МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1997 года по МПК B60K17/06 

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в трансмиссиях автомобилей и автопоездов средней и большой грузоподъемности.

В настоящее время на большегрузных автотранспортных средствах со сравнительно небольшой удельной мощностью все шире применяется гидротрансформатор в сочетании с многоступенчатой коробкой передач, имеющей широкий диапазон передаточных чисел с плотным рядом на основных рабочих режимах. Соотношение передаточных чисел на этих режимах находится в пределах δ = 1,2-1,5 (δ = u_n/u_n+1, где u передаточное число; n- номер передачи, что позволяет на основных рабочих передачах блокировать гидротрансформатор для экономии топлива, а использовать его лишь на передаче трогания (соотношение передаточных чисел передач трогания и рабочей может достигать 1,7 2,0).

Известна используемая в составе гидромеханической трансмиссии коробка передач 6HP500 фирмы "Zanradfabrik" ( Нарбут А. Н. Гидромеханические передачи фирмы "Zanradfabrik. Тракторы и сельхозмашины 1995, N 12, с. 29 33), имеющая три планетарных ряда и шесть элементов управления (три муфты и три тормоза ), которая обеспечивает получение шести передач переднего хода, из них двух повышающих, а также передачи заднего хода.

Одним из недостатков этой коробки передач является сравнительно большое число элементов управления (шесть элементов управления при шести передачах переднего хода), другим ограниченные возможности расширения диапазона передаточных чисел.

Некоторое увеличение диапазона передаточных чисел достигается добавлением четвертого планетарного ряда с тормозом модель 7HP500 (заявка ФРГ N 2656669, опублик. 9.3.78; Нарбут А. Н. Гидромеханические передачи фирмы "Zanradfabrik". Тракторы и сельхозмашины. 1995, N 12, с. 29 33), что позволяет получить дополнительную понижающую передачу заднего хода.

Однако дальнейшее увеличение передаточного числа первой передачи, а следовательно, и расширения диапазона передаточных чисел, ограничивается параметрами планетарного ряда.

Из известных коробок передач наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является World Transmission (WT) фирмы "Allison" (патент США N 4070927, кл. F 16 H 57/10, опублик. 31.1.78 т. 966 N 5; Нарбут А. Н. Нарбут Н. И. Новое поколение ГМП фирмы "Allison". Тракторы и сельхозмашины, 1995 N 4, с. 25 29), имеющая три планетарных ряда и пять элементов управления (две муфты и три тормоза), которая обеспечивает получение шести передач заднего хода, из них двух повышающих, а также заднего хода.

Эта коробка передач более компактна и проста, чем коробки передач фирмы "Zanradfabrik", однако она также имеет ограничительные возможности расширения диапазона передаточных чисел по аналогичной причине.

Введение дополнительного тормоза, присоединяемого к центральному колесу с внутренними зубьями последнего планетарного ряда, при несоосном варианте исполнения коробки передач для трансмиссий, имеющих раздаточную коробку и межосевой дифференциал, позволяет получить дополнительную передачу и несколько расширить диапазон передаточных чисел, но без его существенного увеличения.

Кроме того, не решает проблему и параллельное (двумя звеньями) присоединение к первому планетарному ряду коробки передач Allison WT дополнительного планетарного ряда с тормозом (авт.св. N 1705648 А1 СССР, кл. F 16 H 3/44, опублик. 15.01.92, бюл. N 2), что позволяет лишь получить дополнительные передачи в рабочем диапазоне.

Задача предлагаемого изобретения расширение диапазона передаточных чисел коробки передач и обеспечение плотного ряда передаточных чисел на рабочих режимах.

Это достигается тем, что известная многоступенчатая коробка передач, содержащая корпус, входной вал, первый промежуточный вал с муфтой для связи последнего с входным валом на прямой и понижающих передачах, второй промежуточный вал с муфтой для связи его с входным валом на прямой и повышающей передачах, выходной вал, два планетарных ряда и два тормоза, при этом каждый планетарный ряд включает центральное колесо с наружными зубьями, центральное колесо с внутренними зубьями, водило с сателлитами, причем центральные колеса с наружными зубьями планетарных рядов соединены между собой и с первым промежуточным валом, водило первого планетарного ряда соединено с вторым промежуточным валом и центральным колесом с внутренними зубьями второго планетарного ряда, центральные колеса с внутренними зубьями соединены с тормозами, и механизм, предназначенный для связи входного вала и центрального колеса с внутренними зубьями первого планетарного ряда, включающий по крайней мере один элемент управления и зубчатую передачу, согласно изобретению снабжена дополнительными промежуточным валом, тормозом, муфтой и планетарным рядом, аналогичным первым двум, причем дополнительный тормоз соединен с центральным колесом с внутренними зубьями дополнительного планетарного ряда, а дополнительная муфта связывает центральное колесо с наружными зубьями и водило дополнительного ряда, дополнительный промежуточный вал соединяет водило второго планетарного ряда и центральное колесо с наружными зубьями дополнительного планетарного ряда, водило дополнительного планетарного ряда соединено с выходным валом.

Это достигается также и тем, что отношение чисел зубьев центральных колес дополнительного планетарного ряда выбрано удовлетворяющим отношению

где Z_bp,Z_ap числа зубьев центральных колес соответственно с внутренними и наружными зубьями дополнительного планетарного ряда;
Z_b1, Z_a1- то же первого планетарного ряда;
Z_b2, Z_a2 то же второго планетарного ряда.

Это достигается также и тем, что зубчатая передача механизма, предназначенная для связи входного вала и центрального колеса с внутренними зубьями первого планетарного ряда, включает первичный, по крайней мере два промежуточных и вторичный валы с зубчатыми колесами, а элемент управления выполнен в виде муфты, связывающей упомянутый первичный вал с входным валом, вторичный вал связан с центральным колесом с внутренним зубьями первого планетарного ряда.

Согласно изобретению зубчатая передача механизма, предназначенного для связи входного вала и центрального колеса с внутренними зубьями первого планетарного ряда, выполнена в виде двух планетарных рядов, каждый из которых включает центральное колесо с наружными зубьями, центральное колесо с внутренними зубьями, водило с сателлитами, причем центральные колеса с наружными зубьями планетарных рядов соединены между собой и с входным валом, водило первого планетарного вала соединено с центральным колесом с внутренними зубьями второго планетарного ряда, при этом элемент управления выполнен в виде тормоза и соединен с центральным колесом с внутренними зубьями первого планетарного ряда упомянутого механизма, а водило второго планетарного ряда упомянутого механизма связано с центральным колесом с внутренними зубьями первого планетарного ряда.

Это достигается также тем, что центральное колесо с внутренними зубьями второго планетарного ряда зубчатой передачи механизма, предназначенного для связи входного вала и центрального колеса с внутренними зубьями первого планетарного ряда, снабжено тормозом.

Целесообразно, чтобы дополнительный промежуточный вал был выполнен полым, а выходной вал ему коаксильным, дополнительный промежуточный, входной и выходной валы снабжены опорами в корпусе, первый промежуточный вал снабжен опорами в входном вале и дополнительном промежуточном вале, выходной вал снабжен опорами в упомянутом промежуточном вале.

Многоступенчатая коробка передач (фиг. 1) содержит корпус 1 входной вал 2, первый промежуточный вал 3 с муфтой 4 для связи последнего с входным валом на прямой и понижающих передачах, второй промежуточный вал 5 с муфтой 6 для связи его с входным валом на прямой и повышающей передачах, выходной вал 7, два планетарных ряда со звеньями 8 13, два тормоза 14 и 15 механизм со звеньями 16 22 для связи входного вала 2 и центрального колеса 10 с внутренними зубьями первого планетарного ряда, дополнительные промежуточный вал 23, тормоз 24, муфту 25 и планетарный ряд со звеньями 26 28, аналогичный первым двум. Каждый из упомянутых двух планетарных рядов включает центральное колесо с наружными зубьями 8 и 11, центральное колесо с внутренними зубьями 10 и 13, водило с сателлитами 9 и 12, причем центральные колеса с наружными зубьями планетарных рядов 8 и11 соединены между собой и с первым промежуточным валом, водило 9 первого планетарного ряда соединено с вторым промежуточным валом 5 и центральным колесом с внутренними зубьями 13 второго планетарного ряда, центральные колеса с внутренними зубьями 10 и 13 соединены с тормозами. Механизм, предназначенный для связи входного вала 2 и центрального колеса 10 с внутренними зубьями первого планетарного ряда содержит тормоз 16 и зубчатую передачу, которая выполнена в виде двух планетарных рядов со звеньями 17 22 каждый из которых включает центральное колесо с наружными зубьями 17 и 20 центральное колесо с внутренними зубьями 19 и 22 водило с сателлитами 18 и 21 причем центральные колеса с наружными зубьями 17 и 20 планетарных рядов соединены между собой и с входным валом 2, водило 18 первого планетарного ряда соединено с центральным колесом с внутренними зубьями 22 второго планетарного ряда. Тормоз 16 соединен с центральным колесом с внутренними зубьями 19 первого планетарного ряда упомянутого механизма, а водило второго планетарного ряда 21 упомянутого механизма связано с центральным колесом с внутренними зубьями 10 первого планетарного ряда.

Дополнительный тормоз 24 соединен с центральным колесом с внутренними зубьями 28 дополнительного планетарного ряда, дополнительная муфта 25 связывает центральное колесо с наружными зубьями 26 и водило 27 дополнительного планетарного ряда, дополнительный промежуточный вал 23 соединяет водило 12 второго планетарного ряда и центральное колесо с наружными зубьями 26 дополнительного планетарного ряда, водило 27 дополнительного планетарного ряда соединено с выходным валом 7.

Дополнительный промежуточный вал 23 выполнен полым, а выходной вал 7 - ему коаксиальным, дополнительный промежуточный вал 23, входной 2 и выходной 7 валы снабжены опорами 29, 30, 31 в корпусе 1, первый промежуточный вал 3 снабжен опорами 32 в входном вале 2 и 33 в дополнительном промежуточном вале 23, выходной вал 7 снабжен опорами 34 и 35 в упомянутом промежуточном вале 23. Отношение чисел зубьев центральных колес 28 и 26 дополнительного планетарного ряда удовлетворяет соотношению

где Z_bp, Z_ap числа центральных колес 28 и 26 соответственно с внутренними и наружными зубьями дополнительного планетарного ряда;
Z_b1, Z_a1 то же центральных колес 10, 8 планетарного ряда;
Z_b2, Z_a2 то же центральных колес 13, 11 второго планетарного ряда.

Многоступенчатая коробка передач, приведенная на фиг. 2 отличатся от многоступенчатой коробки передач на фиг. 1 тем, что зубчатая передача механизма, предназначенного для связи входного вала 2 и центрального колеса с внутренними зубьями 10 первого планетарного ряда, включает первичный 36 вал с зубчатым колесом 39, по крайней мере два промежуточных вала 37 с зубчатыми колесами 40 и 41 и вторичный вал 38 с зубчатыми колесом 42, а элемент управления 16 выполнен в виде муфты, связывающий упомянутый первичный вал 36 с входным валом, вторичный вал 38 связан с центральным колесом с внутренними 10 зубьями первого планетарного ряда.

Многоступенчатая коробка передач (фиг. 3) отличается от коробки на фиг. 1 тем, что центральное колесо с внутренними зубьями 22 второго планетарного ряда зубчатой передачи механизма, предназначенного для связи входного вала 2 и центрального колеса 10 с внутренними зубьями первого планетарного ряда, снабжено тормозом 43.

Многоступенчатая коробка передач работает следующим образом.

Коробка передач имеет четыре степени свободы, и необходимо включить три элемента управления из числа указанных тормозов и муфт для получения передачи с определенным передаточным числом.

Передаточные числа на передачах рассчитываются по зависимостям:
для коробок на фиг. 1 и 2
U₁ U_D1U_p; U₂ U_D2 U_p; U₃ U_D4 U_p; U₄ U_D5U_p2; U₅ U_D2;U₆ U_D4; U₇ U_D5; U₈ U_D6; U₉ U_D8;U_зх1 U_R2U_p; U_зх2 U_R2;
для коробки на фиг. 3
U₁ U_D1U_p; U₂ U_D2U_p; U₃ U_D3U_p; U₄ U_D4U_p; U₅ U_D5U_p; U₆ U_D2; U₇ U_D3;U₈
U_D4; U₉=U_D5; U₁₀ U_D6; U₁₁ U_D7; U₁₂ U_D8; U_зх1= U_R1U_p; U_зх2= U_R2U_p;
U_зх3 U_R1; U_зх4 U_R2

U_p K_p + 1; U_n Z₄₀ Z₄₂/Z₃₉Z₄₁; K₁ Z₁₃/Z₁₁; K₂ Z₁₀/Z₈; K₃ Z₂₂/Z₂₀; K₄ Z₁₉/Z₁₇; K_p Z₂₈/Z₂₆(Z число зубьев зубчатого колеса на фиг. 1 3).

В табл. 1 3 приведены номера передач (ЗХ передачи заднего хода), включаемые элементы управления и передаточные числа для указанных в примечаниях к таблицам значений чисел зубьев зубчатых колес.

Одним из трех включаемых на передачах элементов управления является тормоз 24 или муфта 25 дополнительного планетарного редуктора. Два других элемента, включаемых в основной части коробки, обеспечивают передачу вращающего момента от входного вала 2 к водилу 12. Первый и второй планетарные ряды образуют дифференциальный контур, состоящий из следующих четырех звеньев: центрального колеса 10, водила 9 (центрального колеса 13), центрального колеса 8 (центрального колеса 11), водила 12. Для передачи силового потока к водилу 12 к двум из трех остальных звеньев контура должны быть подведены активные (или активный и тормозной) вращающие моменты, при этом включением различных двух элементов управления образуются различные силовые цепи.

При работе коробки передач (фиг. 1 и 2) на прямой и понижающих передачах вращающий момент постоянно с входного вала 2 передается через муфту 4, промежуточный вал 3 к центральным колесам 8 и 11. Различные передаточные числа образуются включением тормозов 15 и 14, элемента управления 16 [в этом случае включается в работу силовая цепь, передающая часть силового потока с входного вала 2 через зубчатую передачу, образованную элементами 17 20 (фиг. 1) или элементами 36 38 (фиг. 2) на центральное колесо 10] муфты 6 (в этом случае дифференциальный контур из первого и второго планетарных рядов блокируется).

На повышающих передачах входной вал 2 через муфту 6, промежуточный вал 5 приводит во вращение водило 9 и центральное колесо 13. На этих передачах дифференциальный контур из первого и второго планетарных рядов передает момент в результате торможения центрального колеса 10 тормозом 14 либо подводом к этому колесу момента со стороны входного вала 2 через зубчатую передачу, образованную элементами 17 20 (фиг. 1) или элементами 36 38 (фиг. 2)
На передачах заднего хода вращение со стороны входного вала к центральному колесу 10 передается через зубчатую передачу, образованную элементами 17 20 (фиг. 1) или элементами 36 38 (фиг. 2). На этих передачах дифференциальный контур из первого и второго планетарных рядов передает момент в результате торможения центрального колеса 13 тормозом 15.

При работе коробки передач (фиг. 3) за счет включения тормоза 43 получают дополнительные режимы работы, а следовательно, и передаточные числа. В этих случаях вращающий момент передается от входного вала 2 к центральному колесу 10 через центральное колесо 20 и водило 21.

Во всех случаях (фиг. 1 3) момент снимается с водила 12 второго планетарного ряда и через вал 23 передается к центральному колесу 26 дополнительного планетарного ряда. В дальнейшем момент либо редуцируется указанным планетарным рядом (при включении тормоза 24) либо передается через блокированный планетарный ряд (при включении муфты 25) к выходному валу 7.

Передача, на которой блокируется основная часть коробки передач, и работает лишь дополнительный планетарный ряд, имеет передаточное число, равное U_p= Z₂₈/Z₂₆+1. На следующей передаче дополнительный планетарный ряд блокируется, а в основной части коробки после ее разблокировки работает дифференциальный контур с передаточным числом, равным

поэтому выбор параметра дополнительного планетарного ряда в соответствии с формулой
Z₂₈/Z₂₆= (1,2 ^oC1,5)U_D2-1
дает соотношение передаточных чисел на указанных передачах в пределах 1,2 1,5, что обеспечивает рациональную разбивку передаточных чисел коробки на основных рабочих передачах. При этом соотношение передаточных чисел передач трогания и рабочей остается увеличенным, а высших сближенными, при этом диапазон передаточных чисел и число передач существенно возрастают; а порядок включения элементов управления оказывается простым: лишь на одной промежуточной передаче выключается и включается два элемента управления, а в остальных случаях по одному элементу.

Использование в зубчатой передаче механизма, предназначенного для связи входного вала 2 и центрального колеса с внутренними зубьями первого планетарного ряда 10, двух планетарных рядов (фиг. 1) позволяет улучшить разбивку передаточных чисел, а в случае использования дополнительного тормоза 43 (фиг. 3) увеличить число промежуточных передач, не опасаясь разрыва между передачами трогания и рабочей Выполнение указанной зубчатой передачи в виде передачи с неподвижными осями валов (фиг. 2) позволяет получить соотношения передаточных чисел основных рабочих передач практически одинаковыми.

Усилия на валах, возникающие в процессе работы коробки, передаются через подшипниковые опоры на корпус. Приведенная на фиг. 1 3 схема расположения основных подшипниковых опор позволяет обойтись всего тремя корпусными подшипниками. В частности, выходной вал 7 имеет лишь один корпусной подшипник 31, а передача усилий на вторую корпусную опору 29, которая воспринимает его нагрузки, осуществляется через подшипники 34 и 35, расположенные в пределах габаритов дополнительного промежуточного вала 23. Расположение подшипника 34 под подшипником 29 дает возможность самоустановки валов 33, 23 и 7 и перераспределения усилий по их подшипниковым опорам.

Все это обеспечивает условия для работоспособной работы при минимальных габаритах коробки передач.

Использование: транспортное машиностроение, в частности трансмиссии автомобилей и автопоездов средней и большой грузоподъемности. Сущность изобретения: многоступенчатая коробка передач содержит три планетарных ряда. 5 з. п. ф-лы, 3 ил., 3 табл.

1. Многоступенчатая коробка передач, содержащая корпус, входной вал, первый промежуточный вал с муфтой для связи последнего с входным валом на прямой и понижающих передачах, второй промежуточный вал с муфтой для связи его с входным валом на прямой и повышающей передачах, выходной вал, два планетарных ряда и два тормоза, при этом каждый планетарный ряд включает центральное колесо с наружными зубьями, центральное колесо с внутренними зубьями, водило с сателлитами, причем центральные колеса с наружными зубьями планетарных рядов соединены между собой и с первым промежуточным валом, водило первого планетарного ряда соединено с вторым промежуточным валом и центральным колесом с внутренними зубьями второго планетарного ряда, центральные колеса с внутренними зубьями соединены с тормозами, и механизм, предназначенный для связи входного вала и центрального колеса с внутренними зубьями первого планетарного ряда, включающий по крайней мере один элемент управления и зубчатую передачу, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными промежуточным валом, тормозом, муфтой и планетарным рядом, соответствующим по конструкции первым двум, причем дополнительный тормоз соединен с центральным колесом с внутренними зубьями дополнительного планетарного ряда, дополнительная муфта установлена для связи центрального колеса с наружными зубьями и водила дополнительного планетарного ряда, дополнительный промежуточный вал установлен для соединения водила второго планетарного ряда и центрального колеса с наружными зубьями дополнительного планетарного ряда, водило дополнительного планетарного ряда соединено с выходным валом. 2. Коробка по п.1, отличающаяся тем, что отношение чисел зубьев центральных колес дополнительного планетарного ряда выбрано, удовлетворяющим соотношению

где Z_b p, Z_a p числа зубьев центральных колес соответственно с внутренними и наружными зубьями дополнительного планетарного ряда;
Z_b 1, Z_a 1 то же, первого планетарного ряда;
Z_b 2, Z_a 2 то же, второго планетарного ряда. 3. Коробка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что зубчатая передача механизма, предназначенного для связи входного вала и центрального колеса с внутренними зубьями первого планетарного ряда, выполнена в виде двух планетарных рядов, каждый из которых включает центральное колесо с наружными зубьями, центральное колесо с внутренними зубьями, водило с сателлитами, причем центральные колеса с наружными зубьями планетарных рядов соединены между собой и с входным валом, водило первого планетарного ряда соединено с центральным колесом с внутренними зубьями второго планетарного ряда, при этом элемент управления выполнен в виде тормоза и соединен с центральным колесом с внутренними зубьями первого планетарного ряда упомянутого механизма, а водило второго планетарного ряда упомянутого механизма связано с центральным колесом с внутренними зубьями первого планетарного ряда. 4. Коробка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что зубчатая передача механизма, предназначенного для связи входного вала и центрального колеса с внутренними зубьями первого планетарного ряда, включает первичный, по крайней мере два промежуточных и вторичный валы с зубчатыми колесами, а элемент управления выполнен в виде муфты, связывающей упомянутый первичный вал с входным валом, вторичный вал связан с центральным колесом с внутренними зубьями первого планетарного ряда. 5. Коробка по пп.1 3, отличающаяся тем, что центральное колесо с внутренними зубьями второго планетарного ряда зубчатой передачи механизма, предназначенного для связи входного вала и центрального колеса с внутренними зубьями первого планетарного ряда, снабжено тормозом. 6. Коробка по пп.1 5, отличающаяся тем, что дополнительный промежуточный вал выполнен полым, а выходной вал выполнен ему коаксиальным, дополнительный промежуточный, входной и выходной валы снабжены опорами в корпусе, первый промежуточный вал снабжен опорами во входном вале и дополнительном промежуточном вале, выходной вал снабжен опорами в упомянутом промежуточном вале.