Многоступенчатая автоматическая коробка перемены передач на основе ступенчатого планетарного блока

Устройство относится к механическим трансмиссиям и может использоваться в автомобиле- и тракторостроении. Многоступенчатая коробка перемены передач на основе ступенчатого планетарного блока состоит из входного и выходного валов. На входном валу установлены ступенчатый планетарного блок и планетарный редуктор передачи заднего хода. На выходном валу установлены ведомые зубчатые колеса и центробежный регулятор. Ступенчатый планетарный блок имеет несколько солнечных зубчатых колес, жестко связанных с входным валом и объединенных в блок, по которым вращаются несколько комплектов сателлитов, установленных на общем блоке водил. Кольцевые зубчатые колеса ступенчатого планетарного блока установлены с возможностью свободного вращения на входном валу. Ведущие зубчатые колеса расположены с обоих концов блока водил по два, два из которых связаны с блоком водил жестко, а два связаны с блоком водил через фрикционные муфты включения передач хода вперед. Ведущие зубчатые колеса находятся в зацеплении с соответствующими ведомыми зубчатыми колесами передач хода вперед выходного вала. На внешних кольцах одноходовых муфт и ведущей части фрикционных муфт установлены постоянные магниты и выполнены прорези для фиксатора. В корпусе планетарного редуктора и ведомой части фрикционных муфт установлены датчики скорости вращения и фиксаторы, причем жесткая фиксация внешнего кольца одноходовой муфты производится с помощью фиксатора, управляемого блоком управления по параметрам датчика скорости, передающимся в блок управления. Это повышает КПД многоступенчатой трансмиссии, уменьшает ее габариты и снижает потери мощности на поддержание давления в гидросистеме управления. 5 ил.

 

Устройство относится к механическим трансмиссиям и может использоваться в автомобиле- и тракторостроении.

Многоступенчатая коробка перемены передач на основе ступенчатого планетарного блока фиг.1 состоит из входного и выходного валов. На входном валу установлены ступенчатый планетарного блок - 16 и планетарный редуктор передачи заднего хода - 15. На выходном валу установлены ведомые зубчатые колеса: 4 - зубчатое колесо первой-четвертой передачи; 5 - пятой-восьмой; 9 - девятой-двенадцатой, 11 зубчатое колесо тринадцатой-шестнадцатой передачи, 14 - ведомое зубчатое колесо передачи заднего хода, центробежный регулятор (не показан).

Зубчатые колеса 4, 5, 9 сообщаются с выходным валом через одноходовые муфты 2, 3, 7 соответственно. Зубчатое колесо 11 установлено на выходной вал на ступице 10 свободно, и сообщается с валом через фрикционную муфту - 12, оснащенную механизмом жесткой фиксации. Нажимной диск фрикционной муфты 12 несет дополнительную функцию тормозного барабана и охватывается тормозной лентой стояночного тормоза - 13.

Ведомое зубчатое колесо передачи заднего хода установлено на выходном валу также через одноходовую муфту.

Ступенчатый планетарный блок, фиг.2, установлен на входном валу - 1 и содержит планетарный редуктор, состоящий из блока центральных зубчатых колес - 12, жестко связанного с входным валом, блока водил - 11 с комплектами сателлитов - 10, кольцевых зубчатых колес - 4, установленных с возможностью свободного вращения. На внешней поверхности кольцевых зубчатых колес установлены одноходовые муфты - 8. Внешние кольца одноходовых муфт - 8 имеют прорези для установленных в корпусе фиксаторов - 7 и охватываются тормозными лентами - 6. Тормозные ленты - 9 охватывают непосредственно внешнюю поверхность кольцевых зубчатых колес - 4.

Для определения безопасного момента фиксации внешнего кольца одноходовой муфты служит датчик скорости вращения кольцевой шестерни - 5.

Блок водил - 11 с обоих концов имеет по два зубчатых колеса, являющихся ведущими для первой-четвертой - 2; пятой-восьмой - 3; девятой-двенадцатой - 13 и тринадцатой-шестнадцатой - 14, передач. Зубчатые колеса - 2 и - 14 связаны с блоком водил жестко. Зубчатые колеса - 3 и - 11 связаны с блоком водил через фрикционные муфты 15 и 18 соответственно, включающиеся гидравлически и оснащенные фиксаторами - 17.

Возможное устройство механизма фиксации внешнего кольца одноходовой муфты ступенчатого планетарного блока показано на фиг.3.

Цифрами обозначены:

1 - внешнее кольцо одноходовой муфты с прорезями для фиксатора; 2 - кольцо с постоянными магнитами; 3 - возвратная пружина фиксатора; 4 - фиксатор; 5 - тормозная лента; 6 - датчик скорости вращения внешнего кольца одноходовой муфты; 7 - демпфер.

Возможное устройство механизма жесткой фиксации фрикционной муфты показано на фиг.4.

Цифрами обозначены:

1 - вал; 2 - ведущая часть муфты с прорезями для фиксаторов; 3 - ведущие диски; 4 - ведомые диски; 5 - нажимной диск; 6 - фиксаторы; 7 - ведомая часть муфты; 8 - возвратная пружина; 9 - датчик относительной скорости вращения; 10 - постоянные магниты.

Подробное устройство планетарного редуктора передачи заднего хода показано на фиг.5.

Цифрами обозначены:

1 - кольцевое зубчатое колесо; 2 - ведущий зубчатый венец; 3 - одноходовая муфта; 4 - тормозная лента.

В настоящее время известны автоматические коробки передач на основе планетарных систем Симпсона и Равиньо. Кроме них близки по принципу действия устройства, описанные в патентах RU 2104427 С1 и RU 2131956 С1. Но данные устройства обладают следующими недостатками, от которых свободно патентуемое устройство:

1. Большие габариты как основных деталей, фрикционных муфт в частности, так и самих агрегатов. Применяемый в патентуемом устройстве принцип жесткой фиксации фрикционных муфт и внешних зубчатых колес планетарного редуктора позволяет снизить число, размер и износ трущихся поверхностей, применяемая в патентуемом устройстве компоновка позволяет использовать каждое их четырех ведомых зубчатых колес в четырех различных комбинациях изменения и передачи крутящего момента.

2. Необходимость постоянно поддерживать высокое давление в гидроприводе, что приводит к существенным потерям мощности. Принцип жесткой фиксации позволяет после переключения передачи снижать давление в гидросистеме управления.

3. Сравнительно небольшое число передач и невозможность создания на их базе более простых (дешевых) конструкций. Конструкция патентуемого устройства позволяет создать на его базе модельный ряд более дешевых полуавтоматических коробок передач, когда гидроподжимные муфты зубчатых колес заменены традиционными механическими шлицевыми, а планетарный ступенчатый блок выступает в роли автоматического демультипликатора.

Принцип действия многоступенчатой автоматической коробки перемены передач на основе ступенчатого планетарного блока.

Принцип действия ступенчатого планетарного блока.

Показанный на фиг.2 ступенчатый планетарный блок, в рассматриваемом случае, имеет четыре ступени: три понижающих, и одну прямую.

Крутящий момент с входного вала через блок солнечных зубчатых колес 12 передается на сателлиты 10, сателлиты вращаются вместе с блоком водил 11 и вращают кольцевые зубчатые колеса 4 с установленными на них одноходовыми муфтами 8. Данное положение является нейтральным, так как дальше крутящий момент никуда не поступает.

Поднимаем давление в гидросистеме управления переключением передач и с помощью тормозной ленты 6 останавливаем внешнее кольцо одноходовой муфты 8, а с помощью фиксатора 7 жестко его блокируем относительно корпуса, после чего снижаем давление в гидросистеме. Одноходовая муфта 8 блокируется и останавливает кольцевое зубчатое колесо первой ступени ступенчатого планетарного блока. Сателлиты первой ступени начинают вращаться на осях блока водил и поскольку кольцевое зубчатое колесо остановлено, сателлиты начинают движение внутри него, увлекая за собой блок водил 11. Остальные кольцевые колеса остаются свободными и вращаются вместе с блоком водил и сателлитами следующих ступеней.

Для перехода на более высокую ступень вышеописанным способом останавливаем следующее кольцевое зубчатое колесо. Поскольку оно работает в паре с большим, чем предыдущее, солнечным зубчатым колесом, То блок водил будет вращаться быстрее, увлекая за собой сателлиты и кольцевые зубчатые колеса предыдущей, и последующих ступеней. Внешнее кольцо одноходовой муфты предыдущей ступени останется заторможенным, а одноходовая муфта разблокируется. Переход на пониженные ступени производится в обратном порядке. Режим торможения двигателем осуществляется с помощью тормозных лент 9, останавливающих непосредственно кольцевое зубчатое колесо 4 работающей в этот момент ступени.

Жесткая фиксация внешнего кольца одноходовой муфты производится с помощью фиксатора 4 (фиг.3). Это происходит следующим образом:

Вращаясь относительно корпуса, постоянные магниты 2, установленные на внешнем кольце одноходовой муфты, проходят в непосредственной близости от датчика скорости 6, вызывая в нем электромагнитный импульс, передающийся в блок управления. По силе и частоте импульса можно судить о скорости вращения кольца относительно корпуса. И в момент, когда скорость снизится до безопасно малой, блок управления даст команду на выход фиксатора и жесткую фиксацию внешнего кольца одноходовой муфты 8. При этом, алгоритм управления фиксатором может быть трех видов:

пассивный, когда система ждет, пока скорость вращения внешнего кольца одноходовой муфты упадет под действием сил трения сама;

активный, когда система воздействует на двигатель с целью снижения крутящего момента для скорейшего снижения скорости вращения внешнего кольца одноходовой муфты;

условно активный, когда система заданное время ждет, когда скорость вращения внешнего кольца одноходовой муфты упадет под действием сил трения сама, и если этого не происходит, то воздействует на двигатель с целью уменьшения крутящего момента.

Прямая ступень включается следующим образом:

Блок водил 11 с помощью фрикционной муфты 19, оснащенной фиксаторами 17, соединяется с входным валом. Скорость вращения блока водил и входного вала выравнивается.

Порядок и алгоритм работы фрикционной муфты аналогичен порядку и алгоритму работы ленточных тормозов планетарного ступенчатого блока: подняв давление в гидросистеме управления включаем фрикционную муфту. По относительному перемещению постоянных магнитов 10 (фиг.4), установленных не ведущей части муфты 2 вала 1, относительно датчика 9 на ведомой части муфты 7 определяется момент, когда относительная скорость вращения ведущей части относительно и ведомой становится безопасной для жесткой фиксации, муфта фиксируется с помощью фиксаторов 6, после чего давление в гидросистеме управления снижается до того минимума, при котором возможно торможение двигателем.

Крутящий момент с блока водил планетарного ступенчатого блока через одну из пар зубчатых колес 2 (фиг.2) - 4 (фиг.1); 3 (фиг.2) - 5 (фиг.1); 13 (фиг.2) - 9 (фиг.1); 14 (фиг.2) - 14 (фиг.1), одноходовые муфты 1, 3, 7, фрикционную муфту 12 передается на ведомый вал. Каждая из перечисленных зубчатых пар изменяет крутящий момент, соответствующий своему передаточному отношению.

Таким образом, крутящий момент, исходящий из ступенчатого планетарного блока, может иметь четыре различных значения, и на ведомый вал он может быть передан через четыре, различных по передаточному отношению, зубчатые пары.

Передача заднего хода (фиг.5) работает следующим образом. При отпущенных тормозных лентах планетарного ступенчатого блока с помощью тормозной ленты 4 останавливаем водило планетарного редуктора передачи заднего хода. Крутящий момент с жестко установленной на входном валу солнечного зубчатого колеса через сателлиты передается на кольцевое зубчатое колесо, меняя при этом свое направление. Далее через одноходовую муфту 3 передается на колесо 1 с зубчатым венцом 2 и дальше, - на ведомое зубчатое колесо на выходном валу.

Многоступенчатая автоматическая коробка перемены передач на основе ступенчатого планетарного блока имеет входной вал, на котором установлен планетарный редуктор, на кольцевые зубчатые колеса которого установлены одноходовые муфты, тормозные ленты, ведущие зубчатые колеса, фрикционные муфты включения передач хода вперед, планетарный редуктор передачи заднего хода; выходной вал, на котором через одноходовые муфты установлены ведомые зубчатые колеса передач хода вперед и ведомое зубчатое колесо передачи заднего хода, фрикционные муфты включения режима торможения двигателем и гидравлическую систему управления, отличающаяся тем, что планетарный редуктор выполнен в виде ступенчатого планетарного блока и имеет несколько солнечных зубчатых колес, жестко связанных с входным валом и объединенных в блок, по которым вращаются несколько комплектов сателлитов, установленных на общем блоке водил, кольцевые зубчатые колеса установлены с возможностью свободного вращения на входном валу, ведущие зубчатые колеса расположены с обоих концов блока водил по два, два из которых связаны с блоком водил жестко, а два связаны с блоком водил через фрикционные муфты включения передач хода вперед, включающиеся гидравлически и оснащенные фиксаторами, и находятся в зацеплении с соответствующими ведомыми зубчатыми колесами передач хода вперед выходного вала, одно из которых установлено на выходной вал на ступице свободно, и сообщается с валом через фрикционную муфту, на внешних кольцах одноходовых муфт, установленных на кольцевых зубчатых колесах, и ведущей части фрикционных муфт установлены постоянные магниты и выполнены прорези для фиксатора, а в корпусе планетарного редуктора и ведомой части фрикционных муфт установлены датчики скорости вращения и фиксаторы, причем жесткая фиксация внешнего кольца одноходовой муфты производится с помощью фиксатора, управляемого блоком управления по параметрам датчика скорости, передающимся в блок управления.