Многоступенчатая коробка передач
Владельцы патента RU 2266209:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тюменский государственный нефтегазовый университет (RU)
Изобретение относится к транспортному машиностроению. Многоступенчатая коробка передач содержит корпус 1, входной 2 и выходной 4 валы, расположенные параллельно. Шестерня 6 закреплена, а шестерни 7 и 8 свободно установлены на входном валу 2. Шестерни 9, 11, 12,19 валом 3 объединены в блок. Шестерни 6-12 попарно взаимозацеплены с шестернями 13-18, свободно установленными на выходном валу 4. Между четырьмя парами шестерен 6-13, 7-14, 8-15 и 9-16 установлены три двухпозиционные сдвоенные муфты переключения А В и С, состоящие каждая из двух двухпозиционных полумуфт, расположенных на шестернях соседних рядов параллельных валов, взаимосвязанных вилкой переключения. Полумуфта 23 установлена на венце шестерни 7 входного вала 2, полумуфта 24 установлена напротив первой полумуфты на венце шестерни 13 выходного вала 4. Две муфты переключения D и С установлены на ступицах выходного вала 4 между двумя парами шестерен низших передач и заднего хода. Технический результат - расширение эксплуатационных возможностей транспортного средства за счет увеличения числа передач. 2 ил., 1 табл.
Изобретение относится к транспортному машиностроению, к трансмиссии транспортных машин.
Известны агрегаты трансмиссии со ступенчатым изменением передаточных чисел, содержащие шестерни, валы, их опоры, устройства переключения передач, применяемые в отечественных и зарубежных автомобилях (Автомобили: Конструкция, конструирование и расчет. Трансмиссия./ Под ред. А.И.Гришкевича. - Мн.: Выш. шк., 1985. - 240 с.).
Эти агрегаты конструктивно сложны и металлоемки.
Наиболее близкой к предлагаемой многоступенчатой коробке передач (МКП) является двухвальная 6-ступенчатая коробка передач по патенту Российской Федерации N 2149767, опубл. 2000 г.
В корпусе КП параллельно расположены входной и выходной валы. Все шестерни на валах КП установлены свободно. Четыре шестерни, одна из которых заднего хода, объединены в блок на трубчатом валу, коаксиально расположенном на входном валу, и зацеплены с шестернями выходного вала, одна из них через дополнительную шестерню заднего хода. На входном валу свободно установлена еще одна шестерня, зацепленная с шестерней блока, свободно установленного на выходном валу, вторая шестерня блока зацеплена с крайней шестерней блока шестерен входного вала. Между шестерней и блоком из четырех шестерен на ступице входного вала расположена муфта переключения, на ступицах выходного вала между парами шестерен, зацепленных с шестернями блока, установлены две муфты.
Описанная КП имеет ограниченные кинематические возможности, число передач недостаточно для современных транспортных средств грузового назначения.
Задачей изобретения является расширение эксплуатационных возможностей транспортного средства за счет увеличения числа передач.
Технический результат изобретения заключается в расширении эксплуатационных возможностей транспортного средства за счет увеличения числа передач при снижении металлоемкости трансмиссионного агрегата.
Достижение технического результата обеспечивается тем, что многоступенчатая коробка передач, содержащая корпус с размещенными в нем входным и выходным валами расположенными параллельно, четыре шестерни, из них одна заднего хода, валом объединены в блок, на выходном валу свободно установлены четыре шестерни, три из них зацеплены попарно с шестернями блока, а одна через дополнительную шестерню или блок из двух шестерен заднего хода зацеплена с четвертой шестерней блока, две муфты переключения установлены на ступицах выходного вала между двумя парами шестерен низших передач и заднего хода, отличающаяся тем, что на входном валу, расположенному соосно валу блока из четырех шестерен, одна шестерня закреплена и две шестерни установлены свободно, эти три шестерни попарно зацеплены с шестернями, свободно установленными на выходном валу, между четырьмя парами шестерен установлены три двухпозиционые сдвоенные муфты переключения, состоящие каждая из двух двухпозиционных полумуфт, расположенных на шестернях соседних рядов параллельных валов, взаимосвязанных вилкой переключения, одна полумуфта установлена на венце шестерни входного вала, другая полумуфта установлена напротив первой полумуфты на венце шестерни выходного вала.
На фиг.1 изображена кинематическая схема двухвальной многоступенчатой коробки передач (МКП) 24R8 (24 передачи переднего хода и 8 передач заднего хода).
На фиг.2 приведена лучевая диаграмма МКП 24R8.
В таблице приведены номера передач, положения муфт переключения и пары шестерен, работающие на этих передачах. П - правое положение, Н - нейтральное (среднее) и Л - левое положение муфт.
На горизонтальных шкалах диаграммы в логарифмическом виде представлены величины передаточных чисел пар шестерен и передач. Над верхней горизонталью обозначены номера передач переднего хода (24-1), под нижней горизонталью - передачи заднего хода (8-1). На крайних горизонталях величина передаточных чисел приведена к выходному валу, на средней горизонтали - к входному валу. Наклон луча направо указывает на замедляющий режим работы пары шестерен, чем положе луч, тем больше передаточное число. Наклон луча налево характеризует ускоряющий режим работы пары шестерен. Наклон луча каждой пары шестерен постоянный на любом участке лучевой диаграммы. Цифры в скобках (12, 0, 1, 3, 7, 11) указывают на величину передаточного числа пар шестерен в отрезках логарифмической шкалы. Стрелка под цифрами соответствует замедляющему режиму работы пары шестерен, а над цифрами - ускоряющему режиму работы. Например, первая пара шестерен (I) работает в замедляющем режиме, луч отсекает 12 отрезков, а последняя (YI) пара шестерен - 11 отрезков. Сумма отрезков для всех шести шестерен переднего хода составит - Р=34. Если принять максимальное передаточное число пары шестерен равным 4,0, что будет соответствовать 12 отрезкам, то передаточное число шестой пары шестерен составит 3,56, а диапазон МКП - 14,25 - отношение передаточного числа низшей передачи (U1=14,25) к передаточному числу высшей передачи (1,0).
Около лучевых диаграмм приведены оценки интенсивности использования шестерен - отношение числа передач к числу шестерен, используемых для движения вперед - Ки=24/12=2,0 и рациональности редукции - отношение числа передач с сумме отрезков логарифмической шкалы для всех шестерен переднего хода - Кр=24/34=0,71. Сумма двух оценок характеризует эффективность конструкции МКП - Кэ=Ки+Кэ=2,0+0,71=2,71.
В опорах корпуса МКП 1 расположены входной 2 и соосный ему вал блока шестерен 3, Выходной вал 4 установлен параллельно валам 2 и 3. Между валом блока шестерен 3 и выходным валом 4 расположена ось 5. Шестерня 6 закреплена на входном валу 2, а шестерни 7, и 8 свободно установлены относительно входного вала 2. Шестерня 9 закреплена на валу блока шестерен 3 около дополнительной опоры 10. На валу блока шестерен 3 также закреплены шестерни 11 и 12. Шестерни 6-12 попарно взаимозацеплены с шестернями 13, 14, 15, 16, 17 и 18, свободно установленными на выходном валу 4. Шестерня заднего хода 19 закреплена на валу блока шестерен 3 между шестернями 11 и 12, она зацеплена с шестерней 20, закрепленной на оси 5, шестерня 21, также закрепленная на оси 5, зацеплена с шестерней 22, свободно установленной на выходном валу 4 между шестернями 17 и 18. Двухпозиционная сдвоенная муфта А расположена между первым и вторым рядами шестерен и состоит из двух двухпозиционных полумуфт, полумуфта 23 установлена на венце шестерни 7 входного вала 2, а полумуфта 24 установлена напротив полумуфты 23 на венце шестерни 13 выходного вала 4, полумуфты взаимосвязаны вилкой переключения 25. Сдвоенная полумуфта В расположена между вторым и третьим рядами шестерен и состоит также из двух двухпозиционных полумуфт, полумуфта 26 установлена на венце шестерни 8 входного вала 2, а полумуфта 27 установлена напротив полумуфты 26 на венце шестерни 14 выходного вала 4, полумуфты взаимосвязаны вилкой переключения 28. Аналогичная сдвоенная полумуфта С расположена между третьей и четвертой парами шестерен, полумуфта 29 расположена на венце шестерни 9 вала блока шестерен 3, а полумуфта 30 - на венце шестерни 15, полумуфты взаимосвязаны вилкой переключения 31. Трехпозиционная муфта 32 (D) расположена на ступице выходного вала 4 между шестернями 16 и 17. Трехпозиционная муфта переключения 33 (Е) расположена на ступице выходного вала 3 между шестернями 22 и 18.
МКП работает следующим образом: муфта В изменяет свое положение при каждом переключении передач, муфта С - через одно переключение (попарное срабатывание), муфта D - после четырех последовательных переключений передач, муфта Е - после восьми последовательных переключений передач и муфта А - после 12-ти переключений.
24-я передача
Муфты В, С находятся в правом положении, муфты А и D - в левом и муфта E - в нейтральном положении.
Крутящий момент от входного вала 2 и шестерни 6 полумуфтой 23 передается на шестерни 7 и 14, полумуфтой 27 на шестерню 15, полумуфтой 30 на шестерню 16, муфтой D на выходной вал 4.
На лучевой диаграмме эта передача представлена вертикальным лучом II от т.0 на средней горизонтали к т.24 - log U=0 на верхней горизонтали.
23 передача
Передвигаем муфту В в левое положение.
До шестерни 7 крутящий момент передается как на 24-й передаче, затем по полумуфте 26 на шестерни 8 и 15, далее как на предыдущей передаче.
Луч III от т.0 направо вверх к т.23 характеризуют эту передачу.
22 передача
Переключаем муфту С в левое положение, а муфту В возвращаем в правое положение.
Крутящий момент до шестерни 14 передается как на 24-й передаче, затем по полумуфте 27 на шестерни 15 и 8, по полумуфте 29 на шестерни 9 и 16, далее как на предыдущих передачах.
От т.0 луч II вертикально вверх, луч III налево вниз и луч IV направо вверх к т.22 указывают на эту передачу.
21 передача
Переключаем муфту В в левое положение.
До шестерни 8 крутящий момент передается как на 23-й передаче, далее по полумуфте 29 на шестерни 9 и 16, затем как на 22-й передаче.
Луч IV направо вверх к т.21 представляет эту передачу.
Передачи с 20-й по 17-ю отличаются от предыдущих передач только переключением муфты D в правое положение. Например:
20 передача
Переключаем муфты В,С и D - в правое положение.
Крутящий момент от входного вала 2 и шестерни 6 передается полумуфтой 23 на шестерни 7 и 14, далее по полумуфте 27 на шестерню 15, по полумуфте 30 на шестерни 16 и 9, затем по валу 3, шестерням 11 и 17, муфте D на выходной вал 4.
Лучи II, IV и VI от т.0 к т.20 представляют эту передачу.
17-я передача
Муфты А, В, С находятся в левом положении, муфта D - в правом положении, а муфта Е - в нейтральном.
От входного вала 2 крутящий момент до шестерни 9 передается как на 21-й передаче, затем валом 3 на шестерни 11 и 17 и далее как на предыдущих передачах.
Луч V от т. 0 к т. 17 указывает на эту передачу.
Передачи с 16-й по 13-ю отличаются от передач с 24-й по 17-ю переключением муфты D в нейтральное положение и муфты Е в правое. Например:
16-я передача
Муфты В, С и Е переключают в правое положение, муфта D в нейтральном, а муфта А - в левом положении.
До шестерни 9 крутящий момент передается как на 20-й передаче, далее по валу 3 на шестерни 12 и 18, по муфте 33 (Е) в правом положении на выходной вал 4.
На лучевой диаграмме вертикальный луч II, луч IV налево вниз и луч VI направо вверх к т.16 характеризуют эту передачу.
Передачи с 12-й по 1-ю отличаются от передач с 24-й по 13-ю переключением муфты А из левого положения в правое.
12-я передача
Муфты А, В, С находятся в правом положении, муфта D - в левом и муфта Е - в нейтральном положении.
От входного вала 2 крутящий момент передается по шестерням 6 и 13, затем полумуфтой 24 на шестерню 14, далее как на 24-й передаче.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом I от т.0 к т.12.
8-я передача
Муфты А, В, С и D в правом положении, муфта Е в нейтральном положении.
До шестерни 16 крутящий момент передается как на 12-й передаче, затем по шестерням 16 и 9, валу 3, шестерням 12 и 18, по муфте 33 (Е) на выходной вал 4.
Лучи I, IY и Y от т.0 к т.8 указывают на эту передачу.
7-я передача
Переключаем муфту В в левое положение.
Крутящий момент передается от входного вала 2 шестернями 6 и 13, полумуфтой 24, шестернями 14 и 7, полумуфтой 26, шестернями 8 и 15, полумуфтой 30, шестернями 16 и 9, валом 3, шестернями 11 и 17, муфтой D на выходной вал 4.
На лучевой диаграмме пять лучей представляют эту передачу: I - из т.0 налево вверх к т.12, II - вертикально вниз, III - направо вверх к т.11, IV - налево вниз, V - направо вверх к т.7.
2-я передача
Муфты А, В и Е находятся в правом положении, муфта С - в левом и муфта D - в нейтральном положении.
Крутящий момент от входного вала 2 шестерней 6 передается на шестерню 13,полумуфтой 24 на шестерню 14, полумуфтой 27 на шестерни 15 и 8, валом 3 на шестерни 12 и 18, по муфте 33 (Е) на выходной вал 4.
На лучевой диаграмме этой передаче соответствуют лучи: I - от т.0 направо вверх к т.12, III - налево вниз, VI - направо вверх к т.2.
1-я передача
Переключаем муфту В в левое положение.
До шестерни 14 крутящий момент передается, как на предыдущей передаче, затем по шестерням 14 и 7, полумуфте 26 на шестерню 8 и далее как на предыдущей передаче.
На лучевой диаграмме луч I от т.0 к т.12 направо вверх, луч II вертикально вниз и луч VI направо вверх к т.1 указывают на 1-ю передачу.
Передачи заднего хода отличаются от первых 4-х передач и передач с 13-й по 16-ю переднего хода перемещением муфты 33 (Е) из правого положения в левое положение. При этом вместо пары шестерен 12-18 (YI) включаются шестерни заднего хода 19-20-21-22 (R). Например:
1-й задний ход
Муфты В, С и Е находятся в левом положении, муфта D в нейтральном положении, муфта А - в правом.
До вала блока шестерен 4 крутящий момент передается как на 1-й передаче переднего хода, далее от шестерни 19 по дополнительным шестерням заднего хода 20 и 21 на шестерню 22 и по муфте Е на выходной вал 4.
Эффективность изобретения выражается в расширении эксплуатационных возможностей транспортного средства за счет увеличения числа передач переднего хода с 6-ти до 24-х и передач заднего хода с 2-х до 8-ми.
| Таблица | ||||||||||||
| N | А | В | С | D | Е | Пары шестерен | ||||||
| 24 | Л | П | П | Л | Н | II | ||||||
| 23 | Л | Л | П | Л | Н | III | ||||||
| 22 | Л | П | Л | Л | Н | II-III-IV | ||||||
| 21 | Л | Л | Л | Л | Н | IV | ||||||
| 20 | Л | П | П | П | Н | II-IV-V | ||||||
| 19 | Л | Л | П | П | Н | III-IV-V | ||||||
| 18 | Л | П | Л | П | Н | II-III-V | ||||||
| 17 | Л | Л | Л | П | Н | V | ||||||
| 16 | Л | П | П | Н | П | II-IV-VI | ||||||
| 15 | Л | Л | П | Н | П | III-IV-VI | ||||||
| 14 | Л | П | Л | Н | П | II-III-VI | ||||||
| 13 | Л | Л | Л | Н | П | VI | ||||||
| 12 | П | П | П | Л | Н | I | ||||||
| 11 | П | Л | П | Л | Н | I-II-III | ||||||
| 10 | П | П | Л | Л | Н | I-III-IV | ||||||
| 9 | П | Л | Л | Л | Н | I-II-IV | ||||||
| 8 | П | П | П | П | Н | I-IV-V | ||||||
| 7 | П | Л | П | П | Н | I-II-III-IV-V | ||||||
| 6 | П | П | Л | П | Н | I-III-V | ||||||
| 5 | П | Л | Л | П | Н | I-II-V | ||||||
| 4 | П | П | П | Н | П | I-IV-VI | ||||||
| 3 | П | Л | П | Н | П | I-II-III-IV-VI | ||||||
| 2 | П | П | Л | Н | П | I-III-VI | ||||||
| 1 | П | Л | Л | Н | П | I-II-VI |
Многоступенчатая коробка передач, содержащая корпус с размещенными в нем входным и выходным валами, расположенными параллельно, четыре шестерни, из них одна заднего хода, валом объединены в блок, на выходном валу свободно установлены четыре шестерни, три из них зацеплены попарно с шестернями блока, а одна через дополнительную шестерню или блок из двух шестерен заднего хода зацеплена с четвертой шестерней блока, две муфты переключения установлены на ступицах выходного вала между двумя парами шестерен низших передач и заднего хода, отличающаяся тем, что на входном валу, расположенном соосно валу блока из четырех шестерен, одна шестерня закреплена и две шестерни установлены свободно, эти три шестерни попарно зацеплены с шестернями, свободно установленными на выходном валу, между четырьмя парами шестерен установлены три двухпозиционные сдвоенные муфты переключения, состоящие каждая из двух двухпозиционных полумуфт, расположенных на шестернях соседних рядов параллельных валов, взаимосвязанных вилкой переключения, одна полумуфта установлена на венце шестерни входного вала, другая полумуфта установлена напротив первой полумуфты на венце шестерни выходного вала.
