Многоступенчатая раздаточная коробка

 

Изобретение относится к транспортному машиностроению. Многоступенчатая раздаточная коробка содержит картер 1, входной 2 и выходной 3 валы, межмостовой дифференциал 14 с муфтой 23 блокировки, межколесный дифференциал 40 переднего моста, муфту управления 47 задним мостом, муфту управления 48 передним мостом и четырехпозиционный ползун 49 для взаимосвязи обеих муфт. Одна шестерня 17 межмостового дифференциала 14 установлена на выходном валу 3, другая шестерня 18 установлена на трубчатом валу 29, установленном на выходном валу 3. Межколесный дифференциал 40 переднего моста закреплен на цилиндрическом ведомом колесе 39. Муфта управления 47 задним мостом предназначена для выборочного соединения с венцом 33 конической шестерни 30, свободно установленной на трубчатом валу 29 и зацепленной с ведомым коническим колесом 31, закрепленным на валу 32 привода заднего моста, или с венцом 35 выходного вала 3. Муфта управления 48 передним мостом предназначена для выборочного соединения с упомянутым венцом или с венцом 36 цилиндрической шестерни 38, зацепленной с ведомым колесом 39. Расширены эксплуатационные возможности автомобиля за счет его работы в переднеприводном и заднеприводном режимах с колесной формулой 4 x 2 в дополнение к дифференциальному и блокированному режимам с колесной формулой 4 x 4. 3 ил.

Изобретение относится к транспортному машиностроению, к трансмиссии многоприводных и полноприводных транспортных машин.

Известны агрегаты трансмиссии со ступенчатым изменением передаточных чисел и распределением мощности между выходными валами, содержащие шестерни, валы, опоры, межмостовой дифференциал, устройства переключения передач и блокировки дифференциала.

Эти трансмиссионные агрегаты конструктивно сложны, металлоемки, имеют ограничения по применению.

Наиболее близкой к предлагаемой многоступенчатой раздаточной коробке (МРК) является дифференциальная раздаточная коробка по патенту RU N 2048657 C1.

Раздаточная коробка (PK) состоит из картера с размещенными в нем валами, свободно установленными на них шестернями, муфт переключения передач, межмостового дифференциала с муфтой блокировки. Ступенчатый редуктор PK обеспечивает высокую эффективность использования шестерен: четыре пары взаимозацепленных шестерен обеспечивают восемь передач переднего хода, три шестерни заднего хода реализуют еще четыре передачи. Для переключения передач переднего хода достаточно двух трехпозиционных муфт и одной сдвоенной муфты с двумя полумуфтами одностороннего действия, взаимосвязанных одним ползуном. Передачи заднего хода включаются муфтой, совмещенной с шестерней заднего хода.

Но эта PK не допускает ее поперечную установку относительно автомобиля, жесткость выходного вала недостаточна, т.к. корпус дифференциала установлен консольно, обеспечивает только два режима работы: дифференциальный и блокированный с колесной формулой 4x4.

Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей автомобиля за счет его работы в переднеприводном и заднеприводном режимах с колесной формулой 4x2, обеспечение поперечной компоновки МРК относительно автомобиля и повышение жесткости выходного вала.

Технический результат достигается тем, что на выходном валу закреплены левая шестерня межмостового дифференциала и зубчатый венец, а также свободно установлен трубчатый вал, на котором закреплены правая шестерня межмостового дифференциала и зубчатый венец, расположенный рядом с венцом выходного вала, на трубчатом валу свободно установлена ведущая коническая шестерня с зубчатым венцом, расположенным рядом с венцом трубчатого вала, зацепленная с ведомым коническим колесом, закрепленным на валу привода заднего моста, соосно выходному валу расположен зубчатый венец, закрепленный с цилиндрической шестерней привода переднего моста, зацепленной с цилиндрическим ведомым колесом, на котором закреплен межколесный дифференциал переднего моста, на зубчатом венце трубчатого вала расположена муфта управления задним мостом для выборочного соединения с венцом конической шестерни или с венцом выходного вала, муфта управления передним мостом расположена на венце выходного вала для выборочного соединения с венцом трубчатого вала или с венцом цилиндрической шестерни, муфты управления взаимосвязаны с четырехпозиционным ползуном.

На фиг. 1 изображена схема МРК с поперечной компоновкой относительно продольной оси автомобиля.

На фиг. 2 приведен другой вариант схемы МРК с "развернутым" ступенчатым редуктором и расположением цилиндрической шестерни привода переднего моста на выходном валу.

На фиг. 3 представлена лучевая диаграмма МРК, на верхней горизонтали указаны 8 передач переднего хода, на нижней - 4 передачи заднего хода.

В картере 1 (см. фиг. 1) расположены входной 2 и выходной 3 валы. На входном валу 2 свободно установлены шестерни 4-7, а на выходном валу 3 также свободно установлены шестерни 8-11, соответственно попарно взаимозацепленные с шестернями входного вала. Шестерни 4 и 5 объединены в блок валом 12, а шестерни 10 и 11 - валом 13. На выходном валу 3 между шестернями 8 и 9 размещен межмостовой дифференциал 14, на осях (крестовине) 15 которого установлены сателлиты 16, зацепленные с шестернями 17 и 18. Левая шестерня дифференциала 17 закреплена на выходном валу 3. Трехпозиционная муфта переключения передач 19 установлена на венце входного вала 2 между шестернями 6 и 7. Двухпозиционные полумуфты одностороннего действия 20 и 21 установлены на венцах шестерен 6 и 9, полумуфты взаимосвязаны ползуном 22. Трехпозиционная муфта 23 установлена на венце корпуса дифференциала 14. Муфта 24 совмещена с отдельной шестерней заднего хода 25, установленной на оси 26, закрепленной на картере 1. Ведущая шестерня заднего хода 27 закреплена на валу 12 блока шестерен 4 и 5. Ведомое колесо заднего хода 28 закреплено на муфте 23, расположенной на корпусе дифференциала 14. Правая шестерня дифференциала 18 закреплена на трубчатом валу 29, свободно установленном на выходном валу 3. Ведущая коническая шестерня 30 свободно установлена на трубчатом валу 29 и зацеплена с ведомым коническим колесом 31, закрепленном на валу 32 привода заднего моста. Зубчатые венцы 33-36 закреплены соответственно на ведущей конической шестерне 30, трубчатом валу 29, выходном валу 3 и валу 37 цилиндрической шестерни 38 привода переднего моста. Шестерня 38 зацеплена с ведомым цилиндрическим колесом 39, на котором закреплен межколесный дифференциал 40 переднего моста. На оси (крестовине) 41 установлены сателлиты 42, зацепленные с полуосевыми шестернями 43 и 44, закрепленными на валах 45 и 46 привода передних ведущих колес автомобиля. Муфта управления задним мостом 47 установлена на венце 34 трубчатого вала 29. Муфта управления передним мостом 48 установлена на венце 35 выходного вала 3. Обе муфты управления взаимосвязаны с четырехпозиционным ползуном 49.

Возможно другое - "развернутое" расположение шестерен в ступенчатом редукторе (см. фиг. 2), двухпозиционные муфты одностороннего действия также могут размещаться на разных, рядом расположенных шестернях, блок шестерен 4, 5, 27 можно крепить как на трубчатом валу (см. фиг. 1), так и на отдельном валу с дополнительной опорой (см. фиг. 2), допускается различное конструктивное исполнение шестерни привода переднего моста 38 относительно выходного вала 3: отдельно на валу с опорами (см. фиг. 1) или непосредственно на валу 3 (см. фиг. 2). Межколесные дифференциалы могут быть различными: с принудительной блокировкой, повышенного трения и т.д.

Ступенчатый редуктор может быть не только 8-ступенчатым по а.св. N 1664039, но и 4-ступенчатым по а.св. N 1654038, 16-ступенчатым по а.св. N 1717418, 17773746 и т.д. с использованием метода свободной установки шестерен на валах.

Работа МРК осуществляется следующим образом.

I - Заднеприводный режим с колесной формулой 4x2 Четырехпозиционный ползун 49 находится в крайнем левом положении I (см. фиг. 1, верхнее положение муфт). Муфта управления задним мостом 47 замыкает зубчатый венец 34 трубчатого вала 29 с зубчатым венцом 33 ведущей конической шестерни 30. Муфта управления передним мостом 48 не взаимодействует с венцом 36, но замыкает венец 35 выходного вала 3 с венцом 34 трубчатого вала 29 и блокирует межмостовой дифференциал 14, т.к. на трубчатом валу 29 закреплена правая шестерня 18 дифференциала, а на выходном валу 3 левая шестерня 17 дифференциала.

Крутящий момент от заблокированного дифференциала по венцу 34, муфте 47 поступает на венец 33 и ведущую коническую шестерню 30, затем на ведомое коническое колесо 31 и вал 32 привода заднего моста.

Передний мост отключен, т.к. венец 36 шестерни 38 привода переднего моста не имеет механической связи с межмостовым дифференциалом.

II - Дифференциальный привод с колесной формулой 4x4 Ползун 49 в положении II (см. фиг. 1, нижнее положение муфт управления). Муфта 47 также соединяет венец 34 трубчатого вала 29 с венцом 33 конической шестерни 30. Муфта 48 вышла из соединения с венцом 34 и разблокировала межмостовой дифференциал, она соединила венец 35 выходного вала 3 с венцом 36 цилиндрической шестерни 38 привода переднего моста.

Крутящий момент от корпуса дифференциала 14 осями 15 и сателлитами 16 распределяется на шестерни 17 и 18. От шестерни 17 по выходному валу 3 часть крутящего момента поступает на венец 35, по муфте 48 на венец 36, по валу 37 на цилиндрическую шестерню 38, затем на ведомое колесо 39, межколесный дифференциал 40. Крестовина 41 и сателлиты 42 распределяют увеличенный в цилиндрической главной передаче крутящий момент на полуосевые шестерни 43, 44, а от них на валы привода ведущих колес переднего моста 45 и 46. Другая часть крутящего момента от дифференциала шестерней 18, трубчатым валом 29 передается на венец 34 и далее как в ранее описанном случае.

Все ведущие колеса автомобиля имеют возможность вращаться с разными угловыми скоростями.

Ill - Блокированный привод ведущих мостов с колесной формулой 4x4 Передвигаем ползун 49 в положение III (см. фиг. 2, верхнее положение муфт) для движения в сложных дорожных условиях. Муфта 47 замыкает три венца: 33, 34 и 35. Замыкание венцов 34 и 35 блокирует дифференциал 14, а замыкание венцов 33 и 34 обеспечивает привод заднего моста. Муфта 48 замыкает венцы 35 и 36 и обеспечивает привод на передний мост.

Крутящий момент поступает от заблокированного дифференциалa 14 по валам 3 и 29, по муфте 47, венцу 33, конической паре 30-31 на вал 32 привода заднего моста; а по муфте 48, венцу 36, валу 37, цилиндрической паре 38-39 на межколесный дифференциал 40 и валы 45, 46 привода передних ведущих колес.

Ведущие шестерни 30 и 38 привода мостов вращаются с одинаковыми угловыми скоростями. Для дальнейшего повышения проходимости автомобиля требуется блокировка межколесных дифференциалов (на схемах на показана) - ведущие колеса будут вращаться с одинаковыми угловыми скоростями.

IV - Переднеприводный режим с колесной формулой 4x2 Ползун 49 в крайнем правом положении IV (см. фиг. 2, нижнее положение муфт). Муфта 47 вышла из зацепления с венцом 33 и отключила привод заднего моста, но замкнула венцы 34 и 35 и заблокировала дифференциал 14. Муфта 48, так же как и ранее, соединяет венец 35 с венцом 36.

Крутящий момент от дифференциала 14 по заблокированным валам 3 и 29 от венца 35 по муфте 48 поступает на венец 36, вал 37, шестерню 38 и далее, как было описано ранее, на привод ведущих колес переднего моста.

Ступенчатый редуктор обеспечивает 8 передач переднего хода и 4 передачи заднего хода (см. фиг. 3) при работе на любом из описанных режимов; третий режим (блокированный привод мостов) рекомендуется только на низших передачах.

Первая передача Муфта 19 находится в левом положении, сдвоенные полумуфты 20 и 21 также в левом положении, а муфта 23 - в правом положении (см. фиг. 1).

Крутящий момент от входного вала 2 муфтой 19 передается на шестерни 7-11, далее по валу 13 блока шестерен, по полумуфте 21 на пару шестерен 9-5, по валу 12 блока шестерен, по паре шестерен 4-8, по муфте 23 на дифференциал 14 и далее в соответствии с режимом работы, определяемым положением муфт управления мостами 47 и 48.

На лучевой диаграмме (см. фиг. 3) эта передача представлена тремя последовательными лучами: из т. 0 слева на средней горизонтали направо вверх луч 7-11 к т. 5 на верхней горизонтали, далее луч 9-5 направо вниз, затем луч 4-8 также направо, но вверх к т. 1 на верхней горизонтали.

На горизонталях лучевой диаграммы величина передаточного числа представлена в логарифмическом виде. Наклон луча направо указывает на замедляющий режим работы пары шестерен, чем положе луч, тем больше передаточное число. Наклон луча налево характеризует ускоряющий режим работы пары шестерен. На любом участке лучевой диаграммы наклон луча пары шестерен постоянный. Лучевая диаграмма дает наглядное представление о структуре и работе ступенчатого редуктора.

Вторая передача Переключаем полумуфты 20 и 21 в правое положение, при этом выключаем из работы пару шестерен 9-5, а включаем пару шестерен 10-6.

Крутящий момент от входного вала 2 по муфте 19, паре шестерен 7-11 (см. фиг. 1), валу 13, паре шестерен 10-6, полумуфте 20 передается на вал 12 и далее, как на предыдущей передаче.

На лучевой диаграмме (см. фиг. 3) эта передача также представлена тремя последовательными лучами: луч 7-11, далее вместо луча 9-5 более крутой луч 10-6, затем луч 4-8 к т. 2.

Третья передача Переключаем муфту 19 в правое положение и возвращаем полумуфты 20 и 21 в левое положение.

Крутящий момент от входного вала 2 по муфте 19 передается парой шестерен 6-10 в ускоряющем режиме, далее по полумуфте 21 на пару шестерен 9-5 и затем как на первой передаче.

На лучевой диаграмме этой передаче принадлежат лучи: ускоряющий луч 6-10 налево вверх к т. 7, затем 9-5 и 4-8 к т. 3.

Четвертая передача Переключаем полумуфты 20 и 21 в правое положение.

Крутящий момент от входного вала 3 передается по муфте 19, венцу шестерни 6, полумуфте 20, валу 12, паре шестерен 4-8 и далее как на предыдущих передачах.

На лучевой диаграмме эта передача представлена одним лучом 4-8 к т. 4.

Пятая передача Переключаем все муфты в левое положение, выключаем из работы пару шестерен 4-8.

Крутящий момент передается парой шестерен 7-11, далее валом 13, полумуфтой 21 и муфтой 23 на корпус дифференциала 14.

На лучевой диаграмме этой передаче принадлежит луч 7-11 к т. 5.

Шестая передача
Переключаем полумуфты 20 и 21 в правое положение.

Крутящий момент до вала 13 поступает как на предыдущей передаче, затем передается парой шестерен 10-6, полумуфтой 20 на пару шестерен 5-9 в ускоряющем режиме, далее муфтой 23 на дифференциал 14.

Этой передаче на лучевой диаграмме принадлежат три луча: 7-11 к т. 5, 10-6 вниз направо и ускоряющий луч 5-9 налево вверх к т. 6.

Седьмая передача
Переключаем муфту 19 в правое положение, а полумуфты 20 и 21 - в левое.

Крутящий момент передается парой шестерен 6-10 в ускоряющем режиме, далее полумуфтой 21 на ступицу шестерни 9, затем муфтой 23 на корпус дифференциала 14.

На лучевой диаграмме эта передача представлена ускоряющим лучом 6-10 к т. 7.

Восьмая передача
Переключаем полумуфты 20 и 21 в правое положение. От входного вала 3 крутящий момент передается муфтой 19 на ступицу шестерни 6, далее полумуфтой 20 на пару шестерен 5-9 в ускоряющем режиме и муфтой 23 на корпус дифференциала 14.

Пологий ускоряющий луч 5-9 налево вверх к т. 8 характеризует эту передачу.

Передачи заднего хода отличаются от первых передач переднего хода заменой пары шестерен 4-8 на ряд шестерен заднего хода 27-25-28, для этого муфту 23 устанавливают в среднее (нейтральное) положение, а муфту 24 смещают вправо до введения отдельной шестерни заднего хода 25 в зацепление с шестернями 27 и 28.

Первый задний ход - 1R
Муфта 19, полумуфты 20 и 21 находятся в левом положении. Крутящий момент от входного вала 2 сначала передается как на первой передаче переднего хода по муфте 19 на пару шестерен 7-11, далее по полумуфте 21 на пару шестерен 9-5, по валу 12, от вала 12, вместо шестерен 4-8, работает ряд шестерен заднего хода 27-25-28, затем на муфту 23 и дифференциал 14, который вращается в направлении, противоположном передачам переднего хода.

На лучевой диаграмме (см. фиг. 3) этой передаче соответствуют три последовательных луча из т. 0: луч 7-11 направо вверх к т. 5, затем луч 9-5 направо вниз, далее луч 27-25-28 также направо вниз к т. 1R на нижней горизонтали.

Второй задний ход - 2R
Переключаем полумуфты 20 и 21 в правое положение - вместо шестерен 9-5 работают шестерни 10-6.

Третий задний ход - 3R
Переключаем муфту 19 в правое положение, а полумуфты 20 и 21 возвращаем в левое положение - вместо шестерен 7-11 работают шестерни 6-10 в другом направлении по сравнению с предыдущей передачей, а вместо шестерен 10-6 работают шестерни 9-5.

Четвертый задний ход - 4R
Переключаем полумуфты 20 и 21 в правое положение.

Крутящий момент от входного вала 2 передается муфтой 19, ступицей шестерни 6, полумуфтой 20, валом 12 и далее как на предыдущих передачах заднего хода.

На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 27-25-28 из т. 0 к т. 4R на нижней горизонтали.

Изменение параметров шестерен и установки полумуфт изменяет характер распределения передач по диапазону, смещая их вправо или влево от т. 0, изменяется и характер работы пар шестерен на различных передачах. Алгоритм работы муфт переключения неизменный: одна муфта срабатывает при каждом переключении, другая - через два переключения и третья - через четыре переключения, но в зависимости от параметров шестерен муфты могут изменять свой режим работы в пределах описанного алгоритма.

Метод свободной установки шестерен на валах позволяет создавать компактные агрегаты малой металлоемкости как за счет высокой интенсивности использования шестерен на передачах, так и за счет многопарного зацепления на низших передачах и снижения максимального передаточного числа в паре шестерен. Каждая дополнительная пара шестерен удваивает число передач: три пары шестерен обеспечивают 4 передачи, 4 пары шестерен - 8 передач, 5 пар шестерен - 16 передач и т.д. Если принять для МРК легкового полноприводного автомобиля диапазон трансмиссии, равный 8, аналогично УАЗ-469, то средний интервал между передачами равен 1,346; lg 1,346 = 0.129. Максимальное передаточное число в паре шестерен 4-8 равно 2.5 интервала (см. фиг. 3), что в логарифмическом масштабе составит 2,5•0,129 = 0,323; а в натуральном масштабе передаточное число U = 2,1. В реальных конструкциях максимальное передаточное число в паре шестерен низшей передачи достигает 4,25. Чем меньше передаточное число пары шестерен, тем меньше межосевое расстояние и габариты агрегата.

Положительный эффект выражается в расширении эксплуатационных возможностей автомобиля за счет двух дополнительных режимов работы в переднеприводном или заднеприводном варианте, в обеспечении поперечной компоновки МРК на автомобиле, что позволит создавать полноприводные версии на базе широко распространенных переднеприводных автомобилей с поперечной установкой двигателя, в повышении жесткости выходного вала за счет исключения консольной установки корпуса дифференциала, что создаст более благоприятные условия работы для зубчатых зацеплений.

Формула изобретения

Многоступенчатая раздаточная коробка, содержащая картер с размещенными в нем валами, на которых свободно установлены шестерни, муфты переключения передач, межмостовой дифференциал с муфтой блокировки, отличающаяся тем, что на выходном валу закреплены левая шестерня межмостового дифференциала и зубчатый венец, а также свободно установлен трубчатый вал, на котором закреплены правая шестерня межмостового дифференциала и зубчатый венец, расположенный рядом с венцом выходного вала, на трубчатом валу свободно установлена коническая шестерня с зубчатым венцом, расположенным рядом с венцом трубчатого вала, зацепленная с ведомым коническим колесом, закрепленным на валу привода заднего моста, соосно выходному валу расположен зубчатый венец, закрепленный с цилиндрической шестерней привода переднего моста, зацепленной с цилиндрическим ведомым колесом, на котором закреплен межколесный дифференциал переднего моста, на зубчатом венце трубчатого вала расположена муфта управления задним мостом для выборочного соединения с венцом конической шестерни или с венцом выходного вала, муфта управления передним мостом расположена на венце выходного вала для выборочного соединения с венцом трубчатого вала или с венцом цилиндрической шестерни, обе муфты взаимосвязаны с четырехпозиционным ползуном.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3