Гидравлико-инерционный преобразователь крутящего момента и способ преобразования крутящего момента при помощи данного устройства
Номер патента: 15705
Опубликовано: 31.10.2011
Авторы: Калаев Марат Георгиевич, Темираев Руслан Казбекович, Хюбнер Вольфганг Йоахим, Касимцев Александр Дмитриевич
Формула / Реферат
1. Гидравлико-инерционный преобразователь крутящего момента, содержащий ведущий и ведомый узлы с формированием ими внутренней полости, наполненной рабочей жидкостью, исполнительный, распределительный и управляющий механизмы, в котором ведущий узел выполнен в виде посаженного на шлицованный вал монолитного ротора, секционированного в его наружной части радиальными пазами и расположенными в них пластинами с возможностью поступательно-возвратного перемещения пластин в пазах при вращении ротора, при этом радиальные пазы в роторе ведущего узла преобразователя выполнены сквозными и направлены вдоль оси ротора, ведомый узел преобразователя выполнен в виде ограниченного снаружи цилиндрической поверхностью корпуса с передней и задней торцевыми крышками, в торцевую крышку корпуса ведомого узла, со стороны ведущего вала встроена без выхода наружу цилиндрическая часть зубчатого вала, а противоположная его концевая часть сквозь отверстие с уплотнительным элементом выведена наружу в торцевую крышку со стороны ведомого вала, в крышке со стороны ведущего вала расположено уплотнительное кольцо, а крышка со стороны ведомого вала выполнена заодно с ним, внутри корпуса ведомого узла по всей его длине установлено кольцо, с возможностью перемещения в эксцентричное относительно ротора и ведомого узла положение, на внешней боковой поверхности кольца установлены выступающие за его боковую поверхность и жестко скрепленные с ним цилиндрические оси, которые без выхода их наружу встроены в торцевые крышки, на внешней боковой поверхности кольца по всей его длине диаметрально противоположно цилиндрическим осям в теле кольца выполнены шестеренчатые зубья, введенные в постоянное зацепление с зубчатым валом, управляющий механизм преобразователя расположен на внешней стороне торцевой крышки с ведомым валом и составлен из зубчатого флажка, жестко закрепленного на концевой части зубчатого вала, и гидроцилиндра с пружиной, на штоке которого выполнены зубья реечной передачи, введенные в постоянное зацепление с зубьями флажка, рабочая полость гидроцилиндра сообщена трубопроводом с полой частью ведомого вала, сквозные радиальные отверстия которого выполнены с прилеганием к распределительному механизму, снабженному торцевыми уплотнительными элементами, при этом распределительный механизм гидравлически сообщен посредством трубопровода с главным цилиндром, а управляющий механизм преобразователя снабжен блоком выработки управляющего электрического сигнала в диапазоне дискретно заданных частот вращения ведущего узла преобразователя, который соединен с исполнительным механизмом включения ведомого узла преобразователя.
2. Преобразователь по п.1, внутренняя полость которого на 85-90% от ее объема заполнена рабочей жидкостью.
3. Преобразователь по п.1, в котором наружная цилиндрическая поверхность ведомого узла снабжена продольными ребрами для охлаждения.
4. Способ преобразования крутящего момента при помощи устройства по пп.1-3, в котором на холостом ходу или при отсутствии необходимости в передаче крутящего момента с помощью исполнительного, распределительного и управляющего механизмов преобразователя устанавливают кольцо ведомого узла, в центральное, симметричное относительно внутренней поверхности ведомого узла, положение, приводят во вращение ведущий узел, которым посредством его ротора, с расположенными в пазах ротора пластинами, формируют одинаковые величины вращаемых объемов рабочей жидкости в динамически изменяемых полостях, ограниченных поверхностью ротора, его пластинами и внутренней поверхностью кольца ведомого узла, равномерно распределяют при этом нагрузку внутри кольца и сводят тем самым к нулевой величине передаваемый крутящий момент, при необходимости передачи от ведущего узла на ведомый узел крутящего момента поворачивают шестеренчатые зубья кольца ведомого узла с помощью зубчатого штока и соединенного с ним зубчатого флажка с зубчатым валом и перемещают кольцо ведомого узла в эксцентричное относительно ротора и ведомого узла положение, обеспечивают тем самым возвратно-поступательное перемещение пластин в радиально-выполненных в роторе пазах и формируют при этом динамически изменяемые величины вращаемых объемов рабочей жидкости, создают тем самым преобразуемыми объемами рабочей жидкости гидравлико-инерционную составляющую передаваемого крутящего момента, суммируемую с механоинерционной его составляющей, формируемой при вращении возвратно-поступательно перемещаемыми пластинами в радиальных пазах ротора, регулируют суммарную величину преобразуемого крутящего момента до его максимального значения, передаваемого на вторичный вал коробки перемены передач, изменением смещения от центрального положения кольца ведомого узла и взаимосвязанным с ним изменением коэффициента редукции коробки перемены передач, при уменьшении нагрузки или сбрасывании числа оборотов ведущего узла преобразователя до значений холостого хода, с помощью пружины гидроцилиндра управляющего механизма отодвигают зубчатый шток и соединенный с ним зубчатый флажок с зубчатым валом в исходное положение, перемещают при этом шестеренчатые зубья кольца ведомого узла и возвращают в итоге его в центральное, симметричное относительно ротора и ведомого узла положение.
5. Способ по п.4, в соответствии с которым формируют динамически перемещаемые объемы рабочей жидкости, полностью или частично заполняющие динамически изменяемые объемы полостей, число N1 полостей выбирают в пределах приведением во вращение ведущего вала и смещением колец изменяют величины объемов полостей в диапазоне от минимального до максимального их значения в пределах
где V1- минимальная величина объемов полостей,
V2 - максимальная величина объемов полостей,
при этом смещением колец создают дисбаланс центра масс пластин, перемещая центр от его совпадения с осью симметрии ротора на расстояние от оси, величину которого выбирают в пределах
где L1- максимальная величина смещения центра масс пластин,
L2 - величина диаметра ротора,
и тем самым на ведомом узле формируют суммарный ведомый крутящий момент PS из его гидравлической Рг и инерционной Ри составляющих в виде
где А - экспериментальный коэффициент пропорциональности между величиной Рг гидравлической составляющей крутящего момента и максимальной величиной (V2-V1) изменения объемов рабочей жидкости в каждой из полостей при их полном заполнении,
w1- частота вращения ведущего вала,
w2- частота вращения ведомого вала,
В - экспериментальный коэффициент пропорциональности между величиной Ри и суммарным динамическим дисбалансом D масс перемещающихся пластин, определяемым суммарной массой пластин, а также величинами L2 и w1,
в результате ведущий P1 крутящий момент преобразуют в ведомый Р2крутящий момент с учетом величины k редукции коробки перемены передач, величины которых выбирают из соотношений
6. Способ по п.5, по которому минимальную величину V3суммы объемов рабочей жидкости по отношению к максимальной величине суммы V4 объемов полостей выбирают из соотношения
корректируя V3 с помощью экспериментального коэффициента a1, выбираемого в зависимости от вида рабочей жидкости и максимального количества N1полостей в пределах
а максимальную величину гидравлической составляющей ведомого крутящего момента корректируют с помощью экспериментального коэффициента А, выбираемого в пределах
и максимальную величину инерционной составляющей ведомого крутящего момента корректируют с помощью экспериментального коэффициента В, выбираемого в пределах
Текст
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ Дата публикации и выдачи патента ГИДРАВЛИКО-ИНЕРЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА И СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ПРИ ПОМОЩИ ДАННОГО УСТРОЙСТВА Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано, например,на различных видах транспорта, а также в устройствах и механизмах для безударного включения ведомых валов в целях преобразования крутящего момента. Задачей предлагаемого изобретения является совершенствование гидравлико-инерционного преобразователя (ГИП) и способа преобразования крутящего момента при помощи данного устройства для улучшения их основных технических и функциональных характеристик. Достигаемый технический результат заключается в повышении КПД во взаимосвязанном функционировании ГИП и способа преобразования крутящего момента при помощи данного устройства. Указанный технический результат достигается с использованием ГИП и способа преобразования крутящего момента при помощи данного устройства, в котором обеспечивают возвратно-поступательное перемещение пластин в радиально выполненных в роторе пазах и формируют при этом динамически изменяемые величины вращаемых объемов рабочей жидкости. Создают тем самым преобразуемыми объемами рабочей жидкости гидравлико-инерционную составляющую передаваемого крутящего момента,суммируемую с механо-инерционной его составляющей, формируемой при вращении возвратнопоступательно перемещаемыми пластинами в радиальных пазах ротора. Регулируют суммарную величину преобразуемого крутящего момента до его максимального значения, передаваемого на ведомый вал, изменением смещения от центрального положения кольца ведомого узла. Касимцев Александр Дмитриевич,Темираев Руслан Казбекович, Калаев Марат Георгиевич (RU), Хюбнер Вольфганг Йоахим (DE) Линник Л.Н. (RU)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ТЕМИРАЕВ РУСЛАН КАЗБЕКОВИЧ; КАЛАЕВ МАРАТ ГЕОРГИЕВИЧ (RU) 015705 Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано, например, на различных видах транспорта, а также в устройствах и механизмах для безударного включения ведомых валов в целях преобразования крутящего момента. Известна центробежная муфта, в которой ведущая полумуфта выполнена в виде свободно посаженных на шлицованный вал стянутых попарно стержнями, не менее двух пар для уравновешенности муфты, дисков с глухими тангенциальными пазами, в которых расположены монолитные лопасти, оканчивающиеся массивными цилиндрическими брусками, диски с лопастями и в нейтральном, и в рабочем положении находятся внутри колец, расположенных в цилиндре, заполненном смазывающей жидкостью,с возможностью радиального смещения по направляющим и установочно сдвинутых в диаметрально противоположных направлениях относительно друг друга (см., например, патент РФ 2019752, 15.09.94 г., МПК 7 F16D 43/18). Известна также центробежная муфта, по своему конструктивному выполнению одна из наиболее приближающихся к заявленным техническим решениям, содержащая ведущую и ведомую полумуфты(см., например, патент РФ 2126501, 20.02.99 г. МПК F16D 43/14). Ведущая полумуфта выполнена в виде нескольких пар установленных на валу дисков. Ведомая полумуфта включает в себя барабан, несколько колец с направляющими, установленными в указанном барабане со смещением из центрального положения и с возможностью радиального перемещения. Муфта содержит также несколько магнитов установленных с возможностью взаимодействия с упомянутыми кольцами. В дисках ведущей полумуфты выполнены пазы, в которых установлены плунжеры. Плунжеры имеют возможность воздействия на соответствующее кольцо ведомой полумуфты под действием центробежной силы. Полость барабана заполнена антифрикционным веществом. Пазы в дисках ведущей полумуфты выполнены в тангенциальном направлении с зеркальным отображением направления пазов для каждой пары дисков. Каждый из упомянутых плунжеров представляет собой пластину с цилиндрическим бруском. Эта центробежная муфта работает таким образом. На холостых оборотах диски с плунжерами и рабочее масло вращаются вместе внутри колец и создают на них малый крутящий момент, так как кольца лишь немного смещены по диаметру от истинно центрального положения. По достижению ведущей полумуфтой заданного числа оборотов, определяемого силой притяжения стальных колец к постоянным магнитам, центробежные силы в правой половине кольца начинают превалировать над центробежными силами в левой его половине. При этом кольца отрываются от постоянных магнитов и под действием нарастающих центробежных сил плунжеров плавно перемещаются по диаметру и безударно прижимаются к стенке барабана. Центробежная муфта работает как гибрид центробежной и гидродинамической муфты в единой конструкции. При снижении оборотов ведущей полумуфты до холостых или при полной ее остановке кольца под действием выравнивающего давления масла смещаются к исходному положению, входят в зону действия постоянных магнитов и притягиваются ими. Недостатки известной центробежной муфты следующие. 1. Плунжеры очень массивны, при работе под действием центробежных сил происходит большое усилие на внутреннюю поверхность кольца, от чего плунжеры будут быстро изнашиваться и приходить в негодность. 2. Из-за высокого трения плунжеров вся муфта будет сильно нагреваться. 3. Нет четкого включения ведомой полумуфты от порогового значения холостых оборотов ведущей полумуфты. 4. Крутящий момент на ведомую полумуфту передается только за счет центробежных сил плунжеров. Известны также гидравлико-инерционный преобразователь и способ образования им крутящего момента, которые по своим совокупностям существенных признаков наиболее приближаются к заявленным техническим решениям (патент 2259282, 25.07.03 г., МПК F 16 D43/18) - ближайший аналог. В данном преобразователе ведущий узел выполнен в виде свободно посаженных на шлицованный вал дисков с тангенциальными пазами и лопастями в них. Каждая лопасть набрана из тонких упругих пластин. Ведомый узел выполнен в виде цилиндрического корпуса с торцевыми крышками, одна из которых выполнена заодно с ведомым валом. В корпусе установлены кольца, внутри которых находятся диски с лопастями ведущего узла преобразователя. Каждое кольцо установлено с возможностью качания по направляющей, для чего скреплено с полуосью, установленной в ложе подпятника, тело которого, например, посредством узла ласточкин хвост введено в жесткое зацепление с цилиндрическим корпусом. Сдвижения колец из центрального положения в эксцентричное может осуществляться одной из систем управления, например гидравлической или электромагнитной. Недостатки указанного ближайшего аналога следующие. 1. Конструкция сложна в изготовлении. 2. Качающее кольцо при сдвижении не устойчиво, так как в направляющей напротив ложи подпятника контактирует по линии. 3. В работе через решетчатую структуру колец, за каждый оборот ведущего узла просачивается большой объем рабочей жидкости, в связи с чем падает КПД преобразователя, так же решетчатая струк-1 015705 тура колец не дает возможности возврата колец в центральное положение из эксцентричного, а за одно и возврата смещающих планок в исходное положение. 4. Система управления сдвижением колец из нейтрального положения в эксцентричное, громоздка. Задачей предлагаемого изобретения является совершенствование гидравлико-инерционного преобразователя (ТИП) и способа преобразования крутящего момента при помощи данного устройства для улучшения их основных технических и функциональных характеристик. Достигаемый технический результат заключается в повышении КПД при взаимосвязанном функционировании ГИП и способа преобразования крутящего момент при помощи данного устройства. Указанный технический результат достигается, в частности, тем, что ГИП выполнен содержащим ведущий и ведомый узлы, с формированием ими внутренней полости, наполненной рабочей жидкостью,исполнительный, распределительный и управляющий механизмы. Ведущий узел ГИП выполнен в виде посаженного на шлицованный вал монолитного ротора, секционированного в его наружной части радиальными пазами и расположенными в них пластинами с возможностью поступательно-возвратного перемещения пластин в пазах при вращении ротора. При этом радиальные пазы в роторе ведущего узла преобразователя выполнены сквозными и направлены вдоль оси ротора. Ведомый узел преобразователя выполнен в виде ограниченного снаружи цилиндрической поверхностью корпуса с передней и задней торцевыми крышками. В торцевую крышку корпуса ведомого узла со стороны ведущего вала встроена без выхода наружу цилиндрическая часть зубчатого вала, а противоположная его концевая часть сквозь отверстие с уплотнительным элементом выведена наружу в торцевую крышку со стороны ведомого вала. В передней крышке со стороны ведущего вала расположено уплотнительное кольцо, а крышка со стороны ведомого вала выполнена заодно с ним. Внутри корпуса ведомого узла по всей его длине установлено кольцо, с возможностью перемещения в эксцентричное относительно ротора и ведомого узла положение. На внешней боковой поверхности кольца установлены выступающие за его длину и жстко скреплнные с ним цилиндрические оси, которые без выхода их наружу встроены в торцевые крышки ГИП. Также на внешней боковой поверхности кольца по всей его длине диаметрально противоположно цилиндрическим осям в теле кольца выполнены шестернчатые зубья, введенные в постоянное зацепление с зубчатым валом. Управляющий механизм преобразователя расположен на внешней стороне торцевой крышки с ведомым валом и составлен из зубчатого флажка, жстко закреплнного на концевой части зубчатого вала,и гидроцилиндра с пружиной. На штоке гидроцилиндра выполнены зубья реечной передачи, введенные в постоянное зацепление с зубьями флажка. Рабочая полость гидроцилиндра сообщена трубопроводом с полой частью ведомого вала, сквозные радиальные отверстия которого выполнены с прилеганием к распределительному механизму, снабженному торцевыми уплотнительными элементами. При этом распределительный механизм гидравлически сообщн посредством трубопровода с главным цилиндром, а управляющий механизм преобразователя снабжн блоком выработки управляющего электрического сигнала в диапазоне дискретно заданных частот вращения ведущего узла преобразователя, который соединен с исполнительным механизмом включения ведомого узла преобразователя. К конструктивным особенностям преобразователя следует отнести заполнение его внутренней полости на 85-90% от ее объема рабочей жидкостью, которая выполняет также роль конструктивного элемента. Для улучшения условий охлаждения преобразователя наружная цилиндрическая поверхность его ведомого узла снабжена продольными рбрами. Указанный технический результат достигается также способом преобразования крутящего момента при помощи ГИП, в котором на холостом ходу или при отсутствии необходимости в передаче крутящего момента с помощью исполнительного, распределительного и управляющего механизмов преобразователя устанавливают кольцо ведомого узла, в центральное, симметричное относительно внутренней поверхности ведомого узла, положение. Затем приводят во вращение ведущий узел, которым посредством его ротора, с расположенными в пазах ротора пластинами, формируют одинаковые величины вращаемых объемов рабочей жидкости в динамически изменяемых полостях, ограниченных поверхностью ротора,его пластинами и внутренней поверхностью кольца ведомого узла. Равномерно распределяют при этом нагрузку внутри кольца и сводят тем самым к нулевой величине передаваемый крутящий момент. При необходимости передачи от ведущего узла на ведомый узел крутящего момента поворачивают шестернчатые зубья кольца ведомого узла с помощью зубчатого штока и соединнного с ним зубчатого флажка с зубчатым валом и перемещают кольцо ведомого узла в эксцентричное относительно ротора и ведомого узла положение. Обеспечивают тем самым возвратно-поступательное перемещение пластин в радиально-выполненных в роторе пазах и формируют при этом динамически изменяемые величины вращаемых объемов рабочей жидкости. Создают тем самым преобразуемыми объемами рабочей жидкости гидравлико-инерционную составляющую передаваемого крутящего момента, суммируемую с механо-инерционной его составляющей, формируемой при вращении возвратно-поступательно перемещаемыми пластинами в радиальных пазах ротора. Регулируют суммарную величину преобразуемого крутящего момента до его максимального значения, передаваемого на вторичный вал коробки перемены передач, изменением смещения от центрального положения кольца ведомого узла и взаимосвязанным с ним изменением коэффициента редукции коробки перемены передач.-2 015705 При уменьшении нагрузки или сбрасывании числа оборотов ведущего узла преобразователя до значений холостого хода, с помощью пружины гидроцилиндра управляющего механизма отодвигают зубчатый шток и соединнный с ним зубчатый флажок с зубчатым валом в исходное положение. Перемещают при этом шестернчатые зубья кольца ведомого узла и возвращают в итоге его в центральное, симметричное относительно ротора и ведомого узла положение. В зависимости от практических условий применения способа используют его модификации, в соответствии с которыми формируют динамически перемещаемые объемы рабочей жидкости, полностью или частично заполняющие динамически изменяемые объемы полостей с выбором числа N1 полостей в пределах 2N124. Приведением во вращение ведущего вала и смещением колец формируют изменение величин объемов полостей в диапазоне от минимального до максимального их значения в пределах 0,7(V1+0,7V2)/V21,7, где V1 - минимальная величина объемов полостей, V2 - максимальная величина объемов полостей. При этом смещением колец создают дисбаланс центра масс пластин, перемещая центр от его совпадения с осью симметрии ротора на расстояние от оси, величину которого выбирают в пределах 1,1(L1+1,1L2)/L21,4, где L1 - максимальная величина смещения центра масс пластин, L2 - величина диаметра ротора. Тем самым на ведомом узле формируют суммарный ведомый крутящий момент Р из его гидравлической Рг и инерционной Ри составляющих в виде P = Рг+ Ри= A(V2-V1)( 1-2) +BDL212,где А - экспериментальный коэффициент пропорциональности между величиной Рг гидравлической составляющей крутящего момента и максимальной величиной (V2-V1) изменения объемов рабочей жидкости в каждой из полостей при их полном заполнении, 1 - частота вращения ведущего вала, 2 - частота вращения ведомого вала, В - экспериментальный коэффициент пропорциональности между величиной Ри и суммарным динамическим дисбалансом D масс перемещающихся пластин, определяемым суммарной массой пластин, а также величинами L2 и 1. В результате, ведущий P1 крутящий момент преобразуют в ведомый Р 2 крутящий момент с учетом величины к редукции коробки перемены передач, величины которых выбирают из соотношений 1(P1+Р 2/k)/P17,9, 0,2k1. Оптимизировать параметры осуществления способа целесообразно также используя возможности, в соответствии с которыми минимальную величину V3 суммы объемов рабочей жидкости по отношению к максимальной величине суммы V4 объемов полостей выбирают из соотношения 1,11V3 +0,7V4)/V41,9, корректируя V3 с помощью экспериментального коэффициента , выбираемого в зависимости от вида рабочей жидкости и максимального количества N1 полостей в пределах 0,511,2. Максимальную величину гидравлической составляющей ведомого крутящего момента корректируют с помощью экспериментального коэффициента А, выбираемого в пределах 0,06 Нм-2 с А 0,69 Нм-2 с и максимальную величину инерционной составляющей ведомого крутящего момента корректируют с помощью экспериментального коэффициента В, выбираемого в пределах 1,9.10-3 Нс 2 кг-1B7, 110-3 Нс 2 кг-1. Предложенные объекты целесообразно проиллюстрировать чертежами, на которых схематически представлены: на фиг. 1 изображен внутренний вид на ГИП с торца без одной из торцевых крышек, в нерабочем положении кольца; на фиг. 2 - то же в рабочем положении кольца; на фиг. 3 - показан вид на ГИП с торца, со стороны ведомого вала; на фиг 4 - боковой вид преобразователя с частичным вырезом; на фиг. 5 - представлена коробка перемены передачи КПП в разрезе; на фиг. 6 - показан ГИП и его КПП в сборе с вариантом гидравлического управления зубчатого вала. Более детально существенные конструктивные особенности заявленных объектов и функциональное взаимодействие их основных конструктивных элементов могут быть охарактеризованы следующим образом. В соответствии с изобретением ГИП содержит ведущий и ведомый узлы преобразователя, в котором ведущий узел преобразователя выполнен в виде свободно посаженного на шлицованный вал 1 монолитного ротора 2 (см. фиг. 1, 2, 3, 4) с радиальными пазами 3 и расположенными в них пластинами 4. Ведомый узел преобразователя выполнен в виде цилиндрического корпуса 5 с передней 6 и задней 7 торцевыми крышками. В передней крышке 6 имеется уплотнительное кольцо 8. Задняя крышка 7 выполнена заодно с ведомым валом 9. В цилиндрическом корпусе 5 ведомого узла преобразователя установлено кольцо 10 (фиг. 1). У кольца 10 на внешней боковой поверхности имеются выступающие за его длину жстко скреплнные с ним цилиндрические оси 11 и 12 (фиг. 3,4), а диаметрально противоположно этим осям 11 и 12 в теле кольца 10 на внешней боковой поверхности по всей длине выполнены шестернчатые зубья 13, находящиеся в постоянном зацеплении с зубчатым валом 14. В торцевую крышку 6 корпуса 5, не выходя наружу, встроена цилиндрическая часть 15 зубчатого вала 14, а противоположная концевая часть 16, сквозь отверстие 17 с уплотнительным элементом 18 выходит наружу за в торцевую крышку 7 со стороны ведомого вала 9.-3 015705 На внешней стороне торцевой крышки 7 расположена гидравлико-механическая система управляющего механизма, состоящая из зубчатого флажка 18 (фиг. 3), закреплнного на концевой цилиндрической части 16 зубчатого вала 14 и гидроцилиндра 19 с пружиной 20. На штоке 21 гидроцилиндра 19 выполнены зубья реечной передачи, которые введены в постоянное зацепление с зубьями флажка 18. Рабочая полость гидроцилиндра 19 сообщена трубопроводом 22 с полой частью 23 ведомого вала 9,сквозные отверстия 24 которого прилегают к распределительному узлу 25, с торцевыми уплотнительными элементами 26 и 27. Распределительный узел 25 сообщается, в свою очередь, посредством трубопровода 28 с главным цилиндром 29 (фиг. 6). Цилиндрический корпус 5 снаружи имеет для охлаждения продольные ребра 30 (фиг. 4, 6). На фиг. 5 изображена КПП, конструктивно разработанная для полноценного функционирования ГИП. Она содержит первичный 31, вторичный 32 и промежуточный 33 шлицованный валы. В тело вторичного 32 вала введен первичный 31 вал своей концевой частью 34, на который установлен игольчатый подшипник 35. На первичном валу 31 жестко закреплена шестерня 36, введенная в зацепление с шестерней 37 такого же размера, которая жестко закреплена на промежуточном 33 шлицованном валу. На шлицованной части промежуточного 33 вала расположены различные по диаметру три 38, 39 и 40 шестерни со шлицами внутри, соответственно шлицам промежуточного 33 вала. Шестерни 38, 39 и 40 жестко соединены между собой и образуют единый промежуточный блок шестерен, который имеет возможность перемещения по шлицованной части промежуточного 33 вала посредствам водила 41, в резьбовое отверстие которого входит винтовой 42 вал электродвигателя 43 управляющего механизма. На вторичном 32 валу имеется три 43, 44, 45 шестерни разного диаметра. Первая 43 шестерня жестко закреплена на вторичном 32 валу с возможностью зацепления с первой 38 шестерней блока шестерен. Вторая 44 шестерня,также жестко скрепленная на вторичном 32 валу, имеет возможность входить в зацепление со второй 39 шестерней промежуточного блока шестерен. Третья 45 шестерня вторичного 32 вала жестко закреплена на ней и постоянно зацеплена с сателлитной 46 шестерней, расположенной на короткой 47 оси, впрессованной в заднюю стенку корпуса 48 (фиг. 6) коробки. Сателлитная 46 шестерня имеет возможность входить в зацепление с третьей 40 шестерней промежуточного блока шестерен. На фиг. 6 изображены ГИП и КПП в сборе, где показано цифрами: первичный вал 1 ведущего узла преобразователя, корпус 5 ведомого узла преобразователя, передняя 6 и задняя 7 торцевые крышки ведомого узла преобразователя, продольные 30 ребра корпуса 5, кожух 49 для торцевой крышки 7 преобразователя, ведомый вал 9 ведомого узла преобразователя, распределительный узел 25. трубопровод 28,главный цилиндр 29, корпус 48 КПП, вторичный вал 32 КПП, электродвигатель 43 управляющего механизма КПП, провод электродвигателя со знаком плюс 50, провод электродвигателя со знаком минус 51,защитный (крепежный) кожух 52. Функционирование ГИП и способа преобразования крутящего момента при помощи данного устройства целесообразно пояснить в случае одного из основных их применений с использованием автомобиля. В момент прогрева двигателя автомобиля и на холостых оборотах кольцо 10 внутри ведомого корпуса 5 преобразователя устанавливают в центральное положение. При этом пластины 4 ротора 2, вращая рабочую жидкость равномерно распределяют нагрузку внутри кольца 10 и на ведомый вал 9 не передается крутящий момент. Для трогания автомобиля с места и далее его разгона на торцевой крышке 7 (фиг. 3) зубчатый шток 21 гидроцилиндра 19 поворачивает зубчатый флажок 18, а вместе с ним поворачивается зубчатый вал 14,который смещает кольцо 10 на осях 11 и 12 из центрального положения в эксцентричное относительно ротора 2. Маятниковое сдвижение кольца 10 происходит на плече равном его внешнему диаметру. При этом на ведомом узле преобразователя появляется нарастающий крутящий момент с начала от гидравлических импульсов, а затем с увеличением числа оборотов ведущего узла преобразователя и от инерционных сил пластин 4. При сбрасывании числа оборотов ведущего узла преобразователя до холостых, гидравлическая система управления начинает работать в обратном направлении. Пружина 20 гидроцилиндра 19 отодвигает зубчатый шток 21 и соединнный с ним зубчатый флажок 18 с зубчатым валом 14 в исходное положение. При этом кольцо 10 возвращается в центральное положение. КПП, разработанная для ГИП, функционирует следующим образом. В момент прогрева двигателя и холостых оборотов, как было сказано выше, кольцо 10 находится в центральном положении и не передат крутящий момент на ведомый 9 вал преобразователя и соответственно на КПП. При этом единый промежуточный блок шестеренок 38, 39 и 40 может находится в любом положении на шлицованной части промежуточного 33 вала. При помощи водила 41, в резьбовое отверстие которого входит винтовой 42 вал электродвигателя 43 управляющего механизма, единый промежуточный блок шестерен 38, 39, 40 может включить одну из нужных передач. Прямая передача вперед при движении транспортного средства по ровной дороге осуществляется зацеплением шестерни 39 блока шестерен с шестерней 44 вторичного вала 32. Для движения автомобиля вперед по серпантину или другому, с повышенной нагрузкой для автомобиля, пути включается прямая передача с редукцией. В этом случае шестерня 38 блока шестерен вводится в зацепление с шестерней 43. Для осуществления движения автомобиля назад шестерня 40 блока шестерен вводится в зацепление с сателлитной 46 шестерней, которая постоянно соединена с шестерней-4 015705 45. При этом соединении происходит движение автомобиля назад с редукцией передаваемого крутящего момента. Достигаемый технический результат, как показали данные экспериментов, может быть реализован только взаимосвязанной совокупностью всех существенных признаков заявленных объектов, отраженных в формуле изобретения. Указанные в ней отличия дают основание сделать вывод о новизне данного технического решения, а совокупность испрашиваемых притязаний в связи с их неочевидностью - о его изобретательском уровне, что доказывается также вышеприведенным детальным описанием заявленных объектов. Соответствие критерию промышленная применимость заявленных объектов доказывается как широким изготовлением и использованием различных механизмов подобного назначения, в частности,для преобразования крутящего момента в промышленных масштабах, так и отсутствием в заявленных притязаниях каких-либо практически трудно реализуемых признаков. Для иллюстрации достижения технического результата, который как уже отмечалось обеспечивается только совместным использованием заявленных взаимосвязанных объектов при всех значениях параметров в их указанных пределах, в дополнение к вышеизложенному и в качестве дополнительных сведений, подтверждающих возможность осуществления изобретения, целесообразно привести примеры практического выполнения заявленного способа в экспериментальных устройствах, при описании которых нецелесообразно многократно излагать информацию, общую для каждого из примеров и уже с разной степенью подробности отраженную в формуле и описании изобретения. Целесообразно привести только количественную информацию, отличающую один пример от другого, которая для удобства сведена в таблицу. При сопоставлении результатов проведенных экспериментов, отраженных в примерах, в отношении заявленного технического решения и ближайшего аналога оказалось целесообразным использовать в качестве параметра, характеризующего достигаемый технический результат, например параметр D, определяющий соотношение величин их КПД при адекватных условиях проведения экспериментов. Как следует из таблицы, в оптимальном варианте (пример 1 таблицы) достигалось наиболее высокое значение указанного выше результата: D=1,2. Нижние и верхние значения заявленных пределов были получены на основе статистической обработки результатов экспериментальных исследований, анализа и обобщения их и известных из опубликованных источников данных, исходя из условия приближения параметра D к 1. Примеры 2-6 таблицы отражают разнообразные варианты осуществления заявленных объектов при нахождении параметров, характеризующих их существенные признаки, внутри пределов, отраженных в формуле изобретения. Таблица Кроме того, при практической реализации ГИД и способа преобразования крутящего момента при помощи данного устройства повышается удобство эксплуатации, достигается также обеспечение возможности плавного и четкого включения ведомого узла преобразователя в широком диапазоне частот вращения ведущего узла и повышение их надежности и долговечности.-5 015705 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Гидравлико-инерционный преобразователь крутящего момента, содержащий ведущий и ведомый узлы с формированием ими внутренней полости, наполненной рабочей жидкостью, исполнительный,распределительный и управляющий механизмы, в котором ведущий узел выполнен в виде посаженного на шлицованный вал монолитного ротора, секционированного в его наружной части радиальными пазами и расположенными в них пластинами с возможностью поступательно-возвратного перемещения пластин в пазах при вращении ротора, при этом радиальные пазы в роторе ведущего узла преобразователя выполнены сквозными и направлены вдоль оси ротора, ведомый узел преобразователя выполнен в виде ограниченного снаружи цилиндрической поверхностью корпуса с передней и задней торцевыми крышками, в торцевую крышку корпуса ведомого узла, со стороны ведущего вала встроена без выхода наружу цилиндрическая часть зубчатого вала, а противоположная его концевая часть сквозь отверстие с уплотнительным элементом выведена наружу в торцевую крышку со стороны ведомого вала, в крышке со стороны ведущего вала расположено уплотнительное кольцо, а крышка со стороны ведомого вала выполнена заодно с ним, внутри корпуса ведомого узла по всей его длине установлено кольцо, с возможностью перемещения в эксцентричное относительно ротора и ведомого узла положение, на внешней боковой поверхности кольца установлены выступающие за его боковую поверхность и жстко скреплнные с ним цилиндрические оси, которые без выхода их наружу встроены в торцевые крышки, на внешней боковой поверхности кольца по всей его длине диаметрально противоположно цилиндрическим осям в теле кольца выполнены шестернчатые зубья, введенные в постоянное зацепление с зубчатым валом, управляющий механизм преобразователя расположен на внешней стороне торцевой крышки с ведомым валом и составлен из зубчатого флажка, жстко закреплнного на концевой части зубчатого вала, и гидроцилиндра с пружиной, на штоке которого выполнены зубья реечной передачи, введенные в постоянное зацепление с зубьями флажка, рабочая полость гидроцилиндра сообщена трубопроводом с полой частью ведомого вала, сквозные радиальные отверстия которого выполнены с прилеганием к распределительному механизму, снабжнному торцевыми уплотнительными элементами, при этом распределительный механизм гидравлически сообщн посредством трубопровода с главным цилиндром, а управляющий механизм преобразователя снабжн блоком выработки управляющего электрического сигнала в диапазоне дискретно заданных частот вращения ведущего узла преобразователя, который соединн с исполнительным механизмом включения ведомого узла преобразователя. 2. Преобразователь по п.1, внутренняя полость которого на 85-90% от е объма заполнена рабочей жидкостью. 3. Преобразователь по п.1, в котором наружная цилиндрическая поверхность ведомого узла снабжена продольными рбрами для охлаждения. 4. Способ преобразования крутящего момента при помощи устройства по пп.1-3, в котором на холостом ходу или при отсутствии необходимости в передаче крутящего момента с помощью исполнительного, распределительного и управляющего механизмов преобразователя устанавливают кольцо ведомого узла, в центральное, симметричное относительно внутренней поверхности ведомого узла, положение, приводят во вращение ведущий узел, которым посредством его ротора, с расположенными в пазах ротора пластинами, формируют одинаковые величины вращаемых объмов рабочей жидкости в динамически изменяемых полостях, ограниченных поверхностью ротора, его пластинами и внутренней поверхностью кольца ведомого узла, равномерно распределяют при этом нагрузку внутри кольца и сводят тем самым к нулевой величине передаваемый крутящий момент, при необходимости передачи от ведущего узла на ведомый узел крутящего момента поворачивают шестернчатые зубья кольца ведомого узла с помощью зубчатого штока и соединнного с ним зубчатого флажка с зубчатым валом и перемещают кольцо ведомого узла в эксцентричное относительно ротора и ведомого узла положение, обеспечивают тем самым возвратно-поступательное перемещение пластин в радиально-выполненных в роторе пазах и формируют при этом динамически изменяемые величины вращаемых объмов рабочей жидкости, создают тем самым преобразуемыми объмами рабочей жидкости гидравлико-инерционную составляющую передаваемого крутящего момента, суммируемую с механоинерционной его составляющей,формируемой при вращении возвратно-поступательно перемещаемыми пластинами в радиальных пазах ротора, регулируют суммарную величину преобразуемого крутящего момента до его максимального значения, передаваемого на вторичный вал коробки перемены передач, изменением смещения от центрального положения кольца ведомого узла и взаимосвязанным с ним изменением коэффициента редукции коробки перемены передач, при уменьшении нагрузки или сбрасывании числа оборотов ведущего узла преобразователя до значений холостого хода, с помощью пружины гидроцилиндра управляющего механизма отодвигают зубчатый шток и соединнный с ним зубчатый флажок с зубчатым валом в исходное положение, перемещают при этом шестернчатые зубья кольца ведомого узла и возвращают в итоге его в центральное, симметричное относительно ротора и ведомого узла положение. 5. Способ по п.4, в соответствии с которым формируют динамически перемещаемые объмы рабочей жидкости, полностью или частично заполняющие динамически изменяемые объмы полостей, число приведением во вращение ведущего вала и смещением колец-6 015705 изменяют величины объмов полостей в диапазоне от минимального до максимального их значения в пределах где V1 - минимальная величина объмов полостей,V2 - максимальная величина объмов полостей,при этом смещением колец создают дисбаланс центра масс пластин, перемещая центр от его совпадения с осью симметрии ротора на расстояние от оси, величину которого выбирают в пределах где L1 - максимальная величина смещения центра масс пластин,L2 - величина диаметра ротора,и тем самым на ведомом узле формируют суммарный ведомый крутящий момент P из его гидравлической Рг и инерционной Ри составляющих в виде где А - экспериментальный коэффициент пропорциональности между величиной Рг гидравлической составляющей крутящего момента и максимальной величиной (V2-V1) изменения объмов рабочей жидкости в каждой из полостей при их полном заполнении,1 - частота вращения ведущего вала,2 - частота вращения ведомого вала,В - экспериментальный коэффициент пропорциональности между величиной Ри и суммарным динамическим дисбалансом D масс перемещающихся пластин, определяемым суммарной массой пластин, а также величинами L2 и 1,в результате ведущий P1 крутящий момент преобразуют в ведомый Р 2 крутящий момент с учтом величины k редукции коробки перемены передач, величины которых выбирают из соотношений 6. Способ по п.5, по которому минимальную величину V3 суммы объмов рабочей жидкости по отношению к максимальной величине суммы V4 объмов полостей выбирают из соотношения корректируя V3 с помощью экспериментального коэффициента 1, выбираемого в зависимости от вида рабочей жидкости и максимального количества N1 полостей в пределах а максимальную величину гидравлической составляющей ведомого крутящего момента корректируют с помощью экспериментального коэффициента А, выбираемого в пределах и максимальную величину инерционной составляющей ведомого крутящего момента корректируют с помощью экспериментального коэффициента В, выбираемого в пределах
МПК / Метки
МПК: F16H 47/00, F16H 43/00, F16H 3/22
Метки: способ, момента, помощи, гидравлико-инерционный, преобразования, крутящего, преобразователь, устройства, данного
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/10-15705-gidravliko-inercionnyjj-preobrazovatel-krutyashhego-momenta-i-sposob-preobrazovaniya-krutyashhego-momenta-pri-pomoshhi-dannogo-ustrojjstva.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Гидравлико-инерционный преобразователь крутящего момента и способ преобразования крутящего момента при помощи данного устройства</a>
Предыдущий патент: Осветительная установка
Случайный патент: Тепловые двигатели и способы получения механической энергии и их использование на транспортных средствах