Коробка передач

 

Изобретение относится к транспортному машиностроению. Коробка передач содержит трехвальный соосный редуктор, трехзвенный планетарный механизм и две муфты переключения, соединенные одним штоком переключения. Две взаимосвязанные муфты переключения обеспечивают работу трехзвенного планетарного механизма в трех режимах: прямая передача, редуктор с максимальным передаточным числом при остановленной эпициклической шестерне и редуктор с обратным направлением вращения выходного вала при остановленном водиле. Эксплуатационные возможности транспортного средства улучшены за счет увеличения числа передач переднего хода с семи до восьми и передач заднего хода с одной до четырех при повышении кпд за счет исключения работы планетарного механизма в суммирующем режиме. 2 ил.

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к трансмиссии транспортных машин.

Известны агрегаты трансмиссии со ступенчатым изменением передаточных чисел, содержащие шестерни, валы, опоры, устройства переключения передач, применяемые на отечественных и зарубежных автомобилях. (Автомобили: Конструкция, конструирование и расчет. Трансмиссия / Под ред. А.И. Гришкевича. Минск: Выш. шк., 1985. - 240 с.).

Эти агрегаты конструктивно сложны, металлоемки.

Наиболее близкой к предлагаемой коробке передач (КП) является КП по патенту RU 2053135 (Бюл. 3 от 27.01.1996).

Коробка передач содержит корпус агрегата, в котором расположены трехвальный соосный редуктор с тремя парами взаимозацепленных шестерен внешнего зацепления и простой трехзвенный планетарный механизм с водилом, сателлитами, солнечной и эпициклической шестернями, шестерни на первичном и вторичном соосных валах редуктора установлены свободно, между ними расположены две муфты переключения передач, шестерни на промежуточном валу (оси) объединены в блок.

Описанная КП проще типовых конструкций трансмиссионных агрегатов, описанных в книге, обеспечивает достаточный диапазон передаточных чисел (отношение передаточных чисел низшей передачи к высшей), но имеет ограниченные эксплуатационные возможности при малых скоростях движения из-за большого интервала между первой и второй передачами, а также снижения кпд агрегата при работе планетарного механизма в суммирующем режиме, особенно при значительных передаточных числах (первая передача и задний ход).

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в расширении эксплуатационных возможностей транспортного средства.

Поставленная задача решается за счет увеличения числа передач как переднего хода с семи до восьми, так и заднего хода с одной передачи до четырех, равномерного распределения передач по диапазону, исключения работы планетарного механизма в суммирующем режиме.

Указанный технический результат достигается тем, что солнечная шестерня планетарного механизма закреплена на вторичном валу, соосно ему установлены вал выхода водила и выходной вал агрегата с зубчатым венцом шириной в три шага переключения, рядом с ним расположен зубчатый венец шириной в два шага переключения, закрепленный на выходном валу водила, с другой стороны на периферии водила закреплены два зубчатых венца, расположенные на расстоянии в три шага переключения, на периферии эпициклической шестерни закреплен зубчатый венец шириной в два шага переключения, эпициклическая шестерня трубчатым валом соединена с зубчатым венцом, расположенным рядом с зубчатым венцом выходного вала водила, зубчатый венец внутреннего зацепления шириной в два шага переключения установлен на корпусе агрегата напротив зубчатых венцов периферии водила, между этими зубчатыми венцами расположена муфта переключения с одним наружным зубчатым венцом и двумя внутренними зубчатыми венцами, расположенными на расстоянии в три шага переключения, на зубчатом венце выходного вала установлена муфта переключения с двумя внутренними зубчатыми венцами, расположенными на расстоянии в четыре шага переключения, обе муфты соединены одним штоком переключения.

На фиг. 1 изображена схема КП, на фиг.2 - лучевая диаграмма и таблицы положения муфт переключения на различных передачах переднего хода (вверху) и заднего хода (внизу).

На средней оси лучевой диаграммы нанесены две шкалы: вверху - равномерная шкала логарифма величины передаточных чисел, внизу - неравномерная шкала величин передаточных чисел. Вертикальный луч соответствует передаточному числу, равному единице. Чем больше наклон луча, тем выше величина передаточного числа. В логарифмическом масштабе наклон луча постоянный на любом участке лучевой диаграммы. Лучи пар шестерен внешнего зацепления обозначены I, II, III; а лучи, характеризующие режимы работы планетарного механизма, - U=1,0; U^b _ah и U^h _ab.

В опорах корпуса агрегата 1 соосно расположены первичный вал 2, вторичный вал 3, вал выхода водила 4 и выходной вал 5. Параллельно им установлена ось 6, на которой расположен блок шестерен внешнего зацепления 7, 8 и 9. Эти шестерни взаимозацеплены соответственно с шестернями внешнего зацепления 10, 11 и 12, свободно установленными на первичном 2 и вторичном 3 валах. На вторичном валу 3 закреплена солнечная шестерня 13, которая зацеплена с сателлитами 14, установленными на осях водила 15 и зацепленными с эпициклической шестерней 16. Трубчатым валом 17 эпициклическая шестерня 16 соединена с зубчатым венцом 18. На валу выхода водила 4 закреплен зубчатый венец 19 шириной в два шага переключения. На выходном валу 5 закреплен зубчатый венец 20 шириной в три шага переключения. На периферии водила 15 закреплены зубчатые венцы 21 и 22, расположенные на расстоянии в три шага переключения. Зубчатый венец 23 шириной в два шага переключения закреплен на периферии эпициклической шестерни 16. Внутренний зубчатый венец 24 шириной в два шага переключения закреплен на корпусе агрегата 1 напротив зубчатых венцов 21 и 22 водила 15. Муфты переключения 25 (А) и 26 (В) установлены соответственно между шестернями 10-11 и 11-12. Муфта 27 (С) с двумя внутренними зубчатыми венцами и одним внешним зубчатым венцом расположена в зоне зубчатых венцов 21-24. Муфта переключения 28 (D) с внутренними зубчатыми венцами, расположенными на расстоянии в четыре шага переключения, установлена на зубчатом венце 20 выходного вала 5. Шток переключения 29 подвижно соединен с муфтами переключения 27 и 28.

Вместо оси 6, применяемой при малом межосевом расстоянии до валов 2 и 3, возможна установка промежуточного вала с закрепленными на нем шестернями 7-9. Внутренний зубчатый венец 24 может быть закреплен напротив зубчатых венцов 22 и 23 при изменении расположения зубчатых венцов муфты переключения 27 (С).

Работа КП осуществляется следующим образом.

Первая передача.

Муфта переключения А (25) находится в левом положении (Л) - (см. фиг.2, таблица вверху справа), муфта переключения В (26) - в правом положении (П), муфты переключения С и D (27 и 28) - в среднем положении (II) - (см. нижнее положение муфт на фиг.1). В этом случае муфта А соединяет шестерню 10 с первичным валом 2, муфта В - шестерню 12 с вторичным валом 3, муфта С останавливает эпициклическую шестерню 16 (b) относительно корпуса агрегата 1, а муфта D соединяет зубчатый венец 19 вала выхода водила 4 с зубчатым венцом 20 выходного вала 5. Планетарный механизм (ПМ) находится в режиме с передаточным числом U^b _ah=К+1. Верхний символ указывает на остановленное звено - b, нижние символы - на звенья входа (а - солнечная шестерня) и выхода (h - водило) крутящего момента, К - внутренний параметр ПМ, равный отношению чисел зубьев эпициклической и солнечной шестерен, - для приведенного на лучевой диаграмме варианта исполнения ПМ он равен 3, а передаточное число ПМ равно 4.

Крутящий момент от первичного вала 2 муфтой переключения А передается на шестерню 10, от нее на шестерню 7 (пара шестерен I), далее по трубчатому валу блока на шестерню 9 и от нее на шестерню 12 (пара шестерен III). От шестерни 12 муфтой переключения В (26) крутящий момент передается на вторичный вал 3 и солнечную шестерню 13. Солнечная шестерня 13 вращает сателлиты 14, которые, обкатываясь по остановленной эпициклической шестерне 16, передают увеличенный крутящий момент на водило 15, вал выхода водила 4, зубчатый венец 19, муфту переключения D (28), зубчатый венец 20 и выходной вал 5.

На лучевой диаграмме этой передаче соответствуют три последовательно соединенных луча: из т.0 на средней шкале слева (см. фиг.2) луч I направо вниз, затем луч III направо вверх и далее пологий луч к т.1 справа на верхней шкале.

Вторая передача.

Перемещаем муфту А в правое положение, при этом пара шестерен I выключается из работы и включается пара шестерен II.

Крутящий момент от первичного вала 2 передается муфтой А на шестерню 11, далее на шестерню 8, затем - как на предыдущей передаче.

На лучевой диаграмме этой передаче также соответствуют три луча, но вместо луча I представлен вертикальный луч II.

Третья передача.

Переключаем муфты А и В из правого положения в левое - муфта А возвращается в положение, соответствующее первой передаче, а муфта В соединяет с вторичным валом шестерню 11.

До блока шестерен крутящий момент передается, как на первой передаче, далее по паре шестерен II (8-11) на вторичный вал 3, затем - как на предыдущих передачах.

На лучевой диаграмме этой передаче соответствуют лучи I, II и U^b _ah; направленные от т.0 к т.3.

Четвертая передача.

Перемещаем муфту А в правое положение - обе муфты соединены с шестерней 11.

Крутящий момент от первичного вала 2 передается на вторичный вал 3 напрямую по муфтам А, В и шестерне 11, затем - как на предыдущих передачах.

На лучевой диаграмме этой передаче соответствует один луч U^h _ab, направленный из т.0 к т.4.

Пятая передача.

Возвращаем муфты А и В в состояние, соответствующее первой передаче, а муфты С и D перемещаем в положение III (см. положение муфт на верхней части фиг. 1). Муфта С выходит из соединения с внутренним зубчатым венцом 24 корпуса агрегата 1 и соединяет зубчатый венец 22 водила 15 с зубчатым венцом 23 эпициклической шестерни 16. При неподвижном соединении относительно друг друга двух звеньев ПМ он блокируется - все три звена вращаются с одинаковой частотой. Это состояние ПМ на лучевой диаграмме представлено вертикальными лучами - U=1,0. Муфта переключения D соединяет те же зубчатые венцы, но смещена на один шаг вправо.

Крутящий момент до ПМ передается, как на первой передаче, затем напрямую по ПМ и далее зубчатым венцом 19, муфтой переключения D на зубчатый венец 20 и выходной вал 5.

На лучевой диаграмме эта передача представлена тремя лучами: два первых луча I и III соответствуют первой передаче, а третий луч направлен вертикально вверх к т.5.

Шестая передача.

Переключаем муфту А в правое положение.

Крутящий момент до ПМ передается, как на второй передаче, а далее - как на предыдущей.

На лучевой диаграмме этой передаче соответствуют лучи II, III и U=1,0.

Седьмая передача.

Перемещаем муфты А и В влево - в положение второй передачи.

До ПМ крутящий момент передается, как на второй передаче, далее - как на двух последних передачах. На лучевой диаграмме луч I с наклоном направо вниз и вертикальные лучи II и U=1,0 характеризуют эту передачу.

Восьмая передача - прямая.

Передвигаем муфту А вправо.

До ПМ крутящий момент передается, как на четвертой передаче, затем - как на трех последних передачах.

На лучевой диаграмме эта передача представлена одним вертикальным лучом U=1,0 от т.0 к т.8.

Передачи заднего хода обеспечиваются ПМ при переключении муфт С и D в положение I - при этом муфта С соединяет зубчатый венец 21 водила 15 с внутренним зубчатым венцом 24 корпуса агрегата 1 и останавливает водило, муфта D соединяет зубчатый венец 18 эпициклической шестерни 16 с зубчатым венцом 20 выходного вала 5. ПМ работает в режиме U^h _ab=- К, солнечная шестерня 13 сателлитами 14, установленными на осях остановленного водила 15, медленно вращает эпициклическую шестерню 16 в противоположном направлении.

Первый задний ход - 1R.

Устанавливаем муфты А и В в положение первой передачи для движения вперед, а муфты С и D - в положение I (см. фиг.2, таблица внизу справа).

До ПМ крутящий момент передается, как на первой передаче переднего хода, далее от солнечной шестерни 13 сателлитами 14 на эпициклическую шестерню 16, затем по трубчатому валу 17, зубчатому венцу 18, муфте D, зубчатому венцу 20 на выходной вал 5.

На лучевой диаграмме эта передача заднего хода представлена тремя лучами: I, III и U^h _ab=-К от т.0 к т.1R.

Второй задний ход - 2R.

Переключаем муфту А в правое положение.

Крутящий момент до ПМ передается, как на второй передаче переднего хода, затем - как на предыдущей передаче.

На лучевой диаграмме этой передаче соответствуют три луча: II, III U^h _ab= -К.

Третий задний ход - 3R.

Переключаем муфты А и В в левое положение.

До ПМ крутящий момент поступает, как на третьей передаче переднего хода, далее - как на двух последних передачах.

На лучевой диаграмме три луча I, II и U^h _ab=-К характеризуют эту передачу.

Четвертый задний ход - 4R/ Перемещаем муфту А в правое положение.

До ПМ крутящий момент передается напрямую, как на четвертой передаче переднего хода, затем - как на последних передачах.

Пологий луч U^h _ab=-К от т.0 до т.4R представляет эту передачу.

При изменении параметров шестерен внешнего зацепления и ПМ распределение передач и наклон лучей тоже изменятся.

Положительный эффект выражается в расширении эксплуатационных возможностей транспортного средства за счет увеличения числа передач переднего хода с семи до восьми и передач заднего хода с одной до четырех при удобном переключении передач и в повышении кпд при исключении суммирующего режима работы ПМ.

Формула изобретения

Коробка передач, содержащая корпус агрегата, в котором расположены трехвальный соосный редуктор с тремя парами взаимозацепленных шестерен внешнего зацепления и простой трехзвенный планетарный механизм с водилом, сателлитами, солнечной и эпициклической шестернями, шестерни на первичном и вторичном соосных валах редуктора установлены свободно, между ними расположены две муфты переключения передач, шестерни на промежуточном валу (оси) объединены в блок, отличающаяся тем, что солнечная шестерня планетарного механизма закреплена на вторичном валу, соосно с ним установлены вал выхода водила и выходной вал агрегата с зубчатым венцом шириной в три шага переключения, рядом с ним расположен зубчатый венец шириной в два шага переключения, закрепленный на выходном валу водила, с другой стороны на периферии водила закреплены два зубчатых венца, расположенных на расстоянии в три шага переключения, на периферии эпициклической шестерни закреплен зубчатый венец шириной в два шага переключения, эпициклическая шестерня трубчатым валом соединена с зубчатым венцом, расположенным рядом с зубчатым венцом выходного вала водила, зубчатый венец внутреннего зацепления шириной в два шага переключения установлен на корпусе агрегата напротив зубчатых венцов периферии водила, между этими зубчатыми венцами расположена муфта переключения с одним наружным зубчатым венцом и двумя внутренними зубчатыми венцами, расположенными на расстоянии в три шага переключения, на зубчатом венце выходного вала установлена муфта переключения с двумя внутренними зубчатыми венцами, расположенными на расстоянии в четыре шага переключения, обе муфты соединены одним штоком переключения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2