гидромеханическая коробка передач

Формула изобретения

Гидромеханическая коробка передач, содержащая гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор, коронная шестерня третьего планетарного ряда которого связана с водилом четвертого планетарного ряда, второй, третий и четвертый планетарные ряды имеют отрицательное внутреннее передаточное отношение, водило первого планетарного ряда связано через фрикционный тормоз с картером, отличающаяся тем, что солнечная шестерня первого планетарного ряда связана через фрикционный тормоз с картером, коронная шестерня первого планетарного ряда соединяется с коронной шестерней четвертого планетарного ряда, коронная шестерня четвертого планетарного ряда связана с водилом третьего планетарного ряда, являющимся выходным звеном коробки передач, водило четвертого планетарного ряда связано через фрикционный тормоз с картером, выходное звено гидродинамического преобразователя крутящего момента связано через фрикционную муфту с водилом первого планетарного ряда, выходное звено гидродинамического преобразователя крутящего момента связано с солнечной шестерней второго планетарного ряда, коронная шестерня второго планетарного ряда соединяется через фрикционный тормоз с картером, водило второго планетарного ряда связано с солнечной шестерней третьего планетарного ряда, коронная шестерня второго планетарного ряда соединяется через фрикционную муфту с водилом третьего планетарного ряда, являющимся выходным звеном коробки передач, водило первого планетарного ряда связано с солнечной шестерней четвертого планетарного ряда, первый планетарный ряд имеет 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 также 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 также гусеничной техники военного и гражданского назначения и состоящие из четырех планетарных рядов обеспечивают пять или шесть передачи переднего хода. Для увеличения количества передач, например для получения девяти передач переднего хода, разработчики, занимающиеся проектированием и производством автоматических 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, коронная шестерня третьего планетарного ряда которого связана с водилом четвертого планетарного ряда планетарного ряда, второй, третий и четвертый планетарные ряды имеют отрицательное внутреннее передаточное отношение, водило первого планетарного ряда связано через фрикционный тормоз с картером, выходное звено гидродинамического преобразователя крутящего момента связано с солнечной шестерней первого планетарного ряда, водило первого планетарного ряда соединяется с водилом второго планетарного ряда, коронная шестерня первого планетарного ряда связана с солнечной шестерней второго планетарного ряда, водило первого планетарного ряда связано через фрикционную муфту с коронной шестерней третьего планетарного ряда, солнечная шестерня второго планетарного ряда связана через фрикционную муфту с коронной шестерней третьего планетарного ряда, коронная шестерня второго планетарного ряда соединяется с водилом третьего планетарного ряда, солнечная шестерня третьего планетарного ряда связана через фрикционный тормоз с картером, коронная шестерня четвертого планетарного ряда соединяется с водилом третьего планетарного ряда, солнечная шестерня четвертого планетарного ряда является выходным звеном коробки передач, первый планетарный ряд имеет положительное внутреннее передаточное отношение за счет использования двойных сателлитов. (US, 5989148, F 16 H 3/44, 475/284, фиг.18, опубл. 23.11.1999).

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 передачи переднего хода и одну передачу заднего хода.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по увеличению числа передач переднего хода до девяти и диапазона до 10 при сохранении кинематической схемы коробки передач с четырьмя планетарными рядами. Достигаемый при этом технический результат заключается в расширении кинематических возможностей коробки передач при сохранении габаритных показателей.

Указанный технический результат достигается тем, что в гидромеханической коробке передач, содержащей гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор, коронная шестерня третьего планетарного ряда которого связана с водилом четвертого планетарного ряда планетарного ряда, второй, третий и четвертый планетарные ряды имеют отрицательное внутреннее передаточное отношение, водило первого планетарного ряда связано через фрикционный тормоз с картером, солнечная шестерня первого планетарного ряда связана через фрикционный тормоз с картером, коронная шестерня первого планетарного ряда соединяется с коронной шестерней четвертого планетарного ряда, коронная шестерня четвертого планетарного ряда связана с водилом третьего планетарного ряда, являющимся выходным звеном коробки передач, водило четвертого планетарного ряда связано через фрикционный тормоз с картером, выходное звено гидродинамического преобразователя крутящего момента связано через фрикционную муфту с водилом первого планетарного ряда, выходное звено гидродинамического преобразователя крутящего момента связано с солнечной шестерней второго планетарного ряда, коронная шестерня второго планетарного ряда соединяется через фрикционный тормоз с картером, водило второго планетарного ряда связано с солнечной шестерней третьего планетарного ряда, коронная шестерня второго планетарного ряда соединяется через фрикционную муфту с водилом третьего планетарного ряда, являющимся выходным звеном коробки передач, водило первого планетарного ряда связано с солнечной шестерней четвертого планетарного ряда, первый планетарный ряд имеет 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 девять передач переднего хода и расширить диапазон коробки передач до 10, а также позволит использовать при различных режимах движения использовать 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 приведена кинематическая схема гидромеханической девятиступенчатой коробки передач для автоматической трансмиссии транспортного средства.

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

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

Гидромеханическая девятиступенчатая 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 изобретению, 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 водилом 6 первого планетарного ряда. Коронная шестерня 10 второго планетарного ряда соединяется фрикционной муфтой 18 с водилом 12 третьего планетарного ряда.

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

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

Оснащение коробки передач девятью 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 планетарных ряда позволило расширить диапазон коробки передач до 10, а также позволит использовать при различных режимах движения использовать 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 9-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 22 и тормоз 19, то есть угловая скорость жестко связанных между собой или выполненных заодно коронной шестерни 13 третьего планетарного ряда и водила 15 четвертого планетарного ряда равна нулю, а также угловая скорость коронной шестерни 10 второго планетарного ряда равна нулю.

Крутящий момент с входного звена 3 передается на солнечную шестерню 8 второго планетарного ряда, далее передается на жестко связанные между собой водило 9 второго планетарного ряда и 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.

При переключении на вторую передачу выключается тормоз 19 и включается муфта 18, тормоз 22 остается включенным. Таким образом, угловая скорость жестко связанных между собой или выполненных заодно коронной шестерни 13 третьего планетарного ряда и водила 15 четвертого планетарного ряда равна нулю, а угловая скорость коронной шестерни 10 второго планетарного ряда равна угловой скорости водила 12 третьего планетарного ряда и жестко связанных с ним или выполненных как единое целое коронной шестерни 7 первого планетарного ряда и коронной шестерни 16 четвертого планетарного ряда, а также связанного с водилом 12 третьего планетарного ряда выходного звена 4.

Крутящий момент с входного звена 3 передается на солнечную шестерню 8 второго планетарного ряда, затем через водило 9 второго планетарного ряда передается на солнечную шестерню 11 третьего планетарного ряда и далее на водило 12 третьего планетарного ряда, на котором разделяется и через муфту 18 передается на коронную шестерню 10 второго планетарного ряда, и далее на водило 9 второго планетарного ряда, а также на связанное с водилом 12 третьего планетарного ряда выходное звено 4.

При переключении на третью передачу выключается тормоз 22 и муфта 18, включается тормоз 19 и тормоз 21. Таким образом, угловая скорость коронной шестерни 10 второго планетарного ряда равна нулю, а угловая скорость жестко связанных между собой или выполненных заодно солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда и водила 6 первого планетарного ряда равна нулю.

Крутящий момент с входного звена 3 передается на солнечную шестерню 8 второго планетарного, затем через водило 9 второго планетарного ряда передается на солнечную шестерню 11 третьего планетарного ряд и далее на водило 12 третьего планетарного ряда, на котором разделяется и через жестко связанные между собой коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда и водило 15 четвертого планетарного ряда передается на коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда, и далее на водило 12 второго планетарного ряда, а также на связанное с водилом 12 третьего планетарного ряда выходное звено 4.

При переключении на четвертую передачу выключается тормоз 21 и включается тормоз 20, тормоз 19 остается включенным. Таким образом, угловая скорость коронной шестерни 10 второго планетарного ряда равна нулю, а угловая скорость солнечной шестерни 5 первого планетарного ряда равна нулю.

Крутящий момент с входного звена 3 передается на солнечную шестерню 8 второго планетарного ряда, затем через водило 9 второго планетарного ряда передается на солнечную шестерню 11 третьего планетарного ряд и далее на водило 12 третьего планетарного ряда, на котором разделяется на три потока. Первый поток крутящего момента через коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда передается на водило 15 четвертого планетарного ряда. Второй поток крутящего момента через коронную шестерню 7 первого планетарного ряда передается на водило 6 первого планетарного ряда и далее на солнечную шестерню 14 четвертого планетарного ряда и далее на водило 15 четвертого планетарного ряда, где объединяется с потоком с коронной шестерни 16 четвертого планетарного ряда и передается на коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда, и далее на водило 12 второго планетарного ряда. Третий поток крутящего момента передается на связанное с водилом 12 третьего планетарного ряда выходное звено 4.

При переключении на пятую передачу выключается тормоз 19 и тормоз 20 и включается тормоз 21 и муфта 18. Таким образом, угловая скорость жестко между собой или выполненных заодно солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда и водила 6 первого планетарного ряда равна нулю, а угловая скорость коронной шестерни 10 второго планетарного ряда равна угловой скорости водила 12 третьего планетарного ряда и жестко связанных с ним или выполненных как единое целое коронной шестерни 7 первого планетарного ряда и коронной шестерни 16 четвертого планетарного ряда, а также связанного с водилом 12 третьего планетарного ряда выходного звена 4.

Крутящий момент с входного звена 3 передается на солнечную шестерню 8 второго планетарного ряда, затем через водило 9 второго планетарного ряда передается на солнечную шестерню 11 третьего планетарного ряд и далее на водило 12 третьего планетарного ряда на котором разделяется на три потока. Первый поток крутящего момента через коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда передается на водило 15 четвертого планетарного ряда и далее на коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда, и далее на водило 12 второго планетарного ряда. Второй поток крутящего момента через муфту 18 передается на коронную шестерню 10 второго планетарного ряда и далее на водило 9 второго планетарного ряда. Третий поток крутящего момента передается на связанное с водилом 12 третьего планетарного ряда выходное звено 4.

При переключении на шестую передачу выключается тормоз 21 и муфта 18 и включается тормоз 19 и муфта 17. Таким образом, угловая скорость коронной шестерни 10 второго планетарного ряда равна нулю, а угловая скорость входного звена 3 равна угловой скорости жестко связанных между собой или выполненных заодно водила 6 первого планетарного ряда и солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 3 разделяется и через включенную фрикционную муфту 17 передается на водило 6 первого планетарного ряда, затем на солнечную шестерню 14 четвертого планетарного ряда с нее на водило 15 четвертого планетарного ряда, а также на солнечную шестерню 8 второго планетарного ряда и далее через водило 9 второго планетарного ряда на солнечную шестерню 11 третьего планетарного ряда и далее на водило 12 третьего планетарного ряда. На водиле 12 третьего планетарного ряда крутящий момент разделяется и через коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда крутящий момент передается на водило 15 четвертого планетарного ряда, где объединившись с потоком крутящего момента с солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда передается на коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда и далее на водило 12 третьего планетарного ряда. Второй поток с водила 12 третьего планетарного ряда передается на выходное звено 4.

При переключении на седьмую передачу выключается тормоз 19 и муфта 17 и включается тормоз 20 и муфта 18. Таким образом, угловая скорость солнечной шестерни 5 первого планетарного ряда равна нулю, а угловая скорость коронной шестерни 10 второго планетарного ряда равна угловой скорости водила 12 третьего планетарного ряда и жестко связанных с ним или выполненных как единое целое коронной шестерни 7 первого планетарного ряда и коронной шестерни 16 четвертого планетарного ряда, а также связанного с водилом 12 третьего планетарного ряда выходного звена 4.

Крутящий момент с входного звена 3 передается на солнечную шестерню 8 второго планетарного ряда, а с нее через водило 9 второго планетарного ряда на солнечную шестерню 11 третьего планетарного ряда и далее на водило 12 третьего планетарного ряда, где разделяется на четыре потока. Первый поток крутящего момента с водила 12 третьего планетарного ряда передается на коронную шестерню 7 первого планетарного ряда и далее на жестко связанные водило 6 первого планетарного ряда и солнечную шестерню 14 четвертого планетарного ряда. Второй поток крутящего момента с водила 12 третьего планетарного ряда передается на коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда и объединяясь на водиле 15 четвертого планетарного ряда с потоком крутящего момента с солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда передается на коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда и далее на водило 12 третьего планетарного ряда. Третий поток крутящего момента с водила 12 третьего планетарного ряда передается через муфту 18 на коронную шестерню 10 второго планетарного ряда и далее на водило 9 второго планетарного ряда. Четвертый поток крутящего момента передается на связанное с водилом 12 третьего планетарного ряда выходное звено 4.

При переключении на восьмую передачу выключается тормоз 20 и включается муфта 17, муфта 18 остается включенной. Таким образом, угловая скорость входного звена 3 равна угловой скорости жестко связанных между собой или выполненных заодно водила 6 первого планетарного ряда и солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда, а угловая скорость коронной шестерни 10 второго планетарного ряда равна угловой скорости водила 12 третьего планетарного ряда и жестко связанных с ним или выполненных как единое целое коронной шестерни 7 первого планетарного ряда и коронной шестерни 16 четвертого планетарного ряда, а также связанного с водилом 12 третьего планетарного ряда выходного звена 4.

Крутящий момент с входного звена 3 разделяется и через включенную фрикционную муфту 17 передается на жестко связанные водило 6 первого планетарного ряда и солнечную шестерню 14 четвертого планетарного ряда, а также передается на солнечную шестерню 8 второго планетарного ряда, а с нее через водило 9 второго планетарного ряда на солнечную шестерню 11 третьего планетарного ряда и далее на водило 12 третьего планетарного ряда, где разделяется на три потока. Первый поток крутящего момента с водила 12 третьего планетарного ряда передается через муфту 18 на коронную шестерню 10 второго планетарного ряда и далее на водило 9 второго планетарного ряда. Второй поток крутящего момента с водила 12 третьего планетарного ряда передается на коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда и, объединяясь на водиле 15 четвертого планетарного ряда с потоком крутящего момента с солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда, передается на коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда и далее на водило 12 третьего планетарного ряда. Третий поток крутящего момента передается на связанное с водилом 12 третьего планетарного ряда выходное звено 4.

При переключении на девятую передачу выключается муфта 18 и включается тормоз 20, муфта 17 остается включенной. Таким образом, угловая скорость солнечной шестерни 5 первого планетарного ряда равна нулю, а угловая скорость входного звена 3 равна угловой скорости жестко связанных между собой или выполненных заодно водила 6 первого планетарного ряда и солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 3 через включенную фрикционную муфту 17 предается на водило 6 первого планетарного ряда, затем через солнечную шестерню 7 первого планетарного ряда - на водило 12 третьего планетарного ряда и связанное с ним выходное звено 4.

На передаче заднего хода включаются муфта 17 и тормоз 22, то есть угловая скорость входного звена 3 равна угловой скорости жестко связанных между собой или выполненных заодно водила 6 первого планетарного ряда и солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда, а угловая скорость жестко связанных между собой или выполненных заодно коронной шестерни 13 третьего планетарного ряда и водила 15 четвертого планетарного ряда равна нулю.

Крутящий момент с входного звена 3 через включенную фрикционную муфту 17 предается на водило 6 первого планетарного ряда, затем через солнечную шестерню 14 четвертого планетарного ряда на коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда и далее 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 девять 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.