Несоосная реверсивная четырехступенчатая коробка передач Российский патент 2024 года по МПК F16H3/08 F16H3/83 F16H3/89 F16H37/04 

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 к предлагаемой КП (коробке передач) является КП по авт. св-ву № 1654038 А1 (Бюл. N 21 от 07.06.1991). Автор Некрасов В.И.

Коробка передач содержит корпус, в котором на входном и выходном параллельно установленных валах свободно расположены три пары взаимозацепленных шестерен, на валах закреплены зубчатые венцы, на которых расположены трехпозиционные муфты переключения передач, шестерни напротив муфт переключения объединены в блоки трубчатыми валами, на муфте переключения вторичного вала закреплена ведомая шестерня заднего хода, ведущая шестерня заднего хода закреплена на трубчатом валу блока шестерен входного вала, подвижная в осевом направлении промежуточная шестерня заднего хода установлена на отдельной оси.

Несоосное расположение входного и выходного валов расширяет компоновочные возможности КП и транспортных средств, так как допускает установку на выходе такой КП ведущей цилиндрической шестерни главной передачи при поперечном расположении двигателя и трансмиссии относительно транспортного средства, а также оптимальный угол наклона валов карданной передачи при продольной компоновке двигателя и трансмиссии.

Описанная КП проще типовых конструкций трансмиссионных агрегатов, приведенных в книге, реализует четыре передачи только тремя парами шестерен, вместо четырех при традиционной компоновке, обеспечивает достаточный диапазон передаточных чисел (отношение передаточных чисел низшей передачи к высшей), но имеет только две передачи заднего хода, при включении заднего хода возникает торцевой износ зубьев.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в расширении эксплуатационных возможностей НТС при увеличении числа передач заднего хода до четырех, исключении торцевого износа шестерен и снижении металлоемкости КП.

Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в установке в передней части КП пары шестерен заднего хода (r) и в средней части сдвоенной муфты переключения, состоящей из двух противоположно развернутых муфт одностороннего действия с общей вилкой переключения.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что несоосная реверсивная четырехступенчатая коробка передач содержит корпус с размещенными в нем на входном и выходном параллельно установленных валах три пары взаимозацепленных шестерен, между шестернями, свободно установленными на валах, закреплены зубчатые венцы, на которых расположены трехпозиционные муфты переключения передач рядом с зубчатыми венцами шестерен, шестерни напротив муфт переключения объединены в блоки, при этом в передней части коробки передач установлена пара шестерен заднего хода, ведомая шестерня валом соединена с дополнительной шестерней заднего хода, зацепленной с ведомой шестерней первой пары, в средней части расположена сдвоенная муфта переключения, состоящая из двух противоположно развернутых муфт одностороннего действия с общей вилкой переключения.

На фиг.1 показана кинематическая схема несоосной реверсивной четырехступенчатой КП 4 Rr 4 (4 - четыре передачи переднего хода, Rr 4 - задний ход, четыре передачи с «r» - парой шестерен заднего хода). Под кинематической схемой в окружностях приведены обозначения: r - пара шестерен заднего хода; a, b, c - пары шестерен переднего хода.

На фиг. 2 изображен вид слева на шестерни заднего хода.

На фиг. 3 представлена структурная лучевая диаграмма КП с таблицами положений муфт переключения на различных передачах.

На нижней горизонтали обозначены шкалы: на верхней неравномерной шкале показаны величины передаточных чисел в натуральном виде U, на нижней равномерной шкале - в логарифмическом виде - lq U. На горизонтальных шкалах диаграммы в логарифмическом виде приведены величины передаточных чисел пар шестерен и передач. Над верхней горизонтальной шкалой обозначены передачи переднего хода: 4G - 1G. На средней горизонтальной шкале слева точкой «0» показан вход крутящего момента в КП, от этой точки выходят три луча, характеризующие пары шестерен: a, b, c. Наклон луча направо указывает на замедляющий режим работы пары шестерен, чем больше наклон, тем больше передаточное число, например, луч (с) больше луча (а). Наклон луча налево характеризует ускоряющий режим работы пары шестерен, например, левый луч (b). На любом участке лучевой диаграммы наклон луча постоянный для каждой пары шестерен. На этой горизонтали отмечены передачи заднего хода: 4R-1R. Верхняя горизонталь соответствуют передаточным числам передач переднего хода на выходном валу, средняя горизонталь - передаточным числам передач заднего хода. Между средней и нижней горизонталями расположены лучи, образующие передачи заднего хода: 4R- 1R.

В опорах корпуса 1 несоосной реверсивной четырехступенчатой КП (см. фиг. 1 и 2) параллельно расположены входной вал 2 и выходной вал 3. На входном валу 2 свободно установлены шестерни 4-7, шестерни 5-7 зацеплены с шестернями 8-10, свободно установленными на выходном валу 3. Ведущая шестерня заднего хода 4 зацеплена с ведомой шестерней 11, закрепленной на валу 12 блока с дополнительной шестерней заднего хода 13, условно обозначенной пунктирной линией. На входном валу 2 свободно установлен трубчатый вал 14 блока шестерен 6 и 7. Зубчатый венец 15 с трехпозиционной муфтой переключения 16 (R) закреплен на входном валу 2 между зубчатыми венцами шестерен 4 и 5. Зубчатый венец 17 с трехпозиционной муфтой переключения 18 (В) закреплен на выходном валу 3 между зубчатыми венцами шестерен 9 и 10. Сдвоенная муфта А состоит из двух противоположно развёрнутых муфт: муфта 19 установлена на зубчатых венцах шестерен 5 и 6 входного вала 2; а противоположно развёрнутая муфта 20 - на зубчатых венцах шестерен 8 и 9 выходного вала 3. Муфты 19 и 20 взаимосвязаны общей вилкой переключения 21.

Суммарная редукция, равная сумме отрезков лучей на горизонтальные шкалы в логарифмическом масштабе, составит Р = 0,5 + 0,5 + 1,5 = 2,5 в интервалах q.

Если принять интервал между соседними передачами q = 1,82; то диапазон передаточных чисел составит D = 1,82³ = 6.

Величины передаточных чисел пар шестерен:

Uа = Ub =1,82^0,5 = 1,35; Uс = 1,82^1,5 = 2,455; Ur(4-11) = 1,3; U(13-8) = 2,2.

Работа КП осуществляется следующим образом:

Крутящий момент на входной вал 2 можно подвести с обеих сторон КП.

Выход входного вала 2 можно использовать как ВОМ - вал отбора мощности. Нейтральное положение (КП не передает крутящий момент) обеспечивается трехпозиционными муфтами R (16) и (или) В (18). Муфты А и В используются при переключении передач, а муфта R - для реверсирования (изменения направления вращения выходного вала 3). На передачах переднего хода муфта R находится в правом положении; на передачах заднего хода - в левом положении.

Пара шестерен (а) 5-8 может реализовать два режима работы. Если от дополнительной шестерни заднего хода 13 (см. фиг. 2) крутящий момент передается только на шестерню 8, то получим одну передачу заднего хода - 3 R. Но если усилие передается от шестерни 13 на шестерню 8 и далее на шестерню 5, то получим дополнительно три передачи заднего хода: 1 R, 2 R и 4 R.

1-я передача - 1G: a b c

Муфты А находятся в левом положении, а муфты В и R - в правом (см. фиг.3, таблица вверху справа).

На лучевой диаграмме (фиг.3) эта передача представлена тремя последовательно соединенными лучами: луч (а) от т. 0 на средней горизонтали направо вверх к т.3 G, луч (b) направо вниз и пологий луч (с) направо вверх к т. 1 G.

Крутящий момент от входного вала 2 передается на зубчатый венец 15, трехпозиционной муфтой R (16) в правом положении на пару шестерен 5-8 (а), далее нижней муфтой 20 на пару шестерен 9-6 (b), (верхняя муфта 19 разъединяет шестерни 5 и 6 входного вала 2), верхним трубчатым валом 14 на пару шестерен 7-10 (с), трехпозиционной муфтой В (18) на зубчатый венец 17 и на выходной вал 3.

Величина передаточного числа передачи 1G:

U_{1 G} = Uа Ub Uс = 1,35*1,35*2,455 = 1,82^2,5 = 4,47. lg 4,47 = 0,65.

2-я передача - 2G: c

Муфты А переключаем в правое положение.

На лучевой диаграмме эта передача представлена пологим лучом (с) направо вверх к т. 2 G.

Крутящий момент от входного вала 2 передается на зубчатый венец 15, трехпозиционной муфтой R (16) в правом положении на пару шестерен 5-8 (а), далее верхней муфтой 19 на верхний трубчатый вал 14, на пару шестерен 7-10 (с), трехпозиционной муфтой В (18) на зубчатый венец 17 и на выходной вал 3.

Величина передаточного числа передачи 2G:

U_{2 G} = Uс = 1,82^2,5 = 2,455; lg 2,445 = 0,39. Интервал q = 4,47/2,455 = 1,82.

3-я передача - 3G: а

Муфты А и В переключаем в левое положение.

На лучевой диаграмме эта передача представлена крутым лучом (а) направо вверх к т. 3 G.

Крутящий момент от входного вала 2 передается на зубчатый венец 15, трехпозиционной муфтой R (16) в правом положении на пару шестерен 5-8 (а), далее нижней муфтой 20, трехпозиционной муфтой В (18) на зубчатый венец 17 и на выходной вал 3.

Величина передаточного числа передачи 3G:

U_{3 G} = Uа = 1,82^0,5 = 1,35; lg 1,35 = 0,13. q = 2,455/1,35 = 1,82.

4-я передача, ускоряющая - 4G: в

Муфты А переключаем в правое положение.

На лучевой диаграмме эта передача представлена крутым лучом (в) налево вверх в ускоряющем режиме к т. 4 G.

Крутящий момент от входного вала 2 передается на зубчатый венец 15, трехпозиционной муфтой R (16) в правом положении на шестерню 5 (а), далее верхней муфтой 19 на пару шестерен 6-9 (в), трехпозиционной муфтой В (18) на зубчатый венец 17 и на выходной вал 3.

Величина передаточного числа передачи 4G:

U_{4 G} = Uв = 1,82^{- 0,5} = 1,0/1,35 = 0,74; lg 0,74 = - 0,13.q = 1,35/0,74 = 1,82.

Проверка диапазона D = U_{4 G} /U_{4 G} = 4,47/0,74 = 6,0.

Передачи заднего хода реализуются четным числом зубчатых зацеплений. Муфту R (17) переключаем в левое положение, положения остальных муфт соответствуют передачам переднего хода.

1- й задний ход - 1 R: r (13-8) в c

Муфты А и R находятся в левом положении, а муфта В - в правом.

На лучевой диаграмме эта передача представлена четырьмя лучами: луч (r) от т.0 на средней горизонтали направо вниз, пологий луч (13-8) направо к средней горизонтали, далее луч (в) направо вниз и пологий луч (с) направо вверх к т. 1 R на средней горизонтали.

Крутящий момент от входного вала 2 передается зубчатым венцом 15, трехпозиционной муфтой R (16) в левом положении на пару шестерен заднего хода 4-11 (r), валом 12 на дополнительную шестерню заднего хода 13, от нее на шестерню 8, далее нижней муфтой 20 на пару шестерен 9-6 (в), на трубчатый вал 14, на пару шестерен 7-10 (с), трехпозиционной муфтой В (18) на зубчатый венец 17 и на выходной вал 3.

U_{1 R} = Ur U(13-8) Uв Uс = 1,3*2,2*1,35*2,455 = 9,44; lg 9,44 = 0,975.

2-й задний ход - 2 R: r (13-8) (8-5) c

Муфты А переключаем в правое положение.

На лучевой диаграмме эта передача представлена четырьмя лучами: луч (r) от т.0 на средней горизонтали направо вниз, пологий луч (13-8) направо к средней горизонтали, далее луч (8-5) налево вниз в ускоряющем режиме и пологий луч (с) направо вверх к т. 2 R на средней горизонтали.

Крутящий момент от входного вала 2 передается зубчатым венцом 15, трехпозиционной муфтой R (16) в левом положении на пару шестерен заднего хода 4-11 (r), валом 12 на дополнительную шестерню заднего хода 13, от нее на шестерни 8-5, далее верхней муфтой 19 (А) на трубчатый вал 14, на пару шестерен 7-10 (с), трехпозиционной муфтой В (18) на зубчатый венец 17 и на выходной вал 3.

U_{2 R} = Ur U(13-8) U(8-5) Uс = 1,3*2,2*(1,0/1,35)*2,455 = 5,2.

lg 5,2 = 0,715. Интервал q = 9,44/5,2 = 1,82.

3-й задний ход - 3 R: r (13-8)

Все муфты в левом положении.

На лучевой диаграмме этой передаче принадлежат два луча: крутой луч (r) от т.0 на средней горизонтали направо вниз, пологий луч (13-8) направо вверх к т. 3 R на средней горизонтали.

Крутящий момент от входного вала 2 передается зубчатым венцом 15, трехпозиционной муфтой R (16) в левом положении на пару шестерен заднего хода 4-11 (r), валом 12 на дополнительную шестерню заднего хода 13, от нее на шестерню 8, далее нижней муфтой 20 и трехпозиционной муфтой В (18) на зубчатый венец 17 и на выходной вал 3.

U_{3 R} = Ur U(13-8) = 1,3*2,2 = 2,86. lg 2,86 = 0,456

Интервал q = 5,2/2,86 = 1,82.

4-й задний ход - 4 R: r (13-8) (8-5) в

Муфты А переключаем в правое положение.

На лучевой диаграмме эта передача представлена четырьмя лучами: луч (r) от т. 0 на средней горизонтали направо вниз, пологий луч (13-8) направо вверх к средней горизонтали, далее крутой луч (8-5) налево вниз в ускоряющем режиме и крутой луч (в) налево вверх в ускоряющем режиме к т. 4 R на средней горизонтали.

Крутящий момент от входного вала 2 передается зубчатым венцом 15, трехпозиционной муфтой R (16) в левом положении на пару шестерен заднего хода 4-11 (r), валом 12 на дополнительную шестерню заднего хода 13, от нее на шестерни 8-5, далее верхней муфтой 19 на пару шестерен 6-9 (в), трехпозиционной муфтой В (18) на зубчатый венец 17 и на выходной вал 3.

U_{4 R} = Ur U(13-8) U(8-5) Uв = 1,3*2,2*(1,0/1,35)*(1,0/1,35) = 1,57.

lg 1,57 = 0,2. Интервал q = 2,86/1,57 = 1,82.

Диапазон передач заднего хода D _R = U _1R /U_{4 R} = 9,44/1,57 = 1,82³ = 6.

При изменении интервала q величины передаточных чисел пар шестерен и передач также изменятся.

Предлагаемая конструкция автономной несоосной реверсивной четырехступенчатой КП 4 Rr 4 обеспечивает достаточный диапазон передаточных чисел при удовлетворительной величине интервала, реализующего удобство переключения передач. Такая КП может найти применение в дорожно-строительной технике, требующей реверса передач: автогрейдеры, катки, бульдозеры и т.д.

Обозначения:

1 - корпус несоосной КП;

2 - входной вал;

3 - выходной вал;

4 - ведущая шестерня заднего хода;

4-7 - шестерни, свободно установленные на входном валу 2;

8-10 - шестерни, свободно установленные на выходном валу 3, зацепленные с шестернями 5-7.

11 - ведомая шестерня заднего хода, закрепленная на валу 12;

12 - вал блока шестерен заднего хода 11 и 13;

13 - дополнительная шестерня заднего хода;

14 - трубчатый вал блока шестерен 6 и 7;

15 - зубчатый венец, закрепленный на входном валу 2;

16 (R) - трехпозиционная муфта переключения на зубчатых венцах шестерен 4, 5 и венце 15;

17 - зубчатый венец, закрепленный на выходном валу 3;

18 (В) - трехпозиционная муфта переключения на зубчатых венцах шестерен 9, 10 и венце 17;

19 (А) - верхняя муфта переключения, установленная на зубчатых венцах шестерен 5 и 6 входного вала 2;

20 (А) - противоположно развёрнутая муфта, установленная на зубчатых венцах шестерен 8 и 9 выходного вала 3;

21 (А) - общая вилка переключения сдвоенной муфты А.

Использование - НТС (наземные транспортные средства) реверсивной эксплуатации: автомобили с поперечным расположением двигателя и трансмиссии, короткобазные автомобили с продольной трансмиссией, например, самосвалы, а также автогрейдеры, бульдозеры, катки и т.д. Задача: расширение эксплуатационных возможностей НТС и снижение массы КП (коробки передач). Сущность изобретения: в передней части КП установлена пара шестерен заднего хода, в средней части расположена сдвоенная муфта переключения, состоящая из двух противоположно развернутых муфт. Положительный эффект: расширяются эксплуатационные возможности НТС при увеличении числа передач заднего хода, устранен торцевой износ шестерен заднего хода, исключена массивная ведомая шестерня заднего хода. 3 ил.

Несоосная реверсивная четырехступенчатая коробка передач, содержащая корпус с размещенными в нем на входном и выходном параллельно установленных валах три пары взаимозацепленных шестерен, между шестернями, свободно установленными на валах, закреплены зубчатые венцы, на которых расположены трехпозиционные муфты переключения передач рядом с зубчатыми венцами шестерен, шестерни напротив муфт переключения объединены в блоки, отличающаяся тем, что в передней части коробки передач установлена пара шестерен заднего хода, ведомая шестерня валом соединена с дополнительной шестерней заднего хода, зацепленной с ведомой шестерней первой пары, в средней части расположена сдвоенная муфта переключения, состоящая из двух противоположно развернутых муфт одностороннего действия с общей вилкой переключения.