ПЛАНЕТАРНАЯ СОГЛАСУЮЩАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ
PLANETARY COORDINATING GEAR BOX

Область техники
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве согласующей коробки передач в составе трехпоточной бесступенчатой трансмиссии транспортных средств с четырьмя бесступенчатыми диапазонами и тремя фиксированными передачами переднего хода, одним бесступенчатым диапазоном заднего хода и стояночным трансмиссионным тормозом.
Уровень техники
Известна многодиапазонная бесступенчатая коробка передач (варианты), описанная в патенте RU №2484333 (МНОГОДИАПАЗОННАЯ БЕССТУПЕНЧАТАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ (ВАРИАНТЫ), Давыдов Виталий Владимирович, 2011) и включающая входной вал, варьирующее звено, дифференциальный блок первого разделения, уравнительную передачу, дифференциальный блок второго разделения, согласующую передачу и выходной вал, причем согласующая передача включает два унифицированных планетарных ряда с равным передаточным отношением. Это устройство принято за аналог. Недостатком устройства-аналога является большое количество планетарных рядов и управляющих механизмов в согласующей передаче.
В качестве прототипа изобретения принято наиболее близкое к предлагаемому техническое решение, обладающее максимальной совокупностью общих с предлагаемым техническим решением признаков, изложенное в патенте RU №2460919 (МНОГОДИАПАЗОННАЯ БЕССТУПЕНЧАТАЯ ТРАНСМИССИЯ (ВАРИАНТЫ), Давыдов Виталий Владимирович, Гулиа Нурбей Владимирович, 2010). Многодиапазонная бесступенчатая трансмиссия по этому патенту включает дифференциальный блок, варьирующее звено, входной вал, выходной вал и планетарную согласующую коробку передач, причем поочередное кинематическое соединение выходного звена планетарной согласующей коробки передач с выходными звеньями дифференциального блока выполнено путем осевого перемещения водила планетарной согласующей передачи с фиксацией этого перемещения на соответствующих соединениях. Недостатком прототипа является наличие трех венцов сателлитов и связанный с этим большой суммарный ход водила, обусловливающий большую монтажную длину всей трансмиссии. Другим недостатком является отсутствие диапазона заднего хода.
Задача изобретения
Задачей изобретения является создание простой и компактной конструкции согласующей коробки передач для многодиапазонной многопоточной трансмиссии, обеспечивающей четыре бесступенчатых диапазона и три фиксированные передачи переднего хода, один бесступенчатый диапазон заднего хода и стояночный трансмиссионный тормоз.
Раскрытие изобретения
Указанная задача решается тем, что предложена планетарная согласующая коробка передач, включающая корпус, планетарный механизм с подвижным в осевом направлении водилом, на котором закреплен с возможностью вращения, по меньшей мере, один сателлит, два соосных входных вала (внешний и внутренний), входящие в планетарную согласующую коробку передач с передней стороны, с малыми центральными зубчатыми колесами, жестко закрепленными на каждом из этих валов, выходной вал, выходящий из планетарной согласующей коробки передач с задней стороны, и привод осевого перемещения водила, характеризующаяся тем, что большое центральное колесо планетарного механизма постоянно сцеплено с сателлитами и связано в осевом направлении с водилом посредством несущего осевую нагрузку подшипника, водило имеет, по меньшей мере, два шлицевых венца, большое центральное колесо имеет, по меньшей мере, один шлицевой венец, выходной вал имеет, по меньшей мере, один шлицевой венец, а корпус имеет, по меньшей мере, два шлицевых венца, причем геометрические размеры и расположение упомянутых зубчатых колес и шлицевых венцов выполнены таким образом, что, при осевом перемещении водила, зацепления зубчатых колес и шлицевых венцов осуществляются в следующей последовательности:
- в первом, ближнем к передней стороне, положении первый шлицевой венец водила сцеплен с первым шлицевым венцом корпуса, шлицевой венец большого центрального колеса сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом внешнего входного вала;
- во втором, следующим сразу за первым, положении шлицевой венец большого центрального колеса одновременно сцеплен со шлицевым венцом выходного вала и со вторым шлицевым венцом корпуса, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом внешнего входного вала;
- в третьем, следующим сразу за вторым, положении второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, шлицевой венец большого центрального колеса сцеплен со вторым шлицевым венцом корпуса, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом внешнего входного вала;
- в четвертом, следующим сразу за третьим, положении второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, шлицевой венец большого центрального колеса сцеплен со вторым шлицевым венцом корпуса, а сателлит находится в одновременном зацеплении с малыми центральными колесами внешнего и внутреннего входных валов;
- в пятом, следующим сразу за четвертым, положении второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, шлицевой венец большого центрального колеса сцеплен со вторым шлицевым венцом корпуса, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом внутреннего входного вала;
- в шестом, следующим сразу за пятым, положении первый шлицевой венец водила сцеплен с вершинами зубьев малого центрального колеса внешнего входного вала, второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, шлицевой венец большого центрального колеса сцеплен со вторым шлицевым венцом корпуса, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом внутреннего входного вала;
- в седьмом, следующим сразу за шестым, положении первый шлицевой венец водила сцеплен с вершинами зубьев малого центрального колеса внешнего входного вала, второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом внутреннего входного вала;
- в восьмом, следующим сразу за седьмым, положении первый шлицевой венец водила одновременно сцеплен с вершинами зубьев малых центральных колес внешнего и внутреннего входных валов, второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом внутреннего входного вала;
- в девятом, ближнем к задней стороне, положении первый шлицевой венец водила сцеплен с вершинами зубьев малого центрального колеса внутреннего входного вала, второй шлицевой венец водила сцеплен со шлицевым венцом выходного вала, а сателлит находится в зацеплении с малым центральным колесом внутреннего входного вала.
Особенностью предложенного изобретения является то, что первый шлицевой венец водила выполнен внутренним, зубья малого центрального колеса внешнего входного вала укорочены по всей окружности на части ширины венца малого центрального колеса, ближней к передней стороне, таким образом, что диаметр по укороченным вершинам зубьев меньше диаметра по вершинам зубьев первого шлицевого венца водила, а профиль боковых поверхностей первого шлицевого венца водила сопрягается с профилем зубьев малых центральных колес внешнего и внутреннего входных валов.
Следующей особенностью предложенного изобретения является то, что число зубьев первого шлицевого венца водила кратно числу зубьев малых центральных колес.
Следующей особенностью предложенного изобретения является то, что второй шлицевой венец водила и шлицевой венец большого центрального колеса выполнены внутренними, а шлицевой венец выходного вала и второй шлицевой венец корпуса выполнены внешними, причем профиль боковых поверхностей зубьев упомянутых внутренних венцов сопрягается с профилем боковых поверхностей зубьев упомянутых внешних венцов, а зубья второго шлицевого венца водила и второго шлицевого венца корпуса укорочены таким образом, что диаметр по вершинам зубьев второго шлицевого венца водила больше диаметра по вершинам зубьев второго шлицевого венца корпуса.
Следующей особенностью предложенного изобретения является то, что число зубьев второго шлицевого венца водила кратно числу зубьев шлицевого венца выходного вала.
Следующей особенностью предложенного изобретения является то, что число зубьев второго шлицевого венца корпуса кратно числу зубьев шлицевого венца большого центрального колеса.
Следующей особенностью предложенного изобретения является то, что на торцевых поверхностях зубьев шлицевых венцов, малых центральных колес и сателлитов выполнены симметричные двухсторонние фаски, сходящиеся в острие в средней плоскости каждого зуба.
Следующей особенностью предложенного изобретения является то, что привод осевого перемещения водила выполнен в виде рычажно-кулисного механизма с электрическим приводом, причем кулиса связана с большим центральным колесом планетарного механизма посредством несущего осевую нагрузку подшипника, ось вращения рычага скрещивается с центральной осью планетарного механизма, а электрический привод поворота рычага включает шаговый двигатель и волновой редуктор.
Краткое описание чертежей
Устройство представлено на 11 фигурах.
На фиг.1 изображен пример кинематической схемы четырехдиапазонной трехпоточной бесступенчатой трансмиссии с использованием предлагаемого изобретения.
На фиг.2 изображен продольный разрез планетарной согласующей коробки передач в первом положении водила (диапазон заднего хода).
На фиг.3 изображен продольный разрез планетарной согласующей коробки передач во втором положении водила (трансмиссионный тормоз).
На фиг.4 изображен продольный разрез планетарной согласующей коробки передач в третьем положении водила (первый диапазон).
На фиг.5 изображен продольный разрез планетарной согласующей коробки передач в четвертом положении водила (фиксированная передача между первым и вторым диапазонами).
На фиг.6 изображен продольный разрез планетарной согласующей коробки передач в пятом положении водила (второй диапазон).
На фиг.7 изображен продольный разрез планетарной согласующей коробки передач в шестом положении водила (фиксированная передача между вторым и третьим диапазонами).
На фиг.8 изображен продольный разрез планетарной согласующей коробки передач в седьмом положении водила (третий диапазон).
На фиг.9 изображен продольный разрез планетарной согласующей коробки передач в восьмом положении водила (фиксированная передача между третьим и четвертым диапазонами).
На фиг.10 изображен продольный разрез планетарной согласующей коробки передач в девятом положении водила (четвертый диапазон).
На фиг.11 изображено исполнение планетарной согласующей коробки передач с рычажно-кулисным механизмом и электрическим приводом осевого перемещения водила.
Осуществление изобретения
Бесступенчатая трансмиссия (фиг.1) содержит дифференциальный механизм 1 и согласующую коробку передач 2. Дифференциальный механизм 1 состоит из входного вала 3, связанного с водилом 4 планетарных дифференциальных механизмов D1 и D3. Сателлит 5 дифференциального механизма D1 и сателлит 6 уравнительной передачи RD1 постоянно сцеплены с общим большим центральным колесом (БЦК) 7. Сателлит 6 также сцеплен с малым центральным колесом (МЦК) 8, жестко связанным с корпусом 9 трансмиссии. Сателлит 5 сцеплен с МЦК 10, связанным с ротором 11 обратимой электромашины E1. Сателлит 6 закреплен с возможностью вращения на водиле 12, которое, в свою очередь, связано с сателлитом 13 планетарного ряда RE2. Сателлит 13 сцеплен с БЦК 14, связанным с корпусом 9 трансмиссии, а также связан с МЦК 15 планетарного ряда RE2, связанного с ротором 16 электромашины E2. Статоры 17 и 18 электромашин E1 и E2 жестко закреплены в корпусе 9 трансмиссии. Электромашина E1 управляется преобразователем частоты 19, связанным по звену постоянного тока с преобразователем частоты 20, управляющим электромашиной E2. Сателлит 21 дифференциального механизма D3 постоянно сцеплен с МЦК 22, связанным с водилом 12 и МЦК 23. МЦК 23 сцеплено с сателлитом 24 дифференциального механизма D2. Сателлит 24 также сцеплен с БЦК 25, которое соединено с водилом 4. Водило 26 дифференциального механизма D2 связано с внешним входным валом 27 согласующей коробки передач 2. Сателлит 21 дифференциального механизма D3 сцеплен с БЦК 28, соединенным с внутренним входным валом 29 согласующей коробки передач 2.
Согласующая коробка передач 2 содержит первый шлицевой венец 30 корпуса 9, неподвижно закрепленный на нем. Внешний 27 и внутренний 29 входные валы дифференциального механизма связаны, соответственно, с МЦК 31 и 32. Водило 33 планетарного механизма R4 согласующей коробки передач 2 жестко связано с первым шлицевым венцом 34 водила и вторым шлицевым венцом 35 водила. БЦК 36 планетарного механизма R4 связано с подшипниками 37 и 38, связывающими БЦК 36 планетарного механизма R4, соответственно, с приводом 39 осевого перемещения и с водилом 33. Усилие со стороны привода 39 приводит к совместному осевому перемещению БЦК 36 и водила 33 с закрепленными на нем сателлитами 40. БЦК 36 планетарного механизма R4 жестко связано с шлицевым венцом 41 большого центрального колеса, который может сцепляться с шлицевым венцом выходного вала 42 и с неподвижно закрепленным на корпусе вторым шлицевым венцом 43 корпуса 9.
Исполнение планетарной согласующей коробки передач с рычажно-кулисным механизмом и электрическим приводом осевого перемещения водила, представленное на фиг.11, включает шаговый двигатель 44, связанный валом 45 с волновым редуктором 46, который в свою очередь связан с кулисой 47, способной перемещать в осевом направлении каретку 48, связанную с подшипником 37, передающим усилие на БЦК планетарного механизма 36.
Назначение согласующей коробки передач 2 - соединять звенья 27 или 29 с выходным валом 42 с необходимым передаточным отношением. В рациональных режимах работы энергетических машин E1 и E2 угловые скорости их роторов должны изменяться от нулевой до максимальной, без изменения направления вращения. Если, при любом включенном диапазоне, угловая скорость ротора электромашины E1 изменяется от максимальной до нуля, то угловая скорость ротора электромашины E2 изменяется в противофазе от нуля до максимальной. При этом передаточное отношение от звена 4 до звена 12 изменяется от бесконечности до 1, передаточное отношение от звена 12 до звена 31 изменяется приблизительно от 2 до 1, а передаточное отношение от звена 12 до звена 32 изменяется приблизительно от 1 до 0.5.
Назначение уравнительной передачи RD1 (фиг.1) - задавать такое передаточное отношение от звена 4 до звена 12, чтобы при остановленном МЦК 10 (состоянии, соответствующем крайнему значению передаточного отношения на любом диапазоне) угловые скорости звеньев 12 и 4 были равны. В этом случае угловые скорости звеньев 31 и 32 также становятся равными. За счет этого необходимые передаточные отношения согласующей передачи становятся попарно равными на первом-втором и третьем-четвертом диапазонах, что позволяет реализовать два высших диапазона с прямой передачей, а также два низших диапазона с равным передаточным отношением в согласующей коробке передач, что позволяет использовать в ней всего один планетарный механизм с двумя МЦК, одновенцовыми сателлитами и подвижным в осевом направлении водилом. МЦК 31 и 32 выполняют две функции - передают момент обкатыванием по полному профилю зуба в режиме планетарного зубчатого зацепления диапазоне заднего хода и на двух низших диапазонах переднего хода, а также верхней частью головок зубьев в режиме шлицевого соединения на двух высших диапазонах переднего хода. Такое совмещение функций МЦК 31 и 32 позволяет значительно уменьшить осевой размер планетарной согласующей коробки передач.
Описание работы
Работа многодиапазонной бесступенчатой передачи (фиг.1) происходит следующим образом. Вращение от двигателя через вал 3 подается на водило 4 дифференциального механизма D1 первого разделения потока мощности и дифференциального механизма D3 второго разделения потока мощности обратных режимов.
В дифференциальном механизме D1 часть мощности (в среднем около 10% полной мощности коробки передач) через МЦК 10 отводится в электромашину E1. Величина и направление потока мощности определяется соотношением частот вращения электромашин, связанным с текущим передаточным отношением коробки передач. Через преобразователи 19 и 20 поток мощности электромашины трансформируется в поток мощности электромашины E2, который через редуктор RE2 передается на водило 12, где складывается с другой частью потока мощности (в среднем 30%), передающейся через механическую ветвь 6 дифференциального механизма D1 и уравнительную передачу RD1 на центральные колеса 23 и 24 дифференциальных механизмов D2 и D3. Оставшийся поток мощности складывается в дифференциальных механизмах D2 (первый и третий диапазоны) или D3 (второй и четвертый диапазоны) с потоком мощности от звена 12 и передается на звено 26 (первый и третий диапазоны, а также диапазон заднего хода) или звено 28 (второй и четвертый диапазоны), являющиеся входными валами 27 и 29 согласующей передачи 2.
Для осуществления заднего хода необходимо переместить водило 33 планетарного механизма R4 согласующей коробки передач 2 в первое положение, соответствующее включенному диапазону заднего хода (фиг.2), таким образом, чтобы шлицевой венец 30 оказался сцеплен со шлицевым венцом 34, сателлит 40 был сцеплен с МЦК 31, а шлицевой венец БЦК планетарного механизма 41 был сцеплен со шлицевым венцом выходного вала 42, и начать движение.
Для включения стояночного тормоза необходимо переместить водило 33 планетарного механизма R4 согласующей коробки передач 2 в положение, соответствующее стояночному тормозу (фиг.3), таким образом, чтобы шлицевой венец 34 оказался отцеплен от шлицевого венца 30, сателлит 40 был сцеплен с МЦК 42, а шлицевой венец 41 был одновременно сцеплен со шлицевыми венцами 42 и 43.
Для регулировании передаточного отношения от максимального до минимального при движении вперед необходимо осуществлять управление согласующей коробкой передач 2 в следующей последовательности.
1. Переместить водило 33 планетарного механизма R4 согласующей коробки передач 2 в положение, соответствующее включенному первому диапазону (фиг.4), таким образом, чтобы сателлит 40 находился в зацеплении с МЦК 31, шлицевой венец 35 вошел в зацепление с шлицевым венцом выходного вала 42, а шлицевой венец БЦК планетарного механизма 41 находился в зацеплении с неподвижным шлицевым венцом 43, и начать движение. Разгонять электромашину E2, одновременно замедляя электромашину E1. Передаточное отношение от вала 3 к валу 42 на первом диапазоне изменится от ∞ до 4.
2. Переместить водило 33 планетарного механизма R4 согласующей коробки передач 2 в положение, соответствующее включению одновременно первого и второго диапазонов (фиг.5), таким образом, чтобы сателлит 40 оказался одновременно сцеплен с МЦК 31 и 32, приблизительно на половину ширины венца с каждым, шлицевой венец 35 был сцеплен со шлицевым венцом выходного вала 42, а шлицевой венец 41 был сцеплен с неподвижным шлицевым венцом 43. Передаточное отношение от вала 3 к валу 42 зафиксируется на величине 4. При этом поток мощности, проходящий через электромашины, будет равен нулю.
3. Переместить водило 33 планетарного механизма R4 согласующей коробки передач 2 в положение, соответствующее включению второго диапазона (фиг.6), таким образом, чтобы сателлит 40 находился в зацеплении только с МЦК 32, шлицевой венец 35 был сцеплен со шлицевым венцом выходного вала 42, а шлицевой венец 41 был сцеплен с неподвижным шлицевым венцом 43. Разгонять электромашину E1, одновременно замедляя электромашину E2. Передаточное отношение от вала 3 к валу 42 на втором диапазоне изменится от 4 до 2.
4. Переместить водило 33 планетарного механизма R4 согласующей коробки передач 2 в положение, соответствующее включению одновременно второго и третьего диапазонов (фиг.7), таким образом, чтобы сателлит 40 оказался сцеплен с МЦК 32, шлицевой венец 34 с вершинами зубьев МЦК 31, шлицевой венец 35 был сцеплен со шлицевым венцом выходного вала 42, а шлицевой венец 41 был сцеплен с неподвижным шлицевым венцом 43. Передаточное отношение от вала 3 к валу 42 зафиксируется на величине 2. При этом поток мощности, проходящий через электромашины, будет равен нулю.
5. Переместить водило 33 планетарного механизма R4 согласующей коробки передач 2 в положение, соответствующее включению третьего диапазона (фиг.8), таким образом, чтобы сателлит 40 находился в зацеплении с МЦК 32, шлицевой венец 34 был сцеплен с вершинами зубьев МЦК 31, шлицевой венец 35 был сцеплен со шлицевым венцом выходного вала 42, а шлицевой венец 41 был расцеплен от неподвижного шлицевого венца 43. Разгонять электромашину E2, одновременно замедляя электромашину E1. Передаточное отношение от вала 4 к валу 5 на третьем диапазоне изменится от 2 до 1.
6. Переместить водило 33 планетарного механизма R4 согласующей коробки передач 2 в положение, соответствующее включению одновременно третьего и четвертого диапазонов (фиг.9), таким образом, чтобы сателлит 40 оказался сцеплен с МЦК 32, шлицевой венец 34 одновременно с вершинами зубьев МЦК 31 и вершинами зубьев МЦК 32, а шлицевой венец 35 был сцеплен со шлицевым венцом выходного вала 42. Передаточное отношение от вала 3 к валу 42 зафиксируется на величине 1. При этом поток мощности, проходящий через электромашины, будет равен нулю.
7. Переместить водило 33 планетарного механизма R4 согласующей коробки передач 2 в положение, соответствующее включению четвертого диапазона (фиг.10), таким образом, чтобы сателлит 40 находился в зацеплении только с МЦК 32, шлицевой венец 34 был сцеплен с вершинами зубьев МЦК 32, а шлицевой венец 35 был сцеплен со шлицевым венцом выходного вала 42. Разгонять электромашину E1, одновременно замедляя электромашину E2. Передаточное отношение от вала 4 к валу 5 на третьем диапазоне изменится от 1 до 0,5.
При регулировании передаточного отношения от минимального до максимального последовательность управляющих воздействий осуществляется в обратном порядке.
Таким образом, предложенное устройство отличается простотой и компактностью конструкции, что в полной мере решает задачу изобретения.