Механическая коробка передач (варианты)
MANUAL TRANSMISSION (EMBODIMENTS)

Область техники.
Заявляемая группа технических решений относится к области механических передач с переменной скоростью и может быть использовано в трансмиссиях транспортных средств с переменным передаточным отношением.
Предшествующий уровень техники.
Известна механическая коробка передач (статья «Полным-полна моя коробочка: Вскрываем коробку передач», журнал «Популярная механика» №7, Июль 2005), содержащая ведущий вал с жестко закрепленными на нем ведущими шестернями, и ведомый вал с установленными на нем свободно вращающимися ведомыми шестернями. Ведомые шестерни попарно постоянно сцеплены с ведущими шестернями. Ведомый вал в промежутках между ведомыми шестернями снабжен управляемыми двусторонними муфтами, выполненными с возможностью зацепления ведомого вала с одной из ведомых шестерен. Управляемая муфта представляет собой установленное на шлицах ведомого вала стопорное кольцо. Зацепление ведомых шестерен со стопорными кольцами происходит также посредством шлицов. Так как управляемая муфта двусторонняя, то она обеспечивает соединение ведомого вала с одной из ведомых шестерен, расположенных по обе стороны стопорного кольца. Для сравнивания скоростей вращения стопорного кольца и ведомой шестерни при включении передачи между ними установлены синхронизаторы. Стопорные кольца перемещаются вдоль ведомого вала с помощью вилок и соответствующих им тяг. Тяги приводятся в движение рычагом, установленным в салоне автомобиля. Шестерни прямых передач имеют косые зубцы. Шестерни обратной передачи имеют прямые зубцы.
Недостатком указанного аналога является выполнение управляемой муфты в виде стопорного кольца, входящего в зацепление с ведомой шестерней сбоку и имеющего сравнимый с этой шестерней размер, а также управление кольцом с помощью вилки. Указанное приводит к необходимости перемещения больших масс при переключении передач, что либо приводит к снижению максимально возможной скорости переключения передач, либо требует более мощных исполнительных механизмов при роботизированном переключении передач. Наличие трения в паре стопорное кольцо — вилка снижает КПД коробки передач.
Раскрытие заявляемого технического решения.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение скорости переключения передач.
Техническим результатом, обеспечиваемым каждым из заявленных технических решений, является обеспечение снижения движущихся масс в механизме управления муфтами включения передач. Это приводит к повышению скорости переключения передач или снижению требуемой мощности привода исполнительных механизмов переключения передач.
Другим техническим результатом, обеспечиваемым каждым из заявленных технических решений, является снижение трения в механизме управления муфтами включения передач.
Сущность заявленного технического решения по варианту 1 состоит в том, что механическая коробка передач содержит ведущий вал, соединенный с ведомым валом механической передачей с переменным передаточным отношением, у которой ведущие дисковые элементы, установленные на ведущем валу, попарно постоянно зацеплены с ведомыми дисковыми элементами, установленными на ведомом валу. При этом ведущий или ведомый дисковый элемент по крайней мере в двух парах дисковых элементов установлен на своем валу на управляемой муфте. Отличается тем, что управляемая муфта снабжена выдвижным фиксатором, который:
- для управляемой муфты ведущего дискового элемента выполнен с возможностью частичного выдвижения из ведущего вала в соответствующий паз ведущего дискового элемента при перемещении штока управления внутри ведущего вала;
- для управляемой муфты ведомого дискового элемента выполнен с возможностью частичного выдвижения из ведомого вала в соответствующий паз ведомого дискового элемента при перемещении штока управления внутри ведомого вала.
Фиксатор управляемой муфты представляет собой шарик, цилиндр или закрепленный на соответствующем ведущем или ведомом валу кулачок, прижимаемый к штоку управления кольцевой возвратной пружиной. При этом шток управления снабжен канавкой, длина которой выбрана такой, что при продольном перемещении штока управления обеспечивается либо отключение всех управляемых муфт, либо включение одной из них.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения по варианту 1, обеспечивающих достижение всех заявленных технических результатов.
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение по варианту 1 следующим образом.
Дисковые элементы могут быть выполнены в виде шестерен, звездочек или шкивов. В паре ведущий-ведомый дисковый элемент на управляемой муфте целесообразно устанавливать тот дисковый элемент, который имеет наибольший диаметр. Ведомый вал может быть соединен с демультипликатором. Коробка передач может быть снабжена блоком торможения, содержащим первичный и вторичный валы, выполненные заодно или соединенные предохранительной муфтой. Первичный вал соединен механической передачей с ведомым валом, а на вторичном валу блока торможения на управляемых муфтах установлены шестерни торможения, входящие в постоянное зацепление с теми ведущими шестернями, которые жестко закреплены на ведущем валу.
Шток управления шарнирно соединен с рычагом.
Сущность заявленного технического решения по варианту 2 состоит в том, что механическая коробка передач содержит ведущий вал, соединенный с ведомым валом механической передачей с переменным передаточным отношением, у которой ведущие дисковые элементы, установленные на ведущем валу, попарно постоянно зацеплены с ведомыми дисковыми элементами, установленными на ведомом валу. При этом ведущий или ведомый дисковый элемент по крайней мере в двух парах дисковых элементов установлен на своем валу на управляемой муфте. Отличается тем, что управляемая муфта снабжена заклинивающим элементом, установленным на соответствующем ведущем или ведомом валу на винтовой передаче. Заклинивающий элемент и, соответственно, ведущий или ведомый дисковый элемент снабжены смежными фрикционными поверхностями. Управляемая муфта ведущего дискового элемента выполнена с возможностью блокирования ведущего дискового элемента на ведущем валу по крайней мере при его вращении относительно ведущего дискового элемента с большей угловой скоростью. Управляемая муфта ведомого дискового элемента выполнена с возможностью блокирования ведомого дискового элемента на ведомом валу по крайней мере при вращении ведомого дискового элемента относительно ведомого вала с большей угловой скоростью. Управляемая муфта снабжена выдвижным фиксатором, который при перемещении штока управления внутри, соответственно, ведущего или ведомого вала:
- либо частично выдвигается из, соответственно, ведущего или ведомого вала в соответствующий паз заклинивающего элемента;
- либо частично выдвигается из заклинивающего элемента в соответствующий паз, соответственно, ведущего или ведомого вала.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения по варианту 2, обеспечивающих достижение всех заявленных технических результатов.
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение по варианту 2 следующим образом.
Дисковые элементы могут быть выполнены в виде шестерен, звездочек или шкивов. В паре ведущий-ведомый дисковый элемент на управляемой муфте целесообразно устанавливать тот дисковый элемент, который имеет наибольший диаметр. Ведомый вал может быть соединен с демультипликатором. Коробка передач может быть снабжена блоком торможения, содержащим первичный и вторичный валы, выполненные заодно или соединенные предохранительной муфтой. Первичный вал соединен механической передачей с ведомым валом, а на вторичном валу блока торможения на управляемых муфтах установлены шестерни торможения, входящие в постоянное зацепление с теми ведущими шестернями, которые жестко закреплены на ведущем валу.
Заклинивающий элемент может быть снабжен на резьбовой поверхности пазами под фиксатор. Фиксатор управляемой муфты представляет собой пару шариков или цилиндр и выполнен с возможностью частичного выдвижения из ведущего (или ведомого) вала в соответствующий паз заклинивающего элемента при перемещении штока управления внутри ведущего (или ведомого) вала. Шток управления снабжен канавками, длина и расположение которых выбраны такими, что при продольном перемещении штока управления обеспечивается включение только одной из управляемых муфт, при этом шток управления шарнирно соединен с рычагом.
Фиксатор управляемой муфты может быть размещен в заклинивающем элементе и представляет собой подпружиненный цилиндр. Фиксатор выполнен с возможностью частичного выдвижения из заклинивающего элемента в соответствующий паз ведущего (или ведомого) вала при перемещении штока управления внутри этого вала. Паз ведущего (или ведомого) вала под фиксатор представляет собой отверстие, в котором размещен первый толкатель, упирающийся в шток управления. Шток управления снабжен канавками, длина и расположение которых выбраны такими, что при продольном перемещении штока управления обеспечивается включение только одной из управляемых муфт, при этом шток управления шарнирно соединен с рычагом.
Сущность заявленного технического решения по варианту 3 состоит в том, что механическая коробка передач содержит ведущий вал, соединенный с ведомым валом механической передачей с переменным передаточным отношением, у которой ведущие дисковые элементы, установленные на ведущем валу, попарно постоянно зацеплены с ведомыми дисковыми элементами, установленными на ведомом валу. При этом ведущий или ведомый дисковый элемент по крайней мере в двух парах дисковых элементов установлен на своем валу на управляемой муфте. Отличается тем, что управляемая муфта снабжена заклинивающим элементом. Управляемая муфта ведущего дискового элемента выполнена с возможностью блокирования ведущего дискового элемента на ведущем валу по крайней мере при его вращении относительно ведущего дискового элемента с большей угловой скоростью. Управляемая муфта ведомого дискового элемента выполнена с возможностью блокирования ведомого дискового элемента на ведомом валу по крайней мере при вращении ведомого дискового элемента относительно ведомого вала с большей угловой скоростью. Управляемая муфта снабжена выдвижным фиксатором, который при перемещении штока управления внутри, соответственно, ведущего или ведомого вала частично выдвигается из одной части заклинивающего элемента в соответствующий паз другой части заклинивающего элемента.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения по варианту 3, обеспечивающих достижение всех заявленных технических результатов.
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение по варианту 3 следующим образом.
Дисковые элементы могут быть выполнены в виде шестерен, звездочек или шкивов. В паре ведущий-ведомый дисковый элемент на управляемой муфте целесообразно устанавливать тот дисковый элемент, который имеет наибольший диаметр. Ведомый вал может быть соединен с демультипликатором. Коробка передач может быть снабжена блоком торможения, содержащим первичный и вторичный валы, выполненные заодно или соединенные предохранительной муфтой. Первичный вал соединен механической передачей с ведомым валом, а на вторичном валу блока торможения на управляемых муфтах установлены шестерни торможения, входящие в постоянное зацепление с теми ведущими шестернями, которые жестко закреплены на ведущем валу.
Заклинивающий элемент может содержать дисковую первую часть, выполненную заодно с ведущим (или ведомым) дисковым элементом и установленную на винтовой передаче на дисковой второй части, которая свободно вращается на соответствующем ведущем (или ведомом) валу между зафиксированными на нем упорными пластинами. Торцы упомянутых частей заклинивающего элемента и смежные с ними поверхности упорных пластин являются фрикционными. Фиксатор управляемой муфты размещен в первой части заклинивающего элемента и представляет собой подпружиненный цилиндр. Паз под фиксатор второй части заклинивающего элемента представляет собой отверстие, в котором размещен второй толкатель, упирающийся в пружинное кольцо, размещенное в кольцевой канавке ведущего (или ведомого) вала, в которой этот вал снабжен отверстием, в котором размещен первый толкатель. Первый толкатель упирается в шток управления, снабженный продольной канавкой. Заклинивающий элемент снабжен возвратным механизмом, представляющим собой пару упирающихся в бортики второй части заклинивающего элемента одинаковых подпружиненных возвратных толкателей. Возвратные толкатели выполнены в форме шариков, установленных в одинаковых несквозных отверстиях, расположенных в первой части заклинивающего элемента параллельно оси ее вращения и симметрично относительно плоскости симметрии, перпендикулярной этой оси.
Заклинивающий элемент может содержать дисковую первую часть, выполненную заодно с ведущим (или ведомым) дисковым элементом и установленную с возможностью поворота на полке второй части, которая свободно вращается на ведущем (или ведомом) валу между зафиксированными на нем упорными пластинами. Вторая часть заклинивающего элемента снабжена дисковым упором для первой его части. Смежные поверхности дискового упора и первой части заклинивающего элемента выполнены волнистыми, повторяющими форму друг друга, а противоположные их поверхности и смежные с ними поверхности упорных пластин являются фрикционными. Фиксатор управляемой муфты размещен в первой части заклинивающего элемента и представляет собой подпружиненный цилиндр. Паз под фиксатор второй части заклинивающего элемента представляет собой отверстие, в котором размещен второй толкатель, упирающийся в ведущий (или ведомый) вал, в котором в зоне контакта со вторым толкателем выполнено отверстие, в котором размещен первый толкатель. Первый толкатель упирается в шток управления, снабженный продольной канавкой, на дне которой уложена пружинная скоба. Заклинивающий элемент снабжен возвратным механизмом, представляющим собой упирающийся в бортик второй части заклинивающего элемента подпружиненный возвратный толкатель. Смежные волнистые поверхности первой части заклинивающего элемента и дискового упора могут быть выполнены с несимметричными волнами или зубцами с обеспечением возможности взаимного зацепления соприкасающихся первой части заклинивающего элемента и дискового упора при их относительном вращении в одну сторону и осевого смещения друг относительно друга при их относительном вращении в другую сторону.
Сущность заявленного технического решения по варианту 4 состоит в том, что механическая коробка передач содержит ведущий вал, соединенный с ведомым валом механической передачей с переменным передаточным отношением, у которой ведущие дисковые элементы, установленные на ведущем валу, попарно постоянно зацеплены с ведомыми дисковыми элементами, установленными на ведомом валу. При этом ведущий или ведомый дисковый элемент по крайней мере в двух парах дисковых элементов установлен на своем валу на управляемой муфте. Отличается тем, что управляемая муфта снабжена заклинивающими элементами, выполненными в виде собачек, прижатых к пружинному кольцу, установленному на ведущем (или ведомом) валу, Также управляемая муфта снабжена толкателем, установленным в отверстии ведущего (или ведомого) вала между пружинным кольцом и штоком управления, размещенным внутри соответствующего вала. Толкатель выполнен с возможностью приведения заклинивающих элементов в контакт одновременно с ведущим валом и ведущим дисковым элементом или ведомым валом и ведомым дисковым элементом при перемещении штока управления внутри ведущего или ведомого вала.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения по варианту 4, обеспечивающих достижение всех заявленных технических результатов.
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение по варианту 4 следующим образом. Дисковые элементы могут быть выполнены в виде шестерен, звездочек или шкивов. В паре ведущий-ведомый дисковый элемент на управляемой муфте целесообразно устанавливать тот дисковый элемент, который имеет наибольший диаметр. Ведомый вал может быть соединен с демультипликатором. Коробка передач может быть снабжена блоком торможения, содержащим первичный и вторичный валы, выполненные заодно или соединенные предохранительной муфтой. Первичный вал соединен механической передачей с ведомым валом, а на вторичном валу блока торможения на управляемых муфтах установлены шестерни торможения, входящие в постоянное зацепление с теми ведущими шестернями, которые жестко закреплены на ведущем валу.
Управляемые муфты могут быть выполнены обгонными и при этом собачки закреплены на ведущем (или ведомом) валу. Ведущий (или ведомый) дисковый элемент с внутренней стороны снабжен несимметричными зубцами. Снаружи язычки собачек прижимаются к пружинному кольцу кольцевыми пружинами. Шток управления выполнен с плавно изменяющимся диаметром так, что при перемещении штока управления обеспечивается включение только одной из управляемых муфт.
Управляемые муфты могут быть выполнены обгонными. Собачки закреплены на ведущем (или ведомом) дисковом элементе и имеющих упорный рычаг и язычок. Ведущий (или ведомый) вал снабжен несимметричными зубцами. Упорные рычаги собачек прижимаются к пружинному кольцу под действием пружин, установленных между этими рычагами и ведущим (или ведомым) дисковым элементом. Язычки снабжены прорезями под пружинное кольцо. Шток управления выполнен с плавно изменяющимся диаметром так, что при перемещении штока управления обеспечивается включение только одной из управляемых муфт. Управляемая муфта дополнительно содержит защитные ролики, соединенные пружинами с ведущим (или ведомым) дисковым элементом и толкаемые этими пружинами в сторону пружинного кольца. Причем каждый защитный ролик размещен между упорным рычагом и защитным выступом на соответствующем дисковом элементе.
Сущность заявленного технического решения по варианту 5 состоит в том, что механическая коробка передач содержит ведущий вал, соединенный с ведомым валом механической передачей с переменным передаточным отношением, у которой ведущие дисковые элементы, установленные на ведущем валу, попарно постоянно зацеплены с ведомыми дисковыми элементами, установленными на ведомом валу. При этом ведущий или ведомый дисковый элемент по крайней мере в двух парах дисковых элементов установлен на своем валу на управляемой муфте. Отличается тем, что управляемая муфта снабжена заклинивающим элементом, размещенным в вырезе под этот элемент в ведущем (или ведомом) валу. Внутри заклинивающего элемента размещен подпружиненный фиксатор, выполненный с возможностью частично выдвигаться за пределы заклинивающего элемента под действием своей пружины. Управляемая муфта также снабжена толкателем, выполненным с возможностью воздействия на фиксатор и приведения заклинивающего элемента в контакт одновременно с ведущим валом и ведущим дисковым элементом или ведомым валом и ведомым дисковым элементом при перемещении штока управления внутри ведущего или ведомого вала.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения по варианту 5, обеспечивающих достижение всех заявленных технических результатов.
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение по варианту 5 следующим образом.
Дисковые элементы могут быть выполнены в виде шестерен, звездочек или шкивов. В паре ведущий-ведомый дисковый элемент на управляемой муфте целесообразно устанавливать тот дисковый элемент, который имеет наибольший диаметр. Ведомый вал может быть соединен с демультипликатором. Коробка передач может быть снабжена блоком торможения, содержащим первичный и вторичный валы, выполненные заодно или соединенные предохранительной муфтой. Первичный вал соединен механической передачей с ведомым валом, а на вторичном валу блока торможения на управляемых муфтах установлены шестерни торможения, входящие в постоянное зацепление с теми ведущими шестернями, которые жестко закреплены на ведущем валу.
Управляемые муфты могут быть выполнены обгонными и при этом каждая из них содержит два заклинивающих элемента. Ведущий (или ведомый) вал снабжен несимметричными V-образными в профиле вырезами под заклинивающие элементы, имеющими стенку и полку. Стенка имеет уклон относительно радиального направления в сторону, противоположную направлению вращения ведущего (или ведомого) вала. Полка снабжена отверстием под толкатель, в котором размещен толкатель, упирающийся в шток управления. Заклинивающие элементы прижимаются кольцевыми пружинами к месту соединения стенки и полки, где глубина выреза больше высоты заклинивающего элемента и фиксатор попадает в отверстие под толкатель. Шток управления выполнен с плавно изменяющимся диаметром.
Управляемая муфта может содержать два заклинивающих элемента. Ведущий (или ведомый) вал снабжен дугообразными в профиле проточками под заклинивающие элементы, снабженными отверстием под толкатель, в котором размещен толкатель, упирающийся в шток управления. Заклинивающие элементы прижимаются кольцевыми пружинами к середине проточки, где заклинивающий элемент не касается ведущего (или ведомого) дискового элемента и фиксатор попадает в отверстие под толкатель. Шток управления выполнен с плавно изменяющимся диаметром.
Сущность заявленного технического решения по варианту 6 состоит в том, что механическая коробка передач содержит ведущий вал, соединенный с ведомым валом механической передачей с переменным передаточным отношением, у которой ведущие дисковые элементы, установленные на ведущем валу, попарно постоянно зацеплены с ведомыми дисковыми элементами, установленными на ведомом валу. При этом ведущий или ведомый дисковый элемент по крайней мере в двух парах дисковых элементов установлен на своем валу на управляемой муфте. Отличается тем, что управляемая муфта снабжена заклинивающими элементами, выполненными в виде роликов, свободно размещенных на полках несимметричных зубцов ведущего (или ведомого) вала. Ролики прижимаются кольцевыми пружинами к пружинному кольцу, установленному на ведущем (или ведомом) валу. Управляемая муфта также снабжена толкателем, выполненным с возможностью воздействия на пружинное кольцо и приведения заклинивающего элемента в контакт одновременно с ведущим валом и ведущим дисковым элементом или ведомым валом и ведомым дисковым элементом при перемещении штока управления внутри ведущего или ведомого вала.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения по варианту 6, обеспечивающих достижение всех заявленных технических результатов.
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение по варианту 6 следующим образом.
Дисковые элементы могут быть выполнены в виде шестерен, звездочек или шкивов. В паре ведущий-ведомый дисковый элемент на управляемой муфте целесообразно устанавливать тот дисковый элемент, который имеет наибольший диаметр. Ведомый вал может быть соединен с демультипликатором. Коробка передач может быть снабжена блоком торможения, содержащим первичный и вторичный валы, выполненные заодно или соединенные предохранительной муфтой. Первичный вал соединен механической передачей с ведомым валом, а на вторичном валу блока торможения на управляемых муфтах установлены шестерни торможения, входящие в постоянное зацепление с теми ведущими шестернями, которые жестко закреплены на ведущем валу.
Толкатели могут быть установлены в отверстиях ведущего (или ведомого) вала между пружинным кольцом и штоком управления. Шток управления выполнен с плавно изменяющимся диаметром.
Сущность заявленного технического решения по варианту 7 состоит в том, что механическая коробка передач содержит ведущий вал, соединенный с ведомым валом механической передачей с переменным передаточным отношением, у которой ведущие дисковые элементы, установленные на ведущем валу, попарно постоянно зацеплены с ведомыми дисковыми элементами, установленными на ведомом валу. При этом ведущий или ведомый дисковый элемент по крайней мере в двух парах дисковых элементов установлен на своем валу на управляемой муфте. Отличается тем, что управляемая муфта снабжена заклинивающим элементом, водилом и выдвижным фиксатором, выполненным с возможностью частичного выдвижения из ведущего (или ведомого) вала в соответствующий паз водила при перемещении штока управления внутри ведущего (или ведомого) вала. Водило выполнено с возможностью поджатия заклинивающего элемента одновременно к ведущему валу и ведущему дисковому элементу (или к ведомому валу и ведомому дисковому элементу) при вращении ведущего (или ведомого) вала и попадании фиксатора в паз водила.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения по варианту 7, обеспечивающих достижение всех заявленных технических результатов.
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение по варианту 7 следующим образом.
Дисковые элементы могут быть выполнены в виде шестерен, звездочек или шкивов. В паре ведущий-ведомый дисковый элемент на управляемой муфте целесообразно устанавливать тот дисковый элемент, который имеет наибольший диаметр. Ведомый вал может быть соединен с демультипликатором. Коробка передач может быть снабжена блоком торможения, содержащим первичный и вторичный валы, выполненные заодно или соединенные предохранительной муфтой. Первичный вал соединен механической передачей с ведомым валом, а на вторичном валу блока торможения на управляемых муфтах установлены шестерни торможения, входящие в постоянное зацепление с теми ведущими шестернями, которые жестко закреплены на ведущем валу.
Заклинивающие элементы могут представлять собой ролики, размещенные в пространстве между ведущим валом и ведущим дисковым элементом (или ведомым валом и ведомым дисковым элементом). Внутренняя поверхность соответствующего дискового элемента выполнена с несимметричными зубцами. Ролики в средней части имеют сужение под пружинное кольцо, прижимающее ролики к ведущему (или ведомому) дисковому элементу, и под вилку или зацеп кольцеобразного водила, свободно вращающегося на ведущем (или ведомом) валу. Фиксатор размещен между водилом и штоком управления в отверстии ведущего (или ведомого) вала и прижимается к указанному штоку кольцевой возвратной пружиной, установленной на ведущем (или ведомом) валу. Шток управления снабжен канавками с уложенными в них пружинными скобами с обеспечением возможности включения только одной из управляемых муфт при продольном перемещении штока управления. В области наибольшего размера зубцов ведущий (или ведомый) дисковый элемент снабжен подпружиненными стопорами, упирающимися в водило. Поверхность водила под стопорами снабжена выемкой в позиции водила, соответствующей размещению роликов в области наибольшей глубины зубцов.
Управляемая муфта может быть выполнена обгонной. Внутренняя поверхность ведущего (или ведомого) дискового элемента в профиле овальная. В пространстве между ведущим дисковым элементом и ведущим валом (или между ведомым дисковым элементом и ведомым валом) размещены два заклинивающих элемента, каждый из которых выполнен в профиле в форме части сегмента упомянутого овала. Заклинивающие элементы в средней части имеют вырезы под пружинный элемент, прижимающий заклинивающие элементы к ведущему (или ведомому) дисковому элементу, и под кольцеобразное водило, свободно вращающееся на ведущем (или ведомом) валу. Два фиксатора размещены между водилом и штоком управления в отверстиях ведущего (или ведомого) вала и прижимаются к указанному штоку кольцевой возвратной пружиной, установленной на ведущем (или ведомом) валу. Шток управления снабжен канавками с уложенными в них пружинными скобами. Ведущий (или ведомый) дисковый элемент снабжен подпружиненными стопорами, упирающимися в водило.
Паз водила под предпочтительно имеет защитную и обгонную фаски. Защитная фаска выполнена с обеспечением возможности срыва зацепления фиксатора с водилом при повышенной нагрузке на фиксатор со стороны ведущего (или ведомого) вала. Обгонная фаска выполнена с обеспечением возможности выхода фиксатора из паза с наименьшим сопротивлением со стороны расположения этой фаски. На поверхности водила вблизи обгонной фаски выполнен защитный выступ.
Управляемая муфта может содержать четыре заклинивающих элемента, выполненных в виде роликов, каждый из которых размещен в профиле между двумя симметричными зубцами на поверхности ведущего (или ведомого) дискового элемента. Ролики размещены своими торцевыми сужениями в проточках трубообразного водила и прижаты пружинами к ведущему (или ведомому) дисковому элементу. Управляющая муфта снабжена по крайней мере двумя фиксаторами, расположенными между водилом и штоком управления в отверстиях ведущего (или ведомого) вала. Фиксаторы прижаты к указанному штоку кольцевыми возвратными пружинами, установленными на ведущем (или ведомом) валу. Соответствующие фиксаторам пазы расположены на разных концах водила и снабжены обгонной фаской, выполненной с обеспечением возможности выхода фиксатора из паза с наименьшим сопротивлением со стороны расположения этой фаски. Обгонные фаски в пазах на разных концах водила расположены по разные в профиле стороны этих пазов, обеспечивая возможность выхода фиксаторов из пазов с наименьшим сопротивлением в разные стороны. Шток управления снабжен канавкой с уложенной в нее пружинной скобой.
Сущность заявленного технического решения по варианту 8 состоит в том, что механическая коробка передач содержит ведущий вал, соединенный с ведомым валом механической передачей с переменным передаточным отношением, у которой ведущие дисковые элементы, установленные на ведущем валу, попарно постоянно зацеплены с ведомыми дисковыми элементами, установленными на ведомом валу. При этом по крайней мере два ведущих дисковый элемента установлены на ведущем валу на управляемой муфте. Отличается тем, что управляемая муфта снабжена заклинивающим элементом и управляющей втулкой, выполненной с возможностью поворота при перемещении штока управления внутри ведущего вала и приведения заклинивающего элемента в контакт одновременно с ведущим валом и ведущим дисковым элементом.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения по варианту 8, обеспечивающих достижение всех заявленных технических результатов.
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение по варианту 8 следующим образом.
Дисковые элементы могут быть выполнены в виде шестерен, звездочек или шкивов. Ведомый вал может быть соединен с демультипликатором. Коробка передач может быть снабжена блоком торможения, содержащим первичный и вторичный валы, выполненные заодно или соединенные предохранительной муфтой. Первичный вал соединен механической передачей с ведомым валом, а на вторичном валу блока торможения на управляемых муфтах установлены шестерни торможения, входящие в постоянное зацепление с теми ведущими шестернями, которые жестко закреплены на ведущем валу.
Ведущий вал предпочтительно выполнен составным из средней и оконечной частей, соединенных винтовой передачей. Три ведущих дисковых элемента свободно вращаются на управляющих втулках, которые в свою очередь установлены на оконечной части ведущего вала с возможностью поворота. Каждая управляющая втулка и установленный на ней ведущий дисковый элемент размещены между двух частей заклинивающего элемента, установленных на оконечной части ведущего вала с возможностью осевого перемещения. Ведущие дисковые элементы и части заклинивающих элементов имеют смежные фрикционные поверхности. Каждая управляющая втулка снабжена на торцах зубьями, а части заклинивающего элемента снабжены ответными пазами. Каждая управляющая втулка снабжена управляющим отверстием, в которое входит рычаг поворота, закрепленный в штоке управления и проходящий через прорезь в оконечной части ведущего вала. Конфигурация управляющих отверстий и крепление рычагов поворота в штоке управления выполнены с обеспечением возможности включения только одной из управляемых муфт при продольном перемещении штока управления.
Автором технических решений заявленной группы изготовлены опытные образцы этих решений, испытания которых подтвердили достижение технического результата.
Краткое описание чертежей
На фигуре 1 показана схема коробки передач по всем заявленным вариантам; на фиг. 2 — схематично продольный разрез ведущего вала в сборе в области установки управляемых муфт по примеру 1 варианта 1; на фиг. 3 - схематично продольный разрез ведущего вала в сборе по примеру 2 варианта 1; на фиг. 4 - схематично поперечный разрез ведущего вала в сборе по примеру 2 варианта 1; на фиг. 5 - схематично продольный разрез ведущего вала в сборе по примеру 3 варианта 1; на фиг. 6 - схематично продольный разрез ведущего вала в сборе по примеру 4 варианта 1; на фиг. 7 - схема коробки передач по примеру 5 варианта 1;
на фиг. 8 - схематично продольный разрез ведущего вала в сборе по примеру 1 варианта 2; на фиг. 9 - схематично продольный разрез ведущего вала в сборе по примеру 2 варианта 2; на фиг. 10 - схематично продольный разрез ведущего вала в сборе по примеру 3 варианта 2; на фиг. 11 - схематично продольный разрез ведущей шестерни по примеру 4 варианта 2;
на фиг. 12 и 13 - схематично продольный и поперечный разрезы ведущей шестерни по примеру 1 варианта 3; на фиг. 14 и 15 - схематично продольный и поперечный разрезы ведущей шестерни по примеру 2 варианта 3; на фиг. 16 и 17 - схематично продольный и поперечный разрезы ведущей шестерни по примеру 3 варианта 3; на фиг. 18 - схема коробки передач по примеру 5 варианта 2 и примеру 4 варианта 3; на фиг. 19 - схема коробки передач по примеру 6 варианта 2 и примеру 5 варианта 3;
на фиг. 20 и 21 - схематично продольный и поперечный разрезы ведущей шестерни по примеру 1 варианта 4; на фиг. 22 и 23 - схематично продольный и поперечный разрезы ведущей шестерни по примеру 2 варианта 4;
на фиг. 24 и 25 - схематично продольный и поперечный разрезы ведущей шестерни по примеру 1 варианта 5; на фиг. 26 — схематично поперечный разрез ведущей шестерни по примеру 1 варианта 5 при включенной управляемой муфте, на фиг. 27 - схематично поперечный разрез ведущей шестерни по примеру 2 варианта 5;
на фиг. 28 и 29 - схематично продольный и поперечный разрезы ведущей шестерни по примеру 1 варианта 6;
на фиг. 30 и 31 - схематично продольный и поперечный разрезы ведущей шестерни по примеру 1 варианта 7; на фиг. 32 - схематично поперечный разрез ведущей шестерни по примеру 2 варианта 7; на фиг. 33, 34, 35 - схематично продольный и поперечные разрезы ведущей шестерни по примеру 3 варианта 7;
на фиг. 36 - схематично поперечный разрез ведущей шестерни по примеру 4 варианта 7; на фиг. 37 - схематично поперечный разрез ведущей шестерни по примеру 5 варианта 7; на фиг. 38 - схематично поперечный разрез ведущей шестерни по примеру 6 варианта 7; на фиг. 39 - схематично поперечный разрез ведущей шестерни по примеру 7 варианта 7; на фиг. 40 - схематично поперечный разрез ведущей шестерни по примеру 8 варианта 7; на фиг. 41, 42 - схематично продольный и поперечный разрезы ведущей шестерни по примеру 9 варианта 7;
на фиг. 43 - схематично продольный разрез оконечной части ведущего вала по примеру 1 варианта 8; на фиг. 44 - схематично поперечный разрез в области втулки по примеру 1 варианта 8; на фиг. 45 - схематично вид втулки сбоку (пример 1 варианта 7).
Перечень ссылочных обозначений:
1 - механизм сцепления;
2 - ведущий вал;
201 - средняя часть ведущего вала;
202 - оконечная часть ведущего вала;
203 - втулка ведущего вала;
204 - зубцы;
205 - стенка выреза;
206 - полка выреза;
3 - ведомый вал;
4 - ведомый дисковый элемент;
5 - ведущий дисковый элемент;
501 - зубцы;
502 - защитный выступ;
6 - управляемая муфта;
7 - неуправляемая обгонная муфта;
8 - шток управления;
9 - фиксатор;
901 - цилиндр фиксатора;
902 - ролик фиксатора;
903 - стакан фиксатора;
904 - пружина;
905 - собачка фиксатора;
906 - толкатель собачки фиксатора;
907 - вырез фиксатора;
10 - канавка штока управления;
101 - стенка канавки;
102 - пружинная скоба;
103 - выступ на дне канавки;
104 - дополнительная канавка;
105 - зацеп канавки;
11 - возвратная пружина фиксатора;
12 - подшипник;
13 - рычаг управления штоком управления;
14 - прорезь;
15 - подтормаживатель ведущего или ведомого вала;
17 - фаска;
18 - стягивающая гайка;
19 - выталкивающее пружинное кольцо;
20 - упорные пластины;
21 - заклинивающий элемент;
211 - первая часть заклинивающего элемента;
212 - вторая часть заклинивающего элемента;
213 - паз под фиксатор;
214 - бортик заклинивающего элемента;
215 - полка заклинивающего элемента;
216 - дисковый упор заклинивающего элемента;
217 - возвратный толкатель заклинивающего элемента;
218 - возвратная пружина заклинивающего элемента;
219 - профилированная выемка заклинивающего элемента;
220 - язычок собачки;
221 - упорный рычаг собачки;
222 - пружина собачки;
23 - цилиндрическая поверхность;
24 - фрикционная накладка;
25 - подтормаживатель заклинивающего элемента;
26 - толкатель заклинивающего элемента;
27 - фрикционная поверхность;
28 - вал обратной передачи;
29 - толкатель фиксатора;
30 - второй толкатель фиксатора;
31 - пружина фиксатора;
32 - сквозное отверстие для управления подтормаживателем;
33 - дополнительная канавка штока управления;
34 - толкатель подтормаживателя;
35 - промежуточное пружинное кольцо (управление подтормаживателем);
36 - шарик управления подтормаживателем;
37 - пружины управления подтормаживателем;
38 - радиальный подшипник ведущей шестерни;
39 - гайка винтовой передачи;
40 - демультипликатор;
401 - первичный вал демультипликатора;
402 - вторичный вал демультипликатора;
403 - дисковые элементы демультипликатора;
41 - управляющая втулка;
44 - рычаг поворота управляющей втулки;
45 - управляющее отверстие;
46 - упор;
47 - пружинный элемент заклинивающего элемента;
48 - кольцевая пружина заклинивающего элемента;
49 - пружинное кольцо заклинивающего элемента;
51 - водило;
511 - паз водила;
512 - защитная фаска;
513 - обгонная фаска;
514 - защитный выступ;
515 - вилка водила;
516 - зацеп водила;
52 - стопор водила;
53 - толкатель стопора;
55 - защитный ролик;
56 - перичный вал блока торможения;
57 - вторичный вал блока торможения;
58 - дисковые элементы торможения;
60 - шестерня привода блока торможения;
Осуществление технического решения по варианту 1.
Коробка передач по варианту 1 имеет корпус, в котором размещены ведущий вал (2), ведомый вал (3), вал обратной передачи (28) (фиг. 1).
Ведущий вал (2) при использовании коробки передач соединяется с двигателем через механизм сцепления (1).
На ведущем валу (2) предпочтительно установлен подтормаживатель (15), предназначенный для скоростного переключения передач, особенно при переходе на пониженную передачу. Подтормаживатель выполнен с возможностью замедления вращения ведущего вала по сигналу управления, который формируется блоком управления в зависимости от выключения сцепления, например, одновременно с выключением сцепления.
Ведущий вал (2) соединен с ведомым валом (3) механической передачей с переменным передаточным отношением. Указанная механическая передача представляет собой установленные на ведущем валу ведущие дисковые элементы (5), находящиеся попарно в постоянном зацеплении с ведомыми дисковыми элементами (4), установленными на ведомом валу (3). На фиг. 1 условно показано 7 пар дисковых элементов. Дисковые элементы предпочтительно выполнены в виде шестерен, зубья которых лежат в цилиндрической поверхности. Дисковые элементы могут быть выполнены в виде других шестерен, а также в виде связанных цепными передачами звездочек или связанных ременными передачами шкивов.
Один дисковый элемент в каждой паре ведущего-ведомого дисковых элементов установлен на своем валу на управляемой муфте (6). В частных случаях на управляемой муфте могут быть установлены либо только ведущие дисковые элементы (5), либо только ведомые дисковые элементы (4), либо часть ведущих и часть ведомых дисковых элементов.
В предпочтительном исполнении в каждой паре ведущего-ведомого дисковых элементов (5, 4) на управляемой муфте (6) установлен дисковый элемент с наибольшим диаметром. Такое исполнение обеспечивает наименьшее значение кинетической энергии вращающихся ведущего и ведомого валов с установленными на них дисковыми элементами. Это, в свою очередь, приводит к сокращению времени, требуемого для замедления ведущего вала до выравнивания угловых скоростей вращения этого вала и подключаемого ведущего дискового элемента, либо подключаемого ведомого дискового элемента и ведомого вала, и/или к снижению усилия для замедления валов.
Управление муфтами в парах ведущих-ведомых дисковых элементов осуществляется перемещением штоков управления (8) внутри соответствующих ведущего и/или ведомого валов (фиг. 2). Предпочтительным является управление за счет перемещения штока, вращающегося со скоростью вала, в котором он размещен, вдоль этого вала. Однако допускается управление и за счет относительного поворота штока в соответствующем валу или за счет комбинации поворота и продольного перемещения.
Управляемая муфта выполнена с выдвижным фиксатором (9). Фиксатор (9) выполнен с возможностью частичного выдвижения из ведущего (или ведомого) вала в соответствующий паз дискового элемента при перемещении штока управления внутри вала. Фиксатор (9) представляет собой шарик (фиг. 2), цилиндр (фиг. 3, 4) или закрепленный на соответствующем ведущем или ведомом валу кулачок (фиг. 5), прижимаемый к штоку управления (8) кольцевой возвратной пружиной (11). Шток управления снабжен канавкой или канавками (10), длина и расположение которых выбрана такой, что при перемещении штока управления обеспечивается либо отключение всех управляемых муфт, либо включение одной из них.
В зависимости от реализации дисковых элементов все пары ведущих-ведомых дисковых элементов обеспечивают вращение ведомого вала либо в направлении вращения ведущего вала, либо в противоположном направлении. Например, при выполнении дисковых элементов в виде шестерен ведомый вал вращается в противоположную сторону относительно ведущего вала. При выполнении дисковых элементов в виде шкивов или звездочек ведомый вал вращается в ту же сторону, что и ведущий вал.
Для вращения ведомого вала в другом направлении по сравнению с тем, что обеспечивают пары ведущего-ведомого дисковых элементов, коробка передач снабжена обратной передачей. При выполнении дисковых элементов в виде шестерен обратная передача может быть выполнена в виде трех шестерен, первая из которых закреплена на ведущем валу, вторая установлена на ведомом валу, а третья размещена с возможностью скольжения на отдельном валу обратной передачи (28). При включении обратной передачи шестерня на валу обратной передачи перемещается по этому валу так, чтобы войти в зацепление с двумя другими шестернями этой передачи.
Ведомый вал может быть соединен с демультипликатором (40) (фиг. 1). Демультипликатор может быть выполнен любым известным способом. Предпочтительно демультипликатор выполнен содержащим первичный (401) и вторичный (402) валы с установленными на них парами постоянно зацепленных дисковых элементов (403). Один из дисковых элементов в каждой паре установлен на управляемой муфте аналогично парам ведущих-ведомых дисковых элементов по любому из вариантов заявленного технического решения. При наличии демультипликатора трансмиссия подключается к вторичному его валу (402), а ведомый вал (3) может быть снабжен подтормаживателем для скоростного переключения демультипликатора. Упомянутый подтормаживатель может быть установлен не на ведомом валу (3), а на первичном валу (401) демультипликатора.
Примеры конкретного выполнения технического решения по варианту 1.
Пример 1 варианта 1. Коробка передач содержит семь ведущих и семь ведомых шестерен, установленных на подшипниках (12) (фиг. 1, 2). В частности, на фиг. 2 условно показаны упорные подшипники (12). В каждой паре ведущих-ведомых шестерен на управляемой муфте установлена шестерня с наибольшим диаметром. Согласно этому правилу, на управляемых муфтах установлены с первой по четвертую ведомые шестерни и с пятой по седьмую ведущие шестерни (нумерация справа налево на фиг. 1 в порядке уменьшения передаточного отношения).
Фиксаторы (9) управляемых муфт выполнены в виде шариков, которые прижимаются к штоку управления (8) кольцевыми возвратными пружинами (11). Для включения и отключения этих муфт шток (8) снабжен продольными профилированными канавками (10). Длина и расположение канавок (10) выбраны такими, что при продольном перемещении штока (8) обеспечивается либо отключение всех управляемых муфт, либо включение одной из них. Для перемещения штока (8) вдоль соответствующего вала (2) используют рычаг (13), шарнирно соединенный со штоком.
При отключенных управляемых муфтах на ведущем валу шарики-фиксаторы (9) усилием возвратных кольцевых пружин (11) находятся в канавке (10) в пределах внешних границ вала (2), соответствующие муфтам ведущие шестерни (5) свободно вращаются на валу (2). Аналогично при отключенных управляемых муфтах (6) на ведомом валу (3) соответствующие ведомые шестерни (4) свободно вращаются на ведомом валу (фиг. 1). Вращение ведущего вала при этом не передается ведомому валу. Штоки (8) вращаются вместе с валами.
Для включения управляемой муфты один из штоков (8) перемещают рычагом (13) вдоль оси так, что шарик-фиксатор (9) вытесняется из канавки (10) и выдвигается из вала. Попадая в паз ведущей шестерни (второй слева на фиг. 2), шарик-фиксатор блокирует эту шестерню на ведущем валу. После этого вращение ведущего вала передается через эту шестерню на ведомый вал. В изображенной на фигурах 1 и 2 коробке передач заблокированная шестерня соответствует шестой передаче. Выполнение фиксатора в виде шарика обеспечивает уверенное выключение управляемой муфты даже при небольшой нагрузке на валу. В частных случаях реализации коробки передач по этому примеру фиксатор (9) может быть выполнен в виде нескольких шариков, например, двух.
Для включения другой управляемой муфты шток (8) перемещают вдоль оси, снимая нагрузку с ведущего вала (2). Сначала шарик-фиксатор (9) включенной муфты попадает в канавку (10), выключая при этом включенную управляемую муфту. При этом фиксатор (9) выводится из паза ведущей шестерни и прижимается к штоку (8) возвратной пружиной (11) и ведущей шестерней, увлекаемой ведомой шестерней, ведомым валом и соединенными с ним деталями трансмиссии и колесами. Затем шарик-фиксатор другой управляемой муфты вытесняется из канавки (10) и выдвигается из ведущего вала (2) или ведомого вала (3), включая таким образом другую управляемую муфту.
Пример 2 варианта 1. Аналогичен примеру 1, но фиксаторы (9) управляемых муфт выполнены цилиндрическими со скругленными торцами (фиг. 3). При этом каждая управляемая муфта содержит два таких фиксатора. Соответственно, шток управления (8) снабжен продольными канавками (10) под каждый набор фиксаторов. Фиксаторы (9) прижимаются к штоку (8) возвратными кольцевыми пружинами (11). Каждая установленная на управляемой муфте ведущая или ведомая шестерня снабжена кольцевой канавкой под кольцевую пружину (11) (фиг. 4).
Для надежного выдвижения фиксатора (9) при включении управляемой муфты паз шестерни, в который выдвигается фиксатор, выполнен с пологой фаской (17) со стороны захода фиксатора при вращении ведущего вала (2). На фиг. 4 показана фаска (17) в пазу ведущей шестерни (5). Аналогично выполнена ведомая шестерня.
В частных случаях реализации коробки передач по этому примеру количество фиксаторов (9) может быть отлично от двух, например, один или четыре. Количество канавок (10) в этом случае соответствует количеству фиксаторов. Фиксатор (9) может быть выполнен подпружиненным посредством вкладывания пружины в его тело, либо установкой, например, пружинной скобы в канавках (10).
Пример 3 варианта 1. Коробка передач содержит четыре ведущих и четыре ведомых шестерни, установленные на подшипниках (12) (фиг. 5). В каждой паре ведущих-ведомых шестерен на управляемой муфте установлена шестерня с большим диаметром. При этом на управляемых муфтах установлены две ведомые шестерни и две ведущие шестерни.
Фиксаторы (9) управляемых муфт шестерен выполнены в виде кулачков, закрепленных на соответствующем валу. На фиг. 5 для иллюстрации показан ведущий вал (2).
Возвратные пружины (11), прижимающие фиксаторы (9) к штоку управления (8), установлены на валу.
Каждая установленная на управляемой муфте ведущая или ведомая шестерня снабжена кольцевой канавкой, в которой размещено выталкивающее пружинное кольцо (19). Это кольцо предназначено для выталкивания фиксатора (9) из паза ведущей шестерни и контактирует с фиксатором только во включенном состоянии управляемой муфты.
Пример 4 варианта 1. Коробка передач содержит две ведущие и две ведомые шестерни, установленные на подшипниках (12) (фиг. 6). В каждой паре ведущих-ведомых шестерен на управляемой муфте установлена шестерня с наибольшим диаметром. При этом на управляемых муфтах установлены одна ведомая и одна ведущая шестерни.
Для включения и отключения управляемой муфты шток управления (8) снабжен прорезью (14), в которую вставлен фиксатор (9), выполненный в виде плоского кулачка, закрепленного на валу. Для перемещения штока управления (8) вдоль вала (2) используют рычаг (13), шарнирно соединенный со штоком.
При отключенной управляемой муфте фиксатор (9) находится в прорези вала (2) в пределах его внешних границ. При этом соответствующая шестерня свободно вращается на валу. Шток управления (8) вращается вместе с валом (2).
Для включения управляемой муфты шток управления (8) перемещают рычагом (13) вдоль оси так, что фиксатор (9), поворачиваясь, выдвигается из вала (2).
Попадая при этом в паз шестерни, фиксатор блокирует ее на валу. После этого вращение ведущего вала передается через эту шестерню на ведомый вал.
Для ускорения защелкивания фиксатора желательно применять пружинистое давление для его перемещения. Для этого, например, может использоваться пружина (не показана), установленная в прорези (14) внутри штока (8) слева от фиксатора (9) и поджимающая его в сторону шестерни (5).
Кулачок-фиксатор (9) имеет значительные размеры и блокирует шестерню (5) на валу (2) с двух сторон, поэтому может выдерживать значительные крутящие моменты.
Для выключения управляемой муфты шток (8) перемещают вдоль оси в обратную сторону, снимая нагрузку с вала (2). При этом кулачок-фиксатор (9) задвигается в прорезь вала (2), размыкая шестерню от этого вала.
Подтормаживатель ведущего вала при его наличии включают только после выключения включенной управляемой муфты.
Пример 5 варианта 1.
Коробка передач содержит восемь ведущих (5) и восемь ведомых (4) шестерен (фиг. 7). В каждой паре ведущих-ведомых шестерен на управляемой муфте (6) установлена шестерня с наибольшим диаметром. Согласно этому правилу, на управляемых муфтах установлены с первой по четвертую ведомые шестерни и с пятой по восьмую ведущие шестерни (нумерация слева направо на фиг. 7 в порядке уменьшения передаточного отношения).
Подтормаживатель (15) установлен на ведущем валу (2).
Выход ведомого вала (3) соединен с первичным валом (401) демультипликатора (40) или выполнен с ним заодно. Валы (3, 401) могут быть соединены через неуправляемую обгонную муфту (7), передающую вращение только в направлении от ведомого вала (3) к демультипликатору (40). Демультипликатор содержит две пары постоянно зацепленных шестерней (403). В каждой паре на управляемых муфтах (6) установлены шестерни (403), размещенные на первичном валу (401). Управляемая муфта демультипликатора во включенном состоянии передает вращение в направлении от первичного вала (401) к шестерне (403). В выключенном состоянии эта управляемая муфта обеспечивает свободное вращение шестерни (403) на валу (401).
При использовании коробки передач трансмиссия подключается к вторичному валу (402) демультипликатора.
Коробка передач снабжена блоком торможения, содержащим первичный (56) и вторичный (57) валы, соединенные посредством предохранительной муфты или выполненными заодно. На первичном валу (56) жестко закреплена шестерня привода (60), входящая в постоянное зацепление с одной из шестерен (403), жестко закрепленной на вторичном валу (402) демультипликатора. На вторичном валу (57) блока торможения на управляемых муфтах (6) установлены четыре шестерни торможения (58), входящие в постоянное зацепление с ведущими шестернями (5), жестко закрепленными на ведущем валу (2). Управляемая муфта блока торможения во включенном состоянии передает вращение в направлении от вторичного вала (57) к шестерне (58), то есть блокирует шестерню (58) на вторичном валу (57), когда угловая скорость вторичного вала превышает угловую скорость шестерни. В выключенном состоянии эта управляемая муфта обеспечивает свободное вращение шестерни (58) на валу (57). Конструкция управляемой муфты аналогична управляемым муфтам ведущих-ведомых дисковых элементов по любому из вариантов заявленного технического решения.
Обратная передача выполнена в виде трех шестерен, первая из которых закреплена на ведущем валу (2), вторая установлена на вторичном валу (57) блока торможения, а третья размещена с возможностью скольжения на отдельном валу обратной передачи (28). При включении обратной передачи шестерня на валу обратной передачи перемещается по этому валу так, чтобы войти в зацепление с двумя другими шестернями этой передачи.
Таким образом, при использовании коробки передач блок торможения способен передать усилие замедления от трансмиссии к ведущему валу (2) или обеспечить обратный ход.
Реализация заявляемого технического решения по варианту 1 не ограничивается приведенными выше примерами.
В частности, количество применяемых в коробке передач элементов, например, пружин, толкателей, фиксаторов и др. может быть различным, их форма также может быть разнообразной. Также допускается компоновка в одно устройство конструктивных элементов, описанных в разных примерах. Шток управления может выходить из вала и соединяться с рычагом управления с любого торца вала.
Описание работы коробки передач по варианту 1.
При работе коробки передач ведущий вал (2) приводится во вращение тяговой силой двигателя.
При включенной одной из управляемых муфт (6) ведущих (5) или ведомых (4) шестерен вращение ведущего вала (2) передается на ведомый вал (3) и через него — на трансмиссию и колесо.
Для изменения передаточного отношения от ведущего вала (2) к ведомому валу (3) перемещают штоки управления (8) внутри одного или обоих этих валов при снятой нагрузке на ведущий вал (2). При этом сначала фиксатор (9) включенной управляемой муфты задвигается в ведущий или ведомый вал и эта муфта выключается. Затем фиксатор другой управляемой муфты выдвигается из ведущего или ведомого вала, блокируя ведущую или ведомую шестерню на этом валу и включая таким образом управляемую муфту (6) этой шестерни.
При наличии подтормаживателя (15) на ведущем валу (2) подтормаживание совершают заблаговременно до включения повышенной или пониженной передачи, кратковременно выключив сцепление (1). Прекращают подтормаживание, когда скорость вращения ведущего вала соответствует скорости вращения дискового элемента включаемой управляемой муфты. В это время производят включение управляемой муфты. Управление сцеплением (1), подтормаживателем (15) и штоками управления (8) целесообразно обеспечить электронно. Чем ближе скорость вращения ведущего вала (2) и ведущего дискового элемента (5) включаемой управляемой муфты, тем более мягким будет включение муфты.
Осуществление технического решения по варианту 2.
Коробка передач по варианту 2 аналогично коробке передач по варианту 1 содержит корпус, в котором размещены ведущий вал (2), ведомый вал (3), вал обратной передачи (28) (фиг. 1).
Ведущий вал (2) при использовании коробки передач соединяется с двигателем через механизм сцепления (1).
На ведущем (2) валу может быть установлен подтормаживатель (15) аналогично коробке передач по варианту 1.
Также аналогично коробке передач по варианту 1 ведущий вал (2) соединен с ведомым валом (3) механической передачей с переменным передаточным отношением. Эта механическая передача представляет собой установленные на ведущем валу ведущие дисковые элементы (5), находящиеся попарно в постоянном зацеплении с ведомыми дисковыми элементами (4), установленными на ведомом валу (3).
Один дисковый элемент в каждой паре ведущего-ведомого дисковых элементов установлен на своем валу на управляемой муфте (6). Предпочтительно в каждой упомянутой паре на управляемой муфте (6) установлен дисковый элемент с наибольшим диаметром.
Управление муфтами в парах ведущих-ведомых дисковых элементов осуществляется перемещением штоков управления (8) внутри соответствующих ведущего и/или ведомого валов (фиг. 8). Предпочтительным является управление за счет перемещения штока, вращающегося со скоростью вала, в котором он размещен, вдоль этого вала. Однако допускается управление и за счет относительного поворота штока в соответствующем валу или за счет комбинации поворота и продольного перемещения.
Управляемая муфта снабжена заклинивающим элементом (21), установленным на соответствующем ведущем или ведомом валу на винтовой передаче. Заклинивающий элемент (21) и соответствующий дисковый элемент содержат смежные конические фрикционные поверхности (27). При этом управляемая муфта для ведущих дисковых элементов (5) выполнена так, что во включенном состоянии заклинивающий элемент (21) блокирует элемент (5) на ведущем валу (2) по крайней мере при вращении вала (2) относительно ведущего дискового элемента (5) с большей угловой скоростью (под нагрузкой на ведущий вал). Управляемая муфта для ведомых дисковых элементов (4) выполнена так, что во включенном состоянии заклинивающий элемент блокирует элемент (4) на ведомом валу (3) по крайней мере при вращении ведомого дискового элемента (4) относительно ведомого вала (3) с большей угловой скоростью (под нагрузкой на ведущий вал). Для этого управляемая муфта снабжена выдвижным фиксатором (9), который при перемещении штока управления (8) внутри ведущего или ведомого вала:
- или частично выдвигается из вала в соответствующий паз заклинивающего элемента;
- или частично выдвигается из заклинивающего элемента в соответствующий паз вала.
Коробка передач по варианту 2 снабжена обратной передачей аналогично коробке передач по варианту 1.
Выход ведомого вала (3) может быть снабжен неуправляемой обгонной муфтой.
Ведомый вал может быть соединен с демультипликатором (40), выполненным аналогично коробке передач по варианту 1.
Примеры конкретного выполнения технического решения по варианту 2.
Пример 1 варианта 2. Коробка передач содержит семь ведущих и семь ведомых шестерен, установленных на подшипниках (12) (фиг. 1, 8). В частности, на фиг. 8 условно показаны радиально-упорные подшипники (12). В каждой паре ведущих-ведомых шестерен на управляемой муфте установлена шестерня с наибольшим диаметром. При этом на управляемых муфтах установлены с первой по четвертую ведомые шестерни и с пятой по седьмую ведущие шестерни (нумерация справа налево на фиг. 1 в порядке уменьшения передаточного отношения).
Во включенном состоянии управляемая муфта, установленная на ведущем валу (2), обеспечивает передачу крутящего момента только в направлении от ведущего вала (2) к ведущей шестерне (5). Управляемая муфта, установленная на ведомом валу (3), обеспечивает передачу крутящего момента только в направлении от ведомой шестерни (4) к ведомому валу (3). В отключенном состоянии управляемая муфта (6) обеспечивает свободное вращение ведущей или ведомой шестерни на соответствующем валу.
Упорные шайбы подшипников (12) закреплены на ведущем или ведомом валу шпонками или шариками, либо размещены на этом валу на шлицах или на резьбе. Для сокращения размеров узла ведущих и ведомых шестерен подшипники соседних ведущих или ведомых шестерен, установленных на управляемых муфтах, используют одну упорную шайбу.
Заклинивающий элемент (21) каждой управляемой муфты и соответствующая шестерня содержат смежные конические фрикционные поверхности (27). Ведущая шестерня (5) установлена на ведущем валу (2) на подшипнике (12) с возможностью свободного вращения. Заклинивающий элемент (21) установлен на ведущем валу (2) на винтовой передаче и снабжен на резьбовой поверхности пазом (213) под фиксатор (9). В указанной винтовой передаче ведущий вал (2) является винтом, а заклинивающий элемент (21) — гайкой. Для технологических целей резьба упомянутой винтовой передачи размещена не непосредственно на ведущем валу, а на втулке (203), которая закреплена на ведущем валу шпонкой или шариком, либо размещена на этом валу на шлицах. Для целей дальнейшего описания подразумевается, что втулка (203) является частью ведущего вала (2). Паз (213) выполнен пологим со стороны захода и выхода фиксатора (9) в/из него.
Этим обеспечивается снижение силы, необходимой для выталкивания фиксатора (9) из паза (213) при включении управляемой муфты.
Все шайбы подшипников (12) и втулки (203) на ведущем валу во избежание возможности их перемещения надежно закреплены стягивающей гайкой (18), накрученной на резьбу на конце ведущего вала.
Фиксатор (9) представляет собой пару шариков и выполнен с возможностью частичного выдвижения из ведущего вала в соответствующий паз (213) заклинивающего элемента при перемещении штока управления вдоль оси вала, включая и отключая управляемую обгонную муфту ведущей шестерни (5). Для этого шток управления (8) снабжен продольными канавками (10). Для увеличения нормальной составляющей силы выталкивания фиксатора эти канавки имеют пологие стенки (101) со стороны их торцов. Длина и расположение канавок (10) выбраны такими, что при продольном перемещении штока управления (8) обеспечивается отключение всех или включение только одной управляемой обгонной муфты. Для перемещения штока (8) вдоль вала (2) используют шарнирно соединенный с ним рычаг (13).
Заклинивающий элемент снабжен подтормаживателем (25), выполненным с возможностью замедления вращения заклинивающего элемента (21) относительно вращения ведущего вала (2) при подаче на него нагрузки. Подтормаживатель предпочтительно выполнен в виде пружины (не показано), один конец которой закреплен на заклинивающем элементе, а другой соприкасается с шестерней, при этом пружина находится в сжатом состоянии и ее сила упругости направлена под углом к нормали поверхностей заклинивающего элемента и шестерни. В области контакта пружины с шестерней пружина может быть снабжена наконечником. При вращении муфты в режиме обгона (когда угловая скорость шестерни больше угловой скорости заклинивающего элемента) сила трения пружины и шестерни стремится растянуть пружину подтормаживателя. При этом сила упругости пружины имеет составляющую, направленную против указанной силы трения, что приводит к снижению трения. При обратном относительном вращении шестерни и заклинивающего элемента сила трения стремится сжать пружину подтормаживателя, увеличивая трение.
Форма фрикционных поверхностей (27) шестерни (5) и заклинивающего элемента (21) может быть конусообразной, криволинейной или другой. Фрикционные поверхности могут быть выполнены рифлеными для целей увеличения сил трения. Шестерня (5) и заклинивающий элемент (21) в частном случае могут быть выполнены в форме дисков. Тогда фрикционные поверхности (27), в сущности, плоские.
Фиксатор (9) может быть также выполнен в виде цилиндра со скругленными торцами.
Вышеописанное исполнение управляемой муфты для ведущей шестерни (5) аналогично применимо для управляемой муфты ведомой шестерни (4) с учетом того, что управляемая муфта ведомой шестерни (4) обеспечивает передачу крутящего момента только в направлении от ведомой шестерни (4) к ведомому валу (3). Подтормаживатель заклинивающего элемента управляемой муфты ведомой шестерни выполнен так, что заклинивающий элемент увлекается ведомой шестерней при подаче на нее нагрузки от ведущей шестерни и ведущего вала.
При отключенной управляемой обгонной муфте ее фиксатор (9) находится вне области канавки (10) и входит в паз заклинивающего элемента (21), блокируя перемещение элемента (21) вдоль ведущего или ведомого вала по винтовой передаче. Между фрикционными поверхностями шестерни и заклинивающего элемента обеспечивается некоторое расстояние, при котором шестерня свободно вращается на ведущем или ведомом валу.
При работе шток управления вращается вместе с тем ведущим или ведомым валом, в котором он установлен.
Включение управляемой обгонной муфты производят, перемещая рычагом (13) шток управления (8) вдоль ведущего или ведомого вала. При этом фиксатор (9) попадает в область канавки (10). Вращение ведущего вала (2) под нагрузкой за счет силы действия подтормаживателя (25) приводит к выталкиванию фиксатора (9) из паза (213) заклинивающего элемента (21). Это происходит либо когда угловая скорость вращения ведущего вала (2) превышает угловую скорость вращения ведущей шестерни (5), либо когда скорость вращения ведомой шестерни (4), увлекаемой ведущим валом через соответствующую ведущую шестерню, превышает угловую скорость вращения ведомого вала (4).
Освобожденный заклинивающий элемент (21) управляемой муфты ведущей шестерни (5) за счет меньшей скорости его вращения относительно ведущего вала перемещается по винтовой передаче в сторону шестерни (5). При этом фрикционные поверхности (27) соприкасаются и увеличивают силу торможения заклинивающего элемента (21) при его вращении на ведущем валу. При этом за счет винтовой передачи фрикционные поверхности (27) шестерни (5) и заклинивающего элемента (21) прижимаются друг к другу с большей силой. В результате описанного процесса ведущая шестерня (5) блокируется на ведущем валу (2) и обеспечивается передача крутящего момента на ведомый вал (3).
Освобожденный заклинивающий элемент управляемой муфты ведомой шестерни за счет большей скорости его вращения относительно ведомого вала перемещается по винтовой передаче в сторону ведомой шестерни. При этом фрикционные поверхности соприкасаются и увеличивают силу разгона заклинивающего элемента при его вращении на ведомом валу. При этом за счет винтовой передачи фрикционные поверхности ведомой шестерни и заклинивающего элемента прижимаются друг к другу с большей силой. В результате описанного процесса ведомая шестерня блокируется на ведомом валу и обеспечивается передача крутящего момента на ведомый вал.
Отключение управляемой обгонной муфты производят путем перемещения штока управления (8) и снятия нагрузки с ведущего вала (2) (выключением сцепления (1)). Перемещение штока могут производить либо одновременно со снятием нагрузки, либо заблаговременно.
В управляемой муфте ведущей шестерни при снятии нагрузки заклинивающий элемент (21) перемещается по винтовой передаче в сторону от ведущей шестерни (5). При этом шток (8) выталкивает фиксатор (9) из канавки (10) в паз (213), обеспечивая фиксацию заклинивающего элемента (21) на ведущем валу (2). При подаче нагрузки на ведущий вал (2) заклинивающий элемент (21) удерживается фиксатором (9) на расстоянии от ведущей шестерни (5), обеспечивая ее свободное вращение.
В управляемой муфте ведомой шестерни при снятии нагрузки заклинивающий элемент перемещается по винтовой передаче в сторону от ведомой шестерни. При этом шток выталкивает фиксатор из канавки в паз, обеспечивая фиксацию заклинивающего элемента на ведомом валу. При подаче нагрузки на ведущий вал заклинивающий элемент удерживается фиксатором на расстоянии от ведомой шестерни, обеспечивая ее свободное вращение на ведомом валу.
Пример 2 варианта 2. Коробка передач содержит семь ведущих и семь ведомых шестерен, установленных на подшипниках (12) (фиг. 1, 9). В каждой паре ведущих-ведомых шестерен на управляемой муфте установлена шестерня с наибольшим диаметром. При этом на управляемых муфтах установлены с первой по четвертую ведомые шестерни и с пятой по седьмую ведущие шестерни (нумерация справа налево на фиг. 1 в порядке уменьшения передаточного отношения).
Во включенном состоянии управляемая муфта, установленная на ведущем валу (2), обеспечивает передачу крутящего момента только в направлении от ведущего вала (2) к ведущей шестерне (5). Управляемая муфта, установленная на ведомом валу (3), обеспечивает передачу крутящего момента только в направлении от ведомой шестерни (4) к ведомому валу (3). В отключенном состоянии управляемая муфта (6) обеспечивает свободное вращение ведущей или ведомой шестерни на соответствующем валу.
Упорные шайбы подшипников (12) закреплены на ведущем или ведомом валу шпонками или шариками, либо размещены на этом валу на шлицах или на резьбе. Для сокращения размеров узла ведущих и ведомых шестерен подшипники соседних ведущих или ведомых шестерен используют одну упорную шайбу.
Заклинивающий элемент (21) каждой управляемой муфты и соответствующая шестерня содержат смежные конические фрикционные поверхности (27) и цилиндрические поверхности (23). Ведущая шестерня (5) установлена на ведущем валу (2) на подшипнике (12) с возможностью свободного вращения. Заклинивающий элемент (21) установлен на ведущем валу (2) на винтовой передаче. В указанной винтовой передаче ведущий вал (2) является винтом, а заклинивающий элемент (21) — гайкой. Для технологических целей резьба упомянутой винтовой передачи размещена не непосредственно на ведущем валу, а на втулке (203), которая закреплена на ведущем валу шпонкой или шариком, либо размещена на этом валу на шлицах. Для целей дальнейшего описания подразумевается, что втулка (203) является частью ведущего вала (2).
На цилиндрической поверхности (23) заклинивающего элемента (21) выполнена кольцевая канавка для размещения подтормаживателя (25) заклинивающего элемента, выполненного в виде разрезного пружинного кольца. Один конец этого кольца может быть зафиксирован в заклинивающем элементе (21) для увеличения трения между ведущей шестерней (5) и заклинивающим элементом при включении управляемой муфты. На смежной цилиндрической поверхности (23) шестерни в области контакта с подтормаживателем (25) закреплена фрикционная накладка (24) из фрикционного материала. В других реализациях этого примера исполнения фрикционная накладка может быть выполнена на подтормаживателе или подтормаживатель может быть весь выполнен из фрикционного материала.
В области кольцевой канавки для подтормаживателя (25) заклинивающий элемент (21) снабжен радиальным сквозным отверстием для фиксатора (9).
Фиксатор (9) представляет собой подпружиненный цилиндр. Пружина (31) установлена между фиксатором (9) и подтормаживателем (25) и поджимает фиксатор к ведущему валу (2). Пружина (31) является также пружиной управления подтормаживателем (25).
В определенной позиции заклинивающего элемента (21), соответствующей разведенным фрикционным поверхностям (27), напротив его отверстия для фиксатора (9) ведущий вал (2) со втулкой (203) снабжены соответствующим радиальным отверстием, в котором размещен первый толкатель (29) фиксатора. Указанное радиальное отверстие является пазом под фиксатор. Первый толкатель (29) представляет собой цилиндр со скругленными торцами, его длина соответствует толщине стенки ведущего вала (2) с учетом втулки (203). Фиксатор (9) имеет скругленный торец на стороне, соприкасающейся с первым толкателем (29).
Фиксатор (9) выполнен с возможностью частичного выдвижения из заклинивающего элемента (21) в упомянутое радиальное отверстие ведущего вала (2) при перемещении штока управления (8) вдоль оси вала, включая и отключая управляемую обгонную муфту ведущей шестерни (5). Для этого шток управления (8) снабжен продольными канавками (10). Для увеличения нормальной составляющей силы выталкивания фиксатора эти канавки имеют пологие стенки (101) со стороны их торцов. Длина и расположение канавок (10) выбраны такими, что при продольном перемещении штока (8) обеспечивается отключение всех или включение только одной управляемой обгонной муфты. Для перемещения штока (8) вдоль ведущего вала (2) используют шарнирно соединенный с ним рычаг (13).
Форма фрикционных поверхностей (27) шестерни (5) и заклинивающего элемента (21) может быть конусообразной, криволинейной или другой. Фрикционные поверхности могут быть выполнены рифлеными для целей увеличения сил трения. Шестерня (5) и заклинивающий элемент (21) в частном случае могут быть выполнены в форме дисков. Тогда фрикционные поверхности (27), в сущности, плоские.
Вышеописанное исполнение управляемой муфты для ведущей шестерни (5) аналогично применимо для управляемой муфты ведомой шестерни (4) с учетом того, что управляемая муфта ведомой шестерни (4) обеспечивает передачу крутящего момента только в направлении от ведомой шестерни (4) к ведомому валу (3). Подтормаживатель заклинивающего элемента управляемой муфты ведомой шестерни выполнен так, что заклинивающий элемент увлекается ведомой шестерней при подаче на нее нагрузки от ведущей шестерни и ведущего вала .
При отключенной управляемой обгонной муфте ее первый толкатель (29) фиксатора (9) находится в канавке (10). При этом фиксатор (9) находится одновременно в радиальных отверстиях заклинивающего элемента (21) и ведущего или ведомого вала, блокируя перемещение заклинивающего элемента вдоль этого вала по винтовой передаче. Между фрикционными поверхностями шестерни и заклинивающего элемента (21) обеспечивается некоторое расстояние, при котором шестерня свободно вращается на ведущем или ведомом валу. Подтормаживатель (25) не контактирует с поверхностью шестерни.
При работе шток управления вращается вместе с тем ведущим или ведомым валом, в котором он установлен.
Включение управляемой обгонной муфты производят, перемещая рычагом (13) шток управления (8) вдоль ведущего или ведомого вала. При этом шток (8) выталкивает первый толкатель (29) фиксатора из канавки (10), обеспечивая выталкивание фиксатора (9) из отверстия ведущего или ведомого вала и втулки (203). Действуя через пружину (31) фиксатор (9) поджимает подтормаживатель (25) к смежной цилиндрической поверхности (23) шестерни.
Под нагрузкой заклинивающий элемент (21) за счет действия подтормаживателя (25) перемещается по винтовой передаче в сторону шестерни. Это происходит, т. к. под нагрузкой либо угловая скорость вращения ведущего вала (2) превышает угловую скорость вращения установленного на нем освобожденного заклинивающего элемента (21), либо скорость вращения установленного на ведомом валу (4) освобожденного заклинивающего элемента (21), увлекаемого ведущим валом через соответствующие ведущую и ведомую шестерни, превышает угловую скорость вращения ведомого вала (4).
При этом фрикционные поверхности (27) соприкасаются и увеличивают силу торможения заклинивающего элемента (21), вращающегося на ведущем валу (2) или, соответственно, силу разгона заклинивающего элемента, вращающегося на ведомом валу. При этом за счет винтовой передачи фрикционные поверхности (27) прижимаются друг к другу с большей силой. В результате описанного процесса ведущая или ведомая шестерня блокируется на своем валу и обеспечивается передача крутящего момента на выход коробки передач.
При снятии нагрузки с ведущего вала (2) этот вал замедляется. За счет инерции заклинивающего элемента (21), ведущей шестерни (5) и ведомой шестерни заклинивающий элемент (21) проворачивается на винтовой передаче с ведущим или ведомым валом и выводит фрикционные поверхности (27) из соприкосновения, позволяя ведущей или ведомой шестерне свободно вращаться на своем валу. При этом подтормаживатель (25) увлекает заклинивающий элемент (21) за ведущей или ведомой шестерней, увеличивая расстояние между фрикционными поверхностями. Таким образом, управляемая муфта работает в режиме обгона. Фрикционные поверхности также выходят из соприкосновения, если ведущая шестерня (5), увлекаемая узлами трансмиссии, подключенными к ведомому валу, начинает вращаться с угловой скоростью, превышающей скорость вращения ведущего вала (2), либо если ведомый вал, увлекаемый узлами трансмиссии, начинает вращаться с угловой скоростью, превышающей скорость вращения ведомой шестерни.
Отключение управляемой обгонной муфты производят путем перемещения штока управления (8) и снятия нагрузки с ведущего вала (2). Перемещение штока могут производить либо одновременно со снятием нагрузки, либо заблаговременно. При указанном перемещении штока первый толкатель (29) фиксатора попадает в область канавки (10). При снятии нагрузки заклинивающий элемент (21) перемещается по винтовой передаче в сторону от шестерни. Когда при этом движении фиксатор (9) оказывается напротив первого толкателя (29), он за счет действия пружины (31) входит в соответствующее отверстие ведущего вала (2) (или ведомого вала), обеспечивая фиксацию заклинивающего элемента (21) на валу. Одновременно снижается действие пружины (31) на подтормаживатель (25) и он выходит из соприкосновения с шестерней. При последующей подаче нагрузки на ведущий вал (2) заклинивающий элемент (21) удерживается фиксатором (9) на расстоянии от шестерни, обеспечивая ее свободное вращение.
Пример 3 варианта 2. Коробка передач содержит две ведущие и две ведомые шестерни, установленные на подшипниках. На управляемых муфтах установлены одна ведущая шестерня и одна ведомая шестерня.
Заклинивающий элемент (21) управляемой муфты и соответствующая ведущая шестерня (5) содержат смежные конические фрикционные поверхности (27) и цилиндрические поверхности (23) (фиг. 10). Ведущая шестерня (5) установлена на ведущем валу на подшипнике (12) с возможностью свободного вращения. Заклинивающий элемент (21) установлен на ведущем валу (2) на винтовой передаче и снабжен на резьбовой поверхности пазом (213) под фиксатор (9). Для технологических целей резьба упомянутой винтовой передачи размещена не непосредственно на ведущем валу, а на втулке (203), которая закреплена на ведущем валу шпонкой или шариком, либо размещена на этом валу на шлицах. Для целей дальнейшего описания подразумевается, что втулка (203) является частью ведущего вала (2).
Фиксатор (9) представляет собой цилиндрический толкатель с шариком и выполнен с возможностью частичного выдвижения шарика из ведущего вала в соответствующий паз заклинивающего элемента (21) при перемещении штока управления вдоль оси вала, включая и отключая управляемую обгонную муфту ведущей шестерни (5). Для этого шток управления (8) снабжен продольной канавкой (10). Для увеличения нормальной составляющей силы выталкивания фиксатора эта канавка имеет пологую переходную ступень (101). Для перемещения штока управления вдоль ведущего вала используют шарнирно соединенный с ним рычаг.
На цилиндрической поверхности (23) заклинивающего элемента (21) выполнена кольцевая канавка для размещения подтормаживателя (25), выполненного в виде разрезного пружинного кольца. Один конец этого кольца может быть зафиксирован в заклинивающем элементе (21) для увеличения трения между шестерней (5) и заклинивающим элементом (21) при включении управляемой муфты.
В области кольцевой канавки для подтормаживателя (25) заклинивающий элемент (21) снабжен двумя или четырьмя радиальными сквозными отверстиями (32) для размещения элементов управления подтормаживателем. Отверстиям (32) соответствуют отверстия в ведущем валу (2). Для управления подтормаживателем (25) на штоке управления (8) выполнены дополнительные канавки (33). Элементами управления подтормаживателем (25) являются:
- цилиндрические толкатели (34), упирающиеся одним торцом в шток управления (8) и размещенные в отверстиях ведущего вала (2);
- промежуточное пружинное кольцо (35), установленное в канавке втулки (203) ведущего вала (2). В кольцо (35) упираются толкатели (34) другим торцом;
- шарики (36), размещенные в отверстиях (32) в заклинивающем элементе (21) и контактирующие с промежуточным пружинным кольцом (35);
- пружины (37), установленные в отверстиях (32) между шариками (36) и подтормаживателем (25).
Форма фрикционных поверхностей (27) может быть конусообразной, криволинейной или другой. Фрикционные поверхности могут быть выполнены рифлеными для целей увеличения сил трения. Шестерня (5) и заклинивающий элемент (21) в частном случае могут быть выполнены в форме дисков. Тогда фрикционные поверхности (27), в сущности, плоские.
Вышеописанное исполнение управляемой муфты для ведущей шестерни (5) аналогично применимо для управляемой муфты ведомой шестерни с учетом того, что управляемая муфта ведомой шестерни обеспечивает передачу крутящего момента только в направлении от ведомой шестерни к ведомому валу. Подтормаживатель заклинивающего элемента управляемой муфты ведомой шестерни выполнен так, что заклинивающий элемент увлекается ведомой шестерней при подаче на нее нагрузки от ведущей шестерни и ведущего вала.
При отключенной управляемой обгонной муфте шестерни ее фиксатор (9) находится на высокой ступени канавки (10) и шарик фиксатора входит в паз (213) заклинивающего элемента (21), блокируя его перемещение вдоль ведущего вала (2) (или ведомого вала) по винтовой передаче. Между фрикционными поверхностями шестерни и заклинивающего элемента обеспечивается некоторое расстояние, при котором ведущая шестерня (5) (или ведомая шестерня) свободно вращается на валу. Толкатели (34) подтормаживателя (25) находятся в дополнительных канавках (33) и подтормаживатель (25) не контактирует с поверхностью шестерни (5).
При работе коробки передач шток управления вращается вместе с тем ведущим или ведомым валом, в котором он размещен.
Включение управляемой обгонной муфты производят, перемещая рычагом шток управления (8) вдоль ведущего вала (2) (или ведомого вала). При этом фиксатор (9) попадает в область низкой ступени канавки (10) штока (8). Одновременно толкатели (34) подтормаживателя (25) выходят из дополнительных канавок (33), прижимая подтормаживатель (25) к ведущей шестерне (5) (или ведомой шестерне) через промежуточное пружинное кольцо (35), шарики (36) и пружины (37).
Когда под нагрузкой частота вращения ведущего вала (2) превысит частоту вращения заклинивающего элемента (21), установленного на ведущем валу, заклинивающий элемент (21) за счет действия подтормаживателя (25) перемещается по винтовой передаче в сторону ведущей шестерни (5). При этом фрикционные поверхности (27) соприкасаются и увеличивают силу торможения заклинивающего элемента (21) при его вращении на ведущем валу. При этом за счет винтовой передачи фрикционные поверхности (27) прижимаются друг к другу с большей силой. В результате описанного процесса ведущая шестерня (5) блокируется на ведущем валу (2) и обеспечивается передача крутящего момента на ведомый вал.
Аналогична работа заклинивающего элемента, установленного на ведомом валу. Когда под нагрузкой частота вращения ведомой шестерни превысит частоту вращения заклинивающего элемента, установленного на ведомом валу, заклинивающий элемент за счет действия подтормаживателя перемещается по винтовой передаче в сторону ведомой шестерни. При этом фрикционные поверхности соприкасаются и увеличивают силу разгона заклинивающего элемента при его вращении на ведомом валу. При этом за счет винтовой передачи фрикционные поверхности прижимаются друг к другу с большей силой. В результате описанного процесса ведомая шестерня блокируется на ведомом валу и обеспечивается передача крутящего момента на ведомый вал.
При снятии нагрузки с ведущего вала (2) этот вал замедляется. За счет инерции заклинивающего элемента (21), ведущей шестерни (5), ведомой шестерни и ведомого вала заклинивающий элемент (21) проворачивается на винтовой передаче с ведущим валом (2) и выводит фрикционные поверхности (27) из соприкосновения, позволяя ведущей шестерне (5) свободно вращаться на ведущем валу. При этом подтормаживатель (25) увлекает заклинивающий элемент (21) за шестерней (5), увеличивая расстояние между фрикционными поверхностями. Таким образом, установленная на ведущем валу управляемая муфта работает в режиме обгона.
Аналогично работает управляемая муфта, установленная на ведомом валу. При снятии нагрузки с ведущего вала замедляется этот вал, а также жестко установленная на нем ведущая шестерня и соединенная с последней ведомая шестерня. За счет инерции ведомого вала заклинивающий элемент проворачивается на винтовой передаче с ведомым валом и выводит фрикционные поверхности из соприкосновения, позволяя ведомой шестерне свободно вращаться на ведомом валу. При этом подтормаживатель заклинивающего элемента увлекает этот элемент за ведомой шестерней, увеличивая расстояние между фрикционными поверхностями.
Фрикционные поверхности также выходят из соприкосновения, если ведущая шестерня (5), увлекаемая узлами трансмиссии, подключенными к ведомому валу, начинает вращаться с угловой скоростью, превышающей скорость вращения ведущего вала (2), либо если ведомый вал, увлекаемый узлами трансмиссии, начинает вращаться с угловой скоростью, превышающей скорость вращения ведомой шестерни.
Отключение управляемой обгонной муфты производят путем перемещения штока управления (8) и снятия нагрузки с ведущего вала (2). При снятии нагрузки заклинивающий элемент (21) перемещается по винтовой передаче в сторону от шестерни (5). При этом шток управления (8) выталкивает цилиндрический толкатель фиксатора (9) из глубокой ступени канавки (10), обеспечивая попадание шарика фиксатора (9) в паз (213) и фиксацию заклинивающего элемента (21) на ведущем валу (2). Одновременно толкатели (34) подтормаживателя (25) попадают в область дополнительных канавок (33), приводя к снижению действия пружин (37) на подтормаживатель (25), который выходит из соприкосновения с шестерней (5). При подаче нагрузки на ведущий вал (2) заклинивающий элемент (21) удерживается фиксатором (9) на расстоянии от шестерни (5), обеспечивая ее свободное вращение. Аналогично функционирует отключение управляемой обгонной муфты, установленной на ведомом валу.
Пример 4 варианта 2. Для целей выполнения ведущих шестерен (5) с минимальным диаметром в примерах 1-3 фрикционная поверхность (27) на них выполнена на торце шестерни (фиг. 11). При этом ведущая шестерня (5) размещена на ведущем валу (2) на двух радиальных подшипниках (38) и одном упорном подшипнике (12). Подшипники (12, 38) могут быть игольчатыми подшипниками или подшипниками скольжения.
Аналогично может быть выполнена ведомая шестерня.
Пример 5 варианта 2. Управляемые муфты (6) ведущих (5) и ведомых (4) дисковых элементов выполнены обгонными (фиг. 18). Подтормаживатель (15) установлен только на ведущем валу (2).
Коробка передач снабжена блоком торможения, содержащим первичный (56) и вторичный (57) валы, на которых установлены пары дисковых элементов торможения (58). Корпус блока торможения закреплен к корпусу коробки передач. Первичный вал (56) блока торможения закреплен муфтой к ведомому валу (3). Вторичный вал (57) блока торможения закреплен муфтой к ведущему валу (2).
Пары дисковых элементом торможения (58) выполнены аналогично парам ведущих (5) и ведомых (4) дисковых элементов по любому из вариантов заявленного технического решения. В частном случае, показанном на фиг. 18, блок торможения снабжен тремя парами шестерен торможения (58). Одна из шестерен торможения в каждой паре установлена на управляемой обгонной муфте. В частности, на управляемых обгонных муфтах (6) установлены шестерни торможения (58), размещенные на первичном валу (56). Такая обгонная муфта (6) во включенном состоянии блокирует шестерню торможения (58) на первичном валу (56) при вращении первичного вала (56) с угловой скоростью, большей угловой скорости шестерни (58). Этим обеспечивается передача торможения на ведущий вал (2) от элементов трансмиссии, подключенных к первичному валу торможения.
Управление муфтами (6) шестерен торможения (58) осуществляется перемещением штока управления внутри первичного вала.
Шток управления муфтами (6) ведущих шестерен (5) проходит внутри вторичного вала (57) блока торможения.
Коробка передач снабжена демультипликатором (40) с двумя передачами, один из валов которого выполнен заодно с первичным валом (56) блока торможения. Шестерни демультипликатора, размещенные на этом валу, установлены на управляемых обгонных муфтах. Поэтому блок торможения и демультипликатор имеют один шток управления.
Пример 6 варианта 2. Управляемые муфты (6) ведущих (5) и ведомых (4) дисковых элементов выполнены обгонными (фиг. 19).
Коробка передач снабжена блоком торможения, содержащим первичный (56) и вторичный (57) валы, на которых установлены пары дисковых элементов торможения (58). Корпус блока торможения закреплен к корпусу коробки передач. Первичный вал (56) блока торможения закреплен предохранительной муфтой к ведомому валу (3). Вторичный вал (57) блока торможения закреплен муфтой к ведущему валу (2).
Пары дисковых элементом торможения (58) выполнены аналогично парам ведущих (5) и ведомых (4) дисковых элементов по любому из вариантов заявленного технического решения. В частном случае, показанном на фиг. 19, блок торможения снабжен тремя парами шестерен торможения (58). Одна из шестерен торможения в каждой паре установлена на управляемой обгонной муфте. В частности, на управляемых обгонных муфтах (6) установлены шестерни торможения (58), размещенные на вторичном валу (57). Такая обгонная муфта (6) во включенном состоянии блокирует шестерню торможения (58) на вторичном валу (57) при вращении шестерни (58) с угловой скоростью, большей угловой скорости вторичного вала (57).
Этим обеспечивается передача торможения на ведущий вал (2) от элементов трансмиссии, подключенных к ведомому валу (3) (на фиг. 19 справа от ведомого вала).
Управление муфтами (6) шестерен торможения (58) осуществляется перемещением штока управления внутри вторичного вала (57). Этот же шток управляет муфтами (6) ведущих шестерен (5).
Реализация заявляемого технического решения по варианту 2 не ограничивается приведенными выше примерами.
Коробка передач по варианту 2 может быть реализована, как описано в примере 5 варианта 1.
Валы могут быть составными или выполненными в виде системы соединенных друг с другом валов. Шестерни могут быть установлены на валах на радиально-упорных шариковых подшипниках качения, подшипниках скольжения или подшипниках другого типа. Количество применяемых элементов, например, пружин, толкателей, фиксаторов, может быть различным. Их форма и расположение также может быть разнообразной. Муфты могут иметь дополнительные различные детали для улучшения их функционирования, например, механизмы блокировки включения или выключения, различные дополнительные фиксаторы, пружины, подшипники. Фрикционные поверхности могут быть гладкими, рифлеными для увеличения трения, а также иметь другие форму и качество. Также допускается компоновка в одно устройство конструктивных элементов, описанных в разных примерах. Шток управления может выходить из вала и соединяться с рычагом управления с любого торца вала.
Описание работы коробки передач по варианту 2.
При работе коробки передач ведущий вал (2) приводится во вращение тяговой силой двигателя.
При включенной одной из управляемых муфт (6) ведущих (5) или ведомых (4) шестерен вращение ведущего вала (2) передается на ведомый вал (3) и через него — на колесо.
Для изменения передаточного отношения от ведущего вала (2) к ведомому валу (3) перемещают шток управления (8) внутри ведущего и/или ведомого валов. При этом сначала обеспечивается отключение включенной управляемой муфты за счет закрепления заклинивающего элемента (21) фиксатором (9) на ведущем или ведомом валу (фиг. 8). Затем обеспечивается включение другой управляемой муфты за счет освобождения заклинивающего элемента.
Наличие неуправляемой обгонной муфты на выходе ведомого вала (3) предохраняет коробку передач при заклинивании и позволяет продлить срок службы подтормаживателей управляемых муфт за счет меньшего истирания в режиме обгона.
Осуществление технического решения по варианту 3.
Коробка передач по варианту 3 аналогично коробке передач по варианту 1 содержит корпус, в котором размещены ведущий вал (2), ведомый вал (3), вал обратной передачи (28) (фиг. 1).
Ведущий вал (2) при использовании коробки передач соединяется с двигателем через механизм сцепления (1).
На ведущем (2) валу может быть установлен подтормаживатель (15) аналогично коробке передач по варианту 1.
Также аналогично коробке передач по варианту 1 ведущий вал (2) соединен с ведомым валом (3) механической передачей с переменным передаточным отношением. Эта механическая передача представляет собой установленные на ведущем валу ведущие дисковые элементы (5), находящиеся попарно в постоянном зацеплении с ведомыми дисковыми элементами (4), установленными на ведомом валу (3).
Один дисковый элемент в каждой паре ведущего-ведомого дисковых элементов установлен на своем валу на управляемой муфте (6). Предпочтительно в каждой упомянутой паре на управляемой муфте (6) установлен дисковый элемент с наибольшим диаметром.
Управление муфтами в парах ведущих-ведомых дисковых элементов осуществляется перемещением штоков управления (8) внутри соответствующих ведущего и/или ведомого валов (фиг. 12). Предпочтительным является управление за счет перемещения штока, вращающегося со скоростью вала, в котором он размещен, вдоль этого вала. Однако допускается управление и за счет относительного поворота штока в соответствующем валу или за счет комбинации поворота и продольного перемещения.
Управляемая муфта снабжена заклинивающим элементом (21). При этом управляемая муфта для ведущих дисковых элементов (5) выполнена так, что во включенном состоянии заклинивающий элемент (21) блокирует элемент (5) на ведущем валу (2) по крайней мере при вращении вала (2) относительно ведущего дискового элемента (5) с большей угловой скоростью (под нагрузкой на ведущий вал). Управляемая муфта для ведомых дисковых элементов (4) выполнена так, что во включенном состоянии заклинивающий элемент блокирует элемент (4) на ведомом валу (3) по крайней мере при вращении ведомого дискового элемента (4) относительно ведомого вала (3) с большей угловой скоростью (под нагрузкой на ведущий вал). Для этого управляемая муфта снабжена выдвижным фиксатором (9), который при перемещении штока управления (8) внутри ведущего или ведомого вала частично выдвигается из из одной части заклинивающего элемента в паз другой части заклинивающего элемента.
Коробка передач по варианту 3 снабжена обратной передачей аналогично коробке передач по варианту 1.
Выход ведомого вала (3) может быть снабжен неуправляемой обгонной муфтой.
Ведомый вал может быть соединен с демультипликатором (40), выполненным аналогично коробке передач по варианту 1.
Примеры конкретного выполнения технического решения по варианту 3.
Пример 1 варианта 3. Цилиндрическая ведущая шестерня (5) установлена на ведущем валу (2) на управляемой муфте, заклинивающий элемент которой выполнен составным (фиг. 12, 13). Первая (211) и вторая (212) части заклинивающего элемента дисковые, на их торцах выполнены плоские фрикционные поверхности (27). При этом ведущая шестерня (5) выполнена заодно с первой частью (211) заклинивающего элемента. Первая часть (211) заклинивающего элемента установлена на второй его части (212) на винтовой передаче. Вторая часть (212) заклинивающего элемента свободно вращается на ведущем валу (2).
Заклинивающий элемент размещен на ведущем валу (2) между двумя упорными пластинами (20), закрепленными на этом валу шпонками или шариками. Обращенные к заклинивающему элементу поверхности упорных пластин (20) являются фрикционными поверхностями (27), смежными с соответствующими фрикционными поверхностями частей (211, 212) заклинивающего элемента.
В несквозном отверстии первой части (211) заклинивающего элемента размещен подпружиненный фиксатор (9), выполненный с возможностью частичного выдвижения в соответствующий паз (213), расположенный на резьбовой поверхности второй части (212) заклинивающего элемента.
Управление фиксатором (9) выполнено следующим образом:
- вторая часть (212) заклинивающего элемента в области паза (213) снабжена сквозным отверстием, в котором размещен второй толкатель (30). В частном случае, показанном на фиг. 12 и 13, второй толкатель выполнен в виде пары шариков;
- под второй частью (212) заклинивающего элемента в соответствующей канавке ведущего вала (2) размещено пружинное кольцо (49), прижимающееся к валу (2). Второй толкатель (30) при этом упирается в пружинное кольцо (49);
- в отверстии ведущего вала (2) размещен первый толкатель (29), упирающийся с одной стороны в кольцо (49), а с другой стороны — в шток управления (8). В частном случае первый толкатель (29) выполнен в виде цилиндра со скругленным со стороны штока торцом. Шток управления (8) снабжен продольной канавкой (10). Для увеличения нормальной составляющей силы выталкивания толкателя (29) эта канавка имеет пологую переходную ступень (101).
Со стороны ведущего вала (2) вторая часть (212) заклинивающего элемента снабжена канавкой под пружинное кольцо (49), имеющей ширину, большую ширины этого кольца на величину зазора между второй частью (212) заклинивающего элемента и упорными пластинами (20).
Заклинивающий элемент снабжен возвратным механизмом, предназначенным для позиционирования частей заклинивающего элемента так, чтобы фиксатор (9) располагался напротив паза (213) при отсутствии нагрузок на вторую часть (212) со стороны ведущего вала (2).
Возвратный механизм представляет собой пару одинаковых подпружиненных возвратных толкателей (217) в форме шариков, установленных в одинаковых несквозных отверстиях, расположенных в первой части (211) заклинивающего элемента параллельно оси ее вращения и симметрично относительно плоскости симметрии, перпендикулярной этой оси. Возвратные толкатели (217) упираются в бортики (214) второй части (212) заклинивающего элемента. Отверстия могут быть расположены под углом к оси вращения первой части соответственно направлению резьбы винтового соединения первой и второй частей. Бортики (214) в этом случае содержат выемки под возвратные толкатели (217), чтобы обеспечить нормальный контакт толкателя (217) с бортиком (214), перпендикулярный направлению движения толкателя.
На ведущем валу (2) в области второй части (212) заклинивающего элемента выполнена кольцевая канавка для размещения подтормаживателя (25) заклинивающего элемента, выполненного в виде разрезного пружинного кольца. Один конец этого кольца может быть зафиксирован в ведущем валу (2) для увеличения трения между ним и второй частью (212) заклинивающего элемента при включении управляемой муфты.
В области кольцевой канавки для подтормаживателя (25) ведущий вал (2) снабжен радиальным сквозным отверстием (32) для размещения подпружиненного толкателя (34) подтормаживателя. Для управления подтормаживателем (25) на первом штоке (8) выполнена дополнительная канавка (33).
Аналогично может быть выполнена управляемая муфта ведомой шестерни с учетом того, что управляемая муфта ведомой шестерни обеспечивает передачу крутящего момента только в направлении от этой шестерни к ведомому валу. Подтормаживатель заклинивающего элемента управляемой муфты ведомой шестерни выполнен так, что заклинивающий элемент увлекается ведомой шестерней при подаче на нее нагрузки от ведущей шестерни и ведущего вала.
При отключенной управляемой муфте ведущей шестерни ее фиксатор (9) расположен в отверстии первой части (211) заклинивающего элемента и в пазу (213) второй части (212) заклинивающего элемента, блокируя перемещение частей заклинивающего элемента друг относительно друга по винтовой передаче. Между фрикционными поверхностями упорных пластин (20) и заклинивающего элемента обеспечивается некоторое расстояние, при котором заклинивающий элемент с ведущей шестерней (5) свободно вращаются на ведущем валу (2). Первый толкатель (29) находится в области канавки (10) и прижимается к штоку (8) пружинным кольцом (49). Толкатель (34) подтормаживателя (25) находится в дополнительной канавке (33) и подтормаживатель (25) не контактирует с поверхностью второй части (212) заклинивающего элемента.
При работе коробки передач шток управления вращается вместе с ведущим валом.
Включение управляемой муфты производят, перемещая шток управления (8) вдоль ведущего вала (2). При этом первый толкатель (29) выталкивается из канавки (10) и через пружинное кольцо (49) и второй толкатель (30) выталкивает фиксатор (9) из паза (213). Одновременно толкатель (34) подтормаживателя (25) выходит из дополнительной канавки (33), прижимая подтормаживатель (25) ко второй части (212) заклинивающего элемента.
Когда под нагрузкой частота вращения ведущего вала (2) не совпадает с частотой вращения первой части (211) заклинивающего элемента, две части (211, 212) заклинивающего элемента за счет действия подтормаживателя (25) перемещаются по винтовой передаче друг относительно друга в одну или другую сторону. При этом фрикционные поверхности (27) частей заклинивающего элемента и упорных пластин соприкасаются и увеличивают силу, направленную на выравнивание угловых скоростей вращения ведущего вала (2) и шестерни (5). При этом за счет винтовой передачи фрикционные поверхности (27) прижимаются друг к другу с большей силой. В результате описанного процесса ведущая шестерня (5) блокируется на ведущем валу (2) и обеспечивается передача крутящего момента от ведущего вала (2) на ведомый вал, либо в обратном направлении.
Отключение управляемой муфты производят путем перемещения штока управления (8) и снятия нагрузки с ведущего вала (2). При этом первый толкатель (29) оказывается в области канавки (10) и прижимается к ней пружинным кольцом (49). Одновременно толкатель (34) подтормаживателя (25) попадает в область дополнительной канавки (33), приводя к снижению его действия на подтормаживатель (25), который выходит из соприкосновения со второй частью (212) заклинивающего элемента.
При снятии нагрузки с ведущего вала (2) этот вал замедляется. За счет инерции ведущей шестерни (5), ведомой шестерни и ведомого вала первая часть (211) заклинивающего элемента проворачивается на винтовой передаче со второй его частью (212) и выводит фрикционные поверхности (27) из соприкосновения. При этом вторая часть (212) заклинивающего элемента оказывается свободной от любой нагрузки (за исключением трения скольжения по ведущему валу и трения в винтовой передачи). В таких условиях возвратные толкатели (217) продвигают части (211, 212) заклинивающего элемента в положение, при котором фиксатор (9) располагается напротив паза (213). Так как второй толкатель (30) в этом положении уже не подпирается первым толкателем (29), то фиксатор (9) входит в паз (213) и блокирует последующее движение частей (211, 212) заклинивающего элемента друг относительно друга по винтовой передаче.
Одновременно с фиксацией частей заклинивающего элемента друг относительно друга с момента разведения фрикционных поверхностей (27) ведущая шестерня (5) свободно вращается на ведущем валу.
При подаче нагрузки на ведущий вал (2) заклинивающий элемент удерживается фиксатором (9) от расклинивания, обеспечивая свободное вращение шестерни (5).
Пример 2 варианта 3. Цилиндрическая ведущая шестерня (5) установлена на ведущем валу (2) на управляемой муфте, заклинивающий элемент которой выполнен составным (фиг. 14, 15). Первая (211) часть заклинивающего элемента дисковая, выполнена заодно с ведущей шестерней (5) и установлена с возможностью поворота на полке (215) второй части (212) заклинивающего элемента. Вторая часть (212) заклинивающего элемента снабжена также дисковым упором (216) для первой части (211) заклинивающего элемента. Смежные торцевые поверхности первой части (211) заклинивающего элемента и упора (216) выполнены волнистыми, повторяющими форму друг друга. На противоположных торцах первой части (211) заклинивающего элемента и упора (216) выполнены плоские фрикционные поверхности (27). Вторая часть (212) заклинивающего элемента свободно вращается на ведущем валу (2).
Смежные волнистые поверхности первой части (211) и упора (216) выполнены так, что поворот этих элементов друг относительно друга вокруг оси приводит к их осевому смещению друг относительно друга. В частном случае, показанном на фиг. 14, гребни и впадины волновых поверхностей расположены вдоль радиусов первой части (211) заклинивающего элемента и упора (216).
Заклинивающий элемент размещен на ведущем валу (2) между двумя упорными пластинами (20), закрепленными на этом валу шпонками или шариками. Обращенные к заклинивающему элементу поверхности упорных пластин (20) являются фрикционными поверхностями (27), смежными с соответствующими фрикционными поверхностями частей (211, 212) заклинивающего элемента. Расстояние между фрикционными поверхностями (27) упорных пластин (20) меньше суммарной толщины первой части (211) заклинивающего элемента и упора (216) в наиболее широких местах. Такое исполнение обеспечивает суммарный зазор между фрикционными поверхностями (27), не превышающий высоту неровностей волновых поверхностей первой части (211) и упора (216). Это, в свою очередь, предотвращает проскакивание неровностей волновых поверхностей указанных элементов при их взаимном повороте друг относительно друга.
В несквозном отверстии первой части (211) заклинивающего элемента размещен подпружиненный фиксатор (9), выполненный с возможностью частичного выдвижения в соответствующий паз (213), расположенный на полке (215) второй части заклинивающего элемента.
Управление фиксатором (9) выполнено следующим образом:
- вторая часть (212) заклинивающего элемента в области паза (213) снабжена сквозным отверстием, в котором размещен второй толкатель (30). В частном случае, показанном на фиг. 14, второй толкатель выполнен в виде цилиндра;
- под второй частью (212) заклинивающего элемента в соответствующей канавке ведущего вала (2) размещено пружинное кольцо (49), прижимающееся к валу (2). Второй толкатель (30) при этом упирается в пружинное кольцо (49);
- в отверстии ведущего вала (2) размещен первый толкатель (29), упирающийся с одной стороны в кольцо (49), а с другой стороны — в шток управления (8). В частном случае первый толкатель (29) выполнен в виде цилиндра со скругленным со стороны штока торцом. Шток управления (8) снабжен продольной канавкой (10). Для увеличения нормальной составляющей силы выталкивания толкателя (29) эта канавка имеет пологую переходную ступень (101).
Со стороны ведущего вала (2) вторая часть (212) заклинивающего элемента снабжена канавкой под пружинное кольцо (49), имеющей ширину, большую ширины этого кольца на величину зазора между второй частью (212) заклинивающего элемента и упорными пластинами (20).
Заклинивающий элемент снабжен возвратным механизмом, предназначенным для позиционирования частей заклинивающего элемента так, чтобы фиксатор (9) располагался напротив паза (213) при отсутствии нагрузок на вторую часть (212) со стороны ведущего вала (2).
Возвратный механизм представляет собой тарельчатую возвратную пружину (218), установленную между первой частью (211) заклинивающего элемента и бортиком (214) второй части (212) заклинивающего элемента.
На ведущем валу (2) в области второй части (212) заклинивающего элемента выполнена кольцевая канавка для размещения подтормаживателя (25), выполненного в виде разрезного пружинного кольца. Один конец этого кольца может быть зафиксирован в ведущем валу (2) для увеличения трения между ним и второй частью (212) заклинивающего элемента при включении управляемой муфты.
В области кольцевой канавки для подтормаживателя (25) ведущий вал (2) снабжен радиальным сквозным отверстием (32) для размещения подпружиненного толкателя (34) подтормаживателя. Для управления подтормаживателем (25) на штоке управления (8) выполнена дополнительная канавка (33).
Аналогично может быть выполнена управляемая муфта ведомой шестерни с учетом того, что управляемая муфта ведомой шестерни обеспечивает передачу крутящего момента только в направлении от этой шестерни к ведомому валу. Подтормаживатель заклинивающего элемента управляемой муфты ведомой шестерни выполнен так, что заклинивающий элемент увлекается ведомой шестерней при подаче на нее нагрузки от ведущей шестерни и ведущего вала.
При отключенной управляемой муфте ведущей шестерни ее фиксатор (9) расположен в отверстии первой части (211) заклинивающего элемента и в пазу (213) второй части (212) заклинивающего элемента, блокируя перемещение частей заклинивающего элемента друг относительно друга. Между фрикционными поверхностями упорных пластин (20) и заклинивающего элемента обеспечивается некоторое расстояние, при котором заклинивающий элемент с ведущей шестерней (5) свободно вращается на ведущем валу (2). Первый толкатель (29) находится в области канавки (10) и прижимается к штоку (8) пружинным кольцом (49). Толкатель (34) подтормаживателя (25) находится в дополнительной канавке (33) и подтормаживатель (25) не контактирует с поверхностью второй части (212) заклинивающего элемента.
При работе коробки передач шток управления вращается вместе с ведущим валом.
Включение управляемой муфты производят, перемещая шток управления (8) вдоль ведущего вала (2). При этом первый толкатель (29) выталкивается из канавки (10) и через пружинное кольцо (49) и второй толкатель (30) выталкивает фиксатор (9) из паза (213). Одновременно толкатель (34) подтормаживателя (25) выходит из дополнительной канавки (33), прижимая подтормаживатель (25) ко второй части (212) заклинивающего элемента.
Когда под нагрузкой частота вращения ведущего вала (2) не совпадает с частотой вращения первой части (211) заклинивающего элемента, две части (211, 212) заклинивающего элемента за счет действия подтормаживателя (25) перемещаются друг относительно друга в одну или другую сторону. За счет наличия волнистых поверхностей эти части раздвигаются (перемещаются также вдоль оси вращения). При этом фрикционные поверхности (27) частей заклинивающего элемента и упорных пластин соприкасаются и увеличивают силу, направленную на выравнивание угловых скоростей вращения ведущего вала (2) и шестерни (5). При этом за счет волнистых поверхностей частей заклинивающего элемента фрикционные поверхности (27) прижимаются друг к другу с большей силой. В результате описанного процесса ведущая шестерня (5) блокируется на ведущем валу (2) и обеспечивается передача крутящего момента от ведущего вала (2) на ведомый вал, либо в обратном направлении.
Отключение управляемой муфты производят путем перемещения штока управления (8) и снятия нагрузки с ведущего вала (2). При этом первый толкатель (29) оказывается в области канавки (10) и прижимается к ней пружинным кольцом (49). Одновременно толкатель (34) подтормаживателя (25) попадает в область дополнительной канавки (33), приводя к снижению его действия на подтормаживатель (25), который выходит из соприкосновения со второй частью (212) заклинивающего элемента.
При снятии нагрузки с ведущего вала (2) этот вал замедляется. За счет инерции ведущей шестерни (5), ведомой шестерни и ведомого вала первая часть (211) заклинивающего элемента проворачивается относительно второй его части (212), а действие возвратной пружины (218) выводит фрикционные поверхности (27) из соприкосновения. При этом вторая часть (212) заклинивающего элемента оказывается свободной от любой нагрузки (за исключением трения скольжения по ведущему валу). В таких условиях возвратная пружина (218) продвигает части (211, 212) заклинивающего элемента в положение, при котором фиксатор (9) располагается напротив паза (213). Так как второй толкатель (30) в этом положении уже не подпирается первым толкателем (29), то фиксатор (9) входит в паз (213) и блокирует последующее движение частей (211, 212) заклинивающего элемента друг относительно друга.
Одновременно с фиксацией частей заклинивающего элемента друг относительно друга с момента разведения фрикционных поверхностей (27) ведущая шестерня (5) свободно вращается на ведущем валу.
При подаче нагрузки на ведущий вал (2) заклинивающий элемент удерживается фиксатором (9) от расклинивания, обеспечивая свободное вращение шестерни (5).
Пример 3 варианта 3. Цилиндрическая ведущая шестерня (5) установлена на ведущем валу (2) на управляемой обгонной муфте, заклинивающий элемент которой выполнен составным (фиг. 16, 17). Первая (211) часть заклинивающего элемента дисковая, выполнена заодно с ведущей шестерней (5) и установлена с возможностью поворота на полке (215) второй части (212) заклинивающего элемента. Вторая часть (212) заклинивающего элемента снабжена также дисковым упором (216) для первой части (211) заклинивающего элемента. Смежные торцевые поверхности первой части (211) заклинивающего элемента и упора (216) выполнены волнистыми, повторяющими форму друг друга. На противоположных торцах первой части (211) заклинивающего элемента и упора (216) выполнены плоские фрикционные поверхности (27). Вторая часть (212) заклинивающего элемента свободно вращается на ведущем валу (2).
Смежные волнистые поверхности первой части (211) и упора (216) выполнены с несимметричными волнами или зубцами. Такое несимметричное выполнение волн обеспечивает взаимное зацепление соприкасающихся элементов (211, 216) при их относительном вращении в одну сторону. При вращении одного элемента относительно другого в другую сторону происходит также их осевое смещение друг относительно друга.
Заклинивающий элемент размещен на ведущем валу (2) между двумя упорными пластинами (20), закрепленными на этом валу шпонками или шариками. Обращенные к заклинивающему элементу поверхности упорных пластин (20) являются фрикционными поверхностями (27), смежными с соответствующими фрикционными поверхностями частей (211, 212) заклинивающего элемента. Расстояние между фрикционными поверхностями (27) упорных пластин (20) меньше суммарной толщины первой части (211) заклинивающего элемента и упора (216) в наиболее широких местах с учетом волнистой поверхности их смежных поверхностей. Такое исполнение обеспечивает суммарный зазор между фрикционными поверхностями (27), не превышающий высоту неровностей волновых поверхностей первой части (211) и упора (216). Это, в свою очередь, предотвращает проскакивание неровностей волновых поверхностей указанных элементов при их взаимном повороте друг относительно друга.
В несквозном отверстии первой части (211) заклинивающего элемента размещен подпружиненный фиксатор (9), выполненный с возможностью частичного выдвижения в соответствующий паз (213), расположенный на полке (215) второй части заклинивающего элемента.
Управление фиксатором (9) выполнено следующим образом:
- вторая часть (212) заклинивающего элемента в области паза (213) снабжена сквозным отверстием, в котором размещен второй толкатель (30). В частном случае, показанном на фиг. 16 и 17, второй толкатель выполнен в виде короткого цилиндрического стержня;
- в отверстии ведущего вала (2) напротив второго толкателя (30) размещен первый толкатель (29), выполненный в форме стержня со шляпкой;
- пружинное кольцо (49), воздействуя на край шляпки первого толкателя (29), прижимает его к первому штоку (8);
- шток управления (8) в зоне контакта с первым толкателем (29) снабжен продольной канавкой (10), на дне которой уложена пружинная скоба (102).
Со стороны ведущего вала (2) в зоне второго толкателя (30) вторая часть (212) заклинивающего элемента снабжена профилированной выемкой (219) под шляпку первого толкателя (29).
Заклинивающий элемент снабжен возвратным механизмом, предназначенным для позиционирования частей заклинивающего элемента так, чтобы фиксатор (9) располагался напротив паза (213) при отсутствии нагрузок на вторую часть (212) со стороны ведущего вала (2).
Возвратный механизм представляет собой подпружиненный возвратный толкатель (217), установленный в несквозном отверстии, расположенном в первой части (211) заклинивающего элемента параллельно оси ее вращения. Возвратный толкатель (217) упирается в бортик (214) второй части (212) заклинивающего элемента.
При отключенной управляемой муфте ведущей шестерни ее фиксатор (9) расположен в отверстии первой части (211) заклинивающего элемента и в пазу (213) второй части (212) заклинивающего элемента, блокируя перемещение частей заклинивающего элемента друг относительно друга. Между фрикционными поверхностями упорных пластин (20) и заклинивающего элемента обеспечивается некоторое расстояние, при котором заклинивающий элемент с ведущей шестерней (5) свободно вращается на ведущем валу (2). Первый толкатель (29) прижимается пружинным кольцом (49) к той части пружинной скобы (102), которая непосредственно прилегает ко дну канавки (10) (в этом месте скоба не воздействует упруго на толкатель).
При работе коробки передач шток управления вращается вместе с ведущим валом.
Включение управляемой муфты производят, перемещая шток управления (8) вдоль ведущего вала (2). При этом первый толкатель (29) выталкивается из канавки (10) пружинной скобой (102). При вращении ведущего вала (2) относительно второй части (212) заклинивающего элемента первый толкатель (29) попадает в профилированную выемку (219) и увлекает за собой вторую часть (212) заклинивающего элемента, одновременно выталкивая фиксатор (9) из паза (213) с помощью второго толкателя (30).
Когда под нагрузкой частота вращения ведущего вала (2) не совпадает с частотой вращения первой части (211) заклинивающего элемента, две части (211, 212) заклинивающего элемента перемещаются друг относительно друга. За счет наличия волнистых поверхностей эти части раздвигаются (перемещаются также вдоль оси вращения). При этом фрикционные поверхности (27) частей заклинивающего элемента и упорных пластин соприкасаются и увеличивают силу, направленную на выравнивание угловых скоростей вращения ведущего вала (2) и шестерни (5). При этом за счет волнистых поверхностей частей заклинивающего элемента фрикционные поверхности (27) прижимаются друг к другу с большей силой. В результате описанного процесса ведущая шестерня (5) блокируется на ведущем валу (2) и обеспечивается передача крутящего момента от ведущего вала (2) на ведомый вал. При возрастании нагрузки на ведущий вал (2) сверх критического значения обеспечивается защита от поломки управляемой муфты за счет проскальзывания заклинивающего элемента по фрикционным поверхностям и срыва зацепления шляпки первого толкателя (29), подпружиненного скобой (102), с профиля выемки (219).
В случае, когда шестерня (5) начинает вращаться быстрее ведущего вала (2), первая часть (211) заклинивающего элемента освобождается от заклинивания. Под действием возвратного толкателя (217) расстояние между фрикционными поверхностями (27) увеличивается. При дальнейшем движении первая часть (211) заклинивающего элемента увлекает за собой вторую его часть (212) за счет несимметричной формы их смежных волновых поверхностей. Благодаря пологой форме профилированной выемки (219) с соответствующей стороны вторая часть (212) с легкостью выходит из зацепления со шляпкой первого толкателя (29). Передача крутящего момента от шестерни (5) к валу (2) не происходит. Муфта работает в режиме обгона.
Отключение управляемой муфты производят путем перемещения штока управления (8) и снятия нагрузки с ведущего вала (2). При этом первый толкатель (29) оказывается в области той части пружинной скобы (102), которая непосредственно прилегает ко дну канавки (10). Первый толкатель (29) прижимается к скобе (102) пружинным кольцом (49).
При снятии нагрузки с ведущего вала (2) этот вал замедляется. За счет инерции ведущей шестерни (5), ведомой шестерни и ведомого вала первая часть (211) заклинивающего элемента проворачивается относительно второй его части (212), а действие возвратного толкателя (217) выводит фрикционные поверхности (27) из соприкосновения. При этом вторая часть (212) заклинивающего элемента оказывается свободной от любой нагрузки (за исключением трения скольжения по ведущему валу). В таких условиях возвратный толкатель (217) продвигает части (211, 212) заклинивающего элемента в положение, при котором фиксатор (9) располагается напротив паза (213). Так как второй толкатель (30) в этом положении уже не подпирается первым толкателем (29), то фиксатор (9) входит в паз (213) и блокирует последующее движение частей (211, 212) заклинивающего элемента друг относительно друга.
Одновременно с фиксацией частей заклинивающего элемента друг относительно друга с момента разведения фрикционных поверхностей (27) ведущая шестерня (5) свободно вращается на ведущем валу.
При подаче нагрузки на ведущий вал (2) заклинивающий элемент удерживается фиксатором (9) от расклинивания, обеспечивая свободное вращение шестерни (5).
Пример 4 варианта 3. Управляемые муфты (6) ведущих (5) и ведомых (4) дисковых элементов выполнены обгонными (фиг. 18). Подтормаживатель (15) установлен только на ведущем валу (2).
Коробка передач снабжена блоком торможения, содержащим первичный (56) и вторичный (57) валы, на которых установлены пары дисковых элементов торможения (58). Корпус блока торможения закреплен к корпусу коробки передач. Первичный вал (56) блока торможения закреплен муфтой к ведомому валу (3). Вторичный вал (57) блока торможения закреплен муфтой к ведущему валу (2).
Пары дисковых элементом торможения (58) выполнены аналогично парам ведущих (5) и ведомых (4) дисковых элементов по любому из вариантов заявленного технического решения. В частном случае, показанном на фиг. 18, блок торможения снабжен тремя парами шестерен торможения (58). Одна из шестерен торможения в каждой паре установлена на управляемой обгонной муфте. В частности, на управляемых обгонных муфтах (6) установлены шестерни торможения (58), размещенные на первичном валу (56). Такая обгонная муфта (6) во включенном состоянии блокирует шестерню торможения (58) на первичном валу (56) при вращении первичного вала (56) с угловой скоростью, большей угловой скорости шестерни (58). Этим обеспечивается передача торможения на ведущий вал (2) от элементов трансмиссии, подключенных к первичному валу торможения.
Управление муфтами (6) шестерен торможения (58) осуществляется перемещением штока управления внутри первичного вала.
Шток управления муфтами (6) ведущих шестерен (5) проходит внутри вторичного вала (57) блока торможения.
Коробка передач снабжена демультипликатором (40) с двумя передачами, один из валов которого выполнен заодно с первичным валом (56) блока торможения. Шестерни демультипликатора, размещенные на этом валу, установлены на управляемых обгонных муфтах. Поэтому блок торможения и демультипликатор имеют один шток управления.
Пример 5 варианта 3. Управляемые муфты (6) ведущих (5) и ведомых (4) дисковых элементов выполнены обгонными (фиг. 19).
Коробка передач снабжена блоком торможения, содержащим первичный (56) и вторичный (57) валы, на которых установлены пары дисковых элементов торможения (58). Корпус блока торможения закреплен к корпусу коробки передач. Первичный вал (56) блока торможения закреплен предохранительной муфтой к ведомому валу (3). Вторичный вал (57) блока торможения закреплен муфтой к ведущему валу (2).
Пары дисковых элементом торможения (58) выполнены аналогично парам ведущих (5) и ведомых (4) дисковых элементов по любому из вариантов заявленного технического решения. В частном случае, показанном на фиг. 19, блок торможения снабжен тремя парами шестерен торможения (58). Одна из шестерен торможения в каждой паре установлена на управляемой обгонной муфте. В частности, на управляемых обгонных муфтах (6) установлены шестерни торможения (58), размещенные на вторичном валу (57). Такая обгонная муфта (6) во включенном состоянии блокирует шестерню торможения (58) на вторичном валу (57) при вращении шестерни (58) с угловой скоростью, большей угловой скорости вторичного вала (57).
Этим обеспечивается передача торможения на ведущий вал (2) от элементов трансмиссии, подключенных к ведомому валу (3) (на фиг. 19 справа от ведомого вала).
Управление муфтами (6) шестерен торможения (58) осуществляется перемещением штока управления внутри вторичного вала (57). Этот же шток управляет муфтами (6) ведущих шестерен (5).
Реализация заявляемого технического решения по варианту 3 не ограничивается приведенными выше примерами.
Коробка передач по варианту 3 может быть реализована, как описано в примере 5 варианта 1.
Валы могут быть составными или выполненными в виде системы соединенных друг с другом валов. Шестерни могут быть установлены на валах на радиально-упорных шариковых подшипниках качения, подшипниках скольжения или подшипниках другого типа. Количество применяемых элементов, например, пружин, толкателей, фиксаторов, может быть различным. Их форма и расположение также может быть разнообразной. Муфты могут иметь дополнительные различные детали для улучшения их функционирования, например, механизмы блокировки включения или выключения, различные дополнительные фиксаторы, пружины, подшипники. Фрикционные поверхности могут быть гладкими, рифлеными для увеличения трения, а также иметь другие форму и качество. Также допускается компоновка в одно устройство конструктивных элементов, описанных в разных примерах. Шток управления может выходить из вала и соединяться с рычагом управления с любого торца вала.
Описание работы коробки передач по варианту 3.
При работе коробки передач ведущий вал (2) приводится во вращение тяговой силой двигателя.
При включенной одной из управляемых муфт (6) ведущих (5) или ведомых (4) шестерен вращение ведущего вала (2) передается на ведомый вал (3) и через него — на колесо.
Для изменения передаточного отношения от ведущего вала (2) к ведомому валу (3) перемещают шток управления (8) внутри ведущего и/или ведомого валов. При этом сначала обеспечивается отключение включенной управляемой муфты за счет закрепления фиксатором (9) частей (211, 212) заклинивающего элемента между собой (фиг. 12). Затем обеспечивается включение другой управляемой муфты за счет освобождения заклинивающего элемента.
Наличие неуправляемой обгонной муфты на выходе ведомого вала (3) предохраняет коробку передач при заклинивании и позволяет продлить срок службы подтормаживателей управляемых муфт за счет меньшего истирания в режиме обгона.
Осуществление технического решения по варианту 4.
Коробка передач по варианту 4 аналогично коробке передач по варианту 1 содержит корпус, в котором размещены ведущий вал (2), ведомый вал (3), вал обратной передачи (28) (фиг. 1).
Ведущий вал (2) при использовании коробки передач соединяется с двигателем через механизм сцепления (1).
На ведущем (2) валу может быть установлен подтормаживатель (15) аналогично коробке передач по варианту 1.
Также аналогично коробке передач по варианту 1 ведущий вал (2) соединен с ведомым валом (3) механической передачей с переменным передаточным отношением. Эта механическая передача представляет собой установленные на ведущем валу ведущие дисковые элементы (5), находящиеся попарно в постоянном зацеплении с ведомыми дисковыми элементами (4), установленными на ведомом валу (3).
Один дисковый элемент в каждой паре ведущего-ведомого дисковых элементов установлен на своем валу на управляемой муфте (6). Предпочтительно в каждой упомянутой паре на управляемой муфте (6) установлен дисковый элемент с наибольшим диаметром.
Управление муфтами в парах ведущих-ведомых дисковых элементов осуществляется перемещением штоков управления (8) внутри соответствующих ведущего и/или ведомого валов (фиг. 20). Предпочтительным является управление за счет перемещения штока, вращающегося со скоростью вала, в котором он размещен, вдоль этого вала. Однако допускается управление и за счет относительного поворота штока в соответствующем валу или за счет комбинации поворота и продольного перемещения.
Управляемая муфта снабжена выполненными в виде собачек заклинивающими элементами (21), размещенным в пространстве между ведущим валом (2) и ведущей шестерней (5), и/или между ведомым валом и ведомой шестерней. Собачки опираются и прижаты к пружинному кольцу (49), прижимающемуся к ведущему валу (2) (или ведомому валу). Также муфта снабжена толкателями (26), размещенными в отверстиях ведущего (или ведомого) вала и упирающимися с одной стороны в кольцо (49), а с другой стороны — в шток управления (8). При перемещении штока управления (8) внутри ведущего вала (2) (или ведомого вала) толкатели стремятся привести заклинивающий элемент в контакт одновременно с валом и шестерней.
Примеры конкретного выполнения технического решения по варианту 4.
Пример 1 варианта 4. Коробка передач содержит семь ведущих и семь ведомых шестерен, установленных на подшипниках (12) (фиг. 1, 20, 21). В частности, на фиг. 20 условно показаны радиально-упорные подшипники (12). В каждой паре ведущих-ведомых шестерен на управляемой муфте установлена шестерня с наибольшим диаметром. При этом на управляемых муфтах установлены с первой по четвертую ведомые шестерни и с пятой по седьмую ведущие шестерни (нумерация справа налево на фиг. 1 в порядке уменьшения передаточного отношения). Управляемые муфты выполнены обгонными храповыми.
Во включенном состоянии управляемая муфта, установленная на ведущем валу (2), обеспечивает передачу крутящего момента только в направлении от ведущего вала (2) к ведущей шестерне (5). Управляемая муфта, установленная на ведомом валу (3), обеспечивает передачу крутящего момента только в направлении от ведомой шестерни (4) к ведомому валу (3). В отключенном состоянии управляемая муфта (6) обеспечивает свободное вращение ведущей или ведомой шестерни на соответствующем валу.
Управляемая муфта содержит множество заклинивающих элементов (21), представляющих собой собачки, закрепленные на ведущем валу (2) между подшипниками (12). Снаружи язычки (220) собачек прижимаются к ведущему валу (2) кольцевыми пружинами (48). С внутренней стороны язычки (220) собачек опираются на пружинное кольцо (49), прижимающееся к ведущему валу (2). Для кольцевых пружин (48) и пружинного кольца (49) заклинивающие элементы - собачки (21) снабжены соответствующими вырезами. В отверстиях ведущего вала (2) размещены толкатели (26), упирающиеся с одной стороны в кольцо (49), а с другой стороны — в шток управления (8). В частном случае толкатели (26) выполнены в виде цилиндров со скругленным со стороны штока торцом. Толкатели (26) упираются в пружинное кольцо (49) предпочтительно на середине расстояния между точками соприкосновения пружинного кольца (49) с язычками (220) собачек. Количество собачек (21) может быть в два раза больше количества толкателей (26).
Шток управления (8) выполнен с плавно изменяющимся диаметром для управления выдвижением толкателей (26) из ведущего вала (2) при перемещении штока (8) вдоль вала (2).
С внутренней стороны (со стороны собачек (21)) ведущая шестерня (5) снабжена несимметричными зубцами (501), имеющими с одной стороны упор для собачек.
Вместо двух кольцевых пружин (48) по краям собачек (21) может быть установлена одна такая пружина по центру собачек.
Вышеописанное исполнение управляемой муфты для ведущей шестерни (5) аналогично применимо для управляемой муфты ведомой шестерни (4) с учетом того, что управляемая муфта ведомой шестерни (4) обеспечивает передачу крутящего момента только в направлении от ведомой шестерни (4) к ведомому валу (3).
При отключенной управляемой обгонной муфте толкатели (26) находятся в области малого диаметра штока управления (8). Пружинное кольцо (49) прижато к ведущему или ведомому валу. Язычки собачек (21) прижаты кольцевыми пружинами (48) к валу и не касаются зубцов (501). При этом ведущая шестерня (5) (или ведомая шестерня) свободно вращается на валу.
Включение управляемой обгонной муфты производят, перемещая шток управления (8) вдоль ведущего или ведомого вала при снятой с него нагрузке. При этом шток (8) наезжает на толкатели (26) своей областью большого диаметра и частично выдвигает их из ведущего вала (2) (или ведомого вала). Толкатели (26) поднимают пружинное кольцо (49), а с ним и язычки собачек (21) до контакта с зубцами (501) на ведущей шестерне (5) (или ведомой шестерне). Затем прикладывают нагрузку к валу от двигателя.
Когда частота вращения ведущего вала (2) сравнится или превысит частоту вращения ведущей шестерни (5), собачки (21) упрутся в зубья (501) ведущей шестерни (5). В результате ведущая шестерня (5) блокируется на ведущем валу (2) и обеспечивается передача крутящего момента на ведомый вал.
Аналогично, когда частота вращения ведомой шестерни сравнится или превысит частоту вращения ведомого вала, собачки упрутся в зубья ведомой шестерни. В результате ведомая шестерня блокируется на ведомом валу и обеспечивается передача крутящего момента на ведомый вал.
При снятии нагрузки с ведущего вала (2) этот вал останавливается. За счет инерции ведущей шестерни (5), ведомой шестерни и ведомого вала ведущая шестерня, установленная на управляемой муфте, проворачивается на ведущем валу (2). При этом язычки (220) собачек скользят по поверхности зубцов (501), перескакивая с одного на другой — управляемая муфта работает в режиме обгона. Это происходит также в случае, когда ведущая шестерня (5), увлекаемая ведомой шестерней, начинает вращаться с угловой скоростью, превышающей скорость вращения ведущего вала (2). Аналогично в режиме обгона работает управляемая муфта, установленная на ведомом валу.
Отключение управляемой обгонной муфты производят путем перемещения штока управления (8) и снятия нагрузки с ведущего вала (2). При указанном перемещении штока управления толкатель (26) попадает в область меньшего диаметра штока (8), пружинное кольцо (49) прижимает толкатели к штоку (8) и прижимается само к ведущему валу (2) (или ведомому валу). При снятии нагрузки язычки (220) собачек перестают упираться в зубцы (501) и под действием кольцевых пружин (48) прижимаются к пружинному кольцу (49) и, вслед за ним,- к ведущему или ведомому валу. При этом собачки (21) перестают контактировать с зубцами (501). При последующей подаче нагрузки на ведущий вал (2) собачки (21) удерживаются кольцевыми пружинами (48) на расстоянии от зубцов (501), обеспечивая свободное вращение ведущей (или ведомой) шестерни.
Пример 2 варианта 4. Цилиндрическая ведущая шестерня (5) установлена на ведущем валу (2) на двух радиальных подшипниках (12) (фиг. 22, 23). Управляемая обгонная муфта этой ведущей шестерни является храповой. Она содержит множество заклинивающих элементов (21), представляющих собой собачки, закрепленные на ведущей шестерне (5) между подшипниками (12). Собачки (21) выполнены в виде коромысел, плечи которых уравновешены. Упорный рычаг (221) каждой собачки (21) подпружинен с двух сторон. Пружина (222) двигает упорный рычаг (221) от ведущей шестерни (5) в сторону ведущего вала (2) и прижимает рычаг (221) к пружинному кольцу (49). Таким образом, действие пружины (222) стремится повернуть язычок (220) собачки к ведущей шестерне (5). Пружинное кольцо (49) прижимается к ведущему валу (2). Язычки (220) собачек снабжены прорезью под пружинное кольцо (49), чтобы оно не препятствовало движению язычков к ведущему валу (2).
В отверстиях ведущего вала (2) размещены толкатели (26), упирающиеся с одной стороны в кольцо (49), а с другой стороны — в шток управления (8). В частном случае каждый толкатель (26) выполнен в виде цилиндра со скругленным со стороны штока торцом. Толкатели (26) упираются в пружинное кольцо (49) вблизи места контакта этого кольца с упорным рычагом (221) собачки, когда язычок (220) собачки уперт в зубец на ведущем валу (2). Это необходимо для обеспечения работы пружинного кольца (49) при включенной управляемой муфте в режиме обгона (когда скорость вращения ведущей шестерни (5) превышает скорость вращения ведущего вала (2)). Вместо выбора места размещения толкателей (26) относительно зубцов возможно применить подпружиненный толкатель. Тогда он будет позволять сжатие пружинного кольца и место его установки неважно.
Шток управления (8) выполнен с плавно изменяющимся диаметром для управления выдвижением толкателей (26) из ведущего вала (2) при перемещении штока (8) вдоль вала (2).
С внешней стороны ведущий вал (2) снабжен несимметричными зубцами (204), имеющими с одной стороны упор для язычков (220) собачек.
Управляемая муфта также снабжена защитным механизмом предотвращения ударного включения управляемой муфты, так как возможна большая разница в скорости вращения ведущего вала и ведущей шестерни при включении муфты. Указанный защитный механизм представляет собой подпружиненный защитный ролик (55), закрепленный к ведущей шестерне (5) между собачками (21) и толкаемый своей пружиной в сторону пружинного кольца (49). При этом внутренняя поверхность ведущих шестерен (5) снабжена защитными выступами (502) на участке между роликом (55) и язычком (220) собачки.
Аналогично может быть выполнена управляемая муфта ведомой шестерни.
При отключенной управляемой обгонной муфте ведущей шестерни толкатели (26) находятся в области малого диаметра штока управления (8). Пружинное кольцо (49) прижато к ведущему валу (2). Упорные рычаги (221) собачек, прижимаемые к пружинному кольцу (49) удерживают язычки (220) собачек вблизи ведущей шестерни (5). Язычки (220) собачек разведены с зубцами (204) ведущего вала (2). При этом ведущая шестерня (5) свободно вращается на ведущем валу (2).
Под действием своих пружин защитный ролик (55) проталкивается в зазор между пружинным кольцом (49) и защитным выступом (502). Вращение ведущего вала (2) с пружинным кольцом (49) способствует этому процессу. На фиг. 23 изображена конфигурация, при которой рабочим направлением вращения ведущего вала (2) является вращение по часовой стрелке.
Действие пружины защитного ролика (55) может быть рассчитано так, чтобы направление ее силы упругости изменялось на противоположное при достижении роликом пружинного кольца (49) в отключенном состоянии управляемой муфты. В этом случае пружинное кольцо (49) прижато к ведущему валу (2). Когда ведущая шестерня (5) и ведущий вал (2) не вращаются, защитный ролик (55) прижимается своей пружиной к пружинному кольцу (49) и после этого сила действия пружины ролика (55) прекращается. В дальнейшем, когда ведущий вал (2) приходит в движение (по часовой стрелке на фиг. 23), вращающееся вместе с ним пружинное кольцо (49) увлекает за собой ролик (55) (за счет сил трения и вязкости окружающей среды). При этом пружина ролика (55) растягивается и начинает стремиться сжаться, возвратив ролик обратно.
Включение управляемой обгонной муфты производят, перемещая шток управления (8) вдоль ведущего вала (2) при снятой с него нагрузке. При этом шток (8) наезжает на толкатели (26) своей областью большого диаметра и частично выдвигает их из ведущего вала (2). Толкатели (26) поднимают пружинное кольцо (49) над поверхностью вала (2). Если разность скоростей вращения ведущей шестерни (5) и ведущего вала (2) большая, то защитный ролик (55) препятствует выдвижению толкателей и подъему пружинного кольца (49), так как сила, с которой действует толкатель, недостаточна для преодоления сил, действующих на ролик и прижимающих пружинное кольцо (49). После выравнивания скоростей вращения ведущей шестерни (5) и ведущего вала (2) сила прижатия роликами (55) пружинного кольца (49) уменьшается и толкатели становятся способными поднять пружинное кольцо (49).
Поднимающееся пружинное кольцо (49) прижимает упорные рычаги (221) собачек к ведущей шестерне (5) и опускает язычки (220) этих собачек до соприкосновения с ведущим валом (2). Одновременно пружинное кольцо (49) продвигает защитные ролики (55) вдоль выступов (502) к их основанию.
Затем прикладывают нагрузку к ведущему валу от двигателя. Когда частота вращения ведущего вала (2) сравнится или превысит частоту вращения ведущей шестерни (5), язычки (220) собачек (21) упрутся в зубья (204) ведущего вала (2). В результате ведущая шестерня (5) блокируется на ведущем валу (2) и обеспечивается передача крутящего момента на ведомый вал через ведомую шестерню.
При снятии нагрузки с ведущего вала (2) этот вал останавливается. За счет инерции ведущей шестерни (5), ведомой шестерни и ведомого вала ведущая шестерня проворачивается на ведущем валу (2). При этом язычки (220) собачек скользят по поверхности зубцов (204), перескакивая с одного на другой — управляемая муфта работает в режиме обгона. Благодаря выбору расположения толкателей (26) относительно зубцов (204) пружинное кольцо (49) слегка опускается при прохождении язычками (220) области упоров (ступеней) зубцов (204). Это происходит также в случае, когда ведущая шестерня (5), увлекаемая ведомой шестерней и ведомым валом, начинает вращаться с угловой скоростью, превышающей скорость вращения ведущего вала (2).
Отключение управляемой обгонной муфты производят путем перемещения штока управления (8) при снятой нагрузке с ведущего вала (2). При указанном перемещении штока управления толкатель (26) попадает в область меньшего диаметра штока (8), пружинное кольцо (49) прижимает толкатели к штоку (8) и прижимается само к ведущему валу (2). При снятии нагрузки язычки (220) собачек (21) перестают упираться в зубцы (204) и под действием пружин (222) собачек прижимаются к ведущей шестерне (5). При этом собачки (21) перестают контактировать с зубцами (204). При последующей подаче нагрузки на ведущий вал (2) язычки (220) собачек удерживаются на расстоянии от зубцов (204), обеспечивая свободное вращение ведущей шестерни (5).
Реализация заявляемого технического решения по варианту 4 не ограничивается приведенными выше примерами.
Коробка передач по варианту 4 может быть реализована, как описано в примере 5 варианта 1 или примерах 5 и 6 варианта 2 с применением управляемых муфт по варианту 4.
Валы могут быть составным или выполненными в виде системы соединенных друг с другом валов. Шестерни могут быть установлены на валах на радиально-упорных шариковых подшипниках качения, подшипниках скольжения или подшипниках другого типа. Количество применяемых элементов, например, пружин, толкателей, фиксаторов, может быть различным. Их форма и расположение также может быть разнообразной. Муфты могут иметь дополнительные различные детали для улучшения их функционирования, например, механизмы блокировки включения или выключения, различные дополнительные фиксаторы, пружины, подшипники. Фрикционные поверхности могут быть гладкими, рифлеными для увеличения трения, а также иметь другие форму и качество. Также допускается компоновка в одно устройство конструктивных элементов, описанных в разных примерах. Шток управления может выходить из вала и соединяться с рычагом управления с любого торца вала.
Описание работы коробки передач по варианту 4.
При работе коробки передач ведущий вал (2) приводится во вращение тяговой силой двигателя. При включенной одной из управляемых муфт (6) ведущих или ведомых шестерен вращение ведущего вала (2) передается на ведомый вал (3) и через него — на колеса.
Для изменения передаточного отношения от ведущего вала (2) к ведомому валу (3) перемещают шток управления (8) внутри ведущего и/или ведомого вала. При этом сначала обеспечивается отключение включенной управляемой муфты за счет прижатия заклинивающего элемента (21) либо к ведущему (2) или ведомому валу (фиг. 21), либо к ведущей (5) или ведомой шестерне (фиг. 23). Затем обеспечивается включение другой управляемой муфты за счет выдвижения толкателя (26), который приводит заклинивающий элемент (21) в контакт одновременно с ведущим валом (2) и ведущей шестерней (5) или с ведомой шестерней и ведомым валом.
Осуществление технического решения по варианту 5.
Коробка передач по варианту 5 аналогично коробке передач по варианту 1 содержит корпус, в котором размещены ведущий вал (2), ведомый вал (3), вал обратной передачи (28) (фиг. 1).
Ведущий вал (2) при использовании коробки передач соединяется с двигателем через механизм сцепления (1).
На ведущем (2) валу может быть установлен подтормаживатель (15) аналогично коробке передач по варианту 1.
Также аналогично коробке передач по варианту 1 ведущий вал (2) соединен с ведомым валом (3) механической передачей с переменным передаточным отношением. Эта механическая передача представляет собой установленные на ведущем валу ведущие дисковые элементы (5), находящиеся попарно в постоянном зацеплении с ведомыми дисковыми элементами (4), установленными на ведомом валу (3).
Один дисковый элемент в каждой паре ведущего-ведомого дисковых элементов установлен на своем валу на управляемой муфте (6). Предпочтительно в каждой упомянутой паре на управляемой муфте (6) установлен дисковый элемент с наибольшим диаметром.
Управление муфтами в парах ведущих-ведомых дисковых элементов осуществляется перемещением штоков управления (8) внутри соответствующих ведущего и/или ведомого валов (фиг. 24). Предпочтительным является управление за счет перемещения штока, вращающегося со скоростью вала, в котором он размещен, вдоль этого вала. Однако допускается управление и за счет относительного поворота штока в соответствующем валу или за счет комбинации поворота и продольного перемещения.
Управляемая муфта снабжена заклинивающим элементом (21), размещенным в пространстве между ведущим валом (2) и ведущей шестерней (5), и/или между ведомым валом и ведомой шестерней. При этом заклинивающий элемент размещен в вырезе под этот элемент в ведущем (или ведомом) валу. Внутри заклинивающего элемента размещен подпружиненный фиксатор (9), выполненный с возможностью частично выдвигаться за пределы заклинивающего элемента под действием своей пружины (11).
Также муфта снабжена толкателем (26), который при перемещении штока управления (8) внутри ведущего вала (2) (или ведомого вала) воздействует на фиксатор (9) и стремится привести заклинивающий элемент в контакт одновременно с валом и шестерней.
Примеры конкретного выполнения технического решения по варианту 5.
Пример 1 варианта 5. Цилиндрическая ведущая шестерня (5) установлена на ведущем валу (2) на двух радиальных подшипниках (12) (фиг. 24, 25).
Участок ведущего вала (2) между подшипниками (12) выполнен в профиле с несимметричными вырезами под заклинивающие элементы. Каждый вырез V-образный и образован в сущности двумя поверхностями — небольшого размера стенкой (205) и большего размера полкой (206). Целесообразно поверхность полки (206) выреза выполнять цилиндрической, то есть в профиле дугообразной, выпуклой в сторону от оси вала (2).
В вырезах ведущего вала (2) размещены заклинивающие элементы (21), выполненные с возможностью скольжения по поверхности полки (206) ведущего вала (2) в пределах выреза.
Кольцевые пружины (48) прижимают заклинивающие элементы (21) к ведущему валу (2) и одновременно стремятся передвинуть их ближе к стенке (205) выреза. Для кольцевых пружин (48) заклинивающие элементы (21) снабжены соответствующими вырезами.
В профиле стенка (205) по всей длине или на участке, граничащем с внешней поверхностью вала (2), имеет уклон относительно радиального направления в сторону, противоположную направлению вращения ведущего вала (2). При работе муфты в режиме обгона это позволяет заклинивающему элементу (21) устремляться вдоль стенки (205) в сторону оси ведущего вала (2), снижая силу, с которой заклинивающий элемент (21) взаимодействует с ведущей шестерней (5).
Внутри заклинивающего элемента (21) размещен подпружиненный фиксатор (9). В свободном состоянии пружины (11), закрепленной к фиксатору и заклинивающему элементу (21), фиксатор (9) выходит за пределы поверхности заклинивающего элемента (21), соприкасающейся с полкой (206) ведущего вала (2), и приподнимает элемент (21) над полкой.
Ведущий вал (2) снабжен отверстием, в которое может попадать фиксатор (9) под действием кольцевых пружин (48) на заклинивающий элемент (21). В этом отверстии размещен толкатель (26), преимущественно выполненный подпружиненным. Толкатель (26) упирается в шток управления (8) и выполнен с возможностью выталкивания фиксатора (9) из отверстия в ведущем валу (2) при перемещении штока управления внутри ведущего вала и приведения таким образом заклинивающего элемента в контакт с шестерней (5).
В частном случае толкатель (26) и фиксатор (9) выполнены в виде цилиндров со скругленными торцами.
Шток управления (8) выполнен с плавно изменяющимся диаметром для управления выдвижением толкателей (26) до границы отверстия ведущего вала (2), в котором они находятся, при перемещении штока (8) вдоль вала (2).
Ведущая шестерня (5) с внутренней стороны (со стороны ведущего вала (2)) и заклинивающие элементы (21) с наружной стороны могут быть снабжены неровностями для увеличения трения между ними.
При отключенной управляемой обгонной муфте ведущей шестерни толкатель (26) находится в области малого диаметра штока управления (8). Кольцевые пружины (48) прижимают заклинивающие элементы (21) к стенкам (205) и полкам (206), выступающая за пределы заклинивающего элемента (21) часть фиксатора (9) входит в отверстие вала (2) над толкателем (26). Заклинивающие элементы (21) не касаются ведущей шестерни (5). При этом ведущая шестерня (5) свободно вращается на ведущем валу (2).
Включение управляемой обгонной муфты производят, перемещая шток управления (8) вдоль ведущего вала (2) при снятой с него нагрузке. При этом шток (8) наезжает на толкатель (26) своей областью большого диаметра и выдвигает его на границу отверстия в ведущем валу (2). Толкатели (26) выталкивают из указанного отверстия фиксаторы (9). При этом фиксаторы (9) приподнимают заклинивающие элементы (21) до их соприкосновения с внутренней поверхностью ведущих шестерен (5). Затем прикладывают нагрузку к ведущему валу от двигателя. Когда частота вращения ведущего вала (2) сравнится или превысит частоту вращения ведущей шестерни (5), заклинивающие элементы (21), увлекаемые ведущими шестернями (5), переместятся к концу полок (206) и заблокируют ведущую шестерню на ведущем валу (2) (фиг. 26). При этом будет обеспечена передача крутящего момента на ведомый вал.
При снятии нагрузки с ведущего вала (2) этот вал замедляется. За счет инерции ведущей шестерни (5), ведомой шестерни и ведомого диска ведущая шестерня проворачивается на ведущем валу (2), расклинивая заклинивающие элементы (21). Под действием кольцевых пружин (48) заклинивающие элементы (21) прижимаются к стенке (205), фиксаторы (9) устанавливаются на толкатель (26). Это происходит также в случае, когда ведущая шестерня (5), увлекаемая ведомой шестерней и ведомым валом, начинает вращаться с угловой скоростью, превышающей скорость вращения ведущего вала (2). При таком вращении шестерни (5) дополнительно к вышесказанному заклинивающий элемент (21), увлекаемый потоком среды в пространстве между ведущей шестерней (5) и ведущим валом (2), прижимается к стенке (205) и скользит вдоль нее в сторону оси вала (2) благодаря размещению стенки под углом к радиальному направлению, снижая силу взаимодействия заклинивающего элемента (21) и ведущей шестерни (5).
Отключение управляемой обгонной муфты производят путем перемещения штока управления (8) при снятой нагрузке с ведущего вала (2). При указанном перемещении штока управления толкатель (26) попадает в область меньшего диаметра штока (8). Кольцевые пружины (48) прижимают заклинивающие элементы (21) к стенкам (205), позиционируя фиксатор (9) над толкателем (26) и прижимая их к штоку управления (8). При этом заклинивающие элементы (21) перестают контактировать с ведущими шестернями (5). При последующей подаче нагрузки на ведущий вал (2) заклинивающие элементы (21) удерживаются кольцевыми пружинами (48) на расстоянии от ведущей шестерни (5), обеспечивая ее свободное вращение.
Аналогично может быть выполнена управляемая муфта ведомой шестерни.
Пример 2 варианта 5. Если управляемая муфта по примеру 3 не должна быть обгонной, то она выполнена следующим образом (фиг. 27).
Участок ведущего вала (2) между подшипниками выполнен в профиле с выборками под заклинивающие элементы, представляющими собой дугообразные в профиле проточки вала, выгнутые в сторону от центра вала (2).
В проточках ведущего вала (2) размещены заклинивающие элементы (21), выполненные с возможностью скольжения по поверхности проточки.
Кольцевые пружины (не показаны), прижимающие заклинивающие элементы (21) к ведущему валу (2), одновременно стремятся передвинуть их таким образом, чтобы фиксатор (9) располагался напротив отверстия, в котором размещен толкатель (26).
При работе такой управляемой муфты во включенном состоянии заклинивающий элемент (21) фиксирует ведущий вал (2) и ведущую шестерню (5) независимо от направления их относительного вращения.
Аналогично может быть выполнена управляемая муфта ведомой шестерни.
Реализация заявляемого технического решения по варианту 5 не ограничивается приведенными выше примерами.
Коробка передач по варианту 5 может быть реализована, как описано в примере 5 варианта 1 или примерах 5 и 6 варианта 2 с применением управляемых муфт по варианту 5.
Валы могут быть составным или выполненными в виде системы соединенных друг с другом валов. Шестерни могут быть установлены на валах на радиально-упорных шариковых подшипниках качения, подшипниках скольжения или подшипниках другого типа. Количество применяемых элементов, например, пружин, толкателей, фиксаторов, может быть различным. Их форма и расположение также может быть разнообразной. Муфты могут иметь дополнительные различные детали для улучшения их функционирования, например, механизмы блокировки включения или выключения, различные дополнительные фиксаторы, пружины, подшипники. Фрикционные поверхности могут быть гладкими, рифлеными для увеличения трения, а также иметь другие форму и качество. Также допускается компоновка в одно устройство конструктивных элементов, описанных в разных примерах. Шток управления может выходить из вала и соединяться с рычагом управления с любого торца вала.
Описание работы коробки передач по варианту 5.
При работе коробки передач ведущий вал (2) приводится во вращение тяговой силой двигателя. При включенной одной из управляемых муфт (6) ведущих или ведомых шестерен вращение ведущего вала (2) передается на ведомый вал (3) и через него — на колеса.
Для изменения передаточного отношения от ведущего вала (2) к ведомому валу (3) перемещают шток управления (8) внутри ведущего и/или ведомого вала. При этом сначала обеспечивается отключение включенной управляемой муфты за счет прижатия заклинивающего элемента (21) к ведущему (2) или ведомому валу. Затем обеспечивается включение другой управляемой муфты за счет выдвижения толкателя (26), который приводит заклинивающий элемент (21) в контакт одновременно с ведущим валом (2) и ведущей шестерней (5) или с ведомой шестерней и ведомым валом.
Осуществление технического решения по варианту 6.
Коробка передач по варианту 6 аналогично коробке передач по варианту 1 содержит корпус, в котором размещены ведущий вал (2), ведомый вал (3), вал обратной передачи (28) (фиг. 1).
Ведущий вал (2) при использовании коробки передач соединяется с двигателем через механизм сцепления (1).
На ведущем (2) валу может быть установлен подтормаживатель (15) аналогично коробке передач по варианту 1.
Также аналогично коробке передач по варианту 1 ведущий вал (2) соединен с ведомым валом (3) механической передачей с переменным передаточным отношением. Эта механическая передача представляет собой установленные на ведущем валу ведущие дисковые элементы (5), находящиеся попарно в постоянном зацеплении с ведомыми дисковыми элементами (4), установленными на ведомом валу (3).
Один дисковый элемент в каждой паре ведущего-ведомого дисковых элементов установлен на своем валу на управляемой муфте (6). Предпочтительно в каждой упомянутой паре на управляемой муфте (6) установлен дисковый элемент с наибольшим диаметром.
Управление муфтами в парах ведущих-ведомых дисковых элементов осуществляется перемещением штоков управления (8) внутри соответствующих ведущего и/или ведомого валов (фиг. 28, 29). Предпочтительным является управление за счет перемещения штока, вращающегося со скоростью вала, в котором он размещен, вдоль этого вала. Однако допускается управление и за счет относительного поворота штока в соответствующем валу или за счет комбинации поворота и продольного перемещения.
Управляемая муфта снабжена заклинивающими элементами (21), размещенным в пространстве между ведущим валом (2) и ведущей шестерней (5), и/или между ведомым валом и ведомой шестерней. Заклинивающими элементами (21) являются ролики, свободно размещенные на полках несимметричными зубцов (204) ведущего вала (2) (или ведомого вала). Ролики (21) прижимаются к размещенному на валу пружинному кольцу (49) кольцевыми пружинами (48).
Также муфта снабжена толкателем (26), который при перемещении штока управления (8) внутри ведущего вала (2) (или ведомого вала) воздействует на пружинное кольцо и стремится привести заклинивающий элемент в контакт одновременно с валом и шестерней.
Примеры конкретного выполнения технического решения по варианту 6.
Пример 1 варианта 6. Цилиндрическая ведущая шестерня (5) установлена на ведущем валу (2) на двух радиальных подшипниках (12) (фиг. 28, 29). Заклинивающими элементами (21) являются ролики, свободно размещенные в пространстве между ведущим валом (2) и ведущей шестерней (5). С внешней стороны ведущий вал (2) снабжен несимметричными зубцами (204), имеющими с одной стороны упор для заклинивающих элементов - роликов (21). На полке каждого зубца (204) размещен один ролик (21). При этом диаметр каждого ролика имеет промежуточное значение между наименьшим и наибольшим расстояниями между полкой зубца (204) и ведущей шестерней (5).
Под роликами (21) со стороны ведущего вала (2) в соответствующей канавке размещено пружинное кольцо (49), прижимающееся к валу (2).
Ролики (21) прижимаются к ведущему валу (2) и пружинному кольцу (49) кольцевыми пружинами (48). Ведущая шестерня (5) с внутренней стороны снабжена канавкой под кольцевые пружины (48).
В радиальных отверстиях ведущего вала (2) размещены толкатели (26), упирающиеся с одной стороны в кольцо (49), а с другой стороны — в шток управления (8). В частном случае толкатели (26) выполнены в виде цилиндров со скругленным со стороны штока торцом. Толкатели (26) целесообразно располагать в месте наибольшей высоты зубцов ведущего вала (2). Шток управления (8) выполнен с плавно изменяющимся диаметром для управления выдвижением толкателей (26) из ведущего вала (2) при перемещении штока (8) вдоль вала (2).
При отключенной управляемой обгонной муфте ведущей шестерни толкатели (26) находятся в области малого диаметра штока управления (8). Пружинное кольцо (49) прижато к ведущему валу (2). Ролики (21), прижимаемые к ведущему валу (2) кольцевыми пружинами (48), удерживаются на полках зубцов (204) вала 74
(2) в области наибольшего расстояния между этим валом и ведущей шестерни (5). При этом ведущая шестерня (5) свободно вращается на ведущем валу (2).
Включение управляемой обгонной муфты производят, перемещая шток управления (8) вдоль ведущего вала (2) при снятой с него нагрузке. При этом шток (8) наезжает на толкатели (26) своей областью большого диаметра и частично выдвигает их из ведущего вала (2). Толкатели (26) поднимают пружинное кольцо (49) над поверхностью вала (2). Поднимающееся пружинное кольцо (49) прижимает ролики (21) к ведущей шестерне (5). При этом кольцевые пружины (48), оттесняемые роликами, входят в соответствующую канавку в ведущей шестерне (5). Затем прикладывают нагрузку к ведущему валу от двигателя. Когда частота вращения ведущего вала (2) сравнится или превысит частоту вращения ведущей шестерни (5) ролики, увлекаемые ведущей шестерней (5), будут смещаться вдоль пологой части зубцов ведущего вала (2) до самого узкого места, где они заклиниваются. В результате ведущая шестерня (5) блокируется на ведущем валу (2) и обеспечивается передача крутящего момента на ведомый вал.
При снятии нагрузки с ведущего вала (2) этот вал замедляется. За счет инерции ведущей шестерни (5), ведомой шестерни и ведомого вала ведущая шестерня проворачивается на ведущем валу (2). При этом ролики (21) расклиниваются и смещаются в противоположную сторону зубцов — в сторону упоров для роликов. С этой стороны ролики (21) не заклиниваются и не препятствуют вращению ведущей шестерни (5) с отличной от ведущего вала (2) скоростью — управляемая муфта работает в режиме обгона. Это происходит также в случае, когда ведущая шестерня (5), увлекаемая ведомой шестерней и ведомым валом, начинает вращаться с угловой скоростью, превышающей скорость вращения ведущего вала (2).
Отключение управляемой обгонной муфты производят путем перемещения штока управления (8) при снятой нагрузке с ведущего вала (2). При указанном перемещении штока управления толкатель (26) попадает в область меньшего диаметра штока управления (8), пружинное кольцо (49) прижимает толкатели к штоку (8) и прижимается само к ведущему валу (2). При снятии нагрузки ролики (21) расклиниваются и под действием кольцевых пружин (48) прижимаются к ведущему валу (2) в области упоров для роликов. При этом ролики (21) перестают контактировать с ведущей шестерней (5). При последующей подаче нагрузки на ведущий вал (2) ролики (21) удерживаются на расстоянии от ведущей шестерни (5), обеспечивая ее свободное вращение.
Аналогично может быть выполнена управляемая муфта ведомой шестерни.
Реализация заявляемого технического решения по варианту 6 не ограничивается приведенными выше примерами.
Коробка передач по варианту 6 может быть реализована, как описано в примере 5 варианта 1 или примерах 5 и 6 варианта 2 с применением управляемых муфт по варианту 6.
Валы могут быть составным или выполненными в виде системы соединенных друг с другом валов. Шестерни могут быть установлены на валах на радиально-упорных шариковых подшипниках качения, подшипниках скольжения или подшипниках другого типа. Количество применяемых элементов, например, пружин, толкателей, фиксаторов, может быть различным. Их форма и расположение также может быть разнообразной. Муфты могут иметь дополнительные различные детали для улучшения их функционирования, например, механизмы блокировки включения или выключения, различные дополнительные фиксаторы, пружины, подшипники. Фрикционные поверхности могут быть гладкими, рифлеными для увеличения трения, а также иметь другие форму и качество. Также допускается компоновка в одно устройство конструктивных элементов, описанных в разных примерах. Шток управления может выходить из вала и соединяться с рычагом управления с любого торца вала.
Описание работы коробки передач по варианту 6.
При работе коробки передач ведущий вал (2) приводится во вращение тяговой силой двигателя. При включенной одной из управляемых муфт (6) ведущих или ведомых шестерен вращение ведущего вала (2) передается на ведомый вал (3) и через него — на колеса.
Для изменения передаточного отношения от ведущего вала (2) к ведомому валу (3) перемещают шток управления (8) внутри ведущего и/или ведомого вала. При этом сначала обеспечивается отключение включенной управляемой муфты за счет прижатия заклинивающего элемента (21) к ведущему (2) или ведомому валу (фиг. 29). Затем обеспечивается включение другой управляемой муфты за счет выдвижения толкателя (26), который приводит заклинивающий элемент (21) в контакт одновременно с ведущим валом (2) и ведущей шестерней (5) или с ведомой шестерней и ведомым валом.
Осуществление технического решения по варианту 7.
Коробка передач по варианту 7 аналогично коробке передач по варианту 1 содержит корпус, в котором размещены ведущий вал (2), ведомый вал (3), вал обратной передачи (28) (фиг. 1).
Ведущий вал (2) при использовании коробки передач соединяется с двигателем через механизм сцепления (1).
На ведущем (2) валу может быть установлен подтормаживатель (15) аналогично коробке передач по варианту 1.
Также аналогично коробке передач по варианту 1 ведущий вал (2) соединен с ведомым валом (3) механической передачей с переменным передаточным отношением. Эта механическая передача представляет собой установленные на ведущем валу ведущие дисковые элементы (5), находящиеся попарно в постоянном зацеплении с ведомыми дисковыми элементами (4), установленными на ведомом валу (3).
Один дисковый элемент в каждой паре ведущего-ведомого дисковых элементов установлен на своем валу на управляемой муфте (6). Предпочтительно в каждой упомянутой паре на управляемой муфте (6) установлен дисковый элемент с наибольшим диаметром.
Управление муфтами в парах ведущих-ведомых дисковых элементов осуществляется перемещением штоков управления (8) внутри соответствующих ведущего и/или ведомого валов (фиг. 30). Предпочтительным является управление за счет перемещения штока, вращающегося со скоростью вала, в котором он размещен, вдоль этого вала. Однако допускается управление и за счет относительного поворота штока в соответствующем валу или за счет комбинации поворота и продольного перемещения.
Управляемая муфта снабжена заклинивающим элементом (21) и водилом (51), размещенными в пространстве между ведущим (2) или ведомым валом и ведущей (5) или ведомой шестерней (фиг. 31). Также управляемая муфта снабжена выдвижным фиксатором (9), который при перемещении штока управления (8) внутри ведущего вала (2) выдвигается из этого вала в паз (511) водила (51). Водило (51), в свою очередь, выполнено с возможностью поджатия заклинивающего элемента (21) одновременно к ведущему или ведомому валу и к соответствующей ведущей или ведомой шестерне.
Управляемая муфта (6) в отключенном состоянии обеспечивает свободное вращение ведущей шестерни (5) на ведущем валу (2) или ведомой шестерни на ведомом валу.
Во включенном состоянии управляемая муфта работает в одном из следующих режимов:
- обеспечивает передачу крутящего момента от ведущего вала к ведущей шестерне (или от ведомой шестерни к ведомому валу) в обе стороны вращения;
- обеспечивает передачу крутящего момента от ведущего вала к ведущей шестерни (или от ведомой шестерни к ведомому валу) только в одну сторону вращения (обгонная муфта);
- обеспечивает передачу крутящего момента от ведущего вала к ведущей шестерни (или от ведомой шестерни к ведомому валу) только в одну сторону вращения, которая задается при включении муфты (обгонная реверсивная муфта);
Примеры конкретного выполнения технического решения по варианту 7.
Пример 1 варианта 7. Коробка передач содержит семь ведущих и семь ведомых шестерен, установленных на подшипниках (12) (фиг. 1, 30, 31). В частности, на фиг. 30 условно показаны радиальные подшипники (12). В каждой паре ведущих-ведомых шестерен на управляемой муфте установлена шестерня с наибольшим диаметром. При этом на управляемых муфтах установлены с первой по четвертую ведомые шестерни и с пятой по седьмую ведущие шестерни (нумерация справа налево на фиг. 1 в порядке уменьшения передаточного отношения). Управляемые муфты выполнены обгонными.
Во включенном состоянии управляемая муфта, установленная на ведущем валу (2), обеспечивает передачу крутящего момента только в направлении от ведущего вала (2) к ведущей шестерне (5). Управляемая муфта, установленная на ведомом валу (3), обеспечивает передачу крутящего момента только в направлении от ведомой шестерни (4) к ведомому валу (3). В отключенном состоянии управляемая муфта (6) обеспечивает свободное вращение ведущей или ведомой шестерни на соответствующем валу.
Управляемая муфта содержит три или более заклинивающих элемента (21), представляющих собой ролики, размещенные в пространстве между ведущим валом (2) и ведущей шестерней (5) или между ведомой шестерней и ведомым валом. На фиг. 31 показано 4 ролика, обеспечивающие равномерность воздействия управляемой муфты на шестерню (5) при ее работе во включенном состоянии. Поверхность шестерни (5) в упомянутом пространстве между валом и шестерней снабжена несимметричными зубцами (501), имеющими с одной стороны упор для заклинивающих элементов - роликов (21). На каждом зубце (501) размещен один ролик (21). При этом диаметр каждого ролика имеет промежуточное значение между наименьшим и наибольшим расстояниями между полкой зубца (501) и ведущим валом (2). Ролики (21) в средней части снабжены сужением, которое расположено в вилке (515) кольцеобразного водила (51), расположенного на ведущем валу (2). В области указанного сужения под роликами (21) со стороны ведущего вала (2) размещено также пружинное кольцо (49), прижимающее ролики к ведущей шестерне (5).
Водило (51) со стороны ведущего вала (2) имеет профилированный паз (511) под фиксатор (9). Пазов (511) может быть несколько. Форма паза (511) соответствует форме шляпки фиксатора (9), но имеет две фаски, расположенные на противоположных сторонах паза,— защитную (512) и обгонную (513). Защитная фаска (512) расположена на той стенке паза (511), которая воспринимает давление фиксатора (9) во время работы управляемой муфты во включенном состоянии. Наличие этой фаски (512) обеспечивает срыв фиксатора (9) с зацепления с пазом (511) при превышении нагрузки на ведущем валу (2) сверх некоторого проектного значения. Обгонная фаска (513) расположена на противоположной стороне паза (511) и предназначена для того, чтобы фиксатор (9) с наименьшим сопротивлением выходил из паза (511) в режиме обгона, то есть при вращении водила (51) на валу (2) с большей скоростью.
На поверхности водила (51) вблизи обгонной фаски (513) выполнен защитный выступ (514), выполняющий роль трамплина для фиксатора (9) и защищающий муфту от ударного включения при значительной разнице в скоростях вращения ведущего вала (2) и водила (51).
Фиксатор (9) размещен в отверстии ведущего вала (2) и упирается с одной стороны в водило (51), а с другой стороны — в шток управления (8). В частном случае фиксатор (9) выполнен в виде цилиндра со скругленными торцами. Фиксатор (9) прижимается к штоку управления (8) кольцевой возвратной пружиной (11), размещенной в канавке на ведущем валу.
Шток управления (8) в зоне контакта с фиксатором (9) снабжен канавкой (10). Область канавки (10) может быть снабжена дополнительной более узкой канавкой (104) для размещения пружинной скобы (102). В области расположения центральной части скобы (102) канавка (10) снабжена выступом (103) на своем дне.
В области наибольшего размера зубцов (501) шестерня (5) снабжена сквозными отверстиями с заглушками, в которых размещены подпружиненные стопоры (52), упирающиеся в водило (51). Стопоры выполнены в виде шариков. При этом поверхность водила (51) под стопором (52) в позиции водила, соответствующей размещению роликов (21) в области наибольшей глубины зубцов (501), снабжена выемкой.
Вышеописанное исполнение управляемой муфты для ведущей шестерни (5) аналогично применимо для управляемой муфты ведомой шестерни (4) с учетом того, что управляемая муфта ведомой шестерни (4) обеспечивает передачу крутящего момента только в направлении от ведомой шестерни (4) к ведомому валу (3).
При отключенной управляемой обгонной муфте ведущей шестерни фиксатор (9) находится в глубокой ступени канавки (10) штока управления (8). Возвратная пружина (11) прижимает фиксатор (9) к штоку (8). Ролики (21), прижимаемые к ведущей шестерне (5) пружинным кольцом (49) и силами инерции, удерживаются на полках зубцов (501) этой шестерни в области наибольшего расстояния между шестерней и ведущим валом (2). Дополнительно положение водила (21) зафиксировано стопорами (52). При этом ведущая шестерня (5) свободно вращается на ведущем валу (2).
Включение управляемой обгонной муфты производят, перемещая шток управления (8) вдоль ведущего вала (2) предпочтительно при снятой с него нагрузке. При этом шток управления (8) наезжает на фиксатор (9) выступом (103) канавки (10) и частично выдвигает его из ведущего вала (2). Фиксатор (9) поднимает и сдвигает вбок возвратную пружину (11), а далее выдвижение фиксатора обеспечивается пружинным действием скобы (102).
Когда под нагрузкой частота вращения ведущего вала (2) превышает частоту вращения водила (51), фиксатор (9) попадает в профилированный паз (511) и увлекает за собой водило (51). При этом если частота вращения ведущего вала (2) большая и значительно превышает частоту вращения водила (51), то фиксатор (9), попадая на защитный выступ (514), отбрасывается к ведущему валу (2) и не попадает в паз (511), «перелетая» через него. Этим достигается защита от ударного включения муфты при указанной разнице в скоростях вращения вала (2) и водила (51) (шестерни (5)).
Движущееся вслед за фиксатором (9) водило (51) при достаточной нагрузке освобождается от фиксирующего эффекта стопоров (52) и увлекает за собой заклинивающие элементы - ролики (21). Ролики смещаются вдоль зубцов (501) до узкого места, где они заклиниваются. В результате ведущая шестерня (5) блокируется на ведущем валу (2) и обеспечивается передача крутящего момента на ведомую шестерню (4) и ведомый вал (3). Если ведущий вал испытывает значительную нагрузку, то фиксатор (9) благодаря защитной фаске (512) и пружинной скобе (102) выходит из зацепления с пазом (511) и прокручивается в водиле (51) до повторного зацепления с таким пазом (511).
При снятии нагрузки с ведущего вала (2) этот вал замедляется. За счет инерции ведущей шестерни (5), ведомой шестерни и ведомого вала ведущая шестерня проворачивается на ведущем валу (2). При этом ролики (21) расклиниваются и смещаются к той части зубцов, расстояние в которой до ведущего вала (2) больше диаметра роликов (в сторону упоров для роликов). С этой стороны ролики (21) не заклиниваются. Увлекаемое роликами (21) водило (51) благодаря обгонной фаске (513) выходит из зацепления с фиксатором (9) и не препятствует вращению ведущей шестерни (5) с отличной от ведущего вала (2) скоростью — управляемая муфта работает в режиме обгона. Это происходит также в случае, когда ведущая шестерня (5), увлекаемая ведомой шестерней и ведомым валом, начинает вращаться с угловой скоростью, превышающей скорость вращения ведущего вала (2).
Отключение управляемой муфты производят путем перемещения штока управления (8) и снятия нагрузки с ведущего вала (2). При этом фиксатор (9) оказывается в области глубокой ступени канавки (10), где на него не действует пружинная скоба (102). Фиксатор (9) прижимается к канавке (10) возвратной пружиной (11).
При снятии нагрузки ролики (21) расклиниваются и под действием пружинного кольца (49) прижимаются к ведущей шестерне (5) в области упоров для роликов. При этом ролики (21) перестают контактировать с ведущим валом (2). Одновременно положение водила (21) фиксируется стопорами (52). При последующей подаче нагрузки на ведущий вал (2) ролики (21) удерживаются на расстоянии от вала (2), обеспечивая свободное вращение ведущей шестерни (5).
Пример 2 варианта 7. Аналогичен примеру 1. Но вместо вилки водило (51) снабжено зацепом (516) (фиг. 32). Как и вилка в примере 1, зацеп (516) предназначен для поджатия роликов (21) в ту область зубцов (501), которая имеет наименьшее расстояние до ведущего вала (2) (или ведомого вала).
Фиксатор представляет собой цилиндр (901) с роликом (902), упирающимся в водило (51).
Пример 3 варианта 7. Цилиндрическая ведущая шестерня (5) установлена на ведущем валу (2) на двух радиальных подшипниках (12) (фиг. 33, 34, 35). Управляемая обгонная муфта этой ведущей шестерни является клиновой. Внутренняя поверхность шестерни (5) в пространстве между подшипниками (12) в профиле овальная и в этом пространстве между шестерней (5) и валом (2) размещены два заклинивающих элемента (21). Овальная в профиле внутренняя форма поверхности шестерни (5) имеет две области неравномерности, в которых расстояние между шестерней (5) и валом (2) меняется. Эти области и позволяют реализовать управление муфтой по принципу заклинивания. В общем случае внутренняя поверхность шестерни (5) может иметь больше областей неравномерности. Например, для треугольной в профиле формы внутренней поверхности шестерни областей неравномерности три. Следовательно, в управляемой муфте может быть три заклинивающих элемента. Заклинивающие элементы (21) выполнены, в сущности, повторяющими форму области неравномерности и при этом имеют зазоры к этой области со всех сторон или только с одной стороны — со стороны вала (2) или со стороны шестерни (5).
В средней части со стороны вала (2) заклинивающие элементы (21) имеют вырезы под кольцеобразное водило (51), расположенное на ведущем валу (2). Водило снабжено зацепом (516) для поджатия заклинивающих элементов (21) в область наименьшего расстояния между валом (2) и шестерней (5). Пружинным элементом (47), установленным между водилом (51) и заклинивающим элементом (21), последний поджимается к ведущей шестерне (5).
Аналогично примеру 1 водило (51) со стороны ведущего вала (2) имеет профилированный паз (511) с защитной и обгонной фасками, а также защитный выступ.
Фиксатор (9) размещен в отверстии ведущего вала (2) и упирается с одной стороны в водило (51), а с другой стороны — в шток управления (8). В частном случае фиксатор (9) выполнен в виде цилиндра со шляпкой. Фиксатор (9) прижимается к штоку управления (8) кольцевой возвратной пружиной (11), размещенной в канавке на ведущем валу.
Шток управления (8) в зоне контакта с фиксатором (9) снабжен канавкой (10), в которой уложена пружинная скоба (102).
Шестерня (5) снабжена сквозными радиальными отверстиями с заглушками, в которых размещены подпружиненные стопоры (52), упирающиеся в водило (51). Стопоры выполнены в виде шариков. При этом поверхность водила (51) под стопором (52) в позиции водила, соответствующей выключенной управляемой муфте, снабжена выемкой.
Вышеописанное исполнение управляемой муфты для ведущей шестерни (5) аналогично применимо для управляемой муфты ведомой шестерни (4) с учетом того, что управляемая муфта ведомой шестерни (4) обеспечивает передачу крутящего момента только в направлении от ведомой шестерни (4) к ведомому валу (3).
При отключенной управляемой обгонной муфте ведущей шестерни фиксатор (9) находится полностью в ведущем валу (2). Возвратная пружина (11) прижимает фиксатор (9) к штоку (8). Заклинивающие элементы (21), прижимаемые к ведущей шестерне (5) пружинными элементами (47) и силами инерции, удерживаются от контакта с ведущим валом (2). Дополнительно положение водила (21) зафиксировано стопорами (52). При этом ведущая шестерня (5) свободно вращается на ведущем валу (2).
Включение управляемой обгонной муфты производят, перемещая шток управления (8) вдоль ведущего вала (2) предпочтительно при снятой с него нагрузке. При этом пружинная скоба (102) начинает воздействовать на фиксатор (9) и частично выдвигает его из ведущего вала (2). Когда под нагрузкой частота вращения ведущего вала (2) превышает частоту вращения водила (51), фиксатор (9) попадает в профилированный паз (511) и увлекает за собой водило (51). При этом если частота вращения ведущего вала (2) большая и значительно превышает частоту вращения водила (51), то фиксатор (9), попадая на защитный выступ (514), отбрасывается к ведущему валу (2) и не попадает в паз (511), «перелетая» через него. Этим достигается защита от ударного включения муфты при указанной разнице в скоростях вращения вала (2) и водила (51) (шестерни (5)).
Движущееся вслед за фиксатором (9) водило (51) при достаточной нагрузке освобождается от фиксирующего эффекта стопоров (52) и увлекает за собой заклинивающие элементы (21). Заклинивающие элементы смещаются до узкого места, где они заклиниваются. В результате ведущая шестерня (5) блокируется на ведущем валу (2) и обеспечивается передача крутящего момента на ведомый вал. Если ведущий вал испытывает значительную нагрузку, то фиксатор (9) благодаря защитной фаске и пружинной скобе (102) выходит из зацепления с пазом (511) и прокручивается в водиле (51) до повторного зацепления с таким пазом (511).
При снятии нагрузки с ведущего вала (2) этот вал замедляется. За счет инерции ведущей шестерни (5), ведомой шестерни и ведомого вала ведущая шестерня проворачивается на ведущем валу (2). При этом заклинивающие элементы (21) расклиниваются и под действием центробежных сил и пружинных элементов (47) смещаются так, что перестают контактировать с валом (2). Увлекаемое заклинивающими элементами (21) водило (51) благодаря обгонной фаске выходит из зацепления с фиксатором (9) и не препятствует вращению ведущей шестерни (5) с отличной от ведущего вала (2) скоростью — управляемая муфта работает в режиме обгона. Это происходит также в случае, когда ведущая шестерня (5), увлекаемая ведомой шестерней и ведомым валом, начинает вращаться с угловой скоростью, превышающей скорость вращения ведущего вала (2).
Отключение управляемой муфты производят путем перемещения штока управления (8) и снятия нагрузки с ведущего вала (2). При этом фиксатор (9) оказывается в области канавки (10), где на него не действует пружинная скоба (102). Фиксатор (9) прижимается к канавке (10) возвратной пружиной (11).
При снятии нагрузки заклинивающие элементы (21) расклиниваются и перестают контактировать с ведущим валом (2). Одновременно положение водила (21) фиксируется стопорами (52). При последующей подаче нагрузки на ведущий вал (2) ролики (21) удерживаются на расстоянии от вала (2), обеспечивая свободное вращение ведущей шестерни (5).
Пример 4 варианта 7. Аналогичен примеру 3. Но выемки в водиле (51) под стопоры (52) выполнены более глубокими и снабжены толкателями (53) (фиг. 36).
При включении управляющей муфты фиксатор (9) воздействует на толкатель (53), освобождающий водило (51) от стопора (52).
Пример 5 варианта 7. Аналогичен примеру 3. Но стопоры (52) выполнены не радиальными, а наклонены так, что их действие направлено в сторону возврата водила в положение выключенной управляющей муфты (фиг. 37). В этом исполнении стопор постоянно воздействует на водило как при выключенной управляемой муфте, так и при включенной.
Вместо наличия пружинной скобы фиксатор сам выполнен пружинным. При этом он содержит закрепленную на ведущем валу (2) собачку (905), подпираемую вложенным в стакан (903) толкателем (906). Между стаканом и толкателем размещена пружина (904).
Пример 6 варианта 7. Цилиндрическая ведущая шестерня (5) установлена на ведущем валу (2) на двух радиальных подшипниках (не показаны) (фиг. 38). Управляемая муфта этой ведущей шестерни является клиновой и обгонной. Внутренняя поверхность шестерни (5) в пространстве между подшипниками в профиле четырехугольная со скругленными углами и в этом пространстве между шестерней (5) и валом (2) размещены четыре заклинивающих элемента (21). Четырехугольная в профиле форма поверхности шестерни (5) имеет четыре области неравномерности, в которых расстояние между шестерней (5) и валом (2) меняется. Эти области и позволяют реализовать управление муфтой по принципу заклинивания. Заклинивающие элементы (21) выполнены, в сущности, повторяющими форму области неравномерности и при этом имеют зазоры к этой области со всех сторон или только с одной стороны — со стороны вала (2) или со стороны шестерни (5).
В средней части со стороны вала (2) заклинивающие элементы (21) имеют вырезы под кольцеобразное водило (51), расположенное на ведущем валу (2). Водило снабжено зацепом (516) для поджатия заклинивающих элементов (21) в область наименьшего расстояния между валом (2) и шестерней (5). Пружинным элементом (47), установленным между водилом (51) и заклинивающим элементом (21), последний поджимается к ведущей шестерне (5).
Аналогично примеру 1 водило (51) со стороны ведущего вала (2) имеет профилированный паз (511) с защитной и обгонной фасками, а также защитный выступ.
Фиксатор (9) размещен в отверстии ведущего вала (2) и упирается с одной стороны в водило (51), а с другой стороны — в шток управления (8). В частном случае фиксатор (9) выполнен в виде цилиндра со скругленным торцом. Фиксатор (9) прижимается к штоку управления (8) возвратной пружиной (11), размещенной в канавке (10) штока (8). Канавка (10) расположена в зоне контакта с фиксатором (9) и в ней также уложена пружинная скоба (102).
Аналогично выполнена управляемая муфта для ведомой шестерни.
Работа управляемой муфты аналогична примеру 3.
Пример 7 варианта 7. Цилиндрическая ведущая шестерня (5) установлена на ведущем валу (2) на двух радиальных подшипниках (не показаны) (фиг. 39). Управляемая муфта этой ведущей шестерни является храповой и не является обгонной. На внутренней поверхности шестерни (5) в пространстве между подшипниками закреплены четыре заклинивающих элемента (21) выполненные в виде собачек. Каждая собачка имеет два язычка (220) для обеспечения возможности упора в соответствующие зубцы (не показаны) ведущего вала.
В средней части язычки (220) имеют разрезы под кольцеобразное водило (51), расположенное на ведущем валу (2). Водило снабжено вилками (515) для поджатия язычков (220) заклинивающих элементов - собачек (21) к валу (2).
Оба язычка по крайней мере одной собачки подпружинены к ведущей шестерне так, чтобы в отсутствии внешних сил водило и собачки возвращались в положение, при котором никакие язычки собачек не контактируют с ведущим валом.
Водило (51) со стороны ведущего вала (2) имеет профилированный паз (511), соответствующий форме шляпки фиксатора (9).
Фиксатор (9) размещен в отверстии ведущего вала (2) и упирается с одной стороны в водило (51), а с другой стороны — в шток управления (8). Фиксатор (9) прижимается к штоку (8) возвратной пружиной (не показана), размещенной в канавке ведущего вала (2).
Шток управления (8) в зоне контакта с фиксатором (9) снабжен канавкой (10), в которой размещена пружинная скоба (102).
Аналогично выполнена управляемая муфта для ведомой шестерни.
При отключенной управляемой муфте ведущей шестерни фиксатор (9) находится в той области канавки (10), в которой на него не действует пружинная скоба (102). Возвратная пружина прижимает фиксатор (9) к штоку (8). Язычки собачек не контактируют с ведущим валом (2). При этом ведущая шестерня (5) свободно вращается на ведущем валу (2).
Включение управляемой муфты производят, перемещая шток управления (8) вдоль ведущего вала (2) предпочтительно при снятой с него нагрузке. При этом шток (8) наезжает на фиксатор (9) той частью, где на него начинает действовать пружинная скоба (102). Скоба (102) частично выдвигает фиксатор из ведущего вала (2).
Когда под нагрузкой частота вращения ведущего вала (2) не совпадает с частотой вращения водила (51), фиксатор (9) попадает в профилированный паз (511) и увлекает за собой водило (51).
Движущееся вслед за фиксатором (9) водило (51) увлекает за собой заклинивающие элементы - собачки (21). При этом какой-либо из язычков (220) каждой собачки соприкасается с валом (2) и заклинивается в его зубцах. В результате ведущая шестерня (5) блокируется на ведущем валу (2) и обеспечивается передача крутящего момента на ведомый вал.
При снятии нагрузки с ведущего вала (2) этот вал замедляется. За счет инерции ведущей шестерни (5), ведомой шестерни и ведомого вала ведущая шестерня проворачивается на ведущем валу (2). При этом язычки (220) освобождаются от нагрузки вала (2) и возвращаются своими пружинами в нейтральное положение, при котором никакие язычки не контактируют с валом (2). Если замедление вала (2) продолжается и шестерня (5) начинает его обгонять, то увлекаемые водилом (51) собачки приводятся в контакт с валом (2) своими другими язычками (220). Эти другие язычки входят в зацепление с зубцами и вновь блокируют шестерню (5) на ведущем валу (2). В этом случае вращательный момент передается от шестерни (5) к валу (2).
Отключение управляемой муфты производят путем перемещения штока управления (8) и снятия нагрузки с ведущего вала (2). При этом фиксатор (9) оказывается в области канавки (10), где на него не действует пружинная скоба (102). Фиксатор (9) прижимается к канавке (10) возвратной пружиной.
При снятии нагрузки и отсутствии воздействия на водило (51) со стороны вала (2) собачки (21) выходят из зацепления с валом (2) и остаются в таком положении. При последующей подаче нагрузки на ведущий вал (2) собачки (21) удерживаются на расстоянии от вала (2), обеспечивая свободное вращение ведущей шестерни (5).
Пример 8 варианта 7. Цилиндрическая ведущая шестерня (5) установлена на ведущем валу (2) на двух радиальных подшипниках (не показаны) (фиг. 40). Управляемая муфта этой ведущей шестерни является храповой обгонной. На внутренней поверхности шестерни (5) в пространстве между подшипниками закреплены четыре заклинивающих элемента (21) выполненные в виде собачек. Каждая собачка имеет язычок (220) для обеспечения возможности упора в соответствующие зубцы (не показаны) ведущего вала.
В средней части язычки (220) имеют разрезы под кольцеобразное водило (51), расположенное на ведущем валу (2). Водило снабжено вилками (515) для поджатия язычков (220) заклинивающих элементов - собачек (21) к валу (2).
Стопоры могут быть выполнены аналогично примеру 5. Либо вместо стопоров язычки (220) собачек могут быть подпружинены.
Аналогично примеру 1 водило (51) со стороны ведущего вала (2) имеет профилированный паз (511) с защитной и обгонной фасками, а также защитный выступ.
Фиксатор (9) размещен в отверстии ведущего вала (2) и упирается с одной стороны в водило (51), а с другой стороны — в шток управления (8). Находящийся в канавке (10) штока управления (8) конец фиксатора (9) снабжен вырезом (907), входящим в зацеп (105), что позволяет фиксатору удерживаться в отверстии вала (2).
Аналогично выполнена управляемая муфта для ведомой шестерни.
При отключенной управляемой обгонной муфте ведущей шестерни фиксатор (9) находится в той области канавки (10), в которой на него не действует пружинная скоба (102). Стопоры или пружины собачек удерживают водило (51) в положении, при котором язычки (220) собачек не контактируют с ведущим валом (2). При этом ведущая шестерня (5) свободно вращается на ведущем валу (2).
Включение управляемой обгонной муфты производят, перемещая шток управления (8) вдоль ведущего вала (2) предпочтительно при снятой с него нагрузке. При этом шток (8) наезжает на фиксатор (9) той частью, где на него начинает действовать пружинная скоба (102). Скоба (102) частично выдвигает фиксатор из ведущего вала (2).
Когда под нагрузкой частота вращения ведущего вала (2) не совпадает с частотой вращения водила (51), фиксатор (9) попадает в профилированный паз (511) и увлекает за собой водило (51).
Движущееся вслед за фиксатором (9) водило (51) увлекает за собой заклинивающие элементы - собачки (21). При этом язычок (220) каждой собачки соприкасается с валом (2) и заклинивается в его зубцах. В результате ведущая шестерня (5) блокируется на ведущем валу (2) и обеспечивается передача крутящего момента на ведомый вал.
При снятии нагрузки с ведущего вала (2) этот вал замедляется. За счет инерции ведущей шестерни (5), ведомой шестерни и ведомого вала ведущая шестерня проворачивается на ведущем валу (2). При этом язычки (220) освобождаются от нагрузки вала (2) и за счет центробежной силы возвращаются в нейтральное положение, при котором никакие язычки не контактируют с валом (2). Водило (51) благодаря обгонной фаске выходит из зацепления с фиксатором (9) и не препятствует вращению ведущей шестерни (5) с отличной от ведущего вала (2) скоростью — управляемая муфта работает в режиме обгона. Это происходит также в случае, когда ведущая шестерня (5), увлекаемая ведомой шестерней и ведомым валом, начинает вращаться с угловой скоростью, превышающей скорость вращения ведущего вала (2).
Отключение управляемой муфты производят путем перемещения штока управления (8) и снятия нагрузки с ведущего вала (2). При этом фиксатор (9) оказывается в области канавки (10), где на него не действует пружинная скоба (102).
При снятии нагрузки и отсутствии воздействия на водило (51) со стороны вала (2) собачки (21) выходят из зацепления с валом (2) и остаются в таком положении. При последующей подаче нагрузки на ведущий вал (2) собачки (21) удерживаются на расстоянии от вала (2), обеспечивая свободное вращение ведущей шестерни (5).
Пример 9 варианта 7. Управляемая муфта ведущей шестерни (5) содержит четыре заклинивающих элемента (21), представляющих собой ролики, размещенные в пространстве между ведущим валом (2) и ведущей шестерней (5) (фиг. 41, 42). Поверхность шестерни (5) в этом пространстве снабжена симметричными зубцами (501). Между каждой парой зубцов (501) в профиле размещен один ролик (21). При этом диаметр каждого ролика имеет промежуточное значение между наименьшим и наибольшим расстояниями между полкой зубца (501) и ведущим валом (2).
Ролики (21) с торцов снабжены сужениями и размещены в водиле (51). Водило (51) представляет собой трубу с проточками под ролики (21). Торцы роликов (21) пружинами (47) прижимаются к ведущей шестерне (5). Проточки в водиле (51) выполнены так, что ролики (21) могут двигаться относительно водила (51) в радиальном направлении. Водило (51) расположено на ведущем валу (2).
Водило (51) со стороны ведущего вала (2) на каждом из своих концов имеет профилированные пазы (511) под фиксаторы (9). Пазов (511) может быть несколько на каждом конце. На фиг. 41, 42 показано по два паза с каждого конца. Форма паза (511) соответствует форме шляпки фиксатора (9), но имеет две фаски, расположенные на противоположных сторонах паза, как описано в примере 1. На поверхности водила (51) вблизи обгонной фаски выполнен защитный выступ.
Размещение фасок на разных концах водила (51) в разных направлениях обхода позволяет реализовать управляемую муфту с выбираемым направлением обгона (реверсивная обгонная муфта).
Фиксаторы (9) размещены в отверстиях ведущего вала (2) и упираются с одной стороны в водило (51), а с другой стороны — в шток управления (8). В частном случае каждый фиксатор (9) выполнен в виде цилиндра со шляпкой. Фиксатор (9) прижимается к штоку управления (8) возвратной пружиной (11), размещенной в канавке на ведущем валу.
Шток управления (8) в зоне контакта с фиксаторами (9) снабжен канавкой (10), в которой уложена пружинная скоба (102).
В области наибольшего размера зубцов (501) и краев водила (51) шестерня (5) снабжена сквозными отверстиями с заглушками, в которых размещены подпружиненные стопоры (52), упирающиеся в водило (51). Стопоры выполнены в виде цилиндров со скругленными торцами. При этом поверхность водила (51) под стопорами (52) в позиции водила, соответствующей размещению роликов (21) в области между зубцов (501), снабжена выемкой. Выемки имеют несимметричные заходы для стопоров (52). Это выполнено для того, чтобы каждый стопор препятствовал повороту водила только в одну сторону. При этом стопоры (52), размещенные на одном конце водила (51) (правом на фиг. 41), препятствуют повороту водила (51) против часовой стрелки (см. фиг. 42). А стопоры (52), размещенные на другом конце водила (51) (левом на фиг. 41), препятствуют повороту водила (51) по часовой стрелки (см. фиг. 42). Выемки в водиле (51) под стопоры (52) снабжены толкателями (53).
Аналогично выполнена управляемая муфта ведомой шестерни.
При отключенной управляемой обгонной муфте ведущей шестерни все фиксаторы (9) находятся в области канавок (10) штока управления (8), где на них не действуют пружинные скобы (102). При этом возвратные пружины (11) прижимают фиксаторы (9) к штоку (8). Ролики (21), прижимаемые к ведущей шестерне (5) пружинами (47) и силами инерции, удерживаются между зубцов (501) этой шестерни в области наибольшего расстояния между шестерней и ведущим валом (2). Дополнительно положение водила (51) зафиксировано стопорами (52). При этом ведущая шестерня (5) свободно вращается на ведущем валу (2).
Включение управляемой обгонной муфты производят, перемещая шток управления (8) вдоль ведущего вала (2) предпочтительно при снятой с него нагрузке. При этом шток (8) наезжает пружинной скобой (102) на фиксаторы (9), расположенные у какого-то одного конца водила (51), и частично выдвигает их из ведущего вала (2). Для изображенной на фиг. 41, 42 муфты, чтобы передавать вращение от ведущего вала (2) к шестерне (5) по часовой стрелке, шток управления (8) необходимо сместить влево.
Когда под нагрузкой частота вращения ведущего вала (2) превышает частоту вращения водила (51), выдвигаемые из вала (2) фиксаторы (9) попадают в профилированный паз (511). Воздействуя на толкатель (53), фиксаторы (9) освобождают водило (51) от стопоров (52) и увлекают водило за собой. При этом если частота вращения ведущего вала (2) большая и значительно превышает частоту вращения водила (51), то фиксатор (9), попадая на защитный выступ, отбрасывается к ведущему валу (2) и не попадает в паз (511), «перелетая» через него. Этим достигается защита от ударного включения муфты при указанной разнице в скоростях вращения вала (2) и водила (51) (шестерни (5)).
Движущееся вслед за фиксаторами (9) водило (51) увлекает за собой заклинивающие элементы - ролики (21). Ролики смещаются вдоль зубцов (501) до узкого места, где они заклиниваются. В результате ведущая шестерня (5) блокируется на ведущем валу (2) и обеспечивается передача крутящего момента на ведомый вал. Если ведущий вал испытывает значительную нагрузку, то фиксатор (9) благодаря защитной фаске и пружинной скобе (102) выходит из зацепления с пазом (511) и прокручивается в водиле (51). При этом вся нагрузка передается заклинивающими элементами (21), а не фиксатором (9).
При снятии нагрузки с ведущего вала (2) этот вал замедляется. За счет инерции ведущей шестерни (5), ведомой шестерни и ведомого вала ведущая шестерня проворачивается на ведущем валу (2). При этом ролики (21) расклиниваются и смещаются к той части зубцов, расстояние в которой до ведущего вала (2) больше диаметра роликов. В этой области ролики (21) не заклиниваются и удерживаются центробежными силами, пружинами (47) и стопорами (52) с той стороны водила (51), где фиксаторы (9) выключены (находятся в пределах вала (2)). Увлекаемое роликами (21) водило (51) благодаря обгонной фаске пазов (511) выходит из зацепления с фиксаторами (9) и не препятствует вращению ведущей шестерни (5) с отличной от ведущего вала (2) скоростью — управляемая муфта работает в режиме обгона. Это происходит также в случае, когда ведущая шестерня (5), увлекаемая ведомыми шестерней и валом, начинает вращаться с угловой скоростью, превышающей скорость вращения ведущего вала (2).
Отключение управляемой муфты производят путем перемещения штока управления (8) и снятия нагрузки с ведущего вала (2). При этом все фиксаторы (9) оказываются в области канавки (10), где на него не действуют пружинные скобы (102). Фиксаторы (9) прижимаются к канавке (10) возвратной пружиной (11).
При снятии нагрузки ролики (21) расклиниваются и под действием пружин (47) прижимаются к ведущей шестерне (5) в области между зубцов (501). При этом ролики (21) перестают контактировать с ведущим валом (2). Одновременно положение водила (21) фиксируется стопорами (52). При последующей подаче нагрузки на ведущий вал (2) ролики (21) удерживаются на расстоянии от вала (2), обеспечивая свободное вращение ведущей шестерни (5).
В зависимости от того, в какую сторону необходимо обеспечить вращение ведущей шестерни, муфта подключается фиксаторами (9) на одной или на другой стороне водила (51). Как упоминалось выше, для передачи вращения от вала (2) к шестерне (5) по часовой стрелке шток управления (8) изображенной на фиг. 41, 42 муфты необходимо сместить влево. Для передачи вращения от вала (2) к шестерне (5) против часовой стрелки первый шток (8) необходимо сместить вправо.
Очевидно, что изменением конфигурации канавки (10) и/или пружинной скобы (102) возможно осуществить работу муфты по этому примеру в режиме блокировки в обе стороны, когда муфта перестает быть обгонной.
Реализация заявляемого технического решения по варианту 7 не ограничивается приведенными выше примерами.
Коробка передач по варианту 7 может быть реализована, как описано в примере 5 варианта 1 или примерах 5 и 6 варианта 2 с применением управляемых муфт по варианту 7.
Валы могут быть составным или выполненными в виде системы соединенных друг с другом валов. Ведущие и/или ведомые шестерни могут быть установлены на своих валах на радиально-упорных шариковых подшипниках качения, подшипниках скольжения или подшипниках другого типа. Толкатели могут быть выполнены в виде цилиндров, шариков, грибков различной формы, прямоугольников, а также могут быть выполнены составными из двух или более частей. Толкатель может быть выполнен пружинным, содержащим в своем теле пружину. Количество применяемых элементов, например, пружин, толкателей, фиксаторов, может быть различным. Их форма и расположение также может быть разнообразной. Муфты могут иметь дополнительные различные детали для улучшения их функционирования, например, механизмы блокировки включения или выключения, различные дополнительные фиксаторы, пружины, подшипники. Фрикционные поверхности могут быть гладкими, рифлеными для увеличения трения, а также иметь другие форму и качество. Также допускается компоновка в одно устройство конструктивных элементов, описанных в разных примерах. Шток управления может выходить из вала и соединяться с рычагом управления с любого торца вала.
Описание работы коробки передач по варианту 7.
При работе коробки передач ведущий вал (2) приводится во вращение тяговой силой двигателя. При включенной одной из управляемых муфт (6) ведущих дисковых элементов (5) (или ведомых дисковых элементов) вращение ведущего вала (2) передается на ведомый вал (3) и через него — на колесо.
Для изменения передаточного отношения от ведомого вала (2) к ведомому валу (3) перемещают шток управления (8) внутри ведущего и/или ведомого валов. При этом сначала обеспечивается отключение включенной управляемой муфты за счет прижатия заклинивающего элемента (21) либо к ведущему валу (2) (ведомому валу), либо к ведущей шестерне (5) (ведомой шестерне). Затем обеспечивается включение другой управляемой муфты за счет выдвижения фиксатора (9), который увлекает за собой водило (51). Водило (51), в свою очередь, поджимает заклинивающий элемент (21) между ведущим (2) валом и ведущей шестерней (5) (или между или ведомым валом и ведомой шестерней), что приводит к их взаимной блокировке.
Осуществление технического решения по варианту 8.
Коробка передач по варианту 8 аналогично коробке передач по варианту 1 содержит корпус, в котором размещены ведущий вал (2), ведомый вал (3), вал обратной передачи (28) (фиг. 1).
Ведущий вал (2) при использовании коробки передач соединяется с двигателем через механизм сцепления (1).
На ведущем валу (2) может быть установлен подтормаживатель (15) аналогично коробке передач по варианту 1.
Также аналогично коробке передач по варианту 1 ведущий вал (2) соединен с ведомым валом (3) механической передачей с переменным передаточным отношением. Эта механическая передача представляет собой установленные на ведущем валу ведущие дисковые элементы (5), находящиеся попарно в постоянном зацеплении с ведомыми дисковыми элементами (4), установленными на ведомом валу (3).
Один дисковый элемент в каждой паре ведущего-ведомого дисковых элементов установлен на своем валу на управляемой муфте (6). Предпочтительно в каждой упомянутой паре на управляемой муфте (6) установлен дисковый элемент с наибольшим диаметром.
Управление муфтами в парах ведущих-ведомых дисковых элементов осуществляется перемещением штоков управления (8) внутри соответствующих ведущего и/или ведомого валов (фиг. 43). Предпочтительным является управление за счет перемещения штока, вращающегося со скоростью вала, в котором он размещен, вдоль этого вала. Однако допускается управление и за счет относительного поворота штока в соответствующем валу или за счет комбинации поворота и продольного перемещения.
Управляемая муфта (6) ведущего дискового элемента снабжена заклинивающим элементом (21). В выключенном состоянии муфты заклинивающий элемент (21) удерживается управляющей втулкой (41), которая поворачивается при перемещении штока управления (8) внутри ведущего вала (2) и стремится привести заклинивающий элемент в контакт одновременно с валом (2) и шестерней (5).
Управляемая муфта ведомого дискового элемента выполнена, как описано в вариантах 1-7.
Примеры конкретного выполнения технического решения по варианту 8.
Пример 1 варианта 8. Коробка передач содержит семь ведущих и семь ведомых шестерен. Три ведущие шестерни (5) установлены на управляемых обгонных муфтах (фиг. 43).
Ведущий вал (2) выполнен составным. Средняя (201) и оконечная (202) части ведущего вала соединены винтовой передачей. При этом средняя часть (201) ведущего вала соединена шлицевым соединением с гайкой (39) винтовой передачи, резьба которой входит в зацепление с резьбой на оконечной части (202) ведущего вала.
Ведущая шестерня (5) свободно вращается на управляющей втулке (41) управляемой муфты. Ведущая шестерня (5) и управляющая втулка (41) размещены между двух частей заклинивающего элемента (21), установленных на оконечной части (202) ведущего вала на шлицах. Каждая часть заклинивающего элемента (21) снабжена подпружиненным возвратным толкателем (217), выполненным в виде шарика. Оконечная часть (202) снабжена канавкой под этот шарик (217). Части заклинивающего элемента (21) и шестерня (5) снабжены фрикционными поверхностями (27). Для сокращения размеров блока ведущих шестерен смежные части заклинивающего элемента (21) соседних управляемых муфт выполнены заодно.
Управляющая втулка (41) установлена на оконечной части (202) ведущего вала с возможностью поворота относительно этого вала. В частном случае управляющая втулка (41) установлена на оконечной части (202) ведущего вала на прореженных через один шлицах, на которых установлены части заклинивающего элемента (21) (фиг. 44). Угол поворота управляющей втулки (41) на оконечной части (202) ведущего вала задается рычагом поворота (44), закрепленным в штоке управления (8) и через прорези в оконечной части (202) ведущего вала входящим в управляющее отверстие (45) в управляющей втулке (41) (фиг. 45).
На торцах управляющая втулка (41) снабжена зубьями. Ответными пазами под эти зубья снабжены части заклинивающего элемента (21). Управляющая втулка (41) выполнена так, что при ее положении, соответствующем совпадению ее зубьев с ответными пазами заклинивающего элемента (21), обеспечивается контакт фрикционных поверхностей (27), а при несовпадении указанных зубьев и пазов втулка препятствует контакту фрикционных поверхностей (27) и обеспечивает зазор между частями заклинивающего элемента (21) и шестерней (5).
Конфигурация управляющего отверстия (45) и крепление рычага поворота (44) на штоке управления (8) для разных управляемых муфт выполнены так, что при определенном положении штока (8) обеспечивается возможность включения только одной из управляемых муфт (только для одной из этих муфт обеспечивается соответствие положения зубьев управляющей втулки (41) и ответных пазов заклинивающего элемента (21)).
Все управляемые обгонные муфты размещены между гайкой (39) винтовой передачи и упором (46).
Форма фрикционных поверхностей (27) может быть конусообразной, криволинейной или другой. Фрикционные поверхности могут быть выполнены рифлеными для целей увеличения сил трения. Части заклинивающего элемента (21) и шестерни (5) в частном случае могут быть выполнены в форме дисков. Тогда фрикционные поверхности (27), в сущности, плоские.
При снятой нагрузке с ведущего вала возвратные шарики (217) обеспечивают нейтральное положение всех частей заклинивающего элемента (21), при котором фрикционные поверхности (27) не соприкасаются, а пазы этих частей заклинивающего элемента (21) выведены из зацепления с зубьями управляющих втулок (41). Ведущие шестерни (5) свободно вращаются.
При помощи рычага (13) перемещением штока управления (8) вдоль оконечной части (202) ведущего вала обеспечивают включение выбранной управляемой муфты. При этом перемещение штока управления (8) и рычага поворота (44) обеспечивает поворот управляющей втулки (41) заданной управляемой муфты в положение, при котором зубья втулки (41) находятся напротив соответствующих пазов заклинивающего элемента (21).
При приложении нагрузки к ведущему валу от двигателя частота вращения средней части (201) ведущего вала начинает превышать частоту вращения его оконечной части (202). Это приводит к затягиванию гайки (39) винтовой передачи и стягиванию пакета управляемых муфт, размещенных между гайкой (39) и упором (46).
Для включенной управляемой муфты это приводит к вхождению зубьев управляющей втулки (41) в пазы заклинивающего элемента (21). При этом фрикционные поверхности (27) этой муфты соприкасаются и увеличивают силу торможения оконечной части (202) ведущего вала.
Для отключенных управляемых муфт это приводит к тому, что зубья управляющей втулки (41) упираются в части заклинивающего элемента (21) и не попадают в их пазы. Фрикционные поверхности (27) отключенных муфт не соприкасаются и соответствующие ведущие шестерни (5) свободно вращаются на валу (2).
Далее за счет винтовой передачи фрикционные поверхности (27) включенной управляемой муфты прижимаются друг к другу с большей силой. В результате описанного процесса ведущая шестерня (5) включенной управляемой муфты блокируется на оконечной части (202) ведущего вала и обеспечивается передача крутящего момента на дисковый ведомый вал.
При снятии нагрузки с ведущего вала (2) его средняя часть (201) стремится останавливаться. За счет инерции оконечной части (202), заклинивающего элемента (21), ведущих шестерен (5), ведомых шестерен и ведомого вала оконечная часть (202) проворачивается на винтовой передаче с гайкой (39) и выводит фрикционные поверхности (27) включенной управляемой муфты из соприкосновения, позволяя соответствующей ведущей шестерне (5) свободно вращаться на оконечной части (202) ведущего вала. Возвратные шарики (217) обеспечивают перемещение всех частей заклинивающего элемента (21) в нейтральное положение.
Реализация заявляемого технического решения по варианту 8 не ограничивается приведенными выше примерами.
Коробка передач по варианту 8 может быть реализована, как описано в примере 5 варианта 1 или примерах 5 и 6 варианта 2 с применением на ведущем валу управляемых муфт по варианту 8.
Валы могут быть составными или выполненными в виде системы соединенных друг с другом валов. Ведущие и ведомые шестерни могут быть установлены на своих валах на радиально-упорных шариковых подшипниках качения, подшипниках скольжения или подшипниках другого типа. Также допускается компоновка в одно устройство конструктивных элементов, описанных в разных примерах. Шток управления может выходить из вала и соединяться с рычагом управления с любого торца вала.
Описание работы коробки передач по варианту 8.
При работе коробки передач ведущий вал (2) приводится во вращение тяговой силой двигателя.
При включенной одной из управляемых муфт (6) ведущих (5) или ведомых шестерен вращение ведущего вала (2) передается на ведомый вал (3) и через него — на колесо.
Для изменения передаточного отношения от ведущего вала (2) к ведомому валу перемещают шток управления (8) внутри ведущего вала. При этом обеспечивается отключение включенной управляемой муфты за счет поворота ее управляющей втулки (41) враспор частей заклинивающего элемента (21) и включение другой управляемой муфты за счет поворота ее управляющей втулки, которая приводит заклинивающий элемент (21) в контакт одновременно с ведущим валом (2) и ведущей шестерней (5).
Промышленная применимость.
Заявляемые технические решения реализованы с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов, могут быть изготовлены на 97
любом промышленном предприятии и найдут широкое применение в области трансмиссий транспортных средств.