РАЗДАТОЧНАЯ КОРОБКА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1997 года по МПК B60K17/08 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в трансмиссиях полноприводных транспортных средств для распределения (или трансформации и распределения) крутящего момента между ведущими мостами транспортного средства.

Известна раздаточная коробка транспортного средства, содержащая в корпусе ведущий и ведомые валы, трансформатор крутящего момента, межосевой дифференциал, расположенный соосно ведущему и первому ведомому валам, пару постоянно сцепленных зубчатых колес, одно из которых установлено на втором ведомом валу, а также две переключающие муфты, одна из них кинематически при поступательном движении связана с блокировочной муфтой (см. авт. св. СССР N 1724488, кл. B 60 K 17/20, 1990).

такая раздаточная коробка обладает высоким КПД при дифференциальном распределении крутящего момента (по прямой передаче). Однако его значение заметно снижается на низшей передаче, получаемой с помощью простого цилиндрического редуктора, зубчатые колеса которого в то же время увеличивают металлоемкость раздаточной коробки.

Известна раздаточная коробка транспортного средства, содержащая в корпусе ведущий и ведомые валы, трансформатор крутящего момента, совмещенный с межосевым дифференциалом, расположенным соосно ведущему и первому ведомому валам, причем солнечная и эпициклическая шестерни и водило дифференциала установлены с возможностью свободного вращения одновременно относительно этих валов, первый из которых снабжен переключающей муфтой для жесткой связи его с валом водила и солнечной шестерней, а второй переключающей муфтой для жесткой связи его соответственно с валом водила и эпициклической шестерни, при этом муфта, упомянутая последней, размещена с возможностью свободного вращения в блокировочной муфте и кинематически связана с ней при осевом перемещении, вместе с этим блокировочная муфта своим зубчатым венцом сцеплена с зубчатым венцом промежуточного диска, жестко закрепленным на задней стенке корпуса, кроме того, раздаточная коробка оснащена парой постоянно сцепленных зубчатых колес, ведомое из которых размещено на втором ведомом валу.

Данная раздаточная коробка оснащена трансформатором крутящего момента, совмещенным с межосевым дифференциалом, обладает высоким КПД на прямой дифференциальной передаче и по количеству существенных и косвенных признаков имеет наибольшее сходство с предлагаемой конструкцией.

Вместе с этим, в этой раздаточной коробке для привода второго ведомого вала применяются две пары зубчатых колес, что повышает ее инерционную мощность, потери мощности на преодоление сил трения в полюсах зацепления шестерен и взбалтывание масла в картере, то есть снижает КПД, а также увеличивает металлоемкость.

Техническим результатом, достигаемым изобретением, является повышение КПД и снижение металлоемкости раздаточной коробки.

Для достижения указанного технического результата в раздаточной коробке трансформатор крутящего момента совмещен с межосевым дифференциалом, расположенным соосно ведущему и первому ведомому валам, солнечная и эпициклическая шестерни и водило дифференциала установлены с возможностью свободного вращения одновременно относительно этих валов, первый из которых снабжен переключающей муфтой для жесткой связи его с валом водила и солнечной шестерней, а второй переключающей муфтой для жесткой связи его с валом водила и эпициклической шестерней, при этом муфта, упомянутая последней, размещена с возможностью свободного вращения в блокировочной муфте и кинематически связана с ней при осевом перемещении, вместе с этим блокировочная муфта своим зубчатым венцом сцеплена с зубчатым венцом промежуточного диска, жестко закрепленным на задней стенке корпуса раздаточной коробки, которая, кроме того, оснащена парой постоянно сцепленных зубчатых колес, ведомое из которых размещено на втором ведомом валу, а ведущее - установлено с возможностью свободного вращения на ступице солнечной шестерни дифференциала, между водилом которого и данным колесом размещена переключающая муфта, причем упомянутые водило, ступица и колесо снабжены зубчатыми венцами для жесткой связи этого колеса названной муфтой либо с водилом, либо с солнечной шестерней.

Отличительными признаками изобретения является следующее: ведущее колесо привода второго ведомого вала (привод второго ведомого вала представлен парой постоянно сцепленных зубчатых колес) установлено с возможностью свободного вращения на ступице солнечной шестерни межосевого дифференциала, между водилом которого и данным колесом размещена переключающая муфта, а упомянутые водило, ступица и колесо снабжены зубчатыми венцами для жесткой связи этого колеса названной муфтой либо с водилом, либо с солнечной шестерней.

Установка ведущего зубчатого колеса привода второго ведомого вала на ступице солнечной шестерни с возможностью свободного вращения, оснащения водила дифференциала и упомянутых ступицы и колеса зубчатыми венцами, размещение переключающей муфты между этим колесом и водилом позволяет поочередно соединять данное колесо либо с солнечной шестерней (через ее ступицу), либо с водилом. Это дает возможность ограничиться применением в раздаточной коробке только одной парой зубчатых колес для привода второго вала, то есть исключить из нее цилиндрический редуктор (как у аналога) и дополнительную пару зубчатых колес привода второго ведомого вала (как у прототипа), что уменьшает потери полезной мощности на преодоление сил трения в полюсах зацепления зубчатых колес и в их опорах, а также моментов инерции вращающихся деталей и, следовательно, повышает КПД и снижает металлоемкость предлагаемой раздаточной коробки.

На чертеже представлена принципиальная схема раздаточной коробки с перечисленными выше конструктивными особенностями.

В корпусе 1 соосно ведущему валу 2 размещены вал 3 водила 4 и первый ведомый вал 5, а параллельно им второй ведомый вал 6. Солнечная 7 и эпициклическая 8 шестерни и водило 4, жестко связанное с валом 3, установлены с возможностью свободного вращения одновременно относительно валов 1 и 5. Вал 1 снабжен переключающей муфтой 9, вал 5 переключающей муфтой 10, размещенной с возможностью свободного вращения в блокировочной муфте 11 и кинематически связанной с ней при осевом перемещении. Блокировочная муфта 11 своим зубчатым венцом сцеплена с зубчатым венцом промежуточного диска 12, который жестко крепится к корпусу 1. Ведомое зубчатое колесо 13 размещено на валу 6 и сцеплено с ведущим зубчатым колесом 14, установленным с возможностью свободного вращения на ступице солнечной шестерни 7. Между водилом 4 и колесом 14 размещена переключающая муфта 15. Упомянутые водило, ступица и колесо снабжены зубчатыми венцами 16, 17 и 18, соответственно.

Работа предлагаемой раздаточной коробки.

На чертеже показано исходное положение переключающих муфт 9, 10, 15 и блокировочной муфты 11, что соответствует прямой передаче с дифференциальным распределением мощностного потока, который от вала 2 подводится через муфту 9 к валу 3, водилу 4 и передается через сателлиты солнечной 7 и эпициклической 8 шестерням, далее от шестерни 7 через муфту 15, зубчатые колеса 14 и 13 к второму ведомому валу 6, а от шестерни 8 через муфту 10 к первому ведомому валу 5. При этом крутящий момент распределяется между валами 5 и 6 в зависимости от внутреннего передаточного числа межосевого дифференциала.

Одновременным перемещением муфт 10, 11 и 15 в крайнее правое положение включается прямая передача с блокированным распределением крутящего момента. При этом муфтами 15 и 10 соединяются зубчатое колесо 14 и водило 4, валы 3 и 5, соответственно, а муфтой 11 эпициклическая шестерня 8 жестко блокируется через диск 12 с корпусом 1. Поскольку муфта 10 размещена в муфте 11 с возможностью свободного вращения, то она не препятствует вращению валов 3 и 5. Жесткая связь этих валов муфтой 10 и водила 4 с зубчатым колесом 14 обеспечивает равенство скоростей ведущего вала 2, вала 3, водила 4, ведомых валов 5 и 6. Блокировка эпициклической шестерни 8 на корпус 1 на этом режиме работы вынуждает сателлиты обкатываться по ее зубьям и вращать солнечную шестерню 7 вхолостую.

Для включения понижающей передачи муфта 9 перемещается вправо и соединяет ведущий вал 2 с солнечной шестерней 7 (через зубчатый венец, выполненный на оконечности ее ступицы). Муфты 15, 10 и 11 располагаются там, где они находились при рассмотрении предыдущего режима работы раздаточной коробки. Вращение от ведущего вала 2 через муфту 9 подводится к солнечной шестерне 7. Так как эпициклическая шестерня 8 заблокирована, то солнечная шестерня 7 вызывает вращение сателлитов, которые, обкатываясь по зубьям шестерни 8, вынуждает вращаться водило 4. Угловая скорость водила 4 при этом становится меньше угловой скорости вала 2, то есть крутящий момент на водиле 4 увеличивается и далее передается через муфту 15, зубчатые колеса 14 и 13 второму ведомому валу 6, а через вал 3 и муфту 10 первому ведомому валу 5. Распределение крутящего момента между этими валами, как и в предыдущем случае, осуществляется пропорционально нагрузке, приходящейся на приводимые от них ведущие мосты.

Нейтральная передача включается перемещением муфты 9 в крайнее левое положение, при котором оба ее зубчатых венца располагаются только на ведущем валу 2.

Таким образом, установка ведущего колеса привода второго ведомого вала с возможностью свободного вращения на ступице солнечной шестерни межосевого дифференциала, размещение между его водилом и данным колесом переключающей муфты, снабжение упомянутых водила, ступицы и колеса зубчатыми венцами для жесткой связи этого колеса названной муфтой либо с водилом, либо с солнечной шестерней придают раздаточной коробке новые конструктивные особенности, неизвестные из других технических решений. Эти особенности состоят в том, что из раздаточной коробки исключены как минимум два крупногабаритных зубчатых колеса, изменился вид связи ведущего зубчатого колеса привода второго ведомого со ступицей солнечной шестерни, что в свою очередь изменило форму и расположение основных деталей, блокировочной и переключающих муфт.

Указанные особенности позволяют достичь технического результата изобретения, то есть повысить КПД путем уменьшения потерь мощности на преодоление моментов инерции вращающихся деталей, сил трения в зубчатых зацеплениях, усилий на взбалтывание масла в картере раздаточной коробки и снизить ее металлоемкость за счет сокращения количества зубчатых колес.

Так, например, потери полезной мощности на преодоление трения скольжения в полюсе зацепления N_tp одной пары зубчатых колес составляют
N_tp = αmvkp

+ βN_p,
где m модуль зубьев колес;
v_p линейная скорость точек, принадлежащих делительной окружности зубчатых колес;
N_p мощностной поток, проходящий через полюс зацепления пары зубчатых колес, передающих крутящий момент;
α, β, k опытные коэффициенты. Применительно к большинству известных раздаточных коробок a = 0,0037; β = 0,015 и k = 1,5.
Учитывая реальные значения входящих в эту формулу параметров, представляется возможным утверждать о существенности потерь не только в полюсах зацепления зубчатых колес, передающих крутящий момент, но и в полюсах колес, вращающихся вхолостую.

Кроме того, при вращении зубчатого колеса вхолостую имеют место неопределенные потери на трение в его опоре. Момент сил трения в этом узле

где f_м молекулярная составляющая коэффициента внешнего трения;
R радиус вала (опоры);
P внешняя нагрузка, приложенная к оси вала;
Δ параметр шероховатости поверхности трения;
E модуль упругости материала подшипника;
e радиальный зазор между поверхностями трения при отсутствии внешней нагрузки;
HB твердость материала подшипника по Бринеллю;
m коэффициент Пуассона;
l длина подшипника.

Анализируя эту формулу с учетом значений входящих в нее составляющих применительно к конструкциям узлов трения серийных раздаточных коробок, нетрудно заметить, что как бы целенаправленно ни проводились работы по оптимизации конструкторско-технологических и материаловедческих характеристик такого узла, потери на преодоление момента сил трения в нем остаются весьма ощутимыми.

Уменьшение числа зубчатых колес, их габаритов и массы обусловлено еще и необходимостью снижения инерционной мощности раздаточной коробки:

где N_j инерционная мощность, потребная для ускоренного вращения деталей;
θ момент инерции вращающихся деталей механизма, приведенный к одному из его валов;
w угловая скорость упомянутого вала.

Если принять во внимание непостоянство характера движения машины и прямую зависимость моментов инерции от их масс, то приведенная математическая зависимость дает наглядное подтверждение целесообразности уменьшения числа вращающихся узлов и, в первую очередь, зубчатых колес.

При работе предполагаемой раздаточной коробки на любой (ходовой) передаче используется (вне дифференциала) всего один полюс зубчатого зацепления, через который передается только лишь 1/3 мощностного потока. Это дает основание утверждать, что КПД раздаточной коробки предлагаемой конструкции по сравнению с прототипом будет выше, а металлоемкость уменьшится.

Использование: в трансмиссиях полноприводных транспортных средств для распределения крутящего момента между ведущими мостами. Сущность: раздаточная коробка содержит в корпусе трансформатор крутящего момента, совмещенный с межосевым дифференциалом, переключающие и блокирующую муфты. Через одну пару зубчатых колес привода второго ведомого вала проходит только 1/3 мощности. 1 ил.

Раздаточная коробка транспортного средства, содержащая в корпусе ведущий и ведомые валы, трансформатор крутящего момента, совмещенный с межосевым дифференциалом, расположенным соосно ведущему и первому ведомому валам, причем солнечная и эпициклическая шестерни и водило дифференциала установлены с возможностью свободного вращения одновременно относительно этих валов, первый из которых снабжен переключающей муфтой для жесткой связи его с валом водила с солнечной шестерней, а второй переключающей муфтой для жесткой связи его соответственно с валом водила и эпициклической шестерней, при этом муфта, упомянутая последней, размещена с возможностью свободного вращения в блокировочной муфте и кинематически связана с ней при осевом перемещении, вместе с этим блокировочная муфта своим зубчатым венцом сцеплена с зубчатым венцом промежуточного диска, жестко закрепленным на задней стенке корпуса, кроме того, раздаточная коробка оснащена парой постоянно сцепленных зубчатых колес, ведомое из них расположено на втором ведомом валу, отличающаяся тем, что ведущее колесо второго ведомого вала установлено с возможностью свободного вращения на ступице солнечной шестерни межосевого дифференциала, между водилом которого и данным колесом размещена переключающая муфта, причем упомянутые водило, ступица и колесо снабжены зубчатыми венцами для жесткой связи этого колеса названной муфтой либо с водилом, либо с солнечной шестерней.