Планетарная составная коробка передач транспортного средства
Владельцы патента RU 2380596:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к наземной транспортной технике, а конкретно - к планетарным составным коробкам передач быстроходных гусеничных машин, преимущественно с двумя бортовыми коробками передач. Планетарная составная коробка передач образована двумя последовательно соединенными планетарными коробками передач: диапазонной и основной. Диапазонная коробка передач образована двумя трехзвенными планетарными механизмами, первый из которых обеспечивает диапазон передач заднего хода, а второй - диапазон низших передач переднего хода, одной блокировочной муфтой и двумя тормозами. Кинематические характеристики планетарных механизмов диапазонной коробки передач связаны зависимостью K1=1+K2, Основная коробка передач образована двумя планетарными механизмами с кинематическими характеристиками К3 и К4 двумя тормозами и одной блокировочной муфтой. Кинематические характеристики планетарных механизмов диапазонной и основной коробок связаны зависимостями К1≅((1+К3)/К3)3 и
К4≅((1+К3)/К3)2-1. Разбивка диапазонов планетарной составной коробки передач транспортного средства выполнена по закону геометрической прогрессии со знаменателем . Достигается увеличение тяговой мощности и разгонных характеристик транспортного средства. 2 табл., 1 ил.
Изобретение относится к наземной транспортной технике, а конкретно - к трансмиссиям быстроходных гусеничных машин, преимущественно с двумя бортовыми коробками передач.
Известны трансмиссии быстроходных гусеничных машин (основные танки Т-64, Т-72, Т-90 и специальные, например, инженерные машины на их базе) с двумя планетарными бортовыми коробками передач (Военные гусеничные машины: Учебник / Под общ. ред. Э.К.Потемкина / В 4-х т. Т1. Устройство. / Редактор тома B.C.Старовойтов. Кн.2. - М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1990, 336 с. - рис.4.2, с.160 и табл.4.1, с.162). Бортовые планетарные коробки передач трансмиссий перечисленных танков содержат, каждая, один сложный четырехзвенный планетарный механизм, причем в состав сложного планетарного механизма входят три элементарных планетарных механизма, два отдельных элементарных планетарных механизма, четыре фрикционных тормоза основных звеньев и две фрикционные блокировочные муфты, соединяющие между собой основные звенья планетарных механизмов. Коробки передач имеют три степени свободы и поэтому для получения рабочих передач в них требуется одновременно включать, в разных сочетаниях, два тормоза, тормоз и блокировочную муфту, либо две блокировочные муфты. В результате получают семь передач переднего и одну - заднего хода.
Недостатком аналога является возможность получения только одной передачи заднего хода к тому же чрезвычайно замедленной, что существенно ограничивает подвижность машины при ее движении задним ходом.
Другим недостатком аналога является разбивка кинематического диапазона промежуточными передачами по достаточно случайному закону, а не по закону геометрической прогрессии, что объясняется необходимостью соблюдения условий существования планетарных механизмов (соосности, сборки и соседства) и поэтому не позволяет машине с такими коробками передач реализовать максимальную интегральную тяговую мощность и оптимальные разгонные характеристики, т.к. в коробке передач неоправданно разорваны первая и вторая, а также шестая и седьмая передачи и слишком сближены вторая, третья и четвертая передачи переднего хода.
Третьим недостатком аналога является весьма высокая силовая нагруженность управляющих фрикционных элементов (тормозов и блокировочных муфт) коробки передач. Так, например, величина расчетного крутящего момента, нагружающего один из тормозов коробки передач, включаемого для получения передачи заднего хода, в 15,353 раза превышает величину крутящего момента, подводимого от двигателя к ведущему валу коробки передач, что, в частности, требует увеличения суммарной рабочей поверхности дисковых тормозов и значительного форсирования рабочего давления в гидросистеме управления коробками передач при использовании передачи заднего хода. В результате, увеличиваются габариты и масса коробки передач, снижается надежность конструкции.
Четвертым, главным, недостатком аналога является невозможность поворота машины с радиусом, равным половине ее колеи при нулевой скорости поступательного движения геометрического центра машины из-за большой (в 1,76 раз) разницы абсолютных величин передаточных чисел коробки на первой передаче переднего хода и передаче заднего хода, что ограничивает маневренность машины при движении в сложных и стесненных условиях, при необходимости совершать повороты и развороты на площадках минимальных размеров, с минимальным радиусом, определяемым наиболее выступающими частями машины, например, дульным срезом длинноствольной пушки и передними и задними наружными кромками надгусеничных полок. Отметим, что добиться совпадения абсолютных величин передаточных чисел коробки на первой передаче переднего хода и передаче заднего хода целенаправленным подбором иных чисел зубьев зубчатых колес, составляющих планетарную коробку передач-аналог, чем существующие, без изменения кинематической схемы и значительного, совершено неблагоприятного, изменения закона разбивки диапазона переднего хода промежуточными передачами невозможно.
Наиболее близкой к заявляемому изобретению по совокупности схемных признаков и достигаемому техническому эффекту является составная планетарная коробка передач (а.с.1104327 СССР, МКИ F16H 3/44. Планетарная коробка передач. / В.Б.Альгин и др. - №3594937/25-28; заявл. 24.05.83; опубл. 23.07.84, Бюл. №27).
Планетарная составная коробка передач-прототип образована двумя последовательно соединенными посредством промежуточного вала частными планетарными коробками передач: диапазонной и основной. Каждая из этих коробок передач имеет собственное специфическое предназначение.
Первая из них, диапазонная, состоит из двух элементарных трехзвенных планетарных механизмов с двумя фрикционными тормозами, установленными на водиле первого планетарного механизма и на эпициклическом центральном зубчатом колесе второго планетарного механизма. Кроме того, в первой планетарной коробке между солнечным зубчатым колесом и водилом первого планетарного механизма установлена фрикционная блокировочная муфта. Такая схема первой планетарной коробки передач позволяет получить три передачи: одну, замедляющую, заднего хода и две передачи переднего хода - одну замедляющую и одну прямую. Указанные передачи обеспечивают три диапазона работы планетарной составной коробки передач (образованной последовательным соединением двух, достаточно самостоятельных по функциональному назначению планетарных коробок передач): диапазон передач заднего хода, диапазон низших передач переднего хода и диапазон высших передач переднего хода.
Вторая планетарная коробка передач, основная, установленная последовательно за первой, диапазонной, так же как и диапазонная, состоит из двух элементарных планетарных механизмов и трех управляющих фрикционных элементов: двух тормозов и одной блокировочной муфты. Схема основной планетарной коробки передач позволяет получить три передачи одного направления, без реверса, а именно, две замедляющие и одну прямую передачу. Указанные передачи реализуются в каждом из трех диапазонов, обеспечиваемых диапазонной коробкой передач.
Таким образом, известная планетарная составная коробка передач при полном управлении позволяет получить три замедляющие передачи в диапазоне передач заднего хода и шесть передач переднего хода, из которых три замедляющие в диапазоне низших передач и две замедляющие и одну высшую, прямую передачу в диапазоне высших передач переднего хода, (+6; -3).
Планетарные механизмы, образующие вместе с фрикционными управляющими элементами - фрикционными муфтами и тормозами планетарную составную коробку передач, в описании к изобретению-прототипу не вполне корректно именуются планетарными рядами. Этот термин является узкопрофессиональным, устаревшим и поэтому согласно принятой в настоящее время терминологии (Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. Изд 2-е, переработанное и дополненное. / Крайнев А.Ф. - М.: Машиностроение, 1987. - 560 с., ил. См. с.291, статья «Планетарный механизм») в настоящей заявке заменен термином «планетарные механизмы».
Известное техническое решение-прототип устраняет ряд недостатков аналога, таких как недостаточное количество передач заднего хода, и чрезмерную силовую нагруженность управляющих фрикционных элементов.
Недостатками прототипа являются: разбивка кинематического диапазона коробки передач, как и в аналоге, по случайному закону (неоправданно сближены вторая и третья, а также пятая и шестая передачи переднего хода и оторваны друг от друга третья и четвертая передачи) и несовпадение абсолютных величин передаточных чисел коробки на передачах заднего хода и на соответствующих низших передачах переднего хода. Последнее обстоятельство, при использовании прототипа в составе трансмиссии гусеничной машины в качестве бортовых коробок передач, делает невозможным режим вращения машины на месте с нулевой скоростью поступательного движения ее геометрического центра при включении в бортовых коробках передач: одной из передач заднего хода в одной, и соответствующей ей по номеру, низшей передачи переднего хода во второй.
Недостатком прототипа является также наличие фрикционного тормоза на водиле первого планетарного механизма основной планетарной коробки передач (тормозное водило). Этот тормоз включается для получения первой и четвертой передач переднего хода и низшей (первой) передачи заднего хода. При этом указанный планетарный механизм с остановкой водила превращается в простой зубчатый механизм с неподвижными осями всех его зубчатых колес (солнечного, сателлитов и эпициклического), тогда мощность через этот механизм передается только относительными движениями зубчатых колес с существенным снижением коэффициента полезного действия основной коробки передач.
Еще одним недостатком прототипа является установка фрикционной блокировочной муфты диапазонной планетарной коробки передач между водилом и солнечным зубчатым колесом первого планетарного механизма. Такое размещение фрикционной блокировочной муфты предопределяет высокую силовую нагруженность этой муфты при ее включении. Крутящий момент, передаваемый этой муфтой, составляет 132,5% от величины крутящего момента, подводимого от двигателя к ведущему валу планетарной составной коробки передач-прототипа при заявленной в описании к изобретению кинематической характеристике первого планетарного механизма диапазонной коробки передач.
Предлагаемое изобретение позволяет устранить все отмеченные недостатки прототипа.
Техническая задача изобретения - увеличение интегральной тяговой мощности машины и улучшение ее разгонных характеристик, повышение коэффициента полезного действия коробки передач, а также обеспечение возможности вращения машины на месте с нулевой скоростью поступательного движения ее геометрического центра при применении заявляемых коробок передач в качестве бортовых.
Указанная задача решается тем, что планетарная составная коробка передач транспортного средства, содержащая две последовательно соединенные планетарные коробки передач, первая из которых, диапазонная, включает в себя два планетарных механизма с двумя фрикционными тормозами, установленными на водиле первого планетарного механизма, обеспечивающего диапазон передач заднего хода, и на эпициклическом центральном зубчатом колесе второго планетарного механизма, обеспечивающего диапазон низших передач переднего хода, а также с фрикционной блокировочной муфтой, а вторая, основная, включает в себя два планетарных механизма с двумя фрикционными тормозами и одной блокировочной муфтой, в которой, согласно изобретению, в диапазонной планетарной коробке передач первый планетарный механизм выполнен с кинематической характеристикой К1, ровно на единицу большей, чем кинематическая характеристика второго планетарного механизма К2, т.е. К1=1+К2, фрикционная блокировочная муфта установлена между эпициклическим и солнечным центральными зубчатыми колесами первого планетарного механизма, а основная планетарная коробка передач содержит два элементарных планетарных механизма: один с одновенцовыми, а другой с двухвенцовыми сателлитами, причем кинематические характеристики этих планетарных механизмов связаны зависимостью К4≅((1+K3)/K3)2-1, где K4 - кинематическая характеристика планетарного механизма с двухвенцовыми сателлитами, а К3 - кинематическая характеристика планетарного механизма с одновенцовыми сателлитами, планетарный механизм с одновенцовыми сателлитами, ведущим центральным эпициклическим колесом, ведомым водилом и тормозным центральным солнечным колесом снабжен фрикционным тормозом солнечного колеса, а эпициклическое и солнечное колеса связаны между собой фрикционной блокировочной муфтой, планетарный механизм с двухвенцовыми сателлитами, ведущим центральным солнечным колесом, ведомым водилом и тормозным центральным эпициклическим колесом снабжен фрикционным тормозом эпициклического колеса, а кинематические характеристики первого планетарного механизма диапазонной планетарной коробки передач К1 и планетарного механизма с одновенцовыми сателлитами основной планетарной коробки передач К3 связаны между собой зависимостью K1≅((1+K3)/K3)3, кинематический диапазон передач переднего хода dПХ планетарной составной коробки передач транспортного средства связан с кинематической характеристикой К1 первого планетарного механизма диапазонной планетарной коробки передач и с кинематическими характеристиками К3 и К4 планетарных механизмов основной планетарной коробки передач зависимостями dПХ≅((1+K3)/K3)5, dПХ≅K1(1+K4) и dПХ≅(1+K4)2(1+K3)/K3, кинематический диапазон передач заднего хода dЗХ связан с кинематическими характеристиками К3 и К4 планетарных механизмов основной планетарной коробки передач зависимостями dЗХ≅1+К4 и dЗХ≅((1+K3)/K3)2, а знаменатель геометрической прогрессии q, по закону которой выполнена разбивка dПХ и dЗХ, q≅(1+K3)/K3 и .
Благодаря вполне определенному соотношению величин кинематических характеристик первого и второго планетарных механизмов диапазонной планетарной коробки передач, а именно K1=1+К2, обеспечивается точное совпадение абсолютных величин передаточных чисел планетарной составной коробки передач транспортного средства на передачах заднего хода и соответствующих низших передачах переднего хода, что позволяет, при использовании заявляемой планетарной составной коробки передач транспортного средства в составе трансмиссий гусеничных машин в качестве бортовых коробок передач, осуществлять поворот машины на месте с минимальным радиусом поворота, равным половине колеи машины, и с нулевой скоростью поступательного движения, включением в одной бортовой планетарной коробке передач передачи заднего хода, а во второй бортовой планетарной коробке передач соответствующей по номеру передачи переднего хода, чем достигаются одинаковые по величине и противоположно направленные скорости перематывания гусениц по бортам машины, причем этот поворот может выполняться с тремя различными скоростями.
Благодаря установке фрикционной блокировочной муфты между эпициклическим и солнечным центральными зубчатыми колесами первого планетарного механизма диапазонной планетарной коробки передач обеспечивается минимально возможная нагруженность муфты крутящим моментом, в точности равным моменту, подводимому от двигателя к ведущему валу планетарной составной коробки передач.
Благодаря вполне определенным соотношениям величин кинематических характеристик планетарных механизмов, образующих планетарную составную коробку передач транспортного средства K1≅((1+K3)/K3)3 и K4≅((1+K3)/K3)2-1, обеспечивается разбивка кинематического диапазона планетарной составной коробки передач транспортного средства по закону геометрической прогрессии, знаменатель которой 
, что позволяет при движении машины реализовать максимально возможную интегральную тяговую мощность, т.е. достичь наивысших тягово-скоростных показателей во всем диапазоне движения машины и оптимальных разгонных характеристик с максимальным использованием мощностного потенциала двигателя при заданном количестве передач и заданном кинематическом диапазоне планетарной составной коробки передач транспортного средства.
Благодаря вполне определенным соотношениям величин кинематических характеристик планетарных механизмов и кинематических диапазонов dПХ и dЗХ планетарной составной коробки передач транспортного средства при движении машины передним ходом dПХ≅((1+K3)/K3)5, dПХ≅K1(1+K4), dПХ≅(1+K4)2(1+K3)/К3 и задним ходом dЗХ=((1+K3)/K3)2=1+K4, для планетарной коробки передач транспортного средства +6; -3 обеспечивается возможность подбора значений кинематических характеристик и затем чисел зубьев зубчатых колес всех планетарных механизмов при синтезе схем составных планетарных коробок передач на заданные величины кинематических диапазонов при создании трансмиссий вновь проектируемых машин и при модернизации трансмиссий существующих машин.
Благодаря отсутствию в основной планетарной коробке передач тормозных (снабженных тормозами) водил планетарных механизмов, обеспечивается передача мощности в этой коробке передач двумя движениями: переносным и относительным на непрямых передачах и только переносным на прямой передаче, что позволяет получить более высокие значения коэффициентов полезного действия заявляемой планетарной составной коробки передач транспортного средства, особенно на передачах переднего хода, по сравнению с прототипом.
Планетарная составная коробка передач транспортного средства (гусеничной машины), предлагаемая в качестве изобретения, поясняется чертежом. На чертеже показана кинематическая схема планетарной составной коробки передач транспортного средства на девять передач, из которых шесть передач переднего и три - заднего хода (+6; -3).
Заявляемая планетарная составная коробка передач транспортного средства, как и прототип, включает в себя две последовательно соединенные частные планетарные коробки передач: А - диапазонную и Б - основную.
Диапазонная коробка передач А включает в себя ведущий вал 1, являющийся ведущим и для всей планетарной составной коробки передач транспортного средства, первый планетарный механизм, обеспечивающий диапазон передач заднего хода, с центральным солнечным зубчатым колесом 2, водилом 3, центральным эпициклическим зубчатым колесом 4 и одновенцовыми сателлитами 5, второй планетарный механизм, обеспечивающий диапазон низших передач переднего хода с центральным солнечным зубчатым колесом 6, водилом 7, центральным эпициклическим зубчатым колесом 8 и одновенцовыми сателлитами 9, фрикционный тормоз 10 водила 3, фрикционный тормоз 11 эпициклического колеса 8, фрикционную блокировочную муфту 12, связывающую между собой ведущий вал 1 и соединительный вал 13, являющийся для диапазонной коробки передач А ведомым. Ведущий вал 1 постоянно и жестко связан с солнечными зубчатыми колесами 2 и 6. Соединительный вал 13 постоянно и жестко связан с эпициклическим зубчатым колесом 4 и водилом 7. Первый и второй планетарные механизмы диапазонной коробки передач А имеют кинематические характеристики K1 и K2, представляющие собой отношения чисел зубьев эпициклических 4 и 8 и солнечных 2 и 6 зубчатых колес, т.е. K1=Z4/Z2 и K2=Z8/Z6; где Z4, Z2 - числа зубьев, соответственно, эпициклического колеса 4 и солнечного колеса 2 первого планетарного механизма заднего хода, Z8, Z6 - числа зубьев, соответственно, эпициклического колеса 8 и солнечного колеса 6 второго планетарного механизма низших передач переднего хода. Основная коробка передач Б включает в себя соединительный вал 13, являющийся для основной коробки передач Б ведущим, два планетарных механизма, первый, обеспечивающий диапазон передач заднего хода, с центральным солнечным зубчатым колесом 14, водилом 15, центральным эпициклическим зубчатым колесом 16 и одновенцовыми сателлитами 17, второй, обеспечивающий диапазон низших передач переднего хода, с центральным солнечным зубчатым колесом 18, водилом 19, центральным эпициклическим зубчатым колесом 20 и двухвенцовыми сателлитами 21, фрикционный тормоз 22 солнечного зубчатого колеса 14, фрикционный тормоз 23 эпициклического зубчатого колеса 20, фрикционную блокировочную муфту 24, связывающую между собой солнечное зубчатое колесо 14 и соединительный вал 13. Ведомый вал 25, являющийся ведомым и для всей планетарной составной коробки передач транспортного средства, постоянно и жестко связан с эпициклическим зубчатым колесом 16 и водилом 19.
Соединительный вал 13 постоянно и жестко связан с эпициклическим зубчатым колесом 16 и солнечным зубчатым колесом 18.
Планетарный механизм с одновенцовыми сателлитами 17 основной коробки передач Б имеет кинематическую характеристику K3, представляющую собой отношение числа зубьев эпициклического зубчатого колеса 16 и числа зубьев солнечного зубчатого колеса 14, т.е. K3=Z16/Z14; где Z16, Z14 - числа зубьев, соответственно, эпициклического колеса 16 и солнечного колеса 14 планетарного механизма с одновенцовыми сателлитами 17.
Планетарный механизм с двухвенцовыми сателлитами 21 основной коробки передач Б имеет кинематическую характеристику K4, представляющую собой отношение произведения чисел зубьев эпициклического зубчатого колеса 20 и венца сателлита 21, находящегося в зацеплении с солнечным зубчатым колесом 18, к произведению чисел зубьев солнечного зубчатого колеса 18 и венца сателлита 21, находящегося в зацеплении с эпициклическим зубчатым колесом 20, т.е. K4=Z20Z21(18)/Z18Z21(20); Z20, Z18 - числа зубьев, соответственно, эпициклического колеса 20 и солнечного колеса 18 планетарного механизма с двухвенцовыми сателлитами 21, Z21(18), Z12(20) - числа зубьев, соответственно, венца сателлита 21, зацепленного с солнечным колесом 18, и венца сателлита 21, зацепленного с эпициклическим колесом 20.
В настоящей заявке применены термины «ведущий вал» и «ведомый вал», согласно терминологии из статей «Коробка передач» и «Коробка скоростей», с.230-231, в книге Политехнический словарь. / под ред. И.И.Артоболевского. - М.: Советская энциклопедия, 1976. - 608 с., ил.
Для заявляемой планетарной составной коробки передач транспортного средства на девять передач, из которых шесть передач переднего и три - заднего хода (+6; -3), - пример подбора чисел зубьев зубчатых колес, величины кинематических характеристик планетарных механизмов, количество сателлитов и центральные углы их установки на водилах представлены в таблице 1.
| Таблица 1 | ||||
| Коробка передач | Числа зубьев зубчатых колес планетарных механизмов | Кинематические характеристики планетарных механизмов | Количество сателлитов в планетарных механизмах | Центральные углы установки сателлитов |
| диапазон-ная А | солнце 2 |
|
4 | 90° |
| 20 | ||||
| сателлит 5 | ||||
| 26 | ||||
| эпицикл 4 | ||||
| 72 | ||||
| солнце 6 |
|
4 или 6 | чередующиеся углы 88,0° и 92,0° или 60° | |
| 25 | ||||
| сателлит 9 | ||||
| 20 | ||||
| эпицикл 8 | ||||
| 65 | ||||
| основная Б | солнце 14 |
|
4 или 6 | чередующиеся углы 88,36(36)° и 91,63(63)° или чередующиеся углы 58,909° и 61,091° |
| 39 | ||||
| сателлит 17 | ||||
| 16 | ||||
| эпицикл 16 | ||||
| 71 | ||||
| солнце 18 |
|
4 | чередующиеся углы 88,0° и 92,0° | |
| 30 | ||||
| двухвенцовый сателлит 21 | ||||
| 15 и 25 | ||||
| эпицикл 20 | ||||
| 70 |
Заявляемая планетарная составная коробка передач транспортного средства +6; -3 работает следующим образом.
Перед началом движения машины планетарная составная коробка передач транспортного средства находится в нейтральном состоянии, т.е. все управляющие фрикционные элементы диапазонной коробки передач А выключены, а в основной коробке передач Б включен тормоз 23. При этом обеспечивается свободный запуск двигателя и его прогрев при неподвижной машине, т.к. в диапазонной коробке передач А сохраняются две степени свободы (нейтраль). Поэтому упомянутый тормоз 23 может быть выполнен нормально включенным, т.е. быть включенным посредством замыкающих пружин при отсутствии специального управляющего воздействия на выключение этого тормоза со стороны системы управления движением машины. При нейтральном состоянии планетарной составной коробки передач транспортного средства возможно движение машины на свободном выбеге (накатом) и буксировка машины как с работающим, так и с заглушенным двигателем. При невозможности использования штатных средств запуска двигателя, для обеспечения запуска двигателя машины ее буксировкой или скатыванием под уклон, следует предусмотреть возможность дублирующего (механического) включения в диапазонной коробке передач А тормоза 11 при запуске на переднем ходу и тормоза 10 при запуске на заднем ходу с нормально включенным, в обоих случаях, тормозом 23 основной коробки передач Б.
Для обеспечения торможения машины, например стояночного, с работающим или неработающим двигателем, целесообразно предусмотреть возможность дублирующего (механического) включения в основной коробке передач Б тормоза 22 в дополнение к нормально включенному тормозу 23.
Для трогания машины с места задним ходом следует включить в диапазонной коробке передач А тормоз 10. В основной коробке Б остается включенным управляющий фрикционный элемент, обеспечивавший нейтральное состояние всей планетарной составной коробки передач транспортного средства до начала движения. Таким образом, будут включены два тормоза: 10 и 23, что обеспечивает движение машины на первой передаче заднего хода IЗX. В диапазонной коробке передач А мощность передается с ведущего вала 1 только через планетарный механизм с ведущим солнечным колесом 2 на ведомое эпициклическое колесо 4 при остановленном, посредством тормоза 10, водилом 3 и, далее, на промежуточный вал 13. Описанная ситуация в диапазонной коробке передач А будет иметь место во всем диапазоне, на всех трех передачах заднего хода. Кинематическая передаточная функция диапазонной коробки передач А на заднем ходу будет равна кинематической характеристике планетарного механизма заднего хода, взятой со знаком «минус» (-K1). Под кинематической передаточной функцией понимают зависимость передаточного числа планетарной коробки передач от кинематических характеристик незаблокированных нагруженных элементарных планетарных механизмов этой же коробки, формирующих данную передачу (см. табл.1). Основная коробка передач Б на первой передаче заднего хода (IЗX) работает следующим образом. Мощность передается с промежуточного вала 13 через планетарный механизм с двухвенцовыми сателлитами 21, с ведущим солнечным колесом 18, ведомым водилом 19 и заторможенным посредством включенного тормоза 23 солнечным колесом 20, при этом кинематическая передаточная функция основной коробки передач Б будет 1+K4. Общая кинематическая передаточная функция планетарной составной коробки передач транспортного средства +6; -3 на передаче I3X будет равна произведению кинематических передаточных функций коробок передач А и Б, т.е. -K1(1+K4). Мощность от планетарной составной коробки передач транспортного средства отводится по ведомому валу 25.
При переключении планетарной составной коробки передач транспортного средства на вторую передачу заднего хода (IIЗX), необходимо выключить предшествующую, первую передачу заднего хода в основной коробке передач Б, для чего в ней выключается тормоз 23. После этого необходимо включить тормоз 22. В диапазонной коробке передач А остается включенным тормоз 10. В основной коробке передач Б мощность передается через планетарный механизм с одновенцовыми сателлитами 17 с ведущим эпициклическим колесом 16, ведомым водилом 15 и заторможенным посредством включенного тормоза 22 солнечным колесом 14, при этом кинематическая передаточная функция основной коробки передач Б будет (1+K3)/K3. Общая кинематическая передаточная функция планетарной составной коробки передач транспортного средства на передаче IIЗX будет равна произведению кинематических передаточных функций коробок передач А и Б, т.е. -K1(1+K3)/K3.
При переключении планетарной составной коробки передач транспортного средства на третью передачу заднего хода (IIIЗX), необходимо выключить предшествующую, вторую передачу заднего хода в основной коробке передач Б, для чего в ней выключается тормоз 22. После этого необходимо включить блокировочную фрикционную муфту 24. В диапазонной коробке передач А остается включенным тормоз 10. В основной коробке передач Б мощность передается через заблокированный посредством включенной фрикционной блокировочной муфты 24 планетарный механизм с одновенцовыми сателлитами 17 на ведомый вал 25, при этом кинематическая передаточная функция основной коробки передач Б будет 1,0. Общая кинематическая передаточная функция планетарной составной коробки передач транспортного средства на передаче IIЗX будет равна произведению кинематических передаточных функций коробок передач А и Б, т.е. - K1. Третья передача заднего хода (IIIЗX) для планетарной составной коробки транспортного средства +6; -3 является высшей.
Для трогания машины с места передним ходом следует включить в диапазонной коробке передач А тормоз 11, при этом обеспечивается диапазон низших передач переднего хода. В основной коробке передач Б остается включенным управляющий фрикционный элемент, обеспечивавший нейтральное состояние всей планетарной составной коробки передач транспортного средства до начала движения. Таким образом, в планетарной составной коробке передач транспортного средства +6; -3 будут включены два тормоза: 11 и 23, что обеспечивает движение машины на первой передаче переднего хода (I). В диапазонной коробке передач А мощность передается только через планетарный механизм переднего хода с остановленным, посредством тормоза 11, эпициклическим колесом 8, ведущим солнечным колесом 6 и ведомым водилом 7, а планетарный механизм заднего хода не нагружен и работает в режиме холостой прокрутки. Кинематическая передаточная функция диапазонной коробки передач А на всех трех передачах диапазона низших передач переднего хода будет
1+K2.
Основная коробка передач Б на первой передаче переднего хода (I) работает следующим образом. В основной коробке передач Б передача мощности осуществляется точно так же, как и на первой передаче заднего хода, только с противоположно направленными угловыми скоростями звеньев планетарного механизма с двухвенцовыми сателлитами 21 и противоположно направленными крутящими моментами, нагружающими эти звенья. Общая кинематическая передаточная функция планетарной составной коробки передач транспортного средства на первой передаче переднего хода (I) будет равна произведению кинематических передаточных функций коробок передач А и Б, т.е. (1+K2)+(1+K4).
При переходе на вторую передачу переднего хода (II), переключение фрикционных управляющих элементов производится точно так же, как и на заднем ходу, при неизменном состоянии диапазонной коробки передач А. Кинематическая передаточная функция составной планетарной коробки передач транспортного средства на второй передаче переднего хода (II) будет (1+K2)(1+K3)/K3.
При переходе на третью передачу переднего хода (III), переключение фрикционных управляющих элементов производится точно так же, как и на заднем ходу, при неизменном состоянии диапазонной коробки передач А. Кинематическая передаточная функция планетарной составной коробки передач транспортного средства на третьей передаче переднего хода (II) будет 1+K2.
Диапазон низших передач переднего хода для планетарной составной коробки передач транспортного средства +6; -3 исчерпан.
Для перевода планетарной составной коробки передач транспортного средства в диапазон высших передач переднего хода необходимо в основной коробке передач Б включить нейтраль, одновременно выключив тормоз 11 в диапазонной коробке передач А. Затем в диапазонной коробке передач А включается фрикционная блокировочная муфта 12, которая обеспечивает полную блокировку всех основных звеньев планетарных механизмов диапазонной коробки передач А (прямая передача). Кинематическая передаточная функция диапазонной коробки передач А в диапазоне высших передач переднего хода будет 1,0. Мощность в коробке передач А будет передаваться с ведущего вала 1 через включенную блокировочную муфту 12 и, далее, по промежуточному валу 13 в коробку передач Б. Заблокированные планетарные механизмы коробки передач А в передаче мощности не участвуют, так как полностью разгружены от крутящих моментов. В основной коробке передач Б следует включить тормоз 23. После указанных манипуляций с фрикционными управляющими элементами, планетарная составная коробка передач транспортного средства будет работать на четвертой передаче переднего хода (IV) с кинематической передаточной функцией 1+K4.
Для перехода на пятую передачу переднего хода (V) в основной коробке передач Б следует выключить тормоз 23 и включить тормоз 22. В результате, в планетарной составной коробке передач транспортного средства +6; -3 получают пятую передачу (V) переднего хода с кинематической передаточной функцией (1+K3)/K3.
Для перехода на шестую, высшую, передачу переднего хода (VI) в основной коробке передач Б следует выключить тормоз 22 и включить блокировочную фрикционную муфту 24. В результате, в полностью заблокированной планетарной составной коробке передач транспортного средства +6; -3 получают прямую высшую шестую (VI) передачу переднего хода с кинематической передаточной функцией 1,0.
Диапазон высших передач переднего хода для планетарной составной коробки передач +6; -3 исчерпан.
Управление основной планетарной коробкой передач Б в каждом из трех диапазонов, обеспечиваемых диапазонной планетарной коробкой передач А (заднего хода, низших передач переднего хода и высших передач переднего хода), абсолютно одинаково, что упрощает управляющий алгоритм и устройство системы управления коробкой передач.
Передачи можно переключать не только в восходящем порядке, как описано, но и в нисходящем, как и в любых известных и применяемых коробках передач. Возможно также управление свободным выбором передач (переключение на несмежные передачи), если возникает такая необходимость, и имеются для этого возможности, как по условиям движения машины, так и по функциям системы управления коробкой передач.
Закон управления планетарной составной коробкой передач транспортного средства +6; -3 (номенклатура тормозов и блокировочных муфт, включаемых на каждой рабочей передаче, нейтрали и режиме торможения), кинематические передаточные функции, устанавливающие взаимно однозначные зависимости между передаточными числами коробки передач и кинематическими характеристиками планетарных механизмов, образующих эту коробку передач, расчетные значения передаточных чисел коробки передач и величины расчетных коэффициентов полезного действия (КПД) на каждой рабочей передаче представлены в таблице 2.
| Таблица 2 | |||||||||
| Передача | Закон управления коробкой передач | Кинематические передаточные функции | Передаточное число | КПД | |||||
| А | Б | ||||||||
| тормоз 10 | тормоз 11 | муфта 12 | тормоз 22 | тормоз 23 | муфта 24 | ||||
| IIIЗX | + | + | -K1 | -3,60 | 0,97 | ||||
| IIЗX | + | + | -K1(1+K3)/K3 | -5,58 | 0,96 | ||||
| IЗX | + | + | -K1(1+K4) | -8,64 | 0,93 | ||||
| Нейтр. | + | - | ∞ | - | |||||
| I | + | + | (1+K2)(1+K4) | 8,64 | 0,94 | ||||
| II | + | + | (1+K2)(1+K3)/K3 | 5,58 | 0,97 | ||||
| III | + | + | 1+K2 | 3,60 | 0,98 | ||||
| IV | + | + | 1+K4 | 2,40 | 0,96 | ||||
| V | + | + | (1+K3)/K3 | 1.55 | 0,99 | ||||
| VI | + | + | 1,0 | 1,0 | 1,0 | ||||
| Торм. | + | + | - | ∞ | - | ||||
| Диапазон передач переднего хода dПХ=8,64/1=8,64; | |||||||||
| диапазон передач заднего хода dЗХ=(-8,64)/(-3,6)=2,40, | |||||||||
| знаменатель геометрической прогрессии q≅1,54. |
Предложенная планетарная составная коробка передач транспортного средства может быть применена с наибольшей эффективностью в составе механических и гидромеханических трансмиссий гусеничных машин преимущественно промежуточной по массе категории, а также основных боевых танков и машин на их базе с двумя бортовыми коробками передач с дизельными и газотурбинными двигателями внутреннего сгорания, так как они способны обеспечить машине режим вращения на месте с нулевой скоростью поступательного движения и, кроме того, способны в полной мере выполнять функции главной муфты сцепления, механизма поворота, остановочных и стояночных тормозов, вследствие чего необходимость наличия указанных специализированных устройств в составе трансмиссии полностью отпадает. Кроме того, предложенная планетарная составная коробка передач транспортного средства обеспечивает машине высокую подвижность передним и задним ходом, максимальную реализуемую интегральную тяговую мощность и высокие разгонные характеристики при умеренной скоростной и силовой нагруженности звеньев планетарных механизмов и управляющих фрикционных элементов коробки передач.
Предложенная планетарная составная коробка передач транспортного средства вполне может быть использована также и в трансмиссиях быстроходных гусеничных и колесных машин различного назначения с одиночной (центральной) коробкой передач.
Планетарная составная коробка передач транспортного средства, образованная двумя последовательно соединенными планетарными коробками передач, первая из которых, диапазонная, состоит из двух планетарных механизмов с двумя фрикционными тормозами, установленными на водиле первого планетарного механизма и на эпициклическом центральном зубчатом колесе второго планетарного механизма, а также с фрикционной блокировочной муфтой, а вторая, основная, состоит из двух планетарных механизмов с двумя фрикционными тормозами и одной блокировочной муфтой, отличающаяся тем, что в диапазонной планетарной коробке передач первый планетарный механизм выполнен с кинематической характеристикой K1, ровно на единицу большей, чем кинематическая характеристика второго планетарного механизма К2, т.е. K1=1+K2, фрикционная блокировочная муфта установлена между эпициклическим и солнечным центральными зубчатыми колесами первого планетарного механизма, а основная планетарная коробка передач содержит два элементарных планетарных механизма: один с одновенцовыми, а другой с двухвенцовыми сателлитами, причем кинематические характеристики этих планетарных механизмов связаны зависимостью К4≅((1+К3)/К3)2-1, где К4 - кинематическая характеристика планетарного механизма с двухвенцовыми сателлитами, а К3 - кинематическая характеристика планетарного механизма с одновенцовыми сателлитами, планетарный механизм с одновенцовыми сателлитами, ведущим центральным эпициклическим колесом, ведомым водилом и тормозным центральным солнечным колесом снабжен фрикционным тормозом солнечного колеса, а эпициклическое и солнечное колеса связаны между собой фрикционной блокировочной муфтой, планетарный механизм с двухвенцовыми сателлитами, ведущим центральным солнечным колесом, ведомым водилом и тормозным центральным эпициклическим колесом снабжен фрикционным тормозом эпициклического колеса, а кинематические характеристики первого планетарного механизма диапазонной планетарной коробки передач K1 и планетарного механизма с одновенцовыми сателлитами основной планетарной коробки передач К3 связаны между собой зависимостью К1≅((1+К3)/К3)3, кинематический диапазон передач переднего хода dПХ планетарной составной коробки передач транспортного средства связан с кинематической характеристикой K1 первого планетарного механизма диапазонной планетарной коробки передач и с кинематическими характеристиками К3 и К4 планетарных механизмов основной планетарной коробки передач зависимостями dПХ≅((1+К3)/К3)5, dПХ=K1(1+K4) и dПХ≅(1+K4)2(1+K3)/К3, кинематический диапазон передач заднего хода dЗХ связан с кинематическими характеристиками К3 и К4 планетарных механизмов основной планетарной коробки передач зависимостями dЗХ≅1+K4 и dЗХ≅((1+K3)/K3)2, а знаменатель геометрической прогрессии q, по закону которой выполнена разбивка dПХ и dЗХ, q≅(1+К3)/К3 и 
.
