ПЛАНЕТАРНЫЙ МЕХАНИЗМ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ Российский патент 2005 года по МПК F16H37/04 F16H3/78 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 63с, 10/02; выложенную в ФРГ заявку №3840403, МПК В 60 К 17/08). Известны также многочисленные примеры выполнения используемых в них планетарных механизмов (см., например, выложенные в ФРГ заявки на выдачу патентов №№4216394, 4216397-4216400, 4439976, МПК F 16 Н 57/08).

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 F16 H 3/78, №1291751, МПК F16 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 могут 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 в США №5083993, НКИ 475-299), №512731, МПК F 16 H 3/78 (международная заявка WO 01/01016, МПК F 16 H 3/78).

В качестве прототипа принят планетарный механизм коробки передач, содержащий солнечную шестерню, водило с сателлитами, коронное зубчатое колесо с синхронизаторами, поочередно зацепляемое с блокирующей и реактивной зубчатыми полумуфтами, кольцевой пружинный толкатель синхронизатора, взаимодействующий с зубьями коронного колеса (см. WO 01/55620, МПК F 16 H 3/78). Этот планетарный механизм содержит два пружинных толкателя синхронизаторов, при этом каждый толкатель представляет собой разрезное кольцо круглого профиля, размещенное в канавке, выполненной на синхронизаторе между его зубчатыми венцами. Из-за такого размещения толкателей планетарный механизм имеет значительный осевой габарит.

Решаемой задачей является создание компактного планетарного механизма коробки передач, имеющего уменьшенный осевой размер.

Решение этой задачи обеспечено тем, что в планетарном механизме коробки передач, содержащем солнечную шестерню, водило с сателлитами, коронное зубчатое колесо с синхронизаторами, поочередно зацепляемое с блокирующей и реактивной зубчатыми полумуфтами, кольцевой пружинный толкатель синхронизатора, взаимодействующий с зубьями коронного колеса, толкатель размещен между сателлитами и синхронизатором, расположенным у реактивной полумуфты, при этом в зубьях коронного колеса в зоне взаимодействия с ними толкателя сделаны поперечные канавки.

Такой трехзвенный планетарный механизм с перемещаемым вдоль сателлитов коронным зубчатым колесом, зацепляемым в крайних положениях с полумуфтой, имеет сравнительно небольшой осевой размер вследствие того, что у синхронизатора включения полумуфты установлен один кольцевой пружинный толкатель небольшой толщины, взаимодействующий с зубьями коронного колеса, имеющими поперечные канавки для фиксации толкателя.

Упомянутый толкатель синхронизатора имеет плоские торцы.

В водиле между толкателем и другим синхронизатором установлены штоки. Вследствие наличия этих штоков в планетарном механизме достаточно иметь только один толкатель для уменьшения осевого размера механизма.

Указанные штоки размещены парами соосно между собой.

Причем штоки имеют дисковую головку для увеличения площади их контакта с толкателем и синхронизатором.

Поперечные канавки в зубьях коронного колеса выполнены разного профиля с наклонными боковыми сторонами.

Причем боковые стороны средней поперечной канавки круче ближайших боковых сторон крайних канавок.

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 планетарный механизм коробки передач; продольный разрез.

На фиг.4 показано коронное зубчатое колесо планетарного механизма; продольный разрез.

На фиг.5 показан участок коронного зубчатого колеса; продольный разрез.

На фиг.6 изображен синхронизатор; продольный разрез.

На фиг.7 дан вид А фиг.6.

На фиг.8 изображена блокирующая зубчатая полумуфта; продольный разрез.

На фиг.9 дан вид Б фиг.8.

На фиг.10 показано взаимодействие зубьев коронного зубчатого колеса и синхронизатора.

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 двухскоростной однорядный трехзвенный планетарный механизм 37. Этот планетарный механизм для работы в качестве редуктора (демультипликатора) снабжен реактивной зубчатой полумуфтой 38, соединенной с корпусом 1, а именно с его чашеобразной частью 3. С реактивной зубчатой полумуфтой 38 имеет возможность зацепления коронное зубчатое колесо 39 при его осевом перемещении в сторону внутренней поверхности 40 (фиг.2) задней стенки 10 корпуса 1, на которой размещена реактивная полумуфта 38. Водило 41 (фиг.1) планетарного механизма, несущее сателлиты 42, выполнено за одно целое с выходным валом 18 коробки передач. С сателлитами 42 имеют постоянное зацепление коронное зубчатое колесо 39 и солнечная шестерня 43, расположенная на валу 19 и представляющая собой зубчатый венец, выполненный на этом валу. С зубьями солнечной шестерни 43 имеет шлицевое соединение блокирующая зубчатая полумуфта 44, установленная на валу 19.

Реактивная зубчатая полумуфта 38 надета на подшипник качения 13, расположенный в задней наружной стенке 10 корпуса коробки передач. Подшипник 13 зафиксирован в осевом направлении реактивной зубчатой полумуфтой 38 и надетой на подшипник крышкой 45, примыкающей к внешней поверхности задней стенки 10. Реактивная зубчатая полумуфта 38 имеет со стороны сателлитов 42 сужающийся в их сторону кольцевой выступ 46 с конической наружной поверхностью. Внутри выступа 46 расположена резьбовая часть единых резьбовых крепежных элементов 47, в частности винтов, которыми реактивная зубчатая полумуфта 38 и крышка 45 соединены с задней наружной стенкой 10 корпуса.

Внутренние зубья 48 коронного зубчатого колеса 39, имеющие зацепление с зубьями расположенных на водиле сателлитов 42, имеют возможность зацепления попеременно с наружными зубьями 49 на блокирующей зубчатой полумуфте 44 и с зубьями на реактивной зубчатой полумуфте 38.

Зубья 48 коронного колеса 39 вблизи его торцов имеют продольно сужающиеся участки 50 и 51. Зубья 49 каждой полумуфты выполнены расширяющимися к коронному колесу 39 для обеспечения надлежащего зацепления с его зубьями, исключающего самопроизвольный выход их из зацепления. У торцов коронного колеса 39 на его зубьях 48 выполнены скосы 52, а у торца каждой полумуфты напротив сателлитов 42 на зубьях 49 сделаны скосы 53 для облегчения ввода зубьев в зацепление между собой.

Планетарный механизм содержит синхронизаторы 54 и 55 (фиг.3), размещенные по разные стороны сателлитов 42 у реактивной 38 и у блокирующей 44 зубчатых полумуфт. Синхронизаторы представляют собой кольца с внутренней конической поверхностью 56, имеющие наружные зубья 57 и 58, расположенные в два ряда. То есть каждый упомянутый синхронизатор имеет два зубчатых венца. Зубья 57 каждого синхронизатора имеют постоянное зацепление с зубьями 48 коронного зубчатого колеса 39. Зубья 58 выполнены крупнее зубьев 57. На крупных зубьях 58 со стороны мелких зубьев 57 выполнен скос, то есть крупные зубья 58 имеют косой торец 59. У синхронизатора 55 внутренняя коническая поверхность 56 расположена напротив наружной конической поверхности 60, выполненной на блокирующей зубчатой полумуфте 44. У синхронизатора 54 внутренняя коническая поверхность расположена напротив наружной конической поверхности на кольцевом выступе 46 на реактивной зубчатой полумуфте 38. Между синхронизатором 54, расположенным у реактивной полумуфты 38, и сателлитами 42 размещен пружинный толкатель 61, выполненный в виде разрезного кольца с плоскими торцами, взаимодействующего с зубьями 48 коронного колеса 39. В зоне взаимодействия толкателя 61 с зубьями 48 в этих зубьях выполнены три поперечные канавки разного профиля с наклонными боковыми сторонами, а именно средняя канавка 62 и крайние канавки 63 и 64. Боковые стороны 65 средней канавки 62 круче ближайших боковых сторон 66 и 67 крайних канавок 63 и 64. То есть боковые стороны 66 и 67 крайних канавок выполнены более пологими, чем боковые стороны 65 средней канавки.

Между толкателем 61 и синхронизатором 55, расположенным у блокирующей зубчатой полумуфты 44, в водиле 41 расположены штоки 68, 69. Эти штоки 68, 69 размещены парами соосно между собой. Причем они имеют дисковую головку 70, которой они контактируют с толкателем 61 и синхронизатором 55.

При соединении зубчатой муфтой 32 шестерни 22 или шестерни 26 с входным валом 16 и при соединении какой-либо зубчатой муфтой с промежуточным валом 19 расположенной на нем шестерни крутящий момент с входного 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 к солнечной шестерне 43 планетарного механизма. При работе планетарного механизма в качестве редуктора зубья его коронного зубчатого колеса 39 зацеплены с зубьями реактивной зубчатой полумуфты 38. В этом случае сателлиты 42 под 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 47 задней наружной стенкой 10 корпуса, в которой расположены подшипники 13 и 14 для опоры валов 18 и 17.

При необходимости уменьшить крутящий момент на выходном валу 18 планетарный механизм 37 нужно заблокировать. Для этого коронное зубчатое колесо 39 выводят из зацепления с реактивной зубчатой полумуфтой 38 путем его перемещения от задней стенки 10 корпуса в сторону блокирующей полумуфты 44 вместе с толкателем 61. При перемещении коронного зубчатого колеса 39 толкатель 61, находящийся в крайней поперечной канавке 64 в зубьях 48 этого зубчатого колеса, нажимает на головку штока 68, который сдвигает шток 69, нажимающий головкой 70 на синхронизатор 55. Вследствие трения между коническими поверхностями 56 и 60 синхронизатора 55 и блокирующей полумуфты 44 синхронизатор 55 поворачивается относительно коронного зубчатого колеса 39 и занимает такое положение, при котором зубья 48 при осевом перемещении коронного колеса упираются торцом в косой торец 59 крупных зубьев 58. При этом толкатель 61 при осевом перемещении коронного колеса 39 выходит из крайней канавки 64 в его зубьях 48 и попадает в среднюю канавку 62. При упоре зубьев 48 в зубья 58 синхронизатора 55 увеличивается сила взаимодействия конических поверхностей 56 и 60 синхронизатора 55 и блокирующей полумуфты 44. Под действием силы трения указанных поверхностей происходит замедление вращения вала 19 и начинается вращение коронного зубчатого колеса 39. После того как частоты вращения блокирующей полумуфты 44 и коронного колеса 39 становятся одинаковыми, синхронизатор 55 поворачивается относительно коронного колеса 39 в пределах боковых зазоров между их зубьями 57 и 48, и зубья 48 отходят от крупных зубьев 58 блокирующей полумуфты 44, мешавших осевому перемещению коронного зубчатого колеса 39. Тогда коронное зубчатое колесо 39, преодолевая сопротивление толкателя 61 путем его сжатия в радиальном направлении, перемещается дальше в сторону блокирующей полумуфты 44, и его зубья 48 входят в зацепление с ее зубьями 49, контактируя с ними своими сужающимися участками 51. Вследствие этого планетарный механизм становится заблокированным, после чего все его звенья вращаются как одно целое. После зацепления зубьев 48 и 49 на выходной вал 18 с вала 19 через совместно вращающиеся звенья планетарного механизма поступает крутящий момент, равный крутящему моменту на валу 19.

При необходимости увеличить крутящий момент на выходном валу 18 планетарный механизм 37 нужно разблокировать и включить его в работу в качестве редуктора. Для этого коронное зубчатое колесо 39 перемещают в сторону задней стенки 10 корпуса вместе с расположенным в крайней канавке 63 в его зубьях 48 пружинным толкателем 61, который нажимает на синхронизатор 54. Синхронизатор 54 прижимается своей внутренней конической поверхностью к наружной конической поверхности, имеющейся на кольцевом выступе 46 на реактивном зубчатом элементе 38. Вследствие трения между коническими поверхностями синхронизатора 54 и реактивной полумуфты 38 синхронизатор 54 поворачивается относительно коронного зубчатого колеса 39 в положение, при котором зубья 48 при их осевом перемещении упираются торцом в косой торец крупных зубьев синхронизатора 54. При этом толкатель 61 при осевом перемещении коронного колеса 39 выходит из крайней канавки 63 в его зубьях 48 и попадает в среднюю канавку 62. При упоре зубьев 48 в зубья синхронизатора 54 увеличивается сила взаимодействия конических поверхностей синхронизатора 54 и реактивной полумуфты 38. Под действием силы трения указанных поверхностей происходит ускорение вращения вала 19 и замедление вращения коронного зубчатого колеса 39. После остановки коронного колеса 39 синхронизатор 54 поворачивается относительно него в пределах боковых зазоров между их зубьями в положение, при котором зубья 48 отходят от крупных зубьев реактивной полумуфты 38, мешавших осевому перемещению коронного зубчатого колеса 39. Тогда коронное зубчатое колесо 39, преодолевая сопротивление толкателя 61 путем его сжатия в радиальном направлении, перемещается дальше в сторону реактивной полумуфты 38, и его зубья 48 входят в зацепление с ее зубьями. Происходит вступление планетарного механизма в работу в качестве редуктора.

Представленный трехзвенный планетарный механизм с перемещаемым вдоль сателлитов коронным зубчатым колесом, взаимодействующим посредством кольцевого пружинного толкателя с синхронизаторами блокирующей и реактивной зубчатых полумуфт, имеет простую и компактную конструкцию, у которой сравнительно небольшой осевой габарит, благодаря чему валы с шестернями коробки передач и планетарный механизм размещаются в едином сплошном пространстве между передней и задней наружными стенками корпуса, образующими опоры всех валов.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в трансмиссиях транспортных средств с зубчатыми передачами с переменной скоростью вращения. Планетарный механизм коробки передач содержит солнечную шестерню 43, водило 41 с сателлитами 42, коронное зубчатое колесо 39 с синхронизаторами 54, 55, кольцевой пружинный толкатель 61 синхронизатора, взаимодействующий с зубьями 48 коронного колеса 39. Толкатель 61 размещен между сателлитами 42 и синхронизатором 54. В зубьях 48 коронного колеса 39 в зоне взаимодействия с ними толкателя 61 сделаны поперечные канавки 62-64. Технический результат - уменьшение осевого размера. 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Планетарный механизм коробки передач, содержащий солнечную шестерню, водило с сателлитами, коронное зубчатое колесо с синхронизаторами, поочередно зацепляемое с блокирующей и реактивной зубчатыми полумуфтами, кольцевой пружинный толкатель синхронизатора, взаимодействующий с зубьями коронного колеса, отличающийся тем, что толкатель размещен между сателлитами и синхронизатором, расположенным у реактивной полумуфты, при этом в зубьях коронного колеса в зоне взаимодействия с ними толкателя сделаны поперечные канавки.2. Планетарный механизм по п.1, отличающийся тем, что толкатель синхронизатора имеет плоские торцы.3. Планетарный механизм по п.2, отличающийся тем, что в водиле между толкателем и другим синхронизатором установлены штоки.4. Планетарный механизм по п.3, отличающийся тем, что штоки размещены парами соосно между собой.5. Планетарный механизм по п.4, отличающийся тем, что штоки имеют дисковую головку.6. Планетарный механизм по п.1, отличающийся тем, что поперечные канавки в зубьях коронного колеса выполнены разного профиля с наклонными боковыми сторонами.7. Планетарный механизм по п.1 или 6, отличающийся тем, что боковые стороны средней поперечной канавки круче ближайших боковых сторон крайних канавок.