БЕССТУПЕНЧАТАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ Российский патент 1997 года по МПК B60K17/16 

Изобретение относится к автомобилестроению и может быть использовано в коробках передач транспортных средств.

Известна бесступенчатая коробка передач, содержащая установленные в корпусе входной вал, соосно ему размещенный выходной вал, и связывающий их механизм регулирования частоты вращения и крутящего момента на последнем, выполненный в виде по крайней мере одного промежуточного вала с шестерней, зацепленной с шестерней выходного вала, по крайней мере одного фрикционного ролика, установленного на шлицах на установленном параллельно образующей конусного барабана промежуточном валу с возможностью осевого перемещения и введенный при помощи прижимного устройства в контакт с внешней поверхностью конусного барабана, размещенного между входным валами и выполненного заодно с выходным валом, механизма заднего хода, муфты сцепления, системы управления и дополнительных пар шестерен постоянного зацепления, ведущая одной пары, из которых установлена на входном валу, а ведомая закреплена на промежуточном валу, на котором с возможностью осевого перемещения установлена подпружиненная ведущая шестерня другой пары шестерен постоянного зацепления, зацепленная с ведомой шестерней, смонтированной на конусном барабане со стороны его основания, причем внешние поверхности конусного барабана и ролика могут быть выполнены съемными. Прижимное устройство может быть выполнено в виде полого конуса с внутренней рабочей поверхностью, охватывающей ролики с контактом рабочих поверхностей, и кулачкового механизма для прижима внутренней поверхности конуса к ролику, а система управления может включать в себя по числу роликов тяги, одними концами связанные с вилками, размещенными в пазах роликов, а другими шарнирно с осями крестовины, свободно установленной на входном валу (авт. св. СССР N 1369928, кл. B 60 K 17/04).

Однако конструкция данной бесступенчатой коробки передач сложна в изготовлении и в управлении, кроме того наличие фрикционного зацепления обуславливает повышенный износ элементов трения и как следствие этого, низкие ресурс и надежность коробки передач в целом, нет автоматического регулирования частоты вращения на выходном валу в зависимости от величины крутящего момента на нем, а также необходимы затраты мощности двигателя на поддержание давления в системе гидроцилиндра.

Известна также коробка передач транспортного средства, содержащая трехзвенный дифференциальный механизм, входной вал, жестко закрепленный с ведущим элементом дифференциального механизма, выходной вал, кинематически соединенный с ведомым элементом дифференциального механизма, и дополнительный вал, соединенный с тормозным элементом дифференциального механизма посредством шестерен постоянного зацепления и управляемых муфт, причем ведомый элемент дифференциального механизма и входной вал коробки передач связаны при помощи шестерен постоянного зацепления и упомянутых управляемых муфт с дополнительным валом, (авт. св. СССР N 893604, кл. B 60 K 17/16).

Однако конструкция данной коробки передач обеспечивает лишь ступенчатое изменение частоты вращения выходного вала, кроме того не предусмотрено автоматическое регулирование частоты вращения на выходном валу в зависимости от величины необходимого крутящего момента на нем.

В основу изобретения поставлена задача создания бесступенчатой коробки передач, в которой новым выполнением конструктивных элементов обеспечивается автоматическое изменение передаточного отношения коробки передач в целом без ввода в зацепление в процессе разгона транспортного средства дополнительных шестерен или их переключения и за счет этого обеспечивается автоматическое регулирование частоты вращения на выходном валу в зависимости от величины необходимого крутящего момента на нем и повышаются эксплуатационные характеристики коробки передач.

Поставленная задача решается тем, что в бесступенчатой коробке передач содержащей установленные в корпусе ведущий и выходной валы и связывающий их механизм регулирования частоты вращения и крутящего момента на последнем, включающий устройство включения переднего и заднего хода, устройство регулирования величины крутящего момента и мощности на выходном валу, устройство запирания и устройство передачи на выходной вал основного движения в виде жестко закрепленной на валу солнечной шестерни, связанных с ней сателлитов, расположенных на водиле, жестко закрепленном на выходном валу, и большого зубчатого колеса, связанного с сателлитами и установленного в корпусе с возможностью вращения вокруг собственной оси. Согласно изобретению, в корпусе параллельно ведущему валу и соосно с выходным валом установлен промежуточный вал, на котором закреплена солнечная шестерня, при этом устройство регулирования величины крутящего момента и мощности на выходном валу выполнено в виде жестко закрепленной на выходном валу шестерни обратной связи, связанной с ней гидромуфты с приемной и передающей шестернями и соосно закрепленной на большом зубчатом колесе шестерни, связанной с передающей шестерней гидромуфты. Устройство запирания выполнено в виде шестерни запирания, жестко установленной на вспомогательном валу и входящей в зацепление с большим зубчатым колесом, обгонных муфт прямого и заднего хода, включаемых при помощи муфты вспомогательного вала, причем выходной вал установлен соосно с большим зубчатым колесом одной опорой в последнем, а другой в корпусе. Кроме этого муфта ведущего вала и муфта вспомогательного вала установлены с возможностью одновременного переключения, кроме того устройство включения переднего и заднего хода выполнено в виде свободно установленных на ведущем валу шестерен переднего и заднего хода с муфтой ведущего вала их зацепленная с ведущим валом, паразитной шестерни заднего хода и вторичных шестерен переднего и заднего хода, жестко закрепленных на промежуточном валу.

Выполнение в корпусе коробки передач параллельно ведущему валу и соосно с выходным валом промежуточного вала с закрепленной на нем солнечной шестерней, а также выполнение выходного вала соосно с большим зубчатым колесом одной опорой в последнем, а другой в корпусе обеспечивает надежную связь ведущего и выходного валов и компактность коробки передач, также позволяет обеспечить подвод максимального крутящего момента к ведущему мосту транспортного средства путем изменения ее передаточного отношения в целом без ввода в зацепление, в процессе разгона транспортного средства, дополнительных шестерен.

Выполнение устройства регулирования величины крутящего момента и мощности на выходном валу в виде жестко закрепленной на выходном валу шестерни обратной связи, связанной с ней гидромуфты с приемной и передающей шестернями и соосно закрепленной на большом зубчатом колесе шестерни, связанной с передающей шестерней гидромуфты, позволяет обеспечить автоматическое изменение передаточного отношения коробки передач в целом без ввода в зацепление дополнительных шестерен или их переключения и за счет этого обеспечивает автоматическое регулирование частоты вращения на выходном валу в зависимости от величины необходимого крутящего момента на нем, зависящего от внешних факторов, влияющих на транспортное средство, и повышает эксплуатационные характеристики коробки передач.

Выполнение устройства запирания в виде шестерни запирания, жестко установленной на вспомогательном валу и входящей в зацепление с большим зубчатым колесом, обгонных муфт прямого и заднего хода, включаемых при помощи муфты вспомогательного вала, позволяет обеспечить автоматическое стопорение большого зубчатого колеса при возникновении значительных нагрузок на выходном валу, что в конечном итоге обеспечивает работоспособность коробки передач в целом по автоматическому регулированию частоты вращения на выходном валу в зависимости от величины необходимого крутящего момента на нем и в конечном итоге повышает эксплуатационные характеристики коробки передач.

Установка муфты ведущего вала и муфты вспомогательного вала с возможностью одновременного переключения обеспечивает согласованную работу всех элементов коробки передач при движении транспортного средства в одну сторону либо вперед, либо назад, чем позволяет автоматически изменять передаточное отношение коробки передач в целом без ввода в зацепление в процессе разгона транспортного средства дополнительных шестерен.

Выполнение устройства включения переднего и заднего хода в виде свободно установленных на ведущем валу шестерен переднего и заднего хода с муфтой ведущего вала их зацепления с ведущим валом, паразитной шестерни заднего хода и вторичных шестерен переднего и заднего хода, жестко закрепленных на промежуточном валу, обеспечивает кинематическую связь двигателя с коробкой передач и позволяет добиться автоматического регулирования частоты вращения на выходном валу в зависимости от величины крутящего момента на нем.

Все вместе вышесказанное позволяет достигнуть технического результата, выражающегося в обеспечении автоматического изменения передаточного отношения коробки передач в целом без ввода в зацепление в процессе разгона транспортного средства дополнительных шестерен или их переключения, и за счет этого обеспечить автоматическое регулирование частоты вращения на выходном валу в зависимости от величины необходимого крутящего момента на нем и повысить эксплуатационные характеристики коробки передач.

Кроме того за счет этого:
упрощается конструкция коробки передач;
обеспечивается работа двигателя в одном заданном водителем режиме;
производится разгон транспортного средства на оптимальных оборотах двигателя;
упрощается управление транспортным средством;
уменьшается износ коробки передач и двигателя транспортного средства, что увеличивает ресурс транспортного средства в целом;
сокращается выброс токсичных газов в атмосферу;
сокращается расход топлива;
снижаются трудозатраты на изготовление коробки передач;
обеспечивается передача вращающего момента от приводного механизма на выходной вал без использования переключения зубчатых шестерен;
Уменьшается вероятность передачи на двигатель транспортного средства крутящих моментов, которые могут привести к его перегрузке и остановке.

На фиг.1 изображена кинематическая схема предлагаемой бесступенчатой коробки передач; на фиг.2 разрез одной из возможных компоновок предлагаемой бесступенчатой коробки передач, общий вид; на фиг.3 упрощенный вид сверху (со снятой верхней частью корпуса), показывающий взаимное расположение устройства включения переднего и заднего хода и устройства запирания (рычаг и вилка не показаны); на фиг.4 разрез A-A на фиг.2; на фиг.5 график зависимости скорости транспортного средства и развиваемой, его двигателем, мощности при разгоне.

Бесступенчатая коробка передач содержит установленные в корпусе 1 (фиг. 1) ведущий 2 и выходной 3 валы. и связывающий их механизм регулирования частоты вращения, и крутящего момента на последнем.

Механизм регулирования частоты вращения и крутящего момента на выходном валу выполнен в виде устройства включения переднего и заднего хода, устройства передачи на выходной вал 3 основного движения, устройства регулирования величины крутящего момента и мощности на выходном валу 3 и устройства запирания.

Устройство включения переднего и заднего хода выполнено в виде свободно установленных на входном валу шестерен 4 переднего хода и шестерен 5 заднего хода с муфтой их зацепления с ведущим валом 2, паразитной шестерни 6 заднего хода и жестко закрепленных на промежуточном валу 7 вторичных шестерен 8 переднего хода и шестерен 9 заднего хода. Муфта зацепления шестерни 4 переднего хода и шестерни 5 заднего хода с ведущим валом 2 выполнена в виде полумуфты 10, установленной с возможностью осевого перемещения в шлицах ведущего вала 2, и полумуфт 11 и 12, жестко закрепленных, соответственно, на шестерне 4 переднего хода и шестерне 5 заднего хода.

Устройство передачи на выходной вал 3 основного движения выполнено в виде жестко закрепленной на промежуточном валу 7 солнечной шестерни 13, связанных с ней сателлитов 14, установленных на водиле 15, жестко закрепленном на выходном валу 3 и большого зубчатого колеса 16, установленного в подшипнике 17 и связанного с сателлитами 14. Выходной вал 3 установлен соосно с промежуточным валом 7 и большим зубчатым колесом 16 в подшипниках, один из которых расположен в последнем, а другой в корпусе 1.

Устройство регулирования величины крутящего момента и мощности на выходном валу 3 выполнено в виде жестко закрепленной на выходном валу 3 шестерни 18 обратной связи, связанную с ней гидромуфту 19 с приемной 20 и передающей 21 шестернями и соосно закрепленной на большом зубчатом колесе 16 шестерни 22, связанной с передающей шестерней 21 гидромуфты 19.

Устройство запирания выполнено в виде шестерни запирания 23, жестко установленной на вспомогательном валу 24, обгонных муфты переднего хода 25 и муфты заднего хода 26, включаемых при помощи муфты вспомогательного вала. Муфта вспомогательного вала выполнена в виде полумуфты 27, установленной с возможностью осевого перемещения в шлицах вспомогательного вала, и полумуфт 28 и 29, жестко закрепленных, соответственно, на обгонных муфте прямого хода 25 и муфте заднего хода 26.

Полумуфты 10 и 27 связаны с рычагом 30 переключения переднего и заднего хода транспортного средства при помощи вилки 31 (фиг.4).

Бесступенчатая коробка передач работает следующим образом. Крутящий момент от двигателя через муфту сцепления (не показаны) передается на ведущий вал 2. При отключенной муфте сцепления рычаг 30 устанавливают в положение I (фиг.1) и посредством вилки 31 включает передний ход транспортного средства. При этом вилкой 31 одновременно полумуфта 10 соединяется с полумуфтой 11, а полумуфта 27 соединяется с полумуфтой 28. Крутящий момент от ведущего вала 2 через полумуфты 10 и 11, шестерню 4 переднего хода, вторичную шестерню 8 переднего хода и промежуточный вал 7 передается солнечной шестерне 13. Солнечная шестерня 13 вращает сателлиты 14. Они в свою очередь, обкатываясь по большому зубчатому колесу 16, передают крутящий момент водилу 15 и выходному валу 3 с редукцией, равной первой скорости конкретного транспортного средства. Обгонная муфта 25 прямого хода удерживает в этот момент большое зубчатое колесо 16 от раскручивания, возникающего от реактивного момента, вызванного инерцией покоя транспортного средства. Выходной вал 3 передает крутящий момент на ведущий мост (не показан) транспортного средства, а также на шестерню 18 обратной связи. Шестерня 18 обратной связи передает вращение на приемную шестерню 20 гидромуфты 19. Гидромуфта 19 на первой скорости транспортного средства не передает вращающего момента передающей шестерне 21, так как при низких оборотах в гидромуфте 19 происходит проскальзывание, и разгон транспортного средства до набора им оптимальных оборотов, заданных водителем, происходит на первой скорости. При набирании скорости транспортным средством увеличивается обороты на выходном валу 3 и соответственно на исполнительных органах гидромуфты 19, которая начинает передавать вращающий момент передающей шестерне 21, шестерне 22 и на большое зубчатое колесо 16. Большое зубчатое колесо 16 начинает вращаться в подшипнике 17 в том же направлении, в котором вращается солнечная шестерня 13, при этом обгонная муфта переднего хода 25 не препятствует этому вращению. Редукция в планетарном механизме уменьшается, обороты выходного вала 3 возрастают и одновременно возрастает крутящий момент в гидромуфте 19, которая опять же в свою очередь через передающую шестерню 21 и шестерню 22 разгоняет большое зубчатое колесо 16. Редукция непрерывно и плавно уменьшается, а обороты на выходном валу 3 непрерывно и плавно увеличиваются. Это происходит до тех пор, пока угловые скорости промежуточного вала 7, большого зубчатого колеса 16 и выходного вала 3 не уравняются. В этом случае солнечная шестерня 13, сателлиты 14 и большое зубчатое колесо 16 вращаются как одно целое не изменяя углового положения относительно друг друга, редукция не происходит.

Описанный выше разгон транспортного средства с предлагаемой бесступенчатой коробкой передач иллюстрируется графиком (фиг.5). Из графика видно, что увеличение скорости происходит плавно (без рывков) и двигатель при наборе скорости транспортным средством работает в постоянном режиме, заданном водителем.

При увеличении нагрузки на выходном валу 3 (при движении в гору или при передвижении по мягкому грунту) скорость вращения выходного вала 3 уменьшается. Соответственно уменьшается вращающий момент, передаваемый гидромуфтой 19. Добавочный момент от гидромуфты 19 на большое зубчатое колесо 16 уменьшается и его обороты также плавно уменьшаются до тех пор, пока обороты на выходном валу 3 не будут соответствовать первой скорости транспортного средства (при значительной нагрузке). В этом случае при помощи обгонной муфты прямого хода 25 большое зубчатое колесо 16 фиксируется и скорость транспортного средства более не падает.

При необходимости движения назад производится разрыв цепи передачи вращающего момента с двигателя муфтой сцепления. После остановки транспортного средства рукоятку 30 устанавливают в положение II и вилкой 31 производят зацепление полумуфты 10 с полумуфтой 12, а полумуфты 27 с полумуфтой 29. Далее при помощи муфты сцепления производят подвод вращающего момента от двигателя к входному валу 2. Вращение передается через полумуфту 10, полумуфту 12, паразитную шестерню 6 и шестерню 9 заднего хода промежуточному валу 7. Далее все связи в кинематической схеме осуществляются в порядке, описанному выше, только выходной вал 3 вращается в обратную сторону, а от первоначального проворота большое зубчатое колесо 16 удерживается обгонной муфтой заднего хода 26. Кроме этого гидромуфта 19 работает в неэффективном режиме, передавая незначительную часть крутящего момента. В следствие этого, разгона транспортного средства при движении назад не происходит и движение происходит практически на первой скорости.

При парковании транспортного средства на уклоне необходимо:
если транспортное средство катится вперед рукоятку 30 установить в положение II движение назад;
если транспортное средство катится назад рукоятку 30 установить в положение I движение вперед.

Использование: в автомобилестроении. Сущность: коробка передач содержит устройство включения переднего и заднего хода, устройство передачи на выходной вал основного движения в виде планетарной передачи, устройство регулирования величины крутящего момента и мощности на выходном валу и устройство запирания. Обеспечивается автоматическое регулирование величины оборотов выходного вала в зависимости от нагрузки на нем. 5 ил.

Бесступенчатая коробка передач, содержащая установленные в корпусе ведущий и выходной валы и связывающий их механизм регулирования частоты вращения и крутящего момента на последнем, включающий устройство включения переднего и заднего хода, устройство регулирования величины крутящего момента и мощности на выходном валу, устройство запирания и устройство передачи на выходной вал основного движения в виде жестко закрепленной на валу солнечной шестерни, связанных с ней сателлитов, расположенных на водиле, жестко закрепленном на выходном валу, и большого зубчатого колеса, связанного с сателлитами и установленного в корпусе с возможностью вращения вокруг собственной оси, отличающаяся тем, что в корпусе параллельно ведущему валу и соосно с выходным валом установлен промежуточный вал, на котором закреплена солнечная шестерня, при этом устройство регулирования величины крутящего момента и мощности на выходном валу выполнено в виде жестко закрепленной на выходном валу шестерни обратной связи, связанной с ней гидромуфты с приемной и передающей шестернями и соосно закрепленной на большом зубчатом колесе шестерни, связанной с передающей шестерней гидромуфты, а устройство запирания выполнено в виде шестерни запирания, жестко установленной на вспомогательном валу и входящей в зацепление с большим зубчатым колесом, обгонных муфт прямого и заднего хода, включаемых при помощи муфты вспомогательного вала, причем выходной вал установлен с большим зубчатым колесом одной опорой в последнем, а другой в корпусе, кроме этого, муфта ведущего вала и муфта вспомогательного вала установлены с возможностью одновременного переключения, кроме того, устройство включения переднего и заднего хода выполнено в виде свободно установленных на ведущем валу шестерен переднего и заднего хода с муфтой ведущего вала их зацепления с ведущим валом, паразитной шестерни заднего хода и вторичных шестерен переднего и заднего хода, жестко закрепленных на промежуточном валу.