МЕХАНИЗМ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПЕРЕДАЧ С КУЛАЧКОВОЙ МУФТОЙ Российский патент 2024 года по МПК B60K17/08 

Изобретение относится к наземным транспортным системам, в частности к грузовым и легковым автомобилям.

Известны механизмы переключения передач коробки передач типа DST (например, PowerShift), применяемые на ряде легковых автомобилей, где для переключения передач применяется привод с использованием электродвигателя. (R. Fischer, G. Jürgens, F. Küçükay, R. Najork, B. Pollak. Das Getriebebuch. Springer, Wien New York, 2016; Y. Zhang, C. Mi. Automotive power transmission systems. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2018)

Механизм переключения в таких коробках передач служат для переключения передач по командам электронного блока управления. У прототипа переключение осуществляется с помощью синхронизатора, которые переключает две рядом стоящие передачи. Который состоит из зубчатой ступицы, установленной на валу с помощью шлицевого соединения, на зубчатом венце ступицы установлена скользящая муфта переключения передач за счет смещения которой влево или вправо вдоль оси вала, происходит включение соответствующей передачи. Зубчатая муфта имеет на внешней цилиндрической поверхность канавку, в которую входит вилка переключения передач. На противоположном конце вилки имеется головка с отверстием, которая устанавливается на штоке и скользит по нему в осевом направлении. На головке вилки имеется сухарь, с помощью которого вилка соединяется с кулачковым барабаном механизма переключения. Барабан представляет собой диск на внешней цилиндрической поверхности которого выполнена кулачковая канавка, с помощью которой барабан соединен с сухарем вилки переключения. Барабан установлен на оси в картере коробки передач. На барабане закреплена приводная шестерня. Барабан приводится во вращение с помощью электропривода. Который состоит из редуктора и шагового электродвигателя. Редуктор состоит из блока цилиндрических шестерен, включая шестерню привода барабана.

Принцип работы прототипа заключается в том, что электронный блок отдает команду на включение электродвигателя. Вращение передается через редуктор на барабан. В исходной позиции барабан находится в среднем положении, соответственно муфта синхронизатора также занимает нейтральное положение. Как только барабан начинает вращаться из среднего положения, канавка кулачков приводит в движение сухарь и вилку вдоль штока, вилка в свою очередь перемещает скользящую муфту и элементы синхронизатора, после чего производится включение одной или другой передачи, в зависимости от направления вращения электродвигателя.

Особенность роботизированных коробок передач DST заключается в том, что с помощью барабана происходит управление второй парой синхронизаторов, которые обеспечивают предварительное включение передачи они будут задействованы при включении следующей передачи. Один барабан приводит в действие четные передачи, второй нечетные. Таким образом количество механизмов управления меньше в два раза чем количество передач в коробке. Такая комбинация не позволяет осуществлять произвольное переключение, пропустив одну из передач. В обычных коробках передач требуется включение одной из передач, желательно в произвольном порядке, т.е. требуется индивидуальное управление каждой передачей.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в разработке конструкции механизма переключения передач с кулачковой муфтой в коробках передач грузовых и легковых автомобилей.

Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в исключении ряда деталей привода синхронизатора для переключения передач. Из конструкции привода исключаются: вилка переключения, шток и барабан.

Указанный технический результат достигается тем, что механизм переключения передач с кулачковой муфтой, содержащий скользящую зубчатую муфту (с гладкой внешней цилиндрической поверхностью), установленную на шлицах ступицы скользящей муфты, на зубчатую скользящую муфту надевается кулачковая муфта, имеющая кольцеобразную форму, таким образом кулачковая муфта центрируется относительно скользящей зубчатой муфты и может поворачиваться относительно нее на заданный угол, в свою очередь это позволяет кулачковой муфте оставаться неподвижной в фиксированных положениях, когда скользящая муфта вращается вместе с валом на котором она установлена, на внешней поверхности кулачковой муфты имеется зубчатый сектор (для обеспечения зубчатого зацепления) порядка 180 градусов, на второй половине кулачковой муфты на боковых поверхностях имеются вырезы, образующие поверхность кулачков, представляющие собой винтовую поверхность с тремя прямыми участками, два из которых находятся на концах винтовой поверхности, а один в средней части, таким образом боковые поверхности кулачковой муфты представляют из себя ступенчатую поверхность, эти поверхности идут параллельно с одной и другой стороны кулачковой муфты, на внутренней поверхности кулачковой муфты, с края имеется выступ, в виде сектора, для фиксации кулачковой муфты в осевом направлении относительно скользящей зубчатой муфты, с противоположного края кулачковой муфты устанавливается съемная пластина, в виде сектора, выполняющая туже самую функцию, что и выступ, к боковым поверхностям кулачков с той и другой стороны примыкают направляющие упоры с «заостренными» наконечниками, которые крепятся к картеру коробки передач, с зубчатым сектором кулачковой муфты входит в зацепление ведущая шестерня последней ступени редуктора привода, ось которой закреплена в картере коробки передач, редуктор получает вращение от шагового электродвигателя механизма переключения передач.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает улучшение эксплуатационных возможностей автомобильной техники за счет упрощения реализации электропривода механизма переключения передач, за счет уменьшения количества передаточных звеньев в приводе, это позволяет уменьшить массу и габариты конструкции. Сокращение звеньев обеспечивает высокую скорость переключения передач и надежность конструкции. Увеличивает КПД механизма переключения передач. Упрощается реализация электропривода для переключения передач в раздаточных коробках и коробках обора мощности, блокировки дифференциалов.

На фиг. 1 изображен механизм переключения передач с кулачковой муфтой находящаяся в нейтральном положении, содержащий скользящую зубчатую муфту с гладкой внешней цилиндрической поверхностью 1, установленную на шлицах ступицы скользящей муфты (на рисунке не показана), на зубчатую скользящую муфту надевается кулачковая муфта 2, на внешней поверхности кулачковой муфты имеется зубчатый сектор 3, на второй половине кулачковой муфты на боковых поверхностях имеются вырезы, образующие боковая поверхность кулачков 4, с одной стороны кулачковой муфты крепится пластина 5 обеспечивающая фиксацию относительно скользящей муфты 1, к поверхностям кулачков с той и другой стороны примыкают направляющие упоры 6, зафиксированные на картере коробки передач (не показано), с зубчатым сектором кулачковой муфты входит в зацепление шестерня редуктора привода 7, ось которой закреплена в картере коробки передач (не показано), ступица скользящей муфты устанавливается на валу включаемой передачи 8 с помощью шлицевого соединения.

На фиг. 2 изображен механизм переключения передач с кулачковой муфтой, содержащей кулачковую муфту 2, имеющая винтовую поверхность с тремя прямыми участками кулачков, два из которых находятся на концах винтовой поверхности 9, а один в средней части 10.

На фиг. 3 изображен механизм переключения передач с кулачковой муфтой, содержащей кулачковую муфту с боковым упором 11 для фиксации в осевом направлении относительно скользящей зубчатой муфты.

На фиг. 4 изображен механизм переключения передач с кулачковой муфтой находящаяся в положении включенной передачи.

Работа системы централизованной синхронизации переключения передач осуществляется следующим образом.

В нейтральном состоянии кулачковая муфта 1 (фиг. 1 и фиг. 2) находится в положении, когда средние прямые участки 10 муфты располагаются напротив направляющих упоров. Средняя часть зубчатого сектора 3 располагается напротив ведущей шестерни 7 последней ступени редуктора. Скользящая зубчатая муфта 1 вращается вместе со ступицей зубчатой муфты и валом 8, при этом кулачковая муфта остается неподвижной, скользя по гладкой поверхности зубчатой муфты. Вращению кулачковой муфты за счет сил трения относительно зубчатой муфты препятствует фиксирующее устройство (на рисунках не показано).

Включение передачи происходит по команде электронного блока, шаговый электродвигатель включается в заданном направлении, крутящий момент передается через редуктор на шестерню 7, та в свою очередь приводит во вращение зубчатый сектор кулачковой муфты. Муфта начинает вращаться (на фиг. 4 вращение происходит по часовой стрелке), винтовая поверхность кулачковой муфты упирается в левый направляющий упор, и кулачковая муфта смешается вправо. За счет выступа 11 кулачковая муфта смещает скользящую зубчатую муфту, синхронизатор начинает выполнять штатную работу. После выравнивания угловых скоростей вала и шестерни, зубчатая муфта входит в зацепление с зубчатым венцом шестерни. В этот момент крайняя плоская поверхность кулачка оказывается напротив направляющего упора (в этом положении механизм переключения передач изображен на фиг. 4). В конце хода зубчатый венец кулачковой муфты находится в зацеплении с шестерней крайним зубом. За счет того, что зубчатый венец кулачковой муфты широкий зацепление с шестерней последней ступени редуктора сохраняется.

Выключение передачи происходит в обратном порядке и в работу вступает противоположная поверхность кулачковой муфты. Аналогичным образом включается смежная передача.

Механизм переключения передач с кулачковой муфтой может быть использован в различных агрегатах, там где есть необходимость переключения передач или осуществления разнообразных блокировок. Использование механизма возможно для осуществления переключения передач с помощью синхронизаторов или простых муфт переключения. Механизм может быть использован как для двух смежных синхронизаторов или муфт, так и одинарных. Таким образом механизмом переключения передач с кулачковой муфтой могут быть оборудованы многие типы коробок передач, раздаточные коробки, коробки отбора мощности, механизмы блокировки различных дифференциалов.

Заявленное техническое решение обеспечивает улучшение эксплуатационных возможностей автомобильной техники за счет упрощения реализации электропривода механизма переключения передач, за счет уменьшения количества передаточных звеньев в приводе, это позволяет уменьшить массу и габариты конструкции. Сокращение звеньев обеспечивает высокую скорость переключения передач и надежность конструкции. Увеличивает КПД механизма переключения передач.

Обозначения:

1 - скользящая зубчатая муфта,

2 - кулачковая муфта,

3 - зубчатый сектор,

4 - боковая поверхность кулачков,

5 - пластина,

6 - направляющий упор,

7 - ведущая шестерня редуктора привода,

8 - вал включаемой передачи,

9 - крайние прямые участки кулачков,

10 - средний прямой участок кулачков,

11 - боковой упор кулачковой муфты.

Изобретение относится к области машиностроения. Механизм переключения передач содержит кулачковую муфту кольцеобразной формы, установленную на гладкую цилиндрическую поверхность скользящей зубчатой муфты. Кулачковая муфта опирается и центрируется относительно нее. На одной половине внешней поверхности кулачковой муфты имеется зубчатый сектор. На второй половине на боковых поверхностях имеются вырезы, образующие поверхность кулачков, представляющие собой винтовую поверхность с тремя прямыми участками. Боковые поверхности кулачковой муфты представляют из себя ступенчатую поверхность, эти поверхности идут параллельно с одной и другой боковой стороны. На внутренней поверхности кулачковой муфты с края имеется выступ в виде сектора, а с противоположного края установлена съемная пластина в виде сектора, выполненные для фиксации кулачковой муфты в осевом направлении относительно скользящей зубчатой муфты. К боковым поверхностям кулачков вплотную примыкают направляющие упоры с заостренными наконечниками, которые зафиксированы на картере коробки передач. С зубчатым сектором кулачковой муфты входит в зацепление ведущая шестерня последней ступени редуктора привода, ось которой закреплена в картере коробки передач, редуктор получает вращение от шагового электродвигателя механизма переключения передач. Обеспечивается увеличение КПД устройства. 4 ил.

Механизм переключения передач с кулачковой муфтой, отличающийся тем, что содержит кулачковую муфту, имеющую кольцеобразную форму, которая установлена на гладкую цилиндрическую поверхность скользящей зубчатой муфты, таким образом кулачковая муфта опирается и центрируется относительно нее, на одной половине внешней поверхности кулачковой муфты имеется зубчатый сектор для обеспечения зубчатого зацепления, на второй половине кулачковой муфты на боковых поверхностях имеются вырезы, образующие поверхность кулачков, представляющие собой винтовую поверхность с тремя прямыми участками, два из которых находятся на концах винтовой поверхности, а один в средней части, таким образом боковые поверхности кулачковой муфты представляют из себя ступенчатую поверхность, эти поверхности идут параллельно с одной и другой боковой стороны кулачковой муфты, на внутренней поверхности кулачковой муфты с края имеется выступ, в виде сектора, для фиксации кулачковой муфты в осевом направлении относительно скользящей зубчатой муфты, с противоположного края кулачковой муфты установлена съемная пластина, в виде сектора, выполняющая ту же самую функцию, что и выступ, к боковым поверхностям кулачков с той и другой стороны вплотную примыкают направляющие упоры с заостренными наконечниками, которые зафиксированы на картере коробки передач, с зубчатым сектором кулачковой муфты входит в зацепление ведущая шестерня последней ступени редуктора привода, ось которой закреплена в картере коробки передач, редуктор получает вращение от шагового электродвигателя механизма переключения передач.