Коробка передач транспортного средства

 

Сущность изобретения: на ведущем и ведомом валах размещены шестерни постоянного зацепления. Шестерни одного из валов связаны с последним посредством пакетов чередующихся фрикционных дисков с наружным и внутренним зубчатыми венцами, а также с помощью механизма обгона. Механизм сжатия каждого пакета дисков выполнен в виде подвижной по оси втулки с окнами, в которых размещены радиально перемещающиеся от индивидуального привода кулачки с резьбовой рабочей поверхностью. Механизм обгона выполнен в виде подпружиненного в осевом направлении кольца с торцевыми кулачками, размещенного концентрично пакету дисков и связанного с его наружным венцом. На шестерне, взаимодействующей с пакетом дисков, выполнены торцевые кулачки и центральное резьбовое отверстие. Первые контактируют с торцевыми кулачками кольца механизма обгона, а второе - периодически, при включении передачи, с рабочей резьбовой поверхностью кулачков механизма сжатия пакета дисков. Наличие механизмов обгона на каждой передаче и механизмов сжатия дисков, выполненных в виде кулачков, свинчивающихся с соответствующей шестерней при включении передачи и разъединяющихся с ней при выключении, позволяют включать любую передачу без выключения предыдущей при исключении возможности пробуксовки дисков. 5 ил.

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к ступенчатым коробкам передач, преимущественно к тракторным, но может быть использовано в коробках передач автомобилей и металлорежущих станков.

Ступенчатые коробки передач, применяемые в трансмиссиях транспортных средств, имеют существенный недостаток, а именно при переходе с одной передачи на другую происходит разрыв потока мощности, и если этот разрыв длится более 0,5 с, то тихоходное транспортное сpедство, каким является трактор с прицепленными к нему орудиями, мгновенно останавливается. Чтобы переключение передач происходило плавно, без рывков и остановок транспортного средства, в тракторостроении применяют гидравлические коробки передач [1].

В этих коробках каждая передача снабжена дисковыми муфтами, диски которых в момент включения муфты снимаются поршнем, перемещаемым под давлением масла. Однако у этих коробок имеются два недостатка: во-первых, при переходе с одной передачи на другую наступает момент, когда диски муфты одной передачи еще не полностью выключились, а диски другой передачи еще не полностью включились, в этом случае происходит интенсивное трение дисков, на что тратится дополнительная энергия, происходит нагрев муфт; во-вторых, это сложность изготовления и, следовательно, дороговизна.

Известен редуктор, например, для грузоподъемных машин, содержащий ведомый и ведущий валы, соединенные двумя парами зубчатой передачи, в котором с целью автоматического изменения скоростей в соответствии с передаваемым им крутящим моментом, шестерня передачи малой скорости смонтирована на ведущем валу посредством обгонной муфты, а шестерни передачи большой скорости смонтированы на ведомом валу посредством фрикционной муфты [2].

Недостаток известного редуктора - малые функциональные возможности, так как он работает только в автоматическом режиме, что исключает возможность его применения на транспортных средствах.

Известна также коробка передач, содержащая корпус, в котором размещены входной, промежуточный и выходной валы, связанные между собой посредством зубчатых передач постоянного зацепления с различным передаточным отношением, в которой с целью обеспечения автоматического изменения передаточного числа каждая шестерня входного вала связана с последним через инерционно-импульсную передачу, с ведомым звеном которой она связана через муфту свободного хода, а ведущее звено муфты кинематически связано с входным валом, при этом ведущее звено первой передачи жестко соединено с входным валом, ведущие звенья каждой последующей жестко связаны с ведомыми звеньями предыдущих передач, а ведомое звено последней передачи связано с указанной зубчатой муфтой [3].

Вместо инерционно-импульсных передач могут быть применены автоматические центробежные или гидравлические муфты, а вместо механизмов свободного хода - другие заклинивающие механизмы, а зубчатая муфта может быть снабжена синхронизатором.

Эта коробка передач может работать только в автоматическом режиме, что не приемлемо для транспортных средств, так как в условиях бездорожья или на горных дорогах с крутыми подъемами необходимо движение на одной фиксированной передаче при высоких оборотах двигателя, что в автоматической коробке передач осуществить невозможно.

В качестве прототипа принята коробка передач транспортного средства, содержащая ведущий и ведомый валы с шестернями постоянного зацепления, при этом шестерни ведомого вала связаны с последним посредством пакета чередующихся фрикционных дисков, которые выполнены в виде подпружиненных толкателей, размещенных в полостях нажимных дисков и радиальных отверстиях полого ведомого вала и взаимодействующих с конусными выступами штока привода [4].

Недостатки известной коробки: возможно только последовательное включение передач, что снижает эксплуатационные показатели коробки; в момент переключения передач происходит разрыв потока мощности - в момент нахождения толкателей на гребне выступов штока предыдущая передача уже выключена, а последующая еще не включена; из-за несовершенства механизма сжатия дисков - отсутствия дополнительного поджатия - возможна пробуксовка дисков и, следовательно, их нагрев и износ; выступы и толкатели, контактирующие между собой, испытывают трение, что ведет к износу поверхностей и дополнительному нагреву коробки.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационных показателей коробки передач.

Поставленная цель достигается тем, что известная коробка передач транспортного средства, содержащая ведущий и ведомый валы с шестернями постоянного зацепления, пакеты чередующихся фрикционных дисков с наружным и внутренним, зубчатыми венцами, связывающих, каждый один из валов с расположенными на нем шестернями, и механизмы сжатия дисков каждого пакета, согласно изобретению, она снабжена механизмами обгона, периодически связывающими, каждый, диски пакета с соответствующей ему шестерней и выполненными, каждый в виде подпружиненного в осевом направлении кольца, размещенного концентрично пакету дисков и связанного с наружным зубчатым венцом последнего, при этом на одном из торцов кольца выполнены торцевые кулачки со скосом, а каждый механизм сжатия пакета дисков выполнен в виде установленной на валу с возможностью осевого перемещения от индивидуального привода втулки с окнами и размещенных в них с возможностью радиального перемещения от индивидуального привода кулачков с резьбовой рабочей поверхностью, при этом на шестерне, взаимодействующей с пакетом дисков, выполнены торцевые кулачки, контактирующие с торцевыми кулачками кольца механизма обгона и центральное резьбовое отверстие, периодически контактирующее с рабочей резьбовой поверхностью кулачков механизма сжатия пакета дисков.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема коробки перемены передач; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1 - ведомая шестерня первой передачи в разрезе; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - узел II на фиг. 2 - втулка механизма сжатия дисков в исходном положении; на фиг. 5 - ведомая шестерня высшей передачи в разрез.

Коробка перемены передач транспортного средства содержит корпус 1, в котором размещены ведущий вал 2 и ведомый вал 3. На валу 2 жестко закреплены шестерни 4, 5 и 6 первой, второй и третьей передач, которые находятся в постоянном зацеплении с шестернями 7, 8 и 9, свободно сидящими на ведомом валу 3. Шестерни 10, 11 и 12 обеспечивают транспортному средству задний ход. Ведущий вал 2 соединен посредством муфты 13 с коленчатым валом 14 двигателя, а с карданным валом 15 транспортного средства - посредством муфты 16. Шестерни 7, 8, 9 и 10 установлены на ведомом валу 3 на подшипниках 17 и связаны с валом 3 посредством пакета чередующихся фрикционных дисков с наружным и внутренним зубчатыми венцами. Пакет фрикционных дисков состоит из упорного 18 и нажимного 19 дисков, разжатых пружиной 20, внутреннего диска 21 и промежуточных дисков 22. Диски 18, 19 и 21 связаны с валом 3 шлицевым соединением, а диски 22 имеют наружный шлицевый венец. Шестерня 9 третьей - высшей - передачи и шестерня 10 заднего хода находятся в постоянном зацеплении посредством внутреннего шлицевого венца 23 с дисками 22. Шестерни 7 и 8 первой и второй передач связаны с дисками 22 посредством узла обгона, выполненного в виде кольца 24, установленного с возможностью окружного перемещения, концентрично пакету фрикционных дисков и связанного зацеплением с наружным зубчатым венцом промежуточных дисков 22 и контактирующих торцевых кулачков 25 и 26, выполненных соответственно на кольце 24 и шестернях 7 и 8. На кулачках 25 и 26 выполнены скосы 27. Кольцо 24 подпружинено к кулачкам 25 и 26 пружиной 28. Кулачки 26 выполнены на закрепленном на шестернях 7 и 8 фланце 29. На фланце 29 выполнено также центральное резьбовое отверстие 30. Шестерни 9 и 10 снабжены бескулачковым фланцем 31 с центральным резьбовым отверстием 30. Механизм сжатия пакета дисков выполнен в виде втулки 32, размещенной на шлицах вала 3 с возможностью осевого перемещения от индивидуального привода и подпружиненной пружиной 33, предотвращающей контакт втулки 32 с фланцем 29 шестерен 7, 8 и 9 в выключенном положении передачи. В окнах 34 втулки 32 размещены кулачки 35 с резьбовой рабочей поверхностью 36. Наклон резьбы 36 на кулачках 35 и резьбовом отверстии 30 совпадает с направлением наклона скосов на торцевых кулачках 25 и 26. Кулачки 35 связаны с индивидуальными приводом их радиального перемещения, выполненным, например, в виде валика-шестерни 37 с резьбовыми концами связанными с кулачком 36 и втулкой 32, подпружиненной пружиной 38 рейки 39, находящейся в зацеплении с валиком-шестерней 37 и установленной с возможностью осевого перемещения относительно втулки 32 посредством тяги 40, которая через втулку 41 связана с индивидуальным приводом осевого перемещения, выполненным в виде рычага 42 переключения передач, вилка которого размещена в валу втулки 41. В нижнем крайнем положении кулачки 35 размещены на меньшем диаметре, чем наружный диаметр втулки 32.

Коробка передач работает следующим образом.

Для включения первой передачи рычагом 42 перемещаем кулачковую втулку 32 вдоль ведомого вала 3, сжимая пружину 33, до соприкосновения кулачков 35 с вращающимся фланцем 29. Резьбовая пара - центральное отверстие 30 и резьба 36 кулачков 35 - вступает во взаимодействие, и кулачковая втулка 32, перемещаясь далее вдоль вала 3 уже за счет свинчивания резьбовой пары, вступает в контакт с пакетом фрикционных дисков и сжимает его до прекращения проскальзывания дисков. Поскольку кольцо 24 поджато пружиной 28 до зацепления кулачков 25 и 26, то крутящий момент с вала 2 через шестерни 4 и 7, кулачки 25 и 26, кольцо 24 и пакет фрикционных дисков передается на ведомый вал 3. Вал 3 начинает вращаться - передача включена. При переходе на вторую, более высокую передачу, не выключая первой передачи, рычагом 42 подводим кулачковую втулку 32 к "своей" шестерне 8. Процесс ее включения таков же, как и шестерни 7. Как только вал от шестерни 8 получает более высокую скорость вращения, то и пакет фрикционных дисков шестерни 7 и ее кольцо 24 узла обгона начинают вращаться с более высокой скоростью, чем шестерня 7. В этом случае срабатывает узел обгона: кулачки 25 кольца 24 скользят по скосам 27 кулачков 26 фланца 29 и, преодолевая сопротивление пружины 28, кольцо 24 отжимается от фланца 29. Кулачки 25 и 26 размыкаются, и кольцо 24 свободно проворачивается относительно шестерни 7. За счет разности скоростей вращения вала 3 и шестерни 7 с фланцем 29 кулачковая втулка 32, сидящая на шлицах вала 3, вывинчивается из центрального резьбового отверстия 30 и под действием пружины 33 отходит от пакета дисков. Пружина 20 раздвигает диски 18 и 19, освобождая внутренние диски 21 и 22. Низшая передача выключена.

Дальнейший переход на более высокую передачу аналогичен.

Переход с высшей передачи на низшую осуществляется следующим образом: втулка 32 подводится к шестерне 8 второй передачи, а высшая - третья передача принудительно выключается путем рассоединения винтовой пары шестерня - втулка механизма сжатия дисков, для чего рычагом 35, преодолевая сопротивление пружины 38, перемещается втулка 41 и связанные с ней рейки 39. Кулачки 35, кинематически связанные с рейкой 39, радиально перемещаются по направлению к оси вала 3. Происходит рассоединение шестерни 7 и ее втулки 32 механизма сжатия дисков. Последняя получает возможность перемещения вдоль оси вала 3 и под действием пружины 33 отходит от пакета дисков, которые разжимаются пружиной 20. Передача выключена. При этом вал 3 под действием нагрузок замедляет свое вращение, и вместе с ним замедляют свое вращение и сидящие на нем втулки 32. Ведомые шестерни 7, 8 и 9 вращаются, не замедляя хода, и как только скорость вращения шестерни 8, к которой подведена втулка 32, превысит скорость вращения последней, так сразу же начнется процесс ввинчивания ее кулачков 35 в центральное резьбовое отверстие 30 шестерни 8. Произойдет включение второй передачи описанным выше способом. Для реверсирования ведомого вала 3 необходимо его соединить указанным выше способом с шестерней заднего хода 10.

Благодаря тому, что каждая из шестерен связана с собственным пакетом фрикционных дисков посредством узла обгона, а механизм сжатия дисков на всех передачах выполнен с возможностью соединения свинчивания с соответствующей при включении передачи и разъединения с ней при выключении, появилась возможность повысить эксплуатационные показатели коробки передач: включать любую передачу - без выключения предыдущей, то есть без разрыва потока мощности; благодаря выполнению механизма сжатия с возможностью соединения свинчиванием с соответствующей шестерней при включении передачи, исключена возможность пробуксовки дисков, а следовательно, их нагрев и износ.

Формула изобретения

КОРОБКА ПЕРЕДАЧ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащая ведущий и ведомый валы с шестернями постоянного зацепления, пакеты чередующихся фрикционных дисков с наружным и внутренним зубчатыми венцами, связывающих каждый один из валов с расположенными на нем шестернями, и механизмы сжатия дисков каждого пакета, отличающаяся тем, что, с целью повышения эксплуатационных показателей, она снабжена механизмами обгона, периодически связывающими каждый диски пакета с соответствующей ему шестерней и выполненными каждый в виде подпружиненного в осевом направлении кольца, размещенного концентрично пакету дисков и связанного с наружным зубчатым венцом последнего, при этом на одном из торцов кольца выполнены торцевые кулачки со скосом, а каждый механизм сжатия пакета дисков выполнен в виде установленной на валу с возможностью осевого перемещения от индивидуального привода втулки с окнами и размещенных в них с возможностью радиального перемещения от индивидуального привода кулачков с резьбовой рабочей поверхностью, при этом на шестерне, взаимодействующей с пакетом дисков, выполнены торцевые кулачки, контактирующие с торцевыми кулачками кольца механизма обгона, и центральное резьбовое отверстие, периодически контактирующее с рабочей резьбовой поверхностью кулачков механизма сжатия пакета дисков.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5