ТРАНСМИССИЯ ПОЛНОПРИВОДНОГО ГРУЗОВОГО АВТОМОБИЛЯ
ALL-WHEEL DRIVE TRUCK TRANSMISSION

Изобретение относится к колесным транспортным средствам, а именно к трансмиссиям полноприводных грузовых автомобилей.
Для распределения поворотных моментов между передними и задними колесами автомобилей применяются межосевые дифференциалы с планетарными рядами, которые показаны, например, в патентах №№2192972, 2236958, выданных в Российской Федерации. Наиболее близким аналогом является трансмиссия полноприводного автомобиля, показанная в патенте №4280583, выданном в США, в заявке №180374, МПК В60К 17/346, на выдачу европейского патента. Она содержит сцепление, ступенчатую коробку передач, раздаточную коробку с межосевым дифференциалом, содержащим три планетарных ряда, переключаемых зубчатой муфтой, имеющей ручной механический привод. Однако переключение трех планетарных рядов вручную отвлекает внимание водителя от слежения за дорожной ситуацией и требует от него дополнительных манипуляций с органами управления автомобилем, из-за чего понижается безопасность движения автомобиля. При этом в случае несвоевременного переключения планетарных рядов в межосевом дифференциале ухудшается управляемость и проходимость автомобиля, увеличивается износ шин.
Задачей является повышение эффективности и удобства использования трансмиссии полноприводного грузового автомобиля путем обеспечения автоматического перераспределения в надлежащее время поворотных моментов между передними и задними колесами автомобиля.
Решение задачи обеспечения своевременного автоматического перераспределения поворотных моментов между передними и задними колесами грузового автомобиля обеспечено тем, что в трансмиссии автомобиля, содержащей сцепление, ступенчатую коробку передач, раздаточную коробку с межосевым дифференциалом, содержащим три планетарных ряда, переключаемых зубчатой муфтой, зубчатая муфта имеет гидравлический привод от поршня, расположенного в трехсекционной рабочей камере, в которой вместе с упомянутым основным поршнем расположен дополнительный поршень большего диаметра, образующий подвижный упор для основного поршня. Передняя секция рабочей камеры, расположенная перед основным поршнем, и средняя секция, расположенная между основным и дополнительным поршнями, соединены гидролиниями с двухпозиционным гидравлическим распределителем для поочередной подачи в них рабочей жидкости от источника ее давления, задняя секция рабочей камеры, расположенная позади дополнительного поршня, соединена гидролинией с клапаном, сообщающим заднюю секцию рабочей камеры поочередно с ее передней секцией и со сливом. Распределитель имеет управление от электромагнита, подключенного электрической цепью к датчику включения высшей ступени в коробке передач, а клапан имеет управление от электромагнита, подключенного к датчикам включения первой и второй ступеней в коробке передач, к электрической цепи, связывающей электромагнит управления клапаном с датчиками включения ступеней в коробке передач, подключена побочная электрическая цепь, в которой расположены индукционная катушка и конденсатор. Параллельно конденсатору в побочной электрической цепи расположен замыкающий с самовозвратом контакт реле, подключенного электрической цепью к датчику включения третьей ступени в коробке передач.
При указанной электрической связи с датчиками включения ступеней в коробке передач электромагнитов, управляющих распределителем и клапаном гидравлического привода зубчатой муфты, обеспечено автоматическое переключение планетарных рядов межосевого дифференциала, производимое во время кратковременного прерывания передачи трансмиссией поворотного момента от двигателя, происходящего при размыкании сцепления. При этом вследствие подключения электромагнитов управления муфтой межосевого дифференциала к датчикам включения ступеней в коробке передач обеспечено рациональное перераспределение поворотных моментов между передними и задними колесами по мере разгона автомобиля. Ведь при низших ступенях в коробке передач ускорение автомобиля больше, чем при высших ступенях, и, значит, получается увеличенной из-за инерции кузова нагрузка на задние колеса.
На фигуре 1 изображен полноприводный грузовой автомобиль.
На фигуре 2 представлена раздаточная коробка грузового автомобиля с межосевым дифференциалом, содержащим три планетарных ряда.
На фигуре 3 показано расположение сателлитов планетарных рядов межосевого дифференциала.
На фигуре 4 показан более крупно привод зубчатой муфты управления межосевым дифференциалом.
Представленный на фигуре 1 грузовой автомобиль содержит раму 1, на которой расположена кабина 2 и установлен кузов 3 для перевозки груза. Между кабиной и кузовом размещен двигатель 4. Автомобиль содержит трансмиссию для передачи поворотного момента от двигателя к передним колесам 5 и к задним колесам 6. В трансмиссии расположены сцепление 7, представляющее собой фрикционную муфту, ступенчатая коробка передач 8, раздаточная коробка 9, содержащая межосевой дифференциал, и карданные передачи для связи валов раздаточной коробки с валами коробки передач и ведущих мостов.
Раздаточная коробка 9 содержит картер 10, в котором установлен ведущий вал 11 (фигура 2), имеющий привод от выходного вала коробки передач 8. С ведущим валом раздаточной коробки связан зубчатой передачей полый ведомый вал 12. С валом 12 жестко соединено водило 13 межосевого дифференциала, содержащее трубчатый корпус 14, с которым соединен трубчатый фланец 15, установленный на подшипнике качения в картере 10. Межосевой дифференциал содержит три планетарных ряда. В первом планетарном ряду расположены солнечная шестерня 16, имеющая шлицевое соединение с валом 17 привода передних колес 5 автомобиля, сателлиты 18 и коронное зубчатое колесо 19, снабженное ступицей 20 с внутренними зубьями, установленной на подшипнике качения в корпусе 14 водила. Во втором планетарном ряду расположены солнечная шестерня 21 и сателлиты 22, имеющие зацепление с сателлитами 18 первого планетарного ряда. Солнечная шестерня 21 второго планетарного ряда установлена на шейке 23 вала 24 привода задних колес 6 автомобиля с возможностью вращения на ней и имеет на своей ступице наружный зубчатый венец. Третий планетарный ряд составляют солнечная шестерня 25, имеющая внутренний зубчатый венец, и сателлиты 26 (фигура 3), которые находятся в зацеплении с сателлитами 18 первого планетарного ряда. Диаметр солнечной шестерни 25 больше диаметра солнечных шестерен 16 и 21.
Для изменения кинематических связей в межосевом дифференциале при необходимости перераспределения поворотных моментов на валах 17 и 24 привода колес автомобиля раздаточная коробка содержит зубчатую муфту 27 (фигура 4), имеющую шлицевое соединение с валом 24 привода задних колес. Зубчатая муфта 27 имеет три зубчатых венца, а именно внутренний зубчатый венец, имеющий возможность зацепления с наружным зубчатым венцом солнечной шестерни 21 второго планетарного ряда, и два наружных зубчатых венца, имеющих возможность поочередного зацепления с внутренними зубчатыми венцами, сделанными внутри солнечной шестерни 25 третьего планетарного ряда и внутри ступицы 20 коронного зубчатого колеса 19. Зубчатая муфта 27 имеет гидравлический привод через подшипник качения от поршня 28, расположенного в ступенчатой трехсекционной рабочей камере 29, образованной между трубчатым корпусом 14 водила и его трубчатым фланцем 15. В рабочей камере 29 вместе с упомянутым основным поршнем 28 расположен дополнительный поршень 30 большего диаметра, образующий подвижный упор для основного поршня 28. Передняя секция рабочей камеры 29, расположенная перед основным поршнем 28, и средняя секция, расположенная между основным 28 и дополнительным 30 поршнями, соединены гидролиниями 31 и 32 с двухпозиционным четырехлинейным гидравлическим распределителем 33, содержащим подпружиненный золотник для поочередного сообщения этих секций с источником давления рабочей жидкости, в частности с насосом 34. Задняя секция рабочей камеры 29, расположенная позади дополнительного поршня 30, соединена гидролинией 35 с двухпозиционным клапаном 36, содержащим подпружиненный золотник для сообщения задней секции рабочей камеры поочередно с ее передней секцией и со сливом. В начальном положении золотников распределителя 33 и клапана 36 передняя и задняя секции рабочей камеры сообщены через распределитель и клапан с источником давления рабочей жидкости, а средняя секция сообщена через распределитель со сливом. Распределитель 33 имеет управление от электромагнита 37, подключенного электрической цепью 38 к датчику 39 включения высшей ступени в коробке передач 8. Клапан 36 имеет управление от электромагнита 40, подключенного электрической цепью 41 к датчикам 42 и 43 включения первой и второй ступеней в коробке передач. К электрической цепи 41, связывающей электромагнит 38 управления клапаном 36 с датчиками 42 и 43 включения первой и второй ступеней в коробке передач, подключена побочная электрическая цепь 44, в которой последовательно расположены индукционная катушка 45 и конденсатор 46, который подключен к электрической цепи 41 также через диод 47. Параллельно конденсатору 46 в побочной электрической цепи 44 расположен замыкающий с самовозвратом контакт 48 реле 49, подключенного электрической цепью 50 к датчику 51 включения третьей ступени в коробке передач. Датчики 39, 42, 43 и 51 содержат контакты, соединяющие электромагниты 37 и 38 с источником электрического тока при их замыкании штоками 52, 53, 54 и 55, передвигающими зубчатые муфты включения ступеней в коробке передач 8 при перестановке в другое положение рычага 56 управления коробкой передач.
Для приведения автомобиля в движение размыкают сцепление 7 и включают в коробке передач 8 первую ступень путем перемещения штока 53. Шток при его перестановке замыкает контакты выключателя, образующего датчик 42 включения первой ступени в коробке передач. От датчика 42 электрический ток по электрической цепи 41 поступает к электромагниту 40, а также к конденсатору 46 через диод 47, заряжая конденсатор. Электромагнит 40 при поступлении к нему электрического тока устанавливает золотник клапана 36 в положении, при котором задняя полость рабочей камеры сообщается со сливом. При этом рабочая жидкость поступает от распределителя 33 под давлением, создаваемым насосом 34, в переднюю секцию рабочей камеры 29 перед поршнем 28, а средняя секция рабочей камеры сообщается со сливом. Под действием давления рабочей жидкости в передней секции рабочей камеры поршень 28 вместе с поршнем 30 перемещается в сторону задней секции рабочей камеры и перемещает связанную с ним зубчатую муфту 27, которая зацепляется с зубчатым венцом коронного зубчатого колеса 19, соединяя его с валом 24 привода задних колес 6. Это перемещение зубчатой муфты и ее сцепление с зубчатым венцом коронного зубчатого колеса 19 происходит до замыкания сцепления 7, производимого для передачи поворотного момента от двигателя к колесам автомобиля. После замыкания сцепления 7 поворотный момент, создаваемый двигателем 4, поступает от водила 13 межосевого дифференциала к валу 24 привода задних колес 6 через коронное зубчатое колесо 19, а к валу 17 привода передних колес 5 он поступает через сателлиты 18 и солнечную шестерню 16. При зацеплении зубчатой муфты 27 с коронным зубчатым колесом 19 между валами 17 и 24 привода колес устанавливается наибольшее силовое передаточное число, при котором величина поворотного момента на валу 24 привода задних колес 6 получается значительно больше величины поворотного момента на валу 17 привода передних колес 5.
По мере разгона автомобиля после достижения автомобилем нужной скорости движения при включенной первой ступени в коробке передач размыкают сцепление 7, перемещают шток 53 в прежнее положение, выключая первую ступень, и включают в коробке передач вторую ступень. При выключении первой ступени в коробке передач прекращается поступление электрического тока от датчика 42, но тогда происходит постепенный разряд конденсатора 46 через индукционную катушку 45, сохраняя электрический ток в цепи 41 и тем самым поддерживая электромагнит 40 во включенном состоянии. Это обеспечивает удержание золотника клапана 36 в смещенном положении и, следовательно, сохранение в исходной позиции зубчатой муфты 27. В результате во время перехода с первой ступени коробки передач на вторую ступень предотвращается нежелательное расцепление зубчатой муфты 27 с коронным зубчатым колесом 19. При включении второй ступени в коробке передач происходит замыкание штоком 54 контактов выключателя, образующего датчик 43 включения этой ступени, и тогда электрический ток от этого датчика поступает к электромагниту 40, продолжая удерживать его во включенном состоянии, а также к конденсатору 46, подзаряжая его до прежнего состояния на случай возможного перехода со второй ступени обратно на первую ступень, например при въезде автомобиля в гористую местность и его подъеме по крутому склону.
При выключении второй ступени в коробке передач при дальнейшем разгоне автомобиля и включении третьей ступени ускорение автомобиля получается существенно меньше, чем при включении первой и второй ступени, вследствие чего перераспределение нагрузки на задние колеса автомобиля из-за инерции кузова получается небольшим. Поэтому при выключении в коробке передач второй ступени и включении третьей ступени прекращается поступление электрического тока к электромагниту 40 от датчика 43 и происходит поступление электрического тока по электрической цепи 50 от датчика 51 к обмотке реле 49, замыкающего контакты 48 для обеспечения быстрой разрядки конденсатора 46. После прекращения поступления электрического тока от датчика 43 и от конденсатора 46 электромагнит 40 выключается, и золотник клапана 36 под действием возвратной пружины возвращается в начальное положение, при котором задняя секция рабочей камеры сообщается с передней секцией, в которой в данный момент времени рабочая жидкость находится под давлением, создаваемым насосом 34. Под действием давления рабочей жидкости в задней секции рабочей камеры поршень 30 перемещается до упора во внутреннюю ступеньку в корпусе 14 водила, переставляя при этом основной поршень 28 в среднее положение. Поршень 28, перемещаясь в среднее положение, выводит зубчатую муфту 27 из зацепления с коронным зубчатым колесом 19 и вводит ее в зацепление с солнечной шестерней 25. При зацеплении зубчатой муфты 27 с солнечной шестерней 25 поворотный момент от водила 13 поступает к валу 24 привода задних колес 6 через сателлиты 26 и солнечную шестерню 25, а к валу 17 привода передних колес 5 через сателлиты 18 и солнечную шестерню 16. Тогда между валами 17 и 24 привода передних и задних колес автомобиля устанавливается промежуточное силовое передаточное число.
При переходе с третьей ступени в коробке передач на четвертую ступень зубчатая муфта 27 остается в среднем положении, так как оба электромагнита 37 и 40 остаются в выключенном состоянии и, значит, в межосевом дифференциале сохраняется промежуточное силовое передаточное число.
Если автомобиль выехал на равнину и движется по хорошей дороге с твердым покрытием, где можно развить большую скорость, то в этом случае в коробке передач включается высшая ступень. При включении в коробке передач 8 высшей ступени передвигают шток 52, который после его перестановки замыкает контакты выключателя, образующего датчик 39 включения этой ступени в коробке передач. От датчика 39 электрический сигнал по электрической цепи 38 поступает к электромагниту 37, который перемещает золотник распределителя 33 в другое положение, при котором передняя секция рабочей камеры сообщается со сливом, а средняя секция сообщается с насосом 34. Под действием давления рабочей жидкости в средней секции рабочей камеры поршень 28, перемещаясь в сторону солнечной шестерни 21, выводит зубчатую муфту 27 из зацепления с солнечной шестерней 25 и вводит ее в зацепление с солнечной шестерней 21. После этого поворотный момент поступает к валам 17 и 24 привода колес автомобиля через сателлиты 18 и 22 и через солнечные шестерни 16 и 21. В этом случае между валами 17 и 24 привода передних колес 5 и задних колес 6 устанавливается наименьшее силовое передаточное число, то есть наименьшее отношение поворотных моментов на этих валах, при котором управляемость автомобиля получается лучше, а, значит, безопасность его движения выше.
В результате использования в трансмиссии полноприводного грузового автомобиля ступенчатой коробки передач со сцеплением и раздаточной коробки с межосевым дифференциалом, содержащим три планетарных ряда, переключаемых при разомкнутом сцеплении по сигналу, создаваемому при переключении ступеней в коробке передач, обеспечивается своевременное автоматическое перераспределение нагрузки на колеса автомобиля, вследствие чего существенно облегчается управление автомобилем, улучшается его проходимость и управляемость, уменьшается износ шин.