Изобретение относится к области транспортного машиностроения и касается конструкции элементов бесступенчатой коробки передач, используемой в автоматических трансмиссиях транспортных средств.

Известны автоматические и гидромеханические коробки передач, в которых переключение передач осуществляется посредством шестерен (RU 2341384, RU 2585093, RU 2659163, RU 2 481511). Недостатками известных коробок передач являются: их большая масса и габариты, сложность конструкции, содержащей большое количество шестерен и переключающих механизмов, сложность в обслуживании и ремонте. Кроме того, включение в конструкцию гидротрансформатора в известных автоматических коробках передач приводит к дополнительному увеличению массогабаритных характеристик трансмиссии транспортного средства.

Известна также Гидродинамическая автоматическая коробка передач, наиболее близкая к предлагаемой (RU 2700106), содержащая, по меньшей мере, два насосных колеса, представляющих из себя круглые плоские диски, на фронтальной периферийной части которых прочно установлены радиально направленные лопасти, причем первое колесо жёстко связано с входным валом, второе и последующие насосные колеса, диаметр каждого из которых больше диаметра предыдущего, установлены своими ступицами на ступицах предыдущих насосных колёс с возможностью свободного вращения на них, но без возможности аксиального взаимного перемещения так, что на тыльной стороне каждого насосного колеса установлено устройство для блокирования его со следующим насосным колесом, а последнего насосного колеса - с турбинным колесом, на фронтальной части второго и последующих насосных колёс и на турбинном колесе установлены цилиндрические кольца с внутренними зубьями для сцепления с блокирующим устройством, лопасти турбинного колеса со стороны , обращенной к лопастям насосных колес закрыты конусообразным кольцевым диском, больший диаметр которого равен диаметру диска последнего насосного колеса, а меньший диаметр равен меньшему диаметру лопастей первого насосного колеса, причем турбинное колесо установлено на входном валу и в картере приводного устройства на подшипниках и соединено механизмом реверса, устройством изменения режимов и ходовой частью транспортного средства. Недостатками упомянутой коробки являются: наличие нескольких насосных колёс, что усложняет конструкцию коробки, необходимость переключения передач, сложность настройки механизма автоматического переключения передач.

Задачей предлагаемого изобретения и достигаемым техническим результатом являются: упрощение конструкции автоматической коробки передач и улучшение массогабаритных характеристик транспортного средства за счет уменьшения количества насосных колёс и сложных механизмов их блокировки; улучшение характеристики коробки и комфортности езды за счёт придания плавности перехода от низких скоростей к высоким и обратно.

Для получения данного технического результата предлагается Бесступенчатая гидродинамическая автоматическая коробка передач (БГДАКП), состоящая из входного вала, на котором жёстко закреплён центральный диск определённого диаметра с радиально направленными пазами, расположенными по концентрическим окружностям, отдалённым от центра на определённые расстояния; двух зеркально одинаковых насосных колес, размещённых на входном валу по обе стороны от центрального диска с возможностью ограниченного вращения на нём, но без возможности аксиального перемещения, имеющих форму сковородок с установленными в их центрах ступицами, с обращёнными к центральному диску плоскими доньями. Диаметры насосных колёс больше диаметра центрального диска и они жёстко закреплены между собой через пространство за центральным диском в сторону периферии осями, на которых установлены Г-образные управляющие грузики определённой массы, массивные части которых направлены против часовой стрелки, если смотреть со стороны входного вала и имеют возможность, ограниченно вращаясь на них, перемещаться от центрального диска до корпуса коробки. На сторонах управляющих грузиков, обращённых к корпусу коробки, установлены фрикционные накладки, а вторые части, направленные от осей вращения к центральному диску, своими концами входят во внешние пазы на центральном диске. Установленная между центральным диском и насосными колёсами возвратная пружина в свободном состоянии удерживает центральный диск в крайнем, повёрнутом против часовой стрелки положении относительно насосных колёс в пределах его ограничения. На вогнутых периферийных частях и на частях насосных колёс, прилегающих к их ступицам, жёстко закреплены радиально направленные лопасти. В пространствах между прилегающими к ступицам и периферийными лопастями каждого насосного колеса по концентрическим окружностям, находящимся на определённом расстоянии от центра насосного колеса, расположены отверстия, в которые вставлены оси подвижных, изогнутых по определённой дуге лопастей, с возможностью вращения в них. Концы осей лопастей, выступают на тыльной стороне насосных колёс и имеют шлицы, на которых перпендикулярно осям лопастей жёстко закреплены ножки лопастей, вторые концы ножек на определённом расстоянии от первых концов имеют выступы, параллельные осям лопастей, вставленные в соответствующие пазы на центральном диске. С двух сторон насосных колёс размещены два турбинных колеса с жёстко закреплёнными на них радиально направленными лопастями, обращёнными к лопастям насосных колёс, являющиеся одновременно двумя половинками разборного корпуса коробки. Со сторон, обращённых к насосным колёсам, лопасти турбинного колеса закрыты кольцевыми тороидальными дисками, меньший диаметр которых равен диаметру окружности, проходящей по отдалённым от центра концам жёстко закреплённых у ступиц насосных колёс, лопастей, а больший диаметр на определённую величину меньше диаметра окружности, проходящей по отдалённым от центра концам жёстко закреплённых периферийных лопастей. Корпус коробки установлен на подшипниках на приводном валу и в картере маховика приводного устройства и заполнен рабочей жидкостью (маслом) и соединён с механизмом реверса и ходовой частью транспортного средства.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами:

Фиг.1 - Общий вид Бесступенчатой гидродинамической автоматической коробки передач, где:

1. Корпус

2. Насосные колёса

3. Центральный диск

4. Входной вал

5. Периферийные лопасти насосных колёс

6. Подвижные лопасти насосных колёс

7. Лопасти насосного колеса, прилегающие к ступице

8. Лопасти турбинного колеса

9. Ножки подвижных лопастей

10. Пазы на центральном диске

11. Подшипники

12. Оси подвижных лопастей

13. Т ороидальные кольцевые диски

14. Сальники

15. Выступы ножек лопастей

16. Выходной вал

17. Управляющие грузики

18. Оси управляющих грузиков

19. Г- образный выступ грузика

20. Внешние пазы центрального диска

21. Пружина сервомеханизма

22. Фрикционная пластина

Фиг. 2 . Управляющие грузики Фиг. 3. Сечение по ВВ.

Фиг .4. сечение по СС

Бесступенчатая гидродинамическая автоматическая коробка передач работает следующим образом: В начальный момент, при отсутствии крутящего момента на входном валу 16, под действием возвратной пружины (не показана) центральный диск 3 находится в крайнем положении против часовой стрелки (левом), относительно насосных колёс 2, если смотреть со стороны входного вала. При таком положении центрального диска относительно насосных колёс, ножки 9 подвижных лопастей 6, выступы 15 которых находятся в пазах 10 центрального диска 3, переводят подвижные лопасти 6 в радиально направленное состояние, как показано на Фиг. 1 основными линиями. Управляющие грузики при этом будут находиться в крайнем верхнем (около корпуса коробки) положении. При начале вращения входного вала 4 появится усилие между жёстко связанным с ним центральным диском 3 и насосными колёсами 2 из-за сопротивления рабочей жидкости вращению насосных колес и из-за их инертности. Центральный диск, преодолевая сопротивление возвратной пружины, перейдёт в крайнее (правое) положение по часовой стрелке, относительно насосных колёс. Соответственно, выступы ножек подвижных лопастей 15, находящиеся в пазах центрального диска 3 и Г- образные выступы 19 управляющих грузиков 17 займут крайнее правое положение, что переведёт лопасти и управляющие грузики в лежачее положение, как показано на Фиг. 1 пунктирными линиями. При таком положении подвижных лопастей в процессе перекачивания рабочей жидкости из центральной части к периферии и дальше к турбинному колесу участвуют лишь лопасти, жёстко закреплённые около ступиц и на периферии насосных колёс, и создаваемый ими поток жидкости будет небольшим.

При увеличении числа оборотов входного вала 4, с жёстко закреплённым на нём центральным диском 3 и ограниченно вращающимися на нём насосными колёсами 2, управляющие грузики 17, под действием центробежных сил, преодолевая усилие со стороны входного вала, передаваемое к ним через внешние пазы 20 на центральном диске, начнут перемещаться к периферии, а их Г- образные выступы 19, находящиеся во внешних пазах центрального диска 20, начнут возвращать центральный диск к исходному положению, относительно насосных колёс 2. В свою очередь, центральный диск 3, в пазах 10 которого находятся выступы ножек подвижных лопастей 15, начнёт вращать ножки 9 против часовой стрелки на своих осях, что вызовет подъём подвижных лопастей из лежачего положения. Поднявшиеся подвижные лопасти (изменившийся угол атаки), увеличат поток перекачиваемой жидкости, что увеличит усилие, передаваемое на турбинное колесо, то есть на выходной вал, но при этом будет расти и обратное усилие на подвижные лопасти со стороны перекачиваемой жидкости, стремящееся уложить их.

Увеличение нагрузки со стороны трансмиссии при неизменной величине крутящего момента на входном валу приведёт к увеличению сопротивления вращению насосных колёс, сила давления со стороны центрального диска на выступы ножек подвижных лопастей в направлении часовой стрелки увеличится, что приведёт к определённой укладке лопастей и уменьшению нагрузки на входной вал, что в свою очередь, позволяет сохранить числа оборотов входного вала и насосных колёс близкими к первоначальным.

При снятии усилия со стороны входного вала, при продолжающемся движении транспортного средства, возвратная пружина и центробежная сила вращающихся управляющих грузиков и лопастей переведёт центральный диск в исходное (повёрнутое против часовой стрелки) положение относительно насосных колёс, лопасти займут крайнее, радиально направленное положение, управляющие грузики заблокируют насосные и турбинные колёса и начнёт происходить торможение транспортного средства приводным устройством, аналогично торможению двигателем при использовании механической коробки передач.

Таким образом, всё время противодействуют две силы: первая - суммарная сила со стороны входного вала и сила давления жидкости, стремящиеся уложить подвижные лопасти и управляющие грузики, и вторая - центробежная сила, действующая на управляющие грузики и лопасти, равная произведению их суммарных масс, радиусов их центров масс и квадрата угловой скорости вращения насосных колёс (F= тгсо ^Л 2), стремящаяся поднять подвижные лопасти.

При этом будет автоматически регулироваться и сохраняться баланс между прилагаемым усилием со стороны приводного вала, углом поворота подвижных лопастей, скоростью вращения насосных колёс, и, следовательно, соответствующей этим параметрам, скоростью вращения выходного вала.

Для блокирования насосных колёс с турбинным колесом, при достижении заданных чисел оборотов, применяются сервомеханизмы, состоящие из пружин, одни концы которых шарнирно закреплены на насосных колёсах, а другие концы шарнирно закреплены на специальных выступах Г-образных грузиков, как показано на Фиг. 2. Массы, размеры и количество управляющих грузиков, жёсткость пружин сервомеханизмов подбираются исходя из размеров и класса транспортного средства, типа применяемого двигателя. Например, для бензиновых двигателей выбираются так, чтобы при достижении 2200-2400 оборотов в минуту, покрытая фрикционным материалом поверхность управляющих грузиков достигала до внутренней поверхности кольца, установленного на одной из половинок корпуса, а сервомеханизм, дополнительным усилием к центробежным силам, растущим пропорционально увеличению радиуса центров масс управляющих грузиков и пропорционально квадрату их угловой скорости, блокировал насосные колёса с корпусом коробки передач, причём на управляющих грузиках можно применить синхронизатор и зубчатое блокирующее устройство для исключения возможного скольжения. После блокировки насосных колёс с корпусом коробки, вся коробка передач вращается в подшипниках, как цельное твёрдое тело, исключается скольжение между насосными и турбинными колёсами, прекращается движение рабочей жидкости внутри коробки.

Для увеличения передаваемой мощности от приводного устройства к трансмиссии, учитывая небольшие размеры в аксиальном направлении, не