Восьмиступенчатая трансмиссия с двумя параллельными вторичными валами, бортовым приводом и механизмом поворота Российский патент 2023 года по МПК F16H3/89 B60K17/16 F16H3/85 B62D11/10 F16H37/08 

Изобретение относится к трансмиссии гусеничных НТС (наземных транспортных средств).

Известны схемы КП (коробок передач) с разветвленным силовым потоком (1. Проектирование трансмиссий автомобилей: Справочник / Под общ. ред. А.И Гришкевича. - М.: Машиностроение, 1984, - 272 с.). По сравнению с КП традиционной компоновки КП с разветвленным силовым потоком имеют больше зубчатых колес. Однако они имеют меньшие размеры, а, следовательно, меньшие моменты инерции и окружные скорости. Применение подобных схем позволяет повысить срок службы КП при больших значениях передаваемой мощности. На рис. 7.5, а (см. 1, с.166) показана схема КП с двумя параллельными промежуточными валами.

Но эта КП соосная, она имеет только один выходной вал.

Трансмиссия транспортного средства по патенту RU № 2149772 (2. Бюл. № 15 от 12.05.1998. Автор В.И. Некрасов) состоит из МРК (многоступенчатая раздаточная коробка), которая имеет два выходных вала. Каждый выходной вал взаимодействует с ПМ (планетарным механизмом), реализующим два режима: несимметричный дифференциал и механизм, суммирующий на эпициклическом колесе крутящие моменты, поступающие на солнечную шестерню и водило.

Эта МРК предназначена для машины с колесной формулой 6х6 при диагональном приводе колес. МРК имеет сложную конструкцию.

Наиболее близкой к предлагаемому устройству является двухвальная несоосная КП по патенту RU № 2149767. (3. Бюл. № 15 от 27.05.2000. Автор В.И. Некрасов). Эта КП типа 6R2 (шесть передач переднего хода и две передачи заднего хода) имеет два параллельных вала: первичный и вторичный. На первичном валу свободно расположены отдельная шестерня и трубчатый вал с закрепленными на нем четырьмя цилиндрическими шестернями, которые зацеплены с шестернями, свободно установленными на вторичном валу. Две шестерни объединены в блок трубчатым валом. Дополнительная шестерня заднего хода установлена на оси, расположенной между параллельными валами. Переключение передач осуществляется тремя трехпозиционными муфтами традиционной компоновки.

Эта МКП имеет только один выходной, вторичный вал, не имеет редукторов реверса, что ограничивает компоновочные и эксплуатационные характеристики НТС, в том числе, в обеспечении поворота ГМ. (3. Расчет и конструирование гусеничных машин. Под ред. Н.А. Носова. Л.: Машиностроение, 1972. 560 с.). Глава IX. Механизмы поворота. с. 346-398. На рис. IX.9, с. 368 показана сложная схема поворота с двумя бортовыми коробками передач.

Задачей изобретения является существенное расширение компоновочных и эксплуатационных характеристик НТС за счет разделения потока мощности на два вала, возможностью вращения каждого вала со скоростью, отличающейся от скорости вращения другого вторичного вала, что обеспечит различные расчетные относительные радиусы поворота. Восьмиступенчатая трансмиссия с двумя параллельными вторичными валами совмещает функции МКП и МП (механизма поворота).

Технический результат достигается за счет совершенствования технического решения по патенту № 2149767 путем разделения потока мощности на два параллельных вторичных вала, замены ряда шестерен заднего хода на пару шестерен переднего хода, что увеличивает число передач с 6-ти до 8-ти, установки на выходе каждой ветви потока мощности конических редукторов реверса.

Достижение технического результата обеспечивается тем, что восьмиступенчатая трансмиссия, содержащая коробку передач, на валах которой свободно установлено по пять шестерен, на первичном валу закреплен зубчатый венец с расположенной на нем трехпозиционной муфтой переключения, установленной между отдельной шестерней и трубчатым валом, на котором закреплены четыре шестерни, на вторичном валу закреплены два зубчатых венца с расположенными на них трехпозиционными муфтами переключения, установленными между отдельными шестернями и блоком из двух шестерен, при этом параллельно расположены два вторичных вала, на выходе каждого вала установлены карданная передача и конический редуктор реверса, на его ведущем валу закреплен зубчатый венец с расположенной на нем трехпозиционной муфтой переключения, установленной между коническими шестернями, свободно расположенными на ведущем валу, эти шестерни зацеплены с ведомой конической шестерней, закрепленной на выходном валу редуктора реверса.

На фиг. 1 показана кинематическая схема 8-ми ступенчатой трансмиссии с двумя параллельными вторичными валами, которая совмещает функции МКП и МП (механизма поворота). В нижней части указаны ряды, в каждом по три взаимозацепленные цилиндрические шестерни: c, d, e, ƒ, i.

На фиг. 2 представлена структурная лучевая диаграмма этой МКП с таблицей положений муфт переключения на различных передачах. Муфты работают в режиме ВСА муфты В и С срабатывают при каждом последовательном переключении передач и два нейтральных состояния (N); муфта А срабатывает после четырех последовательных переключений передач. В нижней части таблицы над номерами передач (8G-1G) обозначены включенные в работу ряды шестерен (d, e, ƒ, i, с, cde и т.д.). На горизонтальных шкалах в логарифмическом виде приведены величины передаточных чисел пар шестерен и передач. На нижней горизонтали нижняя шкала равномерная в логарифмическом виде - lq U, верхняя шкала неравномерная в натуральном виде - U. Верхняя горизонталь соответствуют передаточным числам на выходных валах редукторов реверса - бортовых передач, средняя горизонталь на вторичных валах МКП, нижняя горизонталь - на первичном валу. Точка «0» на нижней горизонтали вход крутящего момента в МКП от двигателя. Из этой точки выходят пять определяющих лучей, выделенных утолщенными линиями. Обозначения рядов шестерен указаны на лучах. Чем значительнее наклон луча направо, тем больше передаточное число. Левый наклон луча указывает на ускоряющий режим работы пары шестерен. Наклон луча каждой пары шестерен постоянный на любом участке лучевой диаграммы. Между верхними горизонталями восемь лучей работы конического бортового редуктора.

В опорах корпуса 1 МКП (многоступенчатой коробки передач) с двумя параллельными вторичными валами (см. фиг.1) расположены: 2 - первичный вал; 3 правый вторичный вал; 4 - левый вторичный вал. Карданной передачей 5 правый вторичный вал 3 соединен с ведущим валом 6 в корпусе 7 правого конического редуктора реверса, в котором установлен выходной вал 8 правого борта. Аналогично, карданной передачей 9 левый вторичный вал 4 соединен с ведущим валом 10 в корпусе 11 левого конического редуктора реверса, в котором установлен выходной вал 12 левого борта. На первичном валу 2 свободно установлены цилиндрическая шестерня 13 и трубчатый вал 14, на котором закреплены четыре цилиндрические шестерни 15-18. На правом вторичном валу 3 свободно установлены пять шестерен 19-23, зацепленных соответственно с шестернями 13, 15-18 первичного вала 2. Шестерни 19 и 20 объединены в блок коротким трубчатым валом 24. На левом вторичном валу 4 свободно установлены шестерни 25-29, зацепленных соответственно с шестернями 13, 15-18 первичного вала 2. Шестерни 25 и 26 объединены в блок коротким трубчатым валом 30. Шестерни 13-15, 20-21, 22-23, 26-27 и 28-29 оснащены зубчатыми венцами. На первичном валу 2 между шестернями 13 и 15 закреплен зубчатый венец 31 с расположенной на нем трехпозиционной муфтой переключения 32 (А). На правом вторичном валу 3 между шестернями 20 и 21 закреплен зубчатый венец 33 с расположенной на нем трехпозиционной муфтой переключения 34 (В), а между шестернями 22 и 23 закреплен зубчатый венец 35 с расположенной на нем трехпозиционной муфтой переключения 36 (С). На левом вторичном валу 4 между шестернями 26 и 27 закреплен зубчатый венец 37 с расположенной на нем трехпозиционной муфтой переключения 38 (В), а между шестернями 28 и 29 закреплен зубчатый венец 39 с расположенной на нем трехпозиционной муфтой переключения 40 (С). На ведущем валу 6 привода правого бортового редуктора закреплен зубчатый венец 41 с расположенной на нем трехпозиционной муфтой реверса 42 (R) и свободно установлены ведущие конические шестерни 43 и 44, которые зацеплены с ведомой шестерней 45, закрепленной на выходном валу 8 правого борта. На ведущем валу 10 привода левого бортового редуктора закреплен зубчатый венец 46 с расположенной на нем трехпозиционной муфтой реверса 47 (R) и свободно установлены ведущие конические шестерни 48 и 49, которые зацеплены с ведомой шестерней 50, закрепленной на выходном валу 12 левого борта.

Корпуса редукторов реверса 7 и 11 могут быть выполнены вместе с корпусом 1 МКП.

Выходы валов 2, 3, 4, 6 и 10 можно использовать как ВОМ (вал отбора мощности).

Работа многоступенчатой трансмиссии осуществляется следующим образом.

1- я передача - cdi

Муфта А находится в левом положении (L), муфта В в нейтральном положении (N) и муфта C находится в правом положении (П - см. правую часть табл. фиг. 2). В работу включены ряды шестерен «cdi». На лучевой диаграмме фиг. 2 из т. 0 слева на нижней горизонтали выходит пологий луч «с» направо вверх к средней горизонтали, затем крутой луч «d» направо вниз, луч «i» направо вверх, далее луч Uк = 1,5 к т. 1G на верхней горизонтали.

Крутящий момент от двигателя поступает (см. фиг.1) по первичному валу 2 на зубчатый венец 31, по муфте 32 (А) на шестерню 13, от нее на шестерни 19 и 25 на коротких трубчатых валах 24 и 30, свободно расположенных на вторичных валах 3 и 4, от них на шестерни 20 и 26, далее на шестерню 15, по трубчатому валу 14 на шестерню 18 и шестерни 23-29, по муфтам 36, 40 (С) и зубчатым венцам 35, 39 на вторичные валы 3 и 4.

От правого вторичного вала 3 крутящий момент карданной передачей 5 передается на ведущий вал 6 редуктора реверса 7, по зубчатому венцу 41 и по муфте 42 (R) в левом положении на пару конических шестерен 43-45, далее на выходной вал 8 правого борта. От левого вторичного вала 4 крутящий момент карданной передачей 9 передается на ведущий вал 10 редуктора реверса 11, по зубчатому венцу 46 и по муфте 47 (R) в правом положении на пару конических шестерен 49-50, далее на выходной вал 12 левого борта. Для включения заднего хода надо изменить положения муфт 42 и 47.

2- я передача - cdƒ

Переключаем муфты С в левое «L» положение. Заменили ряд шестерен «i» на ряд шестерен «ƒ». В работе ряды шестерен «cdƒ». На лучевой диаграмме фиг. 2 из т. 0 слева на нижней горизонтали выходит пологий луч «с» направо вверх к средней горизонтали, затем крутой луч «d» направо вниз, луч «ƒ» направо вверх, далее луч Uк = 1,5 к т. 2G на верхней горизонтали.

Крутящий момент от двигателя до трубчатого вала 14 поступает как на 1-й передаче, затем от шестерни 17 на шестерни 22 и 28, по муфтам 36 и 40 (С), далее как на предыдущей передаче.

3-я передача - cde

Переключаем муфты В в правое «П» положение, муфты С в нейтральное положение. Заменили ряд шестерен «ƒ» на ряд шестерен «e». В работе ряды шестерен «cde». На лучевой диаграмме из т. 0 слева на нижней горизонтали выходит пологий луч «с» направо вверх к средней горизонтали, затем крутой луч «d» направо вниз, крутой луч «е» направо вверх, далее луч Uк = 1,5 к т. 3G на верхней горизонтали.

Крутящий момент от двигателя до трубчатого вала 14 поступает как на 1-й передаче, затем от шестерни 16 на шестерни 21 и 27, по муфтам 34 и 38 (В), по зубчатым венцам 33 и 37, далее как на предыдущей передаче.

4-я передача - c

Муфты А и В находятся в левом положении L, муфта С в нейтральном N, выключенном положении. В работу включен ряд шестерен «с». На лучевой диаграмме из т. 0 выходит пологий луч «с» направо вверх, далее луч Uк = 1,5 к т. 4 G.

Крутящий момент от двигателя поступает по первичному валу 2 и муфте 32 (А) на шестерню 13 и шестерни 19 и 25 на коротких трубчатых валах 24 и 30, свободно расположенных на вторичных валах 3 и 4, от них на муфты 34 и 38 (В), далее как на предыдущих передачах.

5-я передача

Муфты А и С находятся в правом положении, муфта D в нейтральном N, выключенном положении. В работу включен ряд шестерен «i». На лучевой диаграмме из т. 0 выходит луч «i» направо вверх, далее луч Uк = 1,5 к т. 5 G.

Крутящий момент от двигателя поступает по первичному валу 2 и муфте 32 (А) на шестерню 15 и трубчатый вал 14, далее от шестерни 18 на шестерни 23 и 29, от них на муфты 36 и 40 (С), далее как на предыдущих передачах.

6-я передача - ƒ

Переключаем муфты С в левое «L» положение. Заменили ряд шестерен «i» на ряд шестерен «ƒ». На лучевой диаграмме из т. 0 выходит луч «ƒ» направо вверх, далее луч Uк = 1,5 к т. 6 G.

Крутящий момент от двигателя поступает по первичному валу 2 и муфте 32 (А) на шестерню 15 и трубчатый вал 14, далее от шестерни 17 на шестерни 22 и 28, от них на муфты 36 и 40 (С), далее как на предыдущих передачах.

7-я передача - e

Муфты А и В находятся в правом положении, муфта С в нейтральном N, выключенном положении. В работу включен ряд шестерен «е». На лучевой диаграмме из т. 0 выходит крутой луч «е» направо вверх, далее луч Uк = 1,5 к т. 7 G.

Крутящий момент от двигателя поступает по первичному валу 2 и муфте 32 (А) на шестерню 15 и трубчатый вал 14, далее от шестерни 16 на шестерни 21 и 27, от них на муфты 34 и 38 (В), далее как на предыдущих передачах.

8-я передача - d

Переключаем муфты В в левое положение. В работу включен ряд шестерен «d». На лучевой диаграмме из т. 0 выходит луч «d» налево вверх в ускоряющем режиме, далее луч Uк = 1,5 к т. 8 G.

Крутящий момент от двигателя поступает по первичному валу 2 и муфте 32 (А) на шестерню 15 и трубчатый вал 14, далее от шестерни 15 на шестерни 20 и 26, от них на муфты 34 и 38 (В), далее как на предыдущих передачах.

Суммарная редукция, равная сумме отрезков проекций лучей на горизонтальную ось, составила Р = 3,5q+0,5q+0,5q+1,5q+2,5q= 8,5 q; где q интервал, (шаг) отношение передаточных чисел соседних передач.

Для расчетов примем q = 1,32.

При кинематической схеме, приведенной на фиг. 1, и по лучевой диаграмме на фиг. 2 получили следующие передаточные числа пар шестерен и передач.

Uс = 3,5q = 1,32^3,5 = 2,64; Ud = Ue = 0,5q = 1,32^0,5 = 1,15;

в ускоряющем режиме Ud* = 1/1,15 = 0,87;

Uf = 1,5q = 1,32^1,5 = 1,52; Ui = q^2,5 = 1,32^2,5 = 2,0;

Передаточные числа передач:

U _1G = Uc Ud Ui Uк = 2,64*1,15*2,0*1,5 = q^6,5 Uк = 1,32^6,5*1,5 = 9,1.

U _2G = Uс Ud Uf Uк = 2,64*1,15*1,52*1,5 = q^5,5 Uк = 1,32^5,5*1,5 = 6,91.

Интервал q = 9,1/6,91 = 1,32.

U _3G = q^4,5 Uк = 1,32^4,5*1,5 = 5,23. Интервал q = 6,91/5,23 = 1,32.

U _4G = q^3,5 Uк = 1,32^3,5*1,5 = 3,964. Интервал q = 5,23/3,964 = 1,32.

U _5G = q^2,5 Uк = 1,32^2,5*1,5 = 3,0. Интервал q = 3,964/3,0 = 1,32.

U _6G = q^1,5 Uк = 1,32^1,5*1,5 = 2,275. Интервал q = 3,0/2,275 = 1,32.

U _7G = q^0,5 Uк = 1,32^3,5*1,5 = 1,723. Интервал q = 2,275/1,723= 1,32.

U _8G = (1/q^0,5)Uк = (1/1,32^0,5)*1,5 = 1,306. Интервал q = 1,723/1,306 = 1,32.

Диапазон МКП, равный отношению передаточных чисел низшей передачи к высшей, D = 9,1/1,306 = q⁷ = 1,32⁷ = 7,0.

Заданные радиусы поворота обеспечиваются муфтами В и С включенными в разных положениях. Например, при повороте направо при медленной скорости движения, муфта 36 (С) в правом положении и выходной вал правого борта 8 работает на 1-й передаче U_1G = 9,1. Муфта 40 (С) в левом положении и выходной вал левого борта 12 работает на 2-й передаче U_2G = 6,91. Скорость левого борта выше скорости правого борта на интервал q = 9,1/6,91 = 1,32.

Если левый борт будет работать на 3-й передаче U_3G = 5,23, которую включаем муфтой 38 (В) в правом положении; то скорость левого борта выше скорости правого борта на два интервала q² = 9,1/5,23 = 1,32² = 1,74. И т.д. (см. лучевую диаграмму и таблицу).

Возможен поворот за счет выключения одного из бортов муфтами В, С или R.

Разворот НТС на месте реализуется редукторами реверса, включенными в разных направлениях.

Рассмотренная трансмиссия может применяться в комплектации ГСК: гидротрансформатор, сцепление, коробка передач. Гидротрансформатор взаимодействует с КП при помощи стандартного сцепления (иногда с автоматическим приводом), переключение передач производится ручным способом. Достоинством ГСК является меньшая стоимость по сравнению с автоматизированной ГМКП (гидромеханической КП).

Предлагаемая трансмиссия может применяться как на тракторах, так и на бронетехнике. Например, моторно-трансмиссионная установка компонуется в передней части НТС, карданные передачи до бортовых редукторов расположены вдоль бортов; основное пространство используется как боевой отсек. В БМП (боевых машинах пехоты) для боевого расчета; в танках и САУ (самоходных артиллерийских установках) для башни с орудием и боекомплектом.

Обозначения:

1 - корпус МКП;

2 - первичный вал МКП;

3 - правый вторичный вал МКП;

4 - левый вторичный вал МКП;

5 - карданная передача привода правого редуктора реверса;

6 - ведущий вал редуктора реверса 7;

7 - корпус правого редуктора реверса;

8 - выходной вал правого борта;

9 - карданная передача привода левого редуктора реверса;

10 - ведущий вал редуктора реверса 11;

11 - корпус левого редуктора реверса;

12 - выходной вал левого борта;

13 - цилиндрическая шестерня, свободно установленная на первичном валу 2;

14 - трубчатый вал, свободно установленный на первичном валу 2;

15-18 - цилиндрические шестерни, закрепленные на трубчатом валу 14;

19-23 - цилиндрические шестерни, свободно установленные на правом вторичном валу 3;

24 - короткий трубчатый вал блока шестерен 19 и 20;

25-29 - цилиндрические шестерни, свободно установленные на левом вторичном валу 4;

30 - короткий трубчатый вал блока шестерен 25 и 26;

31 - зубчатый венец, закрепленный на первичном валу 2 между шестернями 13 и 15;

32 (А) трехпозиционная муфта переключения на зубчатом венце 31;

33 - зубчатый венец, закрепленный на правом вторичном валу 3 между шестернями 20 и 21;

34 (В) - трехпозиционная муфта переключения на зубчатом венце 33;

35 - зубчатый венец, закрепленный на правом вторичном валу 3 между шестернями 22 и 23;

36 (С) - трехпозиционная муфта переключения на зубчатом венце 35;

37 - зубчатый венец, закрепленный на левом вторичном валу 4 между шестернями 26 и 27;

38 (В) - трехпозиционная муфта переключения на зубчатом венце 37;

39 - зубчатый венец, закрепленный на левом вторичном валу 4 между шестернями 28 и 29;

40 (С) - трехпозиционная муфта переключения на зубчатом венце 39;

41 - зубчатый венец, закрепленный на ведущем валу 6 правого редуктора реверса;

42 - трехпозиционная муфта реверса на зубчатом венце 41;

43, 44 - ведущие конические шестерни правого редуктора реверса;

45 - ведомая коническая шестерня, закрепленная на выходном валу 8 правого борта;

46 - зубчатый венец, закрепленный на ведущем валу 10 левого редуктора реверса;

47 - трехпозиционная муфта реверса на зубчатом венце 46;

48, 49 - ведущие конические шестерни левого редуктора реверса;

50 - ведомая коническая шестерня, закрепленная на выходном валу 12 левого борта.

Изобретение относится к восьмиступенчатой трансмиссии. Трансмиссия с двумя параллельными выходными валами состоит из восьмиступенчатой коробки передач и механизма поворота. Коробка передач взаимосвязана с бортовыми коническими редукторами реверса. Достигается повышение компоновочных и эксплуатационных возможностей транспортного средства. 2 ил.

Восьмиступенчатая трансмиссия, содержащая коробку передач, на валах которой свободно установлено по пять шестерен, на первичном валу закреплен зубчатый венец с расположенной на нем трехпозиционной муфтой переключения, установленной между отдельной шестерней и трубчатым валом, на котором закреплены четыре шестерни, отличающаяся тем, что параллельно расположены два вторичных вала, шестерни правого вторичного вала установлены свободно и зацеплены с шестернями первичного вала, шестерни левого вторичного вала установлены свободно и зацеплены с шестернями первичного вала, на каждом вторичном валу закреплены два зубчатых венца с расположенными на них трехпозиционными муфтами переключения, установленными между отдельными шестернями и блоком из двух шестерен, на выходе каждого вала установлены карданная передача и конический редуктор реверса, на его ведущем валу закреплен зубчатый венец с расположенной на нем трехпозиционной муфтой переключения, установленной между коническими шестернями, свободно расположенными на ведущем валу, эти шестерни зацеплены с ведомой конической шестерней, закрепленной на выходном валу редуктора реверса.