Результат интеллектуальной деятельности: НЕСООСНАЯ 22-СТУПЕНЧАТАЯ ВАЛЬНО-ПЛАНЕТАРНАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ

Изобретение относится к транспортному машиностроению, к трансмиссии транспортных машин, к НТС (наземные транспортные системы), в том числе автомобили-тягачи автопоездов, СДМ (строительные и дорожные машины), тракторы, наземная техника специального назначения и др.

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 22-ступенчатой МКП (многоступенчатой коробке передач) является коробка передач по патенту RU №2177882 С2 (Бюл. №1 от 10.01.2002. Автор Некрасов В.И.).

Вально-планетарная коробка передач 16R4 по патенту RU №2177882 состоит из несоосного двухвального четырехступенчатого агрегата и простого трехзвенного ПМ (планетарного механизма), работающего в пяти режимах: медленная передача ; замедляющая передача ; прямая передача U=1,0; ускоряющая передача и передача заднего хода . Шесть шестерен, пять муфт переключения (одна из них сдвоенная) и три звена ПМ (солнечная шестерня, эпициклическое колесо и водило с сателлитами) обеспечивают 16 передач переднего хода и 4 передачи заднего хода.

Недостаток описанного трансмиссионного агрегата заключаются в значительном продольном габарите.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в расширении компоновочных и эксплуатационных возможностей транспортного средства.

Поставленная задача решается за счет уплотнения компоновки МКП и работы ПМ не только в редукторных, но и суммирующих режимах, когда крутящий момент поступает на два звена и снимается с третьего звена.

Достижение технического результата обеспечивается тем, что несоосная вально-планетарная коробка передач содержит простой трехзвенный планетарный механизм, на входе планетарного механизма на двух параллельно расположенных валах свободно установлены три пары шестерен прямого хода с зубчатыми венцами, на вторичном валу закреплена солнечная шестерня и свободно установлен блок из двух шестерен, над блоком шестерен на входном валу закреплен зубчатый венец с трехпозиционной муфтой переключения, при этом на блоке шестерен расположен трехпозиционный зубчатый венец, рядом с ним расположены зубчатые венцы, которые закреплены на вторичном валу, на трубчатом валу водила, на аксиальном валу эпициклического колеса; далее расположен трехпозиционный зубчатый венец, закрепленный на ведомой шестерне третьего ряда, между этими зубчатыми венцами установлена многопозиционная муфта переключения, на вторичном валу между зубчатыми венцами корпуса коробки передач и блока шестерен также закреплен зубчатый венец с трехпозиционной муфтой переключения, на входном валу между шестернями второго и третьего рядов закреплен зубчатый венец с четырехпозиционной муфтой переключения для выборочного соединения с двухпозиционными зубчатыми венцами ведущей шестерни третьего ряда и трубчатого вала шестерни второго ряда, однопозиционным зубчатым венцом ведущей шестерни заднего хода, свободно установленной на трубчатом валу, эта шестерня зацеплена с ведомой шестерней, закрепленной на валу заднего хода, на котором также закреплена шестерня, зацепленная с паразитной шестерней, закрепленной на валу и зацепленной с ведущей шестерней третьего ряда, на валу водила, установленном в опоре зубчатого венца выходного вала, закреплен зубчатый венец с муфтой переключения, рядом с ним закреплены зубчатые венцы с муфтой переключения: на трубчатом валу эпициклического колеса и на корпусе коробки передач.

На фиг. 1 показана кинематическая схема несоосной вально-планетарной МКП (многоступенчатой коробки передач) типа 22R4 (22 передачи переднего хода и 4 передачи заднего хода), состоящей из простого трехзвенного ПМ (планетарного механизма), шести шестерен переднего хода, свободно установленных на двух параллельно расположенных валах, и двух рядов шестерен заднего хода. В нижней части в окружностях показаны номера пар шестерен для таблицы лучевой диаграммы фиг. 2. Муфты А, В, С, D, Е и F показаны в различных состояниях.

На фиг. 2 изображена лучевая диаграмма передаточных чисел, обеспечиваемых МКП, приведенной на фиг. 1. Величины передаточных чисел (U) на средней горизонтальной шкале приведены: вверху неравномерная шкала - в натуральном виде, внизу - равномерная логарифмическая шкала (lq U), при этом луч, характеризующий величину передаточного числа, не изменяет своей величины. Точка 0 на нижней горизонтали обозначает вход крутящего момента в МКП, из этой точки выходят три луча 2, 1 и 3, соответствующие величинам передаточных чисел пар шестерен: U₁=1,32; lq 1,32=0,12; U₂=1/1,32=0,76; lq 0,76=- 0,12; U₃=2,29; lq 2,29=0,36.

От средней горизонтали четыре группы лучей направлены к верхней горизонтали и одна группа - к нижней горизонтали. Эти лучи характеризуют величины передаточных чисел ПМ (планетарного механизма) с внутренним параметром К=5,0. К=Z_b/Z_a - внутренний параметр ПМ, равный отношению числа зубьев эпициклического колеса к числу зубьев солнечной шестерни. Четыре пологих луча, направленных направо вверх, указывают на замедляющий режим работы, передаточное число значительно больше единицы, ; lq 6,0=0,78. Четыре крутых луча, также направленных направо вверх, указывают на незначительный замедляющий режим работы, передаточное число незначительно больше единицы, ; lq 1,2=0,08. Четыре вертикальных луча указывают на прямую передачу, передаточное число равно единице, U_блок=1,0; lq 1,0=0,0. Четыре крутых луча, направленных налево вверх, указывают на ускоряющий режим работы, передаточное число незначительно меньше единицы, ; lq 0,833=-0,08, где U - передаточное число, например, для 1-й передачи : индекс вверху указывает на остановленное звено ПМ, b - эпициклическое колесо, индексы внизу ah - звенья входа (солнечная шестерня) и выхода (водило) потока мощности.

Пунктирными линиями показаны суммирующие передачи, когда крутящий момент подается на два звена, а снимается с третьего. Например, вверху справа lq U_4п=0,826: вход на солнечную шестерню (а) от первой пары шестерен, на водило (h) - через все три пары шестерен, выход на эпициклическое колесо (b).

Работа двух рядов шестерен заднего хода условно показана пунктирными линиями от второй пары шестерен к третьей паре шестерен и к пучку лучей, аналогичных ранее рассмотренным и направленным к нижней горизонтали.

Над диаграммой приведены номера передач, положения муфт переключения при этих передачах, включенные пары шестерен и состояния ПМ. Между 1-й и 2-передачами переднего хода показаны состояния муфт переключения для двух передач заднего хода: 1R и 2R, передачи заднего хода 3R и 4R показаны между 2-й и 3-й передачами переднего хода.

В опорах корпуса 1 МКП (фиг. 1) расположен входной вал 2, параллельно ему установлены вторичный вал 3, который является валом привода солнечной шестерни ПМ, соосно ему установлены вал водила 4 и выходной вал 5. На входном валу 2 свободно установлены отдельные шестерни 6,7 и 8, а на вторичном валу 3 свободно установлены блок шестерен 9-10, зацепленных соответственно с шестернями 6 и 7 входного вала 2, а также отдельная шестерня 11, зацепленная с шестерней 8 входного вала 2. На зубчатом венце 12, закрепленном на входном валу 2 между отдельными шестернями 6 и 7, с зубчатыми венцами 13 и 14, установлена трехпозиционная муфта 15 (А) входного вала 2. На входном валу 2 между шестернями 7 второго и 8 третьего рядов закреплен зубчатый венец 16 с четырехпозиционной муфтой переключения 17 (В) для выборочного соединения с двухпозиционным зубчатым венцом 18 ведущей шестерни 8 третьего ряда, двухпозиционным зубчатым венцом 19 трубчатого вала 20 шестерни 7 второго ряда и с зубчатым венцом 21 ведущей шестерни заднего хода 22, свободно установленной на трубчатом валу 20, эта шестерня зацеплена с ведомой шестерней 23, закрепленной на валу 24 заднего хода, на котором также закреплена шестерня 25, зацепленная с паразитной шестерней 26, закрепленной на валу 27 и зацепленной с ведущей шестерней 8 третьего ряда.

На вторичном валу закреплена солнечная шестерня 28 (а), которая зацеплена с сателлитами 29, установленными на осях 30 водила 31 (h). На входе водила 31 закреплен трубчатый вал 32 с зубчатым венцом 33, а на выходе водила - вал 4. Сателлиты 29 зацеплены с эпициклическим колесом 34 (b). На входе корпуса 35 эпициклического колеса 34 (b) закреплен аксиальный вал 36 с зубчатым венцом 37, а на выходе корпуса 35 - трубчатый вал 38 с двухпозиционным зубчатым венцом 39, расположенным рядом с зубчатым венцом 40 корпуса 1 и муфтой 41 остановки эпициклического колеса 34 (b) или блокировки ПМ при замыкании зубчатых венцов 39 и 42. На валу 4 водила 31 закреплен зубчатый венец 42, а на выходном валу 5 - трехпозиционный зубчатый венец 43, на нем установлена трехпозиционная муфта 44 (F) выходного вала 5. На блоке шестерен 9 и 10 вторичного вала 3 со стороны шестерни 10 расположен трехпозиционный зубчатый венец 45, рядом с ним расположены зубчатые венцы, которые закреплены: 46 - на вторичном валу, 33 - на трубчатом валу водила, 37 - на аксиальном валу 32 корпуса 35 эпициклического колеса 34 (b); далее расположен трехпозиционный зубчатый венец 47, закрепленный на ведомой шестерне 11 третьего ряда, между этими зубчатыми венцами установлена многопозиционная муфта переключения 48 (D), на вторичном валу между зубчатыми венцами 49 корпуса 1 коробки передач и 50 ведомой шестерни 9 первого ряда также закреплен зубчатый венец 51 с трехпозиционной муфтой переключения 52 (С).

Работа МКП осуществляется следующим образом.

Муфта А (15): в левом (Л) положении соединяет зубчатый венец 12 входного вала 2 с зубчатым венцом 13 ведущей шестерни 6 первого ряда (верхний вид); в нейтральном (Н) положении расположена на зубчатом венце 12; в правом (П) положении соединяет зубчатый венец 12 входного вала 2 с зубчатым венцом 14 верхней шестерни 7 второго ряда (нижний вид).

Муфта В (17): в 1-м положении соединяет зубчатый венец 18 ведущей шестерни 8 третьего ряда с зубчатым венцом 16 входного вала 2 (верхний вид справа); во 2-м положении - зубчатый венец 18 ведущей шестерни 8 третьего ряда с зубчатым венцом 19 трубчатого вала 20 верхней шестерни 7 второго ряда (нижний вид); в 3-м положении обеспечивается нейтральное (Н) состояние, когда правый венец муфты находится между зубчатыми венцами 16 и 18, а левый - в левой части зубчатого венца 19; в 4-м положении муфта соединяет зубчатые венцы 19 трубчатого вала 20 и 21 шестерни заднего хода 22 (верхний вид слева).

Муфта С (52): в левом (Л) положении соединяет зубчатый венец 51 вторичного вала 3 с зубчатым венцом 49 корпуса 1 МКП (верхний вид); в нейтральном (Н) положении расположена на зубчатом венце 51 (нижний вид); в правом (П) положении соединяет зубчатый венец 51 вторичного вала 3 с зубчатым венцом 50 нижней шестерни 9 первого ряда.

Муфта D (48): в 1-м положении соединяет зубчатый венец 47 ведомой шестерни 11 третьего ряда с зубчатым венцом 37 аксиального вала 36 корпуса 35 эпициклического колеса 34 (нижний вид справа); во 2-м и 4-м положениях обеспечивается нейтральное (Н) состояние, когда левый зубчатый венец муфты находится между зубчатыми венцами 37 и 33, а также 33 и 46; в 3-м положении соединяет зубчатый венец 47 ведомой шестерни 11 третьего ряда с зубчатым венцом 33 трубчатого вала 32 водила 31 (h); в 5-м положении соединяет зубчатый венец 47 ведомой шестерни 11 третьего ряда с зубчатым венцом 46 вторичного вала 3 (верхний вид) и с солнечной шестерней 28 (а); в 6-м положении муфта соединяет зубчатые венцы 45 нижней шестерни 10 второго ряда и 37 аксиального вала 36 корпуса 35 эпициклического колеса 34 (средний нижний вид); в 7-м положении соединяет зубчатые венцы 45 нижней шестерни 10 второго ряда и 33 трубчатого вала 32 водила 31 (h); в 8-м положении соединяет зубчатые венцы 45 нижней шестерни 10 второго ряда и 46 вторичного вала 3 (нижний вид слева).

Муфта Е (41): в левом (Л) положении соединяет зубчатый венец 40 корпуса 1 МКП с зубчатым венцом 39 трубчатого вала 38 корпуса 35 эпициклического колеса 34; в нейтральном (Н) положении расположена на зубчатом венце 39; в правом (П) положении соединяет зубчатый венец 39 трубчатого вала 38 корпуса 35 эпициклического колеса 34 с зубчатым венцом 42 вала 4 водила 31 (h) - происходит блокировка ПМ.

Муфта F (44): в левом (Л) положении соединяет зубчатый венец 39 трубчатого вала 38 корпуса 35 эпициклического колеса 34 с зубчатым венцом 43 выходного вала 5 (нижний вид); в нейтральном (Н) положении левый венец муфты находится между зубчатыми венцами 39 и 42; в правом (П) положении соединяет зубчатый венец 42 вала 4 водила 31 (h) с зубчатым венцом 43 выходного вала 5 (верхний вид).

1 передача

На лучевой диаграмме (фиг. 2) этой передаче принадлежат: крутой луч 1 из т. 0 направо вверх к средней горизонтали, затем крутой луч 2 направо вниз, далее пологий луч 3 направо вверх к средней горизонтали, затем пологий луч к т.1 на верхней горизонтали.

Муфты А и Е находятся в левом (Л) положении, муфта В - в положении 2, муфта С - в нейтральном (Н), муфта D - в положении 5, муфта F - в правом (П) положении (таблица над фиг. 2 справа). В работу включены 1-я, 2-я, 3-я пары шестерен и ПМ в режиме .

От приводного двигателя по входному валу 2 (фиг. 1), по зубчатому венцу 12 и муфте 15 (А) крутящий момент поступает на 1-ю пару шестерен (6-9), по трубчатому валу блока на 2-ю пару шестерен (10-7), по муфте 17 (В) на 3-ю пару шестерен (8-11), по зубчатому венцу 47, муфте 48 (D - верхний вид) на зубчатый венец 46 и вторичный вал 3, далее на солнечную шестерню 28 (а) ПМ. Эпициклическое колесо 34 (b) корпусом 35, трубчатым валом 38, зубчатым венцом 39, муфтой 41 (Е - верхний вид) зафиксировано относительно зубчатого венца 40 корпуса 1 МКП. Солнечная шестерня 28 (а) вращает сателлиты 29, которые, обкатываясь по остановленному эпициклическому колесу 34 (b), вращают водило 31 (h), вал 4, зубчатый венец 42, муфту F (44 - верхний вид), зубчатый венец 43 и выходной вал 5 МКП с низкой частотой вращения и увеличенным крутящим моментом.

Передаточное число 1-й передачи МКП

; lq 24,0=1,38.

2 передача

На лучевой диаграмме этой передаче принадлежат: пологий луч 3 из т.0 направо вверх к средней горизонтали, далее пологий луч к т.2 на верхней горизонтали.

Переключаем: муфту А в нейтральное (Н) положение, муфту В - в положение 1 - верхний вид справа, в работе только 3-я пара шестерен и ПМ.

От входного вала 2 по зубчатому венцу 16 и муфте 17 (В) крутящий момент поступает на зубчатый венец 18, 3-ю пару шестерен (8-11), далее как на 1-й передаче.

Передаточное число 2-й передачи МКП

; lq 13,74=1,14.

3 передача

На лучевой диаграмме этой передаче принадлежат: крутой луч 1 из т.0 направо вверх к средней горизонтали, далее пологий луч к т.3 на верхней горизонтали.

Возвращаем муфту А в левое положение, переключаем: муфту В в нейтральное (Н) положение, муфту С в правое (П) положение, муфту D в положение 8 - работают 1-я пара шестерен и ПМ.

От входного вала 2 по зубчатому венцу и муфте 15 (А) крутящий момент поступает на 1-ю пару шестерен 1 (6-9), по трубчатому валу блока на нижнюю шестерню 10, по зубчатому венцу 45, муфте 48 (D) на зубчатый венец 46 - нижний вид слева, вторичный вал 3, на солнечную шестерню 28 (а) ПМ, далее как на 1-й передаче.

Передаточное число 3-й передачи МКП

; lq 7,9=0,9.

4 передача

На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя пунктирными лучами к т.4 на верхней горизонтали: один из окончания луча 1, второй - после трех лучей: 1, 2 и 3. ПМ работает в суммирующем режиме.

Возвращаем муфту В во 2-е положение. Переключаем муфту D в положение 3, муфту Е - в нейтральное (Н) положение, муфту F - в левое (Л) положение.

От входного вала 2 по зубчатому венцу 12 и муфте 15 (А) крутящий момент поступает на 1-ю пару шестерен (6-9), по муфте С (52) на вторичный вал 3 и солнечную шестерню 28 (а); затем до 3-й пары шестерен как на 1-й передаче, от шестерни 11 по зубчатому венцу 47, муфте D (48) на зубчатый венец 33, трубчатый вал 32 и водило 31 (h); от солнечной шестерни 28 (а) и водила 31 (h) сателлитами 29 усилия передаются на эпициклическое колесо 34 (b), корпус 35, трубчатый вал 38, зубчатый венец 39, муфтой F (44) на зубчатый венец 43 и выходной вал 5.

Суммирующие возможности ПМ для нашего случая описываются зависимостью ;

где n_a, n_h, n_b - частота вращения солнечной шестерни, водила и эпициклического колеса в об/мин.

Условно примем n_вх=n₂=1000 0б/мин. В этом случае частота вращения солнечной шестерни n_a=n₂/U₁=1000/1,32=757,6 об/мин; частота вращения водила n_h=n₂/U₁ U₂ U₃=1000/(1,32×1,32×2,29)=250,6 об/мин.

Частота вращения эпициклического колеса 34 (b) и выходного вала 5 составит

n_b=n_h(K+1)/K-n_a/K=250,6 (6/5)-757,6/5=300,7-151,5=149,2 об/мин;

Передаточное число 4-й передачи МКП

u_4п=n₂/n_b=1000/149,2=6,7; lq 6,7=0,826.

5 передача

На лучевой диаграмме (фиг. 2) этой передаче принадлежат: крутой луч 1 из т.0 направо вверх к средней горизонтали, затем крутой луч 2 направо вниз, далее пологий луч 3 направо вверх к средней горизонтали, затем крутой луч направо вверх к т.5 на верхней горизонтали.

По сравнению с 4-й передачей переключаем муфты: С из правого положения в левое (Л), D из 3-го положения в 1-е, F из левого положения в правое (П).

От входного вала 2 до ведомой шестерни 11 и зубчатого венца 47 крутящий момент поступает как на 1-й передаче, муфтой D на зубчатый венец 37 - нижний вид справа, на аксиальный вал 36, корпус 35 и на эпициклическое колесо 34 (b), сателлитами 29 на оси 30 и водило 31 (h), вал 4, далее как на 1-й, 2-й и 3-й передачах.

Передаточное число 5-й передачи МКП

; lq 4,8=0,68.

6 передача

На лучевой диаграмме этой передаче принадлежат: крутой луч 2 из т.0 налево вверх к средней горизонтали, далее пологий луч к т.6 на верхней горизонтали. Переключаем муфты А и С из левого положения в правое (П), остальные муфты в положениях 3-й передачи. По сравнению с 3-й передачей вместо 1-й пары шестерен включаем в работу 2-ю пару шестерен.

От входного вала 2 по зубчатому венцу 12 и муфте 15 (А) крутящий момент поступает на 2-ю пару шестерен 7-10, далее как на 3-й передаче.

Передаточное число 6-й передачи МКП

; lq 4,55=0,66.

7 передача

На лучевой диаграмме этой передаче принадлежат: крутой луч 1 из т.0 направо вверх к средней горизонтали, затем крутой луч 2 направо вниз, далее пологий луч 3 направо вверх к средней горизонтали, затем вертикальный луч U=1,0 вверх к т.7 на верхней горизонтали.

По сравнению с 6-й передачей переключаем муфты А из правого положения в левое (Л), муфту В в положение 2, муфты С и Е в нейтральное (Н) положение. ПМ может быть заблокирован. Можно передать крутящий момент по водилу - муфта D в 3-м положении, муфта Е в нейтральном (Н) положении или по корпусу эпициклического колеса.

От входного вала 2 до ведомой шестерни 11 и зубчатого венца 47 крутящий момент поступает как на 1-й и 5-й передачах, муфтой D на зубчатый венец 33, на трубчатый вал 32, водило 31, вал 4, зубчатый венец 42, муфту 44, зубчатый венец 43 и выходной вал 5.

Передаточное число 7-й передачи МКП

u_7п=U₁ U₂ U₃ U _бл.=1,32×1,32×2,29=4,0; lq 4,0=0,6.

8 передача

На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя пунктирными лучами к т.8 на верхней горизонтали: один из окончания луча 2, второй - луча 3. ПМ работает в суммирующем режиме.

Возвращаем муфты А и С в правое (П) положение. Переключаем муфту В в 1-е положение, муфту F в левое (Л) положение.

От входного вала 2 по зубчатому венцу 12 и муфте 15 (А) крутящий момент поступает на 2-ю пару шестерен (7-10), по муфте С (52) на вторичный вал 3 и солнечную шестерню 28 (а); второй поток мощности от зубчатого венца 16 по муфте 17 (В) поступает на зубчатый венец 18 и на 3-ю пару шестерен (8-11), от шестерни 11 по зубчатому венцу 47, муфте D (48) на зубчатый венец 33, трубчатый вал 32 и водило 31 (h); от солнечной шестерни 28 (а) и водила 31 (h) сателлитами 29 усилия передаются на эпициклическое колесо 34 (b), корпус 35, трубчатый вал 38, зубчатый венец 39, муфтой F (44) на зубчатый венец 43 и выходной вал 5.

Суммирующие возможности ПМ для нашего случая описываются зависимостью: ;

где n_a, n_h, n_b - частота вращения солнечной шестерни, водила и эпициклического колеса в об/мин.

Условно примем n_вх=n₂=1000 0б/мин. В этом случае частота вращения солнечной шестерни n_a=n₂/U₂=1000/(1/1,32)=1320 об/мин; частота вращения водила n_h=n₂/U₃=1000/2,29=436,7 об/мин.

Частота вращения эпициклического колеса 34 (b) и выходного вала 5 составит

n_b=n_h(K+1)/K-n_a/K=436,7 (6/5)-1320/5=524-264=260 об/мин.

Передаточное число 8-й передачи МКП

u_8п=n₂/n_b=1000/260=3,85; lq 3,85=0,585.

9 передача

На лучевой диаграмме этой передаче принадлежат: крутой луч 1 из т. 0 направо вверх к средней горизонтали, затем крутой луч 2 направо вниз, далее пологий луч 3 направо вверх к средней горизонтали, затем крутой луч налево вверх к т.9 на верхней горизонтали.

По сравнению с 5-й передачей переключаем муфты: D из 1-го положения в 3-е, F из правого положения в левое (Л).

От входного вала 2 до ведомой шестерни 11 и зубчатого венца 47 крутящий момент поступает как на 1-й передаче, муфтой D на зубчатый венец 33, на трубчатый вал 32, водило 31 (h), оси 30, сателлитами 29 на эпициклическое колесо 34 (b), корпус 35, трубчатый вал 38, зубчатый венец 39, муфтой F (44) на зубчатый венец 43 и выходной вал 5.

Передаточное число 9-й передачи МКП

; lq 3,32=0,52.

10 передача

На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя пунктирными лучами к т.10 на верхней горизонтали: один из окончания луча 1, второй - после лучей 1-2-3. ПМ работает в суммирующем режиме.

Возвращаем муфту С в правое (П) положение. Переключаем муфту D в 1-е положение, муфту F в правое (П) положение.

От входного вала 2 по зубчатому венцу 12 и муфте 15 (А) крутящий момент поступает на 1-ю пару шестерен (6-9), по муфте С (52) на вторичный вал 3 и солнечную шестерню 28 (а); второй поток мощности от зубчатого венца 19 по муфте 17 (В) поступает на 3-ю пару шестерен (8-11), от шестерни 11 по зубчатому венцу 47, муфте D (48) на зубчатый венец 37, аксиальный вал 38 и на эпициклическое колесо 34 (b), корпус 35; от солнечной шестерни 28 (а) и эпициклического колеса 34 (b) сателлитами 29 усилия передаются на оси 30, водило 31 (h), вал 4, зубчатый венец 42, муфтой F (44) на зубчатый венец 43 и выходной вал 5.

Суммирующие возможности ПМ для нашего случая описываются зависимостью: ;

где n_a, n_h, n_b - частота вращения солнечной шестерни, водила и эпициклического колеса в об/мин.

Условно примем n_вх=n₂=1000 об/мин. В этом случае частота вращения солнечной шестерни n_a=n₂/U₁=1000/1,32=757,6 об/мин; частота вращения эпициклического колеса

n_b=n₂/U₁ U₂ U₃=1000/(1,32×1,32×2,29)=250,6 об/мин.

Частота вращения водила n_h и выходного вала 5 составит

n_h=n_a/(K+1)+(n_bK)/(K+1)=757,6/6,0+250,6(5/6)=126,3+208,7=335 об/мин.

Передаточное число 10-й передачи МКП

u_10п=n₂/n_h=1000/335=3; lq3=0,475.

11 передача

На лучевой диаграмме этой передаче принадлежат: пологий луч 3 направо вверх к средней горизонтали, затем крутой луч направо вверх к т. 11 на верхней горизонтали.

Переключаем муфту С в левое (Л) положение.

От входного вала 2 до ведомой шестерни 11 и зубчатого венца 47 крутящий момент поступает как на 2-й передаче, муфтой D на зубчатый венец 37 на аксиальный вал 36, корпус 35 и на эпициклическое колесо 34 (b), сателлитами 29 на оси 30 и водило 31 (h), вал 4, далее как на 1-й, 2-й и 3-й передачах.

Передаточное число 11-й передачи МКП

; lq 2,75=0,44.

12 передача

На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя пунктирными лучами к т.12 на верхней горизонтали: один из окончания луча 1, второй - луча 3. ПМ работает в суммирующем режиме.

По сравнению с 8-й передачей переключаем муфту А из правого положения в левое (Л).

От входного вала 2 по зубчатому венцу 12 и муфте 15 (А) крутящий момент поступает на 2-ю пару шестерен (7-10), по муфте С (52) на вторичный вал 3 и солнечную шестерню 28 (а); второй поток мощности от зубчатого венца 16 по муфте 17 (В) поступает на зубчатый венец 18, 3-ю пару шестерен (8-11), от шестерни 11 по зубчатому венцу 47, муфте D (48) на зубчатый венец 33, трубчатый вал 32 и водило 31 (h); от солнечной шестерни 28 (а) и водила 31 (h) сателлитами 29 усилия передаются на эпициклическое колесо 34 (b), корпус 35, трубчатый вал 38, зубчатый венец 39, муфтой F (44) на зубчатый венец 43 и выходной вал 5.

Суммирующие возможности ПМ для нашего случая описываются зависимостью: ,

где n_a, n_h, n_b - частота вращения солнечной шестерни, водила и эпициклического колеса в об/мин.

Условно примем n_вх=n₂=1000 0б/мин. В этом случае частота вращения солнечной шестерни n_a=n₂/U₁=1000/1,32=757,6 об/мин; частота вращения водила n_h=n₂/U₃=1000/2,29=436,7 об/мин.

Частота вращения эпициклического колеса 34 (b) и выходного вала 5 составит

n_b=n_h(K+1)/K-n_a/K=436,7 (6/5)-757,6/5=524-151,5=372,5 об/мин.

Передаточное число 12-й передачи МКП

u_12п=n₂/n_b=1000/372,5=2,68; lq 2,68=0,43.

13 передача

На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 3, далее вертикальный луч U_(b-b) к т.13 на верхней горизонтали.

По сравнению с 12-й передачей переключаем муфты А и С в нейтральное (Н) положение.

От входного вала 2 до эпициклического колеса 34 крутящий момент поступает как на 11-й передаче, далее по корпусу 35, по трубчатому валу 38, затем как на 9-й передаче.

Передаточное число 13-й передачи МКП

u_13п=U₃×U_(b-b)=2,29×1,0=2,29; lq 2,29=0,36.

14 передача

На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя пунктирными лучами к т.14 на верхней горизонтали: один из окончания луча 1, второй - луча 3. ПМ работает в суммирующем режиме.

По сравнению с 10-й передачей переключаем муфту В из 2-го в 1-е положение - отключаем 2-ю пару шестерен.

От входного вала 2 по зубчатому венцу 12 и муфте 15 (А) крутящий момент поступает на 1-ю пару шестерен (6-9), по муфте С (52) на вторичный вал 3 и солнечную шестерню 28 (а); второй поток мощности от зубчатого венца 16 входного вала 2 по муфте 17 (В) поступает на 3-ю пару шестерен (8-11), от шестерни 11 по зубчатому венцу 47, муфте D (48) на зубчатый венец 37, аксиальный вал 38 и на эпициклическое колесо 34 (b), корпус 35; от солнечной шестерни 28 (а) и эпициклического колеса 34 (b) сателлитами 29 усилия передаются оси 30, водило 31 (h), вал 4 и муфтой F (44) на зубчатый венец 43 и выходной вал 5.

Суммирующие возможности ПМ для нашего случая описываются зависимостью: ,

где n_a, n_h, n_b - частота вращения солнечной шестерни, водила и эпициклического колеса в об/мин.

Условно примем n₂=1000 об/мин. В этом случае частота вращения солнечной шестерни n_a=n₂/U₁=1000/1,32=757,6 об/мин; частота вращения эпициклического колеса n_b=n₂/U₃=1000/2,29=436,7 об/мин.

Частота вращения водила n_h и выходного вала 5 составит

n_h=n_a/(K+1)+(n_bK)/(K+1)=757,6/6,0+436,7(5/6)=126,3+363,8=490 об/мин.

Передаточное число 14-й передачи МКП

u_14п=n₂/n_h=1000/490=2,04; lq2,04=0,31.

15 передача

На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 3, далее крутой луч налево вверх к т.15 на верхней горизонтали.

По сравнению с 9-й передачей переключаем муфту В из 2-го положения в 1-е. Включены 3-я пара шестерен и ПМ в режиме .

От входного вала 2 крутящий момент поступает на 3-ю пару шестерен как на 8-й передаче, далее как на предыдущей передаче.

Передаточное число 15-й передачи МКП

; lq 1,9=0,28.

16 передача

На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя пунктирными лучами к т.16 на верхней горизонтали: один из окончания луча 2, второй - луча 3. ПМ работает в суммирующем режиме.

По сравнению с 14-й передачей переключаем муфту А из левого (Л) положения в правое (П) положение - включаем 2-ю пару шестерен.

От входного вала 2 по зубчатому венцу 12 и муфте 15 (А) крутящий момент поступает на 2-ю пару шестерен (7-10), по муфте С (52) на вторичный вал 3 и солнечную шестерню 28 (а); второй поток мощности от зубчатого венца 16 входного вала 2 по муфте 17 (В) поступает на 3-ю пару шестерен (8-11), от шестерни 11 по зубчатому венцу 47, муфте D (48) на зубчатый венец 37, аксиальный вал 38 и на эпициклическое колесо 34 (b), корпус 35; от солнечной шестерни 28 (а) и эпициклического колеса 34 (b) сателлитами 29 усилия передаются оси 30, водило 31 (h), вал 4, муфтой F (44) на зубчатый венец 43 и выходной вал 5.

Суммирующие возможности ПМ для нашего случая описываются зависимостью: ,

где n_a, n_h, n_b - частота вращения солнечной шестерни, водила и эпициклического колеса в об/мин.

Условно примем n₂=1000 об/мин. В этом случае частота вращения солнечной шестерни n_а=n₂/U₂=1000/0,76=1320 об/мин; частота вращения эпициклического колеса n_b=n₂/U₃=1000/2,29=436,7 об/мин.

Частота вращения водила n_h и выходного вала 5 составит

n_h=n_a/(K+1)+(n_bK)/(K+1)=1320/6,0+436,7(5/6)=220+583,8=490 об/мин.

Передаточное число 16-й передачи МКП

u_16п=n₂/n_h=1000/583,8=1,71; lq 1,71=0,234.

17 передача

На лучевой диаграмме этой передаче принадлежат: крутой луч 1 направо вверх к средней горизонтали, затем крутой луч направо вверх к т.17 на верхней горизонтали.

По сравнению с 11-й передачей переключаем муфту В из 2-го положения в нейтральное (Н), муфту D из 1-го положения в 6-е вместо 3-й пары шестерен включаем в работу 1-ю пару шестерен.

От входного вала 2 по зубчатому венцу 12 и муфте 15 (А) крутящий момент поступает на первую пару шестерен 6-9, затем как на 5-й и 11-й передачах.

Передаточное число 17-й передачи МКП

; lq 1,584=0,2.

18 передача

На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 1, далее вертикальный луч U_(h-h) к т. 8 на верхней горизонтали.

По сравнению с 13-й передачей переключаем муфту D из 1-го положения в 7-е, муфту F из левого положения в правое (П).

От входного вала 2 до водила 31 крутящий момент поступает от входного вала 2 по муфте А на 1-ю пару шестерен, затем по зубчатому венцу 45, муфте D на зубчатый венец 33, трубчатый вал 32 и на водило 31, затем по валу 4 как на 15-й передаче.

Передаточное число 18-й передачи МКП

u_18п=U₁×U_(h-h)=1,32×1,0=1,32; lq 1,32=0,12.

19 передача

На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 1, далее крутой луч налево вверх к т.19 на верхней горизонтали.

По сравнению с 15-й передачей переключаем муфту В из 1-го положения в нейтральное (Н), муфту D из 3-го положения в 7-е. Включены 1-я пара шестерен и ПМ в режиме .

От входного вала 2 крутящий момент поступает на 1-ю пару шестерен как на 12-й передаче, далее как на 14-й передаче.

Передаточное число 19-й передачи МКП

; lq 1,1=0,041.

20 передача

На лучевой диаграмме этой передаче принадлежат: крутой луч 2 налево вверх к средней горизонтали, затем крутой луч направо вверх к т.20 на верхней горизонтали.

По сравнению с 17-й передачей переключаем муфту А из левого положения в правое (П), вместо 1-й пары шестерен включаем в работу 2-ю пару шестерен.

От входного вала 2 по зубчатому венцу 12 и муфте 15 (А) крутящий момент поступает на вторую пару шестерен 7-10, затем как на 5-й, 11-й и 15-й передачах.

Передаточное число 20-й передачи МКП

; lq 0,91=- 0,04.

21 передача

На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 2, далее вертикальный луч U_(h-h) к т. 21 на верхней горизонтали.

По сравнению с 18-й передачей переключаем муфту А из левого положения в правое (П).

От входного вала 2 до водила 31 крутящий момент поступает от входного вала 2 по муфте А на 2-ю пару шестерен, затем как на 16-й передаче.

Передаточное число 21-й передачи МКП

u_21п=U₁×U_(h-h)=(1/1,32)×1,0=0,758; lq 0,758=- 0,12.

22 передача

На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 2, далее крутой луч налево вверх к т. 22 на верхней горизонтали.

По сравнению с 19-й передачей переключаем муфту А из левого положения в правое (П). Включены 2-я пара шестерен и ПМ в режиме .

От входного вала 2 крутящий момент поступает на 2-ю пару шестерен как на 20-й передаче, далее как на 19-й передаче.

Передаточное число 22-й передачи МКП

; lq 0,63=- 0,2.

1R - 1-я передача заднего хода

На лучевой диаграмме (фиг.2) этой передаче принадлежат: крутой луч 1 из т.0 направо вверх к средней горизонтали, затем крутой луч 2 направо вниз, далее две последовательные пунктирные линии, условно отражающие шестерни заднего хода, затем пологий луч 3 направо вверх к средней горизонтали, далее пологий луч к т. 1R на нижней горизонтали.

Муфты А и Е находятся в левом (Л) положении, муфты В и С - в нейтральном (Н), муфта D - в положении 5, муфта F - в правом (П) положении. В работу включены 1-я и 2-я пары шестерен, шестерни заднего хода, 3-я пара шестерен и ПМ в режиме .

От приводного двигателя по входному валу 2 (фиг. 1), по зубчатому венцу 12 и муфте 15 (А) крутящий момент поступает на 1-ю пару шестерен (6-9), по трубчатому валу блока на 2-ю пару шестерен (10-7), по трубчатому валу 20, по муфте 17 (В) на зубчатый венец 21, шестерни заднего хода 22-23, вал 24, шестерню заднего хода 25, паразитную шестерню заднего хода 26 на валу 27, на 3-ю пару шестерен (8-11), по зубчатому венцу 47, муфте 48 (D) на зубчатый венец 46 и вторичный вал 3, далее на солнечную шестерню 28 (а) ПМ. Эпициклическое колесо 34 (b) корпусом 35, трубчатым валом 38, зубчатым венцом 39 муфтой 41 (Е) зафиксировано относительно зубчатого венца 40 корпуса 1 МКП. Солнечная шестерня 28 (а) вращает сателлиты 29, которые, обкатываясь по остановленному эпициклическому колесу 34 (b), вращают водило 31 (h), вал 4, зубчатым венцом 42, муфтой F (44) на выходной вал 5 МКП с низкой частотой вращения и увеличенным крутящим моментом в направлении, противоположном входному валу.

Передаточное число 1-й передачи заднего хода 1R МКП

; lq 28=1,45.

2R - 2-я передача заднего хода

На лучевой диаграмме этой передаче принадлежат: крутой луч 1 из т.0 направо вверх к средней горизонтали, затем крутой луч 2 направо вниз, далее две последовательные пунктирные линии, условно отражающие шестерни заднего хода, затем пологий луч 3 направо вверх к средней горизонтали, затем крутой луч направо вниз к т. 2R на нижней горизонтали.

По сравнению с передачей 1R переключаем муфты: С - из нейтрального (Н) положения в левое (Л) положение, D - из 5-го в 6-е положение, Е из левого (Л) положения в нейтральное (Н) положение. В работу включены 1-я и 2-я пары шестерен, шестерни заднего хода, 3-я пара шестерен и ПМ в режиме .

От приводного двигателя по входному валу 2, по зубчатому венцу 12 и муфте 15 (А) крутящий момент поступает на 1-ю пару шестерен (6-9), по трубчатому валу блока на 2-ю пару шестерен (10-7), по трубчатому валу 20, по муфте 17 (В) на зубчатый венец 21, шестерни заднего хода 22-23, вал 24, шестерню заднего хода 25, паразитную шестерню заднего хода 26 на валу 27, на 3-ю пару шестерен (8-11), по зубчатому венцу 47, муфте 48 (D) на зубчатый венец 37, аксиальный вал 36, корпус 35, эпициклическое колесо 34 (b), которое, обкатываясь относительно остановленной солнечной шестерни 28 (а), вращает сателлитами 29, осями 30, водило 31 (h), вал 4, далее зубчатым венцом 42, муфтой F (44) на выходной вал 5 МКП.

Передаточное число 2-й передачи заднего хода 2R МКП

; lq 5,6=0,75.

3R - 3-я передача заднего хода

На лучевой диаграмме этой передаче принадлежат: крутой луч 1 из т. 0 направо вверх к средней горизонтали, затем крутой луч 2 направо вниз, далее две последовательные пунктирные линии, условно отражающие шестерни заднего хода, затем пологий луч 3 направо вверх к средней горизонтали, затем вертикальный луч к т.3R на нижней горизонтали.

По сравнению с передачей 2R переключаем муфты: В из нейтрального положения во второе, С из левого в нейтральное (Н), D - из 6-го в 3-е положение.

От приводного двигателя по входному валу 2, по зубчатому венцу 12 и муфте 15 (А) крутящий момент поступает на 1-ю пару шестерен (6-9), по трубчатому валу блока на 2-ю пару шестерен (10-7), по трубчатому валу 20, по муфте 17 (В) на зубчатый венец 21, шестерни заднего хода 22-23, вал 24, шестерню заднего хода 25, паразитную шестерню заднего хода 26 на валу 27, на 3-ю пару шестерен (8-11), по зубчатому венцу 47, муфте 48 (D) на зубчатый венец 33, трубчатый вал 32, водило 31 (h), вал 4, далее зубчатым венцом 42, муфтой F (44) на выходной вал 5 МКП.

Передаточное число 3-й передачи заднего хода 3R МКП

u_3R=U₁ U₂ U_зхU₃U_hh=1,32×1,32×1,17×2,29×1,0=4,67; lq 4,67=0,67.

4R - 4-я передача заднего хода

На лучевой диаграмме этой передаче принадлежат: крутой луч 1 из т.0 направо вверх к средней горизонтали, затем крутой луч 2 направо вниз, далее две последовательные пунктирные линии, условно отражающие шестерни заднего хода, затем пологий луч 3 направо вверх к средней горизонтали, далее крутой луч направо вниз к т.4R на нижней горизонтали.

По сравнению с передачей 3R переключаем муфты: С из нейтрального положения в левое (Л), F из правого положения в левое (Л).

От приводного двигателя по входному валу 2, по зубчатому венцу 12 и муфте 15 (А) крутящий момент поступает на 1-ю пару шестерен (6-9), по трубчатому валу блока на 2-ю пару шестерен (10-7), по трубчатому валу 20, по муфте 17 (В) на зубчатый венец 21, шестерни заднего хода 22-23, вал 24, шестерню заднего хода 25, паразитную шестерню заднего хода 26 на валу 27, на 3-ю пару шестерен (8-11), по зубчатому венцу 47, муфте 48 (D) на зубчатый венец 33, трубчатый вал 32, водило 31 (h), которое осями 30 вращает сателлиты 29 относительно остановленной солнечной шестерни 28 (а), затем эпициклическое колесо 34 (b), корпус 35, трубчатый вал 38, далее зубчатым венцом 39, муфтой F (44) на выходной вал 5 МКП.

Передаточное число передачи 4R МКП

u_4R=U₁U₂U_зхU₃U_bh=1,32×1,32×1,17×2,29×0,833=3,89; lq 3,89=0,59.

При изменении К - внутреннего параметра ПМ и величины передаточных чисел пар шестерен изменится распределение передаточных чисел по диапазону. Увеличив величину передаточных чисел пар шестерен можно уменьшить число ускоряющих передач, для которых передаточное число меньше единицы.

Получили компактный трансмиссионный агрегат с большим

диапазоном передаточных чисел D=u₁/u₂₂=24,0/0,63=38,1; при этом создаются возможности для эксплуатации транспортного средства в самых различных условиях. Кроме того, обеспечиваются «ползучие» передачи с высокими передаточными числами, допускающими малые скорости движения, например маневрирование при погрузочно-разгрузочных работах.

Малые интервалы передаточных чисел между соседними передачами q=u_i/u_i+1=1,2 обеспечивают удобство переключения передач.

Обозначения:

1 - корпус МКП (многоступенчатой коробки передач);

2 - входной вал;

3 - вторичный вал - вал привода солнечной шестерни ПМ (планетарного механизма);

4 - вал водила (h);

5 - выходной вал;

6, 7 и 8 - отдельные шестерни, свободно установленные на входном валу 2;

9 и 10 - шестерни блока, свободно установленные на вторичном валу 3;

11 - отдельная ведомая шестерня, свободно установленная на вторичном валу 3;

12 - зубчатый венец, закрепленный на входном валу 2 между шестернями 6 и 7;

13 - зубчатый венец шестерни 6;

14 - зубчатый венец шестерни 7;

15 (А) - трехпозиционная муфта переключения зубчатого венца 12 входного вала 2;

16 - зубчатый венец входного вала 2, закрепленный между шестернями 7 и 8;

17 (В) - четырехпозиционная муфта переключения;

18 - двухпозиционный зубчатый венец ведущей шестерни 8;

19 - двухпозиционный зубчатый венец трубчатого вала 20;

20 - трубчатый вал шестерни 7;

21 - зубчатый венец шестерни заднего хода 22;

22 - ведущая шестерня заднего хода;

23 - ведомая шестерня заднего хода, зацепленная с шестерней 22;

24 - вал шестерен заднего хода 23 и 25;

25 - шестерня заднего хода, зацепленная с паразитной шестерней 26;

26 - паразитная шестерня заднего хода, изменяющая направление вращения выходного вала 5;

27 - вал паразитной шестерни заднего хода 26;

28 (а) - солнечная шестерня ПМ;

29 - сателлиты ПМ;

30 - оси сателлитов водила ПМ;

31 (h) - водило ПМ;

32 - трубчатый входной вал водила 31 ПМ;

33 - зубчатый венец трубчатого входного вала 32;

34 (b) - эпициклическое колесо ПМ;

35 - корпус эпициклического колеса 34 ПМ;

36 - аксиальный вал корпуса эпициклического колеса 34 ПМ;

37 - зубчатый венец аксиального вала 36;

38 - трубчатый выходной вал корпуса 35;

39 - двухпозиционный зубчатый венец трубчатого выходного вала 38;

40 - зубчатый венец корпуса 1 рядом с зубчатым венцом 39;

41 (Е) - муфта остановки эпициклического колеса 34 или блокировки ПМ;

42 - зубчатый венец вала 4 водила 31;

43 - трехпозиционный зубчатый венец выходного вала 5;

44 (F) - трехпозиционная муфта выходного вала 5;

45 - трехпозиционный зубчатый венец блока шестерен 9 и 10 на шестерне 10;

46 - зубчатый венец вторичного вала 3 между зубчатыми венцами 45 и 33;

47 - трехпозиционный зубчатый венец ведомой шестерни 11 третьего ряда;

48 (D) - многопозиционная муфта переключения между зубчатыми венцами 45 и 47;

49 - зубчатый венец корпуса 1 рядом с зубчатым венцом 51;

50 - зубчатый венец ведомой шестерни 9 первого ряда;

51 - зубчатый венец вторичного вала 3;

52 (С) - трехпозиционная муфта переключения зубчатого венца 51 вторичного вала 3.