройство 238 заряжается аккумулятор энергии 234. Загрузочное клапанное устройство содержит обратный клапан 240, который удерживается открытым, чтобы подать рабочую жидкость в аккумулятор 234, до тех пор, пока давление в последнем не превысит давление на выходе откачивающего насоса 42. В этом случае открывается регулируемый предохранительный клапан 242, так что рабочая жидкость отводится в сливную линию 244, соединенную с отстойником 44 через второй предохранительный клапан 246 и охладитель 248. Предохранительный клапан 246 предназначен для уменьшения давления в линии 236, когда рабочая жидкость отводится в сливную линию 244, чтобы откачивающий насос 42 создавал низкое давление и подавал рабочую жидкость к внутренним смазочным каналам (не показаны) через трубопровод 232.

Гидравлический аккумулятор энергии 234 служит источником соответствующего гидравлического давления для изменения передаточного отношения коробки передач при отсутствии соответствующего давления рабочей жидкости на выходе откачивающего насоса 42. Поэтому аккумулятор 234 соединен через линию 250 и обратный клапан 252 с окном 220. Поэтому хранимая в аккумуляторе рабочая жидкость под давлением используется для изменения передаточного отношения коробки передач в случае, когда прекращается передача крутящего момента первичного двигателя на входной вал 14. Качающийся диск 22 снабжен, в качестве меры защиты коробки передач, предохранительным клапаном 254 (на фиг. 1 не показан), расположенным между его сторонами высокого и низкого давлений, как это описано в упомянутой международной заявке, чтобы предотвратить превышение разности давлений между этими сторонами расчетных пределов. Хотя на фиг. 10 не показано, но следует отметить, что гидравлическая система коробки передач может также содержать аккумулятор энергии высокого давления для вращения выходного вала и/или входного вала.

На фиг. 10 позициями 86 и 130 обозначены соответственно сферическая опора и кольцевая камера, обозначенные теми же позициями, что и на фиг. 1 и 2. Аналогично, позициями 102 и 132 обозначены соответственно другая сферическая опора и другая кольцевая камера, обозначенные теми же позициями на фиг. 1 и 2. Линия 260 на фиг. 10 соединяет камеру 130 со стороной низкого давления гидронасоса 18. Управляющий клапан 262 для изменения передаточного отношения, показанный на фиг. 10, имеет один выход, соединенный через линию 264 с окном 208 в корпусе, которое, как это было отмечено выше, через линию 266 соединено с кольцевой камерой 132. Управляющий клапан имеет первый вход, который через сливной трубопровод 268 и охладитель 248 соединен с отстойником 44 и таким образом находится под атмосферным давлением, второй вход, который находится под низким давлением и соединен с окном 220 в корпусе через линию 270, и третий вход, который находится под высоким давлением и соединен с окном 216 в корпусе через линию 272.

Когда требуется увеличить передаточное отношение коробки передач, т.е. повернуть диск 22 по часовой стрелке, управляющий клапан 262 устанавливается так, что в камере создается атмосферное давление через линию 268, как это показано пунктирной стрелкой 262с. Вследствие этого давление рабочей жидкости в камере 130 превышает давление рабочей жидкости в камере 132. Объем камеры 130 увеличивается, когда объем камеры 132 уменьшается, вследствие чего сферические опоры смещаются в осевом направлении вправо, так что качающий диск 22 поворачивается по часовой стрелке. При получении требуемого повышенного передаточного отношения управляющий клапан устанавливается в положение, при котором камера 132 соединяется с окном 220, вследствие чего давление в обеих камерах 130 и 132 выравнивается. Таким образом поддерживается требуемое повышенное передаточное отношение коробки передач.

При работе, чтобы получить требуемое передаточное отношение (требуемый угол наклона качающегося диска), управляющий клапан 262 находится в положении, показанном на фиг. 10, при котором окно низкого давления 220 соединяется с камерой 132, как это показано жирной стрелкой 262а. Поскольку низкое давление рабочей жидкости в окне 220 по существу равно давлению рабочей жидкости на стороне низкого давления гидронасоса 18, которая нагнетается в камеру 130, давления в обеих камерах 130 и 132 являются равными. Следовательно, осевые положения сферических опор не изменяются, вследствие чего не изменяется и угол наклона качающегося диска 22. Следует отметить, что осевые силы, прикладываемые к сферическим опорам 86 и 102, действуют в противоположных направлениях, чтобы прижать поверхности блока 88 цилиндров гидронасоса и блока 100 цилиндров гидромотора соответственно к передней 110 и задней 112 поверхности качающегося диска 22.

Когда требуется уменьшить передаточное отношение коробки передач, т.е. повернуть качающийся диск 22 против часовой стрелки, управляющий клапан 262 устанавливается так, что камера 132 соединяется с окном 216, как это показано пунктирной стрелкой 262b, в котором рабочая жидкость находится под высоким давлением. Поэтому давление рабочей жидкости в камере 132 быстро превышает давление рабочей жидкости в камере 130, так что объем камеры 132 увеличивается, а объем камеры 130 уменьшается. Вследствие этого сферические опоры 86 и 102 смещаются в осевом направлении влево, так что качающийся диск 22 поворачивается против часовой стрелки, как это видно на фиг. 1 и 2. При получении требуемого угла наклона качающегося диска (пониженного передаточного отношения) управляющий клапан 262 устанавливается в положение, при котором камера 132 соединяется с окном 220 (как показано жирной стрелкой 262a), в котором рабочая жидкость находится под низким давлением, вследствие чего давления в обеих камерах 130 и 132 выравниваются, так что сферические опоры удерживаются в левом смещенном положении. Таким образом поддерживается пониженное передаточное отношение коробки передач.

Когда требуется увеличить передаточное отношение коробки передач, т.е. повернуть качающийся диск 22 по часовой стрелке, управляющий клапан 262 устанавливается так, что в камере 132 создается атмосферное давление через линию 268, как это показано пунктирной стрелкой 262c. Вследствие этого давление рабочей жидкости в камере 130 превышает давление рабочей жидкости в камере 132. Объем камеры 130 увеличивается, а объем камеры 132 -уменьшается, вследствие чего сферические опоры смещаются в осевом направлении вправо, так что качающийся диск 22 поворачивается по часовой стрелке. При получении требуемого повышенного передаточного отношения управляющий клапан 262 устанавливается в подложке, при котором камера 132 соединяется с окном 220, в котором рабочая жидкость находится под низким давлением, вследствие чего давление в обеих камерах 130 и 132 выравнивается, чтобы поддержать повышенное передаточное отношение коробки передач.

Из приведенного выше описания видно, что настоящим изобретением предлагается бесступенчатая гидростатическая трансмиссия типа, описанного в упомянутой международной заявке, которая имеет преимущества, заключающиеся в ее меньшем размере, меньшем количестве деталей и меньшей стоимости изготовления.

Для специалистов в данной области техники очевидно, что в устройство по настоящему изобретению могут быть внесены различные изменения и дополнения, не выходящие за пределы существа и объема изобретения. Поэтому предполагается, что настоящее изобретение предусматривает изменения и дополнения, при условии, что эти изменения и дополнения не выходят за пределы следующей ниже формулы изобретения.

Реферат

Бесступенчатая гидростатическая коробка передач может быть использована в гидростатических трансмиссиях и содержит входной вал, соединенный с гидронасосом, гидромотор, клиновидный качающийся диск, установленный между гидронасосом и гидромотором, выходной вал. Клиновидный качающийся диск шарнирно закреплен на выходном валу и воспринимает крутящий момент, создаваемый в результате перекачивания рабочей жидкости под давлением между насосом и мотором через соответствующие окна в качающемся диске. Коробка передач содержит также регулятор передаточных отношений с гидроприводом, выполненный с возможностью изменения осевого положения сферических опор, на которых установлены блоки цилиндров гидронасоса и гидромотора. Изменение положения опор позволяет регулировать угол наклона качающегося диска относительно оси выходного вала и таким образом изменять передаточное отношение коробки передач. Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, состоит в уменьшении размеров коробки передач, количества деталей и стоимости изготовления. 3 с. и 17. з.п.ф-лы, 10 ил.

Формула