Гидромеханическая коробка передач
Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в автоматических трансмиссиях, управляемых с помощью электронного блока и гидравлики и предназначенных для транспортных средств. Коробка передач содержит гидродинамический преобразователь крутящего момента 2 (гидротрансформатор) и планетарный редуктор, состоящий из четырех планетарных рядов. Выходное звено гидротрансформатора связано с солнечной шестерней 8 второго планетарного ряда, через фрикционную муфту 18 - с водилом 12 третьего планетарного ряда и через фрикционную муфту 17 - с солнечной шестерней 11 этого же ряда, которая соединена через фрикционный тормоз 22 с картером 1. Солнечная шестерня 5 первого планетарного ряда связана через фрикционный тормоз 19 с картером 1. Коронная шестерня 10 второго планетарного ряда связана с водилом 6 первого планетарного ряда и через фрикционный тормоз 20 - с картером 1. Коронная шестерня 7 первого планетарного ряда связана с водилом 9 второго планетарного ряда и коронными шестернями 13 и 16 третьего и четвертого планетарных рядов. Солнечная шестерня 14 четвертого планетарного ряда связана с водилом 12 третьего планетарного ряда и через фрикционный тормоз 21 - с картером 1. Водило 15 четвертого планетарного ряда является выходным звеном коробки передач. Технический результат - расширение кинематических возможностей коробки передач путем получения десяти передач переднего хода и одной передачи заднего хода при сохранении габаритных показателей. 1 ил.
Изобретение относится к области автотранспортного машиностроения и касается конструкции ступенчатой планетарной коробки передач, которая может быть использована в автоматических трансмиссиях, управляемых с помощью электронного блока и гидравлики и предназначенных для транспортных средств.
Крутящий момент и частота вращения двигателя преобразуются трансмиссией в соответствии с изменением условий движения транспортного средства для обеспечения движения транспортного средства как вперед, так и назад.
В состав автоматической трансмиссии входит гидродинамический преобразователь крутящего момента (гидротрансформатор), в котором кинетическая энергия рабочей жидкости используется для передачи крутящего момента от коленчатого вала двигателя на входной звено коробки передач. Далее расположена, как правило, коробка передач планетарного типа, обеспечивающая изменение крутящего момента на движителе и его частоты вращения. Коробка передач так же включает в себя фрикционные элементы управления, которые по своему назначению делятся на две группы: тормоза и муфты. Фрикционные муфты соединяют элементы планетарного механизма между собой. Фрикционные тормоза соединяют элементы планетарного механизма с картером коробки передач.
Использование коробок передач планетарного типа в автоматических трансмиссиях таких транспортных средств как легковые и грузовые автомобили, гусеничная техника военного и гражданского назначения обусловлено возможностью применения малогабаритной, компактной по компоновке конструкции, легко вписывающейся в ограниченное габаритами кузова пространство, но при этом способной передавать и преобразовывать большие крутящие моменты.
В настоящее время планетарные коробки передач, используемые для легковых и грузовых автомобилей, а так же гусеничной техники военного и гражданского назначения и состоящие из четырех планетарных рядов обеспечивают пять или шесть передач переднего хода. Для увеличения количества передач, например для получения десяти передач переднего хода, разработчики, занимающиеся проектированием и производством автоматических трансмиссий, используют или большее количество планетарных рядов, что усложняет конструкцию коробки передач, или увеличивают количество степеней свободы, что усложняет систему управления коробкой передач.
Известна гидромеханическая коробка передач, содержащая гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор, солнечная шестерня второго планетарного ряда которого связана с выходным звеном гидродинамического преобразователя крутящего момента, а солнечная шестерня четвертого планетарного ряда - через фрикционный тормоз с картером, коронная шестерня второго планетарного ряда связана с водилом первого планетарного ряда и через фрикционный тормоз с картером, водило четвертого планетарного ряда является выходным звеном коробки передач, солнечная шестерня первого планетарного ряда связана с водилом второго планетарного ряда, а коронная шестерня первого планетарного ряда связана с коронной шестерней третьего планетарного ряда, водило второго планетарного ряда связано через фрикционную муфту с водилом третьего планетарного ряда, коронная шестерня четвертого планетарного ряда связана с водилом третьего планетарного ряда, солнечная шестерня третьего планетарного ряда связана с водилом четвертого планетарного ряда, являющимся выходным звеном коробки передач, водило второго планетарного ряда связано через фрикционную муфту с солнечной шестерней третьего планетарного ряда (US 6117039, F 16 H 57/08, 475/284, фиг.17, опубл. 12.09.2000).
Данная коробка передач содержит для изменения отношения крутящего момента между входным и выходным звеньями две фрикционные муфты и два тормоза. В коробке - прототипе переключение передач происходит за счет попарного включения четырех фрикционных элементов управления звеньями планетарных рядов. Это позволяет получить пять передач переднего хода и одну передачу заднего хода.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по увеличению числа передач переднего хода до десяти и диапазона до 6,286 при сохранении кинематической схемы коробки передач с четырьмя планетарными рядами. Достигаемый при этом технический результат заключается в расширении кинематических возможностей коробки передач при сохранении габаритных показателей.
Указанный технический результат достигается тем, что в гидромеханической коробке передач, содержащей гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор, солнечная шестерня второго планетарного ряда которого связана с выходным звеном гидродинамического преобразователя крутящего момента, а солнечная шестерня четвертого планетарного ряда через фрикционный тормоз с картером, коронная шестерня второго планетарного ряда связана с водилом первого планетарного ряда и через фрикционный тормоз с картером, водило четвертого планетарного ряда является выходным звеном коробки передач, солнечная шестерня первого планетарного ряда связана через фрикционный тормоз с картером, а коронная шестерня первого планетарного ряда связана с водилом второго планетарного ряда, коронная шестерня третьего планетарного ряда соединяется с коронной шестерней четвертого планетарного ряда, водило второго планетарного ряда связано с коронной шестерней третьего планетарного ряда, выходное звено гидродинамического преобразователя крутящего момента связано через фрикционную муфту с солнечной шестерней третьего планетарного ряда, а солнечная шестерня третьего планетарного ряда через фрикционный тормоз связана с картером, солнечная шестерня четвертого планетарного ряда связана с водилом третьего планетарного ряда, выходное звено гидродинамического преобразователя крутящего момента связано через фрикционную муфту с водилом третьего планетарного ряда.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Изменение конструкции планетарных механизмов и последовательности попарного включения в совокупности с известными признаками позволило увеличить количество передач до десяти и расширить диапазон коробки передач до 6,286, а так же позволит использовать при различных режимах движения только часть передач, не ухудшая тяговых характеристик.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата приведенной совокупностью признаков.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, на котором изображена кинематическая схема гидромеханической десятиступенчатой коробки передач для автоматической трансмиссии транспортного средства;
Согласно изобретения в гидромеханической коробке передач, содержащей гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор, солнечная шестерня второго планетарного ряда которого связана с выходным звеном гидродинамического преобразователя крутящего момента, а солнечная шестерня четвертого планетарного ряда через фрикционный тормоз с картером, коронная шестерня второго планетарного ряда связана с водилом первого планетарного ряда и через фрикционный тормоз с картером, водило четвертого планетарного ряда является выходным звеном коробки передач, солнечная шестерня первого планетарного ряда связана через фрикционный тормоз с картером, а коронная шестерня первого планетарного ряда связана с водилом второго планетарного ряда, коронная шестерня третьего планетарного ряда соединяется с коронной шестерней четвертого планетарного ряда, водило второго планетарного ряда связано с коронной шестерней третьего планетарного ряда, выходное звено гидродинамического преобразователя крутящего момента связано через фрикционную муфту с солнечной шестерней третьего планетарного ряда, а солнечная шестерня третьего планетарного ряда через фрикционный тормоз связана с картером, солнечная шестерня четвертого планетарного ряда связана с водилом третьего планетарного ряда, выходное звено гидродинамического преобразователя крутящего момента связано через фрикционную муфту с водилом третьего планетарного ряда.
Ниже приводится пример конкретного исполнения гидромеханической коробки передач для автоматической трансмиссии, например, легкового или грузового автомобиля.
Гидромеханическая десятиступенчатая коробка передач содержит картер 1, гидродинамический преобразователь крутящего момента 2 (гидротрансформатор), входное звено 3, выходное звено 4 и планетарный редуктор, в состав которого входят планетарные ряды, две фрикционные муфты и четыре фрикционных тормоза.
В коробке передач, согласно изобретения, планетарный редуктор состоит из четырех планетарных рядов. Первый планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 5, водила 6 сателлитов и коронной шестерни 7 (эпицикла). Второй планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 8, водила 9 сателлитов и коронной шестерни 10 (эпицикла). Третий планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 11, водила 12 сателлитов и коронной шестерни 13 (эпицикла). Четвертый планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 14, водила 15 сателлитов и коронной шестерни 16 (эпицикла). Входное звено 3 соединяется фрикционной муфтой 17 с водилом 12 третьего планетарного ряда. Входное звено 3 соединяется фрикционной муфтой 18 с солнечной шестерней 11 третьего планетарного ряда.
Солнечная шестерня 5 первого планетарного ряда соединяется с картером 1 коробки передач фрикционным тормозом 19. Фрикционный тормоз 20 соединяет с картером 1 коробки передач связанные между собой водило 6 первого планетарного ряда и коронную шестерню 10 второго планетарного ряда. Фрикционный тормоз 21 соединяет солнечную шестерню 14 четвертого планетарного ряда с картером 1 коробки передач. Солнечная шестерня 11 третьего планетарного ряда соединяется с картером 1 коробки передач фрикционным тормозом 22.
Такое выполнение коробки передач по сравнению с известными коробками передач, состоящими из четырех рядов типа HYUNDAY и др., позволяет получить десять передач переднего хода и одну передачу заднего хода, используя для этого четыре планетарных ряда и шесть фрикционных элементов управления.
Оснащение коробки передач десятью передачами переднего хода позволило внести изменения в передаточные отношения и порядок попарного включения фрикционных элементов управления. Изменение конструкции и параметров солнечной шестерни, водила, сателлитов и зубчатых колес планетарного ряда позволило расширить диапазон коробки передач до 6,286, а так же позволит использовать при различных режимах движения только часть передач, не ухудшая тяговых характеристик.
Предлагаемая, согласно изобретения, автоматическая коробка передач работает следующим образом.
После начала движения транспортного средства последовательным переключением передач от 1-й до 10-й осуществляется его разгон до требуемой скорости движения. При нахождении коробки передач в нейтральном положении ни один из фрикционных элементов управления не включен.
На первой передаче включаются тормоз 20 и тормоз 21, то есть угловая скорость жестко связанных между собой или выполненных заодно водила 6 первого планетарного ряда и коронной шестерни 10 второго планетарного ряда равна нулю, а также угловая скорость жестко связанных между собой или выполненных заодно водила 12 третьего планетарного ряда и солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда равна нулю.
Крутящий момент с входного звена 3 передается на солнечную шестерню 8 второго планетарного ряда, далее передается на жестко связанные между собой водило 9 второго планетарного ряда, коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда и коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда. С коронной шестерни 16 четвертого планетарного ряда крутящий момент передается на водило 15 четвертого планетарного ряда и связанное с ним выходное звено 4.
При переключении на вторую передачу выключается тормоз 21 и включается тормоз 22, тормоз 20 остается включенным. Таким образом, угловая скорость солнечной шестерни 11 третьего планетарного ряда равна нулю, а угловая скорость жестко связанных между собой или выполненных заодно водила 6 первого планетарного ряда и коронной шестерни 10 второго планетарного ряда равна нулю.
Крутящий момент с входного звена 3 передается на солнечную шестерню 8 второго планетарного ряда, далее передается на жестко связанные между собой водило 9 второго планетарного ряда и коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда, на которой разделяется и передается на водило 12 третьего планетарного ряда и жестко связанную с ним солнечную шестерню 14 четвертого планетарного ряда, а так же на коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда. Потоки объединяются на водиле 15 четвертого планетарного ряда и связанном с ним выходном звене 4.
При переключении на третью передачу выключается тормоз 22 и включается муфта 18, тормоз 20 остается включенным. Таким образом, угловая скорость жестко связанных между собой или выполненных заодно водила 6 первого планетарного ряда и коронной шестерни 10 второго планетарного ряда равна нулю, а угловая скорость входного звена 3 равна угловой скорости солнечной шестерни 11 третьего планетарного ряда.
Крутящий момент с входного звена 3 разделяется и через включенную фрикционную муфту 18 предается на солнечную шестерню 11 третьего планетарного ряда, а так же на солнечную шестерню 8 второго планетарного ряда, с которой передается на связанные водило 9 второго планетарного ряда и коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда. На коронной шестерне 13 третьего планетарного ряда крутящий момент разделяется и передается на коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда, а так же, соединяясь на водиле 12 третьего планетарного ряда с потоком, идущим с солнечной шестерни 11 третьего планетарного ряда, передается на солнечную шестерню 14 четвертого планетарного ряда. Потоки объединяются на водиле 15 четвертого планетарного ряда и связанном с ним выходном звене 4.
При переключении на четвертую передачу выключается тормоз 20 и муфта 18 и включается тормоз 19 и тормоз 21. Таким образом, угловая скорость солнечной шестерни 5 первого планетарного ряда равна нулю, а угловая скорость жестко связанных между собой или выполненных заодно водила 12 третьего планетарного ряда и солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда равна нулю.
Крутящий момент с входного звена 3 передается на солнечную шестерню 8 второго планетарного ряда, далее на водило 9 второго планетарного ряда, на котором разделяется, и через коронную шестерню 10 второго планетарного ряда передается на водило 6 первого планетарного ряда, а с него через коронную шестерню 7 первого планетарного ряда на водило 9 второго планетарного ряда, а так же на коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда и коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда. С коронной шестерни 16 четвертого планетарного ряда крутящий момент передается на водило 15 четвертого планетарного ряда и связанное с ним выходное звено 4.
При переключении на пятую передачу выключаются тормоз 19 и тормоз 21 и включаются тормоз 20 и муфта 17. Таким образом, угловая скорость жестко связанных между собой или выполненных заодно водила 6 первого планетарного ряда и коронной шестерни 10 второго планетарного ряда равна нулю, а угловая скорость входного звена 3 равна угловой скорости жестко связанных между собой или выполненных заодно водила 12 третьего планетарного ряда и солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда.
Крутящий момент с входного звена 3 разделяется и через включенную фрикционную муфту 17 предается на водило 12 третьего планетарного ряда и на жестко связанную с ней солнечную шестерню 14 четвертого планетарного ряда, а так же на солнечную шестерню 8 второго планетарного, далее передается на жестко связанные между собой водило 9 второго планетарного ряда, коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда и коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда. Потоки объединяются на водиле 15 четвертого планетарного ряда и связанном с ним выходном звене 4.
При переключении на шестую передачу выключаются тормоз 20 и муфта 17 и включаются тормоз 19 и тормоз 22. Таким образом, угловая скорость солнечной шестерни 5 первого планетарного ряда равна нулю, а так же угловая скорость солнечной шестерни 11 третьего планетарного ряда равна нулю.
Крутящий момент с входного звена 3 передается на солнечную шестерню 8 второго планетарного ряда, далее на водило 9 второго планетарного ряда, на котором разделяется, и через коронную шестерню 10 второго планетарного ряда передается на водило 6 первого планетарного ряда, а с него через коронную шестерню 7 первого планетарного ряда на водило 9 второго планетарного ряда. Так же крутящий момент с водила 9 второго планетарного ряда передается на коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда, на которой разделяется, и передается на коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда, а также через водило 12 третьего планетарного ряда передается на солнечную шестерню 14 четвертого планетарного ряда. Потоки объединяются на водиле 15 четвертого планетарного ряда и связанном с ним выходном звене 4.
При переключении на седьмую передачу выключается тормоз 22 и включается муфта 18, тормоз 19 остается включенным. Таким образом, угловая скорость солнечной шестерни 5 первого планетарного ряда равна нулю, а так же угловая скорость входного звена 3 равна угловой скорости солнечной шестерни 11 третьего планетарного ряда.
Крутящий момент с входного звена 3 разделяется и через включенную фрикционную муфту 18 передается на солнечную шестерню 11 третьего планетарного ряда, а так же на солнечную шестерню 8 второго планетарного ряда и далее на водило 9 второго планетарного ряда, на котором разделяется, и передается на коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда, а так же через коронную шестерню 10 второго планетарного ряда крутящий момент передается на водило 6 первого планетарного ряда, а с него через коронную шестерню 7 первого планетарного ряда передается на водило 9 второго планетарного ряда. На коронной шестерне 13 третьего планетарного поток крутящего момента разделяется и передается на коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда, а так же через водило 12 третьего планетарного ряда, соединившись с потоком от муфты 18, передается на солнечную шестерню 14 четвертого планетарного ряда. Потоки объединяются на водиле 15 четвертого планетарного ряда и связанном с ним выходном звене 4.
При переключении на восьмую передачу выключается муфта 18 и включается муфта 17, тормоз 19 остается включенным. Таким образом, угловая скорость солнечной шестерни 5 первого планетарного ряда равна нулю, а угловая скорость входного звена 3 равна угловой скорости жестко связанных между собой или выполненных заодно водила 12 третьего планетарного ряда и солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда.
Крутящий момент с входного звена 3 разделяется и передается на солнечную шестерню 8 второго планетарного ряда, а так же через включенную фрикционную муфту 17 передается на водило 12 третьего планетарного ряда и на жестко соединенную с ним солнечную шестерню 14 четвертого планетарного ряда. С солнечной шестерни 8 второго планетарного ряда крутящий момент передается на водило 9 второго планетарного ряда, на котором разделяется, и передается на жестко связанные коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда, на коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда, а так же на коронную шестерню 10 второго планетарного ряда, с которой крутящий момент передается на водило 6 первого планетарного ряда, а с него через коронную шестерню 7 первого планетарного ряда на водило 9 второго планетарного ряда. Потоки с солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда и коронной шестерни 16 четвертого планетарного ряда объединяются на водиле 15 четвертого планетарного ряда и связанном с ним выходном звене 4.
При переключении на девятую передачу выключается тормоз 19 и включается муфта 18, муфта 17 остается включенной. Таким образом, угловая скорость входного звена 3 равна угловой скорости жестко связанных между собой или выполненных заодно водила 12 третьего планетарного ряда и солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда, а угловая скорость входного звена 3 равна угловой скорости солнечной шестерни 11 третьего планетарного ряда.
Крутящий момент с входного звена 3 через включенную муфту 17 передается на водило 12 третьего планетарного ряда, где разделяется на три потока. Первый поток крутящего момента передается на солнечную шестерню 11 третьего планетарного ряда, а с нее через муфты 17 и 18 на водило 12 третьего планетарного ряда. Второй поток крутящего момента через коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда передается на коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда. Третий поток крутящего момента передается на солнечную шестерню 14 четвертого планетарного ряда. Второй и третий потоки объединяются на водиле 15 четвертого планетарного ряда и связанном с ним выходном звене 4.
При переключении на десятую передачу выключается муфта 18 и включается тормоз 22, муфта 17 остается включенной. Таким образом, угловая скорость входного звена 3 равна угловой скорости жестко связанных между собой или выполненных заодно водила 12 третьего планетарного ряда и солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда, а угловая скорость солнечной шестерни 11 третьего планетарного ряда равна нулю.
Крутящий момент с входного звена 3 через включенную фрикционную муфту 17 предается на водило 12 третьего планетарного ряда, где разделяется, и передается на солнечную шестерню 14 четвертого планетарного ряда, а так же через коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда передается на коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда. Потоки объединяются на водиле 15 четвертого планетарного ряда и связанном с ним выходном звене 4.
На передаче заднего хода включаются муфта 18 и тормоз 21, то есть угловая скорость входного звена 3 равна угловой скорости солнечной шестерни 11 третьего планетарного ряда, а угловая скорость жестко связанных между собой или выполненных заодно водила 12 третьего планетарного ряда и солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда равна нулю.
Крутящий момент с входного звена 3 через муфту 18 передается на солнечную шестерню 11 третьего планетарного ряда, с нее - на коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда и жестко связанную с ней коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда. С коронной шестерни 16 четвертого планетарного ряда крутящий момент передается на водило 15 четвертого планетарного ряда и связанное с ним выходное звено 4.
Настоящее изобретение позволяет в коробках передач, имеющих четыре планетарных ряда, обеспечивающих пять передач переднего хода, организовать десять передач переднего хода без увеличения количества планетарных рядов и увеличения степени свободы коробки передач.
Настоящее изобретение промышленно применимо, так как для его реализации не требуется специальной новой технологии и специального оборудования, кроме тех, что используются в машиностроении в производстве редукторов, в том числе и планетарных.
Гидромеханическая коробка передач, содержащая гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор, солнечная шестерня второго планетарного ряда которого связана с выходным звеном гидродинамического преобразователя крутящего момента, а солнечная шестерня четвертого планетарного ряда через фрикционный тормоз - с картером, коронная шестерня второго планетарного ряда связана с водилом первого планетарного ряда и через фрикционный тормоз - с картером, водило четвертого планетарного ряда является выходным звеном коробки передач, отличающаяся тем, что солнечная шестерня первого планетарного ряда связана через фрикционный тормоз с картером, а коронная шестерня первого планетарного ряда связана с водилом второго планетарного ряда, коронная шестерня третьего планетарного ряда соединяется с коронной шестерней четвертого планетарного ряда, водило второго планетарного ряда связано с коронной шестерней третьего планетарного ряда, выходное звено гидродинамического преобразователя крутящего момента связано через фрикционную муфту с солнечной шестерней третьего планетарного ряда, а солнечная шестерня третьего планетарного ряда через фрикционный тормоз связана с картером, солнечная шестерня четвертого планетарного ряда связана с водилом третьего планетарного ряда, выходное звено гидродинамического преобразователя крутящего момента связано через фрикционную муфту с водилом третьего планетарного ряда.
