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 так же 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 РСТ № 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 устраивают производителей автомобилей, поскольку не обеспечивают 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 количества 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 расширения 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 связано с коронной шестерней (эпициклом) четвертого планетарного ряда, связанной с водилом второго планетарного ряда, водило четвертого планетарного ряда соединено с картером коробки передач при помощи тормоза, с солнечной шестерней первого планетарного ряда, связанной с входным звеном, и солнечной шестерней второго планетарного ряда, при помощи муфты, с коронной шестерней второго планетарного ряда при помощи муфты, солнечная шестерня четвертого планетарного ряда, связанная с водилом третьего планетарного ряда, соединена с коронной шестерней первого планетарного ряда при помощи муфты, солнечная шестерня третьего планетарного ряда связана с картером коробки передач тормозом, коронная шестерня третьего планетарного ряда, связанная с водилом первого планетарного ряда, соединена 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.

Фиг.1 - 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 связано с коронной шестерней (эпициклом) четвертого планетарного ряда, связанной с водилом второго планетарного ряда, водило четвертого планетарного ряда соединено с картером коробки передач при помощи тормоза, с солнечной шестерней первого планетарного ряда, связанной с входным звеном и солнечной шестерней второго планетарного ряда, при помощи муфты, с коронной шестерней второго планетарного ряда при помощи муфты, солнечная шестерня четвертого планетарного ряда, связанная с водилом третьего планетарного ряда, соединена с коронной шестерней первого планетарного ряда при помощи муфты, солнечная шестерня третьего планетарного ряда связана с картером коробки передач тормозом, коронная шестерня третьего планетарного ряда, связанная с водилом первого планетарного ряда, соединена 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 управляемых 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 и с водилом 5 второго планетарного ряда. Тормоз 13 соединяет связанные между собой коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда и водило 2 первого планетарного ряда с картером коробки передач 19. Тормоз 14 связывает солнечную шестерню 9 третьего планетарного ряда с картером коробки передач 19. Тормоз 15 связывает водило 11 четвертого планетарного ряда с картером коробки передач 19. Муфта 16 соединяет коронную шестерню 4 второго планетарного ряда с водилом 11 четвертого планетарного ряда. Муфта 17 соединяет водило 11 четвертого планетарного ряда со связанными между собой входным звеном 20, солнечной шестерней 3 первого планетарного ряда и солнечной шестерней 6 второго планетарного ряда. Муфта 18 соединяет коронную шестерню 1 первого планетарного ряда со связанными между собой водилом 8 третьего планетарного ряда и солнечной шестерней 12 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 и 15 и муфта 18, то есть угловые скорости коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда, связанной с водилом 2 второго планетарного ряда, и водила 11 четвертого планетарного ряда равны нулю. При этом угловая скорость коронной шестерни 1 первого планетарного ряда равна угловой скорости водила 8 третьего планетарного ряда, связанного с солнечной шестерней 12 четвертого планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 20 поступает на солнечную шестерню 3 первого планетарного ряда, откуда следует на коронную шестерню 1 первого планетарного ряда. Затем этот поток поступает через муфту 18 на водило 8 третьего планетарного ряда и на связанную с ним солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда, откуда следует на коронную шестерню 10 четвертого планетарного ряда, непосредственно связанную с выходным звеном 21.

При переключении на вторую передачу переднего хода муфта 18 выключается и включается муфта 16, тормоза 13 и 15 остаются включенными. Таким образом, угловые скорости коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда, связанной с водилом 2 второго планетарного ряда, и водила 11 четвертого планетарного ряда равны нулю. При этом угловая скорость коронной шестерни 4 третьего планетарного ряда равна угловой скорости водила 11 четвертого планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 20 поступает на связанную с ним солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда, откуда затем следует на водило 5 второго планетарного ряда, непосредственно связанное с выходным звеном 21.

При переключении на третью передачу переднего хода выключается тормоз 15 и включается муфта 18, муфта 16 и тормоз 13 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда, связанной с водилом 2 второго планетарного ряда, равна нулю. При этом угловая скорость коронной шестерни 4 третьего планетарного ряда равна угловой скорости водила 11 четвертого планетарного ряда, а также угловая скорость коронной шестерни 1 первого планетарного ряда равна угловой скорости водила 8 третьего планетарного ряда, связанного с солнечной шестерней 12 четвертого планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 20 поступает на связанную с ним 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 поступает на связанную с ним коронную шестерню 10 четвертого планетарного ряда, затем следует на водило 11 четвертого планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от водила 11 четвертого планетарного ряда поступает через муфту 16 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 11 четвертого планетарного ряда поступает на солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда и через муфту 18 следует на коронную шестерню 1 первого планетарного ряда, откуда поступает на солнечную шестерню 3 первого планетарного ряда, связанную с входным звеном 20, где объединяется с первоначальным потоком крутящего момента. Второй поток крутящего момента от водила 5 второго планетарного ряда поступает на непосредственно связанное с ним выходное звено 21.

При переключении на четвертую передачу переднего хода выключается муфта 18 и включается тормоз 14, тормоз 13 и муфта 16 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда, связанной с водилом 2 второго планетарного ряда, и угловая скорость солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда равны нулю. При этом угловая скорость коронной шестерни 4 третьего планетарного ряда равна угловой скорости водила 11 четвертого планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 20 поступает на связанную с ним 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 поступает на связанную с ним коронную шестерню 10 четвертого планетарного ряда, затем следует на водило 11 четвертого планетарного ряда, откуда поступает через муфту 16 на коронную шестерню 4 второго планетарного ряда и затем следует на водило 5 второго планетарного ряда, где объединяется с первоначальным потоком крутящего момента. Второй поток крутящего момента от водила 5 второго планетарного ряда поступает на непосредственно связанное с ним выходное звено 21.

При переключении на пятую передачу переднего хода выключается тормоз 13 и включается муфта 18, муфта 16 и тормоз 14 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда равна нулю. При этом угловая скорость коронной шестерни 4 третьего планетарного ряда равна угловой скорости водила 11 четвертого планетарного ряда, а также угловая скорость коронной шестерни 1 первого планетарного ряда равна угловой скорости водила 8 третьего планетарного ряда, связанного с солнечной шестерней 12 четвертого планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 20 поступает на связанную с ним солнечную шестерню 3 первого планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда следует на водило 2 первого планетарного ряда и на связанную с ним коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда, откуда поступает на водило 8 третьего планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от водила 8 третьего планетарного ряда через муфту 16 следует на коронную шестерню 1 первого планетарного ряда и затем на водило 2 первого планетарного ряда, где объединяется с первым потоком крутящего момента, движущегося от солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда. Второй поток от водила 8 третьего планетарного ряда поступает на связанную с ним солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда и затем на водило 11 четвертого планетарного ряда. Затем этот поток через муфту 16 поступает на 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 к связанной с ней солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда и затем к водилу 5 второго планетарного ряда. Сформировавшийся на водиле 5 второго планетарного ряда поток крутящего момента разделяется на два потока. Первый поток от водила 5 второго планетарного ряда движется на связанную с ним коронную шестерню 10 четвертого планетарного ряда и затем на водило 11 четвертого планетарного ряда, где объединяется с потоком мощности, движущимся от водила 8 третьего планетарного ряда через связанную с ним солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда и затем попадающим на водило 11 четвертого планетарного ряда. Второй поток крутящего момента от водила 5 второго планетарного ряда поступает на непосредственно связанное с ним выходное звено 21.

При переключении на шестую передачу переднего хода выключается тормоз 14 и включается муфта 17, муфты 16 и 18 остаются включенными. При этом угловая скорость коронной шестерни 4 третьего планетарного ряда равна угловой скорости водила 11 четвертого планетарного ряда, угловая скорость коронной шестерни 1 первого планетарного ряда равна угловой скорости водила 8 третьего планетарного ряда, связанного с солнечной шестерней 12 четвертого планетарного ряда, а также угловая скорость водила 11 четвертого планетарного ряда равна угловой скорости связанных между собой входного звена 20, солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда и солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда.

Крутящий момент на входном звене 20 разделяется на два потока. Первый поток движется через муфту 17 на водило 11 четвертого планетарного ряда и затем через муфту 16 на коронную шестерню 4 второго планетарного ряда, откуда следует на водило 5 второго планетарного ряда, где объединяется со вторым потоком крутящего момента, движущегося от входного звена 20 через связанную с ним солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда к водилу 5 второго планетарного ряда. Сформировавшийся поток крутящего момента от водила 5 второго планетарного ряда поступает на непосредственно связанное с ним выходное звено 21.

При переключении на седьмую передачу переднего хода выключается муфта 16 и включается тормоз 14, муфты 17 и 18 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость коронной шестерни 1 первого планетарного ряда равна угловой скорости водила 8 третьего планетарного ряда, связанного с солнечной шестерней 12 четвертого планетарного ряда, а также угловая скорость водила 11 четвертого планетарного ряда равна угловой скорости связанных между собой входного звена 20, солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда и солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда. При этом угловая скорость солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда равна нулю.

Крутящий момент с входного звена 20 через муфту 17 поступает на водило 11 четвертого планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от водила 11 четвертого планетарного ряда следует на солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда и на связанное с ней водило 8 третьего планетарного ряда, откуда поступает на коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда и связанное с ней 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 затем через муфту 18 на водило 8 третьего планетарного ряда, где объединяется с потоком мощности, движущимся от водила 11 четвертого планетарного ряда через солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда на связанное с ней водило 8 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 муфта 17 и включается тормоз 13, муфта 18 и тормоз 14 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда и угловая скорость коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда, связанной с водилом 2 второго планетарного ряда, равны нулю. При этом угловая скорость коронной шестерни 1 первого планетарного ряда равна угловой скорости водила 8 третьего планетарного ряда, связанного с солнечной шестерней 12 четвертого планетарного ряда.

Крутящий момент от входного звена 20 через муфту 17 поступает на водило 11 четвертого планетарного ряда, откуда следует на коронную шестерню 10 четвертого планетарного ряда и на непосредственно связанное с ней выходное звено 21.

При переключении на девятую передачу переднего хода выключается тормоз 14 и включается муфта 17, муфта 18 и тормоз 13 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость коронной шестерни 1 первого планетарного ряда равна угловой скорости водила 8 третьего планетарного ряда, связанного с солнечной шестерней 12 четвертого планетарного ряда, а также угловая скорость водила 11 четвертого планетарного ряда равна угловой скорости связанных между собой входного звена 20, солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда и солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда. При этом угловая скорость коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда, связанной с водилом 2 второго планетарного ряда, равна 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 поступает на коронную шестерню 1 первого планетарного ряда и затем через муфту 18 на водило 8 третьего планетарного ряда и на связанную с ним солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда, и затем на водило 11 четвертого планетарного ряда, где объединяется со вторым потоком крутящего момента, следующим от солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда через связанную с ней солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда, и затем через муфту 17 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 18. Таким образом, угловая скорость коронной шестерни 1 первого планетарного ряда равна угловой скорости водила 8 третьего планетарного ряда, связанного с солнечной шестерней 12 четвертого планетарного ряда. При этом угловая скорость солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда и угловая скорость водила 11 четвертого планетарного ряда равны нулю.

Крутящий момент с входного звена 20 поступает на солнечную шестерню 3 первого планетарного ряда и затем на водило 2 первого планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от водила 2 первого планетарного ряда следует на связанную с ним коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда и затем на водило 8 третьего планетарного ряда, где объединяется со вторым потоком крутящего момента, движущимся от водила 2 первого планетарного ряда на коронную шестерню 1 первого планетарного ряда и далее через муфту 18 на водило 8 третьего планетарного ряда. Сформировавшийся поток крутящего момента водила 8 третьего планетарного ряда следует на связанную с ним солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда, откуда попадает на коронную шестерню 10 четвертого планетарного ряда и 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.