многоступенчатая коробка передач

Формула изобретения

Многоступенчатая коробка передач, содержащая корпус с размещенными в нем первичным, вторичным и промежуточным валами, причем первичный и вторичный валы установлены соосно, а промежуточный вал расположен параллельно этим валам, на первичном валу закреплена шестерня, зацепленная с шестерней промежуточного вала, шестерни промежуточного вала зацеплены попарно с шестернями, свободно установленными на вторичном валу, две шестерни низших передач и шестерня заднего хода закреплены на промежуточном валу, трехпозиционная муфта переключения расположена на ступице вторичного вала между рядами шестерен низших передач, отличающаяся тем, что на промежуточном валу свободно установлены четыре шестерни, между первыми пятью рядами шестерен расположены четыре двухпозиционные сдвоенные муфты переключения, состоящие каждая из двух двухпозиционных полумуфт, расположенных на шестернях соседних рядов параллельных валов, взаимосвязанных вилкой переключения, одна полумуфта установлена на венце шестерни вторичного вала или расположенной рядом с ней шестерне первичного вала, другая полумуфта установлена напротив первой полумуфты на венце шестерни промежуточного вала, шестерня заднего хода расположена на ступице вторичного вала напротив шестерни заднего хода промежуточного вала, дополнительная шестерня заднего хода с муфтой переключения расположена на оси.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к транспортному машиностроению, к трансмиссии транспортных машин.

Известны агрегаты трансмиссии со ступенчатым изменением передаточных чисел, содержащие шестерни, валы, их опоры, устройства переключения передач, применяемые в отечественных и зарубежных автомобилях (Автомобили: Конструкция, конструирование и расчет. Трансмиссия. / Под ред. А.И.Гришкевича. - Мн.: Выш. шк., 1985. - 240 с.).

Эти агрегаты конструктивно сложны и металлоемки.

Наиболее близкой к предлагаемой многоступенчатой коробке передач (МКП) является 10-ти ступенчатая КП автомобиля КамАЗ-5320 (см. с.91, рис.3.12).

Десятиступенчатая КП выполнена на базе 5-ти ступенчатой трехвальной соосной КП, дополненной ускоряющим передним делителем. Базовая КП состоит из корпуса с размещенными в нем валами, причем первичный и вторичный валы установлены соосно, а промежуточный вал расположен параллельно соосным валам. На промежуточном валу закреплены 6 шестерен, три из них изготовлены заодно с валом, все шестерни промежуточного вала взаимозацеплены с другими шестернями, одна из них изготовлена вместе с первичным валом, а 5 шестерен свободно установлены на вторичном валу. Между рядами шестерен низших передач размещены 4 шестерни заднего хода, по одной на вторичном и промежуточном валах, которые взаимозацеплены с двумя шестернями, объединенными в блок, три муфты переключения установлены на ступицах вторичного вала, размещенных между первой и второй парами шестерен, а также между третьей и четвертой парами и далее между рядами шестерен низших передач и заднего хода. Передний делитель выполнен в отдельном корпусе, в котором размещены два вала с взаимозацепленными шестернями, одна шестерня закреплена на валу, который жестко соединяется с промежуточным валом базовой КП, вторая шестерня подвижно установлена на входном валу делителя, который опорой качения соединен с первичным валом базовой КП. Между этими валами размещена муфта переключения.

Описанная КП сложна и металлоемка: для 10-ти передач переднего хода и 2-х передач заднего хода требуются 16 шестерен и 4 муфты переключения, размещенных в двух корпусах.

Задачей изобретения является расширение эксплуатационных возможностей транспортного средства.

Технический результат изобретения заключается в расширении эксплуатационных возможностей транспортного средства за счет увеличения числа передач при снижении металлоемкости трансмиссионного агрегата.

Достижение технического результата обеспечивается тем, что многоступенчатая коробка передач, содержащая корпус с размещенными в нем первичным, вторичным и промежуточным валами, причем первичный и вторичный валы установлены соосно, а промежуточный вал расположен параллельно этим валам, на первичном валу закреплена шестерня, зацепленная с шестерней промежуточного вала, шестерни промежуточного вала зацеплены попарно с шестернями, свободно установленными на вторичном валу, две шестерни низших передач и шестерня заднего хода закреплены на промежуточном валу, трехпозиционная муфта переключения расположена на ступице вторичного вала между рядами шестерен низших передач, на промежуточном валу свободно установлены четыре шестерни, между первыми пятью рядами шестерен расположены четыре двухпозиционные сдвоенные муфты переключения, состоящие каждая из двух двухпозиционных полумуфт, расположенных на шестернях соседних рядов параллельных валов, взаимосвязанных вилкой переключения, одна полумуфта установлена на венце шестерни вторичного вала или расположенной рядом с ней шестерне первичного вала, другая полумуфта установлена напротив первой полумуфты на венце шестерни промежуточного вала, шестерня заднего хода расположена на ступице вторичного вала напротив шестерни заднего хода промежуточного вала, дополнительная шестерня заднего хода с муфтой переключения расположена на оси.

На фиг.1 изображена кинематическая схема трехвальной соосной многоступенчатой коробки передач (МКП) 32R16 (32 передачи переднего хода и 16 передач заднего хода).

На фиг 2 приведена лучевая диаграмма МКП 32R16 с высшей прямой передачей.

На фиг.3 представлена лучевая диаграмма МКП 32R16 с прямой 25-й передачей, семью ускоряющими передачами и с таблицей положений муфт переключения на различных передачах и данными о парах шестерен, передающих нагрузку на этих передачах. Передачи заднего хода для упрощения не приведены.

На горизонтальных шкалах диаграммы в логарифмическом виде представлены величины передаточных чисел пар шестерен и передач. На фиг.3 log U=0 соответствует 25-й передаче, направо от 0 (от 25-й передачи к 1-й передаче) log U>0, налево - <0. Над верхней горизонталью обозначены номера передач переднего хода (32-1), под нижней горизонталью - передачи заднего хода (16-1). На крайних горизонталях величина передаточных чисел приведена к вторичному валу, на средней горизонтали - к промежуточному валу. Наклон луча направо указывает на замедляющий режим работы пары шестерен, чем положе луч, тем больше передаточное число. Наклон луча налево характеризует ускоряющий режим работы пары шестерен. Наклон луча каждой пары шестерен постоянный на любом участке лучевой диаграммы. Цифры в скобках (5,5; 2,5; 1,5; 2,5; 4,5; 11,5) указывают на величину передаточного числа пар шестерен в отрезках логарифмической шкалы. Стрелка под цифрами соответствует замедляющему режиму работы пары шестерен, а над цифрами - ускоряющему режиму работы. Например, первая пара шестерен (I) работает в замедляющем режиме, луч отсекает 5,5 отрезка, а последняя (YI) пара шестерен - 11,5 отрезка. Сумма отрезков для всех шести шестерен переднего хода составит - Р=28. Если принять максимальное передаточное число пары шестерен равным 4,0, что будет соответствовать 11,5 отрезка, то передаточное число первой пары шестерен составит 1,94, а диапазон МКП - 41,8 - отношение передаточного числа низшей передачи (U₁=18) к передаточному числу высшей передачи (0,43).

Около лучевых диаграмм приведены оценки интенсивности использования шестерен - отношение числа передач к числу шестерен, используемых для движения вперед - К_и=32/12=2,67 и рациональности редукции - отношение числа передач с сумме отрезков логарифмической шкалы для всех шестерен переднего хода - К _р=32/28=1,14. Сумма двух оценок характеризует эффективность конструкции МКП - К_э=К_и+К_р=2,67+1,14=3,81. При уменьшении числа ускоряющих передач оценка рациональности редукции снижается, например, если высшая передача прямая, то К_р=32/42=0,76 и К_э=3,43 (см. фиг.2).

В опорах корпуса МКП 1 расположены первичный 2 и соосный ему вторичный 3 валы. Промежуточный вал 4 установлен параллельно валам 2 и 3. Между промежуточным 4 и вторичным 3 валами расположена ось 5. Шестерня 6 жестко закреплена на первичном валу 2 (изготовлена вместе с валом) и зацеплена с шестерней 7. Шестерни 7, 8, 9 и 10 свободно установлены относительно промежуточного вала 4. Шестерни 11 и 12 закреплены на промежуточном валу 4. Шестерни 8-12 попарно зацеплены с шестернями 13, 14, 15, 16 и 17, свободно установленными на вторичном валу 3. Шестерня заднего хода 18 закреплена на промежуточном валу 4 между шестернями 11 и 12, она расположена напротив шестерни 19, установленной на ступице вторичного вала 3 между шестернями 16 и 17. Дополнительная шестерня заднего хода 20 установлена на оси 5. Двухпозиционная сдвоенная муфта А расположена между первым и вторым рядами шестерен и состоит из двух двухпозиционных полумуфт, полумуфта 21 установлена на венце шестерни 13 вторичного вала 3, а полумуфта 22 установлена напротив полумуфты 21 на венце шестерни 7 промежуточного вала 4, полумуфты взаимосвязаны вилкой переключения 23. Аналогичная сдвоенная муфта В расположена между второй и третьей парами шестерен, полумуфта 24 установлена на венце шестерни 14 вторичного вала 3, а полумуфта 25 установлена напротив полумуфты 24 на венце шестерни 8, обе полумуфты взаимосвязаны вилкой переключения 26. Сдвоенная муфта С расположена между третьей и четвертой парами шестерен, полумуфта 27 расположена на венце шестерни 15, а полумуфта 28 - на венце шестерни 9, полумуфты взаимосвязаны вилкой переключения 29. Аналогичная сдвоенная муфта D расположена между четвертой и пятой парами шестерен, полумуфта 30 расположена на венце шестерни 16, а полумуфта 31 - на венце шестерни 10, обе полумуфты взаимосвязаны вилкой переключения 32. Трехпозиционная муфта переключения Е (33) расположена на ступице вторичного вала 3 между шестернями 16 и 17. Муфта переключения R (34) расположена на дополнительной шестерне заднего хода 20.

Полумуфты могут быть установлены иначе: полумуфта 21 на венце шестерни 6 первичного вала 2, а полумуфта 22 - на венце шестерни 8 промежуточного вала 4 и т.д.

МКП работает следующим образом. Муфта С изменяет свое положение при каждом переключении передач, муфта D - через одно переключение (попарное срабатывание), муфта В - после четырех последовательных переключений передач, муфта А - после восьми последовательных переключений передач и муфта Е - после 16-ти переключений. Муфта R при движении вперед находится в правом положении, а при движении задним ходом - в левом.

32 передача (7-я ускоряющая)

Муфты А и Е в левом (Л) положении, муфты B, C, D - в правом (П) положении (см. фиг.3, таблица вверху слева). Крутящий момент передается по II и Y парам шестерен (см. фиг.1).

От первичного вала 2 полумуфтой 21 крутящий момент передается на шестерню 13, далее на шестерню 8, по полумуфте 25 - на шестерню 9, по полумуфте 28 - на шестерню 10, по полумуфте 31 - на шестерню 11, далее на шестерню 16, по муфте Е (33) - на вторичный вал 3.

На лучевой диаграмме (см. фиг.3) этой передаче соответствуют два луча - луч II из т.25 налево вниз, затем луч Y налево вверх к т.32.

31 передача (6-я ускоряющая)

Переключаем муфту С в левое положение - дополнительно включаем III и IY пары шестерен.

До шестерни 9 крутящий момент передается, как и на 32-й передаче, далее на шестерню 14, по полумуфте 27 на шестерни 15 и 10, затем по полумуфте 31 на шестерню 11 и далее, как на предыдущей передаче.

На лучевой диаграмме эта передача представлена четырьмя лучами: луч II из т.25 налево вниз, затем луч III налево вверх к т.29, далее луч IY направо вниз и луч Y налево вверх к т.31.

30-я передача (5-я ускоряющая)

Переключаем муфту D в левое положение, а муфту С возвращаем в правое положение.

Крутящий момент до шестерни 10 передается, как на 32-й передаче, далее на шестерню 15, по полумуфте 30 на шестерню 16 и затем, как на предыдущих передачах.

Луч II и далее луч IV к точке 30 представляют эту передачу.

29-я передача (4-я ускоряющая)

Переключаем муфту С в левое положение.

До шестерни 14 крутящий момент передается, как на 31-й передаче, далее по полумуфте 27 на шестерню 15, по полумуфте 30 на шестерню 16, затем, как на предыдущих передачах.

Лучи II и III соответствуют этой передаче.

Передачи с 28-й по 25-ю отличаются от предыдущих переключением муфты В из правого положения в левое. Например:

28-я передача (3-я ускоряющая)

Переключаем муфту В в левое положение, а муфты С и D - в правое.

До шестерни 13 крутящий момент передается, как на предыдущих передачах, затем по полумуфте 24 на шестерню 14, от нее на шестерню 9, по полумуфте 28 на шестерню 10 и затем, как на 32-й передаче.

Эта передача характеризуется лучом III от т.25 вниз направо и далее лучом Y налево вверх к т.28.

25-я передача (прямая)

Все муфты находятся в левом положении.

Крутящий момент от первичного вала 2 полумуфтой 21 передается на шестерню 13, полумуфтой 24 на шестерню 14, полумуфтой 27 на шестерню 15, полумуфтой 30 на шестерню 16, муфтой 33 (Е) на вторичный вал 3.

На лучевой диаграмме эта передача представлена т.0.

Передачи с 24-й по 17-ю отличаются от предыдущих передач переключением муфты А из левого положения в правое. Например:

24-я передача

Муфты А, В, С, D находятся в правом положении, а муфта Е - в левом.

От первичного вала 2 и шестерни 6 крутящий момент передается на шестерню 7 промежуточного вала 4, полумуфтой 22 на шестерню 8, полумуфтой 25 на шестерню 9, полумуфтой 28 на шестерню 10, полумуфтой 31 на шестерню 11, затем на шестерню 16 и муфтой 33 (Е) на вторичный вал 3.

На лучевой диаграмме луч 1 из т.25 направо вниз и луч Y налево вверх к т.24 указывают на эту передачу.

17-я передача

Муфта А в правом положении, муфты В, С, D, Е - в левом.

Крутящий момент до шестерни 8 передается, как на 24-й передаче, далее на шестерню 13, затем полумуфтой 24 на шестерню 14 и далее, как на 25-й передаче.

Луч I направо вниз и луч II направо вверх к т.17 отражают эту передачу.

Передачи с 16-й по 1-ю отличаются от передач с 32-й по 17-ю переключением муфты Е из левого положения в правое. Например:

16-я передача

Муфта А в левом положении, муфты В, С, D, Е - в правом.

До шестерни 11 крутящий момент передается, как на 32-й передаче, далее по промежуточному валу 4 на шестерню 12, затем на шестерню 17 и по муфте 33 (Е) в правом положении на вторичный вал 3.

2-я передача

Муфты А, С, Е находятся в правом положении, а муфты В и D - в левом.

Крутящий момент от первичного вала 2 шестерней 6 передается на шестерню 7, полумуфтой 22 на шестерни 8 и 13, полумуфтой 24 на шестерни 14 и 9, полумуфтой 28 на шестерни 10 и 15, полумуфтой 30 на шестерни 16 и 11, по промежуточному валу 4 на шестерни 12 и 17, по муфте 33 на вторичный вал 3.

На лучевой диаграмме этой передаче соответствуют лучи: I - от т.25 направо вниз, 11 - направо вверх к т.17, III - направо вниз, IY - налево вверх к т.18, Y - направо вниз, YI - направо вверх к т.2.

1-я передача

Переключаем муфту С в левое положение.

До шестерни 14 крутящий момент передается, как на предыдущей передаче, далее полумуфтой 27 на шестерню 15, полумуфтой 30 на шестерни 16 и 11, далее, как на 2-й передаче.

На лучевой диаграмме луч I от т.25 направо вниз, луч II направо вверх к т.17, луч Y направо вниз и луч YI направо вверх к т.1 указывают на 1-ю передачу.

Передачи заднего хода отличаются от первых 16-ти передач переднего хода перемещением муфты 33 (Е) в среднее (нейтральное) положение и перемещением муфты 34 (R) в левое положение. При этом вместо пары шестерен 12-17 (YI) включаются шестерни заднего хода 18-20-19 (R). Например:

1-й задний ход

Муфта А находится в правом положении, муфта Е - в нейтральном положении, муфты В, С, D, R - в левом.

До промежуточного вала 4 крутящий момент передается, как на 1-й передаче переднего хода, далее от шестерни 18 по дополнительной шестерне заднего хода 20 на шестерню 19 и по муфте Е на вторичный вал 3.

Эффективность изобретения выражается в расширении эксплуатационных возможностей транспортного средства за счет увеличения числа передач переднего хода с 10-ти до 32-х и передач заднего хода с 2-х до 16-ти.