Система централизованной синхронизации переключения передач
Владельцы патента RU 2719704:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Курганский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к системе централизованного переключения передач. Система включает планетарный редуктор, пару шестерен привода редуктора, две фрикционные муфты управления режимом работы редуктора и автоматические средства управления. Простой трехзвенный планетарный редуктор установлен в отдельном картере на промежуточном валу трехвальной или на выходном валу двухвальной коробки передач. Водило опирается на две опоры в картере, солнечная шестерня редуктора жестко соединена с валом. Сателлиты установлены на осях водила. Внутри оси водила проходит промежуточный вал трехвальной коробки или входной вал двухвальной коробки, корпус редуктора связан с выходным валом зубчатой парой шестерен. На конце трубчатого вала эпициклической шестерни установлен(ы) фрикционный(ые) диск(и), блокируемый поршнем относительно картера. С противоположной стороны расположен фрикционный диск(и), установленный на промежуточном валу трехвальной коробки или на входном валу двухвальной коробки, блокируемые поршнем относительно картера. Для измерения угловых скоростей валов используются датчики, система приводится в действие электронным блоком управления. Достигается роботизация механических коробок передач и увеличение надежности коробок передач. 4 ил.
Изобретение относится к наземным транспортным системам, в частности к грузовым и легковым автомобилям.
Известны механические коробки передач, применяемые на отечественных и зарубежных автомобилях, где для безударного включения передач используются синхронизаторы. (Автомобили: Конструкция, конструирование и расчет. Трансмиссия. / Под ред. И.И. Гришкевича. Мн.: Высш. шк., 1985. - 240 с.)
Синхронизаторы в таких коробках передач служат для достаточно быстрого и безударного включения передачи. Эту функцию они выполняют за счет выравнивания угловых скоростей шестерни и вала на которой шестерня установлена и лишь затем включается выбранная передача.
Особенность механических роботизированных коробок передач заключается в том, что для предотвращения толчков при переключении передач скорость синхронизации должно быть как можно выше, кроме того, количество передач в таких коробках увеличивается, а значит интенсивность переключений возрастает. В случае применения обычного способа синхронизации при переключении передач в механических роботизированных коробках передач это приводит к уменьшению их ресурса и вынуждает увеличивать размеры или усложнять конструкцию синхронизаторов. Таких синхронизаторов в коробке передач ровно столько сколько передач в коробке, это приводит к увеличению веса и снижает надежность коробки.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в разработке конструкции системы централизованной синхронизации переключения передач в коробке передач грузовых и легковых автомобилей.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в исключении традиционных синхронизаторов из системы управления коробкой передач и замена их централизованной системой синхронизации, которая включает в себя планетарный редуктор, установленный на промежуточном валу трех вальной или на выходном валу двухвальной коробки передач, пары шестерен привода редуктора, двух фрикционных муфт управления режимом работы редуктора и автоматическими средствами управления.
Указанный технический результат достигается тем, что система централизованной синхронизации переключения передач, содержащая простой трехзвенный планетарный редуктор, установленным в отдельном картере, на промежуточном валу в трех вальной коробке передач (или на входном валу двухвальной коробки), корпус редуктора, он же являющийся водилом опирается по краям на две опоры в картере (возможна опора на вал), солнечная шестерня редуктора жестко соединена с валом, сателлиты установлены на осях водила, одновременно входят в зацепление с солнечной шестерней и эпициклическим колесом, ось водила имеет трубчатую форму, внутри которой проходит промежуточный вал трех вальной коробки (или входной вал двухвальной коробки), опорой трубчатого вала является корпус редуктора (возможна опора на промежуточный вал), корпус редуктора связан с выгодным валом коробки передач зубчатой парой шестерен, на конце трубчатого вала эпициклической шестерни с помощью подвижного в осевом направлении шлицевого соединения установлен(ы) фрикционный(ые) диск(и), рядом в корпусе фрикционов расположен гидроцилиндр с поршнем (или аналогичное устройство), с противоположной стороны от диска(ов) имеется опорная перегородка, жестко связанная с корпусом фрикционов, с другой стороны опорной перегородки расположен фрикционный диск(и), установленный подвижно в осевом направлении на шлицах промежуточного вала трех вальной коробки (или на входном валу двухвальной коробки), с противоположной стороны диска(ов) расположен гидроцилиндр с поршнем (или аналогичное устройство), на конце промежуточного вала (или на входном валу двухвальной коробки) и выходного вала расположены специальные диски датчиков измерения угловых скоростей обозначенных валов, в картере напротив дисков размещены датчики измерения угловой скорости валов, датчики соединены проводами с блоком управления фрикционами.
Предлагаемое техническое решение расширяет возможности роботизации простых механических коробок передач, в том числе многоступенчатых, сокращает время синхронизации и увеличивает надежность коробок передач в целом.
На фиг. 1 изображена кинематическая схема системы централизованной синхронизации переключения передач в комплекте с трех вальной коробки передач, содержащей планетарный редуктор 2, два фрикциона управления 3, пара шестерен привода редуктора 4, автоматические средства управления 5.
На фиг. 2 изображена кинематическая схема системы централизованной синхронизации переключения передач, содержащая планетарный редуктор 2, состоящего из корпуса редуктора одновременно являющегося водилом 8, солнечной шестерни 9, эпициклического колеса 10, сателлитов 11. Двух фрикционов находящихся в одном корпусе 3, фрикцион блокировки эпициклического колеса, состоящего из диска(ов) 12, приводного цилиндра с поршнем 14, фрикцион блокировки солнечной шестерни, состоящего из диска(ов) 13, приводного цилиндра с поршнем 15. Автоматические средства управления системой 5 с датчиками измерения угловой скорости выходного вала 16 и промежуточного вала 17 трех вальной коробки передач.
На фиг. 3 изображена схема принципа работы системы централизованной синхронизации переключения передач, слева система не активирована, в центре система находится в режиме переключения передач «вверх» (от низкой к высокой), справа система находится в режиме переключения передач «вниз» (от высокой к низкой), состоящая из пары шестерен привода редуктора 4, водила 8, солнечной шестерни 9, эпициклической шестерни 10 и сателлитов И.
На фиг. 4 изображена кинематическая схема системы централизованной синхронизации переключения передач в комплекте с двухвальной коробки передач, содержащей планетарный редуктор 2, два фрикциона управления 3, пара шестерен привода редуктора 4, автоматические средства управления 5, выходной 6 и входной 18 валы.
Работа системы централизованной синхронизации переключения передач осуществляется следующим образом. Система обеспечивает синхронизацию в направлении снизу вверх, так и сверху вниз. При переключении в трех вальной коробке передач снизу вверх процедура происходит в следующей последовательности (фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3). Предположим, переключение происходит с первой на вторую передачу. До переключения промежуточный вал 7 имеет определенную угловую скорость вращения, при этом вращение передается на выходной вал 6 через пару шестерен первой передачи, выходной вал будет иметь угловую скорость пропорционально передаточному числу этой передачи. Поскольку пара шестерен второй передачи находится в постоянном зацеплении, поэтому ведомая шестерня второй передачи вращается с угловой скоростью больше, чем выходной вал, поскольку передаточное число этой пары меньше, чем у первой. Поэтому для того, чтобы произвести безударное включение второй передачи необходимо притормозить включаемую шестерню до угловой скорости выходного вала. Системы централизованной синхронизации переключения передач работает по следующему алгоритму. Выключается сцепление, момент на ведущий и промежуточный валы перестает поступать, выключается первая передача, с этого момента включается в работу система синхронизации. Ведомый диск сцепления, ведущий и промежуточный валы продолжают вращаться по инерции (с установленными на них шестернями), выходной вал вращается под действием вращения колес автомобиля. Электронный блок с помощью автоматических средств управления 5 отдает команду фрикциону блокировки солнечной шестерни. Поршень 15 прижимает фрикционный диск(и) 13 к опорной перегородке корпуса фрикционов 3 и начнется процесс затормаживания солнечной шестерни 9 и промежуточного вала 7. Поскольку шестерня второй передачи на выходном валу находится в зацеплении с шестерней второй передачи на промежуточном валу, поэтому она начинает также затормаживаться. Электронный блок с помощью датчиков 16 и 17 измеряет угловые скорости валов 7 и 6, рассчитывает угловую скорость шестерня второй передачи на выходном валу с учетом передаточного числа этой пары шестерен, заложенного в память электронного блока. В процессе синхронизации происходит постоянное сравнение угловых скоростей включаемой шестерни и выходного вала. Как только угловая скорость шестерни становится равна скорости вала, электронный блок отдает команду механизму переключения передач на включение передачи. Блокировка фрикциона, также завершается. В момент синхронизации в планетарном редукторе 1 остается свободным звено эпициклической шестерни, поэтому планетарный механизм не препятствует нормальной работе коробки передач.
Переключение в трех вальной коробке передач сверху в вниз происходит в следующей последовательности. Предположим, переключение происходит со второй на первую передачу. В этом случае ведомая шестерня первой передачи вращается с угловой скоростью меньше, чем выходной вал. Поэтому для того, чтобы произвести безударное включение первой передачи необходимо разогнать включаемую шестерню до угловой скорости выходного вала. Системы централизованной синхронизации в этом случае работает следующим образом. Сцепление и вторая передача выключаются. Электронный блок отдает команду на включение фрикциона, поршень 14, прижимает диск(и) блокировки эпициклического колеса 12 к диску корпуса фрикциона, таким образом оно начинает замедляться. Водило 8 приводится во вращение через пару шестерен привода редуктора 4 от выходного вала 6 под действием вращающихся колес автомобиля при его движении. Таким образом подтормаживание эпициклического колеса вынуждает увеличить угловую скорость солнечной шестерни 9 и ведомого вала 7, что в свою очередь ускоряет вращение ведомой шестерни первой передачи на выходном валу. Электронный блок измеряет и рассчитывает угловые скорости и когда скорость шестерни становится равна скорости вала он отдает команду на включение первой передачи. На этом синхронизация заканчивается, сцепление включается.
На всех остальных передачах алгоритм синхронизации происходит аналогичным образом. Система может осуществлять переключение не только между двумя соседними, но и между любыми передачами в обоих направлениях.
Для оптимальной работы системы централизованной синхронизации переключения передач можно подбирать передаточные числа редуктора 2 и пары шестерен редуктора 4 в достаточно широких пределах.
Системы централизованной синхронизации переключения передач может быть использована в двухвальных коробках передач (фиг. 4). Описание принципа работы такое же как для трех вальной коробки, отличие лишь в том, что вместо «промежуточного вала» необходимо использовать термин «входной вал коробки передач» 18.
Системы централизованной синхронизации переключения передач может применяться на многих типах коробок передач, там, где требуется синхронизация переключения. В том случае, когда переключение осуществляется в нескольких редукторах коробки, тогда дополнительные вала должны быть оборудованы датчиками угловой скорости, а синхронизация должна осуществляться последовательно в каждом редукторе, где происходит соответствующее переключение.
Системы централизованной синхронизации переключения передач может применяться с муфтами быстрого включения передач.
Заявленное техническое решение обеспечивает улучшение эксплуатационных возможностей автомобильной техники за счет сокращения времени синхронизации переключения передач, обеспечивает надежность роботизированных многоступенчатых коробок передач легковых и грузовых большегрузных автомобилей.
Обозначения:
1 - коробка передач.
2 - планетарный редуктор,
3 - фрикционы,
4 - пара шестерен привода планетарного редуктора,
5 - электронный блок управления автоматическими средствами,
6 - выходной вал коробки передач,
7 - промежуточный вал трех вальной коробки передач,
8 - корпус редуктора (водило),
9 - солнечная шестерня планетарного редуктора,
10 - эпициклическое колесо,
11 - сателлит,
12 - диск(и) фрикциона блокировки эпициклического колеса,
13 - диск(и) фрикциона блокировки солнечной шестерни,
14 - поршень фрикциона блокировки эпициклического колеса,
15 - поршень фрикциона блокировки солнечной шестерни,
16 - датчик измерения угловой скорости выходного вала,
17 - датчик измерения угловой скорости промежуточного вала трех вальной коробки передач, или датчик измерения угловой скорости входного вала двухвальной коробки передач,
18 - входной вал двухвальной коробки передач.
Система централизованной синхронизации переключения передач, используемая в коробках передач для синхронизации включаемых передач, отличающаяся тем, что содержит простой трехзвенный планетарный редуктор, установленный в отдельном картере, на промежуточном валу в трехвальной коробке передач или на входном валу двухвальной коробки, корпус редуктора, он же являющийся водилом, опирается по краям на две опоры в картере, солнечная шестерня редуктора жестко соединена с валом, сателлиты установлены на осях водила, одновременно входят в зацепление с солнечной шестерней и эпициклическим колесом, ось водила имеет трубчатую форму внутри которой проходит промежуточный вал трех вальной коробки или входной вал двухвальной коробки, опорой трубчатого вала является корпус редуктора, корпус редуктора связан с выходным валом зубчатой парой шестерен, на конце вала эпициклической шестерни на шлицах установлен(ы) фрикционный(ые) диск(и), рядом в корпусе фрикционов расположен гидроцилиндр с поршнем, с другой стороны от диска(ов) имеется опорная перегородка, жестко связанная с корпусом фрикционов, с противоположной стороны опорной перегородки расположен фрикционный диск(и), установленный на шлицах промежуточного вала трехвальной коробки или на входном валу двухвальной коробки, с противоположной стороны диска(ов) расположен гидроцилиндр с поршнем, на конце промежуточного вала трехвальной коробки или на входном валу двухвальной коробки и выходного вала расположены датчики для измерения угловой скорости обозначенных валов, датчики соединены с блоком управления фрикционами.
