Соосная трехвальная реверсивная восьмиступенчатая коробка передач Российский патент 2023 года по МПК B60K17/16 F16H3/85 F16H37/08 F16H3/64 F16H3/91 

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к трансмиссии транспортных машин.

Известны агрегаты трансмиссии со ступенчатым изменением передаточных чисел, содержащие шестерни, валы, опоры, устройства переключения передач, применяемые на отечественных и зарубежных автомобилях. 1). Автомобили: Конструкция, конструирование и расчет. Трансмиссия./Под ред. А.И. Гришкевича. Мн.: Выш. шк., 1985.–240 с. 2). Некрасов В.И. Многоступенчатая трансмиссия. Конструкция, конструирование и расчет: Учеб. пособие. – Курган, Изд-во Курганского гос. ун-та, 2001. – 155 с.).

Эти агрегаты конструктивно сложны, металлоемки.

Наиболее близкой по устройству и принципу работы к предлагаемой реверсивной восьмиступенчатой КП (коробке передач) малой металлоемкости является соосная трехвальная восьмиступенчатая КП типа 8R8 с применением метода свободной установки шестерен на валах по патенту RU № 2176197. (Бюл. № 33 от 27.11.2001. Автор Некрасов В.И.).

В КП типа 8R8 четыре пары шестерен обеспечивают 8 передач для движения вперед, а две последние пары шестерен – 8 передач заднего хода. Переключения передач осуществляются четырьмя муфтами: одна трехпозиционная и три – сдвоенные двухпозиционные, противоположно развернутые, управляемые каждая одной вилкой переключения.

Многопарное зацепление в КП позволяет снизить максимальное передаточное число пары шестерен, уменьшить расстояние между валами, габариты и металлоемкость агрегата. Крайние пары шестерен работают только в одном направлении: первая пара от первичного вала к промежуточному, четвертая пара от промежуточного к вторичному валу. Средние пары шестерен могут трансформировать крутящий момент в обоих направлениях.

Недостаток описанного трансмиссионного агрегата заключается в ограничении эксплуатационных характеристик транспортного средства из-за невозможности применения четырех высших передач заднего хода, так как при их включении шестерни четвертой пары достигают высокой скорости вращения.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в расширении эксплуатационных возможностей транспортного средства.

Поставленная задача решается за счет замены пар шестерен заднего хода на конический редуктор реверса, состоящий из трех конических шестерен и трехпозиционной муфты переключения. Входной вал редуктора реверса можно установить как параллельно, так и перпендикулярно валам КП.

Указанный технический результат достигается тем, что: 1. соосная трехвальная реверсивная восьмиступенчатая коробка передач, содержащая корпус, в опорах которого соосно расположены первичный и вторичный валы и параллельно им ось шестерен промежуточного вала, на параллельных валах свободно установлены четыре пары шестерен, на первичном и вторичном валах около крайних пар шестерен закреплены зубчатые венцы с расположенными на них трехпозиционными муфтами переключения, на зубчатых венцах средних пар шестерен установлена сдвоенная муфта с противоположно развернутыми двухпозиционными муфтами, взаимосвязанных общей вилкой переключения, при этом редуктор реверса состоит из простого трехзвенного планетарного механизма, имеющего водило с осями и сателлитами, которые зацеплены с двумя одинаковыми коническими шестернями, одна из них закреплена на входе первичного вала, вторая – на входном валу, установленном соосно первичному валу, на входном валу закреплен зубчатый венец, рядом с ним установлены два зубчатых венца, на которых расположена муфта переключения, один венец закреплен на стенке корпуса, другой – на трубчатом валу привода водила. 2. соосная трехвальная реверсивная восьмиступенчатая коробка передач по пункту 1, при этом коническая шестерня входного вала зацеплена с двумя шестернями с зубчатыми венцами, свободно установленными на первичном валу, на котором между шестернями закреплен зубчатый венец с расположенной на нем трехпозиционной муфтой переключения.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема соосной трехвальной реверсивной восьмиступенчатой КП типа 8RR8 (8 передач переднего хода и 8 передач заднего хода), содержащей 8 шестерен и три муфты переключения передач. Входной вал конического редуктора реверса расположен параллельно валам КП. На схеме выделен редуктор реверса RR, фактически его размеры значительно меньше. Опора первичного вала во вторичном расположена на выходе агрегата.

На фиг. 2 приведена кинематическая схема соосной трехвальной реверсивной восьмиступенчатой КП типа 8RR8 при перпендикулярном расположении входного вала. Опора первичного вала во вторичном расположена на входе ступенчатого агрегата.

Под фигурами приведены буквенные обозначения пар шестерен (a,b,c,d,e).

На фиг. 3 представлена структурная лучевая диаграмма этой КП с таблицей положений муфт переключения на различных передачах. В нижней части таблицы над номерами передач обозначены включенные в работу пары шестерен (bс, Пр., ас, аb, bd, и т.д.). На горизонтальных шкалах в логарифмическом виде приведены величины передаточных чисел пар шестерен и передач. Верхняя горизонталь соответствуют передаточным числам на вторичном валу, нижняя горизонталь - на промежуточном валу. Точка 0 (7) на верхней горизонтали – вход крутящего момента на КП от конического редуктора реверса. Обозначения пар 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. Обозначение «ВАС» над таблицей указывает на порядок работы муфт переключения: первая буква «В» - муфты изменяют свое положение при каждом последовательном переключении передач; «А» - после двух переключений; «С» - после четырех последовательных переключений передач.

На фиг. 1 в опорах корпуса КП 1 соосно установлены первичный 2 и вторичный 3 валы, параллельно им расположена ось 4 шестерен промежуточного вала. На соосных первичном 2 и вторичном 3 валах свободно установлены шестерни 5-8. На оси 4 свободно установлены шестерни 9-12, зацепленные с шестернями 5-8 соответственно. Шестерни 9 и 10, а также 11 и 12 объединены в блоки трубчатыми валами 13 и 14. Зубчатый венец 15, с установленной на нем трехпозиционной муфтой переключения 16 (А), закреплен на первичном валу 2 между шестернями 5 и 6. Зубчатый венец 17, с установленной на нем трехпозиционной муфтой переключения 18 (С), закреплен на вторичном валу 3 между шестернями 7 и 8. Верхняя муфта 19, установленная на зубчатых венцах между шестернями 6 и 7, нижняя противоположно развернутая муфта 20, установленная на зубчатых венцах между шестернями 10 и 11. Муфты 19 и 20 соединены общей вилкой переключения 21. Ведомая коническая шестерня 22 редуктора реверса закреплена на входе первичного вала 2. Ведущая коническая шестерня 23 редуктора реверса закреплена на входном валу 24, на котором также закреплен зубчатый венец 25. Рядом с венцом 25 расположен зубчатый венец 26, закрепленный на трубчатом валу 27 привода водила 28 с осями 29 и сателлитами 30, зацепленными с коническими шестернями 22 и 23. Рядом с зубчатыми венцами 25 и 27 на стенке корпуса 1 закреплен зубчатый венец 31. Между этими зубчатыми венцами расположена муфта 32 (R) переключения режима работы конического редуктора реверса.

На фиг. 2 зубчатый венец 25 закреплен на входе первичного вала 2, конические шестерни 22 и 30 оснащены зубчатыми венцами и расположены с двух сторон относительно зубчатого венца 25 первичного вала 2.

Работа восьмиступенчатой КП осуществляется следующим образом:

На фиг. 1 конический редуктор реверса представляет собой простой трехзвенный ПМ (планетарный механизм), состоящий из водила 28 с осями 29 и расположенными на них сателлитами 30, зацепленными с шестернями 22 и 23. Так как шестерни 22 и 23 имеют одинаковое число зубьев, то внутренний параметр такого ПМ К = 1. Часто такой ПМ используется в качестве симметричного дифференциала, у которого все звенья свободны, он поровну распределяет подведенный к нему крутящий момент. Если остановить одно из звеньев ПМ, то получим редуктор.

На фиг. 1 конический редуктор реверса заблокирован, муфта 32 (R) в левом положении (см. верхний вид) замкнула зубчатый венец 25 входного вала 24 с ведущей шестерней 23 и зубчатый венец 26 трубчатого вала 27 с водилом 28. От входного вала 24, по зубчатому венцу 25, муфте 32, зубчатому венцу 26 и по заблокированному редуктору реверса крутящий момент напрямую поступает на первичный вал 2.

При переключении муфты 32 в правое положение (см. нижний вид) водило 28 трубчатым валом 27, зубчатыми венцами 26-31 и муфтой 32 остановлено относительно корпуса 1, ПМ преобразовался в редуктор. Крутящий момент от входного вала 24 поступает на ведущую коническую шестерню 23, сателлитами 30, вращающимися на осях 29 остановленного водила 28, передается на ведомую коническую шестерню 22, которая вращает первичный вал 2 в противоположном направлении.

На фиг. 2 при левом положении муфты 32 (R) крутящий момент от входного вала 24 ведущей конической шестерней 23 передается на левую ведомую шестерню 30, по муфте 32 на зубчатый венец 25 и первичный вал 2.

При переключении муфты 32 в правое положение крутящий момент от входного вала 24 ведущей конической шестерней 23 передается на правую ведомую шестерню 22, по муфте 32 на зубчатый венец 25 и первичный вал 2, который вращается в противоположном направлении.

Первая передача (a-b-c-d)

Муфта А находится в левом (Л) положении, В и С – в правом положении (см. таблицу фиг. 3, справа над т. 1).

На лучевой диаграмме (см. фиг. 3) эта передача представлена четырьмя лучами: луч «а» выходит из т.0 (7) на верхней горизонтали и направлен направо вниз под т. 5 и 6, далее крутой луч « b» направо вверх к т. 5, затем луч «с» направо вниз и пологий луч «d» направо вверх к точке 1.

Крутящий момент от входного вала 24 конического редуктора реверса (см. фиг. 1) передается на первичный вал 2, по зубчатому венцу 15 и муфте 16 (А) на первую пару шестерен 5-9 (а), по нижнему трубчатому валу 13 блока шестерен 9 и 10, по второй паре шестерен 10-6 (в), по верхней муфте 19 (В), по третьей паре шестерен 7-11 (с), далее по трубчатому валу 14 на четвертую пару шестерен 12-8 (d), по муфте 18 (С) на зубчатый венец 17 и вторичный вал 3.

Вторая передача (a-d)

Переключаем сдвоенные муфты В в левое положение – выключаем из работы вторую и третью пары шестерен.

На лучевой диаграмме этой передаче соответствуют два луча луч «а» выходит из т.0 и направлен направо вниз, далее пологий луч «d» направо вверх к точке 2.

Крутящий момент от входного вала 24 конического редуктора реверса до трубчатого вала 13 передается как на 1-й передаче, далее по нижней муфте 20 на трубчатый вал 14, затем как на 1-й передаче.

Третья передача (c-d)

Все муфты в правом положение – в работе третья и четвертая пары шестерен.

На лучевой диаграмме эта передача представлена крутым лучом «с», который выходит из т. 0 направо вниз и пологим лучом «d» налево вверх к точке 3.

Крутящий момент от первичного вала 2 по муфте 16 (А) передается на шестерню 6, по верхней муфте 19 (В) на третью пару шестерен 7-11 (с), по правому трубчатому валу 14 на четвертую пару шестерен 12-8 (d), далее по муфте 18 (С) на зубчатый венец 17 и вторичный вал 3.

Четвертая передача (b-d)

Переключаем сдвоенные муфты В в левое положение – заменяем третью пару на вторую пару шестерен.

На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: крутой луч «b» выходит из т. 0 налево вниз в ускоряющем режиме и пологий луч «d» направо вверх к точке 4.

Крутящий момент от первичного вала 2 по муфте 16 (А) передается на вторую пару шестерен 6-10 (в), по нижней муфте 21 (В), по правому трубчатому валу 14 на четвертую пару шестерен 12-8 (d), далее как на предыдущих передачах.

Пятая передача (a-b)

Переключаем муфты А и С в левое положение, а муфты В в правое положение - заменяем четвертую пару на первую пару шестерен.

На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: луч «а» выходит из т. 0 и направлен направо вниз, далее крутой луч «b» направо вверх к точке 5.

Крутящий момент от первичного вала 2 по муфте 16 (А) передается на первую пару шестерен 5-9 (а), по левому трубчатому валу 13 на вторую пару шестерен 10-6 (в), по верхней муфте 19 (В), по корпусу шестерни 7 (с), далее по муфте 18 (С) и как на предыдущих передачах.

Шестая передача (a-c)

Все муфты в левом положении – заменяем вторую пару на третью пару шестерен.

На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом «а», который выходит из т. 0 направо вниз и крутым лучом «с» налево вверх в ускоряющем режиме к точке 6.

Крутящий момент от первичного вала 2 по муфте 16 (А) передается на первую пару шестерен 5-9 (а), по левому трубчатому валу 13 на третью пару шестерен 11-7 (с), далее по муфте 18 (С) и как на предыдущих передачах.

Седьмая передача - прямая

Переключаем муфты А и В в правое положение – выключаем из работы все пары шестерен.

На лучевой диаграмме эта передача представлена точкой 7.

Крутящий момент от первичного вала 2 передается по муфте 16 (А), по шестерне 6 (в), по верхней муфте 19 (В), далее по муфте 18 (С) и как на предыдущих передачах.

Восьмая передача – ускоряющая (b-c)

Переключаем муфты В в левое положение – включаем в работу вторую пару и третью пару шестерен.

На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: крутой луч «с» выходит из т. 0 направо вниз и пологий луч «е» направо вверх к точке 8.

Крутящий момент от первичного вала 2 по муфте 16 (А) передается на вторую пару шестерен 6-10 (в), по нижней муфте 21 (В) на третью пару шестерен 11-7 (с), далее по муфте 18 (С) и как на предыдущих передачах.

В нижней части лучевой диаграммы (фиг. 3) приведена суммарная редукция, равная сумме отрезков лучей пар шестерен в логарифмических координатах. Р = 1,5+0,5+0,5+3,5 = 6,0. Минимальная величина луча принадлежит второй и третьей парам шестерен – 0,5 интервала, максимальная величина луча принадлежит четвертой паре шестерен – 3,5 интервала. Как правило, U_max = 4. В этом случае получим: lg q = lg 4/3,5 = 0,172; q = 1,486. Можем получить диапазон D = q ⁷ = 1,486 ⁷ = 16.

Для сравнения: 8-ступенчатая КП автомобиля МАЗ-6422 имеет диапазон D = U₁/U₈ = 7,73/0,71 = 10,89 при среднем интервале lg q = lg 10,89/7 = 1,037/7 = 0,148; q = 1,407. Для расчетов примем q = 1,41.

Передаточные числа пар шестерен: первой пары U_а = q ^1,5 = 1,41 ^1,5 = 1,674; второй и третьей пары U_b = U_с = q ^0,5 = 1,41 ^0,5 = 1,187; четвертой пары U_d = q ^3,5 = 1,41 ^3,5 = 3,33.

Диапазон D = q⁷ = 1,41⁷ = 11,08.

Передаточные числа передач:

U ₁ = U_а U_b U_c U_d = 1,674*1,187*1,187*3,33 = 7,85 или U₁ = q ⁶ = 1,41 ⁶ = 7,86.

U ₂ = U_aU_d = 1,674*3,33 = 5,57 или U₂ = q ⁵ = 1,41 ⁵ = 5,57.

U ₃ = q ⁴ = 1,41 ⁴ = 3,95. U₄ = q ³ = 1,41³ = 2,8. U₅ = q ² = 1,41 ² = 1,99.

U ₆ = q = 1,41. U₇ = q ⁰ = 1,0. U₈ = 1/q = 1/1,41 = 0,71.

Проверка интервала q = U₁ / U₂ = 7,86/5,57 = 1,41.

q = U₂ / U₃ = 5,57/3,95 = 1,41 и т.д.

Проверка диапазона D = U₁ /U₈ = 7,86/0,71 = 11,07.

Эта величина D = 11,07 обеспечит успешную работу НТС в широком спектре условий эксплуатации при удобном переключении передач. Получили прямую передачу, 6 передач с высоким КПД при двухпарном зацеплении, одну передачу с четырехпарным зацеплением, которое обеспечило невысокие значения передаточного числа в парах шестерен: U_max = 3,33.

Рассмотренную реверсивную восьмиступенчатую коробку передач целесообразно применять, прежде всего, в дорожно-строительной технике: автогрейдеры, катки и т.п.

Обозначения:

1 – корпус КП с редуктором реверса;

2 – первичный вал;

3 – вторичный вал соосный первичному;

4 – ось шестерен промежуточного вала;

5-8 – шестерни, свободно установленные на соосных первичном 2 и вторичном 3 валах;

19-12 - шестерни, свободно установленные на оси 4;

13 – левый трубчатый вал шестерен 9 и 10;

14 – правый трубчатый вал шестерен 11 и 12;

15 – зубчатый венец, закрепленный на первичном валу 2;

16 (А) – трехпозиционная муфта переключения на зубчатом венце 15;

17 – зубчатый венец, закрепленный на вторичном валу 3;

18 (С) – трехпозиционная муфта переключения на зубчатом венце 17;

19 (В) – верхняя муфта сдвоенной муфты В между шестернями 6 и 7;

20 (В) – нижняя муфта сдвоенной муфты В между шестернями 10 и 11;

21 (В) – вилка переключения муфт 19 и 20 сдвоенной муфты В;

22 – ведомая коническая шестерня редуктора реверса, закрепленная на торце первичного вала 2;

23 - ведущая коническая шестерня редуктора реверса;

24 – входной вал редуктора реверса;

25 - зубчатый венец, закрепленный на входном валу 23 или первичном валу 2 на фиг. 2;

26 - зубчатый венец, закрепленный на трубчатом валу 27;

27 - трубчатый вал;

28 – водило;

29 – оси сателлитов водила;

30 – сателлиты или коническая шестерня напротив шестерни 22 на фиг. 2;

31 - зубчатый венец стенки корпуса 1;

32 (R) – трехпозиционная муфта переключения на зубчатых венцах 25, 26 и 31.

Изобретение относится к соосной трехвальной реверсивной восьмиступенчатой коробке передач. В опорах корпуса реверсивной восьмиступенчатой коробки передач малой металлоемкости соосно установлены первичный и вторичный валы, параллельно им установлена ось шестерен промежуточного вала. Между параллельными валами коробки передач расположены четыре пары цилиндрических шестерен и три муфты переключения: две крайние трехпозиционные и одна сдвоенная с противоположно развернутыми муфтами с общей вилкой переключения передач. К передней стенке корпуса на входе первичного вала установлен конический редуктор реверса. Достигается повышение надежности, транспортного средства. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Соосная трехвальная реверсивная восьмиступенчатая коробка передач, содержащая корпус, в опорах которого соосно расположены первичный и вторичный валы и параллельно им ось шестерен промежуточного вала, на параллельных валах свободно установлены четыре пары шестерен, на первичном и вторичном валах около крайних пар шестерен закреплены зубчатые венцы с расположенными на них трехпозиционными муфтами переключения, на зубчатых венцах средних пар шестерен установлена сдвоенная муфта с противоположно развернутыми двухпозиционными муфтами, взаимосвязанными общей вилкой переключения, отличающаяся тем, что редуктор реверса состоит из простого трехзвенного планетарного механизма, имеющего водило с осями и сателлитами, которые зацеплены с двумя одинаковыми коническими шестернями, одна из них закреплена на входе первичного вала, вторая – на входном валу, установленном соосно первичному валу, на входном валу закреплен зубчатый венец, рядом с ним установлены два зубчатых венца, на которых расположена муфта переключения, один венец закреплен на стенке корпуса, другой – на трубчатом валу привода водила.

2. Соосная трехвальная реверсивная восьмиступенчатая коробка передач по п. 1, отличающаяся тем, что коническая шестерня входного вала зацеплена с двумя шестернями с зубчатыми венцами, свободно установленными на первичном валу, на котором между шестернями закреплен зубчатый венец с расположенной на нем трехпозиционной муфтой переключения.