Планетарная коробка передач

 

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к коробкам передач, применяемым в трансмиссиях транспортных средств. Планетарная коробка передач содержит четыре планетарных механизма, из которых два первых планетарных механизма выполнены однорядными, фрикционную муфту и четыре тормоза. Входной вал коробки передач связан с солнечными шестернями первого и второго планетарных механизмов и через фрикционную муфту с эпициклической шестерней первого планетарного механизма. Эпициклическая шестерня второго планетарного механизма связана с водилом первого планетарного механизма и с солнечными шестернями третьего и четвертого планетарных механизмов. Водило второго планетарного механизма связано через водило четвертого планетарного механизма с эпициклической шестерней третьего планетарного механизма. На эпициклических шестернях первого, второго и четвертого планетарных механизмов и на водило третьего планетарного механизма установлены тормоза. Планетарная коробка передач имеет четыре передачи переднего хода и одну передачу заднего хода. На каждой передаче включается один элемент управления. Такое выполнение коробки передач упрощает конструкцию и управление ей, улучшает разбивку передаточных чисел, повышает надежность и технологичность. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к коробкам передач, применяемым преимущественно в трансмиссиях транспортных средств.

Известна планетарная коробка передач (ПКП), применяемая в трансмиссии танка ФРГ "Леопард-2К" [1] , содержащая корпус, входной и выходной валы, четыре планетарных механизма, две фрикционных муфты и четыре тормоза. В ПКП получены четыре передачи переднего хода и две передачи заднего хода.

Входной вал ПКП связан с солнечной шестерней первого планетарного механизма, а через первую фрикционную муфту - с эпициклической шестерней первого планетарного механизма и солнечными шестернями второго, третьего и четвертого планетарных механизмов, а через вторую фрикционную муфту - с водилом четвертого планетарного механизма и выходным валом ПКП; водило второго планетарного механизма связано с эпициклической шестерней третьего планетарного механизма, а водило третьего планетарного механизма - с эпициклической шестерней четвертого планетарного механизма; на водило первого планетарного механизма и на эпициклических шестернях второго, третьего и четвертого планетарных механизмов установлены тормоза.

Указанная коробка передач имеет ряд недостатков: недостаточная технологичность, обусловленная многослойностью валов и сложностью конструкции первого планетарного механизма; невысокие тягово-скоростные свойства и экономичность гусеничной машины ввиду того, что знаменатель прогрессии не является величиной постоянной (q_I = 1,78; q_II = 1,57; q_III = 1,68) [2]. Более того, знаменатель второй передачи меньше, чем на третьей, в то время как должно быть наоборот; недостаточный кинематический диапазон гидромеханической передачи (ГМП) для такого типа гусеничных машин, как танк. Так, он равен 11,8, если принять коэффициент трансформации равным 2,5 (передаточное число первой передачи равно 4,68). Согласно действующего ОСТ 37.001.010-70 [3] кинематический диапазон ГМП должен быть не менее 15; низкий КПД ПКП и соответственно трансмиссии транспортного средства, поскольку на самой ходовой - третьей передаче под нагрузкой работает наибольшее количество планетарных механизмов.

Наиболее близка к заявляемой принятая за прототип ПКП, применяемая в трансмиссиях гусеничных машин ГМ-569, ГМ-352, ГМ-355, ГМ-5951, ГМ-5955 [4]. Указанная ПКП содержит корпус, входной и выходной валы, четыре планетарных механизма, две фрикционные муфты и четыре тормоза. Входной вал ПКП связан с первой солнечной шестерней первого планетарного механизма, вторая солнечная шестерня которого связана с солнечными шестернями третьего и четвертого планетарных механизмов и через первую фрикционную муфту - с водилом первого планетарного механизма; водило второго планетарного механизма связано с водилами третьего, четвертого планетарных механизмов и с выходным валом ПКП, а через вторую муфту - с солнечной шестерней этого же планетарного механизма; эпициклические шестерни второго и третьего планетарных механизмов связаны между собой; на водиле первого планетарного механизма, на солнечной шестерне второго планетарного механизма, а также на эпициклических шестернях третьего и четвертого планетарных механизмов установлены тормоза.

При попарном включении элементов управления получаются четыре передачи переднего и четыре передачи заднего хода.

Недостатками прототипа являются: сложная конструкция, обусловленная применением спаренных сателлитов в первом и втором планетарных механизмах. Кроме того, первый планетарный является механизмом с внешним зацеплением, а второй - механизмом со смешанным зацеплением. Таким образом, из всей конструкции прототипа только два планетарных механизма являются однорядными (третий и четвертый). Как известно [5, 6, 7] , однорядные планетарные механизмы являются наиболее простыми по конструкции и технологичными при изготовлении, наиболее уравновешенными и имеющими более высокий КПД. Все это позволяет сделать вывод о сложности конструкции и недостаточной технологичности прототипа; сложность управления ПКП, так как на каждой передаче работают два элемента управления; невысокие средние скорости движения, низкая экономичность и приемистость, а также недостаточное использование мощности двигателя ввиду того, что знаменатель прогрессии передаточных чисел не является величиной постоянной (знаменатели прогрессии: q_I = 1,96; q_II = 1,89; q_III = 1,68). Для решения этих задач в комплексе разбивку передаточных чисел в коробках передач транспортных средств данного типа необходимо производить по геометрической прогрессии [5, 7, 8, 9]; недостаточная надежность, обусловленная наличием циркуляции мощности на третьей (самой ходовой) передаче и перегрузкой третьего планетарного механизма. Расчеты проведены по [5, 6].

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции планетарной коробки передач и ее управления, улучшение разбивки передаточных чисел, повышение надежности и технологичности.

Указанная техническая задача достигается тем, что ПКП содержит корпус, входной и выходной валы, четыре планетарных механизма, фрикционную муфту и четыре тормоза, в отличие от прототипа, заявляемая ПКП снабжена первым и вторым однорядными планетарными механизмами и одной фрикционной муфтой, а входной вал связан с солнечными шестернями первого и второго планетарных механизмов и через фрикционную муфту - с эпициклической шестерней первого планетарного механизма, водило которого связано с эпициклической шестерней второго планетарного механизма, которая связана с солнечными шестернями третьего и четвертого планетарных механизмов; водило второго планетарного механизма связано через водило четвертого планетарного механизма с эпициклической шестерней третьего планетарного механизма, а на эпициклических шестернях первого и второго планетарных механизмов и на водиле третьего планетарного механизма установлены тормоза.

На чертеже изображена кинематическая схема заявляемой ПКП. Она содержит входной 1 и выходной 2 валы, установленные в корпусе 3, фрикционную муфту М4 и четыре тормоза - Т5, Т6, Т7, Т8. В состав ПКП входят четыре однорядных планетарных механизма. Первый планетарный механизм ПКП содержит солнечную шестерню 9, эпициклическую шестерню 10 и водило 11 с сателлитами 12. Второй планетарный механизм содержит солнечную шестерню 13, эпициклическую шестерню 14 и водило 15 с сателлитами 16. Третий планетарный механизм содержит солнечную шестерню 17, эпициклическую шестерню 18 и водило 19 с сателлитами 20. Четвертый планетарный механизм содержит солнечную шестерню 21, эпициклическую шестерню 22 и водило 23 с сателлитами 24. Входной вал 1 связан с солнечными шестернями 9 и 13 первого и второго планетарных механизмов, а через муфту М4 - с эпициклической шестерней 10 первого планетарного механизма. Водило 15 второго планетарного механизма связано с выходным валом 2, водилом 23 четвертого планетарного механизма и эпициклической шестерней 18 третьего планетарного механизма. Эпициклическая шестерня 14 второго планетарного механизма связана с солнечными шестернями 17 третьего и 21 четвертого планетарных механизмов, а на эпициклических шестернях 10 первого, 14 второго и 22 четвертого планетарных механизмов, а также на водило 19 третьего планетарного механизма установлены тормоза Т5, Т6, Т7, Т8.

ПКП работает следующим образом. При включении элементов управления М4, Т5, Т6, Т7, Т8 в соответствии с таблицей звенья планетарных механизмов соединяются в определенную для каждой передачи кинематическую схему, в результате чего мощность от входного вала 1 к выходному валу 2 передается с соответствующим этой схеме передаточным отношением.

Для получения первой передачи включают тормоз Т7, что обеспечивает остановку водила 19. Поток мощности от входного вала 1 через солнечную шестерню 13 передается на сателлиты 16, где разделяется на две части. Первая часть потока мощности через водило 15 передается на выходной вал 2. Вторая часть потока мощности передается на эпициклическую шестерню 14, солнечную шестерню 17, сателлиты 20, эпициклическую шестерню 18 и далее через водило 23 на выходной вал 2, где сливается с первой частью в один поток мощности.

На второй передаче включают тормоз Т6, останавливая водило 11 и эпициклическую шестерню 14. Поток мощности с входного вала 1 через солнечную шестерню 13, сателлиты 16 и водило 15 передается на выходной вал 2.

На третьей передаче включают тормоз Т5, останавливая эпициклическую шестерню 10. Поток мощности от входного вала 1 разделяется на две части. Первая часть потока мощности через солнечную шестерню 9, сателлиты 12, водило 11 передается на эпициклическую шестерню 14 и сателлиты 16. Вторая часть потока мощности передается через солнечную шестерню 13, сателлиты 16, где оба потока мощности сливаются в один поток, который через водило 15 передается на выходной вал 2.

На четвертой передаче включают фрикционную муфту М4. В этом случае блокируются первый и второй планетарные механизмы и коробка передач дает прямую передачу на выходной вал.

На передаче заднего хода (з.х.) включают тормоз Т8, останавливая эпициклическую шестерню 22. Поток мощности от входного вала 1 через солнечную шестерню 13 передается на сателлиты 16, где разделяется на две части. Первая часть потока мощности через водило 15 передается на выходной вал 2. Вторая часть потока мощности передается на эпициклическую шестерню 14, солнечную шестерню 21, сателлиты 24 и далее через водило 23 на выходной вал 2, где сливается с первой частью в один поток мощности.

Конструктивными особенностями заявляемой ПКП являются: во-первых, наличие четырех однорядных планетарных механизмов, которые более просты по конструкции, более технологичны, наиболее уравновешены и имеют более высокий КПД [5, 6] (в прототипе первый планетарный механизм выполнен с внешним зацеплением, а второй - со смешанным зацеплением, оба эти механизма имеют спаренные сателлиты). Во-вторых, заявляемая ПКП имеет всего одну фрикционную муфту (в прототипе две фрикционных муфты) и, в-третьих, применение четырех однорядных планетарных механизмов, исключение спаренных сателлитов, уменьшение количества фрикционных муфт на одну удешевляет конструкцию ПКП и снижает ее металлоемкость. Таким образом, все это позволяет сделать вывод о том, что конструкция предлагаемой ПКП является более простой и технологичной;
заявляемая ПКП имеет более простое управление, так как в ней на каждой из передач включается один элемент управления (в прототипе на каждой из передач включаются два элемента управления). Таким образом, система управления переключением передач заявляемой ПКП также значительно проще;
разбивка передаточных чисел в заявляемой ПКП выполнена по геометрической прогрессии, что позволяет повысить такие эксплуатационные свойства транспортных средств, как приемистость, средние скорости движения и экономичность, а также максимально использовать мощность двигателя (в прототипе разбивка передаточных чисел не отвечает этим требованиям);
в заявляемой ПКП отсутствует циркуляция мощности на передачах переднего хода и перегрузка третьего планетарного механизма (в прототипе на ходовой третьей передаче есть циркуляция мощности, ее величина составляет 90% от мощности приводного двигателя; кроме того, третий планетарный механизм нагружается мощностью, в 1,9 раза превышающей мощность приводного двигателя). Таким образом, надежность заявляемой ПКП выше, чем у прототипа.

Список использованной литературы
1. Сафонов Б. C. , Мураховский В.И. Основные боевые танки. - М.: Арсенал-Пресс, 1993, 192 с.

2. Spielberger W.J. Der Mittlere Kampfpanzer Leopard und seine Abarten. Stuttgart, Motorbuch Verlag. - 1976, 160 s.

3. OCT37.001.010-70. Передачи гидромеханические. Технические требования.

4. Гусеничная машина ГМ-569 и ее модификации. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - М.: Воениздат, 1985, 296 с.

5. Антонов А.С. Комплексные силовые передачи. Теория силового потока и расчет передающих систем. - Л.: Машиностроение, 1981, 495 с.

6. Цитович И.С., Альгин В.Б., Грицкевич В.В. Анализ и синтез планетарных коробок передач автомобилей и тракторов. - Мн.: Наука и техника, 1987, 224 с.

7. Красненьков В. И., Вашец А.Д. Проектирование планетарных механизмов транспортных машин. - М.: Машиностроение, 1986, 271 с.

8. Антонов А.С. Армейские гусеничные машины. Часть 1. - М.: Воениздат, 1973, 397 с.

9. Гришкевич А. И. Проектирование трансмиссий автомобилей. - М.: Машиностроение, 1984, 268 с.

Формула изобретения

Планетарная коробка передач, содержащая корпус, входной и выходной валы, фрикционную муфту, четыре тормоза, четыре планетарных механизма, причем солнечная шестерня третьего планетарного механизма связана с солнечной шестерней четвертого планетарного механизма, на эпициклической шестерне которого установлен тормоз, а его водило связано с выходным валом, отличающаяся тем, что первый и второй планетарные механизмы выполнены однорядными, а входной вал связан с солнечными шестернями первого и второго планетарных механизмов и через фрикционную муфту с эпициклической шестерней первого планетарного механизма, водило которого связано с эпициклической шестерней второго планетарного механизма, которая связана с солнечными шестернями третьего и четвертого планетарных механизмов, водило второго планетарного механизма связано через водило четвертого планетарного механизма с эпициклической шестерней третьего планетарного механизма, а на эпициклических шестернях первого и второго планетарных механизмов и на водиле третьего планетарного механизма установлены тормоза.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2