Ступенчатая планетарная трансмиссия Российский патент 2025 года по МПК F16H3/56 F16H37/08 

Данное изобретение относится к области механических устройств преобразования и передачи крутящего момента, предпочтительно, в колесном и гусеничном транспорте.

Изобретение представляет собой ступенчатую трансмиссию состоящую из двух раздельных планетарных передач и промежуточным свободным маховиком функционально совмещенным с четверным сцеплением, что позволяет реализовать шесть передаточных чисел в нормальном направлении и три в обратном плюс нейтраль. Автоматизирование перемены передач может обеспечиваться (но не этим ограничивается) электрогидравлической или иной системой.

В настоящее время известно большое количество разновидностей автомобильных автоматических трансмиссий ступенчатого и бесступенчатого типа. Вместе с тем наука и промышленность Российской Федерации не предлагают вариантов массовой продукции для легкового автотранспорта, а крупнейшие заводы производящие такую технику поставляют ее с устаревшей ручной либо с импортной автоматической КПП что ставит такие производства в известную степень рыночной и политической зависимости.

Суть изобретения состоит в усовершенствовании конструкции ступенчатой автоматической планетарной трансмиссии внедрением свободного маховика [12] (фиг. 1, фиг. 2). Главной задачей на решение которой направлено заявленное изобретение является создание простой в изготовлении и изучении автоматической трансмиссии.

Изобретение поясняется схемами, которые не охватывают и, тем более не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения:

На фиг. 1 кинематическая схема.

На фиг. 2 поясняющий основные элементы рисунок.

Функционально трансмиссия состоит из двух соосных планетарных передач которые условно называются «входная» и «выходная». Маховик установлен между ними. Входная передача является простой однорядной. Солнечная шестерня [4] входной передачи конструктивно едина с первичным валом [1] который соединяется с валом двигателя предпочтительно через демпфер крутильных колебаний (не входит в конструкцию трансмиссии). Водило [5] и коронная шестерня [6] через отдельные пакеты фрикционов [13, 14] имеют возможность сцепления с корпусом трансмиссии [33]. С другой стороны, водило и коронная шестерня входной передачи имеют возможность сцепления с маховиком [12] также через свои отдельные пакеты фрикционов [15, 16]. Таким образом, данные элементы входной передачи могут быть заторможены на корпус и/или сцеплены с маховиком раздельно либо вместе в зависимости от положения актуаторов [8, 9, 10, 11] фрикционных пакетов.

Из конструкции входной передачи следует что для достижения максимальной редукции/повышения крутящего момента необходимо затормозить коронную шестерню через свой пакет фрикционов [13] на корпус. Тогда с водила повышенный крутящий момент может быть передан на маховик через свой пакет фрикционов [15]. Для передачи без редукции (1:1) необходимо включение обоих пакетов фрикционов [15, 16] для коронной шестерни и водила в со стороны маховика одновременно. Для реверса с редукцией (меньшей чем максимальная) необходимо затормозить водило через свой пакет фрикционов [14] на корпус, тогда обратный крутящий момент может быть передан с коронной шестерни на маховик через свой пакет фрикционов [16]. В итоге входная передача может быть использована для максимальной редукции, реверса с редукцией, передачи без редукции (1:1) и отсутствия передачи на маховик в зависимости от положения актуаторов.

Выходная передача состоит из двух рядов. Два ряда это по две коронные [21, 31] и солнечные шестерни [29, 32], так что каждая из коронных шестерен зацеплена через сателлиты [22, 30] со своей солнечной шестерней, причем последние жестко соединены между собой общим валом. Водило [27] сателлитов внешней стороны представляет собой шестерню с которой преобразованный крутящий момент передается на вторичный вал [2]. Коронная [31] и солнечная шестерня [32] первого ряда имеют возможность сцепления с маховиком [12] через свои отдельные пакеты фрикционов [19, 20]. Коронная [21] и солнечная шестерня [29] второго ряда в свою очередь имеют возможность сцепления с корпусом трансмиссии [33] через свои отдельные пакеты фрикционов [23, 26]. Таким образом, данные элементы выходной передачи также могут быть заторможены на корпус и/или сцеплены с маховиком раздельно либо вместе в зависимости от положения актуаторов [17, 18, 24, 25] фрикционных пакетов.

Из конструкции выходной передачи следует что для достижения максимальной редукции/повышения крутящего момента необходимо передать крутящий момент с маховика на солнечную шестерню через свой пакет фрикционов [20] и затормозить коронную шестерню второго ряда через свой пакет фрикционов [23] на корпус. Для достижения средней редукции необходимо передать крутящий момент с маховика на коронную шестерню первого ряда через свой пакет фрикционов [19] и затормозить солнечную шестерню через свой пакет фрикционов [26] на корпус. Для передачи без редукции (1:1) необходимо включение обоих пакетов фрикционов [19,20] для коронной и солнечной шестерни первого ряда одновременно. В итоге выходная передача может быть использована для максимальной редукции, средней редукции, передачи без редукции (1:1) и отсутствия передачи в зависимости от положения актуаторов.

При передаче крутящего момента на первичный вал [1] и использовании комбинации из различных вариантов положения актуаторов [8, 9, 10, 11, 17, 18, 24, 25] фрикционных пакетов [13, 14, 15, 16, 19, 20, 23, 26] на вторичном валу [2] реализуется шесть передаточных чисел в нормальном направлении и три в обратном (таблица 1). Помимо этого при одновременном сцеплении коронной и солнечной шестерни выходной передачи с корпусом через свои пакеты фрикционов [23, 26] реализуется трансмиссионный тормоз, что может быть использовано для предотвращения скатывания на уклоне. В неактивном положении актуаторов [10, 11] и/или [17, 18] реализуется отсутствие передачи крутящего момента (нейтраль). Режим в котором входная и выходная передачи работают без редукции (1:1) является крейсерским, относительного движения элементов внутри планетарных передач не происходит, передачи вращаются как единое целое и таким образом потери на трение в механизме минимальны. Режимы в котором входная или выходная передача работают в режиме без редукции являются полукрейсерскими (три из шести передач в нормальном направлении и одна в обратном).

Свободный маховик [12] является механическим накопителем энергии, что может быть эффективно использовано в режимах где требуется повышенная тяга, таких как трогание с места с прицепом или преодоление препятствий. В этом случае происходит попеременное раскручивание маховика двигателем через входную передачу, «отпускание» (отключение от входной передачи), подключение маховика к выходной передаче с редукцией, ускорением транспортного средства накопленной энергией маховика и отключение маховика от выходной передачи. Данный цикл повторяется до достижения заданной режимом движения скорости и может быть полностью автоматизирован. Такой режим отличается более бережным использованием ресурса фрикционных пакетов по сравнению с управляемым проскальзыванием сцеплений и меньшей теплонагруженностью трансмиссии, а в ее конструкции не требуется наличия гидротрансформатора. Масса маховика выбирается исходя из ряда объективных и субъективных факторов, таких как мощность двигателя, масса транспортного средства, требованиям к комфорту, скорости переключения передач, результатов стендовых испытаний и т.п.

Другим свойством свободного маховика является способность сохранять энергию при движении накатом. В таком случае маховик раскручивается в режиме с редукцией от выходной передачи, а входная передача от маховика отключена. Тогда при необходимости ускорения можно мгновенно использовать энергию маховика переключив выходную передачу в режим без редукции (1:1).

Фрикционные пары сцеплений и актуаторы можно условно разделить на «внешние» и «внутренние». Актуаторы одного типа могут быть (не обязательно) идентичны, всего в трансмиссии по четыре внешних и внутренних актуатора [9, 11, 17, 24] [8, 10, 18, 26]. Фрикционные пары одного типа также могут быть идентичны, что более предпочтительно, т.к. взаимная унификация таких элементов внутри трансмиссии позволяет значительно сократить издержки производства. Внешние актуаторы используются для фрикционных пакетов сцепления всех коронных шестерней. Внутренние актуаторы используются для фрикционных пакетов сцеплений водила и всех солнечных шестерней. Два внешних и два внутренних актуатора установлены на корпусе трансмиссии, а четыре остальных смонтированы на маховике. Эти элементы трансмиссии обеспечивают управление торможением элементов планетарных передач и их сцеплением с маховиком.

В гидравлическом варианте актуаторы [8, 9, 10, 11, 17, 18, 24, 25] имеют форму кольцевого поршня. Подача гидравлического масла в актуаторы установленные на корпусе осуществляется через каналы в корпусе. Подача гидравлического масла в актуаторы на маховике осуществляется через раздельные каналы внутри полого вала на котором закреплен маховик. В месте сопряжения вала маховика с корпусом подвод масла к валу осуществляется также через каналы в корпусе. Состояние актуаторов определяется давлением масла внутри их полости, при его наличии актуатор выдвигается и сжимает соответствующий ему фрикционный пакет [13, 14, 15, 16, 19, 20, 23, 26], при отсутствии давления возвратная пружина отодвигает актуатор в начальное состояние.

Электрогидравлическая система управления состоит из фильтра, масляного насоса, редукционного клапана, соленоидных электромагнитных клапанов и электронного блока управления. Каждый из соленоидных клапанов управляет подачей давления масла в каналы актуаторов или его сбросом. Электронный блок управления отдает команды на открытие соленоидных клапанов на основе собственной программы, заданного режима движения, показаний различных датчиков. Редукционный клапан ограничивает давление масла в системе до номинального (предпочтительно 4-6 бар). Запас гидравлического масла находится в корпусе трансмиссии.

Где n - число главной пары * число промежуточной пары, С₀ - количество зубов коронной шестерни входной передачи, S₀ - солнечной шестерни входной передачи, C₁ - шестерни первого ряда выходной передачи, S₁ - солнечной шестерни первого ряда выходной передачи, С₂ - коронной шестерни второго ряда выходной передачи, S₂ - солнечной шестерни второго ряда выходной передачи.

Изобретение относится к ступенчатой планетарной трансмиссии для колесных транспортных средств. Многоступенчатая планетарная трансмиссия содержит две планетарные передачи с установленным между ними соосным маховиком, четыре сцепления с индивидуальными актуаторами, установленными на маховике, четыре тормоза с индивидуальными актуаторами, установленными на корпусе трансмиссии, вторичный вал, дифференциал. Коронная шестерня и водило первой планетарной передачи, каждые, могут быть сцеплены с маховиком и/или с корпусом в зависимости от положения актуаторов. Коронная и солнечная шестерни первого ряда второй передачи, каждая, могут быть сцеплены с маховиком в зависимости от положения актуаторов. Коронная и солнечная шестерни второго ряда второй передачи, каждая, могут быть сцеплены с корпусом в зависимости от положения актуаторов. Водило второй передачи является единым элементом с шестерней привода вторичного вала. Вторичный вал передает крутящий момент на дифференциал. Достигается создание простой в изготовлении и изучении автоматической трансмиссии. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Ступенчатая планетарная трансмиссия для колесных и гусеничных транспортных средств, характеризующаяся тем, что она содержит две планетарные передачи с установленным между ними соосным маховиком, четыре сцепления с индивидуальными актуаторами, которые установлены на маховике, четыре тормоза с индивидуальными актуаторами, которые установлены на корпусе трансмиссии таким образом, что коронная шестерня и водило первой планетарной передачи, каждые, могут быть сцеплены с маховиком и/или с корпусом в зависимости от положения актуаторов, коронная и солнечная шестерни первого ряда второй передачи, каждая, могут быть сцеплены с маховиком в зависимости от положения актуаторов, а коронная и солнечная шестерни второго ряда второй передачи, каждая, могут быть сцеплены с корпусом в зависимости от положения актуаторов.

2. Трансмиссия из п. 1, отличающаяся тем, что водило второй передачи является единым элементом с ведомой шестерней вторичного вала, а ведущая шестерня вторичного вала составляет с дифференциалом главную пару.

3. Трансмиссия из п. 2, отличающаяся тем, что актуаторы имеют гидравлический привод.

4. Трансмиссия из п. 3, отличающаяся тем, что управление актуаторами полностью автоматизировано.