Результат интеллектуальной деятельности: ДВЕНАДЦАТИСТУПЕНЧАТАЯ ВАЛЬНОПЛАНЕТАРНАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ СО СДВОЕННЫМ СЦЕПЛЕНИЕМ

Изобретение относится к транспортному машиностроению, к трансмиссии транспортных машин.

Известны агрегаты трансмиссии - коробки передач (КП) со ступенчатым изменением передаточных чисел, содержащие шестерни, валы, опоры, устройства переключения передач, применяемые на отечественных и зарубежных автомобилях (Осепчугов В.В., Фрумкин А.К. Автомобиль: Анализ конструкций, элементы расчета. - М.: Машиностроение, 1989. - 304 с.).

Эти агрегаты конструктивно сложны и металлоемки.

Наиболее близкой к предлагаемой 12-ступенчатой КП является коробка передач по патенту RU №2419007 C1 (Бюл. №14 от 20.05.2011).

Вальнопланетарная коробка передач 12R4 по патенту RU №2419007 состоит из основной 6-ступенчатой КП и двухступенчатого простого трехзвенного планетарного механизма (ПМ). Восемь шестерен для передач переднего хода, четыре шестерни заднего хода и три муфты переключения (одна из них сдвоенная) основной КП и три звена ПМ (солнечная шестерня, эпициклическое колесо и водило с сателлитами) с муфтой переключения обеспечивают 12 передач переднего хода и 4 передачи заднего хода.

Недостатки описанного трансмиссионного агрегата заключаются в ограничении эксплуатационных характеристик транспортного средства при переключении передач с разрывом потока мощности.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в расширении эксплуатационных возможностей транспортного средства за счет попарного переключения передач практически без разрыва потока мощности, повышении долговечности КП за счет уменьшения длины валов.

Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в усовершенствовании процесса переключения передач путем установки сдвоенного сцепления, повышении долговечности КП путем увеличения жесткости валов при уменьшении их длины.

Сущность предлагаемого устройства заключается в том, что 12-ступенчатая вальнопланетарная коробка передач, содержащая корпус основной коробки передач, в его опорах параллельно расположены валы, на которых установлены пары шестерен внешнего зацепления, на вторичном валу, между двумя свободно установленными шестернями, расположена трехпозиционная муфта переключения и закреплен трубчатый наконечник с опорой во внутренней стенке корпуса коробки передач, в этом наконечнике расположена опора первичного вала, на наконечнике свободно установлена шестерня, зацепленная с шестерней промежуточного вала, трехпозиционная муфта переключения расположена рядом с шестерней первичного вала, в корпусе планетарного механизма расположена солнечная шестерня, закрепленная на вторичном валу, через сателлиты водила она зацеплена с эпициклическим колесом, на выходе трубчатого вала этого колеса установлена трехпозиционная муфта переключения, при этом, в отличие от прототипа, на промежуточном валу все пять шестерен закреплены, на входе в коробку передач в корпусе расположен входной вал с закрепленным на нем кожухом сдвоенного сцепления с ведущими дисками, на первичном валу установлены ведомые диски левого сцепления, между ними и шестерней, закрепленной на этом валу, свободно расположен трубчатый вал, на котором установлены ведомые диски правого сцепления и закреплена шестерня, шестерни первичного и трубчатого валов зацеплены с шестернями промежуточного вала, ведомая шестерня заднего хода расположена на муфте переключения вторичного вала, дополнительная шестерня заднего хода установлена на оси, расположенной между промежуточным и вторичным валами.

Предлагаемое техническое решение позволяет сдвоенным сцеплением попарно переключать передачи (16 и 15, 14 и 13, 12 и 11 и т.д.) практически без разрыва потока мощности, что облегчает процесс управления транспортным средством и повышает его проходимость. Внутренняя стенка корпуса основной КП повышает жесткость агрегата и долговечность работы МКП за счет увеличения жесткости валов при уменьшении их длины.

На фиг.1 изображена кинематическая схема 12-ступенчатой вальнопланетарной МКП 12R4 (12 передач переднего хода и 4 заднего хода) со сдвоенным сцеплением, состоящей из основной трехвальной соосной КП и простого трехзвенного ПМ. В нижней части (под фиг.1) отмечены номера пар шестерен (1п-5п) и шестерен заднего хода R.

На фиг.2 изображена лучевая диаграмма МКП 12R4 с таблицами положений сцеплений и муфт переключения на различных передачах. В верхней строке таблицы указаны номера включенных пар шестерен и ПМ (планетарного механизма в состоянии U=K+1, где K - внутренний параметр ПМ, равный отношению числа зубьев эпициклического колеса к числу зубьев солнечной шестерни). На горизонтальных шкалах диаграммы в логарифмическом виде представлены величины передаточных чисел пар шестерен и передач. Над верхней горизонталью обозначены номера передач переднего хода (12-1), над предпоследней горизонталью - передачи заднего хода (4R-1R). На верхней горизонтали, а также предпоследней горизонтали справа величины передаточных чисел приведены к выходному валу, связанному с водилом ПМ; на второй горизонтали - к вторичному валу, на предпоследней горизонтали слева - к промежуточному валу. Номера включенных пар шестерен указаны на лучах. Наклон луча вправо указывает на замедляющий режим работы пары шестерен, чем положе луч, тем больше передаточное число. Наклон луча налево, 2п к 12-й передаче, характеризует ускоряющий режим работы пары шестерен. Наклон луча каждой пары шестерен постоянный на любом участке лучевой диаграммы.

Предлагаемое устройство состоит из корпуса основной КП 1 с внутренней стенкой 2, корпуса сдвоенного сцепления 3 и корпуса 4 ПМ (планетарного механизма), в их опорах соосно расположены входной 5 и первичный 6 валы, а также вторичный вал 7 с трубчатым наконечником 8 и выходной вал 9. На первичном валу 6 свободно установлен трубчатый вал 10. Промежуточный вал 11 расположен параллельно валам 5-9. Шестерни 12-16 жестко закреплены на промежуточном валу 11. Шестерня 12 зацеплена с шестерней 17, которая закреплена на трубчатом валу 10. Шестерня 13 зацеплена с шестерней 18, закрепленной на первичном валу 6. Шестерня 14 зацеплена с шестерней 19, которая свободно установлена на трубчатом наконечнике 8 вторичного вала 7. Шестерня 15 зацеплена с шестернями 20, которая свободно установлена на вторичном валу 7. На трубчатом наконечнике 8 между шестернями 18 и 19 расположена трехпозиционная муфта 21 (А). Трехпозиционная муфта 22 (В) вторичного вала 7 расположена между шестерней 20 и ведомой шестерней заднего хода 23, свободно установленной на вторичном валу 7. Дополнительная шестерня заднего хода 24 жестко закреплена на оси 25, которая расположена между промежуточным 11 и вторичным 7 валами. На входном валу 5 закреплен кожух 26 сдвоенного сцепления, в нем расположены ведущие диски 27 сцеплений. Ведомые диски 28 левого сцепления (Л) установлены на первичном валу 6, а ведомые диски 29 правого сцепления (П) установлены на трубчатом валу 10. Нажимное устройство, прижимающее ведущие и ведомые диски при включении сцеплений, не показано. На выходе вторичного вала 7 закреплена солнечная шестерня 30 (a), которая сателлитами 31 водила 32 (h) зацеплена с эпициклическим колесом 33 (b) ПМ. Водило 32 закреплено на выходном валу 9. На выходе трубчатого вала 34 эпициклического колеса 33 между зубчатыми венцами корпуса ПМ 4 и выходного вала 9 установлена трехпозиционная муфта переключения ПМ 35 (С).

Между входным валом 5 и кожухом 26 сдвоенного сцепления возможна установка зубчатой передачи (цилиндрической, конической, гипоидной и т.п.).

КП работает следующим образом. Сдвоенное сцепление срабатывает при каждом переключении, которое происходит практически без разрыва потока мощности. Муфта A изменяет свое положение после двух переключений, муфта B - после четырех последовательных переключений передач, а муфта C - после шести последовательных переключений передач. ПМ (планетарный механизм) обеспечивает два режима: на шести низших передачах (1-6) эпициклическое колесо 33 остановлено относительно корпуса ПМ 4 муфтой 35 (C) в левом положении и обеспечивает передаточное число U=К+1, на шести высших передачах (7-12) эпициклическое колесо 33 и водило 32 соединены муфтой 35 (C) в правом положении, ПМ заблокирован и обеспечивает передаточное число U=1.

Первая передача

Включаем левое сцепление (Л), муфта A (21) в нейтральном положении (Н), муфты B (22) и C (35) - в левом (Л) (см. фиг.2, верхняя таблица над т.1). Включены 2-я и 4-я пары шестерен и ПМ в режиме U=К+1.

Крутящий момент от левого сцепления (Л) передается на первичный вал 6, на паре шестерен 18-13, по промежуточному валу 11, на пару шестерен 15-20, муфтой B (22) на вторичный вал 7, на солнечную шестерню 30. Сателлиты 31, обкатываясь по остановленному эпициклическому колесу 33, вращают водило 34 и выходной вал 9 с малой скоростью и высоким крутящим моментом.

На лучевой диаграмме (см. фиг.2) эта передача представлена тремя лучами: из т.0 на второй горизонтали пологий луч 2п направо вниз к третьей горизонтали, далее пологий луч 4п направо вверх к второй горизонтали, затем самый пологий луч ПМ к т.1 на верхней горизонтали.

Вторая передача

Включаем правое сцепление (П), остальные муфты в прежнем положении. Выключаем 2-ю пару шестерен, включаем 1-ю пару шестерен.

Крутящий момент от правого сцепления (П) передается на трубчатый вал 10, на паре шестерен 17-12 на промежуточной вал 11, далее как на первой передаче.

На лучевой диаграмме (см. фиг.2) эта передача представлена тремя лучами: из т.0 на второй горизонтали крутой луч 1п направо вниз к третьей горизонтали, далее пологий луч 4п направо вверх к второй горизонтали, затем самый пологий луч ГТМ к т.2 на верхней горизонтали.

Третья передача

Сцепление и муфта C как на первой передаче, переключаем муфту A в правое положение (П), а муфту B в нейтральное положение (Н). Включены 2-я и 3-я пары шестерен и ПМ в режиме U=К+1.

Крутящий момент, как на первой передаче от первичного вала 6 передается парой шестерен 18-13 на промежуточный вал 11, далее на пару шестерен 14-19, муфтой A на трубчатый наконечник 8 и на вторичный вал 7, далее как на первых передачах.

На лучевой диаграмме эта передача представлена тремя лучами: из т.0 на второй горизонтали пологий луч 2п направо вниз к третьей горизонтали, далее вертикальный луч 3п вверх к второй горизонтали, затем самый пологий луч ПМ к т.3 на верхней горизонтали.

Четвертая передача

Включаем правое сцепление (П), остальные муфты в прежнем положении. Включены 1-я и 3-я пары шестерен и ПМ в режиме U=К+1.

От правого сцепления крутящий момент, как на второй передаче передается на промежуточный вал 11, далее как на третьей передаче.

На лучевой диаграмме эта передача представлена тремя лучами: из т.0 на второй горизонтали крутой луч 1п направо вниз к третьей горизонтали, далее вертикальный луч 3п вверх к второй горизонтали, затем самый пологий луч ПМ к т.4 на верхней горизонтали.

Пятая передача

Включаем левое сцепление (Л), переключаем муфту A в левое положение (Л), остальные муфты в прежнем положении. Включены прямая передача в основной КП и ПМ в режиме U=К+1.

Крутящий момент передается от первичного вала 6 муфтой 21 (А) на наконечник 8, вторичный вал 7, далее как на предыдущей передаче.

На лучевой диаграмме эта передача представлена одним лучом: из т.0 на второй горизонтали самый пологий луч ПМ к т.5 на верхней горизонтали.

Шестая передача

Включаем правое сцепление (П), остальные муфты в прежнем положении. Включены 1-я и 2-я пары шестерен и ПМ в режиме U=К+1.

Как на второй и четвертой передачах крутящий момент передается на промежуточный вал 11, затем как на предыдущей передаче.

На лучевой диаграмме эта передача представлена тремя лучами: из т.0 на второй горизонтали луч 1п направо вниз к третьей горизонтали, далее пологий луч 2п налево вверх к второй горизонтали, затем самый пологий луч ПМ к т.6 на верхней горизонтали.

Седьмая передача

Включаем левое сцепление (Л), переключаем муфту C в правое положение (П), остальные муфты в положении первой передачи. Включены 2-я и 4-я пары шестерен и ПМ в режиме U=1.

Крутящий момент до солнечной шестерни 30 передается, как на первой передаче, далее по заблокированному ПМ, и от водила 34 на выходной вал 9.

На лучевой диаграмме (см. фиг.2) эта передача представлена тремя лучами: из т.0 на второй горизонтали пологий луч 2п направо вниз к третьей горизонтали, далее пологий луч 4п направо вверх к второй горизонтали, вертикальный луч ПМ к т.7 на верхней горизонтали.

Восьмая передача

Включаем правое сцепление (П), остальные муфты в прежнем положении. Выключаем 2-ю пару шестерен, включаем 1-ю пару шестерен.

Крутящий момент до ПМ передается, как на второй передаче, далее как на седьмой передаче

На лучевой диаграмме эта передача представлена тремя лучами: из т.0 на второй горизонтали крутой луч 1п направо вниз к третьей горизонтали, далее пологий луч 4п направо вверх к второй горизонтали, затем вертикальный луч ПМ к т.8 на верхней горизонтали.

Девятая передача

Муфта C в правом положении (П), остальные муфты в положении третьей передачи. Включены 2-я и 3-я пары шестерен и ПМ в режиме U=1.

Крутящий момент до ПМ передается, как на третьей передаче, далее как на восьмой передаче.

На лучевой диаграмме эта передача представлена тремя лучами: из т.0 далее вертикальный луч 3п вверх к второй горизонтали, затем вертикальный луч ПМ к т.9 на верхней горизонтали.

Десятая передача

Включаем правое сцепление (П), остальные муфты в прежнем положении. Включены 1-я и 3-я пары шестерен и ПМ в режиме U=1.

Крутящий момент до ПМ передается, как на четвертой передаче, далее как на предыдущих передачах.

На лучевой диаграмме эта передача представлена тремя лучами: из т.0 на второй горизонтали крутой луч 1п направо вниз к третьей горизонтали, далее вертикальный луч 3п вверх к второй горизонтали, затем вертикальный луч ПМ к т.10 на верхней горизонтали.

Одиннадцатая передача - прямая

Включаем левое сцепление (Л) и муфту A в левое положение (Л), остальные муфты в прежнем положении. Включены прямая передача в основной КП и ПМ в режиме U=1.

Крутящий момент передается от первичного вала 6 муфтой 21 (A) на наконечник 8, вторичный вал 7, далее как на предыдущей передаче.

На лучевой диаграмме эта передача представлена одним лучом: из т.0 на второй горизонтали вертикальный луч ПМ к т.11 на верхней горизонтали.

Двенадцатая передача

Включаем правое сцепление (П), остальные муфты в прежнем положении. Включены 1-я и 2-я пары шестерен и ПМ в режиме U=1.

Как на восьмой передаче крутящий момент передается на ПМ, затем как на предыдущих передачах.

На лучевой диаграмме эта передача представлена тремя лучами: из т.0 на второй горизонтали луч 1п направо вниз к третьей горизонтали, далее пологий луч 2п налево вверх к второй горизонтали, затем вертикальный луч ПМ к т.12 на верхней горизонтали.

Первый задний ход - 1R

Включаем левое сцепление (Л), муфту A переключаем в нейтральное положение (Н), муфту B - в правое положение (П), муфту C - в левое (Л) положение.

Крутящий момент до промежуточного вала 11 поступает, как на первой передаче переднего хода, далее по ряду шестерен 16-24-23 заднего хода, муфтой B (22) на вторичный вал 7, на солнечную шестерню 30, сателлиты 31, обкатываясь по остановленному эпициклическому колесу 33, вращают водило 34 и выходной вал 9 с малой скоростью и высоким крутящим моментом в направлении, противоположном вращению входного вала 5.

На лучевой диаграмме (см. фиг.2 внизу) эта передача представлена тремя лучами: из т.0 на второй горизонтали пологий луч 2п направо вниз к третьей горизонтали, далее пологий луч R направо вниз к нижней горизонтали, затем самый пологий луч ПМ к т.1 R на третьей горизонтали.

Второй задний ход - 2R

Включаем правое сцепление (П), остальные муфты в прежнем положении. Выключаем 2-ю пару шестерен, включаем 1-ю пару шестерен.

Крутящий момент до промежуточного вала 11 поступает, как на второй передаче переднего хода, далее как на первой передаче заднего хода.

На лучевой диаграмме эта передача представлена тремя лучами: из т.0 на второй горизонтали крутой луч 1п направо вниз к третьей горизонтали, далее пологий луч R направо вниз к нижней горизонтали, затем самый пологий луч ПМ к т.2 R на третьей горизонтали.

Третий задний ход - 3R

Включаем левое сцепление (Л), муфту C - в правое положение (П), остальные муфты в положении передачи 1R.

Крутящий момент до промежуточного вала 11 поступает, как на первой передаче заднего хода, далее по ряду шестерен 16-24-23 заднего хода муфтой B (22) на вторичный вал 7, на солнечную шестерню 30, блокированному ПМ, вращают водило 32 и выходной вал 9.

На лучевой диаграмме эта передача представлена тремя лучами: из т.0 на второй горизонтали пологий луч 2п направо вниз к третьей горизонтали, далее пологий луч R направо вниз к нижней горизонтали, затем вертикальный луч ПМ к т.3 R на третьей горизонтали.

Четвертый задний ход - 4R

Включаем правое сцепление (П), остальные муфты остаются в прежнем положении.

Крутящий момент до промежуточного вала 11 поступает, как на двенадцатой передаче переднего хода, далее как на предыдущей передаче.

На лучевой диаграмме эта передача представлена тремя лучами: из т.0 на второй горизонтали пологий луч 1п направо вниз к третьей горизонтали, далее пологий луч R направо вниз к нижней горизонтали, затем вертикальный луч ПМ к т.4 R на третьей горизонтали.

Предложенная МКП имеет хорошие компоновочные возможности: небольшие величины передаточных чисел пар шестерен, что обеспечивает возможность уменьшения межосевого расстояния и габаритов МКП; основное увеличение крутящего момента происходит в ПМ, 6 интервалов из 11-ти, что разгружает основную КП. ПМ имеет внутренний параметр, близкий к оптимальному, - не более 5.

Обозначения

1 - корпус основной КП;

2 - внутренняя стенка корпуса КП;

3 - корпус сдвоенного сцепления;

4 - корпус ПМ (планетарного механизма);

5 - входной вал;

6 - первичный вал;

7 - вторичный вал;

8 - трубчатый наконечник вторичного вала 6;

9 - выходной вал от водила ПМ;

10 - трубчатый вал;

11 - промежуточный вал;

12-16 - шестерни, закрепленные на промежуточном валу 11;

17 - шестерня трубчатого вала 10;

18 - шестерня, закрепленная на первичном валу 6;

19 - шестерня, свободно установленная на трубчатом наконечнике 8 вторичного вала 7;

20 - шестерня, свободно установленная на вторичном валу 7;

21 (A) - трехпозиционная муфта трубчатого наконечника 8, расположенная между шестернями 18 и 19;

22 (B) - трехпозиционная муфта вторичного вала 7, расположенная между шестернями 21 и 23;

23 - ведомая шестерня заднего хода, свободно установленная на вторичном валу 7;

24 - дополнительная шестерня заднего хода, установленная на оси 25;

25 - ось дополнительной шестерни заднего хода 26;

26 - кожух сдвоенного сцепления;

27 - ведущие диски сцепления 28;

28 - ведомые диски левого (Л) сцепления 28, установленные на первичном валу 6;

29 - ведомые диски правого (П) сцепления 28, установленные на трубчатом валу 10;

30 - солнечная шестерня ПМ;

31 - сателлиты водила 34;

32 - водило ПМ;

33 - эпициклическое колесо ПМ;

34 - трубчатый вал эпициклического колеса 35;

33 (C) - трехпозиционная муфта ПМ, расположенная между зубчатыми венцами корпуса ПМ 4 и выходного вала 9.