Результат интеллектуальной деятельности: ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ

Изобретение относится к области автотранспортного машиностроения и касается конструкции ступенчатой планетарной коробки передач, которая может быть использована в автоматических трансмиссиях, управляемых с помощью электронного блока и гидравлики и предназначенных для транспортных средств.

Крутящий момент и частота вращения двигателя преобразуются трансмиссией в соответствии с изменением условий движения транспортного средства для обеспечения движения транспортного средства как вперед, так и назад.

В состав автоматической трансмиссии входит гидродинамический преобразователь крутящего момента (гидротрансформатор), в котором кинетическая энергия рабочей жидкости используется для передачи крутящего момента от коленчатого вала двигателя на входное звено коробки передач. Далее расположена, как правило, коробка передач планетарного типа, обеспечивающая изменение крутящего момента на движителе и его частоты вращения. Коробка передач также включает в себя элементы управления, например фрикционные или зубчатые, которые по своему назначению делятся на две группы: тормоза и муфты. Муфты соединяют элементы планетарного механизма между собой. Тормоза соединяют элементы планетарного механизма с картером коробки передач.

Известна гидромеханическая коробка передач (заявка PCT № WO 2012052330, опубликована 26.04.2012), содержащая гидродинамический преобразователь крутящего момента, четыре планетарных ряда и пять управляющих элементов (четыре тормоза и одну муфту), в которой за счет совместного включения двух элементов управления на каждой передаче удается получить шесть передач переднего хода и одну передачу заднего хода.

Анализ развития автоматических коробок передач показывает, что шесть или даже семь передач не устраивает производителей автомобилей, поскольку не обеспечивает в достаточной степени плавности при переключении передач. Поэтому в настоящее время существует потребность в кинематических схемах гидромеханических планетарных коробок передач с восемью и более передачами. При этом предпочтительно не увеличивать потери мощности при ее передаче от двигателя к ведущим колесам. Одним из основных факторов, влияющих на величину потерь в коробке передач, в случае использования в качестве управляющих элементов фрикционных муфт и фрикционных тормозов, является количество фрикционных элементов, находящихся в выключенном состоянии. Чем меньше таких элементов, тем выше КПД коробки передач.

В коробке-прототипе удается получить шесть передач переднего хода и одну передачу заднего хода за счет попарного включения пяти фрикционных элементов управления звеньями планетарных рядов.

Техническим результатом, на получение которого направлено настоящее изобретение, является расширение арсенала технических средств, а также увеличение числа передач, реализуемых в коробке при аналогичном числе планетарных рядов, и без увеличения потерь в элементах управления, то есть при сохранении числа элементов, находящихся в выключенном состоянии для каждой реализуемой передачи.

Указанный технический результат достигается тем, что в гидромеханической коробке передач, содержащей гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор с управляющими элементами в виде управляемых тормозов и муфт, выходное звено коробки передач соединено с коронной шестерней (эпициклом) четвертого планетарного ряда, связанной с водилом второго планетарного ряда через муфту, водило четвертого планетарного ряда, связанное с коронной шестерней второго планетарного ряда, соединено с картером коробки передач тормозом и с водилом второго планетарного ряда муфтой, солнечная шестерня четвертого планетарного ряда, связанная с коронной шестерней третьего планетарного ряда, соединена при помощи муфты с водилом первого планетарного ряда, солнечная шестерня третьего планетарного ряда связана с картером коробки передач при помощи тормоза, водило третьего планетарного ряда связано с коронной шестерней первого планетарного ряда, водило первого планетарного ряда соединено с картером коробки передач при помощи тормоза, входное звено связано с выходным звеном гидродинамического преобразователя крутящего момента.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

На фиг.1 дана кинематическая схема гидромеханической девятиступенчатой коробки передач для трансмиссии транспортного средства.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата приведенной совокупностью признаков.

Согласно изобретению гидромеханическая коробка передач, содержащая гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор с управляющими элементами в виде управляемых тормозов и муфт, в котором выходное звено коробки передач соединено с коронной шестерней (эпициклом) четвертого планетарного ряда, связанной с водилом второго планетарного ряда через муфту, водило четвертого планетарного ряда, связанное с коронной шестерней второго планетарного ряда, соединено с картером коробки передач тормозом и с водилом второго планетарного ряда муфтой, солнечная шестерня четвертого планетарного ряда, связанная с коронной шестерней третьего планетарного ряда, соединена при помощи муфты с водилом первого планетарного ряда, солнечная шестерня третьего планетарного ряда связана с картером коробки передач при помощи тормоза, водило третьего планетарного ряда связано с коронной шестерней первого планетарного ряда, водило первого планетарного ряда соединено с картером коробки передач при помощи тормоза, входное звено связано с выходным звеном гидродинамического преобразователя крутящего момента.

Ниже приводится пример конкретного исполнения гидромеханической коробки передач для автоматической трансмиссии, например, легкового автомобиля повышенной проходимости.

Автоматическая коробка передач, реализующая девять передач переднего хода и одну передачу заднего хода, содержит картер 19, входное звено 20, выходное звено 21, гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор, в состав которого входят четыре планетарных ряда, три управляемые муфты и три управляемых тормоза.

В коробке передач, согласно изобретению, планетарный редуктор состоит из четырех планетарных рядов. Первый планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 3, водила 2 сателлитов и коронной шестерни 1 (эпицикла). Второй планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 6, водила 5 сателлитов и коронной шестерни 4 (эпицикла). Третий планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 9, водила 8 сателлитов и коронной шестерни 7 (эпицикла). Четвертый планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 12, водила 11 сателлитов и коронной шестерни 10 (эпицикла).

Входное звено 20 соединено с выходным звеном гидродинамического преобразователя крутящего момента 22, с солнечной шестерней 3 первого планетарно ряда и с солнечной шестерней 6 второго планетарного ряда. Выходное звено 21 связано с коронной шестерней 10 четвертого планетарного ряда. Коронная шестерня 1 первого планетарного ряда связана с водилом 8 третьего планетарного ряда. Тормоз 13 связывает с картером коробки передач 19 водило 2 первого планетарного ряда. Тормоз 14 связывает с картером коробки передач 19 солнечную шестерню 9 третьего планетарного ряда. Тормоз 15 соединяет с картером коробки передач 19 связанные между собой водило 11 четвертого планетарного ряда и коронную шестерню 4 второго планетарного ряда. Муфта 16 соединяет водило 2 первого планетарного ряда со связанными между собой коронной шестерней 7 третьего планетарного ряда и солнечной шестерней 12 четвертого планетарного ряда. Муфта 17 соединяет водило 5 второго планетарного ряда со связанными между собой коронной шестерней 10 четвертого планетарного ряда и выходное звено 21. Муфта 18 соединяет водило 5 второго планетарного ряда со связанными между собой коронную шестерню 4 второго планетарного ряда и водило 11 четвертого планетарного ряда.

Такое выполнение коробки передач позволяет получить девять передач переднего хода и одну передачу заднего хода, используя для этого четыре планетарных ряда и шесть элементов управления. При этом в предлагаемой схеме не происходит разрыва мощности при переключении передач.

Предлагаемая, согласно изобретению, автоматическая коробка передач работает следующим образом.

После начала движения транспортного средства последовательным переключением передач от 1-й до 9-й осуществляется его разгон до требуемой скорости движения. При нахождении коробки передач в нейтральном положении ни один из элементов управления не включен.

На первой передаче переднего хода включаются тормоза 13, 14 и 15, то есть угловые скорости водила 2 первого планетарного ряда, солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда и водила 11 четвертого планетарного ряда, связанного с коронной шестерней 4 второго планетарного ряда, равны нулю.

Крутящий момент с входного звена 20 поступает на солнечную шестерню 3 первого планетарного ряда и затем следует на коронную шестерню 1 первого планетарного ряда и на связанное с ней непосредственно водило 8 третьего планетарного ряда, откуда поступает на коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда и на связанную с ней солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда. Далее поток крутящего момента движется от солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда на коронную шестерню 10 четвертого планетарного ряда и на связанное с ней непосредственно выходное звено 21.

При переключении на вторую передачу переднего хода тормоз 14 выключается и включается муфта 17, тормоза 13 и 15 остаются включенными. Таким образом, угловые скорости водила 2 первого планетарного ряда и водила 11 четвертого планетарного ряда, связанного с коронной шестерней 4 второго планетарного ряда, равны нулю. При этом угловая скорость водила 5 второго планетарного ряда равна угловой скорости коронной шестерни 10 четвертого планетарного ряда, связанной с выходным звеном 21.

Крутящий момент с входного звена 20 поступает на солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда и затем на водило 5 второго планетарного ряда, откуда через муфту 17 следует непосредственно на выходное звено 21.

При переключении на третью передачу переднего хода выключается тормоз 15 и включается тормоз 14, муфта 17 и тормоз 13 остаются включенными. Таким образом, угловые скорости водила 2 первого планетарного ряда и солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда равны нулю. При этом угловая скорость водила 5 второго планетарного ряда равна угловой скорости коронной шестерни 10 четвертого планетарного ряда, связанной с выходным звеном 21.

Крутящий момент с входного звена 20 поступает на солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда и далее на водило 5 второго планетарного ряда, откуда, пройдя через муфту 17, разделяется на два потока. Первый поток от муфты 17 следует на коронную шестерню 10 четвертого планетарного ряда, откуда затем на водило 11 четвертого планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от водила 11 четвертого планетарного ряда поступает на солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда и на связанную с ней коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда, откуда затем следует на водило 8 третьего планетарного ряда и на связанную с ним коронную шестерню 1 первого планетарного ряда. Затем этот поток от коронной шестерни 1 первого планетарного ряда поступает на солнечную шестерню 3 первого планетарного ряда и на связанное с ней входное звено 20, где объединяется с первоначальным потоком крутящего момента. Второй поток крутящего момента от водила 11 четвертого планетарного ряда поступает на связанную с ним коронную шестерню 4 второго планетарного ряда и затем на водило 5 второго планетарного ряда, где объединяется с первоначальным потоком крутящего момента. Второй поток крутящего момента от муфты 17 поступает непосредственно на выходное звено 21.

При переключении на четвертую передачу переднего хода выключается тормоз 14 и включается муфта 16, тормоз 13 и муфта 17 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость водила 2 первого планетарного ряда равна нулю. При этом угловая скорость водила 5 второго планетарного ряда равна угловой скорости коронной шестерни 10 четвертого планетарного ряда, связанной с выходным звеном 21, а также угловая скорость водила 2 первого планетарного ряда равна угловой скорости связанных между собой коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда и солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 20 поступает на солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда и далее на водило 5 второго планетарного ряда, откуда, пройдя через муфту 17, разделяется на два потока. Первый поток от муфты 17 поступает на коронную шестерню 10 четвертого планетарного ряда и затем на водило 11 четвертого планетарного ряда и на связанную с ним коронную шестерню 4 второго планетарного ряда, откуда далее следует на водило 5 второго планетарного ряда, где объединяется с первоначальным потоком крутящего момента. Второй поток крутящего момента от муфты 17 поступает непосредственно на выходное звено 21.

При переключении на пятую передачу переднего хода выключается тормоз 13 и включается тормоз 14, муфты 16 и 17 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда равна нулю. При этом угловая скорость водила 5 второго планетарного ряда равна угловой скорости коронной шестерни 10 четвертого планетарного ряда, связанной с выходным звеном 21, а также угловая скорость водила 2 первого планетарного ряда равна угловой скорости связанных между собой коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда и солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 20 поступает на солнечную шестерню 3 первого планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда поступает на водило 2 первого планетарного ряда и затем через муфту 16 на коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда следует на водило 8 третьего планетарного ряда и на связанную с ним коронную шестерню 1 первого планетарного ряда, откуда затем на водило 2 первого планетарного ряда, где объединяется с первым потоком крутящего момента от солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда. Второй поток крутящего момента от коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда поступает на связанную с ней солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда и затем на водило 11 четвертого планетарного ряда и на связанную с ним коронную шестерню 4 второго планетарного ряда, откуда следует на водило 5 второго планетарного ряда, где объединяется со вторым потоком крутящего момента, движущимся от солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда на связанную с ней солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда и затем на водило 5 второго планетарного ряда. Сформировавшийся поток крутящего момента от водила 5 второго планетарного ряда, пройдя через муфту 17, разделяется на два потока. Первый поток от муфты 17 поступает на коронную шестерню 10 четвертого планетарного ряда и затем на водило 11 четвертого планетарного ряда, где объединяется со вторым потоком крутящего момента, движущимся от коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда через связанную с ним солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда на водило 11 четвертого планетарного ряда. Второй поток крутящего момента от муфты 17 поступает непосредственно на выходное звено 21.

При переключении на шестую передачу переднего хода выключается тормоз 14 и включается муфта 18, муфты 16 и 17 остаются включенными. При этом угловая скорость водила 5 второго планетарного ряда равна угловой скорости коронной шестерни 10 четвертого планетарного ряда, связанной с выходным звеном 21, угловая скорость водила 2 первого планетарного ряда равна угловой скорости связанных между собой коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда и солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда, а также угловая скорость водила 5 второго планетарного ряда равна угловой скорости коронной шестерни 4 второго планетарного ряда, связанной с водилом 11 четвертого планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 20 поступает на солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда, откуда следует на водило 5 второго планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от водила 5 второго планетарного ряда через муфту 18 поступает на коронную шестерню 4 второго планетарного ряда, откуда следует на водило 5 второго планетарного ряда, где объединяется с первоначальным потоком крутящего момента. Второй поток от водила 5 второго планетарного ряда через муфту 17 поступает непосредственно на выходное звено 21.

При переключении на седьмую передачу переднего хода выключается муфта 17 и включается тормоз 14, муфты 16 и 18 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость водила 2 первого планетарного ряда равна угловой скорости связанных между собой коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда и солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда, а также угловая скорость водила 5 второго планетарного ряда равна угловой скорости коронной шестерни 4 второго планетарного ряда, связанной с водилом 11 четвертого планетарного ряда. При этом угловая скорость солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда равна нулю.

Крутящий момент с входного звена 20 поступает на солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда, откуда следует на водило 5 второго планетарного ряда и затем через муфту 18 на коронную шестерню 4 второго планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от коронной шестерни 4 второго планетарного ряда поступает на водило 5 второго планетарного ряда, где объединяется с первоначальным потоком крутящего момента. Второй поток от коронной шестерни 4 второго планетарного ряда поступает на связанное с ней водило 11 четвертого планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от водила 11 четвертого планетарного ряда поступает на солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда и далее через муфту 16 на водило 2 первого планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от водила 2 первого планетарного ряда поступает на солнечную шестерню 3 первого планетарного ряда и на связанное с ней входное звено 20, где объединяется с первоначальным потоком крутящего момента. Второй поток крутящего момента от водила 2 первого планетарного ряда поступает на коронную шестерню 1 первого планетарного ряда и на связанное с ней водило 8 третьего планетарного ряда и затем на коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда, где объединяется с первым потоком крутящего момента от водила 11 четвертого планетарного ряда, движущимся через солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда на связанную с ней коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда. Второй поток крутящего момента от водила 11 четвертого планетарного ряда поступает на коронную шестерню 10 четвертого планетарного ряда и на связанное с ней непосредственно выходное звено 21.

При переключении на восьмую передачу переднего хода выключается тормоз 14 и включается тормоз 13, муфты 18 и 16 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость водила 2 первого планетарного ряда равна угловой скорости связанных между собой коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда и солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда, а также угловая скорость водила 5 второго планетарного ряда равна угловой скорости коронной шестерни 4 второго планетарного ряда, связанной с водилом 11 четвертого планетарного ряда. При этом угловая скорость водила 2 первого планетарного ряда равна нулю.

Крутящий момент от входного звена 20 поступает на солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда, откуда затем следует на водило 5 второго планетарного ряда и затем через муфту 18 на коронную шестерню 4 второго планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от коронной шестерни 4 второго планетарного ряда поступает на водило 5 второго планетарного ряда, где объединяется с первоначальным потоком крутящего момента. Второй поток от коронной шестерни 4 второго планетарного ряда поступает на связанное с ней водило 11 четвертого планетарного ряда, откуда затем следует на коронную шестерню 10 четвертого планетарного ряда и на связанное с ней непосредственно выходное звено 21.

При переключении на девятую передачу переднего хода выключается муфта 16 и включается тормоз 14, муфта 18 и тормоз 13 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость водила 5 второго планетарного ряда равна угловой скорости коронной шестерни 4 второго планетарного ряда, связанной с водилом 11 четвертого планетарного ряда. При этом угловые скорости водила 2 первого планетарного ряда и солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда равны нулю.

Крутящий момент с входного звена 20 поступает на солнечную шестерню 3 первого планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда следует на связанную с ней солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда, откуда поступает на водило 5 второго планетарного ряда и затем через муфту 18 на коронную шестерню 4 второго планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от коронной шестерни 4 второго планетарного ряда поступает на водило 5 второго планетарного ряда, где объединяется с первым потоком, движущимся от солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда на связанную с ней солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда и затем на водило 5 второго планетарного ряда. Второй поток крутящего момента от коронной шестерни 4 второго планетарного ряда поступает на связанное с ней водило 11 четвертого планетарного ряда, где объединяется со вторым потоком крутящего момента, движущимся от солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда на коронную шестерни 1 первого планетарного ряда и на связанное с ней водило 8 третьего планетарного ряда и затем на коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда и на связанную с ней солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда и далее на водило 11 четвертого планетарного ряда. Сформировавшийся поток крутящего момента от водила 11 четвертого планетарного ряда поступает на коронную шестерню 10 четвертого планетарного ряда и на связанное с ней непосредственно выходное звено 21.

На передаче заднего хода включаются тормоза 14 и 15 и муфта 16. Таким образом, угловые скорости солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда и водила 11 четвертого планетарного ряда, связанного с коронной шестерней 4 второго планетарного ряда, равны нулю. При этом угловая скорость водила 2 первого планетарного ряда равна угловой скорости связанных между собой коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда и солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 20 поступает на солнечную шестерню 3 первого планетарного ряда и затем на водило 2 первого планетарного ряда и далее через муфту 16 на коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда поступает на водило 8 третьего планетарного ряда и на связанную с ним коронную шестерню 1 первого планетарного ряда и затем на водило 2 первого планетарного ряда, где объединяется с первоначальным потоком крутящего момента. Второй поток от коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда поступает на связанную с ней солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда и далее на коронную шестерню 10 четвертого планетарного ряда, а также на связанное с ней непосредственно выходное звено 21.

Изменение схемы и последовательности совместного включения элементов управления позволяет добиться заявленного технического результата и значительного расширения кинематического диапазона коробки передач, а также того, что при переключении отсутствует разрыв мощности. Кроме того, благодаря этому удается улучшить динамические характеристики коробки передач и увеличить ее долговечность.

Настоящее изобретение промышленно применимо, так как для его реализации не требуется специальной новой технологии и специального оборудования, кроме тех, что используются в машиностроении в производстве редукторов, в том числе и планетарных.