Мощность гидравлического или электрического устройства ограничивается главным образом нагревом в работе. Если для данного максимума нагрузки и данных размеров устройства нагрузка будет колебаться между 5 и 100% со средним значением, более близким к первой величине, то возрастание температуры, естественно, будет намного меньше, чем в том случае, когда она все время составляет 100%; так как максимальная допустимая температура будет одинакова для обоих случаев, то электрическое или гидравлическое устройство дифференциальной передачи может быть сделано меньшего веса. Это не только уменьшает общий вес автомобиля по сравнению с весом автомобиля с обычной электрической или гидравлической передачей, но также уменьшает и стоимость передачи.

Механическая дифференциальная передача. Можно осуществить также передачу, в которой мощность будет делиться и передаваться по обоим путям в виде механической энергии; однако в этом случае, чтобы иметь возможность непрерывно изменять передаточное отношение, необходимо прибегнуть к применению какого-нибудь фрикционного механизма в одном из потоков. Устройство такого рода изображено на рис. 1, и хотя оно не может иметь практического применения на автомобиле, его можно использовать в качестве примера для пояснения принципов применяемых в двухпоточной передаче.

Механизм состоит из дифференциала с коническими шестернями и цилиндрической коронной шестерней, которая зацепляется с Другой шестерней, установленной на промежуточном валу, параллельном оси дифференциала.

В данном частном случае обе цилиндрические шестерни имеют одинаковое число зубьев, но это не является обязательным. К валу левой конической шестерни дифференциала подводится крутящий момент. Вал правой конической шестерни является ведомым. На промежуточном и ведомом валах установлены конические шкивы, соединенные ремнем.

Отношения моментов и скоростей вращения для такой передачи определяются очень просто. Предположим, что ремень снят и коронная шестерня удерживается от вращения; тогда ведущий вал должен делать один оборот вправо для получения одного левого оборота ведомого вала. Если же будет удерживаться от вращения ведомый вал, то ведущий вал должен делать два правых оборота для получения одного правого оборота коронной шестерни. При соотношении скоростей вращения ведомого и промежуточного валов, определяемом наличием ремня, коронная шестерня будет вращаться в противоположном ведомому валу направлении и количество оборотов ведущего вала, требующееся для одного оборота ведомого вала, будет равно сумме оборотов, необходимых чтобы, во-первых, сообщить один оборот ведомому валу при неподвижной коронной шестерне и, во-вторых, сообщить коронной шестерне при непод-вижном ведомом вале такое количество оборотов, которое с учетом передаточного отношения параллельного потока соответствовало бы одному обороту ведомого вала. Предположим, что ремень помещен в таком сечении шкивов, где их диаметры равны, так что ременная передача будет иметь передаточное отношение 1. Тогда на каждый левый оборот ведомого вала промежуточный вал будет делать один левый, а коронная шестерня — один правый оборот. При неподвижной коронной шестерне ведущий вал должен делать один правый оборот, чтобы сообщить один левый оборот ведомому валу, а при неподвижном ведомом вале ведущий вал должен делать два правых оборота, чтобы сообщить один правый оборот коронной шестерне. Поскольку вращение ведомого вала и коронной шестерни происходит одновременно, ведущий вал должен делать три оборота на один оборот ведомого вала и передаточное отношение по скоростям вращения будет равно 3. Так как конические шестерни дифференциала находятся в равновесии, то момент, передаваемый на ведомый вал через конические шестерни, равен моменту на ведущем валу, а поскольку момент на ведомом валу в 3 раза больше момента на ведущем, то момент, передаваемый на ведомый вал ремнем, должен быть в 2 раза больше момента, передаваемого конической шестеренчатой передачей. Это положение сохраняется для любого нредаточного отношения. Иначе, говоря, если передаточное отношение по моментам равно 2, то момент, передаваемый на ведомый вал через параллельный поток, будет равен г—1 момента на ведущем валу. Если обозначить отношение скорости вращения промежуточного вала к скорости вращения ведомого вала (равное обратному отношению диаметров шкивов) через а и отношение свдрости вращения коронной шестерни к скорости вращения промежуточного вала (равное отношению числа зубьев шестерни промежуточного вала к числу зубьев коренной шестерни)—через в, то отношение скорости вращения ведущего вала к скорости вращения ведомого вала будет равно 2ab + 1.

Рис. 1. Схема механической дифференциальной передачи:
1 — ведущий вал; 2— коронная шестерня; 3 — ведомый вал; 4 — промежуточный вал

Нужно отметить, что в передаче, изображенной на рис. 235, ведомый вал всегда вращается в направлении, противоположном направлению вращения ведущего вала.

В дифференциальной передаче с механическим дифференциалом, в которой мощность в параллельном потоке передается электрическим путем, пара цилиндрических шестерен заменяется электрическим генератором, а ременная передача — электродвигателем. Подобным образом в дифференциальной передаче с использованием энергии, жидкости в параллельном потоке пара цилиндрических шестерен заменяется насосом, а ременная передача — гидравлическим двигателем.

Электрический разделитель мощности. Электрический разделитель мощности имеет форму генератора, статор которого может использоваться в качестве маховика двигателя, а якорь соединен с ведомым или карданным валом. Якорь тоже может использоваться в качестве маховика двигателя; в этом случае статор должен быть соединен с карданным валом. Однако такое устройство обычно влечет за собой большие конструктивные затруднения. Щетки на коллекторе якоря генератора электрически связаны со щетками электродвигателя. Статор электродвигателя неподвижен, а якорь соединен с карданным валом. Схема электрического разделителя мощности, в которой статор генератора используется в качестве маховика двигателя, показана на рис. 2.

Когда двигатель пущен и статор генератора начинает вращаться, в обмотках якоря возникает ток, и статор, взаимодействуя с якорем, приводит последний во вращение. В результате этого взаимодействия некоторая часть мощности двигателя передается непосредственно на ведомый вал. Остальная часть превращается в электрическую энергию и передается по проводам к электродвигателю, где, превращаясь в механическую энергию, передается к ведомому валу. Когда момент сил сопротивления на ведомом валу значительно превышает момент Двигателя, например при разгоне автомобиля, скольжение между якорем и статором генератора велико и в обмотках якоря возбуждается большая электродвижущая сила, в результате чего от генератора к электродвигателю течет ток большой силы. Таким образом, большая часть мощности двигателя передается с превращением в электрическую энергию. Наоборот, когда момент сил сопротивления не превышает момента двигателя при среднем открытии дроссельной заслонки, скольжение будет относительно незначительное и почти вся мощность передается непосредственно через взаимодействие статора и якоря. Часть мощности двигателя всегда будет превращаться в электрическую энергию, потому что при отсутствии тока в обмотке якоря не будет магнитного взаимодействия и, следовательно, не будет непосредственной передачи момента от статора к якорю.

Рис. 2. Схема электрического разделителя мощности:
1 — картер двигателя; 2 — генератор; 3 — контактные кольца; 4 — электродвигатель; 5 — ведомый вал.

Гидравлический разделитель мощности. Преобразователь крутящего момента, в котором часть мощности передается непосредственно механически, а остальная часть, превращаясь в энергию жидкости, известный под названием гидравлической передачи Хэлла, изображен в разрезе на рис. 3 .Чертеж схематичен и не представляет действительной конструкции. Момент от двигателя подводится к валу. С помощью эксцентрика, установленного на этом валу, и шатуна поршень перемещается в цилиндре насоса. Насос имеет три радиальных цилиндра, равнорасположенных по окружности. Через клапаны, не показанные на схеме, жидкость, вытесняемая поршнями насоса, поступает в цилиндры гидравлического двигателя. Поршень двигателя соединяется шатуном с эксцентриком, установленным на неподвижном валу. Агрегат, состоящий из трехцилиндрового насоса и трехцилиндрового гидравлического двигателя, объединенных в общем блоке цилиндров установлен на подшипниках в картере и может вращаться вокруг оси вала. Под действием насоса блок цилиндров стремится вращаться в том же самом направлении, что и ведущий вал.

Вал установлен в эксцентричной втулке в правой бобышке картера. Эксцентрицитеты втулки и эксцентрика 12 равны. Посредством червячного механизма эксцентрик может поворачиваться вокруг оси вала, и его эксцентрицитет по отношению к оси вращения блока цилиндров изменяется при этом от нуля до максимума. На схеме эксцентрик изображен в положении наибольшего смещения, которое равно эксцентрицитету эксцентрика. При этом положении эксцентрика величины ходов поршней насоса и двигателя равны, а так как поршень имеет рабочую площадь в 4 раза большую, чем поршень, то перемещение первого в своем цилиндре должно быть равно только одной четверти перемещения последнего. Перемещение поршня в его цилиндре осуществляется благодаря вращению блока цилиндров, а перемещение поршня в его цилиндре зависит от вращения как эксцентрика, так и блока цилиндров. Один ход поршня и один оборот блока цилиндров тогда соответствует пяти оборотам эксцентрика, потому что один оборот последнего затрачивается на вращение блока цилиндров в том же направлении.

Рис. 3. Схема гидравлической дифференциальной передачи Хэлла:
1 — ведущий вал; 2 — эксцентрик ведущего вала; 3 — поршень насоса; 4 — цилиндр насоса; 5 — цилиндр гидравлического двигателя, 6 — поршень гидравлического двигателя; 7 —шатун гидравлического двигателя; 8 — звездочка; 9 — эксцентрическая втулка; 10 — червячный механизм; 11 — неподвижный вал; 12 — эксцентрик неподвижного вала.

Если эксцентрик будет переставлен в положение, в котором он концентричен оси вращения блока цилиндров, поршень не сможет перемещаться в цилиндре и, следовательно, жидкость не Судет выходить из цилиндра, агрегат будет сблокирован, и крутящий момент будет передаваться напрямую. При установке эксцентрика в любое другое положение часть мощности, очевидно, будет передаваться через жидкость при перемещении поршней, а остальная часть—непосредственно механическим путем. Если эксцентрик установлен так, что его эксцентрицитет по отношению к оси вращения блока цилиндров невелик, то объем, описанный поршнем за один оборот блока цилиндров, будет во много раз меньше, чем объем, описываемый поршнем в его цилиндре за один ход, потому что последний всегда совершает ход на полную величину. Следовательно, число ходов поршня должно быть небольшим по сравнению с числом ходов поршня. Отсюда следует, что блок цилиндров будет вращаться почти с такой же скоростью, как и вал. Большая часть мощности тогда передается непосредственно через боковое давление, оказываемое поршнем на стенки цилиндра. Остальная часть мощности передается через жидкость, вытесняемую под давлением из цилиндра и поступающую в цилиндр, где она действует на поршень, который оказывает боковое давление на стенки цилиндра и таким образом передает момент. Дальнейшая передача момента от вращающегося блока цилиндров осуществляется посредством звездочки и цепи.

Привод клапанов насоса и двигателя этой передачи, очевидно, представлял серьезную проблему, так как, несмотря на то, что цилиндры вращаются совместно, фазы движения поршней различны по частоте. Кроме того, поскольку мгновенные скорости изменения объема в цилиндрах насоса и двигателя не одинаковы, вероятно, было необходимо иметь воздушный клапан, гасящий колебания скорости.

Передача Хэлла появилась в Англии в последнем десятилетии XIX века. Она была описана в технических и специальных автомобильных журналах того времени. Однако в дальнейшем о ней ничего не было слышно, что подтверждает предположение о том, что возникшие технические проблемы оказались практически неразрешимыми.

Электрическая передача системы Энтца. Единственная дифференциальная передача, которая, насколько известно автору, практически применялась, была передача, разработанная Юстусом Энтцем в начале текущего столетия и являвшаяся в течение нескольких лет стандартным оборудованием легковых автомобилей Оуэн Магнетик. В этой передаче функции дифференциала осуществляются генератором, который может работать в качестве электрического сцепления.

Разрез передачи Энтца приведен на рис. 4. Она состоит из двух электрических машин, установленных на одной общей оси, причем машина, ближайшая к двигателю, работает как генератор и электрическое сцепление, а другая — как электродвигатель. Статор генератора присоединен к фланцу коленчатого вала двигателя и служит маховиком. Якори обеих машин укреплены на трубчатом валу большого диаметра, который установлен на шариковых опорах. Фактически этот вал является ведомым валом передачи, хотя между ним и карданным валом установлена планетарная передача заднего хода.

Когда двигатель работает вхолостую, статор вращается вместе с коленчатым валом, но так как цепь генератора разомкнута, взаи модействия между статором и якорем нет, а следовательно, нет и крутящего момента на ведомом валу. При трогании с места контроллер переставляется в положение, при котором электродвигатель соединяется с генератором. Вследствие относительного перемещения между статором и якорем в обмотках якоря генератора возбуждается электродвижущая сила и ток поступает в электродвигатель, при этом момент прикладывается к валу и в генераторе, и в электродвигателе. Сила взаимодействия между статором и якорем равна моменту двигателя, и этот момент прикладывается к ведомому валу. Электродвигатель также создает собственный крутящий момент, передаваемый на ведомый вал. Пока скорость автомобиля низка, между статором и якорем будет большое скольжение, в результате чего возбуждается большая электродвижущая сила, через электродвигатель проходит сильный ток и создает большой момент, необходимый для разгона. По мере возрастания скорости автомобиля скольжение якоря генератора уменьшается, следовательно, будет уменьшаться и возбуждаемая электродвижущая сила и момент, создаваемый электродвигателем.

Рис. 4. Электрическая передача системы Энтда:
1 — коленчатый вал двигателя; 2 — коллекторные кольца

Контроллер управления имеет много позиций, и на последней, т. е. в положении высшей скорости, электрическая связь между генератором и электродвигателем разрывается и генератор замыкается на себя. Тогда он работает как электрическое сцепление, передавая момент двигателя непосредственно на ведомый вал со скольжением равным только нескольким процентам в зависимости от нагрузки.

Вследствие того что статор вращается, должны вращаться также и щеткодержатели, поэтому снимать с них ток необходимо посредством контактных колец и щеток. Слабым местом первой модели автомобиля Оуэн Магнетик было недостаточное для некоторых условий увеличение момента, несколько превышающее. В дальнейшем это было исправлено добавлением замедляющей передачи со скользящими шестернями.

Электрическая передача системы Сузеник. Передача, подобная передаче Энтца, но с добавлением электромагнитного фрикционного сцепления, блокирующего на высоких скоростях якорь и статор генератора для получения прямой передачи, применялась на автомотрисах чехословацких железных дороп. При разгоне автомотрисы передача момента к карданному валу осуществляется как путем взаимодействия между статором и якорем генератора, так и посредством электродвигателя, действующего через муфту свободного хода. С увеличением скорости автомотрисы скольжение якоря генератора относительно статора уменьшается, и, когда оно падает до 15%, т. е. когда 85% мощности двигателя передается непосредственно, включается электромагнитное фрикционное сцепление. При этом вначале происходит некоторое скольжение, но скорости якоря и статора быстро уравниваются, и они начинают вращаться вместе, что соответствует включению прямой передачи. Ток не возбуждается и якорь электродбигателя останавливается вследствие наличия в его соединении с карданным валом муфты свободного хода. Очевидно, в этой передаче достигается некоторая экономия, так как электромагнитное фрикционное сцепление потребляет меньший ток, чем возбуждение генератора, когда он используется в качестве электрического сцепления.

Электрическая передача Электрогир. Электрическая дифференциальная передача с механическим дифференциалом была разработана фирмой Пауэр Трансмишн Компани и установлена на легковом автомобиле, автобусе и гусеничном тракторе. В этой передаче при трогании с места, когда дроссельная заслонка карбюратора была полностью открыта для быстрого разгона, почти вся развиваемая двигателем мощность, превращалась в электрическую энергию, в то время как при нормальных условиях движения преобразуемая часть мощности колебалась от 5 до 30%.

Продольный разрез передачи, предназначенной для установки на легковых автомобилях, приведен на рис. 5. Агрегат крепится фланцем к картеру двигателя, а ведомый вал соединен с карданным валом. Агрегат состоит из двух электрических машин: так называемого бустера, непосредственно соединенного с коленчатым валом двигателя, и так называемого редуктора, якорь которого через дифференциал — планетарную передачу соединен и с коленчатым валом двигателя и с ведомым валом. Электрическая часть передачи, помимо вышеупомянутых электрических машин, включает в себя переключатель управления и генератор-регулятор, ток которого используется для изменения возбуждения бустера.

Якорь бустера установлен на барабане, внутри которого помещена планетарная передача, состоящая из солнечной шестерни, трех сателлитов и коронной шестерни, причем шестерни имеют косые зубья. Коронная шестерня и якорь бустера соединены с коленчатым валом двигателя и служат в качестве маховика. Задний конец якоря бустера установлен на шариковом подшипнике, смонтированном в задней крышке бустера. Водило посажено на передний конец ведомого вала, а солнечная шестерня — на шлицы трубчатого вала, несущего якорь редуктора.

Все три электрические машины имеют последовательную обмотку возбуждения, причем и бустер и редуктор снабжены дополнительными полюсами. Для переднего хода генератор-регулятор присоединяется параллельно последовательной обмотке возбуждения бустера, как показано на рис. 240 К,

В 1939 г. передача Электрогир была установлена на автобусе АСФ. Все основные агрегаты электрооборудования были изготовлены заводом Делько объединения Дженерал Моторс, а механическая часть и общая сборка передачи были выполнены фирмой Тимкен-Детройт. Автобус имел вес 6442 кг без пассажиров и 8797 кг с полной нагрузкой. Автобус был оборудован двигателем Холл Скотт мощностью 112 л. с.

Рис. 5. Электрическая передача Электрогир для легкового автомобиля.

В автобусной передаче оказалось необходимым применить другой тип дифференциала, поскольку при планетарной передаче с внутренним зацеплением максимальное возможное передаточное отношение между коронной шестерней и валом (т. e. между ведущим и ведомым валами) равно приблизительно 1,8, что оказалось недостаточным. Поэтому была применена планетарная передача, состоящая только из шестерен с наружным зацеплением. Малая солнечная шестерня была присоединена к коленчатому валу двигателя, большая — к ведомому валу, а водило — к якорю редуктора. На рис. 7 показана схема автобусной передачи — средняя часть половины сечения: часть бустера слева, часть редуктора — справа и дифференциал между ними.

Рис. 6. Схема соединений для переднего хода:
1 — обмотка дополнительных полюсов бустера; 2 — якорь бустера; 3 — обмотка возбуждения бустера; 4 — обмотка возбуждения редуктора; 5 — обмотка дополнительных полюсов редуктора; 6 — якорь редуктора; 7 — якорь генератора-регулятора; 8 — обмотка возбуждения генератора-регу-лятора.

Рис. 7. Схема установки дифференциала автобусной передачи Электрогир.

Пуск двигателя осуществлялся посредством электрического стартера. При нажатии на кнопку стартера ток от аккумуляторной батареи поступал также через обмотку якоря бустера и обмотки статоров бустера и редуктора, создавая при этом соответствующую полярность для переднего или заднего хода

В автобусе применялось электрическое торможение.

Компания Берилл провела испытания автобуса АСФ с передачей Электрогир. Автобус при испытаниях весил 8391 кг и имел передаточное отношение главной передачи заднего моста 6,17.

Рис. 8. Характеристика автобусной передачи Электрогир:
1 — к. п. д.; 2 — скорость вращения коленчатого вала: 3 — преобразуемая мощность двигателя