МЕХАНИЗМ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПЕРЕДАЧ С ВИНТОВЫМ ПРИВОДОМ 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 преселективной коробки передач типа DST (например, PowerShift), применяемые на ряде легковых автомобилей, где для переключения передач применяется привод с использованием электродвигателя. (R. Fischer, G. Jiirgens, F. Ktictikay, R. Na-jork, 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, который переключает две рядом стоящие передачи. Механизм состоит из зубчатой ступицы, установленной на валу с помощью шлицевого соединения, на зубчатом венце ступицы установлена скользящая зубчатая 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 кулачковой канавкой барабана механизма переключения. Барабан представляет собой диск на внешней цилиндрической поверхности которого выполнена кулачковая канавка. 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 происходит 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 двумя парами синхронизаторов, которые обеспечивают включение одной передачи и предварительное включение второй передачи которая будет задействована после выключении первой 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 винтовым приводом в коробках передач грузовых и легковых автомобилей.

Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в упрощении конструкции и улучшении эффективности.

1. Указанный технический результат достигается тем, что механизм переключения передач с винтовым приводом, содержащий скользящую зубчатую муфту с цилиндрической проточкой на внешней поверхности, установленную на шлицах ступицы муфты, ступица скользящей муфты установлена на шлицах вала включаемой передачи. Скользящая муфта при переключении передач перемещается с помощью вилки, концы которой вставлены в проточку муфты. На противоположном конце вилки имеется цилиндрическая головка с отверстием на поверхности которой имеется винтовая нарезка. Головка вилки устанавливается на ходовой винт, закрепленный по краям на опорах корпуса механизма переключения. В опорах винт имеет возможность вращаться и имеет фиксаторы от осевого смещения. На конце ходового винта жестко установлена ведомая шестерня редуктора привода, с ней в зацепление входит ведущая шестерня, соединенная с валом электродвигателя. При включении передачи включается электродвигатель, через зубчатую пару шестерен начинает вращаться ходовой винт вилки, и скользящая зубчатая муфта из нейтрального положения перемещается в сторону включаемой передачи. Вилка от поворота вокруг оси ходового винта удерживается скользящей муфтой. При вращении вала электродвигателя в противоположную сторону передача выключается. Включение смежной передачи происходит аналогичным образом.

2. Устройство механизма отличается от п. 1 тем, что используется еще один комплект ступица скользящей муфты, зубчатая скользящая муфта, вилка переключения передач, ходовой винт ведомая шестерня, предназначенных для синхронного переключения второй пары передач. Вторая пара приводится в действие благодаря соединению ведомой шестерни с ведомой шестерней первой пары передач. Такая конструкция дает возможность синхронно управлять двумя парами передач от одного электродвигателя. Есть возможность реализации управления двумя муфтами переключения передач, расположенных на одном валу или на двух параллельных валах. Одновременным включением или выключением двух передач в одном направлении или в противоположном, при этом ходовые винты должны иметь правую или левую резьбу, в зависимости от поставленной задачи.

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 винтовым приводом находящаяся в нейтральном положении, содержащий скользящую зубчатую муфту с проточкой на внешней поверхности 1, установленную на шлицах ступицы 2 установленную на валу 7 переключаемой передачи, вилку переключения передач 3 одним концом входящей в проточку скользящей зубчатой муфты, противоположный конец вилки имеет винтовую нарезку с помощью которой она устанавливается на ходовом винте 4, ходовой винт закреплен в корпусе механизма переключения передач 8 (показана только одна опора), ходовой винт приводится во вращение с помощью шестерни 5, которая вращается с помощь ведущей шестерни 6 от вала электродвигателя.

На фиг. 2 изображен механизм переключения передач с винтовым приводом, находящийся во включенном положении одной из передач (правое положение).

На фиг. 3 изображен механизм переключения передач с винтовым приводом, соответствующий п. 2, где кроме скользящей муфты 1, ступицы 2, вилки переключения 3, ходового винта 4, ведомой шестерни 5, входящих в первый комплект переключения пары передач. Имеется второй комплект деталей переключения второй пары передач, к которому относится ведомая шестерня 9 и ходовой винт 10 (остальные детали не изображены).

1. Работа механизма переключения передач с винтовым приводом осуществляется следующим образом.

В нейтральном состоянии скользящая зубчатая муфта 1 (фиг. 1 и фиг. 3) находится в положении, когда вилка находится в средней части резьбовой канавки ходового винта.

Включение передачи происходит по команде электронного блока, шаговый электродвигатель включается в заданном направлении, крутящий момент передается от шестерни 6, связанной с ведущим валом электродвигателя на шестерню 5, установленную жестко на конце ходового винта 4. Ходовой винт установлен на опорах корпуса механизма переключения передач, расположенных на концах ходового винта слева 8 и справа. Один из концов вала имеет фиксацию от осевого смещения. В зависимости от направления вращения вала двигателя в лево или вправо, вилка переключения по резьбе смещается относительно ходового винта в одну или другую сторону в осевом направлении. Вилка от вращения, за счет сил трения относительно винтового соединения, удерживается скользящей зубчатой муфтой. При смещении вилка, установленная в проточку зубчатой скользящей муфты, смещает ее вдоль шлицов ступицы 2, тем самым включает соответствующую передачу, вводя в зацепление зубья скользящей муфты (и элементы синхронизатора, если они имеются) с зубчатым венцом шестерни (на рисунке не показана) установленной на валу 7. На рисунке 2 изображена муфта 1, находящаяся в положении включенной передачи (крайнее правое положение).

Выключение передачи происходит в обратном порядке, когда ходовой винт вращается в противоположном направлении и муфта возвращается в нейтральное положение. Аналогичным образом включается смежная передача.

2. Принцип работы механизма отличается от п. 1 тем, что имеется второй комплект элементов, предназначенных для синхронного переключения второй пары шестерен. Привод первой пары шестерен происходит аналогично п. 1. В зацепление с шестерней 5 находится шестерня 9 привода второго ходового винта 10, при этом ходовой винт вращается в противоположную сторону. Муфта второй пары шестерен (на рисунке не показана), также перемещается с помощью второй вилки в осевом направлении (на рисунке не показана). Направление ее перемещения зависит от направления «навивки» канавки ходового винта 2, если направление «навивки» такое же как у винта 4, то муфта второй пары шестерен идет в противоположном направлении, если «навивка» противоположная, то муфты будут идти в одном направлении. Это дает возможность реализовать любые комбинации переключения двух пар шестерен. Пары шестерен могут быть установлены на одном валу или на двух соседних валах, при этом принцип их работы не изменится.

Механизм переключения передач с винтовым приводом 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. Таким образом механизмом переключения передач с винтовым приводом могут быть оборудованы многие типы коробок передач, включая преселективные, 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. Для дополнительного увеличения КПД в механизме может быть использована шариковая винтовая передача. Обозначения:

1 - скользящая зубчатая муфта,

2 - ступица муфты переключения передач,

3 - вилка переключения передач,

4 - ходовой винт,

5 - шестерня привода ходового винта,

6 - ведущая шестерня привода,

7 - вал,

8 - корпус механизма переключения,

9 - шестерня привода ходового винта второй пары переключения передач,

10 - ходовой винт второй пары привода переключения передач.

Изобретение относится к области машиностроения. Механизм переключения передач с винтовым приводом содержит ходовой винт, в средней части которого имеется резьба, на которую накручивается резьба головки вилки переключения передач. На концах винта имеются цилиндрические поверхности, с помощью которых винт опирается в корпусе механизма переключения передач. На конце ходового винта имеются шлицы для установки шестерни привода, в зацеплении с ней находится ведущая шестерня, связанная с валом электродвигателя. Ходовой винт имеет фиксацию от осевого смещения, на резьбу ходового винта устанавливается головка вилки с резьбой, вилка входит в проточку скользящей зубчатой муфты. Обеспечивается повышение скорости переключения передач и надежность конструкции, а также повышение КПД механизма переключения передач. 3 ил.

Механизм переключения передач с винтовым приводом, характеризующийся тем, что содержит ходовой винт, в средней части которого имеется резьба, на которую накручивается резьба головки вилки переключения передач, на концах винта имеются цилиндрические поверхности, с помощью которых винт опирается в корпусе механизма переключения передач, на конце ходового винта имеются шлицы для установки шестерни привода, в зацеплении с ней находится ведущая шестерня, связанная с валом электродвигателя, ходовой винт имеет фиксацию от осевого смещения, на резьбу ходового винта устанавливается головка вилки с резьбой, вилка входит в проточку скользящей зубчатой муфты.