ДВУХПОТОЧНАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ Российский патент 1998 года по МПК B60K17/08 

Изобретение относится к трансмиссиям транспортных машин и касается выполнения двухпоточной ступенчатой коробки передач.

Известна двухпоточная коробка передач, на первичном валу которой выполнен фланец, с двух сторон от которого размещены зубчатые колеса, соединенные с этим фланцем посредством свободно установленного пальца, проходящего через фланец, а концы этого пальца имеют опоры на упомянутых зубчатых колесах [а.с. 1521620, кл. B 60 K 17/08]. При этом, каждое из указанных зубчатых колес зацеплено с приводами промежуточных валов коробки передач, а между собой они соединены находящейся в свободном состоянии пружинным элементом, для взаимной угловой ориентации зубчатых колес и, соответственно, промежуточных валов.

В этой двухпоточной коробке передач, благодаря применению проходящего через фланец первичного вала плавающего пальца, происходит разделение потока мощности по промежуточным валам при работе в двухпоточном режиме. К преимуществу этой коробки передач следует отнести возможность радиального центрирования на валах всех зубчатых колес, что позволяет муфты переключения передач выполнить с синхронизаторами. Если же в известной коробке передач будет установлена нейтраль или включена прямая передача, то из-за наличия между двумя зубчатыми колесами первичного вала пружинного элемента эти зубчатые колеса будут занимать определенное положение. При этом, через зубчатые колеса первичного вала, промежуточные валы и зубчатые колеса вторичного вала, имеет место ряд замкнутых кинематических контуров. Для предотвращения появления циркуляции мощности необходимо в этих контурах иметь гарантированные зазоры, что обеспечивается высокой угловой точностью взаимного расположения зубчатых колес на промежуточных валах и повышенной точностью изготовления зубчатых венцов всех колес.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение трудоемкости изготовления двухпоточной коробки передач и снижение шума при ее работе.

Снижение трудоемкости изготовления двухпоточной коробки передач и уменьшение шума обеспечено путем размыкания кинематического контура по зубчатым колесам первичного вала, за счет введения угловой ориентации промежуточных валов через зубья зубчатого колеса, установленного на выходном валу.

Для этого в двухпоточной коробке передач на промежуточных валах установлены с возможностью относительного поворота дополнительные зубчатые колеса, входящие в зацепление с одним из зубчатых колес на выходном валу , каждое из которых соединено с соответствующим промежуточным валом в поворотном направлении с помощью предварительно затянутого пружинного элемента. Предусмотрено также осевое поджатие друг к другу дополнительного зубчатого колеса и колеса, закрепленного на промежуточном валу, что также демпфирует колебательные процессы.

Другой задачей изобретения является увеличение числа переключаемых ступеней в двухпоточном режиме работы.

Это достигается тем, что соосно с первичным валом расположен входной вал, на котором установлена имеющая возможность поворота относительно входного вала втулка с фланцем, в котором свободно установлен другой палец, концы которого расположены по обе стороны этого фланца в зубчатых колесах, каждое из которых соединено с другим зубчатым колесом, закрепленным на промежуточном валу. При этом входной вал имеет возможность соединения дополнительной переключающей муфтой с указанной втулкой или первичным валом.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема двухпоточной коробки передач; на фиг. 2 - зубчатые колеса, установленные на первичном валу, разрез; на фиг. 3 - конструктивное выполнение зубчатых колес, установленных на промежуточном валу, разрез; на фиг. 4 - разрез по А-А на фиг. 3; на фиг. 5 - разрез по Б-Б на фиг. 3; на фиг. 6 - вид по стрелке В на фиг. 3; на фиг. 7 - конструктивная схема коробки передач, обеспечивающей удвоение числа переключаемых ступеней; на фиг. 8 - конструктивная схема зубчатых колес входного вала, разрез.

Коробка передач содержит картер 1 /фиг. 1/, через который проходит первичный вал 2, на котором установлены с возможностью поворота одинаковые по делительному диаметру зубчатые колеса 3 и 4. Соосно с первичным валом 2 расположен выходной вал 5, на конце которого имеется фланец 6.

На выходном валу 5 закреплены переключающие муфты 7 и 8 и установленные с возможностью вращения зубчатые колеса 9, 10 и 11. Симметрично выходному валу 5 установлены два промежуточных вала 12 и 13. На промежуточном валу 12 жестко закреплены зубчатые колеса 14, 15, 16 и 17. Зубчатое колесо 14, через которое осуществляется привод промежуточного вала 12, зацеплено с зубчатым колесом 3. Зубчатые колеса 15, 16 и 17 зацеплены, соответственно, с колесами 9, 10 и 11. Зубчатые колеса 18, 19, 20 и 21 жестко закреплены на промежуточном валу 13 и зацеплены, соответственно, с зубчатыми колесами 4, 9, 10 и 11. При этом, через зубчатое колесо 18 осуществляется привод промежуточного вала 13.

Для осуществления сборки и поочередного использования каждого из рядов зубчатых колес 21, 11, 17 или 20, 10, 16 или 19, 9, 15, без появления в других рядах циркуляции мощности, межзубцовые зазоры в этих рядах выполняются возрастающими, по мере увеличения диаметра зубчатых колес на промежуточном валу. Первичный вал 2 имеет расположенный между зубчатыми колесами 3 и 4 фланец 22 /фиг. 2/.

На фланце 22 и зубчатых колесах 3 и 4 выполнены соосно расположенные отверстия 23, в которые, например, через три сферических подшипника 24, вставлен палец 25.

Для предотвращения выскакивания пальца 25 и создания, например, некоторого осевого поджатия зубчатых колес 3 и 4 к фланцу 22, установлены, имеющие осевое пружинение, кольца 26, фиксируемые на первичном валу с помощью стопорного кольца 27. На промежуточных валах 12 и 13 свободно установлены узкие дополнительные зубчатые колеса 28 и 29, входящие в зацепление с одним из зубчатых колес выходного вала, например, с зубчатым колесом 9. При этом, ширина зубчатого венца колеса 9 больше, чем ширина соединенных с ним и закрепленных на промежуточных валах зубчатых колесах 15 и 19.

Дополнительные зубчатые колеса 28 и 29 соединены с промежуточным валами 12 и 13 через предварительно сдеформированные пружины кручения 30 и 31. При этом, пружины кручения 30 и 31 создают на дополнительных зубчатых колесах 28 и 29 крутящий момент, под действием которого зубья колес 15 и 19 промежуточных валов, например, поджаты к зубьям колеса 9 с рабочей стороны на тяговом режиме работы.

Зубчатое колесо 19/15/ может быть закреплено на промежуточном валу 13 /12/, например, посредством шпонки 32 и стопорных колец 33 /фиг. 3/. Пружина кручения 31 /30/, установленная на промежуточном валу /фиг. 3/, выполнена в виде скобы, концы которой 34 и 35 упираются в выступы, например, штифты 36 и 37, соединенные, соответственно, с зубчатыми колесами 19 и 29 /фиг. 4, фиг. 5/.

При этом, пружина кручения 31 размещена внутри зубчатого колеса 19 /15, закрепленного на промежуточном валу /фиг. 3/. Дополнительное зубчатое колесо 29 /28/ в осевом направлении поджато к зубчатому колесу 19 /15/ пружинным элементом 38, упирающимся, например в стопорное кольцо 39.

Толщина зуба S₁ дополнительного зубчатого колеса 29 /28/ выполнена меньше толщины зуба S зубчатого колеса 19, например, на делительном диаметре. Для упрощения сборки коробки передач эти зубчатые колеса временно соединяются монтажным штифтом 40, вставленным в соосно расположенные в этих колесах отверстия 41. В двухпоточной коробке передач /фиг. 1/ две ступени переключаются муфтой 7 и две ступени - муфтой 8. При нахождении переключающих муфт 7 и 8 в положении, показанном на фиг. 1. в коробке передач получается нейтраль, т.е. выходной вал кинематически не связан с первичным валом.

Коробка передач также имеет входной вал 42, на котором установлена втулка 43, имеющая возможность вращения относительно входного вала 42 /фиг. 7, фиг. 8/. Входной вал 42 расположен соосно с первичным валом 2. Втулка 43 содержит фланец 44, с двух сторон от которого свободно установлены зубчатые колеса 45 и 46, имеющие одинаковый делительный диаметр, которые зацеплены с зубчатыми колесами 47 и 48, жестко закрепленными на промежуточных валах 12 и 13.

На входном валу 42 закреплена переключающая муфта 49. Полумуфты 50 и 51 закреплены, соответственно, на втулке 43 и первичном валу 2. В зубчатых колесах 45 и 46, а также в фланце 44, выполнены соосные отверстия 52, через которые проходит палец 53, соединяемый с указанными деталями, например, через сферические подшипники 54. Для повышения надежности и долговечности, пальцев 53 может быть несколько.

С целью некоторого осевого поджатия зубчатых колес 45 и 46 к фланцу 44, предусмотрены упругие в осевом направлении кольца 55, фиксируемые на втулке 43, например, с помощью стопорных колец 56. Для передачи мощности с входного вала 42 к выходному валу 5, в коробке передач /фиг. 7/ должна быть включена переключающая муфта 49 /вправо или влево/ и одна из муфт 7 или 8. Благодаря этому коробка передач /фиг. 7/ имеет восемь переключаемых ступеней.

Если включить одну из понимающих ступеней, например, путем перевода переключающей муфты 7 вправо /фиг. 1/, и подвести к первичному валу 2 крутящий момент, то вал 2 начнет поворачиваться. Крутящий момент, подводимый к первичному валу, через фланец 22 и палец 25 передается на зубчатые колеса 3 и 4.

Каждое из колес 3 и 4 будет нагружено крутящим моментом, приблизительно равным половине крутящего момента на первичном валу. При этом, зубчатые колеса 3 и 4 в поворотном направлении займут такое положение, при котором, между зубьями этих колес и зубьями зацепленных с ними зубчатых колес 14 и 18 промежуточных валов, будут выбраны зазоры. Следовательно, практически будут одинаково нагружены крутящим моментом промежуточные валы 12 и 13, т.е. будет осуществляться двухпоточная передача мощности к выходному валу 5.

Аналогично, двухпоточная передача мощности будет передаваться к выходному валу 5, если включить одну из других понижающих ступеней, например, путем перевода переключающей муфты 8 влево, или вправо. Благодаря самоустанавливаемости в поворотном направлении зубчатых колес 3 и 4, что обеспечивается пальцем 25, через зубчатые колеса 14 и 18 приводов промежуточных валов не может образоваться кинематически замкнутый контур. Следовательно, нет причины для появления паразитной циркуляции мощности, приводящей к большим потерям и разрушению коробки передач.

Более того, даже если одно из зубчатых колес 14 или 18 в поворотном направлении будет закреплено на промежуточном валу с определенным угловым сдвигом /ошибкой/, то это приведет только к некоторому повороту оси пальца 25 относительно оси первичного вала, без нарушения кинематики. Таким образом, введенная угловая ориентация промежуточных валов по беззазорному зубчатому соединению закрепленных на нем зубчатых колес /15 и 19/ с зубчатым колесом 9, установленным на выходном валу, позволяет снизить необходимую точность изготовления зубчатых колес 3, 4, 14 и 18, а также уменьшить точность угловой ориентации зубчатых колес 14 и 18 на промежуточных валах. Поэтому, межзубцовые зазоры на зубчатых колесах 3, 14 и 4, 18 могут выбираться только исходя из требований зубчатого зацепления, а не наличия замкнутых контуров, что имеет место в известной коробке передач.

Другим преимуществом коробки передач /фиг. 1/ является возможность выполнения зубчатых колес 3, 4 и с нечетным числом зубьев.

Беззазорное соединение зубчатых колес 19, 9 и 15, 9, обеспечиваемое введением дополнительных зубчатых колес 29, 28 и пружинных элементов 31, 30, позволяет также снизить шумность коробки передач. Все зубчатые колеса коробки передач /фиг. 1/ имеют хорошее центрирование, что обеспечивает высокую долговечность соединяемых с ними переключающих муфт.

Аналогично, двухпоточная передача мощности будет осуществляться, если ступень в коробке передач включить с помощью переключающей муфты 8. При переводе переключающей муфты 8 влево, мощность от промежуточных валов будет передаваться через зубчатые колеса 16, 10, 20. Если же переключающую муфту 8 перевести вправо, то мощность к выходному валу передается через зубчатые колеса 17, 11, 21. Однако, и на этих двух ступенях в коробке передач, благодаря пружинам кручения 31 и 30, зубчатое колесо 9 остается беззазорно, с некоторым натягом, соединенным с зубчатым колесами 19, 29 и 15, 28. Благодаря этому демпфируются крутильные колебания вращающихся деталей коробки передач, следствием чего является снижение шумности при работе и повышение долговечности.

Прямая ступень включается переводом переключающей муфты 7 влево. При работе на прямой ступени мощность с первичного вала непосредственно передается к выходному валу 5. Благодаря пружинам кручения 30 и 31, при движении на прямой передаче, или на нейтрали, промежуточные валы имеют четкую беззазорную угловую ориентацию относительно зубьев зубчатого колеса 9, а зубчатые колеса 3 и 4 самоустанавливаются относительно зубчатых колес 14 и 18. Это предотвращает возможность появления крутильных колебаний промежуточных валов, а также заклинивания и циркуляции мощности в рядах зубчатых колес 20, 10, 16 и 21, 11, 17, следствием чего является снижение шумности и повышение долговечности коробки передач.

Выполнение пружин кручения 31 /30/ в виде скобы и размещение ее в зубчатом колесе 9 позволяет улучшить компактность конструкции и ввести осевой поджим дополнительного зубчатого колеса 29 к зубчатому колесу 19. Это также улучшает демпфирование колебаний вращающихся деталей коробки передач, например, связанных с биением зубчатых венцов, и ведет к снижению шумности.

Уменьшение толщины зуба S₁ дополнительного зубчатого колеса 29 /28/ по сравнению с толщиной зуба S зубчатого колеса 19 /15/, и введение взаимной фиксации этих колес посредством штифта 40, позволяет упростить сборку коробки передач. После установки промежуточных валов, штифты 40 вынимаются и, под действием пружин кручения 30, 31, происходит угловая ориентация промежуточных валов.

В коробке передач /фиг. 7/, благодаря пружин кручения 30 и 31, валы 12 и 13 обеспечивают угловую ориентацию также и зубчатых колес 45 и 46. Прямая ступень включается путем перевода переключающей муфты 49 вправо, т.е. соединения ее с полумуфтой 51, и перевода переключающей муфты 7 влево.

При вращении входного вала 42, на промежуточные валы 12 и 13 вращение передается от зубчатых колес 3 и 4, как это ранее было описано. Зубчатые колеса 47 и 48 приводят во вращение зубчатые колеса 45 и 46, которые, благодаря пальца 53, в угловом направлении свободно устанавливаются на втулке 43 и вращают ее относительно входного вала 42. Таким образом, зубчатые колеса 48, 46, 45, 47 не создают замкнутого контура между собой и с другими зубчатыми колесами коробки передач.

При переводе переключающих муфт 49 и 7 влево, включается другая ступень в коробке передач /фиг. 7/. С входного вала 42, через втулку 43, палец 53, и самоустанавливающиеся в угловом положении зубчатые колеса 45 и 46, вращение передается на промежуточные валы 12 и 13 посредством зубчатых колес 47 и 48 /фиг. 7, фиг. 8/. Далее, через зубчатые колеса 18, 4 и 14, 3, крутящий момент двумя потоками подводится к пальцу 25 /фиг. 2/, а от него, через опору на фланце 22, на первичный вал 2, и связанный с ним выходной вал 5.

Таким образом, крутящий момент от входного вала 42 к выходному валу 5 передается двумя потоками через промежуточные валы 12 и 13, но кинематически разомкнутый, самоустанавливающийся контур, состоящий из зубчатых колес 45, 47, 14, 3, 4, 18, 48, 46. Указанное предотвращает появление паразитной мощности.

Благодаря применению сферических подшипников 54 на пальце 53 /фиг. 8/, удельные нагрузки в опорах с зубчатыми колесами 45 и 46 и на фланце 44 получаются низкими, что дополнительно повышает долговечность коробки передач.

Определенное осевое поджатие зубчатых колес 45 и 46 к фланцу 44, посредством упругого кольца 55, препятствует возникновению колебательных крутильных колебаний зубчатых колес 45 и 46, что ведет к снижению шумности работы коробки передач и повышению ее долговечности. При этом, промежуточные валы 12 и 13 посредством дополнительных зубчатых колес 28, 29 и пружинных элементов 30 и 31 также остаются задемпфированными, как это было изложено при описании работы коробки передач по фиг. 1.

Если же переключающие муфты 49 и 7 будут переведены вправо /или вместо муфты 7 будет включена переключающая муфта 8/, то передача мощности в коробке передач /фиг. 7/ будет происходить как в ранее описанной схеме по фиг. 1. При этом, самоустанавливающиеся зубчатые колеса 45 и 46, а также втулки 43, будут свободно вращаться относительно входного вала 42.

Таким образом, коробка передач по схеме /фиг. 7/, с помощью ранее описанных по фиг. 1 дополнительных зубчатых колес 28, 29 и их пружинных элементов 30, 31, обеспечивает угловую ориентацию промежуточных валов 12, 13 при вдвое большем числе переключаемых ступеней и сохранении преимуществ по предотвращению появления замкнутых кинематических контуров через зубчатые колеса 45, 46 входного вала и зубчатые колеса 3, 4 первичного вала.

Для использования в транссмисиях транспортных машин. Двухпоточная коробка передач содержит первичный вал с фланцем, через который проходят свободно установленные пальцы, концы которых расположены в двух установленных по обе стороны фланца зубчатых колесах. Каждое из них зацеплено с зубчатыми колесами приводов промежуточных валов. На промежуточных валах также закреплены зубчатые колеса, зацепленные с зубчатыми колесами, установленными на соосно расположенном с первичным валом выходном валу. На выходном валу закреплены переключаемые зубчатые муфты для соединения выходного вала с расположенными на нем зубчатыми колесами или с первичным валом. На промежуточных валах установлены с возможностью поворота дополнительные зубчатые колеса, закрепленные с одним из указанных зубчатых колес выходного вала. При этом, дополнительные зубчатые колеса соединены с соответствующими промежуточными валами через предварительно затянутые пружины крепления. 6 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Двухпоточная коробка передач, содержащая первичный вал с фланцем, через который проходят свободно установленные пальцы, концы которых расположены в двух установленных на первичном валу по обе стороны фланца зубчатых колесах, каждое из них зацеплено с зубчатыми колесами приводов промежуточных валов, имеющих также закрепленные на промежуточных валах зубчатые колеса, зацепленные с зубчатыми колесами, установленными на соосно расположенном с первичным валом выходном валу, при этом выходной вал соединен с зубчатыми муфтами с установленными на нем зубчатыми колесами или с первичным валом, отличающаяся тем, что на промежуточных валах установлены с возможностью относительного поворота дополнительные зубчатые колеса, зацепленные с одним из упомянутых зубчатых колес на выходном валу и соединенные каждое с соответствующим промежуточным валом с помощью предварительно затянутой пружины кручения. 2. Коробка передач по п.1, отличающаяся тем, что толщина зуба дополнительного зубчатого колеса, например, на делительном диаметре, меньше толщины зуба, закрепленного на промежуточном валу колеса, а при установке промежуточного вала эти колеса временно соединены штифтом. 3. Коробка передач по п.1, отличающаяся тем, что пружина кручения выполнена в виде скобы, охватывающей промежуточный вал, концы которой оперты в выступы на зубчатом колесе, закрепленном на промежуточном валу, и на дополнительном зубчатом колесе. 4. Коробка передач по п.1, отличающаяся тем, что пружина кручения расположена внутри зубчатого колеса, закрепленного на промежуточном валу. 5. Коробка передач по п.1, отличающаяся тем, что закрепленное на промежуточном валу зубчатое колесо и дополнительное зубчатое колесо поджаты друг к другу в осевом направлении пружинным элементом. 6. Коробка передач по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена соосно расположенным с первичным валом входным валом, на котором установлена имеющая возможность поворота относительно входного вала втулка с фланцем, в котором свободно установлен другой палец, концы которого расположены по обе стороны указанного фланца в зубчатых колесах, каждое из которых соединено с другим зубчатым колесом, закрепленным на промежуточном валу, при этом входной вал имеет возможность соединения дополнительной переключающей муфтой с указанной втулкой или первичным валом. 7. Коробка передач по п.6, отличающаяся тем, что другой палец соединен с фланцем втулки и установленными по обе стороны этого фланца зубчатыми колесами посредством сферических подшипников.