планетарная коробка передач

Формула изобретения

Планетарная коробка передач, содержащая корпус, входной и выходной валы, планетарный механизм с подвижной в осевом направлении коронной шестерней, имеющей у торцов зубчатые венцы с внутренними зубьями и аксиально направленные пазы, имеющие по одному скошенному уступу на каждой стенке, две зубчатые полумуфты с конусами трения, из которых одна соединена с корпусом, а другая с входным или выходным валом, два синхронизирующих кольца с конусами трения и радиальными выступами, размещенными в упомянутых пазах коронной шестерни и имеющими блокирующие скосы, выполненные на торцах, обращенных к коронной шестерне, а также тангенциально направленные цилиндрические гнезда, в которых размещены пружины и упорные штифты фиксаторов, отличающаяся тем, что торец водила, взаимодействующий с синхронизирующим кольцом понижающей передачи, имеет цилиндрический поясок, обеспечивающий радиальный зазор между кольцом и водилом в положении включенной прямой передачи, меньший радиального зазора между коническими поверхностями синхронизирующего кольца и полумуфты понижающей передачи, а стенки аксиальных пазов коронной шестерни со стороны упорных штифтов фиксаторов имеют ограничительные уступы, обеспечивающие стабильный зазор между коническими поверхностями кольца и полумуфты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в многоступенчатых коробках передач транспортных средств. В тяжелых транспортных средствах планетарную двухступенчатую коробку передач (демультипликатор) подсоединяют к основной коробке передач для увеличения вдвое числа передач.

Наиболее близкой к заявленному изобретению является планетарная коробка передач, защищенная патентом РФ 3 1835889 (1). Для поочередного соединения коронной шестерни либо с корпусом, либо с выходным валом эта коробка передач имеет две расположенные по равные стороны от коронной шестерни зубчатые полумуфты с наружными конусами трения и два синхронизирующих кольца с внутренними конусами трения. Одна из полумуфт соединена с корпусом, другая - с выходным валом. Коронная шестерня имеет по торцам два зубчатых венца с внутренними зубьями и аксиально направленные пазы с блокирующими и фиксаторными скосами, а синхронизирующие кольца имеют радиальные выступы, размещенные в указанных пазах. На радиальных выступах выполнены также блокирующие скосы, взаимодействующие в процессе переключения передач с блокирующими скосами пазов коронной шестерни с помощью пружин и упорных штифтов фиксаторов, установленных в тангенциально направленных гнездах радиальных выступов синхронизирующих колец. Головки штифтов взаимодействуют с фиксаторными скосами пазов коронной шестерни.

Коронная шестерня подвижна в осевом направлении и связана с механизмом переключения передач. Крайние положения коронной шестерни соответствуют включению либо понижающей передачи при соединении шестерни через полумуфту с корпусом, либо прямой передачи при соединении коронной шестерни через полумуфту с выходным валом. Для переключения передач коронную шестерню перемещают в осевом направлении из одного крайнего положения в другое.

Установка в рабочее положение блокирующих и фиксаторных скосов пазов коронной шестерни относительно блокирующих скосов и фиксаторных штифтов выступов синхронизирующих колец производится за счет ограничения хода колец при упоре их в торцы водила.

В данной конструкции так же, как и в других конструкциях планетарных коробок передач (2) и синхронизаторов, синхронизирующие кольца со стороны, противоположной включенной передаче, опираются при вращении на конические поверхности зубчатых полумуфт и постоянно трутся о них, что естественно приводит к износу конических поверхностей при их холостой (нерабочей) прокрутке. Особенно данный нежелательный эффект проявляется в планетарных коробках передач, которые имеют большие диаметры конических поверхностей, необходимые дня высокой мощности синхронизатора и большие разности оборотов между коническими поверхностями. Так, при включенной прямой передаче, когда полумуфта понижающей передачи, соединенная с корпусом, не вращается, а синхронизирующее кольцо вращается вместе с выходным валом, скорость вращения которого может превышать 3000 об/мин, относительные окружные скорости вращения конических поверхностей имеют большие величины. В существующих планетарных коробках передач они достигают величин 40 м/с и более. При таких окружных скоростях даже при малых величинах дисбаланса синхронизирующего кольца происходит интенсивный износ, а иногда и пригорание конических поверхностей, что приводит к отказам в работе синхронизатора, снижению ресурса его работы. Для уменьшения этого нежелательного явления требуется точная механическая обработка всех (в том числе и нерабочих) поверхностей синхронизирующего кольца или точная балансировка колец. Однако даже эти операции полностью не исключают износа конических поверхностей при их нерабочей прокрутке.

Усовершенствование, реализованное в заявляемом изобретении, направлено на повышение ресурса и безотказности работы коробки передач при сниженной трудоемкости ее изготовления. Непосредственный технический результат, достигаемый при осуществлении этого усовершенствования, заключается в полном исключении соприкосновения конических поверхностей синхронизирующего кольца и зубчатой полумуфты понижающей передачи за счет создания на торце водила цилиндрического пояска, на который опирается синхронизирующее кольцо, и ограничении осевого перемещения синхронизирующего кольца в сторону зубчатой полумуфты понижающей передачи. Данное техническое решение полностью исключает износы конических поверхностей при их холостой прокрутке. При этом не требуется дополнительная механическая обработка нерабочих поверхностей синхронизирующего кольца и его балансировка.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что планетарная коробка передач, содержащая корпус, входной вал, выходной вал, связанный с водилом, торцы которого являются ограничителями хода синхронизирующих колец, планетарный механизм с подвижной в осевом направлении коронной шестерней, имеющей на торцах зубчатые венцы с внутренними зубьями и аксиально направленные пазы, две зубчатые полумуфты с наружными конусами трения, одна из которых соединена с корпусом, а другая - с выходным валом, два синхронизирующих кольца с внутренними конусами трения и радиальными выступами на наружной поверхности, размещенными в упомянутых пазах коронной шестерни, а также подпружиненные в тангенциальном направлении упорные штифты фиксаторов, отличается от вышеописанной известной коробки передач тем, что торец водила, взаимодействующий с синхронизирующим кольцом понижающей передачи, имеет цилиндрический поясок, обеспечивающий радиальный зазор между кольцом и водилом в положении включенной прямой передачи, меньший радиального зазора между коническими поверхностями зубчатой полумуфты понижающей передачи и синхронизирующего кольца, а стенки аксиальных пазов коронной шестерни со стороны фиксаторного скоса имеют уступы, ограничивающие осевое перемещение синхронизирующего кольца в сторону губчатой полумуфты понижающей передачи.

На фиг. 1 показана планетарная коробка передач в положении включенной понижающей передачи; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - планетарная коробка передач в положении включенной прямой передачи; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.3.

В корпусе 1 установлен входной вал 2 с солнечной шестерней 3, выходной вал 4 с водилом 5, имеющим на торце цилиндрический поясок 6, коронная шестерня 7, находящаяся в зацеплении с сателлитами 8, зубчатая полумуфта понижающей передачи 9, жестко связанная с корпусом 1, зубчатая полумуфта прямой передачи 10, соединенная с водилом 5 и через него с выходным валом 4, а также два синхронизирующих кольца 11 и 12.

Коронная шестерня 7 имеет у торцев зубчатые венцы 13 и 14 и аксиально направленные пазы 15 и 16. Пазы выполнены ступенчатыми со скошенными блокирующими уступами 17 и 18 по одной стенке пазов и скошенными фиксаторными уступами 19 и 20 и ограничительными уступами 21 на другой стенке паза.

Коронная шестерня установлена подвижно в осевом направлении и через вилку 20 связана с механизмом переключения (не показан).

Полумуфты 9 и 10 имеют наружные конуса трения 22, 23; синхронизирующие кольца 11, 12 снабжены внутренними конусами 24, 25, а на наружной поверхности имеют радиальные выступы 26, 27, размещенные в пазах 15,16 коронной шестерни. Выступы 26, 27 имеют блокирующие скосы 28, 29, выполненные на торцах, обращенных к коронной шестерне, а также тангенциально направленные цилиндрические гнезда 30, 31. С помощью пружин 32, 33 и упорных штифтов фиксаторов 34, 35, установленных в гнездах 30, 31, синхронизирующие кольца 11, 12 подпружинены в окружном направлении относительно коронной шестерни 7.

Коробка передач работает следующим образом.

При включенной понижающей передаче (см. фиг.1) коронная шестерня 7 занимает крайнее левое положение. Зубчатый венец 13 коронной шестерни взаимодействует с зубчатым венцом 36 полумуфты 9, которая связана с корпусом 1, благодаря чему коронная шестерня 7 также соединяется с корпусом. Крутящий момент передается от входного вала 2 и связанной с ним солнечной шестерни 3 на водило 5 и далее на выходной вал 4.

Передаточное число понижающей передачи i=1+Z8/Z3, где Z3 и Z8 - число зубьев солнечной и коронной шестерен соответственно.

В описанном положении (см. также фиг.2) радиальные выступы 26 синхронизирующего кольца 11 находятся в глубине пазов 15 коронной шестерни 7, а аналогичные синхронизирующего кольца 12 - в начальной расширенной части пазов 16.

При переключении на прямую передачу коронная шестерня 7 посредством вилки 20 перемещают вправо. При этом вместе с коронной шестерней 7 благодаря воздействию ее уступов 20 на фиксаторные штифты 35 синхронизирующего кольца 12 перемещается вправо и синхронизирующее кольцо 12. При дальнейшем движении коронной шестерни 7 зубчатый венец 13 расцепляется с венцом 26 зубчатой полумуфты 9, освобождая коронную шестерню 7, т.е. позволяя ей вращаться относительно общей оси планетарного механизма. Затем конус трения 25 кольца 12 упирается в конус трения 23 полумуфты 10. Осевое перемещение кольца 12 прекращается и благодаря разности окружных скоростей на кольце возникает момент трения, прижимающий радиальные выступы 27 кольца к боковым стенкам пазов 16 коронной шестерни, а блокирующие скосы 18 коронной шестерни встречаются с блокирующими скосами 29 синхронизирующего кольца 12. Для дальнейшего перемещения ее вправо необходимо, чтобы она развернулась в окружном направлении относительно синхронизирующего кольца. Однако в результате взаимного трения конусов этому препятствует синхронизирующий момент трения. Коронная шестерня получает возможность дальнейшего осевого перемещения только после выравнивания (синхронизации) угловых скоростей синхронизирующего кольца 12 и зубчатой полумуфты 10. Как только угловые скорости выравнятся и момент трения снизится до 0, начинается дальнейшее движение коронной шестерни. При этом ее блокирующие скосы 18 переместятся по скосам 29 синхронизирующего кольца, развернув кольцо относительно коронной шестерни. Радиальные выступы переместятся в глубь пазов 16, а штифты 35 сдвинутся в глубь гнезда 16 (см. фиг.3, 4). Зубчатый венец 14 коронной шестерни войдет в зацепление с зубчатым венцом 37 полумуфты 10, соединенной с водилом 5. Планетарный ряд блокируется и все детали планетарного механизма, за исключением зубчатой полумуфты понижающей передачи, будут вращаться с одинаковыми оборотами, равными оборотам солнечной шестерни 3 (входного вала 2). При этом передаточное отношение коробки передач равно 1 (прямая передача).

С началом перемещения коронной шестерни 7 вправо всесте с ней под воздействием сил трения перемещается также и левое синхронизирующее кольцо 11, при этом его радиальные выступы 26 остаются в глубине пазов 15 до тех пор, пока кольцо 11 своим торцем не упрется в торец 38 водила и не прекратит свое осевое перемещение. При дальнейшем движении коронной шестерни вправо пазы 15 шестерни переместятся относительно выступов 26 кольца 11 и выступы сместятся в расширенную часть паза, минуя уступы 17 и 19. В этом положении фиксаторные штифты 34 будут находиться в канавке между фиксаторными 19 и ограничительными 21 уступами, что исключает возможность перемещения синхронизирующего кольца 11 в сторону зубчатой полумуфты понижающей передачи 9. В этом положении синхронизирующее кольцо будет находиться над цилиндрическим пояском 6 водила, диаметр которого выбран из условия D1-D<D2-D3, где D - диаметр центрирующего пояска водила; D1 - меньший диаметр конуса синхронизирующего кольца; D2 и D3 - диаметры конусов синхронизирующего кольца и губчатой полумуфты понижающей передачи в одной из плоскостей вращения.

При таком исполнении радиальный зазор между синхронизирующим кольцом и цилиндрическим пояском водила, которые вращаются с одинаковыми угловыми скоростями, меньше радиального зазора между коническими поверхностями кольца и полумуфты. При появлении сил от дисбаланса синхронизирующее кольцо смещается радиально в пределах зазора между кольцом и водилом, кольцо опирается на центрирующий поясок водила и прекращает радиальное перемещение. При этом между коническими поверхностями кольца и полумуфты остается гарантированный радиальный зазор, равный величине (D2-D3)=(D1-D). Таким образом, соприкосновение и износ конических поверхностей, имеющих большие разности окружных скоростей, исключены.

Стабильность радиального зазора между коническими поверхностями обеспечивается невозможностью перемещения синхронизирующего кольца в сторону зубчатой полумуфты за счет ограничительного уступа 21.

Процесс обратного переключения на понижающую передачу происходит аналогичным образом. В положении включенной понижающей передачи коронная шестерня 7 и синхронизирующее кольцо 12 через муфту понижающей передачи соединены с корпусом 1 и поэтому не вращаются. Радиальные силы от дисбаланса синхронизирующего кольца отсутствуют, в связи с этим выполнять цилиндрический поясок на правом торце водила нет необходимости.

Источники информации:

1. Патент РФ 1835889 МПК F 16 Н 3/44.

2. 2. Патент ЕПВ 0239555 МПК F 16 Н 3/44.