ДЕВЯТИСТУПЕНЧАТАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ ТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ
TRANSPORT MACHINE NINE-SPEED TRANSMISSION

Техническое решение относится к трансмиссиям транспортных средств, а именно к коробке передач, имеющей девять ступеней переднего хода.
В заявке №2014013881, опубликованной в США, показана девятиступенчатая коробка передач, содержащая семь рядов зубчатых колес и зубчатые муфты управления коробкой передач. Кинематическая схема этой коробки передач позволяет получить девять передач переднего хода и одну передачу заднего хода. Однако эта коробка передач имеет сложную конструкцию и сравнительно большие осевые габариты.
Более близким аналогом является коробка передач, представленная на фигуре 1 в заявке №2018031096, опубликованной в США. Она содержит корпус, в котором расположены внешний и внутренний входные валы, промежуточный вал и трубчатый дополнительный промежуточный вал, вторичный вал, расположенный соосно с входными валами. На внешнем входном валу закреплены зубчатые колеса, зацепленные с зубчатыми колесами, расположенными с возможностью свободного вращения на промежуточном валу. На вторичном валу с возможностью свободного вращения на нем установлены зубчатые колеса, зацепленные с зубчатыми колесами, закрепленными на промежуточном валу. На трубчатом дополнительном промежуточном валу закреплены зубчатые колеса, одно из которых зацеплено с зубчатым колесом, закрепленным на внутреннем входном валу, а другое зацеплено с зубчатым колесом, расположенным с возможностью свободного вращения на вторичном валу. Эта коробка передач содержит пять зубчатых муфт для соединения с валами свободно расположенных на них зубчатых колес и внутреннего входного вала с выходным валом. Однако при таком большом количестве муфт труднее управлять коробкой передач. При этом получается больше ее длина.
Задача - упрощение конструкции девятиступенчатой коробки передач и повышение удобства управления ее муфтами путем рационального размещения в коробке передач зубчатых колес и зубчатых муфт.
Решение задачи упрощения конструкции девятиступенчатой коробки передач и повышения удобства управления ее муфтами достигается тем, что девятиступенчатая коробка передач содержит корпус, в котором расположены внешний входной вал, сделанный с зубчатым венцом, внутренний входной вал, сделанный с зубчатым венцом и расположенный во внешнем входном валу соосно с ним, составной промежуточный вал, состоящий из переднего и заднего участков, соединенных между собой, трубчатый дополнительный промежуточный вал с двумя зубчатыми венцами, установленный на переднем участке составного промежуточного вала, выходной вал, расположенный соосно с входными валами. На переднем участке составного промежуточного вала установлены с возможностью свободного вращения на нем зубчатое колесо, зацепленное с зубчатым колесом, закрепленным на внешнем входном валу, зубчатое колесо, зацепленное с зубчатым венцом внешнего входного вала, и зубчатое колесо, зацепленное с промежуточной шестерней, зацепленной с зубчатым венцом внешнего входного вала. Зубчатые венцы заднего участка составного промежуточного вала зацеплены с зубчатыми колесами, установленными на выходном валу с возможностью свободного вращения на нем и поочередного соединения с ним посредством зубчатой муфты двухстороннего действия. Один из зубчатых венцов дополнительного промежуточного вала зацеплен с зубчатым венцом внутреннего входного вала, а другой зубчатый венец дополнительного промежуточного вала зацеплен с зубчатым колесом, установленным на выходном валу с возможностью свободного вращения на нем и соединения с ним посредством муфты двухстороннего действия, соединяющей в другой ее позиции внутренний входной вал с выходным валом. Коробка передач содержит зубчатую муфту двухстороннего действия для поочередной связи с составным промежуточным валом зубчатого колеса, зацепленного с зубчатым колесом, закрепленным на внешнем входном валу, и зубчатого колеса, зацепленного с зубчатым венцом внешнего входного вала, и зубчатую муфту двухстороннего действия для поочередной связи с составным промежуточным валом дополнительного промежуточного вала и зубчатого колеса, зацепленного с промежуточной шестерней.
При таком рациональном размещении зубчатых колес все зубчатые муфты в коробке передач могут быть двухстороннего действия. Это позволило сократить их количество и тем самым обеспечить упрощение конструкции девятиступенчатой коробки передач и повысить удобство управления ею, что является важным техническим результатом.
Во внешнем входном валу и в выходном валу коробки передач выполнены конические гнезда, в которых размещены конические подшипники, расположенные на внутреннем входном валу по разные стороны его зубчатого венца. Внешний входной вал расположен в корпусе на коническом подшипнике, а выходной вал расположен в корпусе на коническом подшипнике и на цилиндрическом подшипнике, установленном в промежуточной стенке корпуса, расположенной между его передней и задней частями. Передний участок составного промежуточного вала расположен в корпусе на коническом подшипнике, а задний участок составного промежуточного вала расположен в корпусе на цилиндрическом подшипнике, установленном в упомянутой промежуточной стенке корпуса, и на коническом подшипнике, размещенном в задней части корпуса. Задний участок составного промежуточного вала имеет шлицевое соединение с передним участком вала и прикреплен к нему посредством расположенного соосно с ним винта.
Выполнение обоих входных валов с зубчатыми венцами позволило сократить межосевое расстояние между валами коробки передач, что обеспечило ее компактность и снизило металлоемкость. Обеспечению компактности коробки передач способствовала также установка конических подшипников по разные стороны зубчатого венца внутреннего входного вала в конических гнездах, выполненных в выходном валу и во внешнем входном валу. Наличие промежуточной стенки в корпусе коробки передач с установленными в ней цилиндрическими подшипниками позволило создать надежные опоры промежуточного и выходного валов. Выполнение промежуточного вала составным существенно упростило технологию его изготовления и сборку коробки передач.
Конический подшипник, расположенный между внутренним входным валом и внешним входным валом коробки передач, и подшипник скольжения, расположенный между внутренним входным валом и внешним входным валом, образуют вместе с входными валами узел, одной из опор которого является конический подшипник, расположенный между внутренним входным валом и выходным валом, а другой опорой является конический подшипник, на котором внешний входной вал установлен в корпусе. Размещение конического подшипника между внутренним входным валом и выходным валом и конического подшипника между внешним входным валом и корпусом обеспечило надежные опоры входных валов.
Девятиступенчатая коробка передач транспортной машины, изображенная на чертеже, содержит корпус 1, в котором расположены внутренний входной вал 2, сделанный с зубчатым венцом 3, и внешний входной вал 4, сделанный с зубчатым венцом 5. Внутренний входной вал 2 размещен во внешнем входном валу 4 соосно с ним. Входные валы 2 и 4 имеют привод от фрикционных муфт двойного сцепления (на фигуре не показаны). В корпусе 1 установлены составной промежуточный вал 6, состоящий из переднего участка 7 и заднего участка 8, соединенных между собой, трубчатый дополнительный промежуточный вал 9 с двумя зубчатыми венцами 10 и 11, размещенный на переднем участке 7 составного промежуточного вала 6, и выходной вал 12, расположенный соосно с входными валами 2 и 4. На переднем участке 7 промежуточного вала 6 установлены с возможностью свободного вращения на нем зубчатое колесо 13, зацепленное с зубчатым колесом 14, закрепленным на внешнем входном валу 4, зубчатое колесо 15, зацепленное с зубчатым венцом 5 внешнего входного вала 4, и зубчатое колесо 16, зацепленное с промежуточной шестерней 17, зацепленной с зубчатым венцом 5 внешнего входного вала 4. Зубчатые венцы 18 и 19 заднего участка 8 промежуточного вала 6 зацеплены с зубчатыми колесами 20 и 21, установленными на выходном валу 12 с возможностью свободного вращения на нем и поочередного соединения с ним посредством зубчатой муфты 22 двухстороннего действия. Зубчатый венец 10 дополнительного промежуточного вала 9 зацеплен с зубчатым венцом 3 внутреннего входного вала 2. Зубчатый венец 11 упомянутого вала 9 зацеплен с зубчатым колесом 23, установленным на выходном валу 12 с возможностью свободного вращения на нем и соединения с ним посредством муфты 24 двухстороннего действия, соединяющей в другой ее позиции внутренний входной вал 2 с выходным валом 12. Коробка передач содержит зубчатую муфту 25 двухстороннего действия для поочередной связи с промежуточным валом 6 зубчатого колеса 13, зацепленного с зубчатым колесом 14, закрепленным на внешнем входном валу 4, и зубчатого колеса 15, зацепленного с зубчатым венцом 5 внешнего входного вала 4. Кроме того, она содержит зубчатую муфту 26 двухстороннего действия для поочередной связи с промежуточным валом 6 дополнительного промежуточного вала 9 и зубчатого колеса 16, зацепленного с промежуточной шестерней 17.
Во внешнем входном валу 4 и в выходном валу 12 коробки передач выполнены конические гнезда, в которых размещены конические подшипники 27 и 28, расположенные на внутреннем входном валу 2 по разные стороны его зубчатого венца 3. Подшипник 27 образует опору внешнего входного вала 4 на внутреннем входном валу 2. Подшипник 28 образует опору внутреннего входного вала 2 у выходного вала 12. Между внутренним входным валом 2 и внешним входным валом 4 расположен подшипник 29 скольжения. Конический подшипник 27, расположенный между внутренним входным валом 2 и внешним входным валом 4, и подшипник 29 вместе с входными валами образуют узел, внешней опорой которого служит конический подшипник 30, на котором внешний входной вал 4 установлен в корпусе 1. Подшипник 30 имеет внутреннее кольцо, охватывающее входной вал 4, и наружное кольцо, установленное в корпусе 1. Роль наружного кольца конического подшипника 27, установленного на внутреннем входном валу 2, исполняет внешний входной вал 4, а роль наружного кольца конического подшипника 28, установленного на конце внутреннего входного вала 2, исполняет выходной вал 12. Выходной вал 12 расположен в корпусе 1 на коническом подшипнике 31 и на цилиндрическом подшипнике 32, установленном в промежуточной стенке 33 корпуса 1, расположенной между его передней и задней частями.
Передний участок 7 составного промежуточного вала 6 расположен в корпусе 1 на коническом подшипнике 34. Задний участок 8 вала 6 расположен в корпусе 1 на цилиндрическом подшипнике 35, установленном в промежуточной стенке 33 корпуса 1, и на коническом подшипнике 36, размещенном в задней части корпуса 1. Задний участок 8 вала 6 имеет шлицевое соединение с его передним участком 7 и прикреплен к нему посредством расположенного соосно с ним винта 37.
Коробка передач, показанная на фигуре, работает следующим образом.
Для включения первых трех передач переднего хода соединяют зубчатой муфтой 22 зубчатое колесо 21 с вторичным валом 12. После этого включают в коробке передач первую передачу.
Для включения первой передачи соединяют зубчатой муфтой 25 зубчатое колесо 15 с промежуточным валом 6 и включают фрикционную муфту привода внешнего входного вала 4. Эта фрикционная муфта при ее включении передает крутящий момент от входного вала двигателя (на фигуре не показан) на внешний входной вал 4 коробки передач. От входного вала 4 через зацепленное с его зубчатым венцом 5 зубчатое колесо 15 и муфту 25 крутящий момент передается на промежуточный вал 6. От вала 6 через зацепленное с его зубчатым венцом 19, расположенным на заднем участке 8 этого вала, зубчатое колесо 21 и муфту 22 крутящий момент передается к вторичному валу 12.
Для включения второй передачи соединяют зубчатой муфтой 26 промежуточный вал 6 с дополнительным промежуточным валом 9, включают фрикционную муфту привода входного вала 2 и одновременно выключают фрикционную муфту привода входного вала 4. На второй передаче крутящий момент от внутреннего входного вала 2 через дополнительный промежуточный вал 9, зубчатый венец 10 которого зацеплен с зубчатым венцом 3 входного вала 2, и муфту 26 передается на промежуточный вал 6. От вала 6 через зацепленное с его зубчатым венцом 19 зубчатое колесо 21 и муфту 22 крутящий момент передается к вторичному валу 12.
Для включения после второй передачи третьей передачи отсоединяют зубчатой муфтой 25 от вала 6 зубчатое колесо 15 и, переводя муфту 25 в другое крайнее положение, соединяют этой муфтой с валом 6 зубчатое колесо 13. Затем выключают фрикционную муфту привода входного вала 2 и одновременно включают фрикционную муфту привода входного вала 4. На третьей передаче крутящий момент от входного вала 4 и закрепленного на нем зубчатого колеса 14 через зацепленное с этим зубчатым колесом зубчатое колесо 13 и муфту 25 передается на промежуточный вал 6. От вала 6 через зацепленное с его зубчатым венцом 19 зубчатое колесо 21 и муфту 22 крутящий момент передается к вторичному валу 12.
Для включения четвертой передачи отсоединяют зубчатой муфтой 26 от промежуточного вала 6 дополнительный промежуточный вал 9, затем соединяют зубчатой муфтой 24 зубчатое колесо 23 с вторичным валом 12, выключают фрикционную муфту привода входного вала 4 и одновременно включают фрикционную муфту привода входного вала 2. Тогда крутящий момент от входного вала 2 поступает на дополнительный промежуточный вал 9, зубчатый венец 10 которого зацеплен с зубчатым венцом 3 входного вала 2. От вала 9 крутящий момент через зубчатое колесо 23, зацепленное с зубчатым венцом 11 вала 9, и муфту 24 передается к вторичному валу 12.
Для включения пятой, шестой и седьмой передач переднего хода отсоединяют зубчатой муфтой 22 от вала 12 зубчатое колесо 21 и соединяют муфтой 22 с валом 12 зубчатое колесо 20.
При переходе на пятую передачу отсоединяют зубчатой муфтой 25 от промежуточного вала 6 зубчатое колесо 13 и соединяют муфтой 25 с валом 6 зубчатое колесо 15. Затем выключают фрикционную муфту привода входного вала 2 и одновременно включают фрикционную муфту привода входного вала 4. На пятой передаче крутящий момент от входного вала 4 через зацепленное с его зубчатым венцом 5 зубчатое колесо 15 и муфту 25 передается на промежуточный вал 6. От вала 6 через зацепленное с его зубчатым венцом 18, расположенным на заднем участке 8 этого вала, зубчатое колесо 20 и муфту 22 крутящий момент передается к вторичному валу 12.
Для включения шестой передачи отсоединяют зубчатой муфтой 24 зубчатое колесо 23 от вторичного вала 12, затем соединяют зубчатой муфтой 26 промежуточный вал 6 с дополнительным промежуточным валом 9, включают фрикционную муфту привода входного вала 2 и одновременно выключают фрикционную муфту привода входного вала 4. На шестой передаче крутящий момент от входного вала 2 через зацепленный с ним дополнительный промежуточный вал 9 и муфту 26 передается на промежуточный вал 6. От вала 6 через зацепленное с его зубчатым венцом 18 зубчатое колесо 20 и муфту 22 крутящий момент передается к вторичному валу 12.
Для включения после шестой передачи седьмой передачи отсоединяют зубчатой муфтой 25 от промежуточного вала 6 зубчатое колесо 15 и соединяют муфтой 25 с валом 6 зубчатое колесо 13. Затем выключают фрикционную муфту привода входного вала 2 и одновременно включают фрикционную муфту привода входного вала 4. На седьмой передаче крутящий момент от входного вала 4 и закрепленного на нем зубчатого колеса 14 через зацепленное с этим зубчатым колесом зубчатое колесо 13 и муфту 25 передается на промежуточный вал 6. От вала 6 через зацепленное с его зубчатым венцом 18 зубчатое колесо 20 и зубчатую муфту 22 крутящий момент передается к вторичному валу 12.
Восьмая передача является прямой передачей. Перед включением восьмой передачи отсоединяют зубчатой муфтой 26 дополнительный промежуточный вал 9 от промежуточного вала 6, соединяют зубчатой муфтой 24 вторичный вал 12 с входным валом 2, выключают фрикционную муфту привода входного вала 4 и одновременно включают фрикционную муфту привода входного вала 2. Тогда крутящий момент от входного вала 2 через муфту 24 поступает к вторичному валу 12 коробки передач.
Девятая передача является повышающей. Перед включением девятой передачи отсоединяют зубчатой муфтой 22 зубчатое колесо 20 от вторичного вала 12, соединяют зубчатой муфтой 26 дополнительный промежуточный вал 9 с промежуточным валом 6, включают фрикционную муфту привода входного вала 4 и одновременно выключают фрикционную муфту привода входного вала 2. На девятой передаче крутящий момент от входного вала 4 и закрепленного на нем зубчатого колеса 14 через зацепленное с этим зубчатым колесом зубчатое колесо 13 и зубчатую муфту 25 передается на промежуточный вал 6. От вала 6 крутящий момент через муфту 26 и дополнительный промежуточный вал 9 передается на внутренний входной вал 2, а от него через зубчатую муфту 24 на вторичный вал 12.
Для движения транспортного средства назад включают первую передачу заднего хода. Для этого соединяют зубчатой муфтой 26 зубчатое колесо 16 с промежуточным валом 6 и соединяют зубчатой муфтой 22 вторичный вал 12 с зубчатым колесом 21. В этом случае крутящий момент от входного вала 4 передается через промежуточную шестерню 17, зацепленную с зубчатым венцом 5 вала 4, зубчатое колесо 16 и муфту 26 на промежуточный вал 6. От вала 6 через зацепленное с его зубчатым венцом 19 зубчатое колесо 21 и муфту 22 крутящий момент передается к вторичному валу 12 коробки передач.
Включение второй передачи заднего хода производят аналогично с включением первой передачи заднего хода путем перевода зубчатой муфты 22 в другое крайнее положение. При этом передача крутящего момента происходит от промежуточного вала 6 к вторичному валу 12 через зацепленное с зубчатым венцом 18 вала 6 зубчатое колесо 20 и муфту 22.
Рациональное размещение в созданной девятиступенчатой коробке передач зубчатых колес и зубчатых муфт сделало возможным использование в ней зубчатых муфт только двухстороннего действия, что позволило свести их количество к минимуму. В результате упростилась конструкция девятиступенчатой коробки передач и повысилось удобство управления ее зубчатыми муфтами. Выполнение обоих входных валов в созданной коробке передач с зубчатыми венцами позволило сократить межосевое расстояние между входными и промежуточным валами, что обеспечило компактность коробки передач и снизило ее металлоемкость. Обеспечению компактности коробки передач способствовала также установка конических подшипников по разные стороны зубчатого венца внутреннего входного вала в конических гнездах, выполненных в выходном валу и во внешнем входном валу. Наличие промежуточной стенки в корпусе коробки передач с установленными в ней цилиндрическими подшипниками позволило создать надежные опоры промежуточного и выходного валов. Размещение конического подшипника между внутренним входным валом и выходным валом и конического подшипника между внешним входным валом и корпусом позволило создать надежные опоры входных валов.