Трансмиссия гусеничной машины

Изобретение относится к однопоточным трансмиссиям транспортных и тяговых гусеничных машин с бортовыми коробками передач. Трансмиссия содержит две основные бортовые планетарные коробки передач, входные валы которых через дополнительную коробку передач и согласующий редуктор связаны с двигателем, а выходные валы через два одинаковых бортовых редуктора связаны с ведущими колесами машины. Трансмиссия снабжена двумя дополнительными планетарными коробками передач, связывающими ведомое зубчатое колесо согласующего редуктора с ведущими валами основных бортовых коробок передач. Каждая дополнительная коробка передач состоит из трехзвенного планетарного механизма смешанного зацепления, в котором эпициклическое зубчатое колесо жестко соединено с ведомым зубчатым колесом согласующего редуктора. Водило жестко соединено с ведущим валом основной бортовой коробки передач. Солнечное зубчатое колесо снабжено индивидуальным управляемым нормально разомкнутым фрикционным тормозом. Два основных звена трехзвенного планетарного механизма, например эпициклическое и солнечное зубчатые колеса, связаны между собой индивидуальной нормально разомкнутой фрикционной муфтой. Достигается обеспечение поворота любого направления с минимально возможным радиусом, расширение скоростного и силового диапазонов машины. 1 ил.

 

Изобретение относится к механическим и гидромеханическим трансмиссиям гусеничных машин с бортовыми коробками передач, выполняющими функции и коробок передач и механизма поворота.

Известна трансмиссия основного боевого танка Т-72 (Стрелков А.Г. Конструкция быстроходных гусеничных машин. Учебное пособие. М.: Изд. МГТУ "МАМИ", 2003, рис.1, с.109 и рис.8, с.118).

Трансмиссия-аналог состоит из согласующего редуктора (гитары), двух одинаковых, симметричных планетарных коробок передач на семь передач переднего и одну передачу заднего хода и двух одинаковых планетарных бортовых редукторов.

Недостатком аналога является невозможность вращения танка на месте, с радиусом поворота, равным половине колеи при одновременном включении первой передачи переднего хода в одной бортовой коробке передач и передачи заднего хода во второй бортовой коробке передач из-за разных по величине абсолютных значений передаточных чисел на первой передаче переднего и заднего хода в бортовых коробках передач.

Наиболее близким аналогом по совокупности схемных признаков и достигаемому техническому результату является трансмиссия многоцелевого тяжелого тягача-транспортера МТ-Т (Тяжелый многоцелевой гусеничный транспортер-тягач МТ-Т. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 429АМ.00СбТО. М.: Изд. МО СССР, 1985, рис.40, с.68, рис.45, с.80-81).

Трансмиссия-прототип состоит из согласующего редуктора (гитары), планетарного реверс-редуктора на одну прямую передачу переднего и одну замедляющую передачу заднего хода, двух одинаковых, симметричных планетарных коробок передач на семь передач переднего и одну передачу заднего хода и двух одинаковых планетарных бортовых редукторов. Планетарный реверс-редуктор является дополнительной коробкой передач, соединяющей конечное звено согласующего редуктора и единый ведущий вал бортовых коробок передач.

Прямолинейное движение гусеничной машины с трансмиссией-прототипом обеспечивается, как и в аналоге, включением одинаковых передач в бортовых коробках передач. Наличие в трансмиссии реверс-редуктора позволяет получить несколько дополнительных передач заднего хода включением реверс-редуктора на передачу заднего хода и включением одинаковых передач переднего хода в бортовых коробках передач. Машина на этих дополнительных передачах движется задним ходом медленнее на 12,5%, чем передним ходом.

Кроме того, наличие управляемого реверс-редуктора позволяет при включенной в нем нейтрали существенно облегчить запуск двигателя машины при низких температурах, так как при этом исключается прокрутка стартером ведущих валов бортовых коробок передач с присоединенными к ним звеньями.

Поворот на всех передачах, кроме первой передачи переднего хода и передачи заднего хода, осуществляется переключением коробки передач отстающего борта на пониженную смежную передачу, при сохранении в коробке передач забегающего борта той передачи, которая была до входа машины в поворот. Поворот машины на первой передаче переднего хода и на передаче заднего хода осуществляется включением нейтрали в коробке передач отстающего борта и торможением этого борта, то есть так же, как и в аналоге. Минимальная величина радиуса поворота машины равна ее колее и достигается при полном торможении гусеницы отстающего борта.

Недостатком прототипа, как и аналога, является принципиальная невозможность вращения машины "на месте", вокруг неподвижной вертикальной оси, проходящей через геометрический центр машины при одинаковых по величине и противоположно направленных скоростях бортов, с радиусом поворота, равным половине колеи и с нулевой скоростью поступательного движения машины, что существенно ограничивает ее маневренность при необходимости поворотов и разворотов на площадке ограниченных размеров. Это имеет место из-за несовпадения абсолютных величин передаточных чисел бортовых коробок передач на первой передаче переднего хода и на передаче заднего хода. Это несовпадение может быть введено намеренно при проектировании коробок передач из-за необходимости получения вполне определенных, оговоренных техническим заданием и различающихся между собой по величине скоростей машины при ее движении передним и задним ходом. Зачастую это несовпадение может быть вынужденным, обусловленным схемными особенностями коробок передач. Так, например, в бортовых коробках передач танка Т-72 (аналог), которые использованы и в трансмиссии тягача-транспортера МТ-Т (прототип), передаточное число на первой передаче переднего хода i₁=8,173, что соответствует расчетной скорости ν₁=7,41 км/ч, а на передаче заднего хода i_ЗХ=-14,352 и ν_ЗХ=-4,22 км/ч. В результате, при повороте, осуществляемом включением в коробке передач забегающего борта первой передачи переднего хода, а в коробке передач отстающего борта передачи заднего хода, будет иметь место смещение центра поворота машины от геометрического центра в сторону отстающего борта на величину или что составит 0,137 колеи. При этом геометрический центр машины будет совершать поступательное движение в направлении переднего хода со скоростью 1,594 км/ч.

Добиться одинаковой абсолютной величины передаточных чисел бортовых коробок передач Т-72 на первой передаче переднего хода и на передаче заднего хода целенаправленным подбором чисел зубьев зубчатых колес в планетарных механизмах коробки без существенного изменения кинематической схемы и без недопустимого искажения закона разбивки кинематического диапазона коробки промежуточными передачами совершенно невозможно.

Другим недостатком прототипа являются ограниченные скоростной и силовой диапазоны переднего хода машины, определяемые потребностями движения одиночных машин в штатных, расчетных условиях и устройством бортовых коробок передач. При использовании машин в качестве тягачей для буксировки тяжелых прицепов, при использовании навесного оборудования для самоокапывания, при навешивании на машины тралов, особенно плужных, для разминирования местности, наконец, при использовании шасси танков для создания различных инженерных машин на их базе, более чем вероятна потребность в расширении скоростного и силового диапазонов при движении машины передним ходом. Для танков в штатной комплектации также полезным было бы расширение диапазонов, особенно в сторону сниженных скоростей и увеличенных тяговых усилий для облегчения трогания с места на подъеме, движения в особо тяжелых по сопротивлениям условиях и для преодоления различных сложных препятствий, естественных и искусственных. Наличие в трансмиссии-прототипе реверс-редуктора добавляет только дополнительные передачи заднего хода, совершенно не увеличивая при этом диапазона скоростей переднего хода.

Третьим недостатком прототипа является наличие только одного промежуточного фиксированного радиуса поворота при повороте машины, движущейся на передачах переднего хода, начиная со второй и кончая высшей, в бортовых коробках передач. При повороте машины, движущейся на первой передаче переднего хода или на передаче заднего хода промежуточного фиксированного радиуса поворота и рекуперации тормозной мощности с отстающего борта на забегающий борт нет вообще.

Отмеченные недостатки прототипа устраняются предлагаемой в качестве изобретения трансмиссией гусеничной машины с двумя дополнительными двухскоростными планетарными коробками передач на входе в основные бортовые коробки передач.

Цель изобретения - обеспечение гусеничной машине с двумя бортовыми коробками передач в трансмиссии возможности совершать поворот любого направления с минимально возможным радиусом, равным половине колеи машины, считая от центра поворота до продольной оси опорной площадки забегающей гусеницы при нулевой скорости поступательного движения геометрического центра машины, существенное расширение скоростного и силового диапазонов машины в сторону сниженных скоростей и увеличенных тяговых усилий, а также получение двух промежуточных фиксированных радиусов при повороте машины на передачах коробок передач со второй по высшую включительно и получение одного промежуточного фиксированного радиуса на низших передачах переднего и заднего хода.

Указанная задача решается тем, что трансмиссия гусеничной машины, содержащая две основные бортовые, например планетарные коробки передач с фрикционным управлением переключением передач, которые через дополнительную коробку передач и согласующий редуктор связаны, с одной стороны, с двигателем, а, с другой стороны, через два одинаковых бортовых редуктора связаны с ведущими колесами машины, в которой, согласно изобретению, трансмиссия снабжена второй дополнительной коробкой передач, при этом основные бортовые коробки передач связаны с ведомым зубчатым колесом согласующего редуктора посредством указанных дополнительных коробок передач, состоящих, каждая, из трехзвенного планетарного механизма смешанного зацепления, в котором эпициклическое зубчатое колесо жестко соединено с ведомым зубчатым колесом согласующего редуктора, водило жестко соединено с основной бортовой коробкой передач, солнечное зубчатое колесо снабжено индивидуальным управляемым нормально разомкнутым фрикционным тормозом, два основных звена трехзвенного планетарного механизма, например, эпициклическое и солнечное зубчатые колеса, связаны между собой индивидуальной нормально разомкнутой фрикционной муфтой, причем планетарные механизмы дополнительных коробок передач выполнены с кинематической характеристикой если или если где К - отношение числа зубьев (Z_Э) эпициклического зубчатого колеса к числу зубьев (Z_С) солнечного зубчатого колеса, если планетарные механизмы содержат одновенцовые сателлиты, то есть , или отношение числа зубьев (Z_Э) эпициклического зубчатого колеса к числу зубьев (Z_cm-Э) венца сателлита, зацепленного с эпициклическим колесом, умноженное на отношение числа зубьев (Z_cm-С) венца сателлита, зацепленного с солнечным колесом к числу зубьев (Z_С) солнечного колеса, если планетарные механизмы содержат двухвенцовые сателлиты, то есть , - абсолютная величина передаточного числа бортовой коробки передач на первой передаче переднего хода, a - абсолютная величина передаточного числа бортовой коробки передач на низшей передаче заднего хода.

Благодаря наличию в дополнительных коробках передач двух одинаковых трехзвенных планетарных механизмов с вполне определенным значением кинематической характеристики, определяемым соотношением значений передаточных чисел бортовых коробок передач на первой передаче переднего хода и передаче заднего хода, а также двух тормозов на солнечных зубчатых колесах и двух блокировочных фрикционов, установленных между двумя основными звеньями планетарных механизмов дополнительных коробок передач, обеспечиваются одинаковые абсолютные величины передаточных чисел от согласующего редуктора до каждого из ведущих колес гусеничной машины при необходимости совершения поворота с радиусом, равным точно половине колеи машины путем включения в одной основной бортовой коробке передач первой передачи переднего хода и включения во второй основной бортовой коробке передач передачи заднего хода.

Благодаря наличию двух одинаковых двухскоростных дополнительных коробок передач с одной прямой, i_ДКПпр=1,0, и одной замедляющей, передачами обеспечивается расширение скоростного и силового диапазонов трансмиссии для обеспечения возможности буксировки тяжелых прицепов, использования навесного оборудования для самоокапывания, использования машины в качестве плужного минного тральщика, использования шасси танков для создания различных инженерных машин на их базе, для увеличения тяговых усилий и снижения скорости движения машины в штатной комплектации при необходимости облегчения трогания с места на достаточно крутом подъеме, движения в особо тяжелых по сопротивлениям грунтовых условиях и для преодоления различных сложных препятствий, естественных и искусственных.

Благодаря наличию в трансмиссии двух пар последовательно соединенных коробок передач - дополнительных и основных бортовых, обеспечивается получение на каждой передаче со второй по высшую двух различных по величине промежуточных фиксированных радиусов поворота, а на низших передачах переднего и заднего хода - получение одного промежуточного фиксированного радиуса поворота, на которых имеет место полная рекуперация тормозной мощности с отстающего борта машины на забегающий борт.

Трансмиссия гусеничной машины, предлагаемая в качестве изобретения, схема которой представлена на чертеже, состоит из согласующего редуктора 1, ведомое зубчатое колесо 2 которого связано с двумя дополнительными двухскоростными планетарными коробками передач 3 и 4, состоящими, каждая, из трехзвенных планетарных механизмов, солнечные зубчатые колеса 5 и 6 которых снабжены, каждое, фрикционными тормозами 7 и 8, эпициклические зубчатые колеса 9 и 10 постоянно соединены между собой и с ведомым зубчатым колесом 2 согласующего редуктора 1, водила 11 и 12 с установленными на них сателлитами 13 и 14 связаны с основными бортовыми коробками передач 15 и 16. Два любых основных звена дополнительных коробок передач 3 и 4, например, солнечные зубчатые колеса 5, 6 и эпициклические зубчатые колеса 9, 10 связаны попарно между собой соединительными блокировочными фрикционными муфтами 17 и 18. Основные бортовые коробки передач 15 и 16 через бортовые редукторы 19 и 20 соединены с ведущими колесами 21 и 22 машины.

Заявляемая трансмиссия гусеничной машины работает следующим образом.

При запуске двигателя, особенно в зимнее время, в дополнительных коробках передач 3 и 4 выключаются фрикционные муфты 7 и 8 и тормоза 17 и 18 для исключения прокрутки стартером ведущих валов, с присоединенным к ним звеньями, основных бортовых коробок передач 15 и 16.

При прямолинейном движении машины передним или задним ходом в основных бортовых коробках передач 15 и 16 включаются одинаковые передачи, а дополнительные планетарные коробки передач 3 и 4 блокируются включением блокировочных фрикционных муфт 17 и 18. При этом работа заявляемой трансмиссии ничем не отличается от работы трансмиссии-аналога и трансмиссии-прототипа, когда в реверс-редукторе последней включена прямая передача. При необходимости перехода на замедленные передачи (передачи замедленного ряда), в заявляемой трансмиссии следует выключить блокировочные фрикционные муфты 17 и 18 и, после этого, включить оба тормоза 7 и 8 солнечных зубчатых колес 5 и 6 дополнительных коробок передач 3 и 4, которые начнут работать как замедляющие редукторы с передаточным числом, равным . Вследствие этого, скорость машины уменьшится, а тяговые усилия на гусеницах увеличатся в раз.

Если в заявляемой трансмиссии применить основные бортовые коробки передач танка Т-72 и тягача-транспортера МТ-Т, то кинематическая характеристика трехзвенных планетарных механизмов в дополнительных коробках передач 3 и 4 должна быть следовательно, на передачах замедленного ряда скорость машины уменьшится, а тяговые усилия на гусеницах увеличатся в раза по сравнению со скоростями и тяговыми усилиями машины на передачах нормального ряда.

Планетарные механизмы смешанного зацепления, с кинематической характеристикой К=1,3225 могут иметь, например, следующие числа зубьев зубчатых колес.

Планетарный механизм с одновенцовыми сателлитами при Z_Э=82, Z_С=62 и Z_cm=12 имеет кинематическую характеристику

Планетарный механизм с тремя двухвенцовыми сателлитами (такой вариант показан на чертеже) при Z_Э=82, Z_cm-Э=34, Z_cm-C=17, и Z_С=31, также имеет кинематическую характеристику

Второй вариант предпочтительнее, так как несмотря на несколько больший по сравнению с первым вариантом осевой габарит планетарного механизма из-за двухвенцовых сателлитов, относительная угловая скорость сателлитов при заторможенном солнечном зубчатом колесе во втором варианте в 2,83 раза меньше, чем в первом варианте, а это обеспечивает гораздо большую надежность и долговечность планетарного механизма с двухвенцовыми сателлитами.

При повороте машины, движущейся на передачах нормального ряда, например, в сторону борта, приводимого ведущим колесом 21, когда в дополнительных коробках передач включены блокировочные фрикционные муфты 17 и 18, следует сначала выключить одну блокировочную фрикционную муфту на стороне отстающего борта, а именно муфту 17, обеспечив свободный поворот, и затем регулировать величину радиуса поворота включением, с дозированной пробуксовкой, тормоза 7 солнечного зубчатого колеса 5 на стороне отстающего борта. При полном включении тормоза 7 и остановке солнечного зубчатого колеса 5 машина будет поворачивать с первым промежуточным фиксированным радиусом, относительная величина которого будет ρ_1Ф=1+К. Для дальнейшего уменьшения величины радиуса поворота необходимо начать переключение в основной бортовой коробке передач 15 отстающего борта на смежную пониженную передачу. При окончательном включении смежной пониженной передачи в коробке передач 15 отстающего борта машина поворачивает со вторым промежуточным фиксированным радиусом, относительная величина которого будет , где i_i - передаточное число основной бортовой коробки передач 16 забегающего борта, a i_i-1 - передаточное число основной бортовой коробки передач 15 отстающего борта, с включенной смежной пониженной передачей.

В зависимости от величин и соотношения передаточных чисел дополнительных и основных бортовых коробок передач возможно получение первого промежуточного фиксированного радиуса поворота переключением основной бортовой коробки передач отстающего борта на смежную пониженную передачу, в этом случае . При дальнейшем уменьшении радиуса поворота второй промежуточный фиксированный радиус получают переключением дополнительной коробки передач отстающего борта на замедленную передачу, при этом .

Во всем диапазоне поворотов от свободного до поворота со вторым промежуточным радиусом имеет место рекуперация тормозной мощности с отстающего борта на забегающий борт, причем на первом и втором промежуточных фиксированных радиусах рекуперация полная, а на остальных радиусах этого диапазона - частичная. Минимальными радиусами поворота на передачах со второй по высшую включительно будут вторые промежуточные фиксированные радиусы ρ_2Ф.

При повороте машины, движущейся на первой передаче переднего или низшей передаче заднего хода в диапазоне от свободного до первого промежуточного фиксированного радиуса поворота ρ_1Ф, происходит частичная или полная (на фиксированном радиусе) рекуперация тормозной мощности отстающего борта. Дальнейшее уменьшение радиуса поворота осуществляется переключением на нейтраль основной бортовой коробки передач 15 отстающего борта и дозированным включением остановочного тормоза этого борта. Минимальный радиус поворота, равный колее машины, достигается при полном включении остановочного тормоза отстающего борта. Остановочные тормоза структурно входят в состав основных бортовых коробок передач 15 и 16 и поэтому на рисунке отдельно не показаны.

При движении машины на передачах замедленного ряда с замедляющей передачей в дополнительных коробках передач 3 и 4 (при включенных тормозах 7 и 8) поворот осуществляется с одним промежуточным фиксированным радиусом на передачах переднего хода со второй по высшую в основных бортовых коробках передач 15 и 16 и рекуперацией тормозной мощности, а на первой передаче переднего хода и на низшей передаче заднего хода - без промежуточного фиксированного радиуса и, значит, без рекуперации тормозной мощности, то есть как в аналоге и прототипе.

Вращение машины на месте, вокруг вертикальной оси, проходящей через геометрический центр машины с радиусом поворота, равным половине колеи и с нулевой скоростью поступательного движения, осуществляется включением замедляющей передачи в дополнительной коробке передач того борта, который в повороте должен двигаться передним ходом и включением первой передачи переднего хода в основной бортовой коробке передач этого же борта. В дополнительной коробке передач другого борта, который в повороте должен двигаться задним ходом, включается прямая передача, а в основной бортовой коробке передач этого же борта включается передача заднего хода. Если, например, при повороте на месте, борт, приводимый ведущим колесом 22, должен двигаться передним ходом, то в дополнительной коробке передач 4 включается тормоз 8 солнечного зубчатого колеса 6, а в основной бортовой коробке передач 16 включается первая передача переднего хода. В этом случае передаточное число дополнительной коробки передач 4 будет , или, для рассматриваемого примера, при К=1,3225, В основной бортовой коробке передач 16 на первой передаче переднего хода передаточное число составляет i₁=8,173, значит, общее передаточное число дополнительной коробки передач 4 и основной бортовой коробки передач 16 будет i_{ДКПзам·I}=1.756·8,173=14,352.

Борт машины, приводимый ведущим колесом 21, должен двигаться задним ходом и для этого в дополнительной коробке передач 3 этого борта необходимо включить прямую передачу посредством фрикционной муфты 17, передаточное число дополнительной коробки передач 3, при этом i_ДКПпр=1,0. В основной бортовой коробке передач 15 включается передача заднего хода с передаточным числом i_ЗХ=-14,352.

Общее передаточное число дополнительной коробки передач 3 и основной бортовой коробки передач 15 будет i_{ДКПпр·ЗХ}=1·(-14,352)=-14,352.

Таким образом, передаточные числа участков трансмиссии от согласующего редуктора 1 до бортовых редукторов 19 и 20 одинаковы по величине и противоположны по знаку, следовательно, борта машины будут двигаться с одинаковыми по величине и противоположно направленными скоростями, что и необходимо для поворота машины на месте с радиусом, равным точно половине колеи.

Рассмотренный вариант управления трансмиссией соответствует условию Если же то прямую передачу дополнительной коробки передач следует включать со стороны того борта, который будет двигаться передним ходом, а в дополнительной коробке передач борта, который будет двигаться задним ходом, следует включить замедляющую передачу.

Предложенная трансмиссия с бортовыми коробками передач может быть использована, в первую очередь, для основных боевых танков, а также боевых машин пехоты, транспортеров-тягачей, минных тральщиков и инженерных машин, выполненных на базе основных боевых танков с двумя бортовыми коробками передач в трансмиссии, для существенного повышения маневренных качеств при движении в стесненных условиях, улучшения поворотливости и расширения скоростного и силового диапазонов машин.

Трансмиссия гусеничной машины, содержащая две основные бортовые, например, планетарные коробки передач с фрикционным управлением переключением передач, которые через дополнительную коробку передач и согласующий редуктор связаны, с одной стороны, с двигателем, а с другой стороны, через два одинаковых бортовых редуктора связаны с ведущими колесами машины, отличающаяся тем, что трансмиссия снабжена второй дополнительной коробкой передач, при этом основные бортовые коробки передач связаны с ведомым зубчатым колесом согласующего редуктора посредством указанных дополнительных коробок передач, состоящих, каждая, из трехзвенного планетарного механизма смешанного зацепления, в котором эпициклическое зубчатое колесо жестко соединено с ведомым зубчатым колесом согласующего редуктора, водило жестко соединено с основной бортовой коробкой передач, солнечное зубчатое колесо снабжено индивидуальным управляемым нормально разомкнутым фрикционным тормозом, два основных звена трехзвенного планетарного механизма, например, эпициклическое и солнечное зубчатые колеса, связаны между собой индивидуальной нормально разомкнутой фрикционной муфтой, причем планетарные механизмы дополнительных коробок передач выполнены с кинематической характеристикой

если или

если

где К - отношение числа зубьев (Z_Э) эпициклического зубчатого колеса к числу зубьев (Z_С) солнечного зубчатого колеса, если планетарные механизмы содержат одновенцовые сателлиты, то есть,

, или отношение числа зубьев (Z_Э) эпициклического зубчатого колеса к числу зубьев (Zcm-э) венца сателлита, зацепленного с эпициклическим колесом, умноженное на отношение числа зубьев (Zcm-c) венца сателлита, зацепленного с солнечным колесом к числу зубьев (Zc) солнечного колеса, если планетарные механизмы содержат двухвенцовые сателлиты, то есть,

где - абсолютная величина передаточного числа бортовой коробки передач на первой передаче переднего хода;

а - абсолютная величина передаточного числа бортовой коробки передач на низшей передаче заднего хода.