СТУПЕНЧАТАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С ТАКОЙ КОРОБКОЙ ПЕРЕДАЧ Российский патент 2018 года по МПК F16H3/66 F16H37/04 

Область техники

Настоящее изобретение относится к коробке передач для сельскохозяйственного транспортного средства, в частности для трактора, в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения. Изобретение относится также к сельскохозяйственному транспортному средству в соответствии с пунктом 17 формулы изобретения.

Уровень техники

С давних пор на сельскохозяйственных транспортных средствах, в особенности на таких тягачах, как тракторы, используются переключаемые под нагрузкой коробки передач ходовых механизмов, чтобы иметь возможность изменять тяговое усилие транспортного средства даже под высокой нагрузкой, вызванной, например, смонтированным на нем рабочим орудием, таким как почвообрабатывающее орудие (например, плуг) или подобным агрегатом, путем простого изменения числа оборотов приводного двигателя без прерывания трансмиссии.

Так например, переключаемые под нагрузкой коробки передач ходовых механизмов для тракторов содержат три кинематически связанные друг с другом планетарные передачи и относящиеся к ним переключаемые соединительные системы, которые могут приводиться в действие избирательно, чтобы переключать образованный таким путем многоступенчатый передаточный механизм на различные ступени переключения под нагрузкой с различным передаточным отношением. При каждой смене ступеней переключения под нагрузкой требуется привод в действие одной или нескольких соединительных систем.

Известный прием для повышения (в несколько раз) числа ступеней переключения переключаемого передаточного механизма состоит в том, что его комбинируют с другим переключаемым передаточным механизмом. Если этот другой переключаемый передаточный механизм может переключаться, например, на два различных передаточных отношения, что в дальнейшем будет называться ступенями переключения групп, то с помощью коробки передач (комбинации из многоступенчатого передаточного механизма переключения под нагрузкой и другого переключаемого передаточного механизма) достигается удвоение доступных передаточных отношений по сравнению с одним многоступенчатым передаточным механизмом путем того, что первоначально на нижней (первой) ступени переключения групп последовательно переключают имеющиеся ступени переключения под нагрузкой от 1 до n, а затем на высокой (второй) ступени переключения групп последовательно снова переключают имеющиеся ступени переключения под нагрузкой от 1 до n. При этом при требуемой так называемой «смене групп», то есть при операции переключения, при которой для достижения ближайшего более низкого (или ближайшего более высокого) передаточного отношения необходимо одновременно сменить ступень переключения групп и ступень переключения под нагрузкой, требуется произвести переключение от самой высокой ступени n переключения под нагрузкой на самую низкую ступень 1 переключения под нагрузкой. При этом, например, в трехступенчатом передаточном механизме переключения под нагрузкой с тремя планетарными передачами по конструктивным условиям внутри многоступенчатого передаточного механизма переключения под нагрузкой должно быть выполнено довольно много операций переключения. Так например, в многоступенчатом передаточном механизме с семью ступенями переключения под нагрузкой при смене ступени переключения групп нужно произвести обратное переключение с седьмой ступени на первую ступень переключения под нагрузкой. Однако при этом требуется множество операций переключения на всех трех соединительных системах планетарных передач, которые должны быть выполнены одновременно со сменой группы. Таким образом, при такой смене группы должны быть выполнены в целом четыре операции переключения. С учетом аспектов техники регулирования такая смена передаточного отношения практически невыполнима без прерывания трансмиссии вследствие трудности одновременной координации операций переключения под нагрузкой. Однако прерывание нагрузки при смене групп, например при очень высокой тяговой нагрузке во время работы, может сильно препятствовать процессу ускорения сельскохозяйственного транспортного средства и даже вызывать его полную остановку. В любом случае прерывание нагрузки создает значительное неудобство для водителя и считается недостатком.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание коробки передач указанного типа, в которой более совершенным образом обеспечивается проведение операций переключения, в том числе смена групп при переключении. При этом, в частности, задачей является устранение или, по меньшей мере, уменьшение прерывания нагрузки.

Решение указанной задачи достигается в коробке передач, обладающей признаками по пункту 1 формулы изобретения. Она отличается тем, что с помощью ступеней переключения групп передаточного механизма переключения могут устанавливаться такие передаточные отношения между выходным валом коробки передач и соединенным с передаточными механизмами валом, что для установки ближайшего более низкого или ближайшего более высокого передаточного отношения коробки передач в многоступенчатом передаточном механизме требуется привод в действие не более двух соединительных систем. В соответствии с изобретением это осуществляется, в частности, путем того, что ступени переключения групп скоординированы со ступенями переключения под нагрузкой таким образом, что при смене группы, то есть при операции переключения, при которой для достижения ближайшего более низкого (или ближайшего более высокого) передаточного отношения коробки передач необходимо одновременно сменить ступень переключения групп и ступень переключения под нагрузкой, устраняется, по меньшей мере, смена между двумя крайними (самой высокой и самой низкой) ступенями переключения под нагрузкой, поскольку смена между крайними ступенями переключения под нагрузкой требует особенно высокой сложности переключения в соединительных системах.

Это может быть эффективно реализовано благодаря тому, что передаточный механизм переключения выполнен в виде двухпоточного передаточного механизма, который может переключаться, в частности, на четыре ступени переключения групп с различными передаточными отношениями. Благодаря наличию четырех ступеней переключения групп обеспечивается возможность эффективного перекрытия всего диапазона передаточных отношений, достижимых в коробке передач. Вследствие этого перекрытия можно при смене групп устранить переключение между двумя крайними ступенями переключения под нагрузкой (самой высокой и самой низкой), чтобы перейти к ближайшему более высокому или ближайшему более низкому передаточному отношению. Благодаря использованию четырех ступеней переключения групп с различным соотношением передаточных отношений несмотря на отсутствие этого переключения (между крайними ступенями) комбинация передаточных отношений в коробке передач позволяет теоретически получать достаточный диапазон передач. При этом двухпоточный передаточный механизм обеспечивает возможность переключения под нагрузкой, так что коробка передач в целом обладает способностью к переключению под нагрузкой.

Конструктивно выгодным является решение, когда двухпоточный передаточный механизм содержит первый частичный передаточный механизм, с которым связан первый передаточный вал, и второй частичный передаточный механизм, с которым связан второй передаточный вал, расположенный на расстоянии от первого передаточного вала, причем каждый из передаточных валов посредством замыкания относящейся к соответствующему частичному передаточному механизму фрикционной муфты может приводиться в приводное соединение со входным валом двухпоточного передаточного механизма.

При этом первый передаточный вал посредством замыкания относящейся к первому частичному передаточному механизму фрикционной муфты может приводиться в приводное соединение с первым приводным валом, а второй передаточный вал посредством замыкания относящейся ко второму частичному передаточному механизму фрикционной муфты может приводиться в приводное соединение со вторым приводным валом, причем первый и второй приводные валы являются частями приводимой от входного вала промежуточной передачи. Предпочтительно промежуточная передача выполнена в виде цилиндрической зубчатой передачи, которая устанавливает постоянное отношение чисел оборотов первого вала, в частности первого приводного вала, и параллельного ему второго вала, в частности второго приводного вала, при одном направлении вращения этих валов, причем это отношение предпочтительно не равно единице.

В предпочтительном решении по развитию изобретения предусмотрено, что к первому и второму передаточным валам относятся соответственно по два зубчатых колеса, которые зацепляются соответственно с относящимся к выходному валу зубчатым колесом, так что между выходным валом и соответствующим передаточным валом устанавливается, по меньшей мере, одно постоянное отношение чисел оборотов, то есть в каждом случае могут быть установлены два постоянных отношения чисел оборотов.

Предпочтительно входной вал двухпоточного передаточного механизма может приводиться в приводное соединение с общим выходным валом посредством каждого из частичных передаточных механизмов, в каждом случае через две ступени переключения групп, так что двухпоточный передаточный механизм может в целом переключаться на четыре ступени переключения групп.

Предпочтительно двухпоточный передаточный механизм выполнен с возможностью переключения под нагрузкой путем того, что во время открытия фрикционной муфты одного частичного передаточного механизма относящаяся к другому частичному передаточному механизму фрикционная муфта замыкается, так что осуществляемое через один из частичных передаточных механизмов приводное соединение между входным валом и выходным валом может сменяться приводным соединением через другой соответствующий частичный передаточный механизм без прерывания приводного соединения между входным валом двухпоточного передаточного механизма и выходным валом. Для предварительного выбора ступени переключения групп относящееся к ней зубчатое колесо предпочтительно может жестко соединяться посредством исполнительных средств с соответствующим передаточным валом.

Далее, в предпочтительном выполнении коробки передач предусмотрено, что она содержит проход для вала привода передаточного механизма отбора мощности сельскохозяйственного транспортного средства. Для этого, в частности, входной вал многоступенчатого передаточного механизма и входной вал передаточного механизма переключения выполнены в виде полых валов и вмещают в себя вал привода передаточного механизма отбора мощности. Целесообразно также, чтобы планетарные передачи многоступенчатого передаточного механизма также имели центральный проход для этого вала.

При выполнении коробки передач имеет значение также возможность приспособления к имеющимся окружающим условиям. Соответственно, коробка передач отличается тем, что вмещающий в себя, по меньшей мере, передаточный механизм переключения корпус передаточного механизма, в котором расположен вал привода передаточного механизма отбора мощности, в частности, коаксиальный входному валу передаточного механизма переключения, допускает его расположение, по меньшей мере, с двумя межосевыми расстояниями (так называемым «эксцентриситетом») по отношению к выходному валу, причем межосевое расстояние каждого из передаточных валов по отношению к валам и межосевое расстояние каждого из передаточных валов по отношению к выходному валу остается неизменным.

Далее, предпочтительно для коробки передач предназначен приводимый в действие с помощью соединительной муфты механизм реверса, с помощью которого обеспечивается реверс направления вращения, по меньшей мере, выходного вала коробки передач.

Особенные преимущества могут быть получены, когда механизм реверса выполнен в виде планетарной передачи и расположен коаксиально входному валу коробки передач, в частности на входной стороне многоступенчатого передаточного механизма. За счет выполнения в виде планетарной передачи достигается особенно короткий осевой габарит, что благоприятно также для общего осевого габарита коробки передач.

Предпочтительно при операции переключения на ближайшее более низкое или ближайшее более высокое передаточное отношение коробки передач, которая требует смены между первой ступенью и второй ступенью переключения групп и/или смены между третьей ступенью и четвертой ступенью переключения групп, в многоступенчатом передаточном механизме требуется привод в действие только одной из соединительных систем.

Может быть предусмотрено, что исключительно при операции переключения на ближайшее более низкое или ближайшее более высокое передаточное отношение коробки передач, которая требует смены между второй ступенью и третьей ступенью переключения групп, в многоступенчатом передаточном механизме требуется привод в действие двух соединительных систем.

Для достижения удобства для водителя предпочтительно ступени переключения под нагрузкой многоступенчатого передаточного механизма и ступени переключения групп передаточного механизма переключения согласованы между собой таким образом, что при операции переключения на ближайшее более низкое или ближайшее более высокое передаточное отношение коробки передач число оборотов выходного вала коробки передач возрастает или убывает на остающийся примерно одинаковым показатель.

Изобретение относится также к сельскохозяйственному транспортному средству, в частности, к трактору, содержащему приводной двигатель и описанную коробку передач, причем кообка передач может приводиться от приводного двигателя и находится в приводном соединении, по меньшей мере, с одной ходовой осью транспортного средства и/или выполнена с возможностью приводного соединения с другой ходовой осью.

Краткий перечень чертежей

Далее изобретение будет пояснено на предпочтительном примере осуществления, из которого будут ясны другие преимущества и эффекты изобретения. Описание дано со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 изображает кинематическую схему коробки передач в соответствии с предпочтительным примером осуществления изобретения,

фиг. 2 представляет логическую схему переключения многоступенчатого передаточного механизма коробки передач,

фиг. 3 изображает таблицу передаточных отношений, получаемых с помощью коробки передач,

фиг. 4а схематично изображает передаточный механизм переключения коробки передач в поперечном сечении при большом межосевом расстоянии,

фиг. 4b схематично изображает передаточный механизм переключения коробки передач в поперечном сечении при малом межосевом расстоянии,

фиг. 5 изображает в упрощенном виде на виде сбоку передаточный механизм переключения коробки передач и привод вала отбора мощности при большом межосевом расстоянии,

фиг. 6 изображает в упрощенном виде на виде сбоку передаточный механизм переключения коробки передач и привод вала отбора мощности при малом межосевом расстоянии,

фиг. 7 изображает в упрощенном виде в продольном разрезе часть трактора со встроенной коробкой передач.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 показана кинематическая схема коробки 3 передач согласно предпочтительному примеру осуществления изобретения. Предпочтительно коробка 3 передач используется в качестве передаточного механизма привода ходовой части в сельскохозяйственном транспортном средстве, таком как трактор. С помощью показанной коробки 3 передач приводная мощность, которая, в частности, предоставляется приводным двигателем 2, например дизельным двигателем, передается с различными передаточными отношениями i на выходной вал 73 коробки 3 передач. При этом в зависимости от выбранного в коробке 3 передач передаточного отношения i состоящая в приводной связи с выходным валом 73 задняя ходовая ось 74, которая преобразует вращение задней ходовой оси 74 (через соединенные с ней колеса) в поступательное движение трактора, приводится с различным числом оборотов. В результате в зависимости от выбранного в коробке 3 передач передаточного отношения i оснащенный коробкой 3 передач трактор может двигаться в различных диапазонах скоростей (ступеней хода).

Кроме того, в показанном примере осуществления выходной вал 73 коробки 3 передач может приводиться в приводную связь с передней ходовой осью 78 трактора через цилиндрическую шестеренную передачу. Для этого на выходном валу 73 коробки 3 передач расположено зубчатое колесо z81, которое зацепляется с расположенном на полом валу 76 зубчатым колесом z91. Для полого вала 77 предназначена соединительная муфта 77 привода на все колеса, которая во включенном состоянии устанавливает приводное соединение между полым валом 77 и передней ходовой осью 78. Таким образом, в зависимости от состояния включения соединительной муфты 77 привода на все колеса показанная коробка 3 передач может приводить либо только заднюю ходовая ось 74 (соединительная муфта 77 привода на все колеса отключена), либо приводить совместно заднюю ходовую ось 74 и переднюю ходовую ось 78 (соединительная муфта 77 привода на все колеса включена).

Коробка 3 передач содержит по существу три функциональные группы, состоящие в приводном соединении друг с другом с помощью валов. С входной стороны коробки 3 передач, то есть со стороны непосредственного привода от приводного двигателя 2, расположен реверсивный механизм 5. Посредством полого вала 71 он состоит в приводной связи с многоступенчатым передаточным механизмом 6, который может переключаться на семь ступеней L₁…₇ переключения под нагрузкой. Многоступенчатый передаточный механизм 6 состоит посредством полого вала 72 в приводном соединении с двухпоточным передаточным механизмом 7, который может переключаться на четыре ступени G_A…D переключения групп. Двухпоточный передаточный механизм 7 имеет на выходной стороне выходной вал 73, который является выходным валом 73 коробки 3 передач.

В результате с помощью коробки 3 передач в зависимости от выбранной в многоступенчатом передаточном механизме 6 ступени L₁…₇ переключения под нагрузкой и выбранной в двухпоточном передаточном механизме 7 ступени G_A…D переключения групп можно устанавливать ряд передаточных отношений i между входом коробки передач (выходным валом 8 двигателя) и выходным валом 73, при этом каждое передаточное отношение соответствует ступени (переднего) хода трактора. Далее, с помощью механизма 5 реверса можно получать реверс вращения, так что выходной вал 73 коробки 3 передач будет вращаться в обратную сторону. При обратном направлении вращения может быть установлен ряд передаточных отношений i, которые соответствуют ступеням заднего хода трактора.

Далее будут описаны по отдельности функциональные группы 5, 6, 7 коробки 3 передач.

Механизм 5 реверса выполнен планетарным и расположен коаксиально входному валу коробки 3 передач (валу 8 двигателя). Механизм 5 реверса содержит приводимое от вала 8 двигателя водило 42, на котором установлена система зацепляющихся друг с другом планетарных шестерен 44, 45. При этом внутренние планетарные шестерни 45 обкатываются по центральной солнечной шестерне 46, расположенной на полом валу 71. Наружные планетарные шестерни 44 обкатываются по наружному венцу 43 внутреннего зацепления. С помощью тормоза 41 наружный венец 43 может тормозиться от состояния свободного вращения до полностью неподвижного состояния. Посредством соединительной муфты 40 водило 42 может приводиться в приводное соединение с полым валом 71.

Соединительная муфта 40 и тормоз 41 могут приводиться в действие совместно, чтобы переводить механизм 5 реверса из состояния вращения в одном направлении в состояние реверса и наоборот. Когда соединительная муфта 40 включена, а тормоз 41 открыт, обеспечивается непосредственное приводное соединение между выходным валом 8 двигателя и подсоединенным к нему полым валом 71, так что выходной вал 8 двигателя и полый вал 71 вращаются в одном направлении и с одинаковым числом оборотов (передний ход). Если в противоположность этому соединительная муфта 40 открыта, а тормоз 41 замкнут в результате качения наружных планетарных шестерен 44 по неподвижному наружному венцу 43 и зацепления внутренних планетарных шестерен 45 с наружными планетарными шестернямимеет место реверс направления вращения на солнечной шестерне 46 полого вала 71. Вследствие этого полый вал 71 вращается в противоположном направлении относительно выходного вала 8 двигателя. При этом в зависимости от парного зацепления комплектов планетарных шестерен число оборотов полого вала 71 может отличаться от числа оборотов выходного вала 8 двигателя. Благодаря описанной планетарной конструкции механизм 5 реверса имеет сравнительно малую длину по оси. Это благоприятно в отношении общей осевой длины коробки 3 передач.

Многоступенчатый передаточный механизм 6 содержит по существу три планетарные передачи 10, 20, 30, которые кинематически соединены друг с другом для образования трехступенчатого передаточного механизма. С входной стороны многоступенчатый передаточный механизм 6 состоит в постоянном приводном соединении с полым валом 71, а с выходной стороны он состоит в приводном соединении с полым валом 72. Для каждой из трех планетарных передач 10, 20, 30, конструкция которых сама по себе известна и здесь подробно не описывается, предназначена соединительная система, содержащая тормоз и соединительную муфту. Так, для первой планетарной передачи 10 предназначен тормоз 11 и соединительная муфта 12. В ходе операции переключения тормоз 11 и соединительная муфта 12 приводятся совместно (операция переключения), в результате чего передаточное отношение ступени планетарной передачи 10 может изменяться между двумя состояниями с более высоким и более низким по сравнению с ним передаточным отношением. В рамках такой операции переключения либо одновременно тормоз 11 замыкается, а соединительная муфта 12 открывается или одновременно тормоз 11 открывается, а соединительная муфта 12 включается. За счет одновременного привода в действие соединительной муфты 12 и тормоза 11 в рамках операции переключения переход на другое передаточное отношение может производиться под нагрузкой.

Таким же образом и с аналогичными функцией и действием для второй планетарной передачи 20 предназначены тормоз 21 и соединительная муфта 22, а для третьей планетарной передачи 30 предназначены тормоз 31 и соединительная муфта 32.

За счет трехступенчатой системы переключаемых планетарных передач 10, 20, 30 в данном примере осуществления многоступенчатый передаточный механизм 6 может переключаться на семь ступеней L₁…₇ переключения под нагрузкой. При этом три соединительные системы, состоящие из пар: тормоз 11 - соединительная муфта 12, тормоз 21 - соединительная муфта 22 и тормоз 31 - соединительная муфта 32, могут приводиться в действие избирательно.

Лежащая в основе этого комбинаторика представлена в виде таблицы на фиг.2, которая показывает логическую схему переключения многоступенчатого передаточного механизма 6. Согласно таблице с помощью многоступенчатого передаточного механизма 6 в зависимости от состояния переключения трех соединительных систем, каждая из которых содержит пару тормоз - соединительная муфта 11, 12; 21, 22; 31, 32, могут переключаться семь ступеней L_1…7 переключения под нагрузкой. При этом максимальное число требуемых операций переключения равно двум.

Однако, как можно далее видеть из таблицы, при данном многоступенчатом передаточном механизме 6 с семью ступенями L_1…7 переключения под нагрузкой, понадобилось бы три операции переключения, то есть одна операция переключения в каждой из соединительных систем, чтобы перейти от седьмой ступени L₇ переключения обратно на первую ступень L₁ переключения. Однако невозможно удовлетворительным образом произвести одновременно три операции переключения.

Поэтому в соответствии с предпочтительным примером осуществления изобретения коробка 3 передач содержит передаточный механизм 7 переключения, который выполнен в виде двухпоточного передаточного механизма и может переключаться на четыре ступени G_A…D переключения групп с различными передаточными отношениями i_A…D. С помощью ступеней G_n переключения групп передаточного механизма 7 переключения (двухпоточного передаточного механизма) могут быть установлены такие передаточные отношения i_A…D между выходным валом 73 коробки 3 передач и валом 72, соединяющим многоступенчатый передаточный механизм 6 с двухпоточным передаточным механизмом 7, что для установки ближайшего более низкого или ближайшего более высокого передаточного отношения i коробки 3 передач в многоступенчатом передаточном механизме 6 нужно привести в действие не больше двух соединительных систем 11, 12; 21, 22; 31, 32.

К двухпоточному передаточному механизму 7 с входной стороны относится полый вал 72, а с выходной стороны - выходной вал 73. Двухпоточный передаточный механизм 7 содержит по существу первый частичный передаточный механизм 50, к которому относится первый передаточный вал 53, и второй частичный передаточный механизм 60, к которому относится второй передаточный вал 63, отстоящий от первого передаточного вала 53. Каждый из передаточных валов 53, 63 может приводиться в приводное соединение с общим выходным валом 73 и каждый из передаточных валов 53, 63 может приводиться в приводное соединение с полым валом 72 двухпоточного передаточного механизма 7 посредством включения фрикционной муфты 52, 62, относящейся к соответствующему частичному передаточному механизму 50, 60. Для этого на полом валу 72 расположено зубчатое колесо z71, которое одновременно зацепляется с зубчатым колесом z41 и зубчатым колесом z51. Таким образом, зубчатые колеса z41 и z51 приводятся от зубчатого колеса z71 в одном направлении вращения. Однако, как показано, вследствие разных диаметров зубчатое колесо z41 вращается с более высоким числом оборотов (i_Low), чем зубчатое колесо z51 (i_Low).

Зубчатое колесо z41 установлено на первом приводном валу 51, который расположен коаксиально первому передаточному валу 53. Выполненная в виде дисковой муфты сцепления фрикционная муфта 52 может переключаться между открытым состоянием, в котором приводной вал 51 отсоединен от приводной связи с первым передаточным валом 53, и закрытым состоянием, в котором приводной вал 51 находится в приводной связи с первым передаточным валом 53.

Зубчатое колесо z51 установлено на втором приводном валу 61, который расположен коаксиально второму передаточному валу 63. Выполненная в виде дисковой муфты сцепления фрикционная муфта 62 может переключаться между открытым состоянием, в котором приводной вал 61 отсоединен от приводной связи со вторым передаточным валом 63, и закрытым состоянием, в котором приводной вал 61 находится в приводной связи со вторым передаточным валом 63. Как видно на чертеже, фрикционная муфта 62 второго частичного передаточного механизма 60 выполнена более мощной, чем фрикционная муфта 52 первого частичного передаточного механизма 50.

К первому и второму передаточному валу 53, 63 относятся два зубчатых колеса, соответственно z42, z43 или z52, z53. Они зацепляются соответственно с зубчатым колесом z81, z82 на выходном валу 73. При этом зубчатые колеса z42, z43 или z52, z53 установлены на передаточных валах 53, 63 свободно и могут жестко соединяться с ними с помощью исполнительных средств 54 или 64 (муфт переключения), так что в зависимости от состояния переключения исполнительного средства 54 или 64 между выходным валом 73 и соответствующим передаточным валом 53; 63 может устанавливаться жесткое соотношение чисел оборотов.

В зависимости от состояния переключения фрикционных муфт 52 и 62 и от состояния переключения исполнительных средств 54 и 64 входной вал 72 двухпоточного передаточного механизма 7 может приводиться в приводное соединение с общим выходным валом 73 посредством каждого из частичных передаточных механизмов 50, 60 через две включаемые ступени G_B,D; G_A,C переключения групп, так что в целом двухпоточный передаточный механизм 7 может переключаться на четыре ступени G_A,B,C,D переключения групп.

При этом двухпоточный передаточный механизм 7 может переключаться под нагрузкой путем того, что во время отключения фрикционной муфты 52; 62 одного частичного передаточного механизма 50; 60 фрикционная муфта 62; 52 соответственно другого частичного передаточного механизма 60; 50 включается, так что имеющееся приводное соединение между входным валом 72 и выходным валом 73 переходит от одного частичного передаточного механизма 60; 50 к другому без прерывания приводного соединения между входным валом 72 и выходным валом 73. Для выбора желаемой ступени G_n переключения групп соответствующее зубчатое колесо z42, z43; z52, z53 предварительно жестко соединяется с помощью исполнительного средства 54, 64 с соответствующим передаточным валом 53; 63.

Четыре ступени G_A…D переключения групп двухпоточного передаточного механизма 7 имеют четыре отличающихся друг от друга передаточных отношения i_A…D и выбираются по отношению к ступеням L₁…₇ переключения под нагрузкой многоступенчатого передаточного механизма 6 таким образом, что с помощью коробки 3 передач может устанавливаться 20 различных передаточных отношений i.

На фиг. 3 показано в виде таблицы, каким образом, то есть путем какой комбинации ступеней L₁…₇ переключения под нагрузкой и ступеней G_A…D переключения групп, могут быть получены 20 различных передаточных отношений i коробки 3 передач. При этом в первой (левой) колонке таблицы указано обозначение соответствующего передаточного отношения (например, А-1 или С-3). Первая буква обозначения указывает выбранную ступень переключения групп, а следующая за ней цифра указывает выбранную ступень переключения под нагрузкой. Соответственно, например, самое высокое передаточное отношение i_A-1 устанавливают путем выбора ступени А переключения групп и ступени 1 переключения под нагрузкой.

Далее, в таблице из колонки, обозначенной «шаг, %», можно видеть, что указанные передаточные отношения (ступени хода) следуют друг за другом таким образом, что при одной операции переключения на ближайшее более низкое (или ближайшее более высокое) передаточное отношение i коробки передач 3 выходное число оборотов (и соответствующая ему скорость хода) каждый раз возрастает на примерно одинаковый показатель. В предпочтительном примере осуществления этот показатель изменяется в диапазоне от 17,8% до 20%.

В коробке передач, в которой многоступенчатый передаточный механизм скомбинирован с передаточным механизмом переключения групп, обычно возникает проблема в том, что при так называемой смене групп, то есть при операции переключения, при которой для получения ближайшего более низкого или ближайшего более высокого передаточного отношения следует одновременно сменить ступень переключения групп и ступень переключения под нагрузкой, в многоступенчатом передаточном механизме переключения под нагрузкой нужно произвести переключение между двумя крайними ступенями переключения под нагрузкой. Так например, в многоступенчатом передаточном механизме с семью ступенями переключения под нагрузкой при операции переключения с передаточного отношения А-7 на В-1 нужно перейти со ступени L₇ на ступень L₁ переключения под нагрузкой. Как уже указывалось выше в описании со ссылкой на фиг. 2, при этом требуется переключение каждой из трех соединительных систем планетарных передач. Одновременно требуется операция переключения в передаточном механизме переключения групп, так что в целом для перехода с А-7 на В-1 требуется четыре операции переключения.

В соответствии с изобретением решение этой проблемы достигается путем того, что передаточные отношения i_A…D подобраны по отношению к ступеням L₁…₇ переключения под нагрузкой таким образом, что при смене ступени G переключения групп для достижения ближайшего более низкого (или ближайшего более высокого) передаточного отношения i больше не требуется переключения между двумя крайними ступенями L₇ и L₁ переключения под нагрузкой. Вместо этого, как показано на фиг. 3, производится, например, переключение с передаточного отношения i_A-7 на передаточное отношение i_B-4 для достижения ближайшей более низкой ступени передаточного отношения. Подобным же образом производится переключение с передаточного отношения i_B-6 на передаточное отношение i_C-1 и с передаточного отношения i_C-3 на передаточное отношение i_D-1 для достижения ближайшей более низкой ступени передаточного отношения I коробки 3 передач.

Положительный эффект решения заключается в том, что для смены групп требуется уменьшенное число операций переключения (выполняемых соединительными системами) внутри многоступенчатого передаточного механизма 6. Так, при переходе между группами А-В или при переходе между группами C-D необходима только одна операция переключения в многоступенчатом передаточном механизме 6. При переходе между группами В-С требуются две операции переключения в многоступенчатом передаточном механизме 6. В правой колонке таблицы на фиг. 3 указано общее число операций переключения, которое превышает число операций на 1, так как оно включает в себя операцию переключения в двухпоточном передаточном механизме 7 (смену ступени G переключения групп).

И наконец, из таблицы по фиг. 3 можно понять, что коробка 3 передач вследствие описанного принципа работы, который служит для уменьшения числа операций переключения при смене групп, имеет также скрытые ступени хода (В-1, В-2, В-3, В-7, С-4, С-5, С-6, С-7). Они не служат для расширения диапазона скоростей коробки передач и не используются при нормальной эксплуатации. Однако возможно их использование в особых случаях.

Как показано на фиг. 1, помимо передачи приводной мощности на выходной вал 73 для привода ходовой части коробка 3 передач служит также для передачи приводной мощности на вал отбора мощности. Таким образом, в коробке 3 передач предусмотрен проход для привода отбора мощности, обозначенного РТО на фиг. 1. Для этого валы 71 и 72 выполнены в виде полых валов и планетарные передачи 10, 20, 30 также выполнены полыми для прохода от выходного вала 8 двигателя через коробку 3 передач вала 70, который служит для привода передаточного механизма 75 (на фиг. 1 не показан) отбора мощности. Таким путем обеспечивается возможность непосредственной и поэтому особенно энергетически эффективной передачи приводной мощности от приводного двигателя 2 к валу отбора мощности трактора.

Как будет описано дальше со ссылками на фиг. 4а, 4b и 5-6, коробка 3 передач дает преимущества в отношении приспособления к имеющимся окружающим условиям. В частности, двухпоточный передаточный механизм 7 в качестве компонента коробки 3 передач позволяет гибко изменять межосевое расстояние d между валом 70 и выходным валом 73 без нарушения функциональности коробки 3 передач. Вначале приведено описание со ссылкой на фиг. 4а и 4b.

На фиг. 4а схематично показан двухпоточный передаточный механизм 7 коробки 3 передач в поперечном сечении при большом межосевом расстоянии d_l, а на фиг. 4b схематично показан двухпоточный передаточный механизм 7 коробки 3 передач в поперечном сечении при малом межосевом расстоянии d_s. Поскольку на фиг. 4а и 4b показаны компоненты, которые были описаны со ссылкой на фиг. 1, во избежание повторений здесь будут описаны только те аспекты, которые связаны с межосевым расстоянием d.

Как можно видеть на фиг. 4а, коаксиальные друг другу валы 70, 72, с одной стороны, отстоят с межосевым расстоянием d₁ от валов 51, 53 и, с другой стороны, отстоят с межосевым расстоянием d₄ от валов 61, 63, так что зубчатое колесо z71 зацепляется одновременно с зубчатым колесом z41 и зубчатым колесом z51. Валы 51, 53 отстоят с межосевым расстоянием d₂ от выходного вала 73. Валы 61, 63 отстоят с межосевым расстоянием d₃ от выходного вала 73. В показанном случае при этих межосевых расстояниях d₁, d₂, d₃, d₄ создается большое межосевое расстояние d_l между валом 70 (или 72) и выходным валом 73.

В отличие от этого на фиг. 4b показана возможность расположения вала 70 (или 72) относительно выходного вала 73 со сравнительно малым межосевым расстоянием d_s, при этом межосевые расстояния d₁, d₂, d₃, d₄ между четырьмя валами остаются неизменными. Как видно из сравнения фиг. 4b с фиг. 4а, меньшее межосевое расстояние d_s между валом 70 (или 72) и выходным валом 73 достигается за счет того, что в соответствии с фиг. 4b валы 51, 53 отстоят дальше от валов 61, 63, чем на фиг. 4а.

Благодаря этому коробка 3 передач может приспосабливаться к различным условиям конструктивной установки. Конструктивная модификация может осуществляться посредством соответствующего выполнения корпуса 4 передаточного механизма, который вмещает в себя, по меньшей мере, двухпоточный передаточный механизм 7 и предпочтительно всю коробку 3 передач. Это показано на фиг. 5 и 6, которые в очень упрощенном виде изображают на виде сбоку двухпоточный передаточный механизм 7 коробки 3 передач и приводимый от вала 70 передаточный механизм 75 отбора мощности при большом межосевом расстоянии d_l (фиг. 5) и при малом межосевом расстоянии d_s (фиг. 6). В корпусе 4 передаточного механизма вал 70 может быть расположен с двумя различными межосевыми расстояниями d_l, d_s относительно выходного вала 73. Как было описано со ссылками на фиг. 4а и 4b, при этом межосевые расстояния d₁, d₄ каждого из передаточных валов 53, 63 относительно вала 70 (или 72) и межосевые расстояния d₂, d₃ каждого из передаточных валов 53, 63 относительно выходного вала 73 остаются неизменными, так что это изменение не нарушает функциональности коробки 3 передач.

И наконец, фиг. 7 изображает в упрощенном виде на виде сбоку часть сельскохозяйственного транспортного средства 1 (например, трактора) со встроенной коробкой 3 передач. Эта коробка 3 передач является коробкой 3 передач, описанной выше на предпочтительном примере выполнения. Трактор 1 (обозначенный только позицией) оснащен приводным двигателем 2 (также обозначенным только позицией) и указанной выше коробкой 3 передач. Коробка 3 передач может приводиться от приводного двигателя 2 и с выходной стороны имеет приводное соединение посредством выходного вала с задней ходовой осью 74 трактора 1, так что приводная мощность приводного двигателя 2 может преобразовываться в движение хода трактора 1 (переднего или заднего хода в зависимости от состояния включения механизма 5 реверса). Кроме того, выходной вал 73 может приводиться в приводное соединение с передней ходовой осью 78 трактора через соединительную муфту 77 привода на все колеса.

Описанная коробка передач имеет различные уже описанные преимущества. В частности, за счет комбинации многоступенчатого передаточного механизма, переключаемого на семь ступеней под нагрузкой, и двухпоточного передаточного механизма, переключаемого на четыре ступени переключения групп, уменьшается число операций, требуемых при так называемой смене групп. Благодаря относительно небольшому осевому габариту выполненного в виде планетарной передачи механизма реверса достигается относительно небольшой осевой габарит коробки передач. Далее, архитектура двухпоточного передаточного механизма обеспечивает возможность получения переменного межосевого расстояния между центральным сквозным валом (валом привода вала отбора мощности) и выходным валом коробки передач.

Перечень позиций

1 Трактор

2 Приводной двигатель

3 Коробка передач

4 Корпус передаточного механизма

5 Механизм реверса

6 Многоступенчатый передаточный механизм

7 Двухпоточный передаточный механизм

8 Выходной вал двигателя

9 Промежуточная передача

10 Первая планетарная передача

11 Тормоз

12 Соединительная муфта

20 Вторая планетарная передача

21 Тормоз

22 Соединительная муфта

30 Третья планетарная передача

31 Тормоз

32 Соединительная муфта

40 Соединительная муфта

41 Тормоз

42 Водило

43 Наружный венец

44 Планетарная шестерня

45 Планетарная шестерня

46 Солнечная шестерня

50 Первый частичный передаточный механизм

51 Первый приводной вал

52 Дисковая муфта

53 Первый передаточный вал

54 Муфта переключения

60 Второй частичный передаточный механизм

61 Второй приводной вал

62 Дисковая муфта

63 Второй передаточный вал

64 Муфта переключения

70 Вал

71 Полый вал

72 Полый вал

73 Выходной вал

74 Задняя ходовая ось

75 Передаточный механизм вала отбора мощности

76 Полый вал

77 Соединительная муфта привода на все колеса

78 Передняя ходовая ось

d_l Большее межосевое расстояние

d_s Меньшее межосевое расстояние

d₁ Межосевое расстояние

d₂ Межосевое расстояние

d₃ Межосевое расстояние

d₄ Межосевое расстояние

i Передаточное отношение

G_n Ступень переключения групп

L_n Ступень переключения под нагрузкой

z41 Зубчатое колесо

z42 Зубчатое колесо

z43 Зубчатое колесо

z51 Зубчатое колесо

z52 Зубчатое колесо

z53 Зубчатое колесо

z71 Зубчатое колесо

z81 Зубчатое колесо

z82 Зубчатое колесо

z91 Зубчатое колесо

Изобретение относится к коробке (3) передач для сельскохозяйственного транспортного средства. Коробка передач содержит три планетарные передачи (10, 20, 30) и соединительные системы (11, 12; 21, 22; 31, 32), входящие в многоступенчатый передаточный механизм (6) на семь ступеней (L₁…₇) переключения под нагрузкой, и соединенный с ним передаточный механизм (7) переключения. Для установки ближайшего более низкого или ближайшего более высокого передаточного отношения (i) коробки (3) передач в многоступенчатом передаточном механизме (6) требуется привод в действие не более двух соединительных систем (11, 12; 21, 22; 31, 32). Достигается повышение надежности. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Коробка (3) передач для сельскохозяйственного транспортного средства, в частности трактора (1), содержащая образованный из трех планетарных передач (10, 20, 30) и относящихся к ним соединительных систем (11, 12; 21, 22; 31, 32) многоступенчатый передаточный механизм (6), который выполнен с возможностью переключения посредством избирательного привода в действие соединительных систем (11, 12; 21, 22; 31, 32), по меньшей мере, на семь ступеней (L₁...₇) переключения под нагрузкой, и соединенный с многоступенчатым передаточным механизмом (6) приводным соединением передаточный механизм (7) переключения, который выполнен с возможностью переключения на ряд ступеней (G_n) переключения групп, с обеспечением установления ряда передаточных отношений (i) между выходным валом (73) и входом (8) коробки (3) передач в зависимости от выбранной ступени (L_1…7) переключения под нагрузкой и выбранной ступени (G_n) переключения групп, отличающаяся тем, что с помощью ступеней (G_n) переключения групп передаточного механизма (7) переключения обеспечена возможность установки таких передаточных отношений (i_A…_D) между выходным валом (73) коробки (3) передач и соединенным с передаточными механизмами (6, 7) валом (72), что для установки ближайшего более низкого или ближайшего более высокого передаточного отношения (i) коробки (3) передач в многоступенчатом передаточном механизме (6) требуется привод в действие не более двух соединительных систем (11, 12; 21, 22; 31, 32).

2. Коробка передач по п.1, отличающаяся тем, что передаточный механизм переключения выполнен в виде двухпоточного передаточного механизма (7), который выполнен с возможностью переключения, в частности на четыре ступени (G_A…_D) переключения, групп на различные передаточные отношения (i_A…D).

3. Коробка передач по п.2, отличающаяся тем, что двухпоточный передаточный механизм (7) содержит первый частичный передаточный механизм (50), с которым связан первый передаточный вал (53), и второй частичный передаточный механизм (60), с которым связан второй передаточный вал (63), расположенный на расстоянии от первого передаточного вала (53), причем каждый из передаточных валов (53, 63) выполнен с возможностью приведения посредством замыкания относящейся к соответствующему частичному передаточному механизму (50, 60) фрикционной муфты (52, 62) в приводное соединение со входным валом (72) двухпоточного передаточного механизма (7).

4. Коробка передач по п.3, отличающаяся тем, что первый передаточный вал (53) выполнен с возможностью приведения посредством замыкания относящейся к первому частичному передаточному механизму (50) фрикционной муфты (52) в приводное соединение с первым приводным валом (51), а второй передаточный вал (63) выполнен с возможностью приведения посредством замыкания относящейся ко второму частичному передаточному механизму (60) фрикционной муфты (62) в приводное соединение со вторым приводным валом (61), причем первый и второй приводные валы (51, 61) являются частями приводимой от входного вала (72) промежуточной передачи (9).

5. Коробка передач по п.4, отличающаяся тем, что промежуточная передача (9) выполнена в виде цилиндрической зубчатой передачи, которая устанавливает постоянное отношение чисел оборотов первого вала (51) и параллельного ему второго вала (61) при одном направлении вращения этих валов (51, 61), причем это отношение предпочтительно не равно единице.

6. Коробка передач по любому из пп. 3-5, отличающаяся тем, что с первым и вторым передаточными валами (53, 63) связаны соответственно по два зубчатых колеса (z42, z43; z52, z53), которые входят в зацепление соответственно с относящимся к выходному валу (73) зубчатым колесом (z81, z82), с установлением между выходным валом (73) и соответствующим передаточным валом (53, 63) по меньшей мере одного постоянного отношения чисел оборотов.

7. Коробка передач по любому из пп. 3-5, отличающаяся тем, что входной вал (72) двухпоточного передаточного механизма (7) выполнен с возможностью приведения в приводное соединение с общим выходным валом (73) посредством каждого из частичных передаточных механизмов (50, 60) в каждом случае через две ступени (G_B, _D; G_A, _C) переключения групп, с обеспечением возможности переключения двухпоточного передаточного механизма (7) в целом на четыре ступени (G_A, _B, _C, _D) переключения групп.

8. Коробка передач по любому из пп. 3-5, отличающаяся тем, что двухпоточный передаточный механизм (7) выполнен с возможностью переключения под нагрузкой путем замыкания во время открытия фрикционной муфты (52; 62) одного частичного передаточного механизма (50; 60) относящейся к другому частичному передаточному механизму (60; 50) фрикционной муфты (62; 52) таким образом, что осуществляемое через один из частичных передаточных механизмов (50; 60) приводное соединение между входным валом (72) и выходным валом (73) может сменяться приводным соединением через другой соответствующий частичный передаточный механизм (60; 50) без прерывания приводного соединения между входным валом (72) и выходным валом (73).

9. Коробка передач по п.6, отличающаяся тем, что для предварительного выбора ступени (G_n) переключения групп относящееся к ней зубчатое колесо (z42, z43; z52, z53) выполнено с возможностью жесткого соединения посредством исполнительных средств (54, 64) с соответствующим передаточным валом (53; 63).

10. Коробка передач по любому из пп. 1-5, 9, отличающаяся тем, что содержит проход для вала привода передаточного механизма (75) отбора мощности сельскохозяйственного транспортного средства (1), образованный посредством того, что входной вал (71) многоступенчатого передаточного механизма (6) и входной вал (72) передаточного механизма (7) переключения выполнены в виде полых валов и вмещают в себя вал (70) привода передаточного механизма (75) отбора мощности.

11. Коробка передач по любому из пп. 1-5, 9, отличающаяся тем, что вмещающий в себя по меньшей мере передаточный механизм (7) переключения, корпус (4) передаточного механизма, в котором расположен вал (70) привода передаточного механизма (75) отбора мощности, в частности коаксиальный входному валу (72) передаточного механизма (7) переключения, допускает его расположение по меньшей мере с двумя межосевыми расстояниями (d_I, d_S) по отношению к выходному валу (73), причем межосевое расстояние (d₁, d₄) каждого из передаточных валов (53, 63) по отношению к валам (70, 72) и межосевое расстояние (d₂, d₃) каждого из передаточных валов (53, 63) по отношению к выходному валу (73) остается неизменным.

12. Коробка передач по любому из пп. 1-5, 9, отличающаяся тем, что для нее предусмотрен приводимый в действие с помощью соединительной муфты (40, 41) механизм (5) реверса, с помощью которого обеспечивается реверс направления вращения по меньшей мере выходного вала (73) коробки (3) передач.

13. Коробка передач по п. 12, отличающаяся тем, что механизм (5) реверса выполнен в виде планетарной передачи и расположен коаксиально входному валу (8) коробки (3) передач, в частности на входной стороне многоступенчатого передаточного механизма (6).

14. Коробка передач по любому из пп. 1-5, 9, 13, отличающаяся тем, что при операции переключения на ближайшее более низкое или ближайшее более высокое передаточное отношение (i) коробки (3) передач, которая требует смены между первой ступенью (G_A) и второй ступенью (G_B) переключения групп и/или смены между третьей ступенью (G_C) и четвертой ступенью (G_D) переключения групп, в многоступенчатом передаточном механизме (6) требуется привод в действие только одной из соединительных систем (11, 12; 21, 22; 31, 32).

15. Коробка передач по любому из пп. 1-5, 9, 13, отличающаяся тем, что исключительно при операции переключения на ближайшее более низкое или ближайшее более высокое передаточное отношение (i) коробки (3) передач, которая требует смены между второй ступенью (G_B) и третьей ступенью (G_C) переключения групп, в многоступенчатом передаточном механизме (6) требуется привод в действие двух соединительных систем (11, 12; 21, 22; 31, 32).

16. Коробка передач по любому из пп. 1-5, 9, 13, отличающаяся тем, что ступени (L_1…7) переключения под нагрузкой многоступенчатого передаточного механизма и ступени (G_n) переключения групп передаточного механизма (7) переключения согласованы между собой таким образом, что при операции переключения на ближайшее более низкое или ближайшее более высокое передаточное отношение (i) коробки (3) передач число оборотов выходного вала (73) коробки (3) передач возрастает или убывает на остающийся примерно одинаковым показатель.

17. Сельскохозяйственное транспортное средство, в частности трактор (1), содержащее приводной двигатель (2) и коробку (3) передач по любому из предыдущих пунктов, причем коробка (3) передач выполнена с возможностью привода от приводного двигателя (2) и находится в приводном соединении по меньшей мере с одной ходовой осью (74) транспортного средства (1) и/или выполнена с возможностью приводного соединения с одной ходовой осью (78).