КОРОБКА ПЕРЕДАЧ Российский патент 2005 года по МПК F16H37/04 B60K17/08 

Техническое решение относится к зубчатым передачам с переменной скоростью вращения, используемым в трансмиссиях транспортных средств.

На грузовых автомобилях большой грузоподъемности с целью получения большого диапазона передаточных чисел могут использоваться коробки передач с комбинированной кинематической схемой, содержащие несколько пар зацепленных между собой шестерен, расположенных на параллельных валах с неподвижными осями вращения, и редуктор, представляющий собой блокируемый трехзвенный планетарный механизм (Недялков А.П. Механические синхронизированные коробки передач/В сборнике научных трудов: Совершенствование технико-экономических показателей автомобильной техники. - НАМИ, 1993, с.73-85).

Известны различные схемы и конструкции таких комбинированных коробок передач (См., например, описание полезной модели к свидетельству РФ №16717, МПК В 60 К 17/06; международную заявку WO 89/06194, МПК В 60 К 20/10; описание к выданному в ФРГ патенту №1198213, НКИ 63 с, 10/02; выложенную в ФРГ заявку №3840403, МПК В 60 К 17/08).

В такой комбинированной коробке передач для облегчения блокировки и разблокировки планетарного механизма могут использоваться различные синхронизаторы (См., например, описания изобретений к авторским свидетельствам, выданным в СССР, №1208377, МПК F 16 H 3/78, №1291751, МПК F 16 D 23/06, №1493834, МПК F 16 H 3/44, №1835889, МПК F 16 H 3/78; акцептованную заявку, опубликованную в Великобритании, №1249289, МПК F 16 D 23/06, F 16 H 3/78; описание к патенту, выданному в США, №4667538, НКИ 74-785, МПК F 16 H 3/44; опубликованные заявки ЕПВ №132023, МПК F 16 H 3/54, №536230, МПК F 16 H 3/78; международные заявки WO 90/10806, 99/36712, МПК F 16 H 37/04, WO 00/37831, МПК F 16 H 57/08; выложенные в ФРГ заявки №4121757, МПК В 60 К 17/08, №19604824, МПК F 16 H 57/08; охранные документы, выданные в Швеции, №№504063, 504070, 514231, МПК F 16 H 3/78). При этом блокировка и разблокировка планетарного механизма может производиться путем осевых перемещений коронного зубчатого колеса, что показано в охранных документах, выданных в Швеции, №453379, МПК В 60 К 17/08 (заявка ЕПВ №239555, МПК F 16 H 3/44), №463477, МПК F 16 D 23/06 (заявка ЕПВ №423863, МПК F 16 H 3/78, патент США №5083993, НКИ 475-299), №512731, МПК F 16 H 3/78 (международная заявка WO 01/01016, МПК F 16 H 3/78).

Известна аналогичная комбинированная коробка передач, содержащая разъемный в двух местах корпус с двумя промежуточными перегородками, делящими пространство между его передней и задней наружными стенками на отсеки, в одном из которых расположены валы с шестернями, опирающиеся на переднюю стенку и на первую перегородку, в другом отсеке расположен трехзвенный планетарный механизм, а в третьем отсеке расположено устройство для блокировки планетарного механизма и для связи его коронного зубчатого колеса с реактивным зубчатым элементом, соединенным со второй перегородкой, что показано в выложенной в Германии заявке №19754727, МПК F 16 H 37/04, опубликованной 17.06.1999 г. Наличие в корпусе упомянутых перегородок усложняет конструкцию и увеличивает металлоемкость коробки передач.

В качестве прототипа принята коробка передач, содержащая корпус с перегородкой, разделяющей пространство внутри него на отдельные полости, в одной из которых на параллельных валах расположены валы с попарно зацепленными шестернями, а в другой полости расположен трехзвенный планетарный механизм с устройством для его блокировки и для связи его звена, в частности коронного зубчатого колеса, с реактивным зубчатым элементом, соединенным с задней наружной стенкой корпуса, образующей крышку, закрывающую планетарный механизм, что изображено в заявке №916871 на выдачу Европейского патента, МПК F 16 H 37/04, опубликованной 19.05.1999 г. Однако наличие в корпусе промежуточной перегородки, образующей опору валов с шестернями, увеличивает длину коробки передач, то есть ее габариты, и делает ее более металлоемкой.

Решаемой задачей является создание компактной комбинированной коробки передач, содержащей валы с шестернями и трехзвенный планетарный механизм, имеющей более простую конструкцию меньшей массы.

Решение этой задачи обеспечено тем, что в коробке передач, содержащей корпус, в котором расположены валы с шестернями и трехзвенный планетарный механизм с устройством для его блокировки и для связи его звена с реактивным зубчатым элементом, соединенным с корпусом, валы с шестернями и планетарный механизм размещены в едином сплошном пространстве между передней и задней наружными стенками корпуса, образующими опоры валов, расположенных в указанном пространстве. Вследствие того что в корпусе коробки передач валы с установленными на них шестернями и упомянутый планетарный механизм размещены в едином сплошном пространстве между передней и задней наружными стенками корпуса, образующими опоры валов, то есть в общем пространстве без каких-либо перегородок или промежуточных стенок, коробка передач получилась более простой, меньших габаритов и, как следствие, меньшей металлоемкости.

В такой коробке передач, в которой шестерни, установленные на валах, и трехзвенный планетарный механизм размещены в едином сплошном пространстве между передней и задней наружными стенками корпуса, образующими опоры валов, водило планетарного механизма может быть установлено на задней наружной стенке корпуса и на этой стенке закреплен зубчатый реактивный элемент для связи с этой стенкой коронного зубчатого колеса планетарного механизма, а внутри водила размещена опора вала коробки передач, на котором расположена солнечная шестерня планетарного механизма.

При предпочтительном выполнении коробки передач внутренние зубья коронного зубчатого колеса, имеющие зацепление с зубьями расположенных на водиле сателлитов, имеют возможность зацепления с наружными зубьями, выполненными на реактивном зубчатом элементе.

На валу коробки передач у солнечной шестерни может быть установлен блокирующий элемент с наружными зубьями, имеющими возможность зацепления с внутренними зубьями коронного зубчатого колеса.

При рациональном выполнении коробки передач устройство для блокировки трехзвенного планетарного механизма и для связи его звена с реактивным зубчатым элементом, соединенным с корпусом, содержит поводок в виде скобы, охватывающий коронное зубчатое колесо для выборочного его зацепления с реактивным и блокирующим элементами.

На фиг.1 изображена коробка передач для транспортных средств, в частности для грузовых автомобилей, продольный разрез.

На фиг.2 показан отдельно корпус коробки передач, продольный разрез.

На фиг.3 представлен отдельно планетарный механизм коробки передач.

На фиг.4 показано устройство управления планетарным механизмом.

Коробка передач (фиг.1) содержит корпус 1, состоящий из передней и задней чашеобразных частей 2 и 3 (фиг.2), продольные стенки которых сочленены между собой в поперечной плоскости 4. В передней стенке 5 корпуса, которая при этом является наружной, расположены отверстия 11, 12 (фиг.2) для размещения подшипников качения 13, 14 (фиг.1). Внутри корпуса коробки передач между его передней 5 и задней 10 стенками расположено единое сплошное пространство 15 (фиг.2), свободное от каких-либо перегородок или промежуточных стенок. В этом едином сплошном пространстве 15 между передней и задней наружными стенками 5 и 10 размещены входной вал 16 (фиг.1), установленный на подшипнике 8, боковой вал 17, опирающийся на подшипники 9 и 14, выходной вал 18, установленный на подшипнике 13, промежуточный вал 19, расположенный между входным и выходным валами 16 и 18 соосно с ними и опирающийся на подшипник 20, расположенный внутри входного вала 16, и на подшипник 21, размещенный внутри выходного вала 18.

На входном валу 16 на подшипнике установлена шестерня 22, имеющая постоянное зацепление с шестерней 23, закрепленной на боковом валу 17. Рядом с шестерней 23 на валу 17 находятся соединенные с ним шестерни 24 и 25, имеющие постоянное зацепление с шестернями соответственно 26 и 27, свободно установленными на промежуточном валу 19. Кроме того, на валу 17 выполнены зубчатые венцы 28 и 29, играющие роль шестерен, которые имеют постоянное зацепление с шестернями 30 и 31 соответственно, свободно расположенными на валу 19.

Шестерни 22 и 26 могут быть поочередно соединены с валом 16 зубчатой муфтой 32. Кроме того, шестерня 26 может быть соединена с валом 19 зубчатой муфтой 33. Этой же муфтой 33 может быть соединена с валом 19 шестерня 27. Шестерни 30 и 31 могут быть поочередно соединены с валом 19 зубчатой муфтой 34. Все упомянутые зубчатые муфты снабжены синхронизаторами.

Около шестерни 31 на валу 19 расположена свободно шестерня 35, соединяемая с валом 19 обычной зубчатой муфтой 36 для включения в коробке передач обратного (заднего) хода путем передачи крутящего момента с вала 17 от зубчатого венца 29 через промежуточную (паразитную) шестерню к шестерне 35 и далее на вал 19.

В том же свободном пространстве 15, в котором расположены упомянутые валы 17 и 19 с зубчатыми колесами, у задней наружной стенки 10 корпуса расположен трехзвенный планетарный механизм 37. Этот планетарный механизм снабжен устройством для его блокировки и для связи его звена с реактивным зубчатым элементом 38, соединенным с корпусом, а именно для связи коронного зубчатого колеса 39 с упомянутым зубчатым элементом 38, который размещен на внутренней поверхности 40 (фиг.2) задней наружной стенки 10 корпуса, образующей опору для бокового 17 и выходного 18 валов, а также косвенно для промежуточного вала 19, реактивная сила от которого воспринимается тоже этой стенкой. Выходной вал 18 выполнен за одно целое с водилом 41 (фиг.1) планетарного механизма, несущим сателлиты 42. С сателлитами 42 имеет постоянное зацепление солнечная шестерня 43, расположенная на валу 19, представляющая собой зубчатый венец, выполненный на этом валу.

Внутренние зубья коронного зубчатого колеса 39, имеющие зацепление с зубьями расположенных на водиле сателлитов 42, имеют возможность зацепления с наружными зубьями, выполненными на реактивном зубчатом элементе 38 и на блокирующем зубчатом элементе 44, закрепленном на валу 19 между солнечной шестерней 43 и шестерней 35.

Упомянутое устройство для блокировки планетарного механизма и для связи его звена с реактивным зубчатым элементом снабжено обычными синхронизаторами 45 и 46 (фиг.3), размещенными по разные стороны сателлитов у реактивного и у блокирующего зубчатых элементов. Синхронизаторы 45 и 46 представляют собой кольца с внутренней конической поверхностью и с наружными зубьями, взаимодействующими с внутренними зубьями коронного зубчатого колеса 39. У синхронизатора 45 внутренняя коническая поверхность может взаимодействовать с наружной конической поверхностью, выполненной на блокирующем зубчатом элементе 44, а у синхронизатора 46 - с наружной конической поверхностью, выполненной на реактивном зубчатом элементе 38. Между синхронизатором 46, установленном у реактивного элемента 38, и сателлитами 42 размещен пружинный толкатель 47, выполненный в виде разрезного кольца с плоскими торцами. Толкатель 47 имеет возможность размещения в пазах, выполненных в зубьях коронного зубчатого колеса 39 поперек них. Между толкателем 47 и синхронизатором 45, установленным у блокирующего зубчатого элемента 44, в водиле 41 расположены штоки 48. Реактивный зубчатый элемент 38 надет на подшипник качения 13, расположенный в задней наружной стенке 10 корпуса. Подшипник 13 зафиксирован в осевом направлении реактивным зубчатым элементом 38 и надетой на подшипник крышкой 49, примыкающей к внешней поверхности задней стенки 10. Реактивный зубчатый элемент 38 имеет обращенный в сторону планетарного механизма кольцевой клинообразный выступ с упомянутой конической поверхностью для сопряжения с синхронизатором 46. Внутри упомянутого кольцевого выступа, выполненного на реактивном зубчатом элементе 38, расположена резьбовая часть единых резьбовых крепежных элементов 50, в частности винтов, которыми реактивный зубчатый элемент 38 и крышка 49 соединены с задней наружной стенкой 10 корпуса.

Устройство для блокировки планетарного механизма 37 и для связи его звена с корпусом коробки передач содержит поводок 51 (фиг.4), выполненный в виде скобы, охватывающей коронное зубчатое колесо 39 со стороны его торцов для выборочного его зацепления с реактивным 38 и блокирующим 44 элементами. Поводок 51 имеет привод от дугообразного фигурного двуплечего рычага 52, имеющего вид двурогой вилки. На этом вильчатом рычаге 52 расположена шаровидная головка 53, вставленная в шток 54, имеющий привод от поршня 55 силового цилиндра 56, наполняемого текучей средой под давлением. В штоке 54 у шаровидной головки 53 выполнен сегментный паз 57, в котором расположен подпружиненный фиксатор 58, взаимодействующий с шаровидной головкой 53, выступающей внутрь паза 57. Все это устройство, предназначенное для блокировки и разблокировки планетарного механизма, размещено на чашеобразной части 3 корпуса 1. В ней же установлены стержни 59, служащие опорой вильчатого рычага 52.

При соединении зубчатой муфтой 32 шестерни 22 или шестерни 26 с входным валом 16 и при соединении с какой-либо зубчатой муфтой с промежуточным валом 19 расположенной на нем шестерни крутящий момент с выходного вала 16 передается на боковой вал 17, а с него через какую-либо пару зацепленных между собой шестерен, установленных на параллельных валах 17 и 19, крутящий момент передается на промежуточный вал 19. С промежуточного вала крутящий момент при заблокированном планетарном механизме 37 поступает без трансформации через детали планетарного механизма на выходной вал 18.

При необходимости увеличить крутящий момент на выходном валу 18 планетарный механизм 37 нужно разблокировать и включить его в работу в качестве редуктора. Для этого надо подать текучую среду под давлением, например сжатый воздух, в поршневую полость силового цилиндра 56. Под давлением текучей среды поршень 55 перемещает шток 54, занимая в конце его хода положение, показанное на фигуре 4. Шток 54 во время своего хода, взаимодействуя с шаровидной головкой 53, расположенной на вильчатом рычаге 52, поворачивает этот рычаг. Рычаг 52, поворачиваясь, перемещает поводок 51, контактирующий с торцами коронного зубчатого колеса 39 планетарного механизма. Коронное зубчатое колесо 39, перемещаясь в сторону задней стенки 10 корпуса вместе с расположенным в поперечном пазу в его зубьях пружинным толкателем 47, нажимает толкателем 47 на синхронизатор 46. Синхронизатор 46 прижимается своей внутренней конической поверхностью к наружной конической поверхности, имеющейся на реактивном зубчатом элементе 38, закрепленном изнутри на задней наружной стенке 10 корпуса. Вследствие трения между упомянутыми коническими поверхностями вращение коронного зубчатого колеса 39 замедляется и оно останавливается, после чего при дальнейшем его осевом перемещении в сторону стенки 10 толкатель 47, сжимаясь под действием прилагаемых к нему сил, выходит из поперечного паза в зубьях коронного зубчатого колеса 39 и это зубчатое колесо входит в зацепление с зубьями реактивного зубчатого элемента 38. Происходит вступление планетарного механизма в работу в качестве редуктора, во время которой сателлиты 42 по действием сил, возникающих в зацеплении их с солнечной шестерней 43, перекатываясь по остановленному коронному зубчатому колесу 39, создают на водиле 41 увеличенный крутящий момент, поступающий на выходной вал 18. При этом реактивный поворотный момент, нагружающий реактивный зубчатый элемент 38, воспринимается через резьбовые крепежные элементы 50 задней наружной стенкой 10 корпуса, в которой расположены подшипники 13 и 14 для опоры валов 18 и 17.

Для блокировки планетарного механизма 37 при необходимости уменьшить передаточное число в коробке передач нужно подать текучую среду под давлением в штоковую полость силового цилиндра 56. Поршень 55, перемещаясь под действием давления поданной текучей среды, тянет за собой шток 54, преодолевая сопротивление взаимодействующего с шаровидной головкой 53 подпружиненного фиксатора 58, который в пазу 57 перескакивает через упомянутую шаровидную головку 53 вильчатого рычага 52. Шаровидная головка 53, перемещаясь вместе со штоком 54, поворачивает на опорных стержнях 59 рычаг 52, который поводком 51 отодвигает коронное зубчатое колесо 39 от наружной опорной стенки 10, выводя его из зацепления с реактивным зубчатым элементом 38, закрепленным на этой стенке. При перемещении коронного зубчатого колеса 39 в паз в его зубьях заскакивает толкатель 47, который затем перемещается в осевом направлении вместе с зубчатым колесом 39 до упора в шток 48. Шток 48 через расположенный соосно с ним другой шток прижимает синхронизатор 45 его внутренней конической поверхностью к наружной конической поверхности, имеющейся на блокирующем зубчатом элементе 44, связанном посредством шлицевого соединения с валом 19. За счет трения между указанными коническими поверхностями начинается ускоренное вращение коронного зубчатого колеса 39. Когда частота его вращения становится одинаковой с частотой вращения блокирующего элемента 44, он, преодолевая сопротивление толкателя 47, сдвигается дальше в сторону блокирующего элемента и вступает с ним в зацепление, вследствие чего планетарный механизм становится заблокированным и все его детали вращаются как одно целое. В этом случае на выходной вал 18 с вала 19 через совместно вращающиеся звенья планетарного механизма поступает крутящий момент, равный крутящему моменту на валу 19.

Вследствие того что в коробке передач, содержащей валы с шестернями и трехзвенный планетарный механизм с устройством для его блокировки и разблокировки, упомянутые валы с шестернями и планетарный механизм размещены в едином сплошном пространстве между передней и задней наружными стенками корпуса, образующими опоры валов, расположенных в указанном пространстве, обеспечено уменьшение осевых размеров коробки передач и ее упрощение, так как исключены из корпуса какие-либо промежуточные перегородки, увеличивающие ее длину, а благодаря уменьшению габаритов коробки передач обеспечена ее компактность, что облегчает ее размещение на транспортных средствах. Получению такого положительного технического результата способствует также то, что водило планетарного механизма установлено на задней наружной стенке корпуса и на этой стенке закреплен зубчатый реактивный элемент для связи с этой стенкой коронного зубчатого колеса планетарного механизма, а внутри водила размещена опора вала коробки передач, на котором расположена солнечная шестерня планетарного механизма. Это позволило разместить детали планетарного механизма внутри коробки передач в сравнительно небольшом объеме внутри корпуса у задней наружной его стенки, несущей подшипники валов, и тем самым в еще большей степени достичь указанного положительного результата. К тому же при таком размещении под действием сил, возникающих в зацеплении шестерен коробки передач, водило планетарного механизма вместе с сателлитами перемещается в ту же сторону, в которую изгибается вал, несущий солнечную шестерню. Вследствие этого сохраняется надлежащий контакт зубьев солнечной шестерни и сателлитов, что способствует обеспечению надежной работы планетарного механизма.

Осевой габарит созданной коробки передач, равный 570 мм, на 30% меньше, чем у аналогичной коробки передач ZF S16-220 фирмы «Цанрадфабрик», имеющей осевой габарит 742 мм.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в трансмиссиях транспортных средств с зубчатыми передачами с переменной скоростью вращения. Коробка передач содержит корпус 1, состоящий из передней и задней чашеобразных частей, продольные стенки которых сочленены в поперечной плоскости. В корпусе расположены входной вал 16 с шестерней 22, боковой вал 17 с шестернями 23-25, промежуточный вал 19, выходной вал 18 и трехзвенный планетарный механизм 37 с устройством для его блокировки и для связи его звена с реактивным зубчатым элементом 38, соединенным с корпусом 1, Валы 16-19 с шестернями и планетарный механизм 37 размещены в едином сплошном пространстве между передней 5 и задней 10 наружными стенками корпуса 1, образующими опоры валов, расположенных в указанном пространстве. Технический результат - уменьшение габаритов и благодаря этому снижение металлоемкости коробки передач. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Коробка передач, содержащая корпус, в котором расположены валы с шестернями и трехзвенный планетарный механизм с устройством для его блокировки и для связи его звена с реактивным зубчатым элементом, соединенным с корпусом, отличающаяся тем, что валы с шестернями и планетарный механизм размещены в едином сплошном пространстве между передней и задней наружными стенками корпуса, образующими опоры валов, расположенных в указанном пространстве.2. Коробка передач по п.1, отличающаяся тем, что водило планетарного механизма установлено на задней наружной стенке корпуса и на этой стенке закреплен упомянутый зубчатый реактивный элемент для связи с этой стенкой коронного зубчатого колеса планетарного механизма, а внутри водила размещена опора вала коробки передач, на котором расположена солнечная шестерня планетарного механизма.3. Коробка передач по п.2, отличающаяся тем, что внутренние зубья коронного зубчатого колеса, имеющие зацепление с зубьями расположенных на водиле сателлитов, имеют возможность зацепления с наружными зубьями, выполненными на реактивном зубчатом элементе.4. Коробка передач по п.3, отличающаяся тем, что на валу коробки передач у солнечной шестерни установлен блокирующий элемент с наружными зубьями, имеющими возможность зацепления с внутренними зубьями коронного зубчатого колеса.5. Коробка передач по п.4, отличающаяся тем, что упомянутое устройство для блокировки планетарного механизма и для связи его звена с реактивным зубчатым элементом содержит поводок в виде скобы, охватывающий коронное зубчатое колесо для выборочного его зацепления с реактивным и блокирующим элементами.