КОРОБКА ПЕРЕДАЧ

Область техники

Настоящее изобретение относится к передачам, а именно к комбинации их только из зубчатых передач.

Предшествующий уровень техники

Широко известны коробки передач, содержащие валы с зубчатыми колесами и трехзвенный дифференциальный механизм, одно из звеньев которого соединено с выходным валом (см. например. Automobiltechnisches Handbuch, Bd 1). В этой книге отмечено стремление европейских производителей к увеличению числа передач, что привело в нынешнее время к созданию эффективных, но весьма сложных трансмиссий (см., например, ZF-экосплит), которые являются составными из коробки передач и понижающей передачи. Как в этой коробке передач, так и в упомянутой трансмиссии дифференциальный механизм выполнен, по существу, как отвальный агрегат, а потому размеры его весьма велики.

Проблема повышения грузоподъемности и улучшения тягово-скоростных свойств транспортных средств все в большей степени зависит от рационального использования трехзвенного дифференциального механизма в кинематической цепи коробки передач транспортного средства, а также выполнения устройства управления этой коробки.

Еще в 70-е годы конструкторы обратили пристальное внимание на преимущества. обеспечиваемые трехзвенным механизмом, и обширные возможности, предоставляемые им (см., например, (FR, А, 1287999, А, 1321675, А, 1356785, А, 1360006). Если в первых из этих патентов основное внимание обращено на относительное расположение механизма управления и трехзвенного механизма, то в последних из них помимо шести различных вариантов блокировки этого механизма приведено конструктивное его выполнение, а также механизма, обеспечивающего два передаточных числа. По существу синхронизатор описан в (GB, А, 1249289). В большей степени механизм переключения коробки передач, состоящей из основной и дополнительной коробок, описан в (US, А, 4377951), В (J, А 62-1136), кроме того, отражен процесс переключения дополнительной коробки, коронная шестерня которой блокируется с солнечной шестерней, имеющей возможность торможения на корпус. Если в данном случае в основном решалась задача уменьшения расхода топлива, то, если коробка передач с задним демультипликатором (SE, А, 435831) имеет включающую втулку, дополнительная коробка согласно (SE, А, 450944) имеет подвижную коронную шестреню, блокируемую либо с корпусом, либо с водилом, что рационально для грузовых автомобилей и автопоездов. Корпус дополнен полумуфтой (в SU, А, 1208372), являющейся, по существу, стенкой. Блокировка двух звеньев механизма предусмотрена (SU, А, 1402442) на две стенки корпуса коробки передач, что существенно увеличивает число ее передач, но заметно усложняет механизмы переключения и управления коробки передач. Удвоено число передач комбинацией коробки с планетарным редуктором (SU, A1, 1699822). Оптимальное распределение нагрузки на коронной шестерне обеспечено (SE, А, 453379), при этом механизм переключения прост, а дополнительная коробка имеет сравнительно малую длину как и планетарная коробка передач (SU, A1, 1835884).

Большую длину имеет планетарная передача (SU, A1, 1493834) и (JT, С, 53855/87), для блокировки коронной шестерни которой предусмотрена специальная стенка, замкнутая в картер коробки, выполненный составным. Такие же стенки предусмотрены в дополнительных коробках передач (ЕР, А2, 0239555 и DЕ, A1, 4121757), при этом, если в первом случае коронная шестерня имеет возможность осевого перемещения, то во втором - по ее зубьям перемещается зубчатая муфта. Различны в этих случаях блокируемые звенья дифференциального механизма, что заменю сказывается не только на размерах дополнительной коробки передач, но и на ее работоспособности. В свою очередь, можно предположить, что если в многоступенчатой коробке передач (DE, C1, 4000832 и DE, C2, 4000833) дополнительную муфту выключения разместить в дополнительной коробке передач, размеры многоступенчатой коробки будут весьма велики. Из-за применения цельного синхронизирующего кольца (DE, А, 4121757) упрощена диапазонная передача, а диапазонная передача (DE, А, 4121709) имеет две муфты.

Безусловно, упомянутые размеры во многом определяются габаритом механизма управления. Так, устройство управления составной трансмиссией транспортного средства (DE, С, 1195177) содержит устройство для перемещения зубчатой муфты дополнительной двухдиапазонной коробки передач и систему клапанов для управления пневматическим исполнительным устройством, срабатывающую при выборе передач рычагом ручного управления основной коробки. Выход из строя пневматического исполнительного устройства или одного из элементов системы клапанов исключает переключение диапазонов, что существенно может сказаться на эксплуатационных свойствах транспортного средства, в частности двигаться с пониженной скоростью. За счет некоторого усложнения устройства управления (GB, А, 2066909) обеспечено получение самой низшей ступени в трансмиссии. Более простыми средствами аналогичная задача решена в устройстве (SU, A1, 1710377) и устройстве переключения по заявке WO 81/03000.

Известна коробка передач, содержащая валы с зубчатыми колесами и трехзвенный дифференциальный механизм, одно из звеньев которого соединено с вторичным ее валом, размещенные на корпусе, имеющем несущую стенку с опорами валов, механизм переключения передач и устройство управления дифференциальным механизмом (WO, A1, 89/06194).

В этой коробке решена задача включения низшего диапазона в дополнительной двухдиапазонной коробке передач при выходе из строя элементов исполнительною механизма, что достигнуто введением дополнительного механизма, размещенною между двумя стенками: стенкой основной коробки передач и опорной стенкой, выполненной в виде проставки, и действующего от привода.

Упомянутые стенки делят составную трансмиссию на две коробки, корпус которой разделен на три части, что существенно сказывается на габарите коробки и безусловно приводит к значительным затратам как при ее производстве и сборке, так и при ее эксплуатации. В равной степени это относится и к шарнирно-рычажному узлу.

Весьма сложен механизм перемещения ползунов

Раскрытие изобретения

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания надежной коробки передач с широкими функциональными возможностями, осуществляемыми в небольшом габарите с малыми затратами в ее производстве и эксплуатации.

Для этого в коробке передач, содержащей валы с зубчатыми колесами и трехзвенный дифференциальный механизм, одно из звеньев которого соединено с вторичным ее валом, размещенные в корпусе, имеющем несущую стенку с опорами валов, механизм переключения передач и устройство управления дифференциальным механизмом, стенка выполнена в виде крышки, ограничивающей снаружи дифференциальный механизм и сопряженной с продольными стенками корпуса.

Выполнение стенки в виде крышки, ограничивающей снаружи дифференциальный механизм и сопряженной с продольными стенками корпуса, в коробке передач, содержащей валы с зубчатыми колесами и трехзвенный дифференциальный механизм, одно из звеньев которого соединено с вторичным ее валом, размещенные в корпусе, имеющем несущую стенку с опорами валов, механизм переключения передач и устройство управления дифференциальным механизмом, позволит сократить ее размеры при малых затратах в производстве и эксплуатации, поскольку все элементы коробки, обеспечивающие ее широкие функциональные возможности при надежной работе ее агрегатов, размещены в непосредственной близости друг от друга и в полной мере отвечают своему назначению в составе трансмиссии.

Целесообразно в охарактеризованной вышеприведенной совокупностью признаков коробке передач крышку корпуса выполнить чашеобразной и сочленить с продольной стенкой корпуса в плоскости, пересекающейся с зубчатыми колесами дифференциального механизма.

Выполнение крышки корпуса чашеобразной и сочленение ее с продольной стенкой корпуса в плоскости, пересекающейся с зубчатыми колесами дифференциального механизма, в коробке передач, выполненной согласно изобретению, тем более будет способствовать сокращению ее габарита при снижении затрат в производстве и эксплуатации, поскольку форма крышки сокращает не только продольный размер, но и поперечный, а размещение плоскости разъема корпуса в зоне дифференциального механизма существенно упростит сборку коробки как при изготовлении, так и при ремонте.

Рационально элементы устройства управления дифференциальным механизмом установить в крышке, что позволит разместить этот механизм в пределах габарита коробки, а на продольной стенке корпуса между крышкой и передней стенкой корпуса выполнить окно для размещения элементов механизма переключения передач, что в свою очередь позволит разместить этот механизм в пределах габарита картера сцепления.

Надежная работа агрегатов коробки передач, функционирующих безотказно, обеспечена, в частности, тем, что ее выполненный электропневматическим механизм переключения снабжен крышкой и опорной плитой, при этом выключатели размещены продольно и поперечно сверху и имеют возможность взаимодействия с выступами на штоках, перемещаемых возвратно-поступательно.

Упрощению конструкции и повышению ее надежности способствует выполнение выступа штока включения передач в виде штифта, размещенного в пазу корпуса механизма, а выступа штока выбора передач - в виде пластины, размещенной в пазу корпуса и между кнопками выключателей.

Снижению затрат в производстве и эксплуатации способствует снабжение корпуса механизма проставками, в одной из которых размещен штифт, выполненный с шестигранной конической головкой с резьбовой частью, и выполнено сверление для размещения штока включения передач, а в другой - пластина, зажатая втулками закрепленными на штоке выбора передач.

Заметному уменьшению габарита и повышению надежности способствует выполнение на штоке выбора передач выемки и паза, в котором размещен выступ рычага управления, один из концов которого размещен в качалке, установленной на штоке включения передач.

Также заметному уменьшению габарита, повышению надежности и снижению затрат производства способствует размещение по крайней мере одного из штоков переключения передач выше плоскости, проходящей через оси крайних штоков.

Таким образом, обеспечены широкие функциональные возможности коробки передач, согласно изобретению, что осуществлено в небольшом габарите, с малыми затратами на ее производство и эксплуатацию.

Эта коробка передач имеет весьма простую и надежную конструкцию, удобную в эксплуатации.

Ниже приведено описание конкретного примера выполнения настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 изображает внешний вид коробки передач, согласно настоящему изобретению, в сборе со сцеплением.

Фиг.2 - кинематическую схему коробки передач, согласно настоящему изобретению, и потоки мощности в ней.

Фиг.3 - автоматизированное электропневматическое управление коробкой передач.

Фиг.4 - корпус коробки передач, вид сзади.

Фиг.5 - корпус коробки передач, вид сбоку.

Фиг.6 - крышка корпуса коробки передач.

Фиг.7 - устройство управления дифференциальным механизмом, согласно настоящему изобретению.

Фиг.8 - механизм переключения передач, согласно настоящему изобретению, вид сверху.

Фиг.9 - то же, что на фиг.8, продольный разрез.

Фиг.10 - то же, что на фиг.8, поперечный разрез.

Фиг.11 - штоки и вилки механизма переключения передач.

Коробка передач 1 (фиг.1) прифланцована к картеру сцепления 2. Коробка передач содержит входной вал 3, промежуточный вал 4 (фиг.2) и вторичный вал 5.

Hа валу 3 с возможностью вращения и блокировки установлена шестерня 6. Шестерня 6 зацеплена с колесом 7, закрепленным на валу 4. На валу 4 закреплены шестерни 8 большинство из которых зацеплено с колесами 9, установленными на валу 5 с возможностью вращения и блокировки. В зависимости от перемещения муфты 10, установленной на валу 3, и муфт 11, установленных на вторичном валу 5, а также полумуфты 12, обеспечена кинематическая связь между валами 3 и 5. Шестерни 6 и 7, а также 8 и 13 выполняют в коробке функцию делителя 14. Другие шестерни на валах 4 и 5 до трехзвенного дифференциального механизма 15 выполняют функцию основного редуктора 16. Солнечная шестерня 17, т.е. одно из звеньев механизма 15, соединена с валом 5. Механизм 15 и упомянутые выше элементы размещены в корпусе 18. Корпус 18 имеет несущую стенку 19 с опорами 20 и 21 валов 5 и 4 соответственно. Водило 22 выполнено зацело с выходным валом 23. На корпусе 18 размещен механизм 24 (фиг.1) переключения передач и устройство 25 управления механизмом 15.

Стенка 19 выполнена в виде крышки 26. Крышка 26 выполнена съемной и прикреплена к корпусу 18 болтами 27. Под болты 27 в крышке 26 выполнены отверстия 28 (фиг.6). Крышка 26 имеет отверстия для монтажных штифтов 29 (фиг.5), установленных в корпусе 18, расположенные во фланце 30 (фиг.6). Корпус 18 имеет переднюю опорную стенку 31 (фиг.4), фланец 32 с монтажными штифтами 29 и резьбовые отверстия 33 для установки и крепления крышки 26. Крышка 26 ограничивает снаружи механизм 15 и сопряжена с продольной стенкой 34 (фиг.5) корпуса 18.

В коробке передач, содержащей валы 3, 4 и 5 с зубчатыми колесами 6, 7, 8 и 9, и трехзвенный дифференциальный механизм 15, одно из звеньев которого соединено с вторичным ее валом 5, размещенные на корпусе 18, имеющем несущую стенку 19 с опорами 20 и 21 валов 4 и 5, механизм 24 переключения передач и устройство 25 управления дифференциальным механизмом 15, выполнение стенки 19 в виде съемной крышки 26, ограничивающей снаружи дифференциальный механизм 15 и сопряженной с продольной стенкой 34 корпуса 18, позволит сократить ее габарит при малых затратах в производстве и эксплуатации, поскольку все упомянутые элементы коробки, обеспечивающие ее широкие функциональные возможности (фиг.2) при надежной работе ее агрегатов, размещены в непосредственной близости друг от друга и в полной мере отвечают своему назначению в составе трансмиссии (фиг.3).

Крышка 26 выполнена с фланцем 30 и фланцем 35 (фиг.6) плавно соединенными продольной стенкой 36, т.е. выполнена чашеобразной.

Крышка 26 сочленена со стенкой 34 с ее фланцем 32 в плоскости 37 (фиг.1). Плоскость 37 пересекает зубчатые колеса механизма 15, в частности коронную шестерню 38 (фиг.2), при этом эти колеса почти полностью, то есть большая их часть, размещены в крышке 26.

Выполнение крышки 26 корпуса чашеобразной и сочленение ее с продольной стенкой 34 корпуса 18 в плоскости 37, пересекающейся с зубчатыми колесами дифференциального механизма 15, сокращает габарит коробки при снижении затрат на се производство и эксплуатацию, поскольку при такой форме крышки 26 сокращаются и продольный, и поперечный ее размеры, а размещение механизма 15 по существу в крышке 26 упрощает как сборку, так и разборку коробки.

Пневмоцилиндр 39 (фиг.7) устройства 25 установлен в крышке 26. На крышке 40 цилиндра 39 прикреплен блок 41 электроклапанов 42, обеспечивающих подачу воздуха в полости 43 и 44 цилиндра 39.

Между полостями 43 и 44 расположен поршень 45, имеющий шток 46. Шток 46 шарнирно соединен с рычагом 47, обеспечивающим перемещение шестерни 38. Рычаг 47 размещен в крышке 26 в зоне механизма 15.

При таком размещении цилиндра 39, его крышки 40 и блока 41, они не выступают за габарит коробки передач.

В стенке 34 выполнено окно 48 (фиг.5) для размещения элементов механизма 24. Окно 48 расположено между крышкой 26 и стенкой 31.

Механизм 24 снабжен крышкой 49 (фиг.9) и опорной плитой 50. Крышка 49 прикреплена к плите 50 винтами 51. Выключатели 52, 53 и 54 (фиг.8) размещены продольно. Выключатели 55 и 56 (фиг.10) размещены поперечно. Выключатели 52, 53 и 54 имеют возможность взаимодействия со штоком 57 включения передач через выступ 58 (фиг.8). Выключатели 55 и 56 размещены над штоком 59 (фиг.10) выбора передач и имеют возможность взаимодействия с ним через выступ, выполненный в виде пластины 60.

Шток 57 установлен в корпусе 61, соединен с поршнем 62 и фиксирован пружинами 63. В корпусе 61 образованы полости 64 и 65. На крышке 66 размещения пружин 63 установлены клапаны 67 (фиг.8). На крышке 68 установлены клапаны 69. Шток 59 установлен в корпусе 61 поперечно, соединен с поршнем 70 и фиксирован пружинами 71. В корпусе образованы полости 72 и 73.

Выступ 58 размещен в пазу 74 (фиг.9) корпуса 61 механизма 24. Пластина 60 расположена в пазу 75 (фиг.10) корпуса 61 и между кнопками выключателей 55 и 56.

Механизм 24 снабжен проставками 76 (фиг.9)и 77 (фиг.10). В проставке 76 размещен выступ 58. Выступ 58 образован головкой 78 (фиг.9) винта 79 (фиг.8). В проставке 76 выполнено отверстие 80 (фиг.9) для размещения штока 57. В проставке 77 размещена пластина 60. Пластина 60 зажата втулками 81 и 82 (фиг.10).

Нa штоке 59 выполнена выемка 83 с пазом 84. В пазу 84 размещен выступ 85 ключа 86 управления. Конец 87 ключа 86 размещен в качалке 88 (фиг.9).

Качалка 88 установлена на штоке 57.

Шток 89 (фиг.11) переключения передач размещен выше штоков 90 и 91, т.е. выше плоскости, проходящей через их оси. В свою очередь, шток 90 размещен выше плоскости 92, проходящей через оси 93 и 94 штоков 89 и 95 соответственно. Каждый из штоков 89 и 90, т.е. центральных штоков, размещен над плоскостью 96, проходящей через оси 94 и 97 штоков 95 и 91 соответственно. На штоках 89, 90, 91 и 95 закреплены головки вилок 98, имеющие возможность взаимодействия с ключом 86. На штоках 89, 90 и 95 закреплены одинаковые вилки 98. На штоке 91 закреплена вилка 99 передачи заднего хода. Вилки 98 и 99 имеют возможность взаимодействия с муфтой 10, муфтами 11 и полумуфтой 12 соответственно.

Электропневматическое управление коробкой передач содержит источник 100 сжатого воздуха. Источник 100 (фиг.3) соединен трубопроводами 101 с полостями механизма 102 управления сцеплением 2, полостями механизма 24, устройства 25 и пневмоцилиндра 103 механизма 104 переключения диапазонов делителя 14. Переключатель 105 проводами 106 соединен с электроагрегатами контактора 107 управления делителем 14, электронного блока 108 управления, датчиком 109 частоты вращения двигателя 110, устройства 25 переключения диапазонов механизма 15, механизма 24 переключения передач, механизма 104 переключения диапазонов делителя 14, датчика 111 скорости автомобиля и механизма 102 управления сцеплением 2. Переключатель 105 оснащен рукояткой 112. На полу 113 кабины водителя установлена педаль 114 управления подачей топлива в двигатель 110.

Коробка передач, согласно настоящему изобретению, функционирует так.

В исходном положении штоки 89, 90, 91 и 95, вилки 98 и 99 и зубчатые муфты 11 и 12 находятся в нейтрали, при которой вал 5 кинематически не соединен с валом 3, а шток 45 и рычаг 46 находятся в положении включения низшего диапазона, при этом коронная шестерня 38 механизма 15 соединена со стенкой 19, выполненной в виде крышки 26. Сжатый воздух находится в полости 44 устройства 25.

В исходном положении вращения от двигателя 110 через коробку нет.

Для трогания транспортного средства его водитель при работающем двигателе 110 включает сцепление 2 механизмом 102.

По сигналу переключателя 105 (например, I передача) при выключении сцепления 2 срабатывает электроклапан 67 и при включенном низшем диапазоне механизма 15 сжатый воздух из источника 100 поступает в полость 64. Шток 57 при перемещении в крайнее положение обеспечивает включение первой передачи (поток 115 на фиг.2). При замыкании контактов выключателя делителя 14 происходит удержание включенной его передачи. При отпускании педали сцепления 2 обеспечено трогание автомобиля с места.

Командное управление переключением диапазонов делителя осуществляется механизмом 104. По сигналу от переключателя 103 сжатый воздух из источника 100 поступает в соответствующую полость пневмоцилиндра 103 механизма 104.

При перемещении рукоятки 112 переключателя 105 из положения первой передачи в положение второй передачи обесточиваются катушки реле управления сцеплением 2, что обеспечивает выключение сцепления 2 и замыкание контактов соответствующих выключателей. Кроме того, усилием пружин 63 механизма 24 и соответствующих пружин механизма 102 происходит возврат в нейтральное положение в основном редукторе 16 и делителе 14. При срабатывании электроклапана 67 сжатый воздух поступает в полость 65. Под действием сжатого воздуха шток 57 перемещается в крайнее левое положение для включения второй передачи. После включения высшего диапазона в делителе 14 включается сцепление 2 и коробка обеспечивает поток мощности 116.

При перемещении рукоятки 112 переключателя 105 из положения второй передачи в положение третьей передачи происходят описанные выше действия для возврата в нейтральное положение основного редуктора 16 и делителя 14. При срабатывании электроклапана 69 сжатый воздух поступает в полость 72. Происходит перемещение штока 59 и поворот рычага 87 в положение хода третьей и четвертой передачи. Пластина 60 замыкает контакты выключателя 56, что обеспечивает подачу сжатого воздуха в полость 64 и включение передачи. После включения высшего диапазона в делителе 14 включается сцепление 2 и коробка обеспечивает поток мощности 117. Цикл переключения передач закончен.

Аналогично происходит переключение других передач.

После перемещения рукоятки 112 контроллера 105 из положения четвертой передачи в положение пятой передачи механизмом 102 обеспечено выключение сцепления 2 запитка электроклапана 42 блока 41 и подача сжатого воздуха в полость 35 цилиндра 43. Шток 45 через рычаг 46 перемещает шестерню 38 от стенки 19 и блокирует ее с валом 23.

Аналогично происходит переключение с высшего на низший диапазон механизма 15.

Описанная 16-ступенчатая коробка передач с широкими функциональными возможностями (диапазон передаточных чисел - 17.04), осуществляемыми в небольшом габарите (осевой по торцам - 570 мм) и весе (масса - 265 кг) при малых затратах в ее производстве и эксплуатации, надежно передает момент до 2200 Нм при максимальной мощности двигателя 500 л.с. Прежде всего она предназначена для автопоездов полной массой 45...52 т и самосвалов с полезной нагрузкой до 30 т.