ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ Российский патент 2015 года по МПК F16H47/08 F16H3/44 

Изобретение относится к области автотранспортного машиностроения и касается конструкции ступенчатой планетарной коробки передач, которая может быть использована в автоматических трансмиссиях, управляемых с помощью электронного блока и гидравлики и предназначенных для транспортных средств.

Крутящий момент и частота вращения двигателя преобразуются трансмиссией в соответствии с изменением условий движения транспортного средства для обеспечения движения транспортного средства как вперед, так и назад.

В состав автоматической трансмиссии входит гидродинамический преобразователь крутящего момента (гидротрансформатор), в котором кинетическая энергия рабочей жидкости используется для передачи крутящего момента от коленчатого вала двигателя на входное звено коробки передач. Далее расположена, как правило, коробка передач планетарного типа, обеспечивающая изменение крутящего момента на движителе и его частоты вращения. Коробка передач также включает в себя элементы управления, например фрикционные или зубчатые, которые по своему назначению делятся на две группы: тормоза и муфты. Муфты соединяют элементы планетарного механизма между собой. Тормоза соединяют элементы планетарного механизма с картером коробки передач.

Известна гидромеханическая коробка передач (заявка РСТ № WO 2012052330, опубликована 26.04.2012), содержащая гидродинамический преобразователь крутящего момента, четыре планетарных ряда и пять управляющих элементов (четыре тормоза и одну муфту), в которой за счет совместного включения двух элементов управления на каждой передаче удается получить шесть передач переднего хода и одну передачу заднего хода.

Анализ развития автоматических коробок передач показывает, что шесть или даже семь передач не устраивает производителей автомобилей, поскольку не обеспечивает в достаточной степени плавности при переключении передач. Поэтому в настоящее время существует потребность в кинематических схемах гидромеханических планетарных коробок передач с восемью и более передачами. При этом предпочтительно не увеличивать потери мощности при ее передаче от двигателя к ведущим колесам. Одним из основных факторов, влияющих на величину потерь в коробке передач, в случае использования в качестве управляющих элементов фрикционных муфт и фрикционных тормозов, является количество фрикционных элементов, находящихся в выключенном состоянии. Чем меньше таких элементов, тем выше КПД коробки передач.

В коробке-прототипе удается получить шесть передач переднего хода и одну передачу заднего хода за счет попарного включения пяти фрикционных элементов управления звеньями планетарных рядов.

Техническим результатом, на получение которого направлено настоящее изобретение, является расширения арсенала технических средств, а также увеличение числа передач, реализуемых в коробке при аналогичном числе планетарных рядов, и без увеличения потерь в элементах управления, то есть при сохранении числа элементов, находящихся в выключенном состоянии для каждой реализуемой передачи.

Указанный технический результат достигается тем, что в гидромеханической коробке передач, содержащей гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор с управляющими элементами в виде управляемых тормозов и муфт, выходное звено коробки передач соединено с коронной шестерней четвертого планетарного ряда, связанной с водилом второго планетарного ряда, водило четвертого планетарного ряда соединено с картером коробки передач тормозом, с солнечной шестерней первого планетарного ряда, связанной с входным звеном коробки передач и солнечной шестерней второго планетарного ряда, муфтой, а также с коронной шестерней (эпициклом) второго планетарного ряда муфтой, солнечная шестерня четвертого планетарного ряда, связанная с коронной шестерней третьего планетарного ряда, соединена при помощи муфты с водилом первого планетарно ряда, солнечная шестерня третьего планетарного ряда соединена с картером коробки передач при помощи тормоза, водило третьего планетарного ряда связано с коронной шестерней первого планетарного ряда, водило первого планетарного ряда связано с картером коробки передач тормозом, входное звено связано с выходным звеном гидродинамического преобразователя крутящего момента.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Фиг.1 - кинематическая схема гидромеханической девятиступенчатой коробки передач для трансмиссии транспортного средства.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата приведенной совокупностью признаков.

Согласно изобретению гидромеханическая коробка передач, содержащая гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор с управляющими элементами в виде управляемых тормозов и муфт, в котором выходное звено коробки передач соединено с коронной шестерней четвертого планетарного ряда, связанной с водилом второго планетарного ряда, водило четвертого планетарного ряда соединено с картером коробки передач тормозом, с солнечной шестерней первого планетарного ряда, связанной с входным звеном коробки передач и солнечной шестерней второго планетарного ряда, муфтой, а также с коронной шестерней (эпициклом) второго планетарного ряда муфтой, солнечная шестерня четвертого планетарного ряда, связанная с коронной шестерней третьего планетарного ряда, соединена при помощи муфты с водилом первого планетарно ряда, солнечная шестерня третьего планетарного ряда соединена с картером коробки передач при помощи тормоза, водило третьего планетарного ряда связано с коронной шестерней первого планетарного ряда, водило первого планетарного ряда связано с картером коробки передач тормозом, входное звено связано с выходным звеном гидродинамического преобразователя крутящего момента.

Ниже приводится пример конкретного исполнения гидромеханической коробки передач для автоматической трансмиссии, например, легкового автомобиля повышенной проходимости.

Автоматическая коробка передач, реализующая девять передач переднего хода и одну передачу заднего хода, содержит картер 19, входное звено 20, выходное звено 21, гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор, в состав которого входят четыре планетарных ряда, три управляемых муфты и три управляемых тормоза.

В коробке передач, согласно изобретению, планетарный редуктор состоит из четырех планетарных рядов. Первый планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 3, водила 2 сателлитов и коронной шестерни 1 (эпицикла). Второй планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 6, водила 5 сателлитов и коронной шестерни 4 (эпицикла). Третий планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 9, водила 8 сателлитов и коронной шестерни 7 (эпицикла). Четвертый планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 12, водила 11 сателлитов и коронной шестерни 10 (эпицикла).

Входное звено 20 соединено с выходным звеном 22 гидродинамического преобразователя крутящего момента 22, с солнечной шестерней 3 первого планетарного ряда, а также с солнечной шестерней 6 второго планетарного ряда. Выходное звено 21 связано с коронной шестерней 10 четвертого планетарного ряда и с водилом 5 второго планетарного ряда. Водило 8 третьего планетарного ряда связано с коронной шестерней 1 первого планетарного ряда. Тормоз 13 связывает водило 2 первого планетарного ряда с картером коробки передач 19. Тормоз 14 связывает солнечную шестерню 9 третьего планетарного ряда с картером коробки передач 19. Тормоз 15 связывает водило 11 четвертого планетарного ряда с картером коробки передач 19. Муфта 16 связывает коронную шестерню 4 второго планетарного ряда с водилом 11 четвертого планетарного ряда. Фрикционная муфта 17 соединяет водило 11 четвертого планетарного ряда со связанными между собой входное звено 20, солнечную шестерню 3 первого планетарного ряда и солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда. Муфта 18 соединяет водило 2 первого планетарного ряда со связанными между собой коронную шестерню 4 второго планетарного ряда и солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда.

Такое выполнение коробки передач позволяет получить девять передач переднего хода и одну передачу заднего хода, используя для этого четыре планетарных ряда и шесть элементов управления. При этом в предлагаемой схеме не происходит разрыва мощности при переключении передач.

Предлагаемая, согласно изобретению, автоматическая коробка передач работает следующим образом.

После начала движения транспортного средства последовательным переключением передач от 1-й до 9-й осуществляется его разгон до требуемой скорости движения. При нахождении коробки передач в нейтральном положении ни один из элементов управления не включен.

На первой передаче переднего хода включаются тормоза 13, 14 и 15, то есть угловые скорости водила 2 первого планетарно ряда, солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда и водила 11 четвертого планетарного ряда равны нулю.

Крутящий момент с входного звена 20 поступает на солнечную шестерню 3 первого планетарного ряда, откуда следует на коронную шестерню 1 первого планетарного ряда и на связанное с ним водило 8 третьего планетарного ряда. Затем поток крутящего момента следует на коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда и на связанную с ним солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда, откуда следует на коронную шестерню 10 четвертого планетарного ряда, непосредственно связанную с выходным звеном 21.

При переключении на вторую передачу переднего хода тормоз 14 выключается и включается муфта 16, тормоза 13 и 15 остаются включенными. Таким образом, угловые скорости водила 2 первого планетарного ряда и водила 11 четвертого планетарного ряда равны нулю. При этом угловая скорость коронной шестерни 4 второго планетарного ряда равна угловой скорости водила 11 четвертого планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 20 поступает на солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда, откуда следует на водило 5 второго планетарного ряда, связанное непосредственно с выходным звеном 21.

При переключении на третью передачу переднего хода выключается тормоз 15 и включается тормоз 14, муфта 16 и тормоз 13 остаются включенными. Таким образом, угловые скорости водила 2 первого планетарного ряда и солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда равны нулю. При этом угловая скорость коронной шестерни 4 второго планетарного ряда равна угловой скорости водила 11 четвертого планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 20 поступает на солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда, откуда следует на водило 5 второго планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток крутящего момента от водила 5 второго планетарного ряда поступает через связанную с ним коронную шестерню 10 четвертого планетарного ряда на водило 11 четвертого планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток кутящего момента от водила 11 четвертого планетарного ряда следует на солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда и на связанную с ней коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда, откуда затем поступает на водило 8 третьего планетарного ряда и на связанную с ним коронную шестерню 1 первого планетарного ряда. Затем этот поток крутящего момента поступает на солнечную шестерню 3 первого планетарного ряда, связанную с входным звеном 20, где объединяется с первоначальным потоком крутящего момента. Второй поток крутящего момента от водила 11 четвертого планетарного ряда поступает через муфту 16 на коронную шестерню 4 второго планетарного ряда, откуда следует на водило 5 второго планетарного ряда, где объединяется с первоначальным потоком крутящего момента. Второй поток крутящего момента от водила 5 второго планетарного ряда поступает на непосредственно связанное с ним выходное звено 21.

При переключении на четвертую передачу переднего хода выключается тормоз 14 и включается муфта 18, тормоз 13 и муфта 16 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость водила 2 первого планетарного ряда равна нулю. При этом угловая скорость коронной шестерни 4 второго планетарного ряда равна угловой скорости водила 11 четвертого планетарного ряда, а также угловая скорость водила 2 первого планетарного ряда равна угловой скорости связанных между собой коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда и солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 20 поступает на солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда, откуда следует на водило 5 второго планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток крутящего момента от водила 5 второго планетарного ряда поступает через связанную с ним коронную шестерню 10 четвертого планетарного ряда на водило 11 четвертого планетарного ряда откуда поступает через муфту 16 на коронную шестерню 4 второго планетарного ряда, откуда следует на водило 5 второго планетарного ряда, где объединяется с первоначальным потоком крутящего момента. Второй поток крутящего момента от водила 5 второго планетарного ряда поступает на непосредственно связанное с ним выходное звено 21.

При переключении на пятую передачу переднего хода выключается тормоз 13 и включается тормоз 14, муфты 16 и 18 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость солнечной шестерни 9 третьего планетарно ряда равна нулю. При этом угловая скорость коронной шестерни 4 второго планетарного ряда равна угловой скорости водила 11 четвертого планетарного ряда, а также угловая скорость водила 2 первого планетарного ряда равна угловой скорости связанных между собой коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда и солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 20 поступает на солнечную шестерню 3 первого планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток крутящего момента от солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда поступает на водило 2 первого планетарного ряда и затем через муфту 18 на коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток крутящего момента от коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда следует на водило 8 третьего планетарного ряда и на связанную с ним коронную шестерню 1 первого планетарного ряда, откуда затем следует на водило 2 первого планетарного ряда, где объединяется с потоком крутящего момента, движущимся от солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда. Второй поток крутящего момента от коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда поступает на связанную с ней солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда, откуда следует на водило 11 четвертого планетарного ряда и затем через муфту 16 на коронную шестерню 4 второго планетарного ряда. Затем этот поток поступает на водило 5 второго планетарного ряда, где объединяется со вторым потоком крутящего момента, следующего от солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда и движущегося через связанную с ней солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда и затем попадающего на водило 5 второго планетарного ряда. Сформировавшийся на водиле 5 второго планетарного ряда поток крутящего момента разделяется на два потока. Первый поток поступает от водила 5 второго планетарного ряда на связанную с ним коронную шестерню 10 четвертого планетарного ряда и затем объединяется с потоком мощности на водиле 11 четвертого планетарного ряда. Второй поток крутящего момента от водила 5 второго планетарного ряда поступает на непосредственно связанное с ним выходное звено 21.

При переключении на шестую передачу переднего хода выключается тормоз 14 и включается муфта 17, муфты 16 и 18 остаются включенными. При этом угловая скорость коронной шестерни 4 второго планетарного ряда равна угловой скорости водила 11 четвертого планетарного ряда, угловая скорость водила 2 первого планетарного ряда равна угловой скорости связанных между собой коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда и солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда, а также угловая скорость связанных между собой входного звена 20, солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда и солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда равна угловой скорости водила 11 четвертого планетарного ряда.

Крутящий момент на входном звене 20 разделяется на два потока. Первый поток поступает через муфту 17 на водило 11 четвертого планетарного ряда, откуда следует через муфту 16 на коронную шестерню 4 второго планетарного ряда и затем на водило 5 второго планетарного ряда, где объединяется со вторым потоком крутящего момента, следующего от входного звена 20 на связанную с ним солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда и затем поступающего на водило 5 второго планетарного ряда. Сформировавшийся поток крутящего момента от водила 5 второго планетарного ряда поступает на непосредственно связанное с ним выходное звено 21.

При переключении на седьмую передачу переднего хода выключается муфта 16 и включается тормоз 14, муфты 17 и 18 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда равна нулю. При этом угловая скорость водила 2 первого планетарного ряда равна угловой скорости связанных между собой коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда и солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда, а также угловая скорость связанных между собой входного звена 20, солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда и солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда равна угловой скорости водила 11 четвертого планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 20 поступает через муфту 17 на водило 11 четвертого планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от водила 11 четвертого планетарного ряда поступает на солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда и затем через муфту 18 на водило 2 первого планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от водила 2 первого планетарного ряда следует на солнечную шестерню 3 первого планетарного ряда, связанную с входным звеном 20, где объединяется с первоначальным потоком крутящего момента. Второй поток от водила 2 первого планетарного ряда поступает на коронную шестерню 1 первого планетарного ряда и на связанное с ней водило 8 третьего планетарного ряда, откуда следует на коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда, связанную с солнечной шестерней 12 четвертого планетарного ряда, где объединяется с первым потоком крутящего момента от водила 11 четвертого планетарного ряда. Второй поток крутящего момента от водила 11 четвертого планетарного ряда поступает на коронную шестерню 10 четвертого планетарного ряда, непосредственно связанную с выходным звеном 21.

При переключении на восьмую передачу переднего хода выключается тормоз 14 и включается тормоз 13, муфты 17 и 18 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость водила 2 первого планетарного ряда равна нулю. При этом угловая скорость водила 2 первого планетарного ряда равна угловой скорости связанных между собой коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда и солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда, а также угловая скорость связанных между собой входного звена 20, солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда и солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда равна угловой скорости водила 11 четвертого планетарного ряда.

Крутящий момент от входного звена 20 поступает через муфту 17 на водило 11 четвертого планетарного ряда, откуда следует на коронную шестерню 10 четвертого планетарного ряда, связанную непосредственно выходным звеном 21.

При переключении на девятую передачу переднего хода выключается муфта 18 и включается тормоз 14, муфта 17 и тормоз 13 остаются включенными. Таким образом, угловые скорости водила 2 первого планетарного ряда и солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда равны нулю. При этом угловая скорость связанных между собой входного звена 20, солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда и солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда равна угловой скорости водила 11 четвертого планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 20 поступает на солнечную шестерню 3 первого планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда поступает на коронную шестерню 1 первого планетарного ряда и на связанное с ним водило 8 третьего планетарного ряда, откуда следует на коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда и на связанную с ней солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда. Затем этот поток крутящего момента поступает на водило 11 четвертого планетарного ряда, где объединяется со вторым потоком крутящего момента, движущимся от солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда через муфту 17 на водило 11 четвертого планетарного ряда. Сформировавшийся поток крутящего момента от водила 11 четвертого планетарного ряда поступает на коронную шестерню 10 четвертого планетарного ряда, непосредственно связанную с выходным звеном 21.

На передаче заднего хода включаются тормоза 14 и 15 и муфта 18. Таким образом, угловые скорости солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда и водила 11 четвертого планетарного ряда равны нулю. При этом угловая скорость водила 2 первого планетарного ряда равна угловой скорости связанных между собой коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда и солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда

Крутящий момент с входного звена 20 поступает на солнечную шестерню 3 первого планетарного ряда, откуда следует на водило 2 первого планетарного ряда, и затем через муфту 18 на коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда поступает на водило 8 третьего планетарного ряда и на связанную с ним коронную шестерню 1 первого планетарного ряда, откуда следует на водило 2 первого планетарного ряда, где объединяется с первоначальным потоком крутящего момента. Второй поток от коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда поступает на связанную с ней солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда и затем на коронную шестерню 10 четвертого планетарного ряда, непосредственно связанную с выходным звеном 21.

Изменение схемы и последовательности совместного включения элементов управления позволяет добиться заявленного технического результата и значительного расширения кинематического диапазона коробки передач, а также того, что при переключении отсутствует разрыв мощности. Кроме того, благодаря этому удается улучшить динамические характеристики коробки передач и увеличить ее долговечность.

Настоящее изобретение промышленно применимо, так как для его реализации не требуется специальной новой технологии и специального оборудования, кроме тех, что используются в машиностроении в производстве редукторов, в том числе и планетарных.

Изобретение относится к конструкции ступенчатой планетарной коробки передач транспортных средств. Автоматическая коробка передач, реализующая девять передач переднего хода и одну передачу заднего хода, содержит картер (19), входное звено (20), выходное звено (21), гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор. Планетарный редуктор состоит из четырех планетарных рядов. Первый планетарный ряд состоит из солнечной шестерни (3), водила (2) сателлитов и коронной шестерни (1). Второй планетарный ряд состоит из солнечной шестерни (6), водила (5) сателлитов и коронной шестерни (4). Третий планетарный ряд состоит из солнечной шестерни (9), водила (8) сателлитов и коронной шестерни (7). Четвертый планетарный ряд состоит из солнечной шестерни (12), водила (11) сателлитов и коронной шестерни (10). Входное звено (20) соединено с выходным звеном гидродинамического преобразователя крутящего момента (22), с солнечной шестерней (3) первого планетарного ряда и с солнечной шестерней (12) четвертого планетарного ряда. Выходное звено (21) связано с коронной шестерней (7) третьего планетарного ряда. Коронная шестерня (1) первого планетарного ряда связана с водилом (5) второго планетарного ряда. Тормоз (13) соединяет водило первого ряда (2) с картером коробки передач (19). Тормоз (14) соединяет солнечную шестерню (6) с картером коробки передач (19). Тормоз (15) соединяет связанные между собой водило (8) третьего планетарного ряда и коронную шестерню (10) четвертого планетарного ряда. Муфта (16) соединяет солнечную шестерню (12) четвертого планетарного ряда, связанную с солнечной шестерней (3) первого планетарного ряда и с входным звеном (20), с коронной шестерней (10) четвертого планетарного ряда, связанной с водилом (8) третьего планетарного ряда. Муфта (17) соединяет водило (11) четвертого планетарного ряда со связанными между собой коронную шестерню (7) третьего планетарного ряда и выходное звено (21). Муфта (18) соединяет солнечную шестерню (3) первого планетарного ряда со связанными между собой коронную шестерню (4) второго планетарного ряда и солнечную шестерню (9) третьего планетарного ряда. Достигается увеличение числа передач в коробке передач. 1 ил.

Гидромеханическая коробка передач, содержащая гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор с управляющими элементами в виде управляемых тормозов и муфт, в котором коронная шестерня (эпицикл) третьего планетарного ряда связана с выходным звеном и через муфту с водилом четвертого планетарного ряда, коронная шестерня четвертого планетарного ряда связана с водилом третьего планетарного ряда, с картером коробки передач - через тормоз, с солнечной шестерней четвертого планетарного ряда, соединенной с солнечной шестерней первого планетарного ряда и входным звеном, через муфту, солнечная шестерня третьего планетарного ряда, связанная с коронной шестерней второго планетарного ряда, соединена муфтой с водилом первого планетарного ряда, водило первого планетарного ряда связано с картером коробки передач тормозом, коронная шестерня первого планетарного ряда связана с водилом второго планетарного ряда, входное звено связано с выходным звеном гидродинамического преобразователя крутящего момента.