СООСНАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ 12R4 СО СДВОЕННЫМ СЦЕПЛЕНИЕМ
COAXIAL GEARBOX 12R4 WITH DUAL CLUTCH

Изобретение относится к транспортному машиностроению, к трансмиссии транспортных машин.
Известны агрегаты трансмиссии - КП (коробки передач) со ступенчатым изменением передаточных чисел, содержащие шестерни, валы, опоры, устройства переключения передач, применяемые на отечественных и зарубежных автомобилях. (1. Литвинов А.С, Ротенберг Р.В., Фрумкин А.К. Шасси автомобиля: Конструкция и элементы расчета. - М.: Машгиз, 1963 – 504, с. 2. Некрасов В.И. Многоступенчатая трансмиссия. Конструкция, конструирование и расчет: Учеб. пособие. - Курган, изд-во Курганского гос. ун-та, 2001. - 155 с.).
Эти агрегаты конструктивно сложны, металлоемки.
Наиболее близкой к предлагаемому устройству является 12-ти ступенчатая соосная КП (Патент RU №2191122 С2. Бюл. №29 от 20.10.2002. Автор Некрасов В.И.).
КП (коробка передач) содержит корпус, в опорах которого соосно расположены первичный и вторичный валы и параллельный им промежуточный вал, на валах агрегата расположены пять пар шестерен переднего хода и четыре шестерни заднего хода, причем блок шестерен заднего хода закреплен на отдельном валу, между ними установлены муфты переключения передач: две трехпозиционные и две пары противоположно развернутых муфт с общими вилками переключения.
Описанная КП проще типовых конструкций трансмиссионных агрегатов, приведенных в источниках, выше интенсивность использования шестерен на различных передачах, но она имеет ограничение эксплуатационных характеристик транспортного средства из-за разрыва потока мощности при переключении передач.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в расширении эксплуатационных возможностей транспортного средства путем повышения его проходимости и облегчения управления за счет попарного переключения передач практически без разрыва потока мощности.
Поставленная задача решается за счет изменения конструкции КП путем введения сдвоенного сцепления.
Сущность предлагаемого устройства заключается в том, что соосная двенадцатиступенчатая коробка передач содержит корпус, в опорах которого соосно расположены первичный и выходной валы, параллельно им расположен промежуточный вал, на которых установлены оснащенные зубчатыми венцами пять пар шестерен переднего хода и четыре шестерни заднего хода, причем блок шестерен заднего хода закреплен на отдельном валу, две трехпозиционные муфты переключения расположены между парами шестерен выходного вала, между средними парами шестерен расположены две противоположно развернутые двухпозиционные муфты переключения, взаимосвязанные общей вилкой переключения, при этом впереди корпуса коробки передач закреплен корпус сдвоенного сцепления, внутри которого на входном валу установлен картер с внутренней перегородкой, диски сцепления подвижны в осевом направлении: ведущие относительно картера, ведомые диски левого сцепления на первичном валу, на котором закреплена ведущая шестерня второго ряда, ведомые диски правого сцепления на ведущем трубчатом валу, на котором закреплена ведущая шестерня первого ряда; первичный вал расположен внутри ведущего трубчатого вала и установлен в опоре входного вала и в опоре внутренней стенки корпуса коробки передач, ведомые шестерни первого и второго рядов закреплены на трубчатом валу, свободно установленном на промежуточном валу.
Предлагаемое техническое решение расширяет эксплуатационные характеристики транспортного средства, так как позволяет попарно переключать передачи сдвоенным сцеплением (12-11, 10-9 и т. д.) практически без разрыва потока мощности, что облегчает процесс управления транспортным средством и повышает его проходимость.
На фиг. 1 изображена кинематическая схема 12-ти ступенчатой соосной КП 12R4 (12 передач переднего хода и 4 передачи заднего хода) со сдвоенным сцеплением. В нижней части (под фиг. 1) отмечены номера пар шестерен переднего хода (1-5), а также два ряда шестерен заднего хода .
1
2
4
2
3
3
5
*
*
На фиг. 2 изображена лучевая диаграмма КП 12R4 с таблицами положений сцеплений и муфт переключения на различных передачах. В верхней строке таблицы указаны номера включенных пар шестерен, далее - положения сдвоенного сцепления и муфт переключения: А, В и С. На горизонтальных шкалах диаграммы в логарифмическом виде представлены величины передаточных чисел пар шестерен и передач. Над верхней горизонталью обозначены номера передач переднего хода (12-1), под нижней горизонталью - передачи заднего хода (4R-1R). На крайних горизонталях величина передаточных чисел приведена к выходному валу, т. 0 на верхней горизонтали - к входному валу. Номера пар шестерен указаны на лучах. Наклон луча направо указывает на замедляющий режим работы пары шестерен, чем положе луч, тем больше передаточное число, например, луч 5 по отношению к другим лучам. Наклон луча налево характеризует ускоряющий режим работы пары шестерен, например, луч 3 к 11-й и 12-й передачам. Наклон луча каждой пары шестерен постоянный на любом участке лучевой диаграммы. Вертикальный луч указывает на передаточное число U=1,0. Передаточное число 1-й пары шестерен в замедляющем режиме U=1,585; lq 1,585=0,2. Передаточное число 2-й и 4-й пары шестерен в замедляющем режиме U=U=1,26; lq 1,26=0,1; в ускоряющем режиме к 9-й передаче U=1/1,26=0,794; lq 0,794=-0,1. Передаточное число 3-й пары шестерен U=1,995; lq 1,995=0,3; в ускоряющем режиме к 11-й и 12-й передачам U=1/1,995=0,5; lq 0,5=-0,3. Передаточное число 5-й пары шестерен U=3,16; lq 3,16=0,5.
Предлагаемое устройство состоит из корпуса КП (коробки передач) 1 и установленного перед ним корпуса сдвоенного сцепления 2. В корпусе КП 1 установлена внутренняя стенка с опорой 3. В опорах корпусов 1, 2 и стенки 3 соосно расположены входной 4 и первичный 5 валы. На первичном валу 5 свободно установлен ведущий трубчатый вал 6. Соосно им в опоре первичного вала 5 и в опоре задней стенки корпуса 1 расположен выходной вал 7. Параллельно им установлен промежуточный вал 8, на котором свободно расположен трубчатый вал 9. На ведущем трубчатом валу 6 закреплена ведущая шестерня 10, зацепленная с шестерней 11, закрепленной на трубчатом валу 9. На первичном валу 5 закреплена ведущая шестерня 12, зацепленная с шестерней 13, также закрепленной на трубчатом валу 9. На промежуточном валу 8 закреплены шестерни переднего хода 14, 15 и 16. На выходном валу 7 свободно установлены ведомые шестерни 17, 18 и 19, зацепленные соответственно с шестернями 14-16 промежуточного вала 8. На промежуточном валу 8 также закреплена ведущая шестерня заднего хода 20, зацепленная с шестерней 21, закрепленной на отдельном валу 22, на котором также закреплена шестерня 23, зацепленная с ведомой шестерней заднего хода 24, свободно установленной на выходном валу 7. Шестерни 12, 13, 14, 17, 18, 19 и 24 оснащены зубчатыми венцами для муфт переключения, которые установлены: (А) - двухпозиционная муфта 25 между шестернями 12 и 17, противоположно развернутая двухпозиционная муфта 26 между шестернями 13 и 14, муфты взаимосвязаны вилкой переключения 27; трехпозиционная муфта высших и средних передач 28 (В) между шестернями 17 и 18; трехпозиционная муфта низших передач и заднего хода 29 (С) между шестернями 19 и 24. На входном валу 4 закреплен картер 30 сдвоенного сцепления с внутренней перегородкой 31, его ведущие диски 32 установлены подвижно в осевом направлении. Подвижные в осевом направлении ведомые диски 33 левого сцепления установлены на первичном валу 5, а ведомые диски 34 правого сцепления - на ведущем трубчатом валу 6.
На выходе промежуточного вала 8 возможна установка ВОМ (вала отбора мощности), например, для привода лебедки и т.п. Механизм переключения сцепления может быть как гидравлическим, так и механическим.
КП работает следующим образом: сдвоенное сцепление срабатывает при каждом переключении, которое происходит практически без разрыва потока мощности. Если, например, подать рабочую жидкость между внутренней перегородкой 31 и правым ведущим диском 32, то срабатывает левое (Л) сцепление, в котором ведущие диски 32 прижимают ведомые диски 33, что включает в работу 2-ю пару шестерен (12-13). Если, например, подать рабочую жидкость между внутренней перегородкой 31 и левым ведущим диском 32, то срабатывает правое (П) сцепление, которое ведомыми дисками 34 включает в работу 1-ю пару шестерен (10-11).
Первая передача
На лучевой диаграмме эта передача представлена четырьмя лучами 1-2-3-5. Луч 1 от т. 0 на верхней горизонтали направо вниз к средней горизонтали, далее луч 2 налево вверх к т. 9, далее пологий луч 3 направо вниз, затем пологий луч 5 направо вверх до т. 1 на верхней горизонтали.
Включаем правое (П) сцепление, муфта А в правом (П) положении, муфта В - в нейтральном (Н) положении, муфта С - в левом (Л) положении (фиг. 2, таблица над т. 1).
Крутящий момент от ведомых дисков 34 правого (П) сцепления ведущим трубчатым валом 6 передается на 1-ю пару шестерен (10-11), далее по трубчатому валу 9 на 2-ю пару шестерен (13-12), по верхней муфте 25 на 3-ю пару шестерен (17-14) (нижняя муфта 26 разъединяет шестерни 13 и 14), от шестерни 14 промежуточным валом 8 на 5-ю пару шестерен (16-19), муфтой 29 (С) на выходной вал 7.
Передаточное число 1-й передачи
1п
1
2
3
5
*
U=UUUU=1,585*0,794*1,995*3,16=7,93. lq 7,93=0,9
Вторая передача
На лучевой диаграмме эта передача представлена пологими лучами 3-5 от т. 0 на верхней горизонтали к средней горизонтали и далее до т. 2 на верхней горизонтали. Переключаем сцепления: выключаем правое, включаем левое (Л) - выключаем из работы 1-ю и 2-ю пару шестерен.
Крутящий момент от ведомых дисков 33 левого (Л) сцепления первичным валом 5 передается на шестерню 12, по верхней муфте 25 на 3-ю пару шестерен (17-14) и далее как на 1-й передаче.
Передаточное число 2-й передачи уменьшается на один интервал, в логарифмическом масштабе равный 0,1. U=1,26. 7,93/1,26=6,3.
Передаточное число 2-й передачи
2п
3
5
U=UU=1,995*3,16=6,3. lq 6,3=0,8
Третья передача
На лучевой диаграмме представлена лучом 1 от т. 0 на верхней горизонтали к средней горизонтали, далее пологий луч 5 направо вверх т. 3 на верхней горизонтали.
Возвращаем сцепление в состояние 1-й передачи, муфту А переключаем в левое (Л) положение.
Крутящий момент до трубчатого вала 9 поступает как на 1-й передаче, затем нижней муфтой 26 на корпус шестерни 14, промежуточный вал 8 и далее как на предыдущих передачах.
Передаточное число 3-й передачи
3п
1
5
U=UU=1,585*3,16=5,0; lq 5,0=0,7
Четвертая передача
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 2 от т. 0 на верхней горизонтали к средней горизонтали, далее пологий луч 5 направо вверх т. 4 на верхней горизонтали.
Переключаем сцепления: выключаем правое, включаем левое (Л) - заменяем 1-ю пару шестерен на 2-ю.
Крутящий момент от ведомых дисков 33 левого (Л) сцепления первичным валом 5 передается на 2-ю пару шестерен 12-13 и далее как на 3-й передаче.
Передаточное число 4-й передачи
4п
2
5
U=UU=1,26*3,16=3,98; lq 3,98=0,6
Пятая передача
На лучевой диаграмме эта передача представлена четырьмя лучами 1-2-3-4. Луч 1 от т. 0 на верхней горизонтали направо вниз к средней горизонтали, далее луч 2 налево вверх к т. 9, далее пологий луч 3 направо вниз, затем луч 4 направо вверх до т. 5 на верхней горизонтали.
Возвращаем сцепление и муфту А в состояние 1-й передачи, муфту С переключаем в нейтральное (Н) положение. По сравнению с 1-й передачей заменяем 5-ю пару шестерен на 4-ю.
Крутящий момент до промежуточного вала 8 поступает как на 1-й передаче, далее по промежуточному валу 8, затем 4-й парой шестерен 15-18, муфтой 28 (В) на выходной вал 7.
Передаточное число 5-й передачи
5п
1
2
3
4
*
U=UUUU=1,585*0,794*1,995*1,26=3,16. lq 3,16=0,5
Шестая передача
На лучевой диаграмме эта передача представлена пологим лучом 3 от т. 0 на верхней горизонтали к средней горизонтали, далее луч 4 направо вверх т. 6 на верхней горизонтали.
Переключаем сцепления: выключаем правое, включаем левое (Л) -выключаем из работы 1-ю и 2-ю пару шестерен.
Крутящий момент от ведомых дисков 33 левого (Л) сцепления первичным валом 6, верхней муфтой 25 передается на 3-ю пару шестерен 17-14, на промежуточный вал 8 и далее как на 5-й передаче.
Передаточное число 6-й передачи
6п
3
4
U=UU=1,995*1,26=2,51; lq 2,51=0,4
Седьмая передача
На лучевой диаграмме представлена лучом 1 от т. 0 на верхней горизонтали к средней горизонтали, далее луч 4 направо вверх т. 7 на верхней горизонтали.
Возвращаем сцепление в состояние 1-й, 3-й, 5-й передач, муфту А переключаем в левое (Л) положение.
Крутящий момент до трубчатого вала 9 поступает как на 1-й передаче, затем нижней муфтой 26 на корпус шестерни 14, промежуточный вал 8 и далее как на предыдущих передачах.
Передаточное число 7-й передачи
7п
1
4
U=UU=1,585*1,26=2,0; lq 2,0=0,3
Восьмая передача
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 2 от т. 0 на верхней горизонтали к средней горизонтали, далее луч 4 направо вверх т. 8 на верхней горизонтали.
Переключаем сцепления: выключаем правое, включаем левое (Л) - заменяем 1-ю пару шестерен на 2-ю.
Крутящий момент от ведомых дисков 33 левого (Л) сцепления первичным валом 5 передается на 2-ю пару шестерен 12-13 как на 4-й передаче, на промежуточный вал 8 и далее как на предыдущих передачах.
Передаточное число 8-й передачи
8п
2
4
U=UU=1,26*1,26=1,59; lq 1,59=0,2
Девятая передача
На лучевой диаграмме представлена лучом 2 от т. 0 на верхней горизонтали к средней горизонтали, далее луч 2 в ускоряющем режиме налево вверх т. 9 на верхней горизонтали.
Возвращаем сцепление в состояние 1-й, 3-й, 5-й, 7-й передач, муфту А переключаем в правое (П) положение, а муфту В левое (Л) положение.
Крутящий момент до трубчатого вала 9 поступает как на 1-й передаче, затем 2-й парой шестерен (13-12), далее верхней муфтой 25 на корпус шестерни 17, муфтой В на выходной вал 7.
Передаточное число 9-й передачи
9п
1
2
*
U=UU=1,585*0,794=1,26; lq 1,26=0,1
Десятая передача - прямая
На лучевой диаграмме эта передача представлена т. 0 на верхней горизонтали.
Включаем левое (Л) сцепление.
Крутящий момент от ведомых дисков 33 левого (Л) сцепления первичным валом 5 передается на корпус шестерни 12 и далее муфтой 25 на корпус шестерни 17, муфтой В на выходной вал 7.
10п
U=1,0; lq 1,0=0,0
Одиннадцатая передача
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 1 от т. 0 на верхней горизонтали к средней горизонтали, далее пологий луч 3 налево вверх в ускоряющем режиме к т. 11 на верхней горизонтали.
Включаем правое (П) сцепление, муфту А в левое (Л) положение. По сравнению с 9-й передачей вместо 2-й пары шестерен работает 3-я пара.
Крутящий момент от ведомых дисков 34 правого (П) сцепления ведущим трубчатым валом 6 передается на 1-ю пару шестерен 10-11, далее трубчатым валом 9, нижней муфтой 26, 3-й парой шестерен 14-17, далее как на 10-й передаче.
11п
1
3
U=UU=1,585*0,5=0,794; lq 0,794=-0,1
Двенадцатая передача
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 2 от т. 0 на верхней горизонтали к средней горизонтали, далее пологий луч 3 в ускоряющем режиме к т. 12 на верхней горизонтали.
Переключаем сцепления: выключаем правое, включаем левое (Л) - заменяем 1-ю пару шестерен на 2-ю.
Крутящий момент от ведомых дисков 33 левого (Л) сцепления первичным валом 5 передается на пару шестерен 12-13, нижней муфтой 26, парой шестерен 14-17, далее как на предыдущих передачах.
Передаточное число 12-й передачи
12п
2
3
*
U=UU=1,26*0,5=0,63; lq 0,63=-0,2
Первая передача заднего хода 1R
На лучевой диаграмме эта передача представлена четырьмя лучами 1-2-3-R. Луч 1 от т. 0 на верхней горизонтали направо вниз к средней горизонтали, далее луч 2 налево вверх к т. 9, далее пологий луч 3 направо вниз, затем пологий луч R направо вниз до т. 1R на нижней горизонтали.
Включаем правое (П) сцепление, муфта А в правом (П) положении, муфта В - в нейтральном (Н) положении, муфта С - в левом (Л) положении (фиг. 2, таблица под т. 1R). По сравнению с 1-й передачей переднего хода изменили положение муфты С.
Крутящий момент от ведомых дисков 34 правого (П) сцепления ведущим трубчатым валом 6 передается на 1-ю пару шестерен (10-11), далее по трубчатому валу 9 на 2-ю пару шестерен (13-12), по верхней муфте 25 на 3-ю пару шестерен (17-14) (нижняя муфта 26 разъединяет шестерни 13 и 14), от шестерни 14 промежуточным валом 8 на пары шестерен заднего хода (20-21 и 23-24), муфтой 29 (С) на выходной вал 7.
Передаточное число 1-й передачи заднего хода 1R
1R
1
2
3
R
*
U=UUUU=1,585*0,794*1,995*3,16=7,93. lq 7,93=0,9
Вторая передача заднего хода 2R
На лучевой диаграмме эта передача представлена пологим лучом 3 от т. 0 на верхней горизонтали к средней горизонтали, затем пологий луч R направо вниз до т. 2 R на нижней горизонтали.
Переключаем сцепления: выключаем правое, включаем левое (Л) - выключаем из работы 1-ю и 2-ю пару шестерен.
Крутящий момент от ведомых дисков 33 левого (Л) сцепления первичным валом 5 передается на шестерню 12, по верхней муфте 25 на 3-ю пару шестерен (17-14) и далее как на предыдущей передаче.
Передаточное число 2-й передачи заднего хода 2R
2R
3
R
U=UU=1,995*3,16=6,3. lq 6,3=0,8
Третья передача заднего хода 3R
На лучевой диаграмме представлена лучом 1 от т. 0 на верхней горизонтали к средней горизонтали, затем пологий луч R направо вниз до т. 3R на нижней горизонтали.
Возвращаем сцепление в состояние 1-й передачи, муфту А переключаем в левое (Л) положение.
Крутящий момент до трубчатого вала 9 поступает как на 1-й передаче, затем нижней муфтой 26 на корпус шестерни 14, промежуточный вал 8 и далее как на предыдущих передачах.
Передаточное число 3-й передачи заднего хода 3R
3R
1
R
U=UU=1,585*3,16=5,0; lq 5,0=0,7
Четвертая передача заднего хода 4R
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 2 от т. 0 на верхней горизонтали к средней горизонтали, затем пологий луч R направо вниз до т. 4R на нижней горизонтали.
Переключаем сцепления: выключаем правое, включаем левое (Л) - заменяем 1-ю пару шестерен на 2-ю.
Крутящий момент от ведомых дисков 33 левого (Л) сцепления первичным валом 5 передается на 2-ю пару шестерен 12-13 и далее как на предыдущих передачах.
Передаточное число 4-й передачи заднего хода 4R
4R
2
R
U=UU=1,26*3,16=3,98; lq 3,98=0,6
1
12
Получили КП с диапазоном D=U/U=7,93/0,63=12,6; что обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики. Полученный диапазон соответствует диапазону автомобиля высокой проходимости ГА3-66, но КП обеспечивает более высокие свойства. Интервал между передачами составляет 1,26; что создает благоприятные условия при выборе оптимальной скорости и не создает затруднений при переключении передач.
При изменении передаточных чисел пар шестерен лучевая диаграмма примет другой вид и обеспечит другие эксплуатационные показатели.
Обозначения
1. Корпус КП.
2. Корпус сдвоенного сцепления.
3. Внутренняя стенка с опорой.
4. Входной вал.
5. Первичный вал.
6. Ведущий трубчатый вал.
7. Выходной вал.
8. Промежуточный вал.
9. Трубчатый вал, свободно установленный на промежуточном валу 7.
10. Ведущая шестерня ведущего трубчатого вала 6.
11. Шестерня, закрепленная на трубчатом валу 9, зацепленная с шестерней 10.
12. Ведущая шестерня первичного вала 5.
13. Шестерня, закрепленная на трубчатом валу 9, зацепленная с шестерней 12.
14, 15, 16. Шестерни, закрепленные на промежуточном валу 8.
17. Шестерня высших передач, свободно установленная на выходном валу 7, зацепленная с шестерней 14.
18. Шестерня средних передач, свободно установленная на выходном валу 7, зацепленная с шестерней 15.
19. Шестерня низших передач, свободно установленная на выходном валу 7, зацепленная с шестерней 16.
20. Ведущая шестерня заднего хода, закрепленная на промежуточном валу 8.
21. Шестерня заднего хода, закрепленная на валу 22.
22. Отдельный вал блока шестерен заднего хода 21 и 23.
23. Шестерня заднего хода, закрепленная на валу 22, зацепленная с ведомой шестерней заднего хода 24.
24. Ведомая шестерня заднего хода, свободно установленная на выходном валу 7, зацепленная с шестерней 23.
25 (А). Двухпозиционная муфта между шестернями 12 и 17.
26. Противоположно развернутая двухпозиционная муфта между шестернями 13 и 14.
27. Вилка переключения муфт 25 и 26.
28 (В). Трехпозиционная муфта высших и средних передач между шестернями 17 и 18.
29 (С). Трехпозиционная муфта низших передач и заднего хода между шестернями 19 и 24.
30. Картер сдвоенного сцепления.
31. Внутренняя перегородка картера сдвоенного сцепления 30.
32. Подвижные в осевом направлении ведущие диски сдвоенного сцепления.
33. Подвижные в осевом направлении ведомые диски левого сцепления на первичном валу 5.
34. Подвижные в осевом направлении ведомые диски правого сцепления на ведущем трубчатом валу 6.