КОРОБКА ПЕРЕДАЧ Российский патент 2015 года по МПК F16H57/04 F16C3/02 

Изобретение относится к коробке передач с вращающимся, по меньшей мере, в одном смазываемом подшипнике валом и, в частности, к снабжению этого подшипника смазочным материалом.

Из DE 3320086 С2 известна машина с вращающимся в смазываемом подшипнике валом, в которой смазочный канал для смазки подшипника проходит аксиально внутри вала. За счет того, что смазочный канал проходит вдоль вала, достигаются также места смазки, которые с трудом снабжаются другим путем, обычно по проходящим в корпусе коробки передач каналам. Однако смазочный канал внутри вала может быть длинным, а его сечение сильно ограничено, поскольку он, с одной стороны, не должен ослаблять вал, а, с другой стороны, диаметр вала должен быть как можно меньше, чтобы для снижения затрат и во избежание ненужных потерь на трение диаметры подшипников, на которые опирается вал, можно было поддерживать как можно меньшими. Из-за этого требуется подавать смазочный материал из его резервуара под повышенным давлением. Необходимый для этого насос повышает как расходы на машину, так и риск ее выхода из строя.

Задачей изобретения является создание коробки передач с вращающимся, по меньшей мере, в одном смазываемом подшипнике первым валом и проходящим вдоль первого вала смазочным каналом для смазки подшипника, которая обходилась бы без внешнего насоса для подачи смазочного материала под повышенным давлением.

Эта задача решается за счет того, что в такой коробке передач в смазочном канале расположена турбина с радиально входящими в смазочный канал, ориентированными наискось к оси первого вала лопатками. За счет своей ориентации лопатки придают циркулирующему в смазочном канале смазочному материалу импульс в осевом направлении, в результате чего повышается давление смазочного материала в канале по потоку за турбиной и можно гарантировать достаточную смазку подшипника по каналу.

Преимущественно турбина жестко соединена с валом. Такая турбина не требует вращающихся относительно вала деталей, а потому не требует обслуживания и в нормальном режиме работы коробки передач почти не разрушается.

Смазочный канал может иметь на первом конце вала расширение, в которое помещена турбина и в котором она удерживается преимущественно с фрикционным или геометрическим замыканием. Турбина может быть установлена простым образом путем вставки в расширение.

Преимущественно лопатки турбины расположены заподлицо с концом вала для захвата имеющегося на конце вала смазочного материала и его втягивания в смазочный канал.

Турбина может быть реализована простым образом за счет того, что в ее теле просверливаются несколько ориентированных наискось к оси отверстий. При этом лопатки образованы соответственно перегородками между соседними отверстиями. Во избежание дисбаланса отверстия целесообразно могут конгруэнтно переходить друг в друга при вращении вокруг оси турбины.

Косые отверстия могут быть объединены между собой в один осевой проход.

Если косые отверстия расходятся в направлении выходной стороны турбины, то центробежная сила, действующая при вращении турбины на протекающий смазочный материал, может также способствовать транспортирующему действию турбины.

Для снабжения турбины смазочным материалом не требуется высокого давления на входе турбины или на конце первого вала, на котором она размещена. Так, в частности, можно питать турбину через каплеуловитель, который размещен на периферии погруженного в резервуар со смазочным материалом, вращающегося колеса для улавливания отбрасываемого им смазочного материала.

Предложенная коробка передач представляет собой преимущественно ступенчатую коробку передач, в частности коробку передач с двойным сцеплением для автомобиля.

Погруженное в резервуар со смазочным материалом, вращающееся колесо может быть в такой коробке передач, в частности, кольцевым зубчатым колесом дифференциала.

Благодаря достигаемому турбиной импульсному повышению можно по проходящему через первый вал смазочному каналу снабжать одно или несколько дополнительных мест смазки, лежащих вниз по потоку за первым валом.

В качестве альтернативы турбина может быть расположена также между двумя местами смазки составной питающей магистрали, чтобы компенсировать потери давления вдоль нее или объемные потери в находящемся вверх по потоку месте смазки и обеспечить достаточную подачу смазочного материала также к находящемуся дальше вниз по потоку месту смазки.

В частности, подшипники первого и, по меньшей мере, одного второго валов могут снабжаться смазочным материалом за счет того, что смазочный канал второго вала последовательно связан со смазочным каналом первого вала, причем второй вал может быть расположен как вверх по потоку перед первым валом, так и вниз по потоку за ним.

Другие признаки и преимущества изобретения приведены в нижеследующем описании примеров его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображают:

- фиг. 1: осевой разрез коробки передач с двойным сцеплением;

- фиг. 2: схематичное сечение коробки передач с двойным сцеплением;

- фиг. 3: частичный вид стенки картера коробки передач с закрепленным на стенке картера каплеуловителем;

- фиг. 4: перспективный вид турбины для подачи смазочного масла;

- фиг. 5: разрез турбины в плоскости, смещенной параллельно оси турбины;

- фиг. 6: разрез турбины в плоскости VI-VI из фиг. 5.

На фиг. 1 изображен схематичный разрез коробки передач с двойным сцеплением для автомобиля. Известное само по себе двойное сцепление 1 расположено между вторичным валом 2 двигателя (не показан) и двумя расположенными концентрично по отношению друг к другу на одной оси первичными валами 3, 4 коробки передач для нагружения крутящим моментом выборочно первичного вала 3 или 4.

На первичных валах 3, 4 жестко установлены несколько зубчатых колес 5, 6, 7, которые, в свою очередь, находятся в зацеплении с зубчатыми колесами 8-11 на двух параллельных промежуточных валах 12, 13. Зубчатые колеса 8-11 промежуточных валов 12, 13 жестко фиксируются на них посредством инерционных синхронизаторов 14-17. Третий промежуточный вал 18 несет зубчатые колеса 19, 20, находящиеся в зацеплении с зубчатыми колесами 21, 22 промежуточного вала 12. За счет того, что, например, инерционный синхронизатор 15 связывает зубчатое колесо 22 с промежуточным валом 12, первая передача может быть включена за счет передачи крутящего момента между зубчатыми колесами 5, 8, 21, 19, 20, 22.

Для переключения передач без прерывания крутящего момента вторая передача, как и все четные передачи, придана полому первичному валу 4, тогда как нечетные передачи включаются посредством проходящего через полый первичный вал 4 внутреннего первичного вала 3. Поскольку принципы работы таких коробок передач с двойным сцеплением были опубликованы, они не требуют здесь подробного пояснения.

Каждый промежуточный вал 12, 13, 18 несет шестерню 23, 24, 25, находящуюся в зацеплении с кольцевым зубчатым колесом 26 дифференциала 27. За счет того, что инерционный синхронизатор 28 блокирует зубчатые колеса 19, 20 на промежуточном валу 18, посредством ее шестерни 25 может быть включена задняя передача.

На фиг. 2 показано положение осей дифференциала 27, первичных валов 3, 4 и промежуточных валов 12, 13, 18 в окружающем коробку передач картере 29. Некоторые из зубчатых колес коробки передач изображены в форме концентричных осям окружностей.

Кольцевое зубчатое колесо 26 дифференциала 27 расположено ниже всех зубчатых колес и частью своей периферии погружено в масляный поддон 30. Для уменьшения потерь от расплескивания обозначенный штрихпунктирной линией уровень 31 масла при неработающей коробке передач установлен так, что зубчатые колеса валов 3, 4, 12, 13, 18 не погружены в масло, а их находящиеся в зацеплении между собой зубья смазываются поднятым кольцевым зубчатым колесом 26 масляным туманом. Во время работы коробки передач масло из поддона 30 распределяется везде в картере 29. Масло, стекающее с валов 3, 4, 12, 13 и их зубчатых колес, достигает сначала промежуточного накопителя 34, который находится немного выше масляного поддона 30 в картере 29 и отделен от него внутренней стенкой 32. Узкий зазор 33 на нижнем конце внутренней стенки 32 обеспечивает замедленный обратный поток масла в поддон 30. Вследствие этого при работе уровень масла в поддоне 30 понижается до уровня 31′, которого как раз достаточно для смачивания зубьев кольцевого зубчатого колеса 26. Таким образом, потери от расплескивания при длительной работе коробки передач равны почти нулю.

На фиг. 3 изображен перспективный частичный вид внутренней стороны стенки 35 окружающего коробку передач картера 29. Просторная выемка 36, предназначенная для размещения части дифференциала 27, заполняет большую часть нижнего участка стенки 35. Вокруг выемки 36 расположены гнезда 37, 38, 39 для концов промежуточных валов 13, 12, 18 соответственно. В то время как гнезда 37, 38 образованы, в основном, отстоящими от стенки 35 ребрами 40, гнездо 39 углублено в стенку 35, а на дне углубления виден конец отверстия 41, проходящего внутри стенки 35 к каплеуловителю 42. Последний имеет роговидное криволинейное сечение с открытым концом 43, обращенным к кольцевому зубчатому колесу 26 (не показано) для улавливания масла, которое зубья кольцевого зубчатого колеса 26 при его вращении захватывают из масляного поддона 30, а затем отбрасывают. Улавливаемое масло попадает через каплеуловитель 42 и отверстие 41 в гнездо 39 и находится там на торцевом конце промежуточного вала 18.

Как видно на фиг. 1, по всей длине промежуточного вала 18 проходит канал 44, а ответвляющиеся от него, на фиг. 1 для наглядности не показанные маслоподающие каналы ведут соседним с концам промежуточным валом 18 подшипникам качения 45, 46 для их снабжения маслом. Для повышения пропускной способности канала 44 в расширение на обращенном к гнезду 39 конце промежуточного вала 18 вставлена турбина 47. На фиг. 4-6 эта турбина 47 изображена в перспективном виде и в разрезе.

Как видно на фиг. 4, турбина 47 представляет собой цельное металлическое тело, в основном, плоской цилиндрической формы, в осевом направлении которого выполнен проход 48. Он получен в результате нескольких сверлильных или фрезерных операций. Несколько отверстий 49, здесь пять, выполнены в теле турбины 47 с равными угловыми промежутками наискось к оси симметрии, т.е. каждое вращение турбины 47 на 2π/5 вокруг своей оси симметрии переводит турбину 47 в саму себя. Диаметр отверстий 49 выбран так, что они образуют единственный проход 48. На фиг. 5 изображен разрез турбины 47 вдоль оси 50 такого отверстия 49, причем второе отверстие 49 видно только в надрезе.

На фиг. 6 изображен разрез турбины в перпендикулярной оси 50 плоскости VI-VI из фиг. 5. В этом разрезе между отдельными отверстиями 49 оставшиеся, выступающие радиально внутрь в проход 48 стенки 51, которые при вращении турбины 47 придают проникающему в него маслу импульс в осевом направлении. Как видно далее из разреза на фиг. 6, отверстия 49 все более приближаются в направлении лежащей вниз по потоку стороне турбины к ее внешней периферии. Поэтому не только косо ориентированные отверстия 49 и стенки 51, но и действующая во вращающейся турбине 47 центробежная сила гонит масло через нее. Таким образом, в канале 44 вниз по потоку за турбиной 47 может быть создано давление подпора, которое обеспечивает достаточное маслоснабжение подшипников качения 45, 46, а, кроме того, еще снабжение подшипников качения промежуточных валов 12, 13 и первичных валов 3, 4 по магистралям 52, которые, как показано на фиг. 1, в обращенной от двойного сцепления 1 и дифференциала 27 стенке 53 картера коробки передач связывают лежащий вниз по потоку конец канала 44 с каналами 54, 55, 56 этих валов.

Для повышения давления масла в каналах 54, 55, 56 турбинами 47 с входной стороны могут быть снабжены также валы 3, 12, 13, т.е. на своем обращенном от двойного сцепления 1 конце.

Можно также снабдить турбинами 47 только лежащие вниз по потоку валы 3, 12, 13, чтобы обеспечить смазку их подшипников качения, которая качественно равноценна смазке подшипников качения 45, 46.

Изобретение было описано выше со ссылкой на коробку передач с двойным сцеплением, поскольку такие коробки передач представляют собой предпочтительную область применения. Большая по сравнению с обычным одинарным сцеплением площадь, занимаемая двойным сцеплением 1, приводит к резкому контурированию стенки 35 с направленным дальше в картер 29 вокруг первичных валов выступом 57, который затрудняет маслоснабжение несущих валы 3, 4, 12, 13 со стороны стенки 35 подшипников качения 58 по проходящим в стенке 35 магистралям. Однако очевидно, что изобретение может применяться также в коробках передач других конструктивных форм или, вообще, для маслоснабжения любых мест смазки в коробках передач различных типов.

Перечень позиций:

1 - двойное сцепление

2 - вторичный вал

3 - первичный вал

4 - первичный вал

5 - зубчатое колесо первичного вала

6 - зубчатое колесо первичного вала

7 - зубчатое колесо первичного вала

8 - зубчатое колесо

9 - зубчатое колесо

10 - зубчатое колесо

11 - зубчатое колесо

12 - промежуточный вал

13 - промежуточный вал

14 - инерционный синхронизатор

15 - инерционный синхронизатор

16 - инерционный синхронизатор

17 - инерционный синхронизатор

18 - промежуточный вал

19 - зубчатое колесо промежуточного вала

20 - зубчатое колесо промежуточного вала

21 - зубчатое колесо

22 - зубчатое колесо

23 - шестерня

24 - шестерня

25 - шестерня

26 - кольцевое зубчатое колесо

27 - дифференциал

28 - инерционный синхронизатор

29 - картер

30 - масляный поддон

Изобретение относится к коробке передач с вращающимся, по меньшей мере, в одном смазываемом подшипнике валом и, в частности, к снабжению этого подшипника смазочным материалом. Коробка передач содержит вращающийся, по меньшей мере, в одном смазываемом подшипнике (45; 46; 58) вал (18; 3, 4; 12; 13). Вдоль первого вала (18; 3, 4; 12; 13) проходит смазочный канал (44; 54; 55; 56) для смазки подшипника (45; 46; 58). В смазочном канале (44; 54; 55; 56) расположена турбина (47) с радиально входящими в него, ориентированными наискось к оси первого вала (18; 3, 4; 12; 13) лопатками (51). Технический результат: создание коробки передач, которая обходится без внешнего насоса для подачи смазочного материала под повышенным давлением. 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Коробка передач с установленным с возможностью вращения, по меньшей мере, в одном смазываемом подшипнике (45, 46; 58) первым валом (18; 3, 4; 12; 13), причем вдоль первого вала (18; 3, 4; 12; 13) проходит смазочный канал (44; 54; 55; 56) для смазки подшипника (45, 46; 58), отличающаяся тем, что в смазочном канале (44; 54; 55; 56) расположена турбина (47) с радиально входящими в него, ориентированными наискось к оси первого вала (18; 3, 4; 12; 13) лопатками (51).

2. Коробка передач по п. 1, отличающаяся тем, что турбина (47) жестко соединена с первым валом (18; 3, 4; 12; 13).

3. Коробка передач по п. 1, отличающаяся тем, что смазочный канал (44; 54; 55; 56) имеет на конце первого вала (18; 3, 4; 12; 13) расширение, в которое помещена турбина (47).

4. Коробка передач по п. 1, отличающаяся тем, что лопатки (51) расположены заподлицо с концом вала (18; 3, 4; 12; 13).

5. Коробка передач по п. 1, отличающаяся тем, что турбина (47) имеет несколько ориентированных наискось к оси и конгруэнтно переходящих друг в друга при вращении вокруг оси отверстий (49), причем лопатки (51) образованы перегородками между отверстиями (49).

6. Коробка передач по п. 5, отличающаяся тем, что косые отверстия (49) объединены между собой в проход (48).

7. Коробка передач по п. 5, отличающаяся тем, что косые отверстия (49) расходятся в направлении выходной стороны турбины (47).

8. Коробка передач по п. 1, отличающаяся тем, что турбина (47) выполнена с возможностью питания через каплеуловитель (42), который размещен на периферии погруженного в резервуар (30) со смазочным материалом, установленного с возможностью вращения колеса (26).

9. Коробка передач по п. 1, отличающаяся тем, что она представляет собой ступенчатую коробку передач.

10. Коробка передач по п. 8, отличающаяся тем, что колесо (26) представляет собой кольцевое зубчатое колесо дифференциала (27).

11. Коробка передач по п. 9, отличающаяся тем, что ступенчатая коробка передач содержит двойное сцепление (1).

12. Коробка передач по п. 1, отличающаяся тем, что смазочный канал (44; 54; 55; 56) проходит от одного конца первого вала (18; 3, 4; 12; 13) к другому концу с возможностью снабжения, по меньшей мере, одного места смазки вниз по потоку за первым валом (18; 3, 4; 12; 13).

13. Коробка передач по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что смазочный канал (54; 55; 56; 44) во втором валу (3, 4; 12; 13; 18) последовательно связан со смазочным каналом первого вала (18; 3, 4; 12; 13).