ПЛАНЕТАРНАЯ СОГЛАСУЮЩАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2015 года по МПК F16H3/44 F16H48/00 

Область техники

Группа изобретений относится к области машиностроения и может быть использована в качестве согласующей коробки передач в составе многодиапазонной многопоточной бесступенчатой трансмиссии транспортных средств.

Уровень техники

Известна многодиапазонная бесступенчатая коробка передач (варианты), описанная в патенте RU №2484333 (МНОГОДИАПАЗОННАЯ БЕССТУПЕНЧАТАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ (ВАРИАНТЫ), Давыдов В.В., 2011) и включающая входной вал, варьирующее звено, дифференциальный блок первого разделения, уравнительную передачу, дифференциальный блок второго разделения, согласующую передачу и выходной вал, причем согласующая передача включает два унифицированных планетарных ряда с равным передаточным отношением. Это устройство принято за аналог. Недостатком устройства-аналога является большое количество планетарных рядов и управляющих механизмов в согласующей передаче.

В качестве прототипа изобретения принято наиболее близкое к предлагаемому техническое решение, обладающее максимальной совокупностью общих с предлагаемым техническим решением признаков, изложенное в патенте RU №2460919 (МНОГОДИАПАЗОННАЯ БЕССТУПЕНЧАТАЯ ТРАНСМИССИЯ (ВАРИАНТЫ), Давыдов В.В., Гулиа Н.В., 2010). Многодиапазонная бесступенчатая трансмиссия по этому патенту включает дифференциальный блок, варьирующее звено, входной вал, выходной вал и планетарную согласующую передачу, причем поочередное кинематическое соединение выходного звена планетарной согласующей передачи с выходными звеньями дифференциального блока выполнено путем осевого перемещения водила планетарной согласующей передачи с фиксацией этого перемещения на соответствующих соединениях. Недостатком прототипа является наличие трех венцов сателлитов и связанный с этим большой суммарный ход водила, обусловливающий большую монтажную длину всей трансмиссии. Другим недостатком прототипа является отсутствие диапазона заднего хода.

Задача изобретения

Задачей изобретения является создание простой, компактной и энергоэффективной конструкции согласующей коробки передач для многодиапазонной многопоточной трансмиссии, обеспечивающей нейтраль, четыре бесступенчатых диапазона и несколько фиксированных передач переднего хода, а также один бесступенчатый диапазон заднего хода.

Сущность изобретения

Задача изобретения решается тем, что планетарная согласующая коробка передач, включающая корпус, планетарный механизм с подвижным в осевом направлении водилом, на котором закреплен с возможностью вращения, по меньшей мере, один сателлит, три соосных входных вала (внешний, средний и внутренний), входящих в планетарную согласующую коробку передач с передней стороны, с малыми центральными зубчатыми колесами, жестко закрепленными на каждом из этих валов, выходной вал, выходящий из планетарной согласующей коробки передач с задней стороны, и привод осевого перемещения водила, характеризуется тем, что большое центральное колесо планетарного механизма постоянно сцеплено с сателлитами и связано в осевом направлении с водилом посредством способного нести осевую нагрузку подшипника, водило, либо жестко связанные с ним детали, имеют, по меньшей мере, два шлицевых венца, большое центральное колесо, либо жестко связанная с ним деталь, имеет, по меньшей мере, один шлицевой венец, выходной вал, либо жестко связанная с ним деталь, имеет, по меньшей мере, один шлицевой венец, а корпус, либо жестко связанные с ним детали, имеют, по меньшей мере, два шлицевых венца, причем геометрические размеры и расположение упомянутых зубчатых колес и шлицевых венцов выполнены таким образом, что, при осевом перемещении водила, зацепления зубчатых колес и шлицевых венцов осуществляются в следующей последовательности:

- в первом, ближнем к передней стороне, положении первый шлицевой венец водила сцеплен с первым шлицевым венцом корпуса, шлицевой венец большого центрального колеса сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом внешнего входного вала;

- во втором, следующем сразу за первым, положении, все шлицевые венцы расцеплены, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом внешнего входного вала;

- в третьем, следующем сразу за вторым, положении второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, шлицевой венец большого центрального колеса сцеплен со вторым шлицевым венцом корпуса, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом внешнего входного вала;

- в четвертом, следующем сразу за третьим, положении второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, шлицевой венец большого центрального колеса сцеплен со вторым шлицевым венцом корпуса, а сателлит находится в одновременном зацеплении с малыми центральными колесами внешнего и среднего входных валов;

- в пятом, следующем сразу за четвертым, положении второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, шлицевой венец большого центрального колеса сцеплен со вторым шлицевым венцом корпуса, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом среднего входного вала;

- в шестом, следующем сразу за пятым, положении первый шлицевой венец водила сцеплен с вершинами зубьев малого центрального колеса внешнего входного вала, второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, шлицевой венец большого центрального колеса сцеплен со вторым шлицевым венцом корпуса, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом среднего входного вала;

- в седьмом, следующем сразу за шестым, положении первый шлицевой венец водила сцеплен с вершинами зубьев малого центрального колеса внешнего входного вала, второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом среднего входного вала;

- в восьмом, следующем сразу за седьмым, положении первый шлицевой венец водила одновременно сцеплен с вершинами зубьев малых центральных колес внешнего и среднего входных валов, второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом среднего входного вала;

- в девятом, следующем сразу за восьмым, положении первый шлицевой венец водила сцеплен с вершинами зубьев малого центрального колеса среднего входного вала, второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом среднего входного вала;

- в десятом, ближнем к задней стороне, положении первый шлицевой венец водила сцеплен с вершинами зубьев малого центрального колеса среднего входного вала, второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, а сателлит находится в одновременном зацеплении с малыми центральными колесами среднего и внутреннего входных валов.

Во втором варианте предлагаемого изобретения планетарная согласующая коробка передач, включающая корпус, планетарный механизм с подвижным в осевом направлении водилом, на котором закреплен с возможностью вращения, по меньшей мере, один сателлит, два соосных входных вала (внешний и средний), входящих в планетарную согласующую коробку передач с передней стороны, с малыми центральными зубчатыми колесами, жестко закрепленными на каждом из этих валов, выходной вал, выходящий из планетарной согласующей коробки передач с задней стороны, и привод осевого перемещения водила, характеризуется тем, что большое центральное колесо планетарного механизма постоянно сцеплено с сателлитами и связано в осевом направлении с водилом посредством способного нести осевую нагрузку подшипника, водило, либо жестко связанные с ним детали, имеют, по меньшей мере, два шлицевых венца, большое центральное колесо, либо жестко связанная с ним деталь, имеет, по меньшей мере, один шлицевой венец, выходной вал, либо жестко связанная с ним деталь, имеет, по меньшей мере, один шлицевой венец, а корпус, либо жестко связанные с ним детали, имеют, по меньшей мере, два шлицевых венца, причем геометрические размеры и расположение упомянутых зубчатых колес и шлицевых венцов выполнены таким образом, что, при осевом перемещении водила, зацепления зубчатых колес и шлицевых венцов осуществляются в следующей последовательности:

- в первом, ближнем к передней стороне, положении первый шлицевой венец водила сцеплен с первым шлицевым венцом корпуса, шлицевой венец большого центрального колеса сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом внешнего входного вала;

- во втором, следующем сразу за первым, положении, все шлицевые венцы расцеплены, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом внешнего входного вала;

- в третьем, следующем сразу за вторым, положении второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, шлицевой венец большого центрального колеса сцеплен со вторым шлицевым венцом корпуса, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом внешнего входного вала;

- в четвертом, следующем сразу за третьим, положении второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, шлицевой венец большого центрального колеса сцеплен со вторым шлицевым венцом корпуса, а сателлит находится в одновременном зацеплении с малыми центральными колесами внешнего и среднего входных валов;

- в пятом, следующем сразу за четвертым, положении второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, шлицевой венец большого центрального колеса сцеплен со вторым шлицевым венцом корпуса, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом среднего входного вала;

- в шестом, следующем сразу за пятым, положении первый шлицевой венец водила сцеплен с вершинами зубьев малого центрального колеса внешнего входного вала, второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, шлицевой венец большого центрального колеса сцеплен со вторым шлицевым венцом корпуса, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом среднего входного вала;

- в седьмом, следующем сразу за шестым, положении первый шлицевой венец водила сцеплен с вершинами зубьев малого центрального колеса внешнего входного вала, второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом среднего входного вала;

- в восьмом, следующем сразу за седьмым, положении первый шлицевой венец водила одновременно сцеплен с вершинами зубьев малых центральных колес внешнего и среднего входных валов, второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом среднего входного вала;

- в девятом, ближнем к задней стороне, положении первый шлицевой венец водила сцеплен с вершинами зубьев малого центрального колеса среднего входного вала, второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом среднего входного вала.

Следующей особенностью предлагаемого изобретения является то, что планетарная согласующая коробка передач характеризуется тем, что первый шлицевой венец водила выполнен внутренним, зубья малого центрального колеса внешнего входного вала укорочены по всей окружности на части ширины венца, ближней к передней стороне, таким образом, что диаметр по укороченным вершинам зубьев меньше диаметра по вершинам зубьев первого шлицевого венца водила, а профиль боковых поверхностей первого шлицевого венца водила сопрягается с профилем зубьев малых центральных колес внешнего и среднего входных валов.

Следующей особенностью предлагаемого изобретения является то, что планетарная согласующая коробка передач характеризуется тем, что число зубьев первого шлицевого венца водила кратно числу зубьев малых центральных колес.

Следующей особенностью предлагаемого изобретения является то, что планетарная согласующая коробка передач характеризуется тем, что второй шлицевой венец водила и шлицевой венец большого центрального колеса выполнены внутренними, а шлицевой венец выходного вала и второй шлицевой венец корпуса выполнены внешними, причем профиль боковых поверхностей зубьев упомянутых внутренних венцов сопрягается с профилем боковых поверхностей зубьев упомянутых внешних венцов, а зубья второго шлицевого венца водила и второго шлицевого венца корпуса укорочены таким образом, что диаметр по вершинам зубьев второго шлицевого венца водила больше диаметра по вершинам зубьев второго шлицевого венца корпуса.

Следующей особенностью предлагаемого изобретения является то, что планетарная согласующая коробка передач характеризуется тем, что число зубьев второго шлицевого венца водила кратно числу зубьев шлицевого венца выходного вала.

Следующей особенностью предлагаемого изобретения является то, что планетарная согласующая коробка передач характеризуется тем, что число зубьев второго шлицевого венца корпуса кратно числу зубьев шлицевого венца большого центрального колеса.

Следующей особенностью предлагаемого изобретения является то, что планетарная согласующая коробка передач характеризуется тем, что на торцевых поверхностях зубьев шлицевых венцов, малых центральных колес и сателлитов выполнены симметричные двухсторонние скосы, сходящиеся на ребро в плоскости симметрии каждого зуба.

Следующей особенностью предлагаемого изобретения является то, что планетарная согласующая коробка передач характеризуется тем, что привод осевого перемещения водила выполнен в виде посредством кольцевого соосного гидроцилиндра двойного действия, причем плунжер упомянутого гидроцилиндра связан с большим центральным колесом планетарного механизма посредством подшипника, способного нести осевую нагрузку.

Краткое описание чертежей

Устройство представлено на 12 фигурах.

На фиг.1 изображен пример кинематической схемы четырехдиапазонной трехпоточной бесступенчатой трансмиссии с использованием первого варианта предлагаемого изобретения, в первом положении водила (бесступенчатый диапазон заднего хода).

На фиг.2 изображен пример кинематической схемы четырехдиапазонной трехпоточной бесступенчатой трансмиссии с использованием первого варианта предлагаемого изобретения, во втором положении водила (нейтраль).

На фиг.3 - пример кинематической схемы четырехдиапазонной трехпоточной бесступенчатой трансмиссии с использованием первого варианта предлагаемого изобретения, в третьем положении водила (первый бесступенчатый диапазон).

На фиг.4 изображен пример кинематической схемы четырехдиапазонной трехпоточной бесступенчатой трансмиссии с использованием первого варианта предлагаемого изобретения, в четвертом положении водила (первая фиксированная передача, между первым и вторым диапазонами).

На фиг.5 изображен пример кинематической схемы четырехдиапазонной трехпоточной бесступенчатой трансмиссии с использованием первого варианта предлагаемого изобретения, в пятом положении водила (второй бесступенчатый диапазон).

На фиг.6 изображен пример кинематической схемы четырехдиапазонной трехпоточной бесступенчатой трансмиссии с использованием первого варианта предлагаемого изобретения, в шестом положении водила (вторая фиксированная передача, между вторым и третьим диапазонами).

На фиг.7 изображен пример кинематической схемы четырехдиапазонной трехпоточной бесступенчатой трансмиссии с использованием первого варианта предлагаемого изобретения, в седьмом положении водила (третий бесступенчатый диапазон).

На фиг.8 изображен пример кинематической схемы четырехдиапазонной трехпоточной бесступенчатой трансмиссии с использованием первого варианта предлагаемого изобретения, в восьмом положении водила (третья фиксированная передача, между третьим и четвертым диапазонами).

На фиг.9 изображен пример кинематической схемы четырехдиапазонной трехпоточной бесступенчатой трансмиссии с использованием первого варианта предлагаемого изобретения, в девятом положении водила (четвертый бесступенчатый диапазон).

На фиг.10 изображен пример кинематической схемы четырехдиапазонной трехпоточной бесступенчатой трансмиссии с использованием первого варианта предлагаемого изобретения, в десятом положении водила (четвертая - прямая фиксированная передача).

На фиг.11 изображен фрагмент планетарной согласующей коробки передач в аксонометрической проекции на четвертом бесступенчатом диапазоне (с вырезанным фрагментом водила и его первого шлицевого венца).

На фиг.12 изображен пример кинематической схемы четырехдиапазонной трехпоточной бесступенчатой трансмиссии с использованием второго варианта предлагаемого изобретения, во втором положении водила (нейтраль).

Описание устройства

Предлагаемая планетарная согласующая коробка передач 1 (фиг.1-10, фиг.12) является неотъемлемой частью четырехдиапазонной многопоточной бесступенчатой трансмиссии. Помимо планетарной согласующей коробки передач 1 в состав трансмиссии обязательно входят две обратимые регулируемые энергетические машины (Е1 и Е2), дифференциальный блок, состоящий из одного или нескольких планетарных дифференциальных механизмов (D1, D2, D3 …) и, по меньшей мере, один дополнительный редуктор R3. В представленных на фиг.1-12 вариантах применения предлагаемого изобретения энергетические машины (Е1 и Е2) представляют собой электрические машины, состоящие из статоров 2, 3, неподвижно закрепленных в корпусе 4, а также роторов 5 и 6, вращающихся в подшипниках в 7, 8, 9 и 10. Роторы 5 и 6 жестко соединены с малыми центральными колесами 11 и 12, соответственно, которые являются звеньями дифференциального блока. В представленном варианте реализации изобретения дифференциальный блок состоит из двух планетарных дифференциальных механизмов D1 и D2. Трехзвенный однорядный планетарный механизм D1 включает малое центральное колесо 11, большое центральное колесо 13 и одновенцовые сателлиты 14, закрепленные с возможностью вращения в водиле 15. Четырехзвенный двухрядный планетарный механизм D2 включает малое центральное колесо 12, малое центральное колесо 16, большое центральное колесо 17 и два ряда сцепленных одновенцовых сателлитов 18 и 19, закрепленных с возможностью вращения в водиле 20. Водило 15 жестко связано с большим центральным колесом 17 и входным валом 21 трансмиссии. Входной вал 21 также жестко связан с внутренним валом 22. Большое центральное колесо 13 жестко связано с водилом 20 и средним валом 23. Малое центральное колесо 16 жестко связано с большим центральным колесом 24 редуктора R3. Также в состав редуктора R3 входят малое центральное колесо 25, жестко связанное с корпусом 4, и двухвенцовые сателлиты 26, закрепленные с возможностью вращения в водиле 27. Водило 27 жестко связано с внешним валом 28.

Назначение энергетических машин E1, E2, дифференциального блока и дополнительных редукторов состоит в том, чтобы бесступенчато регулировать передаточные отношения от входного вала 21 к валам 23 и 28 путем изменения угловых скоростей роторов 5 и 6. Кинематическая схема дифференциального блока выполнена таким образом, что при замедлении среднего вала 23 относительно входного вала 21 внешний вал 28 вал ускоряется, и, наоборот, при ускорении среднего вала 23 относительно входного вала 21 внешний вал 28 вал замедляется. Редуктор R3 понижает частоту вращения внешнего вала 28 таким образом, что при остановленном роторе 6 или медленном его вращении (в зависимости от выбранных передаточных отношений) валы 23 и 28 вращаются с одинаковой угловой скоростью.

Планетарная согласующая коробка передач 1 содержит трехзвенный однорядный планетарный механизм R3 прямозубого зацепления, в котором водило 29 и большое центральное колесо 30 обладают возможностью совместного осевого перемещения таким образом, что ряд сателлитов 31 может попеременно входить в зацепление с тремя расположенными друг за другом, соосно, малыми центральными колесами 32, 33 и 34, с одинаковым числом и профилем боковой поверхности зубьев. Малые центральные колеса 32, 33 и 34 жестко связаны, соответственно, с внешним валом 28, средним валом 23 и внутренним валом 22. Осевое перемещение большого центрального колеса 30 обеспечивается посредством кольцевого соосного гидроцилиндра двойного действия, плунжер 35 которого связан с большим центральным колесом 30 посредством подшипника 36, способного нести осевую нагрузку. Совместное перемещение водила 29 и большого центрального колеса 30 обеспечивается за счет подшипника 37, также способного нести осевую нагрузку. На водиле 29 или жестко связанных с ним деталях выполнены первый шлицевой венец 38 и второй шлицевой венец 39. На большом центральном колесе 30, или жестко связанной с ним детали, выполнен шлицевой венец 40. При осевом перемещении водила 29 и большого центрального колеса 30 из крайнего переднего положения в крайнее заднее (фиг.1-10) первый шлицевой венец 38 водила 29 может последовательно сцепляться с первым шлицевым венцом 41 корпуса 4 и шлицевыми венцами 42 и 43, являющимися продолжением головок зубьев малых центральных колес 32 и 33 соответственно. Второй шлицевой венец 39 водила 29 может сцепляться со шлицевым венцом 44 выходного вала 45 трансмиссии. Шлицевой венец 40 большого центрального колеса 30 может сцепляться с со шлицевым венцом 44 выходного вала 45 либо со вторым шлицевым венцом 46 корпуса 4. Для беспрепятственного прохождения сателлитов 31 через участки малых центральных колес 32 и 33 со шлицевыми венцами 42 и 43 высота ножки зуба сателлитов 31 увеличена. На переднем участке малого центрального колеса 32 шлицы венца 42 отсутствуют, то есть высота головки зуба уменьшена. Диаметр по вершинам зубьев шлицевого венца 38 больше, чем диаметр по вершинам зубьев малого центрального колеса 32 на переднем участке, и венец 38 на этом участке с малым центральным колесом 32 не сцепляется. Шлицы венцов 39 и 46 укорочены таким образом, что диаметр по вершинам зубьев венца 39 больше, чем диаметр по вершинам зубьев венца 46; таким образом, шлицы венцов 39 и 46 также не могут сцепляться между собой при их осевом перекрытии.

Для обеспечения надежного включения при любом взаимном положении деталей торцевые поверхности всех входящих в зацепление шлицевых и зубчатых венцов планетарной согласующей коробки передач 1 выполнены с двухсторонними скосами 47 и 48, сходящимися на ребро 49 в плоскости симметрии каждого зуба (фиг.11). Для снижения осевого размера скосов шлицевых венцов, и, в конечном итоге, для уменьшения осевого габарита планетарной согласующей коробки передач 1 число зубьев в парах венцов, которые сцепляются по неполной высоте зуба, может быть выполнено кратным друг другу. В приведенном на фиг.11 примере выполнения предлагаемого изобретения число зубьев первого шлицевого венца 38 водила 29 вчетверо больше числа зубьев малых центральных колес 32, 33 и 34.

Назначение предлагаемой планетарной согласующей коробки передач 1 состоит в том, чтобы попеременно соединять выходной вал 45 (фиг.1-10 и 12) трансмиссии с соосными валами нечетных и четных бесступенчатых диапазонов, обеспечивая при этом различные передаточные отношения таким образом, чтобы на стыках бесступенчатых диапазонов входящие в зацепление звенья были синхронизированы по угловым скоростям. Синхронизация скоростей позволяет безударно включать одновременно два смежных диапазона при определенном передаточном отношении трансмиссии, что добавляет в трансмиссию фиксированные передачи с высоким КПД, а также обеспечивает переключение с одного бесступенчатого диапазона на другой без разрыва силового потока и дополнительных потерь.

В представленном на фиг.1-10 первом варианте предлагаемого изобретения планетарная согласующая коробка передач 1 обеспечивает один бесступенчатый диапазон движения назад, нейтраль, четыре последовательных бесступенчатых диапазона движения вперед, три фиксированных передачи на стыках бесступенчатых диапазонов движения вперед и одну фиксированную прямую передачу в средней части четвертого бесступенчатого диапазона.

Во втором варианте реализации предлагаемого изобретения (фиг.12) средний вал 23 и малое центральное колесо 34 (см. фиг.1-11) отсутствуют, а внутренний вал 50 жестко связан с большим центральным колесом 13 и водилом 20. В этом варианте планетарная согласующая коробка передач 1 обеспечивает один бесступенчатый диапазон движения назад, нейтраль, четыре последовательных бесступенчатых диапазона движения вперед и три фиксированных передачи на стыках бесступенчатых диапазонов движения вперед. Второй вариант реализации предлагаемого изобретения позволяет уменьшить суммарное перемещение подвижных в осевом направлении звеньев, а также уменьшить их длину, что, в конечном итоге, позволяет уменьшить размеры и массу планетарной согласующей коробки передач 1.

Во всех вариантах предлагаемого изобретения малые центральные колеса 32 и 33 выполняют две функции - передают крутящий момент обкатыванием по боковому профилю зуба в режиме планетарного зубчатого зацепления на диапазоне заднего хода и двух низших диапазонах переднего хода, а также верхней частью головок зубьев (образующей шлицевые венцы 42 и 43) в режиме шлицевого соединения на двух высших диапазонах переднего хода. Такое совмещение функций зубчатых колес и шлицевых соединений позволяет значительно уменьшить осевой размер планетарной согласующей коробки передач.

В любых вариантах реализации энергетических машин, дифференциального блока и дополнительных редукторов сущность изобретения не изменяется, и достигается один и тот же технический результат. Энергетические машины Е1 и Е2 могут быть выполнены в виде связанных по звену постоянного тока электрических машин с управлением от инверторов напряжения, гидрообъемных машин с общим гидравлическим потоком, или в виде бесступенчатой фрикционной передачи. Дифференциальный блок может быть выполнен с одним, двумя или тремя дифференциальными механизмами. Обязательным условием применимости предлагаемой планетарной согласующей коробки передач 1 является наличие трех соосных валов 22, 23 и 28, либо, в другом варианте, двух соосных валов 28 и 50, входящих в эту планетарную согласующую коробку передач. При этом, внутренний вал 22 должен быть жестко или кинематически связан с входным валом 21 трансмиссии, а средний 23 (либо, в другом варианте, внутренний 50) и внешний 28 валы должны быть жестко или кинематически связаны с выходными звеньями дифференциального блока таким образом, чтобы, при остановленном входном валу 21, внутреннее передаточное отношение от среднего вала 23 (либо, в другом варианте, от внутреннего вала 50) к внешнему валу 28 имело отрицательный знак. В различных вариантах кинематической схемы дифференциального блока трансмиссия при этом может быть двухпоточной или трехпоточной, как на нечетных диапазонах (с выходом на внешний вал 28), так и четных диапазонах (с выходом на средний вал 23, либо, в другом варианте, на внутренний вал 50).

Размеры зубчатых колес, приведенных на фиг.1-12 обеспечивают приблизительно следующие передаточные отношения механизмов:

Передаточное отношение редуктора R3

i=1.8

Передаточное отношение планетарного механизма R4 -

i=2.24 при остановленном водиле 29

i=3.24 при остановленном большом центральном колесе 30

Передаточное отношение от входного вала 21 к внешнему валу 28 -

i=2.41 при остановленном роторе 5

i=1.8 при равной частоте вращения роторов 5 и 6

i=1.34 при остановленном роторе 6

Передаточное отношение от входного вала 21 к внутреннему валу 23 -

i=1.34 при остановленном роторе 6

i=1 при равной частоте вращения роторов 5 и 6

i=0.75 при остановленном роторе 5

Приведенные величины передаточных отношений приведены для наглядности последующего описания работы устройства и не являются единственно возможными для реализации предлагаемого изобретения.

Описание работы

На фиг.1-10 и фиг.12 изображены положения подвижных в осевом направлении звеньев планетарной согласующей коробки передач 1 на различных диапазонах. Знаком "X" отмечены сцепленные зубчатые и шлицевые венцы в согласующей коробке передач. Зацепления планетарных механизмов D1, D2 и R3 постоянны и поэтому не отмечены знаками.

В нейтральном положении (фиг.2) все шлицевые венцы расцеплены. Сателлиты 31 находятся в зацеплении с малым центральным колесом 32 и с большим центральным колесом 30. Мощность с входного вала 21 на выходной вал 45 трансмиссии не передается, выходной вал 45 не имеет связи со входным валом 21.

Для включения диапазона заднего хода из положения нейтрали (фиг.2) при вращающемся входном валу 21 и неподвижном выходном валу 45 необходимо задать такие частоты вращения роторов 5 и 6, при которых внешний вал 28 и малое центральное колесо 32 остановятся (ротор 5 должен вращаться в противоположную сторону по отношению к направлению вращения входного вала 21). Затем нужно передвинуть плунжер 35 гидроцилиндра в крайнее переднее положение (фиг.1). В этом положении первый шлицевой венец 38 водила 29 войдет в зацепление с первым шлицевым венцом 41 корпуса 4, а шлицевой венец 40 большого центрального колеса 30 войдет в зацепление со шлицевым венцом 44 выходного вала 45. Таким образом, большое центральное колесо 30 планетарного механизма R4 соединится с выходным валом 45 трансмиссии, водило 29 остановится, а сателлиты 31 будут находиться в зацеплении с малым центральным колесом 32 и с большим центральным колесом 30. По мере разгона выходного вала 45 в противоположном по отношению к входному валу 21 направлении, ротор 6 замедляется, а ротор 5 сначала замедляется до остановки, а затем ускоряется в другую сторону. Наименьшее передаточное отношение движения назад достигается при остановленном роторе 6. В приведенных примерах реализации изобретения общее передаточное отношение трансмиссии при этом i=-3.

Для включения первого бесступенчатого диапазона из положения нейтрали (фиг.2) при вращающемся входном валу 21 и неподвижном выходном валу 45 задают такие частоты вращения роторов 5 и 6, при которых внешний вал 28 и малое центральное колесо 32 останавливаются (ротор 5 должен вращаться в противоположную сторону по отношению к направлению вращения входного вала 21). Затем передвигают плунжер 35 гидроцилиндра по направлению назад до положения, изображенного на фиг.3. В этом положении второй шлицевой венец 39 водила 29 войдет в зацепление со шлицевым венцом 44 выходного вала 45, а шлицевой венец 40 большого центрального колеса 30 войдет в зацепление с вторым шлицевым венцом 46 корпуса 4. Таким образом, водило 29 планетарного механизма R4 соединится с выходным валом 45 трансмиссии, большое центральное колесо 30 остановится, а сателлиты 31 будут находиться в зацеплении с малым центральным колесом 32 и с большим центральным колесом 30. По мере разгона выходного вала 45 ротор 6 замедляется, а ротор 5 сначала замедляется до остановки, а затем ускоряется в другую сторону. Наименьшее передаточное отношение движения вперед на первом бесступенчатом диапазоне в приведенных примерах реализации изобретения достигается при остановленном роторе 6 и соответствует границе первого и второго бесступенчатых диапазонов. Общее передаточное отношение трансмиссии на этой границе составляет i=4.34. Валы 23 и 28, а вместе с ними и малые центральные колеса 32 и 33, вращаются с одинаковой угловой скоростью.

Для включения первой фиксированной передачи передвигают плунжер 35 гидроцилиндра в направлении назад, в положение, показанное на фиг.4. Благодаря тому, что малые центральные колеса 32 и 33 вращаются с одинаковой угловой скоростью, сателлиты 31 частью ширины венцов беспрепятственно войдут в зацепление с малым центральным колесом 33, одновременно оставаясь в зацеплении с малым центральным колесом 32. Шлицевые венцы остаются сцепленными в том же сочетании, что и на первом бесступенчатом диапазоне. Общее передаточное отношение трансмиссии на первой фиксированной передаче составляет i=4.34. Мощность передается на выходной вал двумя механическими потоками (четных и нечетных диапазонов) посредством валов 23 и 28, а энергетические машины Е1 и Е2 мощность не преобразуют.

При необходимости дальнейшего уменьшения передаточного отношения трансмиссии плунжер 35 гидроцилиндра передвигают еще в направлении назад, до положения, соответствующего фиг.5, что включает второй бесступенчатый диапазон трансмиссии. Сателлиты 31 переходят зацепление с малым центральным колесом 33 всей шириной венца, одновременно выходя из зацепления с малым центральным колесом 32. Шлицевые венцы остаются сцепленными в том же сочетании, что и на первой фиксированной передаче. По мере дальнейшего ускорения выходного вала 45 ротор 6 ускоряется, а ротор 5 замедляется. Наименьшее передаточное отношение движения вперед на втором бесступенчатом диапазоне в приведенных примерах реализации изобретения достигается при остановленном роторе 5 и соответствует границе второго и третьего бесступенчатых диапазонов. Угловые скорости валов 23 и 28 соотносятся как 3.24:1. Таким образом, на границе второго и третьего бесступенчатых диапазонов малое центральное колесо 32 и водило 29 вращаются синхронно. Общее передаточное отношение трансмиссии на этой границе составляет i=2.41.

Если при указанном передаточном отношении передвинуть плунжер 35 гидроцилиндра еще в заднем направлении, до положения, показанного на фиг.6, то включится режим второй фиксированной передачи. Первый венец 38 водила 29 сцепляется с удлиненными головками 42 зубьев малого центрального колеса 32. Так же как и на первой фиксированной передаче, мощность передается на выходной вал двумя механическими потоками (четных и нечетных диапазонов) посредством валов 23 и 28, а энергетические машины Е1 и Е2 мощность не преобразуют.

При необходимости дальнейшего разгона выходного вала 45 плунжер 35 гидроцилиндра передвигают еще в направлении назад, до положения, показанного на фиг.7, включая третий бесступенчатый диапазон. Шлицевой венец 40 большого центрального колеса 30 выходит из сцепления с неподвижным вторым венцом 46 корпуса 4. Таким образом, малое центральное колесо 33 четных диапазонов выходит из силовой связи с выходным валом 45. По мере дальнейшего ускорения выходного вала 45 ротор 5 ускоряется, а ротор 6 замедляется. Наименьшее передаточное отношение движения вперед на третьем бесступенчатом диапазоне в приведенных примерах реализации изобретения достигается при остановленном роторе 6 и соответствует границе третьего и четвертого бесступенчатых диапазонов. Общее передаточное отношение трансмиссии на этой границе составляет i=1.34. Валы 23 и 28, а вместе с ними и малые центральные колеса 32 и 33, вращаются с одинаковой угловой скоростью.

Если при указанном передаточном отношении передвинуть плунжер 35 гидроцилиндра еще в заднем направлении, до положения, показанного на фиг.8, то включится режим третьей фиксированной передачи. Первый шлицевой венец 38 водила 29 частью своей ширины сцепляется с удлиненными головками 43 зубьев малого центрального колеса 33, одновременно оставаясь сцепленными с удлиненными головками 42 зубьев малого центрального колеса 32. Так же как и на предшествующих фиксированных передачах, мощность передается на выходной вал двумя механическими потоками (четных и нечетных диапазонов) посредством валов 23 и 28, а энергетические машины Е1 и Е2 мощность не преобразуют.

При необходимости дальнейшего уменьшения передаточного отношения трансмиссии плунжер 35 гидроцилиндра передвигают еще в направлении назад, до положения, соответствующего фиг.9, что включает четвертый бесступенчатый диапазон трансмиссии. Первый шлицевой венец 38 водила 29 переходит в сцепление с удлиненными головками 43 зубьев малого центрального колеса 33, одновременно выходя из сцепления с удлиненными головками 42 зубьев малого центрального колеса 32. По мере дальнейшего ускорения выходного вала 45 ротор 6 ускоряется, а ротор 5 замедляется. Наименьшее передаточное отношение движения вперед в приведенных примерах реализации изобретения достигается при остановленном роторе 5 и составляет i=0.75.

Приведенные на фиг.1-9 положения подвижных в осевом направлении звеньев планетарной согласующей коробки передач 1 относятся к обоим вариантам предлагаемого изобретения. Для второго варианта изобретения (фиг.12) положение, показанное на фиг.9, является крайним задним.

Крайнее заднее положение подвижных в осевом направлении звеньев планетарной согласующей коробки передач 1 для первого варианта изобретения показано на фиг.10. В средней части области регулирования передаточного отношения на четвертом бесступенчатом диапазоне (фиг.9), когда угловые скорости роторов 5, 6 и входного вала 21 равны между собой, относительное движение звеньев в дифференциальных механизмах D1 и D2 прекращается (механизмы блокируются), и малые центральные колеса 33 и 34 приобретают равные угловые скорости. В этом режиме плунжер 35 гидроцилиндра можно передвинуть в крайнее заднее положение (фиг.10), включая четвертую фиксированную (прямую) передачу. Сателлиты 31 частью ширины венцов беспрепятственно войдут в зацепление с малым центральным колесом 34, одновременно оставаясь в зацеплении с малым центральным колесом 33, шлицевые венцы останутся сцепленными в том же сочетании, что и на четвертом бесступенчатом диапазоне. На прямой передаче крутящий момент передается от входного вала 21 на выходной вал 45 через зубчатое зацепление колес 31, 33 и 34, которые в режиме прямой передачи неподвижны относительно друг друга.

За счет снижения потерь в энергетических машинах, в режиме фиксированных передач КПД трансмиссии увеличивается и, благодаря планетарной схеме, превышает КПД известных механических коробок передач трехвального типа на передачах с близкими передаточными отношениями. На прямой передаче КПД многодиапазонной многопоточной бесступенчатой трансмиссии с предлагаемой планетарной согласующей коробкой передач достигает наивысшего значения, как и в известных механических коробках передач трехвального типа на прямой передаче.

Таким образом, предлагаемые варианты устройства отличаются простотой, компактностью конструкции и высоким КПД, что в полной мере решает задачу изобретения.

Группа изобретений относится к коробкам передач. В первом варианте изобретения планетарная согласующая коробка передач включает корпус, планетарный механизм с подвижным в осевом направлении водилом, на котором закреплен один сателлит, три соосных входных вала с малыми центральными зубчатыми колесами, выходной вал и привод осевого перемещения водила. Большое центральное колесо планетарного механизма сцеплено с сателлитами и связано в осевом направлении с водилом посредством несущего подшипника. Водило имеет два шлицевых венца. Большое центральное колесо имеет один шлицевой венец. Выходной вал имеет один шлицевой венец. Корпус имеет два шлицевых венца. При осевом перемещении водила осуществляются зацепления венцов, последовательно реализующие следующие режимы: диапазон заднего хода, нейтраль, первый диапазон, первая фиксированная передача между первым и вторым диапазонами, второй диапазон, вторая фиксированная передача между вторым и третьим диапазонами, третий диапазон, третья фиксированная передача между третьим и четвертым диапазонами, четвертый диапазон, прямая передача. Во втором варианте изобретения коробка передач имеет два соосных входных вала и у нее отсутствует режим прямой передачи. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Планетарная согласующая коробка передач, включающая корпус, планетарный механизм с подвижным в осевом направлении водилом, на котором закреплен с возможностью вращения по меньшей мере один сателлит, три соосных входных вала: внешний, средний и внутренний, входящих в планетарную согласующую коробку передач с передней стороны, с малыми центральными зубчатыми колесами, жестко закрепленными на каждом из этих валов, выходной вал, выходящий из планетарной согласующей коробки передач с задней стороны, и привод осевого перемещения водила, отличающаяся тем, что большое центральное колесо планетарного механизма постоянно сцеплено с сателлитами и связано в осевом направлении с водилом посредством способного нести осевую нагрузку подшипника, водило, либо жестко связанные с ним детали, имеют по меньшей мере два шлицевых венца, большое центральное колесо, либо жестко связанная с ним деталь, имеет по меньшей мере один шлицевой венец, выходной вал, либо жестко связанная с ним деталь, имеет по меньшей мере один шлицевой венец, а корпус, либо жестко связанные с ним детали, имеют по меньшей мере два шлицевых венца, причем геометрические размеры и расположение упомянутых зубчатых колес и шлицевых венцов выполнены таким образом, что, при осевом перемещении водила, зацепления зубчатых колес и шлицевых венцов осуществляются в следующей последовательности:
- в первом, ближнем к передней стороне, положении первый шлицевой венец водила сцеплен с первым шлицевым венцом корпуса, шлицевой венец большого центрального колеса сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом внешнего входного вала;
- во втором, следующем сразу за первым, положении все шлицевые венцы расцеплены, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом внешнего входного вала;
- в третьем, следующем сразу за вторым, положении второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, шлицевой венец большого центрального колеса сцеплен со вторым шлицевым венцом корпуса, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом внешнего входного вала;
- в четвертом, следующем сразу за третьим, положении второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, шлицевой венец большого центрального колеса сцеплен со вторым шлицевым венцом корпуса, а сателлит находится в одновременном зацеплении с малыми центральными колесами внешнего и среднего входных валов;
- в пятом, следующем сразу за четвертым, положении второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, шлицевой венец большого центрального колеса сцеплен со вторым шлицевым венцом корпуса, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом среднего входного вала;
- в шестом, следующем сразу за пятым, положении первый шлицевой венец водила сцеплен с вершинами зубьев малого центрального колеса внешнего входного вала, второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, шлицевой венец большого центрального колеса сцеплен со вторым шлицевым венцом корпуса, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом среднего входного вала;
- в седьмом, следующем сразу за шестым, положении первый шлицевой венец водила сцеплен с вершинами зубьев малого центрального колеса внешнего входного вала, второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом среднего входного вала;
- в восьмом, следующем сразу за седьмым, положении первый шлицевой венец водила одновременно сцеплен с вершинами зубьев малых центральных колес внешнего и среднего входных валов, второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом среднего входного вала;
- в девятом, следующем сразу за восьмым, положении первый шлицевой венец водила сцеплен с вершинами зубьев малого центрального колеса среднего входного вала, второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом среднего входного вала;
- в десятом, ближнем к задней стороне, положении первый шлицевой венец водила сцеплен с вершинами зубьев малого центрального колеса среднего входного вала, второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, а сателлит находится в одновременном зацеплении с малыми центральными колесами среднего и внутреннего входных валов.

2. Планетарная согласующая коробка передач, включающая корпус, планетарный механизм с подвижным в осевом направлении водилом, на котором закреплен с возможностью вращения по меньшей мере один сателлит, два соосных входных вала: внешний и средний, входящих в планетарную согласующую коробку передач с передней стороны, с малыми центральными зубчатыми колесами, жестко закрепленными на каждом из этих валов, выходной вал, выходящий из планетарной согласующей коробки передач с задней стороны, и привод осевого перемещения водила, отличающаяся тем, что большое центральное колесо планетарного механизма постоянно сцеплено с сателлитами и связано в осевом направлении с водилом посредством способного нести осевую нагрузку подшипника, водило, либо жестко связанные с ним детали, имеют по меньшей мере два шлицевых венца, большое центральное колесо, либо жестко связанная с ним деталь, имеет по меньшей мере один шлицевой венец, выходной вал, либо жестко связанная с ним деталь, имеет по меньшей мере один шлицевой венец, а корпус, либо жестко связанные с ним детали, имеют по меньшей мере два шлицевых венца, причем геометрические размеры и расположение упомянутых зубчатых колес и шлицевых венцов выполнены таким образом, что, при осевом перемещении водила, зацепления зубчатых колес и шлицевых венцов осуществляются в следующей последовательности:
- в первом, ближнем к передней стороне, положении первый шлицевой венец водила сцеплен с первым шлицевым венцом корпуса, шлицевой венец большого центрального колеса сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом внешнего входного вала;
- во втором, следующем сразу за первым, положении все шлицевые венцы расцеплены, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом внешнего входного вала;
- в третьем, следующем сразу за вторым, положении второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, шлицевой венец большого центрального колеса сцеплен со вторым шлицевым венцом корпуса, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом внешнего входного вала;
- в четвертом, следующем сразу за третьим, положении второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, шлицевой венец большого центрального колеса сцеплен со вторым шлицевым венцом корпуса, а сателлит находится в одновременном зацеплении с малыми центральными колесами внешнего и среднего входных валов;
- в пятом, следующем сразу за четвертым, положении второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, шлицевой венец большого центрального колеса сцеплен со вторым шлицевым венцом корпуса, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом среднего входного вала;
- в шестом, следующем сразу за пятым, положении первый шлицевой венец водила сцеплен с вершинами зубьев малого центрального колеса внешнего входного вала, второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, шлицевой венец большого центрального колеса сцеплен со вторым шлицевым венцом корпуса, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом среднего входного вала;
- в седьмом, следующем сразу за шестым, положении первый шлицевой венец водила сцеплен с вершинами зубьев малого центрального колеса внешнего входного вала, второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом среднего входного вала;
- в восьмом, следующем сразу за седьмым, положении первый шлицевой венец водила одновременно сцеплен с вершинами зубьев малых центральных колес внешнего и среднего входных валов, второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом среднего входного вала;
- в девятом, ближнем к задней стороне, положении первый шлицевой венец водила сцеплен с вершинами зубьев малого центрального колеса среднего входного вала, второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом среднего входного вала.

3. Планетарная согласующая коробка передач по п.1 или 2, отличающаяся тем, что первый шлицевой венец водила выполнен внутренним, зубья малого центрального колеса внешнего входного вала укорочены по всей окружности на части ширины венца, ближней к передней стороне, таким образом, что диаметр по укороченным вершинам зубьев меньше диаметра по вершинам зубьев первого шлицевого венца водила, а профиль боковых поверхностей первого шлицевого венца водила сопрягается с профилем зубьев малых центральных колес внешнего и среднего входных валов.

4. Планетарная согласующая коробка передач по п.3, отличающаяся тем, что число зубьев первого шлицевого венца водила кратно числу зубьев малых центральных колес.

5. Планетарная согласующая коробка передач по п.1 или 2 отличающаяся тем, что второй шлицевой венец водила и шлицевой венец большого центрального колеса выполнены внутренними, а шлицевой венец выходного вала и второй шлицевой венец корпуса выполнены внешними, причем профиль боковых поверхностей зубьев упомянутых внутренних венцов сопрягается с профилем боковых поверхностей зубьев упомянутых внешних венцов, а зубья второго шлицевого венца водила и второго шлицевого венца корпуса укорочены таким образом, что диаметр по вершинам зубьев второго шлицевого венца водила больше диаметра по вершинам зубьев второго шлицевого венца корпуса.

6. Планетарная согласующая коробка передач по п.5, отличающаяся тем, что число зубьев второго шлицевого венца водила кратно числу зубьев шлицевого венца выходного вала.

7. Планетарная согласующая коробка передач по п.5, отличающаяся тем, что число зубьев второго шлицевого венца корпуса кратно числу зубьев шлицевого венца большого центрального колеса.

8. Планетарная согласующая коробка передач по п.1 или 2, отличающаяся тем, что на торцевых поверхностях зубьев шлицевых венцов, малых центральных колес и сателлитов выполнены симметричные двухсторонние скосы, сходящиеся на ребро в плоскости симметрии каждого зуба.

9. Планетарная согласующая коробка передач по п.1 или 2, отличающаяся тем, что привод осевого перемещения водила выполнен в виде посредством кольцевого соосного гидроцилиндра двойного действия, причем плунжер упомянутого гидроцилиндра связан с большим центральным колесом планетарного механизма посредством подшипника, способного нести осевую нагрузку.