Автоматическая коробка передач с подвижными валами

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к ступенчатым трансмиссиям, и может быть использовано в конструкциях транспортных средств. Автоматическая коробка передач с подвижными валами содержит корпус, ведущий вал, блок ведущих шестерен, перемещающийся поступательно по шлицам ведущего вала при помощи приводного механизма устройства управления, ведомый вал, перемещающийся вместе с подшипниковыми опорами поступательно перпендикулярно своей оси в направляющих в полостях в корпусе коробки передач, промежуточный вал, вращающийся в подшипниковых опорах и перемещающийся вместе с ними поступательно перпендикулярно своей оси в направляющих в полостях в корпусе коробки передач, промежуточную шестерню, взаимодействующую с ведущей и ведомой шестернями отдельной ступени каждого блока, жестко закрепленную на промежуточном валу. Ведущие и ведомые шестерни каждой ступени имеют коническую часть, а промежуточная шестерня имеет коническую часть с обеих сторон, и в момент переключения передач конические части ведущей и ведомой шестерен определенной ступени и конические части промежуточной шестерни взаимодействуют между собой. Технический результат - упрощение конструкции автоматической коробки передач. 8 ил.

Изобретение относится к ступенчатым трансмиссиям и может быть использовано в конструкциях различных транспортных средств.

Назначение коробки передач - ступенчатое изменение крутящего момента в зависимости от скорости движения транспортного средства, где каждому интервалу скорости движения транспортного средства соответствует свое передаточное отношение в коробке передач, то есть отношение крутящего момента на ведомом валу к крутящему моменту на ведущем валу. Каждое передаточное отношение определяет ступень или скорость в коробке передач. В механической коробке передач переключение ступеней (скоростей) производится вручную самим водителем. В автоматической коробке передач процесс переключения ступеней (скоростей) происходит автоматически.

Принципиальная схема автоматической трансмиссии построена следующим образом. Крутящий момент от двигателя передается на гидротрансформатор, который играет примерно ту же роль, что и сцепление в механической трансмиссии. После гидротрансформатора располагается собственно коробка передач, в которой передачи переключаются с помощью гидравлики и фрикционов. Сменой передач управляет электронный блок управления. Сами коробки передач автоматических трансмиссий обычно бывают планетарные или реже вальные с неподвижными осями валов. В обоих случаях передачи в них переключаются с помощью гидравлики и фрикционов. Вальные коробки передач выполняются по различным схемам с числом валов от двух до шести. В отличие от планетарных коробок передач, входные и выходные валы которых обязательно соосны, вальные коробки передач могут быть выполнены с любым относительным расположением этих валов, в том числе и соосным. Это обеспечивает более широкие компоновочные возможности вальных коробок передач. В свою очередь планетарные коробки передач имеют ряд преимуществ перед вальными, такие как внутреннее разделение потока передаваемой мощности, разгруженность подшипников основных валов, а также то, что значительная часть фрикционов может быть выполнена не вращающимися. Главными недостатками обеих конструкций является наличие фрикционов, посредством которых осуществляется переключение передач.

Целью изобретения является упрощение конструкции автоматических коробок передач посредством исключения из конструкции фрикционов.

Поставленная цель достигается тем, что в автоматической коробке передач с подвижными валами, содержащей корпус, ведущий вал с набором ведущих шестерен, ведомый вал с набором ведомых шестерен, промежуточный вал с промежуточной шестерней, приводной механизм устройства управления и подшипниковые опоры валов, отдельные шестерни имеют гладкую коническую часть, которая примыкает непосредственно к цилиндрической зубчатой части каждой шестерни, а все шестерни составляют единые отдельно ведущий и ведомый блоки. Коническая часть каждой шестерни выполнена так, что больший диаметр конической части шестерни данной ступени равен диаметру цилиндрической зубчатой части следующей ступени. Для облегчения введения зубьев в зацепление все шестерни имеют торцовые скосы. Ведущий и ведомый блоки шестерен расположены соответственно на ведущем и ведомом валу, направлены друг против друга и могут перемещаться поступательно по шлицам валов посредством жестко связанных с ними штанг приводного механизма устройства управления. Между блоками ведущих и ведомых шестерен находится промежуточная шестерня, имеющая гладкие с обеих сторон от зубчатой части конические цилиндрические части, которые контактируют одна с конической частью шестерен ведущего блока, а другая с конической частью шестерен ведомого блока, и зубчатую часть, контактирующую с зубчатой частью одной из шестерен ведущего блока и одновременно с зубчатой частью одной из шестерен ведомого блока конкретной ступени. При этом промежуточная шестерня жестко закреплена на промежуточном валу, а сам промежуточный вал может перемещаться поступательно вверх или вниз вместе с подшипниковыми опорами в направляющих в полостях в корпусе коробки передач. Ведомый вал вместе с подшипниковыми опорами также может перемещаться поступательно вверх или вниз в направляющих в полостях в корпусе коробки передач, преодолевая действие пружин или других упругих элементов в момент переключения передач. В отличие от вальных и планетарных коробок передач, где для переключения передач используют как вращающиеся, так и неподвижные многодисковые фрикционы, в данной конструкции коробки передач передачи переключаются посредством синхронного передвижения блоков ведущих и ведомых шестерен по шлицам своих валов на определенное расстояние, воздействуя своими коническими частями на конические части промежуточной шестерни, которая перемещается вместе с промежуточным валом вверх или вниз, занимая определенное положение между ведущей и ведомой шестерней нужной передачи. При этом конические части обеих шестерен выполняют примерно ту же роль, что и синхронизаторы в механических коробках передач.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена автоматическая коробка передач с подвижными валами в разрезе, включена первая передача; на фиг.2 - то же, начало переключения с первой передачи на вторую; на фиг.3 - то же, промежуточная шестерня полностью вышла из зацепления; на фиг. 4 - то же, включена вторая передача; на фиг.5 - увеличенное место А на фиг. 1; на фиг.6 - увеличенное место В на фиг.2; на фиг.7 - увеличенное место С на фиг.3; на фиг.8 - увеличенное место D на фиг.4.

Автоматическая коробка передач с подвижными валами (фиг.1) содержит корпус 1, в котором расположены ведущий вал 12, вращающийся в подшипниковых опорах 13, ведомый вал 18, вращающийся в подшипниковых опорах 7, промежуточный вал 17, вращающийся в подшипниковых опорах 10. На ведущем валу находится блок ведущих шестерен 14, сделанных заодно, состоящий из нескольких шестерен по числу ступеней в коробке передач, имеющих одинаковый шаг. Каждая шестерня имеет гладкую коническую часть 24 (фиг.5), меньший диаметр которой равен диаметру впадин зубьев шестерни 25 (фиг.5) данной ступени, а больший диаметр равен диаметру впадин зубьев шестерни 23 (фиг.5) следующей ступени. Блок ведущих шестерен может перемещаться поступательно по шлицам 15 (фиг.1) ведущего вала посредством жестко связанных с ним штанг 3 приводного механизма устройства управления 4. На ведомом валу находится блок ведомых шестерен 2, устроенный аналогично блоку ведущих шестерен, но расположенный в корпусе противоположно блоку ведущих шестерен, который может перемещаться поступательно по шлицам 19 (фиг.1) ведомого вала посредством жестко связанных с ним штанг 3 приводного механизма устройства управления 4. Ведомый вал вместе с подшипниковыми опорами может перемещаться поступательно перпендикулярно к своей оси в направляющих 8 в полостях 5 в корпусе 1 коробки передач (фиг.1), преодолевая действие пружины 6 или другого упругого элемента. На промежуточном валу находится промежуточная шестерня 16, которая жестко закреплена на промежуточном валу, имеющая с двух сторон гладкие конусные части 28 и 20 (фиг.5), одна из которых взаимодействует с гладкими конусными частями ведущих шестерен, а другая - с гладкими конусными частями ведомых шестерен. Промежуточный вал вместе с подшипниковыми опорами может перемещаться поступательно перпендикулярно к своей оси в направляющих 11 по полостям 9 в корпусе коробки передач под действием блоков ведущих и ведомых шестерен.

Автоматическая коробка передач с подвижными валами работает следующим образом.

В начальный момент времени, когда транспортное средство стоит на месте, а затем начинает движение (фиг.1), штанги 3 приводного механизма устройства управления 4, жестко связанные с блоками ведущих и ведомых шестерен, выдвинуты на минимальную длину. При этом вспомогательная шестерня 16 находится в зацеплении с ведущей шестерней первой передачи 25 (фиг.5) и ведомой шестерней первой передачи, а перемещение ведомого вала в своих направляющих по полостям в корпусе коробки передач заблокировано. Так как диаметр ведущей шестерни минимальный, а ведомой шестерни максимальный, то передаточное отношение в этом случае будет максимальным. По мере увеличения скорости транспортного средства в определенный момент времени, когда частота вращения ведущего вала достигает определенной величины, сигнал от устройства управления поступает на приводной механизм устройства управления и штанги 3 резко выдвигаются на некоторую длину, которая равна ширине шестерни следующей ступени, и одновременно разблокируется перемещение ведомого вала в направляющих по полостям в корпусе коробки передач.

В начале переходного периода (фиг.2, 6) блок ведущих шестерен начинает перемещаться влево по шлицам 15 ведущего вала. Вспомогательная шестерня 16 вместе со вспомогательным валом под воздействием гладкой конической части 24 (фиг. 5) ведущей шестерни первой передачи на гладкую коническую часть 20 вспомогательной шестерни начинает перемещаться вверх в направляющих 11 по полостям 9 в корпусе коробки передач и вспомогательная шестерня выходит из зацепления с ведущей шестерней (фиг.2, 6). В свою очередь вспомогательная шестерня своей зубчатой частью воздействует на зубчатую часть ведомой шестерни первой передачи и та вместе с остальными ведомыми шестернями и ведомым валом с подшипниковыми опорами начинает перемещаться вверх в направляющих 8 по полостям 5 в корпусе коробки передач, преодолевая действие пружины 6 или иного упругого элемента. В это же время штанги 3 приводного механизма устройства управления 4, расположенного на ведомом валу, перемещают блок ведомых шестерен по шлицам 19 ведомого вала на то же расстояние влево, что и блок ведущих шестерен (фиг. 2). При этом ширина зацепления ведомой и вспомогательной шестерен несколько уменьшается.

Перемещаясь далее, блок ведущих шестерен поднимает вспомогательную шестерню до тех пор (фиг.3, 7), пока зубчатая часть 27 вспомогательной шестерни не становится на один уровень с зубчатой частью 21 ведущей шестерни 23 второй передачи. В это время конические части ведущей шестерни первой передачи и промежуточной шестерни, взаимодействуя между собой, играют роль своеобразного синхронизатора, выравнивая угловые скорости обеих шестерен, подобно в механической коробке передач. В том случае, если в этот момент времени зубья ведущей шестерни второй передачи находятся точно против впадин вспомогательной шестерни, блок ведущих шестерен продолжает перемещаться вперед и ведущая шестерня второй передачи входит в зацепление со вспомогательной шестерней. Если зубья ведущей шестерни не находятся точно против впадин вспомогательной шестерни, то какое то время ведущая шестерня второй передачи, перемещаясь поступательно, воздействует на вспомогательную шестерню в осевом направлении, перемещается влево до тех пор, пока зубья ведущей шестерни, прокручиваясь, не расположатся точно против впадин вспомогательной шестерни. В этот момент под действием пружины 6 или другого упругого элемента вспомогательная шестерня переместится вниз и войдет в зацепление с ведущей шестерней второй передачи.

Одновременно в блоке ведомых шестерен, который также перемещается влево синхронно с блоком ведущих шестерен, ведомая шестерня первой передачи (фиг. 3) выходит из зацепления со вспомогательной шестерней. При этом ведомый вал 18 вместе с направляющими 8 перемещается вверх на максимальную высоту, преодолевая действие пружины 6 или другого упругого элемента. Затем блок ведомых шестерен, перемещаясь далее влево, начинает опускаться вниз под действием пружины 6 или другого упругого элемента, взаимодействуя конической частью ведомой шестерни второй передачи с конической частью промежуточной шестерни, которые играют роль своеобразного синхронизатора, выравнивая угловые скорости ведомой шестерни второй передачи и вспомогательной шестерни, облегчая при этом вход шестерен в зацепление. Заканчивая перемещение, блок ведущих шестерен фиксируется в положении, при котором ведущая и ведомая шестерни второй передачи входят в максимальное зацепление со вспомогательной шестерней (фиг.4). В этом положении блокируется перемещение ведомого вала в своих направляющих по полостям в корпусе коробки передач и транспортное средство движется на второй передаче. Аналогично происходит переключение других высших передач. При достижении ведущим валом определенной скорости вращения устройство управления выдает сигнал на приводной механизм и штанги достаточно быстро выдвигаются на необходимую длину и перемещают блоки ведущих и ведомых шестерен соответственно по шлицам ведущего и ведомого валов.

Переключение передач с высших значений на низшие происходит при уменьшении угловой скорости ведущего вала в некотором диапазоне. Когда угловая скорость вращения ведущего вала уменьшается на определенную величину, устройство управления выдает сигнал на приводной механизм 4 и штанги 3, жестко связанные с блоками ведущих и ведомых шестерен, резко задвигаются на необходимую длину, равную ширине шестерни включаемой передачи. В переходный момент времени переключения передачи все происходит аналогично переключению с низших ступеней на высшие. Только в этом случае особенности переключения, относящиеся к взаимодействию ведомой шестерни с промежуточной, аналогичны особенности взаимодействия ведущей шестерни с промежуточной в случае переключения с низшей степени на высшую и наоборот. При этом при переходе с высшей ступени на низшую в момент взаимодействия конических частей ведомой шестерни и промежуточной шестерни приподнимается ведомый вал вместе с подшипниковыми опорами 7 в направляющих 8, преодолевая действие пружин 6 или других упругих элементов. Так как в момент переключения передач ведомый вал изменяет свое положение, то для сочленения ведомого вала с трансмиссией должна быть предусмотрена гибкая муфта.

Формула изобретения

Автоматическая коробка передач с подвижными валами, содержащая корпус с расположенными в нем ведущим валом, вращающимся в подшипниковых опорах в корпусе, ведомым валом, вращающимся в подшипниковых опорах в корпусе, промежуточным валом, вращающимся в подшипниковых опорах в корпусе, ведущие шестерни с торцовыми скосами, расположенные на ведущем валу, ведомые шестерни с торцовыми скосами, расположенные на ведомом валу, вспомогательную шестерню с торцовыми скосами, расположенную на вспомогательном валу, отличающаяся тем, что ведущие и ведомые шестерни выполнены как единые блоки ведущих и ведомых шестерен, причем шестерня каждой ступени имеет конусную часть, а сами блоки шестерен расположены друг напротив друга в корпусе коробки передач и могут перемещаться поступательно по шлицам вдоль своих валов при помощи жестко связанного с ними приводного механизма, который управляется с помощью устройства управления, а промежуточная шестерня, которая имеет конусные части с двух сторон, располагается между ведущей и ведомой шестернями соответствующей ступени и может перемещаться поступательно по шлицам вдоль промежуточного вала, преодолевая действие пружин или других упругих элементов, а вспомогательный и ведомый валы под действием блоков ведущих и ведомых шестерен могут перемещаться перпендикулярно своей оси в направляющих в полостях в корпусе коробки передач и направляющие ведомого вала при этом подпружинены пружинами или другими упругими элементами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8