КОРОБКА ПЕРЕДАЧ Российский патент 2003 года по МПК B60K17/08 F16H37/08 

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к трансмиссии транспортных машин.

Известны агрегаты трансмиссии со ступенчатым изменением передаточных чисел, содержащие шестерни, валы, опоры, устройства переключения передач, применяемые на отечественных и зарубежных автомобилях (Автомобили: Конструкция, конструирование и расчет. Трансмиссия./Под ред. А.И. Гришкевича. - Мн.: Выш. шк., 1985. - 240 с.).

Эти агрегаты конструктивно сложны, металлоемки.

Наиболее близкой к предлагаемой коробке передач (КП) является КП по патенту RU 2053138 (Бюл. N 3 от 27.01.1996).

Коробка передач содержит корпус агрегата, в котором расположены трехвальный соосный редуктор с четырьмя парами взаимозацепленных шестерен внешнего зацепления, шестерни на первичном и вторичном валах редуктора установлены свободно, между ними расположены три муфты переключения передач, шестерни на промежуточном валу объединены в два блока, между этими блоками шестерен установлена еще одна муфта переключения, взаимосвязанная вилкой переключения с муфтой, расположенной на свободно установленной шестерне соосного вала, на выходе этого редуктора расположен простой трехзвенный планетарный механизм с водилом, сателлитами, солнечной шестерней и эпициклическим колесом, первичный, вторичный валы редуктора, выходной вал водила и выходной вал агрегата расположены соосно, корпус эпициклического колеса, выходной вал водила и выходной вал агрегата имеют рядом расположенные зубчатые венцы, на зубчатом венце выходного вала агрегата установлена муфта переключения.

Описанная КП проще типовых конструкций трансмиссионных агрегатов, приведенных в книге, обеспечивает достаточный диапазон передаточных чисел (отношение передаточных чисел низшей передачи к высшей), но имеет ограниченные эксплуатационные возможности при малых скоростях движения из-за большого интервала между первой и второй передачами, а также снижения кпд агрегата при работе планетарного механизма в суммирующем режиме, особенно при значительных передаточных числах (первая передача и задний ход).

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в расширении эксплуатационных возможностей транспортного средства.

Поставленная задача решается за счет увеличения числа передач как переднего хода с четырнадцати до шестнадцати, так и заднего хода с одной передачи до восьми, равномерного распределения передач по диапазону, исключения работы планетарного механизма в суммирующем режиме с низким кпд.

Указанный технический результат достигается тем, что коробка передач, содержащая корпус агрегата, в котором расположены трехвальный соосный редуктор с четырьмя парами взаимозацепленных шестерен внешнего зацепления, шестерни на первичном и вторичном валах соосного редуктора установлены свободно, между ними расположены три муфты переключения передач, шестерни на промежуточном валу объединены в два блока, между этими блоками установлена еще одна муфта переключения, взаимосвязанная вилкой переключения с муфтой, расположенной на свободно установленной шестерне соосного вала, на выходе этого соосного редуктора расположен простой трехзвенный планетарный механизм с водилом, сателлитами, солнечной шестерней и эпициклическим колесом, первичный, вторичный валы редуктора, выходной вал водила и выходной вал агрегата расположены соосно, корпус эпициклического колеса, выходной вал водила и выходной вал агрегата имеют рядом расположенные зубчатые венцы, на зубчатом венце выходного вала агрегата установлена муфта переключения, солнечная шестерня планетарного механизма закреплена на вторичном валу редуктора, корпус эпициклического колеса и трубчатый вал привода водила имеют рядом расположенные зубчатые венцы, рядом с ними на внутренней стенке корпуса агрегата расположен зубчатый венец, на котором установлена муфта переключения, взаимосвязанная ползуном с муфтой переключения выходного вала агрегата, внутренний венец которой имеет увеличенную ширину.

Планетарный механизм (ПМ) коробки передач прототипа обеспечивает два режима работы: один, при котором крутящий момент поступает на два звена: солнечную шестерню и водило, а снимается с третьего звена - эпициклического колеса; и второй, при котором два звена ПМ замыкаются между собой, ПМ блокируется и работает с передаточным числом U_(bh)=1. Число передач агрегата равно удвоенному числу передач соосного редуктора минус одна - пятнадцать передач: четырнадцать передач переднего хода и одна - заднего хода. Распределение передач по диапазону неоптимально - интервалы между передачами увеличиваются в зоне низших передач, при больших передаточных числах резко снижается кпд агрегата. Возможен вариант подбора скоростей вращения ведущих звеньев, при котором выходное звено будет неподвижным, т.е. кпд агрегата в таком случае равно нулю.

Предлагаемое техническое решение позволяет реализовать три режима работы ПМ: U^b _ah= К+1; U_(bh)= 1; U^h _ab=-К. Число передач агрегата равно утроенному числу передач соосного редуктора - 24 передачи: 16 передач переднего хода и 8 передач заднего хода. Распределение передач по диапазону оптимально - обеспечиваются равные интервалы между передачами, исключены передачи в суммирующем режиме работы ПМ с низким кпд.

На фиг. 1 изображена схема КП, на фиг.2 - лучевая диаграмма и таблицы положения муфт переключения на различных передачах переднего хода (вверху) и заднего хода (внизу).

На средней оси лучевой диаграммы нанесены две шкалы: вверху - равномерная шкала логарифма величины передаточных чисел, внизу - неравномерная шкала величин передаточных чисел. Вертикальный луч соответствует передаточному числу, равному единице. Чем больше наклон луча, тем выше величина передаточного числа. В логарифмическом масштабе наклон луча постоянный на любом участке лучевой диаграммы. Лучи пар шестерен внешнего зацепления обозначены I, II, III и IV; а лучи, характеризующие режимы работы планетарного механизма, - U=1,0; U^b _ah и U^h _ab.

В опорах корпуса агрегата 1 соосно расположены первичный вал 2, вторичный вал 3, выходной вал водила 4 и выходной вал агрегата 5. Параллельно им установлен промежуточный вал 6, на котором расположены два блока шестерен внешнего зацепления 7, 8 и 9, 10. Эти шестерни взаимозацеплены соответственно с шестернями внешнего зацепления 11, 12, 13 и 14, свободно установленными на первичном 2 и вторичном 3 валах. На вторичном валу 3 закреплена солнечная шестерня 15, которая зацеплена с сателлитами 16, установленными на осях водила 17 и зацепленными с эпициклическим колесом 18. Трубчатым валом 19 корпус эпициклического колеса 18 соединен с зубчатым венцом 20. На выходном валу водила 4 рядом с зубчатым венцом 20 закреплен зубчатый венец 21. На выходном валу агрегата 5 рядом с зубчатыми венцами 20 и 21 закреплен зубчатый венец 22. На корпусе эпициклического колеса 18 со стороны сосного редуктора расположен зубчатый венец 23. На трубчатом валу 24 привода водила 17 рядом с зубчатым венцом 23 расположен зубчатый венец 25. Зубчатый венец 26 закреплен на внутренней стенке корпуса агрегата 1 рядом с зубчатыми венцами 25 и 23. Муфты переключения 27 (А), 28 (В) и 29 (С) установлены соответственно между шестернями 11-12, 12-13 и 13-14. Муфта 30 установлена на шестерне 9 и взаимосвязана вилкой переключения 31 с муфтой 28. Муфта 32 (Д) расположена на зубчатом венце 26. Муфта переключения 33 (Е), внутренний венец которой имеет увеличенную ширину, установлена на зубчатом венце 22 выходного вала 5. Ползун 34 подвижно соединен с муфтами переключения 32 и 33.

Вместо промежуточного вала 6, совмещенного с блоком шестерен 9 и 10, при малом межосевом расстоянии до валов 2 и 3 возможна установка оси с расположенными на ней двумя блоками шестерен: 7-8 и 9-10.

Работа КП осуществляется следующим образом.

Первая передача
Муфты переключения А (27) и В (28 и 30) находятся в левом положении (Л) - (см. фиг.2, таблица вверху справа), муфта переключения С (29) - в правом положении (П), муфты переключения Д и Е (32 и 33) - в правом положении (III). В этом случае муфта А соединяет шестерню 11 с первичным валом 2, муфта В: (28) - разобщает шестерни 12 и 13, (30) - соединяет шестерни 8 и 9 блоков шестерен промежуточного вала 6, муфта С (29) соединяет шестерню 14 с вторичным валом 3, муфта Д (32) останавливает эпициклическое колесо 18 (b) относительно корпуса агрегата 1, а муфта Е соединяет зубчатый венец 21 выходного вала водила 4 с зубчатым венцом 22 выходного вала агрегата 5. Планетарный механизм (ПМ) находится в режиме с передаточным числом U^b _ah=К+1. Верхний символ указывает на остановленное звено - b, нижние символы - на звенья входа (а - солнечная шестерня) и выхода (h - водило) крутящего момента, К - внутренний параметр ПМ, равный отношению чисел зубьев эпициклического колеса и солнечной шестерни - для приведенного на лучевой диаграмме варианта исполнения ПМ он равен 3,6; а передаточное число ПМ равно 4,6.

Крутящий момент от первичного вала 2 муфтой переключения А передается на шестерню 11, от нее на шестерню 7 (пара шестерен I), далее по трубчатому валу блока и муфте 30 на шестерню 9, по валу 6 на шестерню 10 и от нее на шестерню 14 (пара шестерен IV). От шестерни 14 муфтой переключения С (29) крутящий момент передается на вторичный вал 3 и солнечную шестерню 15. Солнечная шестерня 15 вращает сателлиты 16, которые, обкатываясь по остановленному эпициклическому колесу 18, передают увеличенный крутящий момент на водило 17, выходной вал водила 4, зубчатый венец 21, муфту переключения Е (33), зубчатый венец 22 и выходной вал 5.

На лучевой диаграмме этой передаче соответствуют три последовательно соединенных луча: из т.0 на средней шкале слева (см. фиг.2) луч I направо вниз, затем луч IV направо вверх и далее пологий луч U^b _ah к т.1 справа па верхней шкале.

Вторая передача
Перемещаем муфту В в правое положение - муфта 28 соединяет шестерни 12 и 13, муфта 30 разъединяет шестерни 8 и 9, при этом включаются в работу пары шестерен II и III.

Крутящий момент от первичного вала 2 передается муфтой А на шестерню 11, далее на шестерню 7, по трубчатому валу на шестерню 8, от нее на шестерню 12, по муфте 28 на шестерню 13, далее на шестерню 9, затем как на предыдущей передаче.

На лучевой диаграмме этой передаче соответствуют пять лучей: I - направо вниз, II - налево вверх, III - налево вниз, IV - направо вверх и U^b _ah - также направо вверх к т.2.

Третья передача
Переключаем муфту А из левого положения в правое, а муфту В - в левое - муфта 28 разъединяет шестерню 12 с шестерней 13 и муфтой 30 соединяет шестерни 8 и 9 промежуточного вала 6, при этом выключаются из работы пары шестерен I и III.

От первичного вала крутящий момент муфтой А передается на пару шестерен 12-8, далее по муфте 30 и шестерне 9 на промежуточный вал 6, по паре шестерен IV (10-14) и муфте С на вторичный вал 3, затем как на предыдущих передачах.

На лучевой диаграмме этой передаче соответствуют лучи II, IV и U^b _ah, направленные от т.0 к т.3.

Четвертая передача
Перемещаем муфту В в правое положение - заменяем пару шестерен II на III.

Крутящий момент от первичного вала 2 передается муфтой А на шестерню 12, далее муфтой 28 на пару шестерен 13-9, по промежуточному валу 6 на пару шестерен 10-14 и по муфте С на вторичный вал 3.

На лучевой диаграмме этой передаче соответствует три луча: III, IV и U^b _ah, направленные из т.0 к т.4.

Пятая передача
Переключаем муфты А, В и С из правого положения в левое. Муфта С выходит из зацепления с шестерней 14 и соединяется с шестерней 13 - выключает из работы пару шестерен IV и включает пару шестерен III.

Крутящий момент от первичного вала муфтой А передается на пару шестерен I, по трубчатому валу и муфте 30 на шестерню 9, далее на шестерню 13, по муфте С на вторичный вал и далее, как на предыдущих передачах.

Три луча: I, III и U^b _ah от т.0 к т.5 представляют эту передачу.

Шестая передача
Переключаем муфту B в правое положение - заменяем пару шестерен III на пару шестерен II.

До шестерни 7 крутящий момент передается, как на предыдущей передаче, затем парой шестерен 8-12, муфтой 28 на шестерню 13 и далее как на предыдущей передаче.

Лучи I, II и U^b _ah от т.0 до т.6 соответствуют этой передаче.

Седьмая передача
Переключаем муфту А в правое положение, а муфту В - в левое.

Крутящий момент муфтой А передается от первичного вала на шестерни 12 и 8, по муфте 30 на шестерню 9 и далее, как на 5 передаче.

Лучи II, III и U^b _ah соответствуют этой передаче.

Восьмая передача
Переключаем муфту В в правое положение - пары шестерен соосного редуктора выключены из работы.

Крутящий момент от первичного вала передается муфтой А на шестерню 12, муфтой В на шестерню 13, от нее на муфту С и вторичный вал 3, далее, как на предыдущих передачах.

На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом U^b _ah из т.0 к т.8.

Девятая передача
Муфты А, В и С возвращаем в положение первой передачи, а муфты 32 и 33 ползуном 34 перемещаем в среднее положение II. Муфта Д находится в нейтральном состоянии, а муфта Е широким внутренним венцом муфты 33 соединяет зубчатый венец водила 21 с зубчатым венцом 20 эпициклического колеса 18. При неподвижном соединении относительно друг друга двух звеньев ПМ он блокируется - все три звена вращаются с одинаковой частотой. Это состояние ПМ на лучевой диаграмме представлено вертикальными лучами - U=1,0.

Крутящий момент до ПМ передается, как на первой передаче, затем напрямую по ПМ и далее зубчатыми венцами 20 и 21, муфтой переключения Е на зубчатый венец 22 и выходной вал агрегата 5.

На лучевой диаграмме эта передача представлена тремя лучами: два первых луча I и IV соответствуют первой передаче, а третий луч направлен вертикально вверх к т.9.

Десятая передача
Переключаем муфту В в правое положение - муфты редуктора находятся в состоянии второй передачи.

Крутящий момент до ПМ передается, как на второй передаче, а далее - как на предыдущей.

На лучевой диаграмме этой передаче соответствуют лучи I, II, III, IV и U=1,0.

Одиннадцатая передача
Перемещаем муфту А направо и муфту В влево - в положение третьей передачи.

До ПМ крутящий момент передается, как на третьей передаче, далее - как на двух последних передачах.

На лучевой диаграмме луч II с наклоном направо вниз, луч IV - направо вверх и луч U=1,0 вертикально вверх характеризуют эту передачу.

Двенадцатая передача
Переключаем муфту В в правое положение, все три муфты редуктора в правом положении, соответствующем четвертой передаче.

До ПМ крутящий момент передается, как на четвертой передаче, далее, как на предыдущих передачах.

На лучевой диаграмме лучи III, IV и U=1,0 представляют эту передачу.

Тринадцатая передача
Перемещаем муфты редуктора влево - в положение пятой передачи.

До ПМ крутящий момент передается, как на пятой передаче, далее, как на предыдущих передачах.

Лучи I, III и U=1,0 характеризуют эту передачу.

Четырнадцатая передача
Переключаем муфту В вправо.

До ПМ крутящий момент передается, как на шестой передаче, далее, как на предыдущих передачах.

Лучи I, II и U=1,0 соответствуют этой передаче.

Пятнадцатая передача
Переключаем муфту А направо, а муфту В налево.

Крутящий момент до ПМ передается, как на седьмой передаче, далее, как на предыдущих передачах.

Лучи II, III и U=1,0 представляют эту передачу.

Шестнадцатая передача - прямая
Передвигаем муфту В вправо.

До ПМ крутящий момент передается, как на восьмой передаче, затем - как на последних передачах.

На лучевой диаграмме эта передача представлена одним вертикальным лучом U=1,0 от т.0 к т.16.

Передачи заднего хода обеспечиваются ПМ при переключении муфт Д и Е в положение I - при этом муфта Д соединяет зубчатый венец 25 водила 17 с зубчатым венцом 26 внутренней стенки корпуса агрегата 1 и останавливает водило, муфта Е соединяет зубчатый венец 20 эпициклического колеса 18 с зубчатым венцом 22 выходного вала агрегата 5. ПМ работает в режиме U^h _ab=-К, солнечная шестерня 15 сателлитами 16, установленными на осях остановленного водила 17, медленно вращает эпициклическое колесо 18 в противоположном направлении.

Первый задний ход - 1R
Устанавливаем муфты А, В и С в положение первой передачи для движения вперед, а муфты Д и Е - в положение 1 (см. фиг.2, таблица внизу справа).

До ПМ крутящий момент передается, как на первой передаче переднего хода, далее от солнечной шестерни 15 сателлитами 16 на эпициклическое колесо 18, затем по трубчатому валу 19, зубчатому венцу 20, муфте Е, зубчатому венцу 22 на выходной вал агрегата 5.

На лучевой диаграмме эта передача заднего хода представлена тремя лучами: I, IV и U^h _ab=-К от т.0 к т.1R.

Второй задний ход - 2R
Переключаем муфту В в правое положение.

Крутящий момент до ПМ передается, как на второй передаче переднего хода, затем как на предыдущей передаче.

На лучевой диаграмме этой передаче соответствуют пять лучей: I, II, III, IV и U^h _ab=-К.

Tретий задний ход - 3R
Переключаем муфту А в правое положение и муфту В в левое положение.

До ПМ крутящий момент поступает, как на третьей передаче переднего хода, далее, как на двух последних передачах.

На лучевой диаграмме три луча II, IV и U^h _ab=-К характеризуют эту передачу.

Четвертый задний ход - 4R
Перемещаем муфту В в правое положение.

До ПМ крутящий момент передается, как на четвертой передаче переднего хода, затем, как на последних передачах.

Лучи III, IV и пологий луч U^h _ab=-К от т.0 до т.4R представляет эту передачу.

Пятый задний ход - 5R
Перемещаем все три муфты редуктора из правого положения в левое.

Крутящий момент до ПМ передается, как на пятой передаче переднего хода и далее, как на предыдущих передачах.

Лучи I, III и U^h _ab=-К соответствуют этой передаче.

Шестой задний ход - 6R
Переключаем муфту В в правое положение.

Крутящий момент до ПМ передается, как на шестой передаче переднего хода, далее, как на предыдущих передачах.

Лучи I, II и U^h _ab=-К соответствуют этой передаче.

Седьмой задний ход - 7R
Переключаем муфту А направо, а муфту В налево.

До ПМ крутящий момент передается, как на седьмой передаче переднего хода, затем, как на последних передачах.

Лучи II, III и U^h _ab=-К соответствуют этой передаче.

Восьмой задний ход - 8R
Перемещаем муфту В в правое положение.

Крутящий момент по редуктору передается напрямую и преобразуется только в ПМ.

На лучевой диаграмме луч U^h _ab=-К соответствует этой передаче.

При изменении параметров шестерен внешнего зацепления и ПМ распределения передач, и наклон лучей тоже изменятся.

Эксплуатационные возможности транспортного средства улучшены за счет увеличения числа передач переднего хода с четырнадцати до шестнадцати и передач заднего хода с одной до восьми при удобном четырехходовом переключении передач и повышения кпд при исключении суммирующего режима работы ПМ.

Изобретение относится к транспортному машиностроению. Коробка передач содержит трехвальный соосный редуктор с четырьмя парами шестерен, три муфты переключения, трехзвенный планетарный механизм с муфтой переключения и выходной вал агрегата с муфтой переключения, взаимосвязанной ползуном с муфтой переключения планетарного механизма. Две взаимосвязанные муфты переключения обеспечивают работу планетарного механизма в трех режимах: прямая передача, редуктор с максимальным передаточным числом при остановленном эпициклическом колесе и редуктор с обратным направлением вращения выходного вала при остановленном водиле. Эксплуатационные возможности транспортного средства улучшены за счет увеличения числа передач переднего хода с четырнадцати до шестнадцати и передач заднего хода с одной до восьми при повышении кпд за счет исключения работы планетарного механизма в суммирующем режиме. 2 ил.

Коробка передач, содержащая корпус агрегата, в котором расположены трехвальный соосный редуктор с четырьмя парами взаимозацепленных шестерен внешнего зацепления, шестерни на первичном и вторичном валах редуктора установлены свободно, между ними расположены три муфты переключения передач, шестерни на промежуточном валу объединены в два блока, между этими блоками шестерен установлена еще одна муфта переключения, взаимосвязанная вилкой переключения с муфтой, расположенной на свободно установленной шестерне соосного вала, на выходе этого редуктора расположен простой трехзвенный планетарный механизм с водилом, сателлитами, солнечной шестерней и эпициклическим колесом, первичный, вторичный валы редуктора, выходной вал водила и выходной вал агрегата расположены соосно, корпус эпициклического колеса, выходной вал водила и выходной вал агрегата имеют рядом расположенные зубчатые венцы, на зубчатом венце выходного вала агрегата установлена муфта переключения, отличающаяся тем, что солнечная шестерня планетарного механизма закреплена на вторичном валу соосного редуктора, корпус эпициклического колеса и трубчатый вал привода водила имеют рядом расположенные зубчатые венцы, рядом с ними на внутренней стенке корпуса агрегата расположен зубчатый венец, на котором установлена муфта переключения, взаимосвязанная ползуном с муфтой переключения выходного вала агрегата, внутренний венец которой имеет увеличенную ширину.