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 (патент США № US 7632206, опубликован 15.12.2009), содержащая гидродинамический преобразователь крутящего момента, четыре планетарных ряда и шесть управляющих элементов (три тормоза и три муфты), в которой за счет совместного включения двух элементов управления на каждой передаче удается получить девять передач переднего хода; и одну передачу заднего хода.

Анализ развития автоматических коробок передач показывает стремление разработчиков всеми способами снизить 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 переключение передач происходит за счет попарного включения шести фрикционных элементов управления звеньями планетарных рядов. Кроме того, в прототипе осуществляется постоянная жесткая связь солнечной шестерни первого планетарного ряда с картером с помощью дополнительного элемента конструкции, что приводит к усложнению конструкции.

Техническим результатом, на получение которого направлено настоящее изобретение, является расширения арсенала технических средств, а также упрощение конструкции за счет уменьшения числа связей, а при использовании фрикционных элементов управления также снижение потерь в элементах управления, за счет увеличения числа совместно включаемых на каждой передаче при аналогичном числе планетарных рядов, а также числе и составе используемых для управления фрикционных элементов.

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, водило четвертого планетарного ряда является выходным звеном, связано с коронной шестерней третьего планетарного ряда, солнечная шестерня четвертого планетарного ряда связана муфтой с солнечной шестерней второго планетарного ряда, коронная шестерня четвертого планетарного ряда связана с водилом третьего планетарного ряда и тормозом с картером коробки передач, водило третьего планетарного ряда связано муфтой с солнечной шестерней второго планетарного ряда, солнечная шестерня третьего планетарного ряда связана с водилом первого планетарного ряда и муфтой с коронной шестерней второго планетарного ряда, водило второго планетарного ряда связано с коронной шестерней первого планетарного ряда и тормозом с картером коробки передач, солнечная шестерня второго планетарного ряда непосредственно соединена с входным звеном коробки передач и связана с выходным элементом гидродинамического преобразователя крутящего момента, солнечная шестерня первого планетарного ряда связана тормозом с картером коробки передач.

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 содержит гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор с управляющими элементами в виде управляемых тормозов и муфт, водило четвертого планетарного ряда является выходным звеном, связано с коронной шестерней третьего планетарного ряда, солнечная шестерня четвертого планетарного ряда связана муфтой с солнечной шестерней второго планетарного ряда, коронная шестерня четвертого планетарного ряда связана с водилом третьего планетарного ряда и тормозом с картером коробки передач, водило третьего планетарного ряда связано муфтой с солнечной шестерней второго планетарного ряда, солнечная шестерня третьего планетарного ряда связана с водилом первого планетарного ряда и муфтой с коронной шестерней второго планетарного ряда, водило второго планетарного ряда связано с коронной шестерней первого планетарного ряда и тормозом с картером коробки передач, солнечная шестерня второго планетарного ряда непосредственно соединена с входным звеном коробки передач и связана с выходным элементом гидродинамического преобразователя крутящего момента, солнечная шестерня первого планетарного ряда связана тормозом с картером коробки передач.

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

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 14 и 15 и муфта 18, то есть угловые скорости коронной шестерни 1 первого планетарного ряда, связанной с водилом 5 второго планетарного ряда, и водила 8 третьего планетарного ряда, связанного с коронной шестерней 10 четвертого планетарного ряда, равны нулю, а угловые скорости коронной шестерни 4 второго планетарного ряда и солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда, связанной с водилом 2 первого планетарного ряда, равны между собой.

Крутящий момент с входного звена 20 через солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда передается на коронную шестерню 4 второго планетарного ряда. Далее через муфту 18 передается на солнечную шестерню 9 третьего планетарного ряда, а с нее на коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда, связанную с водилом 11 четвертого планетарного ряда и непосредственно с выходным звеном 21.

При переключении на вторую передачу переднего хода тормоз 14 выключается и включается муфта 17, тормоз 15 и муфта 18 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость водила 8 третьего планетарного ряда, связанного с коронной шестерней 10 четвертого планетарного ряда, равна нулю, а угловая скорость входного звена 20, связанного с солнечной шестерней 6 второго планетарного ряда, равна угловой скорости солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда. При этом угловая скорость коронной шестерни 4 второго планетарного ряда равна угловой скорости солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда, связанного с водилом 2 первого планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 20 через включенную муфту 17 передается на солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда и далее на водило 11 четвертого планетарного ряда, откуда передается связанному непосредственно с ним выходному звену 21.

При переключении на третью передачу переднего хода выключается тормоз 15 и включается тормоз 14, муфты 17 и 18 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость коронной шестерни 1 третьего планетарного ряда, связанного с водилом 5 второго планетарного ряда, равна нулю, а угловая скорость входного звена 20, связанного с солнечной шестерней 6 второго планетарного ряда, равна угловой скорости солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда. При этом угловая скорость коронной шестерни 4 второго планетарного ряда равна угловой скорости солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда, связанного с водилом 2 первого планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 20 через включенную муфту 17 передается на солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда и далее на водило 11 четвертого планетарного ряда, где разделяется на три потока. Первый поток передается от водила 11 четвертого планетарного ряда связанной с ним коронной шестерне 7 третьего планетарного ряда, откуда передается водилу 8 третьего планетарного ряда, где объединяется со вторым потоком, движущимся от водила 11 четвертого планетарного ряда к коронной шестерне 10 четвертого планетарного ряда, связанной с водилом 8 третьего планетарного ряда. Объединившись на водиле 8 третьего планетарного ряда, потоки передаются солнечной шестерне 9 третьего планетарного ряда. Далее от солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда поток крутящего момента передается через муфту 18 коронной шестерне 4 второго планетарного ряда и затем солнечной шестерне 6 второго планетарного ряда, где объединяются с потоком крутящего момента входного звена 20. Третий поток крутящего момента передается от водила 11 четвертого планетарного ряда непосредственно связанному с ним выходному звену 21.

При переключении на четвертую передачу переднего хода выключается муфта 18 и включается тормоз 13, муфта 17 и тормоз 14 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость коронной шестерни 1 первого планетарного ряда, связанного с водилом 5 второго планетарного ряда, а также угловая скорость солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда равны нулю. При этом угловая скорость входного звена 20, связанного с солнечной шестерней 6 второго планетарного ряда, равна угловой скорости солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 20 через включенную муфту 17 передается на солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда и далее на водило 11 четвертого планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток крутящего момента передается от водила 11 четвертого планетарного ряда коронной шестерне 10 четвертого планетарного ряда, связанной с водилом 8 третьего планетарного ряда, откуда передается коронной шестерне 7 третьего планетарного ряда и затем следует к связанному с этой шестерней водила 11 четвертого планетарного ряда, где объединяется со вторым потоком, передающимся от водила 11 четвертого планетарного ряда непосредственно связанному с ним выходному звену 21.

При переключении на пятую передачу переднего хода выключается тормоз 14 и включается муфта 18, муфта 17 и тормоз 13 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда равна нулю. При этом угловая скорость входного звена 20, связанного с солнечной шестерней 6 второго планетарного ряда, равна угловой скорости солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда, а угловая скорость коронной шестерни 4 второго планетарного ряда равна угловой скорости солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда, связанного с водилом 2 первого планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 20 передается на солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток передается от солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда водилу 5 второго планетарного ряда, связанного с коронной шестерней 1 первого планетарного ряда, откуда следует на водило 2 первого планетарного ряда. Затем этот поток крутящего момента разделяется и передается через муфту 18 коронной шестерне 4 второго планетарного ряда и далее водилу 5 второго планетарного ряда, где объединяется с первым потоком мощности, а также передается солнечной шестерне 9 третьего планетарного ряда, откуда затем следует на водило 8 третьего планетарного ряда. Второй поток крутящего момента передается от солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда через муфту 17 солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда и затем водилу 11 четвертого планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток передается от водила 11 четвертого планетарного ряда связанному с коронной шестерней 7 третьего планетарного ряда водилу 8 третьего планетарного ряда, где объединяется с потоком мощности, переданным водилу 8 третьего планетарного ряда солнечной шестерней 9 третьего планетарного ряда, откуда следует к связанной с водилом 8 третьего планетарного ряда коронной шестерне 10 четвертого планетарного ряда и затем на водило 11 четвертого планетарного ряда, где объединяется со вторым потоком мощности, передающимся от водила 11 четвертого планетарного ряда непосредственно выходному звену 21.

При переключении на шестую передачу переднего хода выключается тормоз 13 и включается муфта 16, муфты 17 и 18 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость входного звена 20, связанного с солнечной шестерней 6 второго планетарного ряда, равна угловой скорости солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда, а угловая скорость коронной шестерни 4 второго планетарного ряда равна угловой скорости солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда, связанного с водилом 2 первого планетарного ряда. Также угловая скорость водила 8 третьего планетарного ряда, связанного с коронной шестерне 10 четвертого планетарного ряда, равна угловой скорости солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда, связанного со входным звеном 20.

Крутящий момент на входном звене 20 разделяется на два потока. Первый поток передается через муфту 16 водилу 8 третьего планетарного ряда, связанному с коронной шестерней 10 четвертого планетарного ряда, откуда передается водилу 11 четвертого планетарного ряда. Второй поток крутящего момента передается через муфту 17 солнечной шестерне 12 четвертого планетарного ряда, откуда передается водилу 11 четвертого планетарного ряда, где объединяется с первым потоком крутящего момента и передается от водила 11 четвертого планетарного ряда непосредственно связанному с ним выходному звену 21.

При переключении на седьмую передачу переднего хода выключается муфта 17 и включается тормоз 13, муфты 16 и 18 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость коронной шестерни 4 второго планетарного ряда равна угловой скорости солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда, связанного с водилом 2 первого планетарного ряда, а угловая скорость водила 8 третьего планетарного ряда, связанного с коронной шестерней 10 четвертого планетарного ряда, равна угловой скорости солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда, связанного со входным звеном 20. Также угловая скорость солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда равна нулю.

Крутящий момент с входного звена 20 передается через муфту 16 водилу 8 третьего планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток передается от водила 8 третьего планетарного ряда солнечной шестерне 9 третьего планетарного ряда, связанной с водилом 2 первого планетарного ряда, откуда передается коронной шестерне 1 первого планетарного ряда, связанной с водилом 5 второго планетарного ряда, где разделяется и передается коронной шестерне 4 второго планетарного ряда и далее через муфту 18 объединяется с первым потоком крутящего момента, а также солнечной шестерне 6 второго планетарного ряда, где объединяется с потоком крутящего момента входного звена 20. Второй поток крутящего момента передается от водила 8 третьего планетарного ряда через связанные между собой коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда и водило 11 четвертого планетарного ряда выходному звену 21.

При переключении на восьмую передачу переднего хода выключается муфта 18 и включается тормоз 14, муфта 16 и тормоз 13 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость водила 8 третьего планетарного ряда, связанного с коронной шестерней 10 четвертого планетарного ряда, равна угловой скорости солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда, связанной с входным звеном 20. Также угловая скорость солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда и угловая скорость водила 5 второго планетарного ряда, связанного с коронной шестерней 1 первого планетарного ряда, равны нулю.

Крутящий момент с входного звена 20 передается через муфту 16 водилу 8 третьего планетарного ряда, откуда передается через связанные между собой коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда и водило 11 четвертого планетарного ряда связанному непосредственно с ними выходному звену 21.

При переключении на девятую передачу переднего хода выключается тормоз 13 и включается муфта 18, муфта 16 и тормоз 14 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость водила 8 третьего планетарного ряда, связанного с коронной шестерней 10 четвертого планетарного ряда, равна угловой скорости солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда, связанной с входным звеном 20, а угловая скорость коронной шестерни 4 второго планетарного ряда равна угловой скорости солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда, связанной с водилом 2 первого планетарного ряда. Также угловая скорость водила 5 второго планетарного ряда, связанного с коронной шестерней 1 первого планетарного ряда, равна нулю.

Крутящий момент с входного звена 20 передается на солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток передается от солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда коронной шестерне 4 второго планетарного ряда и далее через муфту 18 солнечной шестерне 9 третьего планетарного ряда, откуда следует на водило 8 третьего планетарного ряда. Второй поток крутящего момента через муфту 16 передается водилу 8 третьего планетарного ряда, где объединяется с первым потоком и следует на коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда, связанную с водилом 11 четвертого планетарного ряда, откуда передается связанному непосредственно с ними выходному звену 21.

На передаче заднего хода включаются тормоза 13 и 15 и муфта 18. Таким образом, угловая скорость солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда и угловая скорость водила 8 третьего планетарного ряда, связанного с коронной шестерней 10 четвертого планетарного ряда, равны нулю. Также угловая скорость коронной шестерни 4 второго планетарного ряда равна угловой скорости солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда, связанного с водилом 2 первого планетарного ряда.

Крутящий момент передается с входного звена 20 солнечной шестерне 6 второго планетарного ряда, откуда передается водилу 5 второго планетарного ряда, связанному с коронной шестерней 1 первого планетарного ряда. Далее крутящий момент передается от коронной шестерни 1 первого планетарного ряда водилу 2 первого планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от водила 2 первого планетарного ряда передается через муфту 18 коронной шестерне 4 второго планетарного ряда, откуда следует на водило 5 второго планетарного ряда, где объединяется с потоком крутящего момента, переданным водилу 5 второго планетарного ряда солнечной шестерней 6 второго планетарного ряда. Второй поток крутящего момента передается от водила 2 первого планетарного ряда связанной с ним солнечной шестерне 9 третьего планетарного ряда, откуда передается коронной шестерне 7 третьего планетарного ряда, связанной с водилом 11 четвертого планетарного ряда и непосредственно с выходным звеном 21.

Изменение схемы и последовательности совместного включения элементов управления, а также сокращение числа связей по сравнению с прототипом 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.