Регулируемая гидропередача

Принцип работы и конструкции

Устройство гидропередачи также сконструировано на базе роторно-поршневого механизма (РПМ) от двигателя Ванкеля. Но для выполнения функции трансформации оборотов рабочие поверхности основных звеньев РПМ (поршней и камер) преобразованы также, как в насосе (см. п. Ⅰ.1).
Принцип работы передачи основан на перекачке (выдавливании) рабочей жидкости ведущим поршнем в камеру ведомого поршня приводя его и ведомый вал во вращение. Другими словами, РПМ в камере ведущего вала работает в режиме насоса, а РПМ в камере ведомого вала – в режиме гидромотора. Изменяя соотношение объемов полостей над поршнями (перемещением двухкамерной гильзы), меняем скорость вращения ведомого вала, т.е. передаточного отношения, пропорционально соотношению этих объемов. Скорость ведомого вала можно менять от max до ≈ 0 (когда объем «ведущей» полости станет ≈ 0) и обратно плавно и бесступенчато.

Область применения гидропередачи и преимущества

Новая гидропередача предназначена для использования в автоматической трансмиссии в средствах передвижения вместо распространенного аналога – гидропередачи с гидротрансформатором.
Преимущества новой гидропередачи:
̶ габариты и масса в 3-4 раза меньше (при одинаковой с аналогом мощности);
̶ КПД≈98% (у аналога ̶ 90%);
̶ для обслуживания новой гидропередачи требуется 1 простая электронно-гидравлическая система контроля и управления трансмиссией (у аналога – 6 подсистем).

Краткое описание конструкции основных звеньев

На рис.5 гидропередача представлена в сборе, а на рис.6 – в разобранном состоянии.
Основными звеньями гидропередачи являются: вал ведущий 1, вал ведомый 2, два поршня 3, корпус 4, сердцевина 5, рычаг управления 6, гильза 7, две крышки 8, два упорных компенсатора 9. Валы 1, 2 одинаковы по конструкции, но для понижающей передачи часть вала под поршнем, как и сам ведущий поршень, может быть короче, чем у ведомого вала. Эта часть вала выполнена в виде цилиндрического кулачка с эксцентриситетом е к оси остальной части вала. От величины е зависят параметры рабочих поверхностей поршней и гильзы. На кулачок устанавливается поршень с возможностью свободного вращения.
Поршни3 также одинаковы по конструкции, но могут отличаться по длине, как указано выше. Вращаясь, ведущий вал через поршень под давлением вытесняет рабочую жидкость по каналу в сердцевине в «ведомую» полость. Ведомый поршень под воздействием этого давления вращает ведомый вал. Как и в насосе рабочая поверхность поршней обработана по специальной гипотрохоиде, диаметр описанной окружности которой d₃=12_е.
Корпус 4 представляет собой устройство, в котором размещен механизм преобразования оборотов. В средней части корпуса имеется продольное окно для выхода рычага 6 управления гильзой. Внутренняя цилиндрическая поверхность является направляющей для свободного продольного перемещения гильзы. Сердцевина 5 разделяет внутреннюю полость гильзы на две камеры. Центральное отверстие сердцевины предназначено для опор валов, которые определяют толщину детали. Плоские торцы сердцевины в контакте с валами и поршнями ограничивают продольное смещение детали. Наружная фигурная поверхность детали обработана с возможностью скольжения по ней гильзы без нарушения герметичности. В гильзе проделаны 4 продольных канала для сообщения между «ведущей» и «ведомой» камерами гильзы. Рычаг управления 6 неподвижно соединен с гильзой и служит для продольного перемещения гильзы, этим пропорционально изменяя обороты ведомого вала. Гильза 7 служит для изменения соотношения объемов камер по обе стороны от сердцевины при регулировке передаточного отношения скоростей вращения валов. Это достигается продольным смещением гильзы. Наружная цилиндрическая поверхность гильзы обработана с возможностью продольного смещения вдоль внутренней направляющей поверхности корпуса. На наружной поверхности может быть несколько продольных каналов для лучшей связи полостей вне гильзы друг с другом при перемещении Внутренняя поверхность гильзы должна быть обработана по специальной фигурной поверхности, по которой точно скользят и перекатываются поршни. Рассчитаны и выведены математические формулы этой поверхности.
Крышки 8 служат для опоры валов и ограничения продольного смещения поршней и эксцентриков с валами, которые во время функционирования насоса свободно скользят своими плоскими торцам по внутреннему плоскому торцу каждой крышки.
Упорный компенсатор 9 должен быть установлен на каждом торце гильзы. Компенсатор представляет собой сборочный узел из нескольких кольцевых деталей и набора роликов. Компенсатор служит для выполнения двух функций:
̶ компенсации смещения эксцентрика вала с поршнем на е относительно оси вала без нарушения герметичности;
̶ для восприятия аксиального усилия от внутреннего давления рабочей жидкости на подвижную приторцевую стенку и торцевую часть гильзы без возникновения торможения между ними.
Примечание. На рисунках не показаны вспомогательные детали такие, как уплотнения, подшипники, опорные стойки, крепеж и т.д.

Общее описание функционирования гидропередачи

На основе подетально описанной выше конструкции устройства ниже разобрана последовательность функционирования гидропередачи. На следующих рисунках показано:
— на рис.7a ̶ общий вид передачи в продольном разрезе;
— на рис.7b – схематичный упрощенный набросок для восприятия принципа функционирования передачи;
— на рис.8a – вид полости ведущего вала в поперечном разрезе;
— на рис.8b – вид полости ведомого вала в поперечном разрезе. Для простейшего освещения принципа функционирования гидропередачи примем следующие условности и исходные положения:
– используем вал 1 как ведущий, а 2 – как ведомый;
̶ текущее промежуточное положение поршней и валов показано основными линиями, а начальное положение – тонкими, при котором одна из вершин каждого поршня находится на вертикали, но на ведущем поршне в верхнем положении (рис.9а), а на ведомом – в нижнем (рис.9b).
– сначала рассмотрим установившийся режим, когда передаточное отношение u не изменяется и положение рычага управления 6 соответствует равному объему полостей, т.е. h₁ = h₂ (рис.8), а следовательно, равны и обороты валов n₁ = n₂.
Итак, исходное положение РПМ показано фрагментом 3₀ с вершиной С₀ ведущего поршня в самом верхнем положении (рис.9a) и фрагментом 3₀” с вершиной C_o” ведомого поршня в нижнем положении (рис.9b).
В этот и в любой другой момент времени в поперечном сечении устройства профиль поршня имеет не менее 4 точек контакта с гильзой, которые делят пространство между поршнем и гильзой на переменные по объему части. При повороте вала 1 с кулачком на угол &alpha  против часовой стрелки поршень занял положение 3_&alpha, жидкость вытесняется из полостей M, m через каналы ①, ② в сердцевине (рис.9a) и поступает в полости M₂ и m (рис.9b), вращая вал 2 с кулачком в обратном направлении на угол &beta . Одновременно ведомый поршень занял положение 3_&beta, жидкость вытесняется из полостей N₂, n₂ и по каналам ③, ④ поступает в расширяемые полости N, n (рис.9а). Такие процессы циркуляции жидкости происходят постоянно, воздействуя давлением последовательно на каждый участок поршня и этим вращая непрерывно ведомый вал.
При вращении вала 1 в обратном направлении — по часовой стрелке все вышеприведенные потоки жидкости меняют направление течения и воздействия на поршни, этим изменяя вращение ведомого вала на противоположное.
Скорости вращения валов разнонаправлены, но из-за изначального равенства объемов жидкости вокруг них скорости равны по абсолютной величине.
При изменении положения рычага управления 6 так, чтобы h₁ ≠ h₂ (рис.8) , объемы жидкости внутри гильзы справа и слева от сердцевины 5 также будут неравные, приведя к неравенству скоростей n₁ и n₂ вращения валов 1 и 2. Передаточное отношение равно u = n₂/n₁ = h₁/h₂. Это отношение можно изменять от ≈ 0 до max.