АВТОМОБИЛЬНАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ Российский патент 2025 года по МПК F16H1/02 F16H1/22 

Изобретение относится к автомобильным синхронизированным коробкам передач силовых агрегатов автобусов среднего класса и среднетоннажных грузовых автомобилей.

Автомобильная коробка передач 6С107 с входным крутящим моментом до 1050 Нм, (с конструктивными особенностями косозубых цилиндрических зубчатых колес, которые оптимизируют ряд передаточных чисел, использующих увеличенную ширину венцов зубчатых колес, модуль зубьев, радиус кривизны переходной поверхности со стандартным исходным контуром) содержит в своем составе картер, первичный вал с зубчатым венцом, сопряженным с косозубым цилиндрическим зубчатым колесом привода промежуточного вала с напрессованными на нем косозубыми цилиндрическими шестернями, сопряженными с косозубыми цилиндрическими зубчатыми колесами вторичного вала. Цикл периодического зацепления каждой передачи в автомобильной коробке передач в виде до возврата сопряженных зубьев передачи в исходное положение определяется соотношением:

m=n₀k₀z₂ /|Δz| при Δz≠0,

где n₀ - ближайшее к передаточному числу целое число оборотов шестерни;

k₀ - наименьший целочисленный коэффициент, при котором k₀z₂ /|Δz| есть целое число;

z₂ - число зубьев колеса;

|Δz| - модуль величины окружного смещения исходных зубьев передачи за число оборотов шестерни по Δz=z₂-n₀z₁;

z₁ - число зубьев шестерни

и для ускоряющей передачи цикл n₁≥4 оборотов шестерни вторичного вала.

В автомобильной коробке передач 6С107 достигается повышение контактной выносливости зубьев и ресурса.

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к автомобильным синхронизированным коробкам передач силовых агрегатов автобусов среднего класса и среднетоннажных грузовых автомобилей.

Уровень техники

Наибольшее распространение на среднетоннажных грузовых автомобилях и автобусах среднего класса получили 5- и 6-ступенчатые механические трехвальные коробки передач с косозубыми цилиндрическими шестернями постоянного зацепления и ручным управлением. Эти коробки передач отличаются относительной простотой конструкцией и малой стоимостью изготовления.

Широкий ряд моделей коробок передач семейства 433420 (прототип) длительно применялся для комплектации среднетоннажных военных автомобилей ПАО «Арзамасский машиностроительный завод», а также среднетоннажных автомобилей ЗИЛ, МАЗ. Однако повышение мощности двигателей автомобилей и экологических требований к ним связано с увеличением входного крутящего момента и необходимостью повышения прочности и усталостной выносливости коробок передач для указанного класса автомобилей.

Раскрытие сущности изобретения

Задача - повышение входного крутящего момента, повышения прочности и усталостной выносливости коробок передач семейства 433420 для силовых агрегатов автобусов среднего класса и среднетоннажных грузовых автомобилей, а также среднетоннажных военных автомобилей - повышение ресурса использования коробок передач для силовых агрегатов автобусов среднего класса и среднетоннажных грузовых автомобилей, а также создания технической возможности сохранения взаимозаменяемости применяемых ранее в Российской Федерации импортных коробок передач, в том числе взаимозаменяемости коробок передач крупнейшего производителя трансмиссий немецкой компании «zF Friedrichshafen AG», Китайских производителей коробок передач для изготавливаемых в Российской Федерации автобусов среднего класса, среднетоннажных грузовых автомобилей а также среднетоннажной военной техники.

Коробка передач 6С107 по габаритно-присоединительным размерам применима по комплектации для среднетоннажных автомобилей КАМАЗ, МАЗ, ГАЗ, автобусов среднего класса и выпускаемой техники ПАО «Арзамасский машиностроительный завод».

Технический результат коробки передач 6С107 достигается путем применения конструкции зубчатых передач с повышенной контактной выносливостью и выносливостью при изгибе.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где даны (главные виды):

фиг. 1 - зубчатая передача в исходном положении;

фиг. 2 - зубчатая передача после двух оборотов шестерни;

фиг. 3 - коробка передач 6С107, которая включает в себя:

1 - картер КП;

2 - вал первичный;

3 - зубчатое колесо привода промежуточного вала;

4 - зубчатое колесо 6-ой передачи;

5 - зубчатое колесо 4-ой передачи;

6 - шестерня промежуточная з.х.;

7 - вал промежуточный;

8 - крышка КП;

9 - механизм переключения;

10 - вал вторичный;

11 - фланец вторичного вала;

12 - крышка первичного вала;

13- зубчатое колесо 3-ей передачи вторичного вала; 14 - синхронизатор муфтовый 5 и 6-ой передач;

15- зубчатое колесо 2-ой передачи вторичного вала;

16 - зубчатое колесо з.х.;

17 - муфтовый синхронизатор 3-ей и 4-ой передачи; 18- зубчатое колесо 1-ой передачи;

19 - шестерня ускоряющей 6-ой передачи;

20 - муфтовый синхронизатор 1-ой и 2-ой передачи;

21 - подшипник конический;

22 - гайка упорная;

23 - шестерней 3-ей передачи промежуточного вала;

24 - зубчатое колесо 4-ой передачи вторичного вала;

Осуществление изобретения. В результате проектирования, испытаний и доводки коробки передач 6С107 установлено, что для решения поставленной задачи необходимо увеличить прочность и выносливость зубчатых передач.

Контактная выносливость. Расчет цикличности зацепления зубчатой передачи. При вращательном движении зубчатых колес происходит приработка зубьев по контактным поверхностям. Если передаточное число равно единице, то зубья шестерни (Согласно ГОСТ 16530-83 (Общие термины, определения и обозначения; п. 2.2.4) шестерней называется зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев) и ведомого колеса вступают в зацепление повторно при каждом обороте шестерни. При передаточном числе, равным двум, повторное зацепление наступит через два оборота шестерни.

Многообразие возникающих в контактном слое изменений приводит к различным видам износа. Механизм разрушения поверхностного слоя различен (Трение, изнашивание и смазка: справ.: в 2-х кн. [Текст] / Под ред. И.В. Крагельского, В.В. Алисина. - М.: Машиностроение, 1978. - Кн. 1. - С. 84-96). По общепринятой классификации зубчатая передача по условиям изнашивания относится к четвертой группе сопряжения с высшими парами. Для этой группы условия изнашивания не постоянны для всех точек тел (зубьев) и имеют большие возможности для неравномерного износа рабочих поверхностей (Там же. С. 100-102). Инженерная практика показывает, что эффективность приработки повышается при увеличении числа оборотов шестерни до возврата сопряженных зубьев передачи в исходное положение. Кроме того, при этом уменьшается число циклов нагружения зубьев при одинаковых условиях в зонах контактного взаимодействия. Как известно, передаточным числом зубчатой передачи и называется отношение числа зубьев колеса z₂ к числу зубьев шестерни z₁, то есть u=z₂/z₁. При таком стандартном определении передаточное число и является целым или дробным числом с целой частью. При вращении шестерни на ближайшее к передаточному числу целое число оборотов по ее зубья вернуться в исходное положение, а парная впадина зубчатого колеса дополнительно повернется на некоторое количество зубьев Δz, которое представляет собой окружное смещение исходных зубьев передачи за число оборотов шестерни по (окружное смещение передачи) Δz=z₂- n₀z₁.

Отрицательное значение (Δ_z<0) указывает на недостающее количество шагов колеса до кратного числа оборотов шестерни, положительное (Δz>0) - на избыточное количество шагов.

Пример. Зубчатые колеса ускоряющей передачи имеют число зубьев шестерни z₁₌21 и колеса z₂=47 (фиг. 1). Тогда при двух оборотах шестерни n=2 окружное смещение передачи Δz=47-2⋅21=5, т.е. исходная впадина колеса не дойдет на 5 шагов до исходного положения зуба шестерни (фиг. 2). После повторного поворота шестерни на число n=2 исходная впадина колеса не дойдет суммарно на 10 шагов окружного смещения передачи и так далее. Возврат зубьев колеса и шестерни в исходное положение (фиг. 1) будет происходить циклически через n₁ оборотов шестерни.

В общем случае цикл периодического зацепления передачи есть число оборотов шестерни n₁ до возврата сопряженных зубьев передачи в исходное положение и определяется соотношением:

n₁=n₀k₀z₂/|Δz| при Δz≠0,

где n₀ - ближайшее к передаточному числу целое число оборотов шестерни;

k₀ - наименьший целочисленный коэффициент, при котором k₀z₂ /|Δz| есть целое число;

z₂ - число зубьев колеса;

|Δz| - модуль величины окружного смещения исходных зубьев передачи за число оборотов шестерни по Δz=z₂-n₀z₁;

z₁ - число зубьев шестерни

Пример (продолжение). Исходные зуб шестерни и впадина колеса повторно совпадут (фиг. 1) при числе оборотов шестерни n₁=2⋅5⋅47/5 и далее с циклом периодического зацепления передачи n₁=94 оборотов шестерни вторичного вала.

Кинематические параметры у шестерни и колеса одинаковые, поэтому длины окружностей можно определить через произведение модуля, числа зубьев и оборотов шестерни πmz₁n₁ и колеса πmz₂n₂. Из условия зацепления без скольжения имеет место равенство πmz₁n₁=πmz₂n₂. Тогда число оборотов колеса n₂=z₁n₁/z₂. При этом число оборотов должно быть целым (в рассмотренном примере n₂=42).

Указанные признаки позволяют без изменения внутреннего объема картера при габаритно-присоединительных размерах прототипа выполнить в коробке передач 6С107 следующие конструктивные основные улучшения: оптимизировать ряд передаточных чисел, увеличить ширину венцов зубчатых колес, модуль зубьев, радиус кривизны переходной поверхности со стандартным исходным контуром. При этом конструкция всех зубчатых передач в коробке передач 6С107 выполнена равнопрочной по контактной и изгибной выносливости. Кроме того, в коробке передач 6С107 повышен коэффициент полезного действия коробки передач и снижена рабочая температура масла до 80°С путем установки косозубых цилиндрических зубчатых колес вторичного вала (постоянного зацепления) на роликовых игольчатых подшипниках и применения конических подшипников 21 в качестве опоры вторичного 10 вала и первичного вала 2 (фиг. 3). Промежуточный вал 7 в коробке передач 6С107 установлен на конических подшипниках с возможностью регулировки зазоров нажимной упорной гайкой 22.

Описанные выше конструктивные улучшения позволили установить входной крутящий момент коробки передач 6С107 до 1050 Нм, а ресурс коробки передачи 6С107 увеличить до 700 000 км.

Указанные существенные признаки применены в шестиступенчатой коробке передач 6С107 (фиг. 3), включающей: картер 1, первичный вал 2 с зубчатым венцом, сопряженным с косозубым зубчатым колесом 3 привода промежуточного вала 7 с напрессованными на нем зубчатым колесом 4 (z₂=47) ускоряющей 6-ой передачи, зубчатым колесом 4-ой передачи 5, шестерней 3-ой передачи сопряженными с зубчатыми колесами 13, 15, 16, 18, 24 и шестерней ускоряющей пятой передачи 19 (z=21) вторичного вала 10. Переключение 5 и 6 передач осуществляется с помощью муфтового синхронизаторов 14. Переключение 3 и 4 передач - муфтовым синхронизатором 17. Переключение 1 и 2 передач - муфтовым синхронизатором 20. Включение заднего хода выполняется муфтой.

Передача вращения от первичного вала 2 к вторичному валу 10 с возможностью изменения передаточных чисел осуществляется следующим образом. От зубчатого венца первичного вала вращение передается на сопряженное зубчатое колесо 3 привода промежуточного вала 7 с напрессованными на нем косозубым цилиндрическим зубчатым колесом 4, 5 и шестерней 23. От зубчатого венца промежуточного вала 7 вращение передается на колеса первой передачи 18, второй передачи 15 и заднего хода 16 (через косозубую цилиндрическую промежуточную шестерню 6), от зубчатого колеса 5 к колесу 24 четвертой передачи, от шестерни 23 к колесу 13 третьей передачи, от колеса шестой ускоряющей передачи 4 к косозубой цилиндрической шестерне 19. Включение первой и второй передачи осуществляется муфтовым синхронизатором 20; третьей и четвертой, пятой и шестой путем последовательного переключения синхронизаторов 14 и 17 соответственно. Включение заднего хода выполняется муфтой.

Возможность промышленной применимости

На сегодняшний день данная коробка передач 6С107 является наглядным примером Российского импортозамещения крупнейшей немецкой компании «zF Friedrichshafen AG»

- производителя трансмиссий для автомобилей в Российской Федерации, после ухода немецкой компании «zF Friedrichshafen AG» с Российского рынка и создания определенных проблем для Российских автомобильных заводов по вопросу комплектации их соответствующими коробками передач.

При этом коробка передач 6С107 по своим техническим параметрам превосходит коробки передач, выпускаемые немецкой компании «zF Friedrichshafen AG», а Китайские автопроизводители на сегодняшний день вообще не выпускают коробки передач с параметрами коробки передач 6С107.

Благодаря возможности оптимального выбора передаточного отношения коробки передач 6С107, при любом скоростном режиме движения автомобиля помогает не только экономить топливо (до 12%), но и улучшает тягово-динамические характеристики двигателей, повышают их ресурс и раскрывает их потенциал на все 100%. Коробка передач 6С107, по своим параметрам применима по комплектации на среднетоннажных автомобилях КАМАЗ, МАЗ, ГАЗ, автобусах ПАЗ и среднетоннажной военной техники, выпускаемой ПАО «Арзамасский машиностроительный завод».

Изобретение относится к коробкам передач. Автомобильная коробка передач содержит картер, первичный вал с зубчатым венцом, сопряженным с косозубым цилиндрическим зубчатым колесом привода промежуточного вала с напрессованными на нем косозубыми цилиндрическими шестернями, сопряженными с косозубыми цилиндрическими зубчатыми колесами вторичного вала постоянного зацепления, установленными на роликовых игольчатых подшипниках, с возможностью изменения передаточных чисел с помощью инерционных синхронизаторов. Цикл периодического зацепления каждой передачи в автомобильной коробке передач в виде числа оборотов косозубой цилиндрической шестерни до возврата сопряженных зубьев передачи в исходное положение определяется соотношением. Повышается контактная выносливость зубьев и ресурс. 3 ил.

Автомобильная коробка передач, содержащая картер, первичный вал с зубчатым венцом, сопряженным с косозубым цилиндрическим зубчатым колесом привода промежуточного вала с напрессованными на нем косозубыми цилиндрическими шестернями, сопряженными с косозубыми цилиндрическими зубчатыми колесами вторичного вала постоянного зацепления, установленными на роликовых игольчатых подшипниках, с возможностью изменения передаточных чисел с помощью инерционных синхронизаторов, отличающаяся тем, что цикл периодического зацепления каждой передачи в автомобильной коробке передач в виде числа оборотов косозубой цилиндрической шестерни n₁ до возврата сопряженных зубьев передачи в исходное положение определяется соотношением:

n₁=n₀k₀z₂/|Δz| при Δz≠0,

где n₀ - ближайшее к передаточному числу целое число оборотов шестерни;

k₀ - наименьший целочисленный коэффициент, при котором k₀z₂/|Δz| есть целое число;

z₂ - число зубьев колеса;

|Δz| - модуль величины окружного смещения исходных зубьев передачи за число оборотов шестерни n₀;

Δz=z₂-n₀z₁;

z₁ - число зубьев шестерни

и для ускоряющей передачи цикл n₁≥94 оборотов шестерни вторичного вала.