гидромеханическая коробка передач

Формула изобретения

Гидромеханическая коробка передач, содержащая гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор, солнечная шестерня второго планетарного ряда которого связана с выходным звеном гидродинамического преобразователя крутящего момента, первый планетарный ряд имеет отрицательное внутреннее передаточное отношение, коронная шестерня первого планетарного ряда связана с солнечной шестерней третьего планетарного ряда, водило четвертого планетарного ряда связано через фрикционный тормоз с картером, водило третьего планетарного ряда является выходным звеном коробки передач, отличающаяся тем, что выходное звено гидродинамического преобразователя крутящего момента связано через фрикционную муфту с солнечной шестерней первого планетарного ряда, выходное звено гидродинамического преобразователя крутящего момента связано через фрикционную муфту с водилом первого планетарного ряда, солнечная шестерня первого планетарного ряда связана через фрикционный тормоз с картером, водило первого планетарного ряда соединяется с коронной шестерней третьего планетарного ряда, коронная шестерня третьего планетарного ряда связана через фрикционный тормоз с картером, водило второго планетарного ряда связано с коронной шестерней первого планетарного ряда, коронная шестерня второго планетарного ряда соединяется с солнечной шестерней четвертого планетарного ряда, коронная шестерня четвертого планетарного ряда связана с водилом третьего планетарного ряда, являющимся выходным звеном коробки передач, солнечная шестерня четвертого планетарного ряда связана через фрикционный тормоз с картером, второй, третий и четвертый планетарные ряды имеют отрицательное внутреннее передаточное отношение.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области автотранспортного машиностроения и касается конструкции ступенчатой планетарной коробки передач, которая может быть использована в автоматических трансмиссиях, управляемых с помощью электронного блока и гидравлики и предназначенных для транспортных средств.

Крутящий момент и частота вращения двигателя преобразуются трансмиссией в соответствии с изменением условий движения транспортного средства для обеспечения движения транспортного средства как вперед, так и назад.

В состав автоматической трансмиссии входит гидродинамический преобразователь крутящего момента (гидротрансформатор), в котором кинетическая энергия рабочей жидкости используется для передачи крутящего момента от коленчатого вала двигателя на входной звено коробки передач. Далее расположена, как правило, коробка передач планетарного типа, обеспечивающая изменение крутящего момента на движителе и его частоты вращения. Коробка передач так же включает в себя фрикционные элементы управления, которые по своему назначению делятся на две группы: тормоза и муфты. Фрикционные муфты соединяют элементы планетарного механизма между собой. Фрикционные тормоза соединяют элементы планетарного механизма с картером коробки передач.

Использование коробок передач планетарного типа в автоматических трансмиссиях таких транспортных средств как легковые и грузовые автомобили, гусеничная техника военного и гражданского назначения обусловлено возможностью применения малогабаритной, компактной по компоновке конструкции, легко вписывающейся в ограниченное габаритами кузова пространстве, но при этом способной передавать и преобразовывать большие крутящие моменты.

В настоящее время планетарные коробки передач, используемые для легковых и грузовых автомобилей, а так же гусеничной техники военного и гражданского назначения и состоящие из четырех планетарных рядов обеспечивают пять или шесть передач переднего хода. Для увеличения количества передач, например для получения десяти передач переднего хода, разработчики, занимающиеся проектированием и производством трансмиссий, используют или большее количество планетарных рядов, что усложняет конструкцию коробки передач, или увеличивают количество степеней свободы, что усложняет систему управления коробкой передач.

Известна гидромеханическая коробка передач, содержащая гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор, солнечная шестерня второго планетарного ряда которого связана с выходным звеном гидродинамического преобразователя крутящего момента, первый планетарный ряд имеет отрицательное внутреннее передаточное отношение, а водило четвертого планетарного ряда связано через фрикционный тормоз с картером, коронная шестерня первого планетарного ряда связана с солнечной шестерней третьего планетарного ряда, водило третьего планетарного ряда является выходным звеном коробки передач, коронная шестерня четвертого планетарного ряда связана с солнечной шестерней третьего планетарного ряда, коронная шестерня второго планетарного ряда связана с солнечной шестерней первого планетарного ряда, водило первого планетарного ряда связано через фрикционный тормоз с картером, солнечная шестерня четвертого планетарного ряда связана с водилом третьего планетарного ряда, являющегося выходным звеном коробки передач, коронная шестерня третьего планетарного ряда связана через фрикционную муфту с выходным звеном гидродинамического преобразователя крутящего момента, солнечная шестерня первого планетарного ряда связана через фрикционную муфту с водилом третьего планетарного ряда, являющегося выходным звеном коробки передач, второй, третий и четвертый планетарные ряды имеют положительное внутреннее передаточное отношение за счет использования двойных сателлитов, водило первого планетарного ряда связано с водилом второго планетарного ряда (US 6039670, F 16 H 3/44, 475/275, фиг.10, опубл. 21.03.2000).

Данная коробка передач содержит для изменения отношения крутящего момента между входным и выходным звеньями две фрикционные муфты и два тормоза. В коробке-прототипе переключение передач происходит за счет попарного включения четырех фрикционных элементов управления звеньями планетарных рядов. Это позволяет получить пять передач переднего хода и одну передачу заднего хода.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по увеличению числа передач переднего хода до десяти и диапазона до 10,2 при сохранении кинематической схемы коробки передач с четырьмя планетарными рядами и упрощению конструкции за счет использования простых планетарных рядов с отрицательным внутренним передаточным отношением. Достигаемый при этом технический результат заключается в расширении кинематических возможностей коробки передач при сохранении габаритных показателей, а так же конструкция становится более технологичная.

Указанный технический результат достигается тем, что в гидромеханической коробке передач, содержащей гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор, солнечная шестерня второго планетарного ряда которого связана с выходным звеном гидродинамического преобразователя крутящего момента, первый планетарный ряд имеет отрицательное внутреннее передаточное отношение, коронная шестерня первого планетарного ряда связана с солнечной шестерней третьего планетарного ряда, водило четвертого планетарного ряда связано через фрикционный тормоз с картером, водило третьего планетарного ряда является выходным звеном коробки передач, выходное звено гидродинамического преобразователя крутящего момента связано через фрикционную муфту с солнечной шестерней первого планетарного ряда, выходное звено гидродинамического преобразователя крутящего момента связано через фрикционную муфту с водилом первого планетарного ряда, солнечная шестерня первого планетарного ряда связана через фрикционный тормоз с картером, водило первого планетарного ряда соединяется с коронной шестерней третьего планетарного ряда, коронная шестерня третьего планетарного ряда связана через фрикционный тормоз с картером, водило второго планетарного ряда связано с коронной шестерней первого планетарного ряда, коронная шестерня второго планетарного ряда соединяется с солнечной шестерней четвертого планетарного ряда, коронная шестерня четвертого планетарного ряда связана с водилом третьего планетарного ряда, являющемся выходным звеном коробки передач, солнечная шестерня четвертого планетарного ряда связана через фрикционный тормоз с картером, второй, третий и четвертый планетарные ряды имеют отрицательное внутреннее передаточное отношение.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Изменение конструкции планетарных механизмов и последовательности попарного включения в совокупности с известными признаками позволило получить десять передач переднего хода и расширить диапазон коробки передач до 10,2, а так же позволит использовать при различных режимах движения только часть передач, не ухудшая тяговых характеристик. Использование планетарных рядов с отрицательным внутренним передаточным отношением упростило конструкцию, сделало ее более технологичной.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата приведенной совокупностью признаков.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, где изображена кинематическая схема гидромеханической десятиступенчатой коробки передач для автоматической трансмиссии транспортного средства.

Согласно изобретения в гидромеханической коробке передач, содержащей гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор, солнечная шестерня второго планетарного ряда которого связана с выходным звеном гидродинамического преобразователя крутящего момента, первый планетарный ряд имеет отрицательное внутреннее передаточное отношение, коронная шестерня первого планетарного ряда связана с солнечной шестерней третьего планетарного ряда, водило четвертого планетарного ряда связано через фрикционный тормоз с картером, водило третьего планетарного ряда является выходным звеном коробки передач, выходное звено гидродинамического преобразователя крутящего момента связано через фрикционную муфту с солнечной шестерней первого планетарного ряда, выходное звено гидродинамического преобразователя крутящего момента связано через фрикционную муфту с водилом первого планетарного ряда, солнечная шестерня первого планетарного ряда связана через фрикционный тормоз с картером, водило первого планетарного ряда соединяется с коронной шестерней третьего планетарного ряда, коронная шестерня третьего планетарного ряда связана через фрикционный тормоз с картером, водило второго планетарного ряда связано с коронной шестерней первого планетарного ряда, коронная шестерня второго планетарного ряда соединяется с солнечной шестерней четвертого планетарного ряда, коронная шестерня четвертого планетарного ряда связана с водилом третьего планетарного ряда, являющемся выходным звеном коробки передач, солнечная шестерня четвертого планетарного ряда связана через фрикционный тормоз с картером, второй, третий и четвертый планетарные ряды имеют отрицательное внутреннее передаточное отношение.

Ниже приводится пример конкретного исполнения гидромеханической коробки передач для автоматической трансмиссии, например, легкового или грузового автомобиля.

Гидромеханическая десятиступенчатая коробка передач содержит картер 1, гидродинамический преобразователь крутящего момента 2 (гидротрансформатор), входное звено 3, выходное звено 4 и планетарный редуктор, в состав которого входят планетарные ряды, две фрикционные муфты и четыре фрикционных тормоза.

В коробке передач, согласно изобретения, планетарный редуктор состоит из четырех планетарных рядов. Первый планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 5, водила 6 сателлитов и коронной шестерни 7 (эпицикла). Второй планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 8, водила 9 сателлитов и коронной шестерни 10 (эпицикла). Третий планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 11, водила 12 сателлитов и коронной шестерни 13 (эпицикла). Четвертый планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 14, водила 15 сателлитов и коронной шестерни 16 (эпицикла). Входное звено 3 соединяется фрикционной муфтой 17 с солнечной шестерней 5 первого планетарного ряда. Входное звено 3 соединяется фрикционной муфтой 18 с водилом 6 первого планетарного ряда.

Солнечная шестерня 5 первого планетарного ряда соединяется с картером 1 коробки передач фрикционным тормозом 19. Фрикционный тормоз 20 соединяет с картером 1 коробки передач связанные между собой водило 6 первого планетарного ряда и коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда. Фрикционный тормоз 21 соединяет водило 15 четвертого планетарного ряда с картером 1 коробки передач. Связанные между собой солнечная шестерня 14 четвертого планетарного ряда и коронная шестерня 10 второго планетарного ряда соединяются с картером 1 коробки передач фрикционным тормозом 22.

Такое выполнение коробки передач по сравнению с известными коробками передач, состоящими из четырех рядов типа HYUNDAY и др., позволяет получить десять передач переднего хода и одну передачу заднего хода, используя для этого четыре планетарных ряда и шесть фрикционных элементов управления, а так же применяя только планетарные ряды с отрицательным внутренним передаточным отношением.

Оснащение коробки передач десятью передачами переднего хода позволило внести изменения в передаточные отношения и порядок попарного включения фрикционных элементов управления. Изменение конструкции и параметров солнечной шестерни, водила, сателлитов и зубчатых колес планетарного ряда позволило расширить диапазон коробки передач до 10,2, а так же позволит использовать при различных режимах движения только часть передач, не ухудшая тяговых характеристик.

Предлагаемая, согласно изобретения, автоматическая коробка передач работает следующим образом.

После начала движения транспортного средства последовательным переключением передач от 1-й до 10-й осуществляется его разгон до требуемой скорости движения. При нахождении коробки передач в нейтральном положении ни один из фрикционных элементов управления не включен.

На первой передаче включаются тормоз 20 и тормоз 21, то есть угловая скорость жестко связанных между собой или выполненных заодно водила 6 первого планетарного ряда и коронной шестерни 13 третьего планетарного ряда равна нулю, а так же угловая скорость водила 15 четвертого планетарного ряда равна нулю.

Крутящий момент с входного звена 3 передается на солнечную шестерню 8 второго планетарного ряда, далее передается на водило 9 второго планетарного ряда, на котором разделяется, и через коронную шестерню 10 второго планетарного ряда и жестко связанную с ней солнечную шестерню 14 четвертого планетарного ряда передается на коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда, а также через солнечную шестерню 11 третьего планетарного ряда на водило 12 третьего планетарного ряда. Потоки с водила 12 третьего планетарного ряда и коронной шестерни 16 четвертого планетарного ряда объединяются на выходном звене 4.

При переключении на вторую передачу выключается тормоз 20 и включается тормоз 19, тормоз 21 остается включенным. Таким образом, угловая скорость водила 15 четвертого планетарного ряда равна нулю, а так же угловая скорость солнечной шестерни 5 первого планетарного ряда равна нулю.

Крутящий момент с входного звена 3 передается на солнечную шестерню 8 второго планетарного ряда, далее на водило 9 второго планетарного ряда, где разделяется на три потока. Первый поток с водила 9 второго планетарного ряда передается на солнечную шестерню 11 третьего планетарного ряда. Второй поток через коронную шестерню 7 первого планетарного ряда передается на водило 6 первого планетарного ряда и на жестко соединенную с ним коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда. Третий поток через коронную шестерню 10 второго планетарного ряда и жестко связанную с ней солнечную шестерню 14 четвертого планетарного ряда передается на коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда. Потоки объединяются на водиле 12 третьего планетарного ряда и жестко связанной с ним коронной шестерне 16 четвертого планетарного ряда, связанного с выходным звеном 4.

При переключении на третью передачу выключаются тормоз 21 и тормоз 19 и включаются тормоз 20 и тормоз 22. Таким образом, угловая скорость жестко связанных между собой или выполненных заодно водила 6 первого планетарного ряда и коронной шестерни 13 третьего планетарного ряда равна нулю, а так же угловая скорость жестко связанных между собой или выполненных заодно коронной шестерни 10 второго планетарного ряда и солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда равна нулю.

Крутящий момент с входного звена 3 передается на солнечную шестерню 8 второго планетарного ряда, далее на жестко связанные между собой водило 9 второго планетарного ряда и солнечную шестерню 11 третьего планетарного ряда, а с нее на водило 12 третьего планетарного ряда и связанное с ним выходное звено 4.

При переключении на четвертую передачу выключаются тормоз 20 и 22, включаются муфта 17 и тормоз 21. Таким образом, угловая скорость водила 15 четвертого планетарного ряда равна нулю, а угловая скорость входного звена 3 и жестко связанной ним солнечной шестерни 8 второго планетарного ряда равна угловой скорости солнечной шестерни 5 первого планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 3 разделяется и через включенную фрикционную муфту 17 передается на солнечную шестерню 5 первого планетарного ряда, затем на водило 6 первого планетарного ряда, а так же передается на солнечную шестерню 8 второго планетарного ряда и далее на водило 9 второго планетарного ряда. На водиле 6 первого планетарного ряда крутящий момент разделяется и через коронную шестерню 7 первого планетарного ряда передается на водило 9 второго планетарного ряда, а так же через коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда передается на водило 12 третьего планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый передается на солнечную шестерню 11 третьего планетарного ряда и жестко связанное с ней водило 9 второго планетарного ряда. На водиле 9 второго планетарного ряда объединяются потоки от коронной шестерни 7 первого планетарного ряда, солнечной шестерни 8 второго планетарного ряда и солнечной шестерни 11 третьего планетарного ряда и передаются через коронную шестерню 10 второго планетарного ряда на солнечную шестерню 14 четвертого планетарного ряда и далее на коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда. Второй поток с водила 12 третьего планетарного ряда и с коронной шестерни 16 четвертого планетарного ряда объединяются на выходном звене 4.

При переключении на пятую передачу выключается муфта 17 и тормоз 21, включается тормоз 19 и тормоз 22. Таким образом, угловая скорость солнечной шестерни 5 первого планетарного ряда равна нулю, а так же угловая скорость жестко связанных между собой или выполненных заодно коронной шестерни 10 второго планетарного ряда и солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда равна нулю.

Крутящий момент с входного звена 3 передается на солнечную шестерню 8 второго планетарного ряда, далее на водило 9 второго планетарного ряда, на котором разделяется, и через коронную шестерню 7 первого планетарного ряда передается на водило 6 первого планетарного ряда и на жестко соединенную с ним коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда, а так же на солнечную шестерню 11 третьего планетарного ряда. Потоки объединяются на водиле 12 третьего планетарного ряда и связанном с ним выходном звене 4.

При переключении на шестую передачу выключаются тормоз 22 и тормоз 19 и включаются тормоз 21 и муфта 18. Таким образом, угловая скорость водила 15 четвертого планетарного ряда равна нулю, а угловая скорость входного звена 3 и жестко связанной с ним солнечной шестерни 8 второго планетарного ряда равна угловой скорости жестко связанным между собой или выполненным заодно водила 6 первого планетарного ряда и коронной шестерни 13 третьего планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 3 разделяется и через включенную фрикционную муфту 18 предается на водило 6 первого планетарного ряда и на жестко соединенную с ним коронную шестерню 13, а так же передается на солнечную шестерню 8 второго планетарного ряда, с которой через коронную шестерню 10 второго планетарного ряда передается на солнечную шестерню 14 четвертого планетарного ряда и далее на коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда. Поток крутящего момента с коронной шестерни 13 третьего планетарного ряда передается на водило 12 третьего планетарного ряда, где разделяется, и через солнечную шестерню 11 третьего планетарного ряда передается на водило 9 второго планетарного ряда. Второй поток с водила 12 третьего планетарного ряда и с коронной шестерни 16 четвертого планетарного ряда объединяются на выходном звене 4.

При переключении на седьмую передачу выключаются тормоз 21 и муфта 18 и включаются тормоз 22 и муфта 17. Таким образом, угловая скорость жестко связанных между собой или выполненных заодно коронной шестерни 10 второго планетарного ряда и солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда равна нулю, а угловая скорость входного звена 3 и жестко связанной с ним солнечной шестерни 8 второго планетарного ряда равна угловой скорости солнечной шестерни 5 первого планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 3 разделяется и передается на солнечную шестерню 8 второго планетарного ряда и далее на водило 9 второго планетарного рада, а так же через включенную фрикционную муфту 17 передается на солнечную шестерню 5 первого планетарного ряда, затем на водило 6 первого планетарного ряда. На водиле 9 второго планетарного ряда разделяется и передается на коронную шестерню 7 первого планетарного ряда, а так же на солнечную шестерню 11 третьего планетарного ряда. На водиле 6 первого планетарного ряда объединяются потоки крутящего момента с солнечной шестерни 5 первого планетарного ряда и коронной шестерни 7 первого планетарного ряда и передаются на коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда. Потоки объединяются на водиле 12 третьего планетарного ряда и связанном с ним выходном звене 4.

При переключении на восьмую передачу выключается муфта 17 и включается муфта 18, тормоз 22 остается включенным. Таким образом, угловая скорость жестко связанных между собой или выполненных заодно коронной шестерни 10 второго планетарного ряда и солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда равна нулю, а угловая скорость входного звена 3 и жестко связанной с ним солнечной шестерни 8 второго планетарного ряда равна угловой скорости жестко связанных между собой или выполненных заодно водила 6 первого планетарного ряда и коронной шестерни 13 третьего планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 3 разделяется и через включенную фрикционную муфту 18 передается на жестко связанные водило 6 первого планетарного ряда и коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда, а так же на солнечную шестерню 8 второго планетарного ряда, далее через водило 9 второго планетарного ряда на солнечную шестерню 11 третьего планетарного ряда. Потоки объединяются на водиле 12 третьего планетарного ряда и связанном с ним выходном звене 4.

При переключении на девятую передачу выключается тормоз 22 и включается муфта 18, муфта 17 остается включенной. Таким образом, угловая скорость входного звена 3 и жестко связанной с ним солнечной шестерни 8 второго планетарного ряда равна угловой скорости солнечной шестерни 5 первого планетарного ряда, а угловая скорость входного звена 3 и жестко связанной с ним солнечной шестерни 8 второго планетарного ряда равна угловой скорости жестко связанных между собой или выполненных заодно водила 6 первого планетарного ряда и коронной шестерни 13 третьего планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 3 через муфту 18 передается на водило 6 первого планетарного ряда, где разделяется на три потока. Первый поток крутящего момента с водила 6 первого планетарного ряда передается на солнечную шестерню 5 первого планетарного ряда и далее через муфту 17 на входное звено 3. Второй поток крутящего момента передается на коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда. Третий поток крутящего момента передается на жестко связанные коронную шестерню 7 первого планетарного ряда и солнечную шестерню 11 третьего планетарного ряда. Потоки объединяются на водиле 12 третьего планетарного ряда и связанном с ним выходном звене 4.

При переключении на десятую передачу выключается муфта 17 и включается тормоз 19, муфта 18 остается включенной. Таким образом, угловая скорость солнечной шестерни 5 первого планетарного ряда равна нулю, а угловая скорость входного звена 3 и жестко связанной с ним солнечной шестерни 8 второго планетарного ряда равна угловой скорости жестко связанных между собой или выполненных заодно водила 6 первого планетарного ряда и коронной шестерни 13 третьего планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 3 через включенную фрикционную муфту 18 передается на водило 6 первого планетарного ряда, где разделяется, и передается на коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда, а так же через коронную шестерню 7 первого планетарного ряда передается на солнечную шестерню 11 третьего планетарного ряда. Потоки объединяются на водиле 12 третьего планетарного ряда и связанном с ним выходном звене 4.

На передаче заднего хода включаются тормоз 20 и муфта 17, то есть угловая скорость жестко связанных между собой или выполненных заодно водила 6 первого планетарного ряда и коронной шестерни 13 третьего планетарного ряда равна нулю, а угловая скорость входного звена 3 и жестко связанной с ним солнечной шестерни 8 второго планетарного ряда равна угловой скорости солнечной шестерни 5 первого планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 3 через муфту 17 передается на солнечную шестерню 5 первого планетарного ряда, с нее - на коронную шестерню 7 первого планетарного ряда и жестко связанную с ней солнечную шестерню 11 третьего планетарного ряда. С солнечной шестерни 11 третьего планетарного ряда крутящий момент передается на водило 12 третьего планетарного ряда и связанное с ним выходное звено 4.

Настоящее изобретение позволяет в коробках передач, имеющих четыре планетарных ряда, обеспечивающих пять передач переднего хода, организовать десять передач переднего хода без увеличения количества планетарных рядов и увеличения степени свободы коробки передач. Использование планетарных рядов с отрицательным внутренним передаточным отношением упростило конструкцию, сделало ее более технологичной.

Настоящее изобретение промышленно применимо, так как для его реализации не требуется специальной новой технологии и специального оборудования, кроме тех, что используются в машиностроении в производстве редукторов, в том числе и планетарных.