Коробка передач

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к трансмиссиям транспортных средств. Коробка передач содержит комплект шестерен постоянного зацепления в качестве блока основных передач и планетарный механизм для дополнительного понижения с умножением основной низкой передачи. Все ведомые шестерни комплекта и планетарный механизм (ПМ) размещены на выходном валу коробки и ведущее звено ПМ - солнечная или коронная шестерня - имеет неразъемное жесткое соединение с ведомой шестерней основной низкой передачи. Технический результат заключается в упрощении кинематики передачи и снижении механических потерь. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и предназначено для использования в различных модификациях трансмиссий транспортных средств с разнообразными схемами привода ведущих колес.

Известны коробки передач с входным и выходным валами, комплектом из нескольких пар зацепленных между собой шестерен и трехзвенным планетарным механизмом, например по авторским свидетельствам SU 1150106, 1985 г. и 1283123, 1987 г., патенту RU 2254507, 2003 г., книге: П.П.Лукин, Г.А.Гаспарянц, В.Ф.Родионов. «Конструирование и расчет автомобиля». Москва, «Машиностроение», 1984 г., с.98, рис.51, в которых планетарный механизм изменяет передаточное число, образуемое парами шестерен, обеспечивая изменение крутящего момента (М_кр.).

Из них наиболее близким аналогом (прототипом) изобретения по числу совпадающих существенных признаков является коробка передач (КП) по авторскому свидетельству SU 1283123, 1987 г., содержащая соосные входной и выходной валы, параллельный им промежуточный вал, а также комплект из трех пар постоянно зацепленных между собой шестерен, трехзвенный планетарный механизм и управляемые муфты, в том числе для выборочного подключения ведущего звена планетарного механизма к одной из шестерен комплекта, ведомого звена к выходному валу и остановки при этом соответствующего выбору его третьего звена.

В прототипе образование всех передач с трансформацией М_кр. осуществляется совместным участием пар цилиндрических шестерен и планетарного механизма, что позволило сократить число пар шестерен. При этом прототип имеет следующие недостатки:

- снижена надежность коробки передач, поскольку в трансформации и передаче крутящего момента участвует увеличенное количество кинематических звеньев - шестерен, муфт, валов;

- снижен КПД, поскольку механические потери в зацеплениях пар шестерен и планетарного механизма суммируются;

- усложнено и требует повышенных энергетических затрат переключение передач из-за необходимости одновременного и согласованного переключения нескольких муфт.

Задача, решаемая изобретением, направлена на создание компактных КП с повышенными эксплуатационной надежностью и КПД, в частности, для транспортных средств (ТС) повышенной проходимости и/или универсального по дорожным и климатическим условиям назначения.

Технический результат, получаемый от использования изобретения, заключается в упрощении кинематических цепей передачи М_кр, снижении механических потерь на основных передачах, упрощении механизма переключения.

Сущность изобретения состоит в том, что в КП, содержащей, по меньшей мере, два вала: входной и выходной, комплект из нескольких пар зацепленных между собой шестерен, трехзвенный планетарный механизм с ведущим звеном, связанным с шестерней комплекта, и управляемые муфты для выборочного подключения ведомого звена планетарного механизма к выходному валу и остановки при этом его третьего звена, в отличие от известных аналогов, комплектом шестерен образован основной блок передач, в котором все ведомые шестерни расположены на едином валу, являющимся выходным валом КП, планетарный механизм установлен на общем с ведомыми шестернями валу и его ведущее звено имеет неразъемное жесткое соединение с ведомой шестерней низкой передачи основного блока.

В вариантах исполнения в качестве ведущего звена планетарного механизма служит солнечная шестерня или коронная шестерня.

Установкой планетарного механизма (ПМ) на общем валу с ведомыми шестернями блока основных передач и жестким соединением его ведущего звена - солнечной шестерни или коронной - с ведомой шестерней основной низкой передачи обеспечивается участие ПМ в получении только дополнительной понижающей передачи переднего хода, умножающей передаточное число основной низкой передачи, или передачи заднего хода с приемлемым понижением передаточного числа (из комплекта шестерен при этом могут быть исключены шестерни заднего хода) - это позволяет исключить участие планетарного механизма в трансформации М_кр. на основных передачах и, тем самым, упростить кинематику передачи М_кр. и снизить механические потери, сократить количество валов и муфт ПМ, а также исключить взаимозависимость положений муфт переключения блока основных передач и ПМ, чем достигается упрощение переключения КП и управления ТС.

Дополнительные отличия КП:

- выходной вал выполнен полым и в нем размещен вал дополнительного выходного звена КП, например вал ведущей шестерни главной передачи, - это позволяет расширить область распространения КП и использовать их в схеме постоянного полного привода ТС;

- муфты подключения ведомого звена ПМ к выходному валу и остановки его третьего звена выполнены по типу «муфта в муфте» и сблокированы между собой для одновременного осевого перемещения с возможностью при этом независимого вращения, что обеспечивает упрощение механизма переключения.

На представленных чертежах:

на фиг.1 дан общий вид КП (схема), пример исполнения, двухвальная КП с ведущей солнечной шестерней ПМ; на фиг.2 - то же, трехвальная КП; на фиг.3 - то же, двухвальная КП с ведущей коронной шестерней ПМ; на фиг.4 - пример выполнения муфт ПМ.

В корпусе 1 КП размещены: входной вал 2, выходной вал 3, комплект из нескольких, например пяти пар, зацепленных между собой шестерен 4-5, 6-7, 8-9, 10-11, 12-13 и ПМ с солнечной шестерней 14, коронной шестерней 15, водилом 16, сателлитами 17.

Валы 2 и 3 могут быть параллельными друг другу (фиг.1) или соосными (фиг.2), во втором случае в КП имеется промежуточный вал 18.

Комплект шестерен образует блок основных передач, для включения которых служат, например как на представленных чертежах, муфты переключения 19, 20 и 21. Все ведомые шестерни 5, 7, 9, 11 и 13 комплекта размещены на выходном валу 3. ПМ установлен на этом же валу и его ведущее звено имеет постоянное жесткое неразъемное соединение с ведомой шестерней низкой передачи, например выполнено с ней заодно.

В одном варианте исполнения КП ведущим звеном ПМ является солнечная шестерня 14, в другом - коронная шестерня 15. При дополнительной трансформации М_кр. в ПМ для передачи М_кр. на выходной вал 3 к нему с помощью муфты 22 подключается одно из ведомых звеньев ПМ. В первом варианте: водило 16 или на заднем ходу коронная шестерня 15. Во втором варианте - водило 16. Одновременно соответствующее выбору третье звено ПМ останавливается с помощью муфты 23. Муфты 22 и 23 перемещаются вилками 24 и 25, установленными на ползуне 26, связанном с механизмом управления (на чертежах не показан).

В двухвальных КП, предназначенных для ТС с постоянным полным приводом (фиг.1), вал 3 соединен с корпусом межосевого дифференциала 27, выполнен полым и в нем размещен вал 28 для передачи М_кр. на одну из пар ведущих колес. Для передачи М_кр. на другую пару ведущих колес предназначен вал 29.

В представленном на фиг.4 примере муфты ПМ расположены по одну сторону от его шестерен, муфта 23 охватывает муфту 22 и, входя в паз, может перемещать ее, не препятствуя вращению.

Работа КП поясняется на конкретных вариантах исполнения КП:

А - когда ведущим звеном планетарного механизма является солнечная шестерня (п.п.1 и 2 формулы изобретения);

Б - когда ведущим звеном планетарного механизма является коронная шестерня (п.п.1 и 3 формулы изобретения).

Пример А.

Трансформация М_кр. и переключение основных передач осуществляются традиционным способом.

Дополнительная понижающая передача образуется следующим образом.

При перемещении ползуном 26, вилками 24 и 25 муфт 22 и 23 из среднего нейтрального положения в сторону комплекта шестерен коронная шестерня 15 соединяется муфтой 23 с неподвижным элементом, закрепленным на корпусе 1, а водило 16 соединяется муфтой 22 с выходным валом 3. Ведущим звеном планетарной передачи становится солнечная шестерня 14, принимающая М_кр. от ведомой шестерни 5, не связанной с валом 3 при нейтральном положении муфты 19, а ведомым - водило 16, приводимое в движение сателлитами 17 в том же направлении, что и вращение шестерни 5.

Отношение угловой скорости солнечной шестерни ω_c к угловой скорости водила ω_в является дополнительным передаточным числом i_∂ к передаточному числу i₁, уже реализованному на ведомой шестерне 5. Таким образом, суммарное передаточное число i_∑ составит: i_∑=i₁·i_∂.

Передаточное число при остановленной коронной шестерне и ведущей солнечной определяется, как известно, формулой: i_∂=1-р.

При этом где z_к - число зубьев коронной шестерни, z_c - число зубьев солнечной шестерни.

Передача заднего хода образуется следующим образом.

При перемещении ползуном 26, вилками 24 и 25 муфт 22 и 23 в сторону от шестерен комплекта коронная шестерня 15 соединяется муфтой 22 с валом 3 и становится ведомым звеном планетарной передачи, а водило 16 соединяется муфтой 23 с неподвижным элементом, установленным на корпусе 1 КП, и становится неподвижным. Ведущим звеном по-прежнему остается солнечная шестерня 14, и через сателлиты 17 при остановленном водиле 16 вращение передается далее коронной шестерней 15 в обратном по отношению к шестерне 5 направлении.

Передаточное число заднего хода i_з.х. при остановленном водиле и ведущей солнечной шестерне определяется, как известно, формулой: i_з.х.=p.

Таким образом, по абсолютным значениям i_∂ и i_з.х. отличаются на 1. К примеру, если выполнить i_∂=2,5...2,7 (конкретное передаточное число определится выбором чисел зубьев), то для заднего хода i_з.х. дополнительно понижающее i₁, составит -1,5...1,7, что представляет приемлемый компромисс, поскольку пригодно как при маневрировании ТС с использованием дополнительной понижающей передачи переднего хода, так и с использованием в КП первой передачи.

Пример Б.

Трансформация крутящего момента и переключение основных передач осуществляются традиционным способом.

Дополнительная понижающая передача переднего хода образуется перемещением ползуном 26 и вилкой 24 муфты 22 из нейтрального положения, показанного на фиг.3, до соединения с водилом 16. Крутящий момент во включенном положении муфты 22 передается от ведомой шестерни низкой передачи 5 последовательно на коронную шестерню 15, сателлиты 17, водило 16, далее муфту 22 и выходной вал 3. Солнечная шестерня 14 остановлена.

Передаточное число i_∂ для ПМ в этом примере при одинаковом геометрическом параметре p будет меньше, чем в примере А.

Передача заднего хода в этом примере КП образована в составе основного блока передач известным образом.

Предлагаемое решение двух- и трехвальных КП с трехзвенным планетарным механизмом, принимающим М_кр. от ведомой шестерни низкой передачи, позволяет иметь дополнительную понижающую передачу переднего хода, а также пониженную передачу заднего хода.

Наряду с обеспечением повышенных тяговых усилий на ведущих колесах дополнительная понижающая передача обеспечивает движение на особо низких скоростях, что приобретает важное значение в связи с увеличением плотности движения автомобилей. Дополнительная понижающая передача в этих условиях упрощает управление автомобилем и снижает нагруженность сцепления.

Высокая универсальность предлагаемого решения позволяет создавать множество модификаций КП, в частности как для автомобилей с полным приводом, так и с приводом на одну ось, как для полноприводных автомобилей с постоянным приводом всех колес, так и с подключаемым. При этом сохраняется в основе двухвальное или трехвальное исполнение КП, обусловленное схемой основного блока шестерен, что способствует конструктивному упрощению КП, обеспечивает ее компактность и надежность.

При трехвальной КП, агрегатируемой на полноприводных автомобилях с раздаточной коробкой, функции раздаточной коробки сокращаются до основных, т.е. размещения, если предусматривается, межосевого дифференциала и раздачи мощности, что упрощает конструкцию, позволяет оптимизировать схему раздаточной коробки с целью увеличения КПД.

Участие планетарного механизма в трансформации крутящего момента лишь на дополнительной понижающей передаче и/или на заднем ходу, позволяет сохранять высоким КПД на основных передачах, время использования которых является подавляющим. Кроме того, поскольку включение дополнительной понижающей передачи и передачи заднего хода не связано с необходимостью одновременного перемещения муфт, не входящих в планетарный механизм, а включение основных передач не связано с изменением состояния планетарного механизма, обеспечивается легкость переключения и возможность использования единого управляющего элемента для всех передач КП.

1. Коробка передач, содержащая по меньшей мере два вала: входной и выходной, комплект из нескольких пар зацепленных между собой шестерен, трехзвенный планетарный механизм с ведущим звеном, связанным с шестерней комплекта, и управляемые муфты для выборочного подключения ведомого звена планетарного механизма к выходному валу и остановки его третьего звена, отличающаяся тем, что в ней комплектом шестерен образован блок основных передач, в котором все ведомые шестерни расположены на едином валу, являющемся выходным валом коробки, планетарный механизм установлен на общем с ведомыми шестернями валу и его ведущее звено имеет неразъемное жесткое соединение с ведомой шестерней низкой передачи блока основных передач.

2. Коробка передач по п.1, отличающаяся тем, что ведущим звеном планетарного механизма является солнечная шестерня.

3. Коробка передач по п.1, отличающаяся тем, что ведущим звеном планетарного механизма является коронная шестерня.

4. Коробка передач по п.1, отличающаяся тем, что муфты подключения ведомого звена планетарного механизма к выходному валу и остановки его третьего звена выполнены по типу «муфта в муфте» и соединены между собой для одновременного осевого перемещения с возможностью при этом независимого вращения.

5. Коробка передач по п.1, отличающаяся тем, что выходной вал выполнен полым и в нем размещен вал дополнительного выходного звена коробки.