ВОСЬМИСТУПЕНЧАТАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ
EIGHT-SPEED GEARBOX

Изобретение относится к транспортному машиностроению, трансмиссии транспортных машин.
Известны агрегаты трансмиссии - коробки передач (КП) со ступенчатым изменением передаточных чисел, содержащие шестерни, валы, опоры, устройства переключения передач, применяемые на отечественных и зарубежных автомобилях. (1. Осепчугов В.В., Фрумкин А.К. Автомобиль: Анализ конструкций, элементы расчета. - М.: Машиностроение, 1989. - 304 с; 2. Автомобиль: Основы конструкции/ Вишняков Н.Н. и др. - М.: Машиностроение, 1986. - 304 с).
Эти агрегаты конструктивно сложны и металлоемки.
Наиболее близкой к предлагаемой восьмиступенчатой КП является коробка передач автомобиля КА3-4540.
Восьмиступенчатая КП автомобиля КА3-4540 (1. стр.68, рис.40; 2. стр.139, рис.106,6) состоит из основной четырехступенчатой коробки передач и двухступенчатого встроенного делителя, которые обеспечивают 8 передач переднего хода и две передачи заднего хода.
Недостатки описанного трансмиссионного агрегата заключаются в недостаточном диапазоне КП (отношение передаточных чисел низшей и высшей передач), который ограничен из-за увеличенного диаметра шестерни входного вала, так как в торце расположена опора выходного вала, длина КП увеличена из-за удлинителя для наружной опоры входного вала.
Задачами изобретения являются: расширение эксплуатационных и компоновочных характеристик транспортного средства при увеличении диапазона КП, уменьшении длины КП, повышении долговечности.
Достижение технического результата обеспечивается тем, что:
Восьмиступенчатая коробка передач содержит картер с размещенными в нем входным, выходным и промежуточным валами, входной и выходной валы установлены соосно, а промежуточный вал установлен параллельно этим валам, на валах расположены пары шестерен переднего хода и на выходе коробки передач ряд шестерен заднего хода, причем ведущая шестерня заднего хода зацеплена с ведомой через дополнительную шестерню, установленную на отдельной оси, трехпозиционная муфта выходного вала расположена между шестернями, которые свободно установлены на валу, ведущая шестерня входного вала и три шестерни промежуточного вала закреплены на валах, при этом наконечник выходного вала с двухпозиционной муфтой переключения установлен в опоре промежуточной стенки, в этом наконечнике расположена опора входного вала, трехпозиционная муфта переключения входного вала расположена между шестернями, которые свободно установлены на валу рядом с опорой, трехпозиционная муфта промежуточного вала расположена между шестернями, свободно установленными на валу и зацепленными с ведущими шестернями, закрепленными на входном валу.
Допускается, что ряд шестерен заднего хода расположен на входе коробки передач, на входном валу свободно установлена шестерня с двухпозиционной муфтой переключения, на зубчатом венце наконечника выходного вала установлена трехпозиционная муфта переключения.
На фиг.1 изображена кинематическая схема трехвальной сосной КП 8R4 (8 передач переднего хода и 4 передачи заднего хода), содержащей 10 шестерен для передач переднего хода и 3 шестерни для передач заднего хода, 4 муфты переключения передач, в нижней части приведены номера пар шестерен переднего хода (1П-5П) и обозначение ряда шестерен заднего хода -R.
На фиг.2 приведена лучевая диаграмма этой КП с таблицей положений муфт переключения на различных передачах. В верхней части таблиц обозначены включенные в работу пары шестерен (1П-5П) или ряд шестерен заднего хода (R). На горизонтальных шкалах приведены в логарифмическом виде величины передаточных чисел пар шестерен и передач. Крайние горизонтали соответствуют входному и выходному валам, а средняя - промежуточному. Входной вал соответствует Т8 на верхней горизонтали слева. Чем значительнее наклон луча направо, тем больше передаточное число. Левый наклон луча (Л) указывает на ускоряющий режим работы пары шестерен. Наклон луча каждой пары шестерен постоянный на любом участке лучевой диаграммы.
На фиг.3 на входном валу 2 закреплена ведущая шестерня заднего хода 7, зацепленная с ведомой шестерней заднего хода 18 через дополнительную шестерню 19, установленную на отдельной оси 20, ведомая шестерня переднего хода 12 свободно установлена на выходном валу 3 и зацеплена с ведущей шестерней 13, закрепленной на промежуточном валу 4.
На фиг.4 приведена лучевая диаграмма КП с таблицей положений муфт переключения на различных передачах.
В опорах картера КП 1 расположены входной 2, выходной 3 и промежуточный 4 валы. Входной 2 и выходной 3 валы расположены соосно, а промежуточный вал 4 установлен параллельно им. В опоре промежуточной стенки 5 картера КП 1 установлен наконечник 6 выходного вала 3. Внутренний конец входного вала 2 расположен в наконечнике 6. На входном валу 2 закреплены или изготовлены совместно с валом ведущие шестерни переднего хода 7, 8 и свободно установлены шестерни 9, 10. Ведомые шестерни 11 и 12 свободно установлены на выходном валу 3. На промежуточном валу 4 закреплены ведущая шестерня заднего хода 13 и три шестерни переднего хода 14, 15, 16, свободно установлены ведомые шестерни переднего хода 17 и 18, зацепленные соответственно с шестернями 8, 7 входного вала 2. Ведомая шестерня заднего хода 12 свободно установлена на выходном валу 3, зацеплена с дополнительной шестерней заднего хода 19, закрепленной на отдельной оси 20. Трехпозиционная муфта 21 (A) промежуточного вала 4 расположена между шестернями 17 и 18, которые свободно установлены на валу 4. Трехпозиционная муфта 22 (B) входного вала 2 расположена между шестернями 9 и 10, которые свободно установлены на валу 2, двухпозиционная муфта 23 (C) установлена на наконечнике 6 выходного вала 3, трехпозиционная муфта 24 (D) выходного вала 3 расположена на между шестернями 11 и 12, которые свободно установлены на валу 3.
Работа восьмиступенчатой КП осуществляется следующим образом (см. фиг.1-4):
Первая передача
Муфты А и D в левом положении (Л), муфта В - в нейтральном, а муфта С - в правом положении (см. фиг.2, табл. справа над т. 1). В работу включены 1-я и 5-я пары шестерен.
Крутящий момент (см. фиг.1) от входного вала 2 передается парой шестерен 7-18, муфтой 21 (А) на промежуточный вал 4, далее парой шестерен 14-11 и муфтой 24 (D) на выходной вал 3.
На лучевой диаграмме (см. фиг.2) эта передача представлена двумя лучами: луч 1Л выходит из Т8 слева на верхней горизонтали и направлен направо вниз к средней горизонтали, далее луч 5Л к Т1 справа на верхней горизонтали.
Вторая передача
Переключаем муфту А в правое положение - выключаем из работы 1-ю пару шестерен 7-18, включаем в работу 2-ю пару шестерен 8-17.
Крутящий момент от входного вала 2 по паре шестерен 8-17 муфтой А передается на промежуточный вал 4 и далее как на первой передаче.
На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами:
2Л и 5Л от Т8 к Т2.
Третья передача
Перемещаем муфту В в левое положение, включаем в работу пару шестерен 9-16, муфту А - в нейтральное положение.
Крутящий момент передается от входного вала 2 муфтой В, парой шестерен 9-16 на промежуточный вал 4, далее как на предыдущих передачах.
На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: ЗЛ и 5Л от Т8 к Т3.
Четвертая передача
Перемещаем муфту В в правое положение - включаем в работу пару шестерен 10-15.
Крутящий момент от входного вала 2 по паре шестерен 10-15 передается муфтой 22 (В) на промежуточный вал 4, далее как на предыдущих передачах.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучами 4Л и 5Л от Т8 к Т4.
Пятая передача
Перемещаем муфты А и С в левое положение, включаем пару шестерен 8-17, муфты В и D перемещаем в нейтральное положение.
Крутящий момент передается от входного вала 2 парой шестерен 8-17, муфтой 21(A) на промежуточный вал 4, далее парой шестерен 15-10, муфтой 23(C) на выходной вал 3.
На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: 1Л и 4Л от Т8 к Т5.
Шестая передача
Перемещаем муфту А в правое положение, включаем в работу пару шестерен 8-17.
Крутящий момент передается от входного вала 2 парой шестерен 8-17 по муфте 21 (А), на промежуточный вал 4, далее как на предыдущей передаче.
На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: 2Л и 4Л от Т8 к Т6.
Седьмая передача
Перемещаем муфту В в левое положение включаем пару шестерен 9-16, муфту А - в нейтральное положение.
Крутящий момент передается от входного вала 2 муфтой В, парой шестерен 9-16 на промежуточный вал 4, далее как на предыдущих двух передачах.
На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: 3Л и 4Л от Т8 к Т7.
Восьмая передача - прямая
Перемещаем муфту В в правое положение.
Крутящий момент передается от входного вала 2 муфтой В, корпусом шестерни 10, муфтой С на наконечник 6 и выходной вал 3. На лучевой диаграмме эта передача представлена в Т8
Первый задний ход - 1R
Муфту А перемещаем в левое положение, муфты С и D - в правое положение, муфту В - в нейтральное (см. фиг.2, табл. справа над 1R)
Крутящий момент от входного вала 2 передается по шестерням 7-18, муфтой А на промежуточный вал 4, рядом шестерен 13-19-12, муфтой D на выходной вал 3, который вращается в направлении противоположном вращению входного вала 2.
На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: луч 1Л из Т8 слева на верхней горизонтали направо вниз к средней горизонтали, далее пологий луч R также направо вниз к т.1R на нижней горизонтали.
Второй задний ход - 2R
Муфта А перемещаем в правое положение, включаем пару шестерен 8-17. Крутящий момент передается от входного вала 2 парой шестерен 8-17, муфтой А на промежуточный вал 4, далее как на предыдущей передаче. На лучевой диаграмме этой передаче соответствуют лучи 2Л и R.
Третий задний ход - 3R
Муфту В перемещаем в левое положение, включаем пару шестерен 9-16, муфту А - в нейтральное положение.
Крутящий момент передается от входного вала 2 муфтой В, парой шестерен 9-16 на промежуточный вал 4, далее как на предыдущих передачах. На лучевой диаграмме этой передаче соответствуют лучи 3Л и R.
Четвертый задний ход - 4R
Муфту В перемещаем в правое положение, включаем пару шестерен 10-15.
Крутящий момент передается от входного вала 2 муфтой В, парой шестерен 10-15 на промежуточный вал 4, далее как на предыдущих передачах. На лучевой диаграмме этой передаче соответствуют лучи 4Л и R.
Первая передача (см. фиг.3 и 4)
Муфты А, В и D в правом положении (П), а муфта С - в нейтральном (см. фиг.4, табл. над т.1). В работу включены 1-я и 5-я пары шестерен.
Крутящий момент (см. фиг.3) от входного вала 2 передается парой шестерен 8-17, муфтой 21 (А) на промежуточный вал 4, далее парой шестерен 13-12 и муфтой 24 (D) на выходной вал 3.
На лучевой диаграмме (см. фиг.4) эта передача представлена двумя лучами: луч 1Л выходит из Т8 слева на верхней горизонтали и направлен направо вниз к средней горизонтали, далее луч 8Л к Т1 справа на верхней горизонтали.
Вторая передача
Муфту В перемещаем в левое положение - включаем в работу пару шестерен 9-16, муфту А - в нейтральное положение.
Крутящий момент от входного вала 2 по паре шестерен 9-16 муфтой В передается на промежуточный вал 4 и далее как на первой передаче.
На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: 2Л и 5Л от Т8 к Т2.
Третья передача
Возвращаем муфты А и В в правое положение, включаем в работу пару шестерен 8-17, муфту (D) перемещаем в левое положение.
Крутящий момент передается от входного вала 2 парой шестерен 8-17, муфтой А на промежуточный вал 4, далее парой шестерен 14-11, муфтой D на выходной вал 3.
На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: 1Л и 4Л от Т8 к Т3.
Четвертая передача
Перемещаем муфту В в левое положение - включаем в работу пару шестерен 9-16, муфту А - в нейтральное положение.
Крутящий момент от входного вала 2 муфтой В по паре шестерен 9-16 передается на промежуточный вал 4, далее как на предыдущей передаче.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучами 2Л и 4Л от Т8 к Т4.
Пятая передача
Перемещаем муфты А, В и С в правое положение, включаем пару шестерен 8-17, муфту D перемещаем в нейтральное положение.
Крутящий момент передается от входного вала 2 парой шестерен 8-17, муфтой 21 (A) на промежуточный вал 4, далее парой шестерен 15-10, муфтой 23 (C) на выходной вал 3.
На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: 1Л и 3Л от Т8 к Т5.
Шестая передача
Перемещаем муфту В в левое положение, включаем в работу пару шестерен 9-16, а муфту А - в нейтральное положение.
Крутящий момент передается от входного вала 2 муфтой В, парой шестерен 9-16, на промежуточный вал 4, далее как на предыдущей передаче.
На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: 2Л и 3Л от Т8 к Т6.
Седьмая передача
Перемещаем муфты А и В в правое положение, включаем пару шестерен 8-17, муфту С перемещаем в левое положение.
Крутящий момент передается от входного вала 2 муфтой А, парой шестерен 8-17 на промежуточный вал 4, далее парой шестерен 16-9, муфтой С на выходной вал 3.
На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: 1Л и 2Л от Т8 к Т7.
Восьмая передача - прямая
Муфту В перемещаем в левое положение.
Крутящий момент передается от входного вала 2 через шестерню 8 муфтой В на шестерню 9, муфтой С на выходной вал 3. На лучевой диаграмме эта передача представлена в Т8
Первый задний ход - 1R
Муфту А перемещаем в левое положение, муфты В и D - в правое положение, муфту С - в нейтральное (см. фиг.4, табл. над т.1R).
Крутящий момент от входного вала 2 передается по шестерням 7-19-18, муфтой А на промежуточный вал 4, парой шестерен 13-12, муфтой D на выходной вал 3, который вращается в направлении противоположном вращению входного вала 2.
На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: луч 1Л из Т8 слева на верхней горизонтали направо вниз к средней горизонтали, далее пологий луч R также направо вниз к T.1R на нижней горизонтали.
Второй задний ход - 2R
Муфту D перемещаем в левое положение.
Крутящий момент передается от входного вала 2 рядом шестерен 7-19-18, муфтой А на промежуточный вал 4, далее парой шестерен 14-11, муфтой D на выходной вал 3. На лучевой диаграмме этой передаче соответствуют лучи R и 2Л.
Третий задний ход - 3R
Муфту С перемещаем в правое положение включаем пару шестерен 15-10, муфту D - в нейтральное положение.
Крутящий момент передается от входного вала 2 рядом шестерен 7-19-18, муфтой А на промежуточный вал 4, далее парой шестерен 15-10, муфтой С на выходной вал 3. На лучевой диаграмме этой соответствуют лучи R и 3Л.
Четвертый задний ход - 4R
Муфту С перемещаем в левое положение, включаем пару шестерен 16-9.
Крутящий момент передается от входного вала 2 рядом шестерен 7-19-18, муфтой А на промежуточный вал 4, далее парой шестерен 16-9, муфтой С на выходной вал 3. На лучевой диаграмме этой передаче соответствуют лучи R и 4Л.
Технико-экономическая эффективность заключается в следующем:
1
5
1
5
1
5
3
4
3,5
1. Устранение опоры выходного вала из торца входного вала позволяет увеличить величину передаточного числа пары шестерен привода промежуточного вала без увеличения межосевого расстояния, габаритов и массы КП, что расширяет диапазон КП и эксплуатационные возможности транспортного средства. КП автомобиля КАЗ 4500 имеет диапазон 9,42 при среднем интервале 1,378. На фиг.2 и 4 приведены данные для диапазона 12 при среднем интервале между передачами 1,426. При этом на фиг.1 и 2 передаточные числа пар шестерен составят: U=1,378=2,901; U=1,378=4,137; диапазон - D=U×U=2,901×4,137=12. Если уравнять передаточные числа крайних пар шестерен, то для того же диапазона 12 получим U=U=1,426=3,464.
2. Размещение обеих опор входного вала внутри картера КП уменьшает длину агрегата за счет устранения удлинителя для внешней опоры входного вала.
3. Установка дополнительной опоры выходного и входного валов в средней части КП повышает долговечность КП за счет улучшения условий работы зубчатых зацеплений при уменьшении изгибных деформаций валов при снижении их длины.