ПЛАНЕТАРНАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ Российский патент 2002 года по МПК F16H3/54 F16H3/78 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в многоступенчатых коробках передач транспортных средств. В тяжелых транспортных средствах планетарную двухступенчатую коробку передач (демультипликатор) подсоединяют к основной коробке передач для увеличения вдвое числа передач.

Наиболее близкой к заявленному изобретению является планетарная коробка передач, защищенная патентом РФ 3 1835889 (1). Для поочередного соединения коронной шестерни либо с корпусом, либо с выходным валом эта коробка передач имеет две расположенные по равные стороны от коронной шестерни зубчатые полумуфты с наружными конусами трения и два синхронизирующих кольца с внутренними конусами трения. Одна из полумуфт соединена с корпусом, другая - с выходным валом. Коронная шестерня имеет по торцам два зубчатых венца с внутренними зубьями и аксиально направленные пазы с блокирующими и фиксаторными скосами, а синхронизирующие кольца имеют радиальные выступы, размещенные в указанных пазах. На радиальных выступах выполнены также блокирующие скосы, взаимодействующие в процессе переключения передач с блокирующими скосами пазов коронной шестерни с помощью пружин и упорных штифтов фиксаторов, установленных в тангенциально направленных гнездах радиальных выступов синхронизирующих колец. Головки штифтов взаимодействуют с фиксаторными скосами пазов коронной шестерни.

Коронная шестерня подвижна в осевом направлении и связана с механизмом переключения передач. Крайние положения коронной шестерни соответствуют включению либо понижающей передачи при соединении шестерни через полумуфту с корпусом, либо прямой передачи при соединении коронной шестерни через полумуфту с выходным валом. Для переключения передач коронную шестерню перемещают в осевом направлении из одного крайнего положения в другое.

Установка в рабочее положение блокирующих и фиксаторных скосов пазов коронной шестерни относительно блокирующих скосов и фиксаторных штифтов выступов синхронизирующих колец производится за счет ограничения хода колец при упоре их в торцы водила.

В данной конструкции так же, как и в других конструкциях планетарных коробок передач (2) и синхронизаторов, синхронизирующие кольца со стороны, противоположной включенной передаче, опираются при вращении на конические поверхности зубчатых полумуфт и постоянно трутся о них, что естественно приводит к износу конических поверхностей при их холостой (нерабочей) прокрутке. Особенно данный нежелательный эффект проявляется в планетарных коробках передач, которые имеют большие диаметры конических поверхностей, необходимые дня высокой мощности синхронизатора и большие разности оборотов между коническими поверхностями. Так, при включенной прямой передаче, когда полумуфта понижающей передачи, соединенная с корпусом, не вращается, а синхронизирующее кольцо вращается вместе с выходным валом, скорость вращения которого может превышать 3000 об/мин, относительные окружные скорости вращения конических поверхностей имеют большие величины. В существующих планетарных коробках передач они достигают величин 40 м/с и более. При таких окружных скоростях даже при малых величинах дисбаланса синхронизирующего кольца происходит интенсивный износ, а иногда и пригорание конических поверхностей, что приводит к отказам в работе синхронизатора, снижению ресурса его работы. Для уменьшения этого нежелательного явления требуется точная механическая обработка всех (в том числе и нерабочих) поверхностей синхронизирующего кольца или точная балансировка колец. Однако даже эти операции полностью не исключают износа конических поверхностей при их нерабочей прокрутке.

Усовершенствование, реализованное в заявляемом изобретении, направлено на повышение ресурса и безотказности работы коробки передач при сниженной трудоемкости ее изготовления. Непосредственный технический результат, достигаемый при осуществлении этого усовершенствования, заключается в полном исключении соприкосновения конических поверхностей синхронизирующего кольца и зубчатой полумуфты понижающей передачи за счет создания на торце водила цилиндрического пояска, на который опирается синхронизирующее кольцо, и ограничении осевого перемещения синхронизирующего кольца в сторону зубчатой полумуфты понижающей передачи. Данное техническое решение полностью исключает износы конических поверхностей при их холостой прокрутке. При этом не требуется дополнительная механическая обработка нерабочих поверхностей синхронизирующего кольца и его балансировка.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что планетарная коробка передач, содержащая корпус, входной вал, выходной вал, связанный с водилом, торцы которого являются ограничителями хода синхронизирующих колец, планетарный механизм с подвижной в осевом направлении коронной шестерней, имеющей на торцах зубчатые венцы с внутренними зубьями и аксиально направленные пазы, две зубчатые полумуфты с наружными конусами трения, одна из которых соединена с корпусом, а другая - с выходным валом, два синхронизирующих кольца с внутренними конусами трения и радиальными выступами на наружной поверхности, размещенными в упомянутых пазах коронной шестерни, а также подпружиненные в тангенциальном направлении упорные штифты фиксаторов, отличается от вышеописанной известной коробки передач тем, что торец водила, взаимодействующий с синхронизирующим кольцом понижающей передачи, имеет цилиндрический поясок, обеспечивающий радиальный зазор между кольцом и водилом в положении включенной прямой передачи, меньший радиального зазора между коническими поверхностями зубчатой полумуфты понижающей передачи и синхронизирующего кольца, а стенки аксиальных пазов коронной шестерни со стороны фиксаторного скоса имеют уступы, ограничивающие осевое перемещение синхронизирующего кольца в сторону губчатой полумуфты понижающей передачи.

На фиг. 1 показана планетарная коробка передач в положении включенной понижающей передачи; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - планетарная коробка передач в положении включенной прямой передачи; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.3.

В корпусе 1 установлен входной вал 2 с солнечной шестерней 3, выходной вал 4 с водилом 5, имеющим на торце цилиндрический поясок 6, коронная шестерня 7, находящаяся в зацеплении с сателлитами 8, зубчатая полумуфта понижающей передачи 9, жестко связанная с корпусом 1, зубчатая полумуфта прямой передачи 10, соединенная с водилом 5 и через него с выходным валом 4, а также два синхронизирующих кольца 11 и 12.

Коронная шестерня 7 имеет у торцев зубчатые венцы 13 и 14 и аксиально направленные пазы 15 и 16. Пазы выполнены ступенчатыми со скошенными блокирующими уступами 17 и 18 по одной стенке пазов и скошенными фиксаторными уступами 19 и 20 и ограничительными уступами 21 на другой стенке паза.

Коронная шестерня установлена подвижно в осевом направлении и через вилку 20 связана с механизмом переключения (не показан).

Полумуфты 9 и 10 имеют наружные конуса трения 22, 23; синхронизирующие кольца 11, 12 снабжены внутренними конусами 24, 25, а на наружной поверхности имеют радиальные выступы 26, 27, размещенные в пазах 15,16 коронной шестерни. Выступы 26, 27 имеют блокирующие скосы 28, 29, выполненные на торцах, обращенных к коронной шестерне, а также тангенциально направленные цилиндрические гнезда 30, 31. С помощью пружин 32, 33 и упорных штифтов фиксаторов 34, 35, установленных в гнездах 30, 31, синхронизирующие кольца 11, 12 подпружинены в окружном направлении относительно коронной шестерни 7.

Коробка передач работает следующим образом.

При включенной понижающей передаче (см. фиг.1) коронная шестерня 7 занимает крайнее левое положение. Зубчатый венец 13 коронной шестерни взаимодействует с зубчатым венцом 36 полумуфты 9, которая связана с корпусом 1, благодаря чему коронная шестерня 7 также соединяется с корпусом. Крутящий момент передается от входного вала 2 и связанной с ним солнечной шестерни 3 на водило 5 и далее на выходной вал 4.

Передаточное число понижающей передачи i=1+Z8/Z3, где Z3 и Z8 - число зубьев солнечной и коронной шестерен соответственно.

В описанном положении (см. также фиг.2) радиальные выступы 26 синхронизирующего кольца 11 находятся в глубине пазов 15 коронной шестерни 7, а аналогичные синхронизирующего кольца 12 - в начальной расширенной части пазов 16.

При переключении на прямую передачу коронная шестерня 7 посредством вилки 20 перемещают вправо. При этом вместе с коронной шестерней 7 благодаря воздействию ее уступов 20 на фиксаторные штифты 35 синхронизирующего кольца 12 перемещается вправо и синхронизирующее кольцо 12. При дальнейшем движении коронной шестерни 7 зубчатый венец 13 расцепляется с венцом 26 зубчатой полумуфты 9, освобождая коронную шестерню 7, т.е. позволяя ей вращаться относительно общей оси планетарного механизма. Затем конус трения 25 кольца 12 упирается в конус трения 23 полумуфты 10. Осевое перемещение кольца 12 прекращается и благодаря разности окружных скоростей на кольце возникает момент трения, прижимающий радиальные выступы 27 кольца к боковым стенкам пазов 16 коронной шестерни, а блокирующие скосы 18 коронной шестерни встречаются с блокирующими скосами 29 синхронизирующего кольца 12. Для дальнейшего перемещения ее вправо необходимо, чтобы она развернулась в окружном направлении относительно синхронизирующего кольца. Однако в результате взаимного трения конусов этому препятствует синхронизирующий момент трения. Коронная шестерня получает возможность дальнейшего осевого перемещения только после выравнивания (синхронизации) угловых скоростей синхронизирующего кольца 12 и зубчатой полумуфты 10. Как только угловые скорости выравнятся и момент трения снизится до 0, начинается дальнейшее движение коронной шестерни. При этом ее блокирующие скосы 18 переместятся по скосам 29 синхронизирующего кольца, развернув кольцо относительно коронной шестерни. Радиальные выступы переместятся в глубь пазов 16, а штифты 35 сдвинутся в глубь гнезда 16 (см. фиг.3, 4). Зубчатый венец 14 коронной шестерни войдет в зацепление с зубчатым венцом 37 полумуфты 10, соединенной с водилом 5. Планетарный ряд блокируется и все детали планетарного механизма, за исключением зубчатой полумуфты понижающей передачи, будут вращаться с одинаковыми оборотами, равными оборотам солнечной шестерни 3 (входного вала 2). При этом передаточное отношение коробки передач равно 1 (прямая передача).

С началом перемещения коронной шестерни 7 вправо всесте с ней под воздействием сил трения перемещается также и левое синхронизирующее кольцо 11, при этом его радиальные выступы 26 остаются в глубине пазов 15 до тех пор, пока кольцо 11 своим торцем не упрется в торец 38 водила и не прекратит свое осевое перемещение. При дальнейшем движении коронной шестерни вправо пазы 15 шестерни переместятся относительно выступов 26 кольца 11 и выступы сместятся в расширенную часть паза, минуя уступы 17 и 19. В этом положении фиксаторные штифты 34 будут находиться в канавке между фиксаторными 19 и ограничительными 21 уступами, что исключает возможность перемещения синхронизирующего кольца 11 в сторону зубчатой полумуфты понижающей передачи 9. В этом положении синхронизирующее кольцо будет находиться над цилиндрическим пояском 6 водила, диаметр которого выбран из условия D1-D<D2-D3, где D - диаметр центрирующего пояска водила; D1 - меньший диаметр конуса синхронизирующего кольца; D2 и D3 - диаметры конусов синхронизирующего кольца и губчатой полумуфты понижающей передачи в одной из плоскостей вращения.

При таком исполнении радиальный зазор между синхронизирующим кольцом и цилиндрическим пояском водила, которые вращаются с одинаковыми угловыми скоростями, меньше радиального зазора между коническими поверхностями кольца и полумуфты. При появлении сил от дисбаланса синхронизирующее кольцо смещается радиально в пределах зазора между кольцом и водилом, кольцо опирается на центрирующий поясок водила и прекращает радиальное перемещение. При этом между коническими поверхностями кольца и полумуфты остается гарантированный радиальный зазор, равный величине (D2-D3)=(D1-D). Таким образом, соприкосновение и износ конических поверхностей, имеющих большие разности окружных скоростей, исключены.

Стабильность радиального зазора между коническими поверхностями обеспечивается невозможностью перемещения синхронизирующего кольца в сторону зубчатой полумуфты за счет ограничительного уступа 21.

Процесс обратного переключения на понижающую передачу происходит аналогичным образом. В положении включенной понижающей передачи коронная шестерня 7 и синхронизирующее кольцо 12 через муфту понижающей передачи соединены с корпусом 1 и поэтому не вращаются. Радиальные силы от дисбаланса синхронизирующего кольца отсутствуют, в связи с этим выполнять цилиндрический поясок на правом торце водила нет необходимости.

Источники информации:
1. Патент РФ 1835889 МПК F 16 Н 3/44.

2. 2. Патент ЕПВ 0239555 МПК F 16 Н 3/44.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в многоступенчатых коробках передач транспортных средств. Торец водила планетарного механизма взаимодействует с синхронизирующим кольцом понижающей передачи, имеет цилиндрический поясок, обеспечивающий радиальный зазор между кольцом и водилом в положении включенной прямой передачи и меньший радиального зазора между коническими поверхностями синхронизирующего кольца и зубчатой полумуфты понижающей передачи. На коронной шестерне на каждой стенке со стороны фиксаторных штифтов выполнены ограничительные уступы, обеспечивающие стабильный зазор между коническими поверхностями. Реализованное техническое решение исключает соприкосновение конических поверхностей синхронизирующего кольца и зубчатой полумуфты понижающей передачи. При этом не требуются дополнительная механическая обработка нерабочих поверхностей синхронизирующего кольца и его балансировка. 4 ил.

Планетарная коробка передач, содержащая корпус, входной и выходной валы, планетарный механизм с подвижной в осевом направлении коронной шестерней, имеющей у торцов зубчатые венцы с внутренними зубьями и аксиально направленные пазы, имеющие по одному скошенному уступу на каждой стенке, две зубчатые полумуфты с конусами трения, из которых одна соединена с корпусом, а другая с входным или выходным валом, два синхронизирующих кольца с конусами трения и радиальными выступами, размещенными в упомянутых пазах коронной шестерни и имеющими блокирующие скосы, выполненные на торцах, обращенных к коронной шестерне, а также тангенциально направленные цилиндрические гнезда, в которых размещены пружины и упорные штифты фиксаторов, отличающаяся тем, что торец водила, взаимодействующий с синхронизирующим кольцом понижающей передачи, имеет цилиндрический поясок, обеспечивающий радиальный зазор между кольцом и водилом в положении включенной прямой передачи, меньший радиального зазора между коническими поверхностями синхронизирующего кольца и полумуфты понижающей передачи, а стенки аксиальных пазов коронной шестерни со стороны упорных штифтов фиксаторов имеют ограничительные уступы, обеспечивающие стабильный зазор между коническими поверхностями кольца и полумуфты.