ТРАНСМИССИЯ ПОЛНОПРИВОДНОГО АВТОМОБИЛЯ
ALL-WHEEL DRIVE VEHICLE TRANSMISSION

Техническое решение относится к колесным транспортным средствам, а именно к трансмиссиям полноприводных грузовых и пассажирских 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.
Задачей является повышение эффективности и удобства использования трансмиссии полноприводного автомобиля путем обеспечения автоматического перераспределения в надлежащее время поворотных моментов между передними и задними колесами автомобиля, содержащего ступенчатую коробку передач со сцеплением и раздаточную коробку с межосевым дифференциалом, содержащим три планетарных ряда.
Решение задачи обеспечения своевременного автоматического перераспределения поворотных моментов между передними и задними колесами обеспечено тем, что в трансмиссии полноприводного 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, расположенный в гидролинии, сообщающей заднюю секцию рабочей камеры с передней секцией, имеет управление от электромагнита, подключенного к датчику включения низшей ступени в коробке передач. При выключенных электромагнитах передняя и задняя секции рабочей камеры сообщены через распределитель и клапан с источником давления рабочей жидкости, а средняя секция сообщена через распределитель со сливом.
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 низшей ступени в коробке передач ускорение автомобиля больше, чем на высшей ступени, и, значит, получается увеличенной из-за инерции кузова нагрузка на задние колеса, которая снижается по мере перехода с низшей ступени на промежуточные ступени и затем на высшую ступень.
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 полноприводный грузовой автомобиль содержит раму 1, на которой впереди расположена кабина 2, а за ней установлен кузов 3, предназначенный для перевозки груза. Между кабиной и кузовом на раме установлен двигатель 4. Автомобиль содержит трансмиссию для передачи поворотного момента от двигателя к передним колесам 5 и к задним колесам 6, имеющим упругую подвеску на раме 1. В кинематической цепи 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, имеющий привод от выходного вала коробки передач 8 (фигура 2). 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. Солнечная шестерня 25 третьего планетарного ряда расположена на ступице солнечной шестерни 21 второго планетарного ряда, и, кроме того, она установлена в водиле 13 в прикрепленной к нему кольцевой детали, образующей опору для сателлитов.
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. 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 датчику 42 включения низшей ступени в коробке передач. Датчики 39 и 42 содержат контакты, соединяющие электромагниты 37 и 38 с источником электрического тока при их замыкании штоками 43, 44, передвигающими зубчатые муфты включения ступеней в коробке передач 8 при перестановке в другое положение рычага 45 управления коробкой передач. При выключенных электромагнитах 37 и 38 передняя и задняя секции рабочей камеры сообщены через распределитель 33 и клапан 36 с источником давления рабочей жидкости, а средняя секция сообщена через распределитель 33 со сливом.
Для приведения автомобиля в движение размыкают сцепление 7 и включают в коробке передач 8 низшую ступень, а именно первую ступень путем перемещения штока 44. Шток при его перестановке замыкает контакты выключателя, образующего датчик 42 включения низшей ступени в коробке передач. От датчика 42 сигнал по электрической цепи 41 поступает к электромагниту 40, который 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 44 в прежнее положение, выключая первую ступень, и включают в коробке передач вторую ступень. Так как при включении второй ступени в коробке передач ускорение автомобиля получается меньше, чем при включении первой ступени, то, значит, перераспределение нагрузки на задние колеса автомобиля из-за инерции кузова получается меньше. В связи с этим после перемещения штока 44 в прежнее положение прекращается поступление электрического тока по электрической цепи 41 к электромагниту 40. При выключении электромагнита 40 золотник клапана 36 под действием возвратной пружины перемещается в начальное положение, при котором задняя секция рабочей камеры сообщается через клапан 36 с передней секцией рабочей камеры, которая в свою очередь сообщается с насосом 34. При поступлении рабочей жидкости под давлением в заднюю секцию рабочей камеры 29 дополнительный 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. Это передаточное число сохраняется при включении и других промежуточных ступеней в коробке передач 8. Если автомобиль въехал в гористую местность и движется вверх по крутому склону, из-за чего увеличивается нагрузка на задние колеса, то тогда в коробке передач выключается промежуточная ступень и включается низшая ступень. При включении низшей ступени в коробке передач в межосевом дифференциале по сигналу датчика 42 устанавливается наибольшее силовое передаточное число, при котором получается больше доля поворотного момента, направляемого к задним колесам. Если же 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 43, 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.