Коробка передач

 

Изобретение относится к транспортному машиностроению. Коробка передач содержит: картер, трехзвенный планетарный механизм и муфты. Одна муфта управления установлена на входном валу. Вторая муфта - на трубчатом валу, установленном на валу солнечной шестерни, для выборочного соединения с блоком шестерен или отдельной шестерней, свободно установленных на упомянутом трубчатом валу. Третья муфта установлена на валу солнечной шестерни для выборочного соединения с картером или трубчатым валом. На входе трехзвенного планетарного механизма установлена сдвоенная четырехпозиционная муфта для выборочного соединения с зубчатым венцом водила или эпициклического колеса. Шаг между венцами муфты в два раза меньше шага венцов звеньев трехзвенного планетарного механизма. На выходе трехзвенного планетарного механизма установлена двухпозиционная муфта. Улучшены эксплуатационные свойства транспортного средства, упрощена конструкция и управление. 3 ил.

Изобретение относится к транспортному машиностроению, 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. : Выс. шк. , 1985. - 240 с. ).

Эти агрегаты конструктивно сложны, металлоемки.

Наиболее близкой к предлагаемой коробке передач (КП) является КП по патенту RU 2006381 С1 (2. Бюл. 2. 30.01.94).

КП состоит из четырехступенчатого несоосного редуктора и трехзвенного планетарного механизма (ПМ). Редуктор содержит три пары шестерен внешнего зацепления, свободно установленных на валах, две шестерни на каждом валу объединены в блок, а также три муфты управления. Между несоосным редуктором и планетарным механизмом, который реализует пять передач, расположены две муфты, на выходном валу установлена шестая муфта.

Эта КП имеет меньшую металлоемкость за счет реализации метода свободной установки шестерен на валах и метода широкого использования кинематических возможностей ПМ, но передаточное число низшей передачи равно 10, что недостаточно для современных автомобилей-тягачей, редуцирующие возможности ПМ используются неоптимально с максимальным передаточным числом - U= 3, управление КП усложнено.

Задачей изобретения является улучшение эксплуатационных свойств транспортного средства за счет расширения диапазона передаточных чисел и увеличения передаточного числа низшей передачи КП при использовании ПМ с большим внутренним параметром, а также упрощения управления этим механизмом.

Технический результат достигается тем, что между несоосным редуктором и планетарным механизмом расположена четырехпозиционная муфта для выборочного соединения с зубчатым венцом водила или эпициклического колеса, которая состоит из двух частей, взаимосвязанных опорой вращения, одна часть муфты установлена на зубчатом венце трубчатого вала, другая - на зубчатом венце картера, причем шаг между венцами водила и эпициклического колеса в два раза больше шага между венцами муфты, двухпозиционная муфта установлена на зубчатом венце выходного вала для выборочного соединения с зубчатым венцом эпициклического колеса или водила.

На фиг. 1 изображена схема 16-ступенчатой КП.

На фиг. 2 приведен фрагмент схемы КП с конструктивными изменениями.

На фиг. 3 представлена лучевая диаграмма КП с таблицей положений муфт управления на различных передачах. На верхней горизонтали указаны передачи переднего хода (1-16), на нижней - заднего (1R-4R). На средней горизонтали отмечены величины передаточных чисел: верхняя шкала - линейная в логарифмическом масштабе, нижняя - нелинейная в натуральных величинах. Лучи характеризуют величину передаточного числа пар шестерен и ПМ. Вертикальный луч соответствует передаточному числу, равному 1,0. Наклон луча направо указывает на замедляющий режим работы, чем больше наклон луча, чем он положе, тем больше передаточное число. Наклон луча налево характеризует ускоряющий режим работы. На любом участке лучевой диаграммы наклон каждого луча постоянный. Лучевая диаграмма дает наглядное представление о структуре трансмиссионного агрегата и его работе.

В картере 1 расположен входной вал 2, на котором свободно установлены шестерни 3-5, причем шестерни 4 и 5 объединены в блок валом 6. Шестерни 3-5 зацеплены соответственно с шестернями 7-9, также установленными свободно на трубчатом валу 10, причем шестерни 7 и 8 объединены в блок валом 11. Трубчатый вал 10 свободно установлен на валу 12 привода солнечной шестерни 13 планетарного механизма 14. Солнечная шестерня (а) 13 сателлитами 15, установленными на осях водила 16, взаимодействует с эпициклическим колесом (b) 17, закрепленным в корпусе ПМ 14. Водило (h) 16 закреплено на валу 18, на этом валу свободно установлен трубчатый вал 19, который закреплен на корпусе ПМ 14. Выходной вал 20 установлен соосно валу 12 привода солнечной шестерни 13 и валу 18 водила 16. Муфта управления 21 (А) установлена на зубчатом венце входного вала 2 между шестернями 3 и 4, муфта 22 (В) - на венце трубчатого вала 10 между шестернями 8 и 9, муфта 23 (С) - на венце вала 12 около опоры у стенки картера 1. Муфта Д состоит из двух частей: первая часть 24 муфты установлена на венце трубчатого вала 10 между несоосным редуктором и ПМ, вторая часть 25 муфты Д установлена на венце картера 1 и взаимосвязана с первой частью 24 опорой вращения 26. Муфта 27 (Е) установлена на венце выходного вала 20.

Блок шестерен 4 и 5 может быть как на трубчатом валу 6 (см. фиг. 1), так и на отдельном валу 6 с дополнительной опорой (см. фиг. 2), если шестерня 5 имеет малый диаметр при большом передаточном числе в паре шестерен 5-9. Зубчатые венцы водила 16 и эпициклического колеса 17 могут располагаться на периферии (см. фиг. 1) или трубчатыми валами смещены на меньший диаметр (см. фиг. 2) для уменьшения поперечного габарита КП.

Работа КП осуществляется следующим образом: 1 передача ("ползучая") Муфта А находится в левом положении, муфты В, С и Е - в правом, а муфта Д - в положении III (см. фиг. 3, таблица справа над т. 1). В работу включены все три пары шестерен несоосного редуктора. ПМ находится в режиме максимального передаточного числа -U^b_ah = K+1 = 4,5+1 = 5,5. Верхний индекс указывает на остановленное звено ПМ, нижние индексы - на звенья входа и выхода крутящего момента. К - внутренний параметр ПМ, равный отношению чисел зубьев эпициклического колеса 17 и солнечной шестерни 13.

Крутящий момент (см. фиг. 1) от входного вала 2 по муфте 21 передается парой шестерен 3-7, трубчатым валом 11, парой шестерен 8-4, трубчатым валом 6, парой шестерен 5-9, муфтой 22, трубчатым валом 10, муфтой 23 и валом 12 на солнечную шестерню 13. Солнечная шестерня (а) вращает сателлиты 15, которые, обкатываясь по остановленному эпициклическому колесу (b) 17 (см. положение муфты Д на фиг. 2), передают увеличенный крутящий момент на водило (h) 16, вал 18, далее по муфте 27 на выходной вал 20.

На лучевой диаграмме (см. фиг. 3) эта передача представлена четырьмя последовательными лучами: луч 3-7 из т. О слева на нижней горизонтали направо вверх к средней горизонтали, далее луч 8-4 направо вниз, затем пологий луч 5-9 направо вверх и самый пологий луч U^b_ah = 5,5; lg 5,5= 0,74 к т. 1 справа на верхней горизонтали.

2 передача ("ползучая") Переключаем муфту А в правое положение - пары шестерен 3-7 и 8-4 выключаются из работы.

Крутящий момент от входного вала 2 передается муфтой 21, трубчатым валом 6 и далее, как на предыдущей передаче.

На лучевой диаграмме этой передаче принадлежат два луча: луч 5-9 и луч U^b_ah к т. 2 на верхней горизонтали.

3 передача Переключаем муфты А и В в левое положение (см. табл. ) - заменяем пару шестерен 5-9 парой шестерен 3-7 с меньшим передаточным числом.

Крутящий момент от входного вала 2 передается муфтой 21, парой шестерен 3-7, трубчатым валом 11 блока шестерен 7 и 8, муфтой 22, трубчатым валом 10 и далее, как на предыдущих передачах.

4 передача Переключаем муфту В в правое положение, а муфту С - в левое. Муфту Д перемещаем в положение IV. Работа шестерен несоосного редуктора возвращается в режим первой передачи, но крутящий момент приходит не на вал 12, а на трубчатый вал 10. Изменяется режим работы ПМ - U^a_bh- звенья остановки и входа момента меняются местами. Муфта С останавливает солнечную шестерню относительно картера 1, а первая (левая) часть 24 муфты Д передает момент от венца трубчатого вала 10 на венец эпициклического колеса 17 (см. фиг. 1, нижнее положение муфт Д и Е), вторая (правая) часть 25 муфты Д занимает нейтральное положение.

Крутящий момент от входного вала 2 до трубчатого вала 10 передается, как на 1-й передаче, далее муфтой 24 (Д) от зубчатого венца трубчатого вала 10 на зубчатый венец эпициклического колеса 17, которое по сателлитам 15, обкатывающимся по остановленной солнечной шестерне 13, передает усилие на водило 16, затем, как на предыдущих передачах.

На лучевой диаграмме этой передаче принадлежат четыре последовательных луча, как и на 1-й передаче, но последний луч с небольшим передаточным числом U^a_bh = (K+1)/K = 5,5/4,5 = 1,222; lg 1,222= 0,087 направлен круто вверх к т. 4.

5 передача Перемещаем муфту С в нейтральное положение (см. табл. ) - отсоединяем солнечную шестерню от картера 1. Переключаем муфту Д в положение II - изменили режим работы ПМ, крутящий момент муфтой 24 (Д) передается на водило 16 и снимается с водила, как на предыдущих передачах.

До трубчатого вала 10 крутящий момент передается, как на 1-й и 4-й передачах, далее муфтой 24 (Д) на венец водила 16, затем также с водила, как на предыдущих передачах.

На лучевой диаграмме последний, четвертый, луч вертикальный с U= 1,0 к т. 5.

6 передача Переключаем муфты А и С в правое положение, муфту В - в левое, а муфту Д в положение III. В несоосном редукторе включена ускоряющая передача парой шестерен 4-8, а в ПМ - максимальное передаточное число.

Крутящий момент от входного вала передается муфтой 21, парой шестерен 4-8, муфтой 22 на трубчатый вал 10, далее как на 1-3-й передачах.

На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: луч 4-8 налево вверх, затем пологий луч направо вверх к т. 6.

7 передача Перемещаем муфты А, С и Е в левое положение, муфту В - в правое, а муфту Д в положение II. Муфта С остановила солнечную шестерню относительно картера, звенья входа и выхода момента в ПМ поменялись местами по сравнению с 4-й передачей - U^a_hb = K/ (K+1) = 4,5/5,5 = 0,818; lg 0,818= -0,087. ПМ работает в ускоряющем режиме. Шестерни несоосного редуктора работают, как на 1-5-й передачах.

Крутящий момент до муфты 24 (Д) передается, как на 1-5-й передачах, далее на водило 16; сателлиты 15, обкатываясь по остановленной солнечной шестерне 13, передают усилие эпициклическому колесу 17, корпусу ПМ 14, затем по трубчатому валу 19, муфте 27 на выходной вал 20.

8 передача Переключаем муфты А и Е в правое положение, а муфту Д в положение IV. Несоосный редуктор работает, как на 2-й передаче, а ПМ - на 4-й передаче.

9 передача
Переключаем муфту С в нейтральное положение, а муфту Д в положение II - ПМ работает "напрямую" - U= 1,0.

10 передача
Переключаем муфты С и Е в левое положение - ПМ работает в ускоряющем режиме - U^a_hb = 0,818.
11-13 передачи
Переключаем муфты А и В в левое положение - до ПМ крутящий момент поступает, как на 3-й передаче. Изменяя положение муфт С, Д и Е аналогично передачам 8-10, получим передачи 11-13.

14-16 передачи
Переключаем муфту А в правое положение - до ПМ крутящий момент поступает, как на 6-й передаче. Изменяя положение муфт С, Д и Е аналогично передачам 11-13, получим передачи 14-16.

Передачи заднего хода получаем, изменяя режим работы ПМ - U^h_ab = -K. По сравнению с 1 - 3-й и 6-й передачами заменили звенья остановки и выхода крутящего момента.

1R - первый задний ход
Положения муфт А, В и С соответствуют 1-й передаче переднего хода (см. табл. ). Муфту Д переключаем в положение I (см. фиг. 1, верхнее положение муфт Д и Е), муфта 25 останавливает водило 16 относительно картера 1, а муфта 24 свободно вращается относительно муфты 25 в опоре 26. Муфта Е в левом положении соединяет выходной вал 20 с трубчатым валом 19, корпусом ПМ 14 и эпициклическим колесом 17.

Крутящий момент от входного вала 2 до солнечной шестерни 13 передается, как на 1-й передаче, сателлиты 15, обкатываясь на осях остановленного водила 16, вращают эпициклическое колесо 17 в направлении, противоположном вращению солнечной шестерни, далее момент передается корпусом ПМ 14, трубчатым валом 19, муфтой 27 на выходной вал 20.

На лучевой диаграмме этой передаче соответствуют четыре последовательных луча: лучи 3-7, 8-4, 5-9, как на 1-й передаче, далее пологий луч U^h_ab направо вниз к т. 1R.

2R - второй задний ход
Переключаем муфту А в правое положение. До солнечной шестерни 13 крутящий момент передается, как на 2-й передаче, далее - как на предыдущей передаче.

3R - третий задний ход
Переключаем муфты А и В в левое положение. До солнечной шестерни крутящий момент передается, как на 3-й передаче, далее - как на двух предыдущих.

4R - четвертый задний ход
Возвращаем муфту А в правое положение. До солнечной шестерни крутящий момент передается, как на 6-й передаче, далее - как на трех предыдущих.

Изменение параметров пар шестерен и ПМ изменит лучевую диаграмму, смещая передачи относительно т. 0. На фиг. 3 лучевая диаграмма с двумя ускоряющими передачами (15 и 16), число ускоряющих передач можно увеличить или уменьшить или исключить их.

Положительный эффект выражается в улучшении эксплуатационных свойств транспортного средства за счет расширения диапазона передаточных чисел и увеличения передаточного числа низшей передачи при использовании ПМ с большим внутренним параметром "К" и упрощении управления им.

По сравнению с прототипом исключена работа ПМ в неоптимальном режиме U^b_ha = 1/(K+1) с малым передаточным числом, что позволило упростить конструкцию и управление ПМ - на выходе только два вала вместо трех, двухпозиционная муфта вместо трехпозиционной. На входе в ПМ одна сдвоенная муфта управления вместо двух отдельных - достаточно одного ползуна переключения вместо двух.

ПМ хорошо трансформирует крутящий момент за счет многопарного зацепления (несколько сателлитов), что позволяет уменьшить передаточное число несоосного редуктора и его габариты при увеличении внутреннего параметра ПМ. Например, (см. фиг. 3) максимальное передаточное число ПМ - ^b_ha = K+1 = 5,5 позволило применить в несоосном редукторе пары шестерен с небольшими передаточными числами: U_3-7= 1,5; U_5-9= 2,73; U_8-4= 1,22. При передаче крутящего момента в обратном направлении 4-8, на 14 -16-й передачах, U_4-8= 0,82.

Передаточное число 1-й передачи - U₁= U_3-7 U_8-4 U_5-9 U_ah ^b= = 1,5•1,22•2,73•5,5= 27,5. Такое большое передаточное число обеспечивает возможность движения транспортного средства с "ползучей" скоростью - V_a= 2-5 км/ч при маневрировании в ограниченном пространстве, при транспортировке сверхтяжелых крупногабаритных грузов, преодолении болотистых грунтов и т. д.

Передаточное число высшей, 16-й передачи - U₁₆= U_4-8 U^a_hb = 0,82•0,82 = 0,67.
Диапазон КП в этом случае составил D= U₁/U₁₆= 27,5/0,67= 41.

Для сравнения, D= 15-17 на современных магистральных автомобилях-тягачах полной массой 40 тонн.

Интервал между наиболее часто используемыми передачами невысок, q= 1,22, что обеспечивает удобство переключения передач.

Формула изобретения

Коробка передач, содержащая картер с размещенными в нем валами, шестернями внешнего зацепления, трехзвенным планетарным механизмом, муфтами управления, на валу солнечной шестерни расположен трубчатый вал, на котором свободно установлены три шестерни, причем две из них объединены в блок, эти шестерни зацеплены с аналогичными шестернями входного вала, муфты управления установлены на зубчатых венцах: первая - на входном валу, вторая - на трубчатом валу для выборочного соединения с блоком или отдельной шестерней, третья - на валу солнечной шестерни для выборочного соединения с картером или трубчатым валом, отличающаяся тем, что четырехпозиционная муфта для выборочного соединения с зубчатым венцом водила или эпициклического колеса состоит из двух частей, взаимосвязанных опорой вращения, одна часть муфты установлена на зубчатом венце трубчатого вала, другая - на зубчатом венце картера, причем шаг между венцами водила и эпициклического колеса в два раза больше шага между венцами муфты, двухпозиционная муфта установлена на зубчатом венце выходного вала для выборочного соединения с зубчатым венцом эпициклического колеса или водила.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3