Результат интеллектуальной деятельности: ДЕВЯТИСТУПЕНЧАТАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ

Изобретение относится к транспортному машиностроению, к трансмиссии транспортных машин.

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

На автопоездах, имеющих малую удельную мощность (мощность, приходящуюся на единицу полной массы автопоезда), для удобства переключения передач интервалы между передачами (отношение передаточных чисел соседних передач) уменьшают за счет увеличения числа передач путем дополнительной установки к базовой КП переднего делителя или демультипликатора, а также обоих устройств.

Передние делители могут быть встроены в базовую КП (с.63, рис.40) или выполнены в отдельном картере и пристыкованы к базовой КП. Демультипликаторы выполняют в отдельном картере, отделенном промежуточной стенкой от базовой КП (с.65, рис.42).

Эти агрегаты конструктивно сложны и металлоемки.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является десятиступенчатая трехвальная соосная КП (с.64, рис.41) автомобилей КамАЗ, предназначенных для постоянной работы с прицепом или полуприцепом.

Этот трансмиссионный агрегат состоит из базовой пятиступенчатой КП, дополненной передним делителем, что позволяет получить 10 передач переднего хода и две передачи заднего хода. Эту конструкцию можно рассматривать как картер с промежуточной стенкой. В опорах стенок пятиступенчатой базовой КП размещены три вала, причем первичный и выходной валы соосны, а промежуточный вал расположен параллельно соосным валам. Одна шестерня выполнена совместно с первичным валом, пять шестерен на выходном валу установлены свободно, на промежуточном валу шесть шестерен закреплены и зацеплены с шестернями соосных валов. Ведущая шестерня заднего хода промежуточного вала зацеплена с ведомой шестерней выходного вала через блок шестерен заднего хода, расположенных на отдельном валу. Между шестернями выходного вала установлены три трехпозиционные муфты переключения передач.

На ведущем валу делителя, являющегося опорой для первичного вала базовой КП, свободно установлена шестерня, находящаяся в постоянном зацеплении с шестерней промежуточного вала делителя, который при помощи шлицев соединяется с промежуточным валом базовой КП. Между шестерней ведущего вала делителя и кареткой первичного вала базовой КП установлена трехпозиционная муфта переключения передач.

Рассмотренная КП автомобилей КамАЗ конструктивно сложна и имеет ограниченные эксплуатационные возможности. Для десяти передач переднего хода используются 12 шестерен, расположенных на четырех валах, и 4 шестерни для двух передач заднего хода, в том числе блок из двух шестерен на отдельной оси.

Недостаток известной КП состоит в том, что она не является автономной - передний конец входного вала должен иметь опору в торце коленчатого вала двигателя. Кроме того, опора выходного вала, расположенная в торце первичного вала базовой КП, увеличивает диаметр шестерни этого вала и снижает величину передаточного числа зубчатого зацепления между первичным и промежуточным валами U_пр=46/25=1,84, что ограничивает диапазон КП (отношение передаточных чисел низшей передачи к высшей, для базовой КП D=U₁=7,82) и эксплуатационные возможности транспортного средства. Для обеспечения достаточного диапазона передаточных чисел делитель выполнен ускоряющим - высшая, десятая передача имеет передаточное число 0,815. Диапазон десятиступенчатой КП составит D=7,82/0,815=9,6. Применение ускоряющей передачи в КП приводит к увеличению передаточного числа и габаритов главной передачи. Современные КП, как правило, имеют высшую передачу прямую. Консольная установка шестерни первичного вала с опорой в ней выходного вала, значительная длина выходного и промежуточного валов приводят к тому, что при высоких нагрузках из-за изгибных напряжений и деформаций нарушается точность контакта зубчатых зацеплений, которая приводит к шуму и снижению долговечности КП.

Задачей изобретения является расширение компоновочных и эксплуатационных возможностей транспортного средства.

Технический результат обеспечивается за счет обеспечения автономности КП и уменьшения числа валов с 4-х до 3-х, увеличение ее долговечности за счет повышения жесткости валов при уменьшении их длины и исключении консольной опоры выходного вала, а также увеличения общего числа передач (переднего и заднего хода) с 12 до 13.

Указанный технический результат достигается тем, что в девятиступенчатой коробке передач, содержащей картер с промежуточной стенкой, с размещенными в нем соосно входным и выходным валами, промежуточный вал установлен параллельно этим валам, на валах расположены пары шестерен переднего хода и ряд шестерен заднего хода, причем ведущая шестерня заднего хода зацеплена с ведомой шестерней через дополнительную шестерню или блок из двух шестерен заднего хода, установленных на отдельной оси, на выходном валу две шестерни установлены свободно, между ними расположена трехпозиционная муфта переключения, одна шестерня входного вала и три шестерни промежуточного вала закреплены на валах, согласно изобретению наконечник выходного вала с трехпозиционной муфтой переключения установлен в опоре промежуточной стенки, в этом наконечнике расположена опора входного вала, а на наконечнике свободно установлена шестерня, на входном валу дополнительно закреплены три шестерни, две трехпозиционные муфты переключения промежуточного вала расположены между парами шестерен, свободно установленными на промежуточном валу и зацепленными с шестернями, закрепленными на входном валу.

На фиг.1 изображена кинематическая схема девятиступенчатой трехвальной соосной КП 9R4 - 9 передач переднего хода и 4 передачи заднего хода, содержащей 12 шестерен для передач переднего хода и 3 шестерни для передач заднего хода, четыре муфты переключения передач (А-D). В нижней части приведены номера пар шестерен переднего хода (1п-6п) и обозначение ряда шестерен заднего хода - R.

На фиг.2 приведена лучевая диаграмма этой КП с таблицами положений муфт переключения на различных передачах переднего (вверху над горизонтальной осью 1q U). В верхней части таблиц обозначены включенные в работу пары шестерен (1п-6п) или ряд шестерен заднего хода (R). В левом столбце таблицы обозначены четыре муфты переключения: А-D, по горизонталям показаны состояния этих муфт при включенных передачах: Л - левое и П - правое. На горизонтальных шкалах в логарифмическом виде приведены величины передаточных чисел пар шестерен и передач. Крайние горизонтали соответствуют выходному валу, а средняя - промежуточному валу. Чем больше передаточное число, тем значительно положе наклон луча направо. Вертикальный луч указывает на передаточное число, равное единице. Наклон луча каждой пары шестерен постоянный на любом участке лучевой диаграммы.

В опорах картера 1 девятиступенчатой КП (см. фиг.1) расположены входной 2, выходной 3 и промежуточный 4 валы. Входной 2 и выходной 3 валы расположены соосно, а промежуточный вал 4 установлен параллельно соосным валам. Опора 5 расположена в промежуточной стенке картера 1, в ней установлен наконечник 6 выходного вала 3. В наконечнике 6 размещена опора входного вала 2. На входном валу 2 закреплены (изготовлены совместно с валом) шестерни 7-10, а шестерня 11 свободно установлена на наконечнике 6 выходного вала 3. Шестерни 12 и 13 свободно установлены на выходном валу 3. Ведомая шестерня заднего хода 13 через дополнительную шестерню заднего хода 14, установленную на отдельной оси 15, зацеплена с ведущей шестерней заднего хода 16, закрепленной на промежуточном валу 4. На этом валу также закреплены шестерни 17 и 18 и свободно установлены шестерни 19-22. Шестерня 17 зацеплена с шестерней 12 выходного вала, шестерня 18 зацеплена с шестерней 11 наконечника 6 выходного вала, а шестерни 19-22 зацеплены соответственно с шестернями 10-7 входного вала 2. Трехпозиционная муфта 23 (А) крайних шестерен промежуточного вала 4 установлена между шестернями 22 и 21, трехпозиционная муфта 24 (В) средних шестерен промежуточного вала 4 установлена между шестернями 20 и 19, трехпозиционная муфта 25 (С) наконечника 6 установлена между шестернями 10 входного вала 2 и 11 наконечника 6, трехпозиционная муфта выходного вала 26 (D) расположена на зубчатом венце выходного вала 3 между шестернями 12 и 13.

Работа КП осуществляется следующим образом (см. фиг.1 и 2):

Первая передача

Муфты A в правом положении (П), муфта D в левом положении (Л), а муфты B и C - в нейтральном (см. фиг.2, табл. справа над т.1). В работу включены 2-я и 6-я пары шестерен.

Крутящий момент (см. фиг.1) от входного вала 2 передается парой шестерен 8-21, муфтой 23 (А) на промежуточный вал 4, далее парой шестерен 17-12 и муфтой 26 (D) на выходной вал 3.

На лучевой диаграмме (см. фиг.2) эта передача представлена двумя лучами: пологий луч 2п выходит из т.9 слева на верхней горизонтали и направлен направо вниз к средней горизонтали, далее пологий луч 6 к т.1 справа на верхней горизонтали.

Вторая передача

Переключаем муфту А в левое положение (Л) - выключаем из работы 2-ю пару шестерен 8-21 и включаем 1-ю пару шестерен 7-22.

Крутящий момент от входного вала 2 по паре шестерен 7-22 передается муфтой 23 (А) на промежуточный вал 4 и далее как на первой передаче.

На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: 1п и 6п от т.9 к т.2.

Третья передача

Перемещаем муфту А в нейтральное положение, а муфту В переключаем из нейтрального в левое положение - выключаем из работы 1-ю пару шестерен 7-22 и включаем 3-ю пару шестерен 9-20.

Крутящий момент от входного вала 2 по паре шестерен 9-20 передается муфтой 24 (В) на промежуточный вал 4 и далее как на предыдущих передачах.

На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: 3п и 6п от т.9 к т.3.

Четвертая передача

Перемещаем муфту В из левого в правое положение - выключаем из работы 3-ю пару шестерен 9-20 и включаем 4-ю пару шестерен 10-19.

Крутящий момент от входного вала 2 по паре шестерен 10-19 передается муфтой 24 (В) на промежуточный вал 4 и далее, как на предыдущих передачах.

На лучевой диаграмме эта передача представлена лучами 4п и 6п от т.9 к т.4.

5-8 передачи соответствуют 1-4 передачам, только вместо 6-й пары шестерен работает 5-я пара шестерен.

Пятая передача

Перемещаем муфты В и D в нейтральное положение, а муфты А и С и переключаем из нейтрального в правое положение - выключаем из работы 4-ю и 6-ю пары шестерен, включаем 2-ю и 5-ю пары шестерен.

Крутящий момент от входного вала 2 на промежуточный вал 4 передается, как на первой передаче, далее парой шестерен 18-11 и по муфте С на наконечник 6 и выходной вал 3.

На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: 2п и 5п от т.9 к т.5.

Шестая передача

Перемещаем муфту А из правого в левое положение - выключаем из работы 2-ю пару шестерен 8-21 и включаем 1-ю пару шестерен 7-22.

Крутящий момент от входного вала 2 на промежуточный вал 4 передается, как на второй передаче, далее, как на предыдущей передаче.

На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: 1п и 5п от т.9 к т.6.

Седьмая передача

Переключаем муфту А в нейтральное положение, а муфту В в левое положение, при этом включается в работу 3-я пара шестерен.

До промежуточного вала 4 крутящий момент передается, как на третьей передаче, от промежуточного к выходному валу 3, как на предыдущих передачах.

На лучевой диаграмме этой передаче соответствуют лучи 3п и 5п от т.9 к т.7.

Восьмая передача

Муфту В переключаем в правое положение и включаем 4-ю пару шестерен 10-19.

До промежуточного вала 4 крутящий момент передается, как на четвертой передаче, от промежуточного к выходному валу 3, как на предыдущих передачах.

На лучевой диаграмме эта передача представлена лучами 4п и 54 от т.9 к т.8.

Девятая передача - прямая

Переключаем муфту В в нейтральное положение, включена только муфта С в правом положении.

Крутящий момент передается от входного вала 2 по шестерне 10 муфтой 25 (С) на наконечник 6 и выходной вал 3 с высоким КПД без трансформации крутящего момента парами шестерен.

На лучевой диаграмме эта передача представлена точкой 9.

Передачи заднего хода включаются при перемещении муфты D в правое положение, которая соединяет ведомую шестерню заднего хода 13 с выходным валом 3. Положения муфт А, В и С соответствуют 1 - 4-й передачам переднего хода (см. табл.внизу).

Первый задний ход - 1R

Муфты А и D находятся в правом положении, муфты В и С - в нейтральном.

Включены 2-я пара шестерен и ряд шестерен заднего хода.

Крутящий момент от входного вала 2 на промежуточный вал 4 передается, как на 1-й передаче переднего хода, далее рядом шестерен заднего хода 16-14-13 и по муфте D на выходной вал 3, который вращается в направлении, противоположном вращению входного вала 2.

На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: пологий луч 2п из т.9 слева на верхней горизонтали направо вниз к средней горизонтали, далее пологий луч R также направо вниз к T.1R на нижней горизонтали.

Второй задний ход - 2R

Переключаем муфту А в левое положение.

До промежуточного вала 4 крутящий момент передается, как на второй передаче, далее, как на предыдущей передаче.

На лучевой диаграмме этой соответствуют лучи 1п и R.

Третий задний ход - 3R

Переключаем муфту А в нейтральное положение, а муфту В в левое положение.

До промежуточного вала 4 крутящий момент передается, как на третьей передаче, далее, как на предыдущих передачах.

На лучевой диаграмме этой соответствуют лучи 3п и R.

Четвертый задний ход - 4R

Переключаем муфту В в правое положение.

До промежуточного вала 4 крутящий момент передается, как на четвертой передаче, далее, как на предыдущих передачах.

На лучевой диаграмме этой соответствуют лучи 4п и R. Технико-экономическая эффективность заключается в следующем:

1. Автономность КП расширяет компоновочные возможности -допускается установка КП как в средней части транспортного средства аналогично автомобилю-самосвалу КА3-4540, так и компоновка "трансэксл" с расположением КП в задней части транспортного средства для лучшей развесовки по осям.

2. Установка дополнительной опоры выходного и входного валов в средней части КП повышает долговечность КП за счет улучшения условий работы зубчатых зацеплений при уменьшении изгибных деформаций валов.

3. Устранение опоры выходного вала из торца входного вала позволяет увеличить величину передаточного числа пары шестерен привода промежуточного вала без увеличения межосевого расстояния, габаритов и массы КП, что расширяет диапазон КП и эксплуатационные возможности транспортного средства. Увеличение общего числа передач (переднего и заднего хода) с 12 до 13 также улучшает эксплуатационные возможности транспортного средства.

Десятиступенчатая КП автомобиля КамАЗ имеет диапазон 9,6 при среднем интервале между передачами 1,286.

Для девятиступенчатой КП при диапазоне 10 получим средний интервал между передачами 1,333. При этом на фиг.2 передаточные числа пар шестерен составят U_2n=U_6п=1,333⁴=3,157; диапазон - D=U_2n×U_6п ⁼3,157×3,157=10. Конструкция КП допускает увеличение передаточного числа низшей передачи и диапазона, что приведет к дальнейшему расширению эксплуатационных возможностей транспортного средства. Если принять U_2п=U_6п=4, то диапазон увеличится до D=4×4=16.

Максимальное передаточное число пары шестерен в десятиступенчатой КП автомобиля КамАЗ составляет U=51/12=4,25 между шестернями 1-й передачи промежуточного и выходного валов.