ПЯТИСТУПЕНЧАТАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ
FIVE-SPEED GEARBOX

Изобретение относится к транспортному машиностроению, к трансмиссии транспортных машин.
Известны агрегаты трансмиссии - коробки передач (КП) со ступенчатым изменением передаточных чисел, содержащие шестерни, валы, опоры, устройства переключения передач, применяемые на отечественных и зарубежных автомобилях. (Проектирование трансмиссий автомобилей: Справочник / Под общ. ред. А.И. Гришкевича. - М: Машиностроение, 1984. - 272 с.).
Эти агрегаты конструктивно сложны и металлоемки.
Наиболее близкой к предлагаемому устройству является КП автомобиля Zahnradfabrik «АК-5» (с.165, рис.7.3, б).
Коробка передач содержит корпус агрегата, в опорах которого соосно расположены входной и выходной валы, параллельно им расположен промежуточный вал, на валах установлены пять пар шестерен внешнего зацепления и ряд шестерен заднего хода, при этом дополнительная шестерня заднего хода расположена на отдельной оси, на входном валу закреплена одна шестерня, в торце этого вала расположена опора выходного вала, на котором свободно установлены пять шестерен и три трехпозиционные муфты переключения передач, на промежуточном валу шестерни закреплены жестко.
Описанная КП ограничивает эксплуатационные и компоновочные характеристики транспортного средства из-за недостаточного диапазона КП (отношение передаточных чисел низшей и высшей передач), который снижен вследствие увеличенного диаметра шестерни входного вала, так как в его наконечнике расположена опора выходного вала, агрегат имеет увеличенные габариты и массу, так как для пяти передач переднего хода и одной передачи заднего хода необходимы 13 шестерен, КП не автономна, так как требуется внешняя опора для входного вала, которая, как правило, расположена в торце коленчатого вала двигателя.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в расширении эксплуатационных и компоновочных возможностей транспортного средства за счет увеличения диапазона КП, снижения габаритов и массы агрегата, повышения долговечности КП за счет уменьшения длины валов, обеспечения автономности КП.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который обеспечивается за счет автономности и увеличения диапазона КП при переносе опоры из наконечника входного вала в наконечник выходного вала, снижения габаритов и массы на одну пару шестерен за счет введения делителя, повышения долговечности КП за счет увеличения жесткости валов при уменьшении их длины.
Сущность предлагаемого устройства заключается в том, что пятиступенчатая коробка передач, содержащая корпус агрегата с внутренней стенкой, в опорах которого соосно расположены входной и выходной валы, параллельно им расположен промежуточный вал, на которых установлены четыре пары шестерен внешнего зацепления и ряд шестерен заднего хода, дополнительная шестерня заднего хода установлена на оси, расположенной между промежуточным и выходным валами, на промежуточном валу закреплены три шестерни, трехпозиционная муфта выходного вала расположена между двумя шестернями, свободно установленными на этом валу, при этом в отличие от прототипа на выходном валу закреплен трубчатый наконечник с опорой во внутренней стенке корпуса коробки передач, в этом наконечнике расположена опора входного вала, на котором закреплены две шестерни, на наконечнике свободно установлена шестерня, зацепленная с шестерней промежуточного вала, трехпозиционная муфта трубчатого наконечника расположена рядом с шестерней, закрепленной на входном валу, трехпозиционная муфта промежуточного вала расположена между шестернями, свободно установленными на этом валу и зацепленными с шестернями, закрепленными на входном валу.
Предлагаемое техническое решение обеспечивает расширение эксплуатационных и компоновочных характеристик транспортного средства при снижении габаритов и массы на одну пару шестерен за счет введения делителя, что позволяет увеличить число передач заднего хода до двух. Перемещение опоры выходного вала в наконечнике входного вала на опору входного вала в трубчатом наконечнике выходного вала обеспечивает автономность, позволяет увеличить диапазон КП за счет уменьшения диаметра шестерни входного вала и роста величины передаточного числа в паре шестерен от входного вала к промежуточному валу, что также оптимизирует распределение диапазона по парам шестерен. Внутренняя стенка корпуса КП повышает жесткость агрегата и долговечность работы КП за счет увеличения жесткости валов при уменьшении их длины.
На фиг.1 изображена кинематическая схема 5-ступенчатой трехвальной соосной КП 5R2 - (5 передач переднего хода и 2 передачи заднего хода, две пары шестерен переднего хода на входе промежуточного вала и две пары шестерен на выходе), содержащей 8 шестерен для передач переднего хода и 3 шестерни для передач заднего хода, три муфты переключения передач. В нижней части приведены номера пар шестерен переднего хода (1п-4п) и обозначение ряда шестерен заднего хода - R.
На фиг.2 приведена лучевая диаграмма этой КП с таблицами положений муфт переключения на различных передачах переднего (вверху) и заднего хода (внизу). В верхней части таблиц обозначены включенные в работу пары шестерен (1п-4п) или ряд шестерен заднего хода (R). На горизонтальных шкалах приведены в логарифмическом виде величины передаточных чисел пар шестерен и передач. Крайние горизонтали соответствуют выходному валу, а средняя - промежуточному валу. Чем значительнее наклон луча направо, тем больше передаточное число. Левый наклон луча указывает на ускоряющий режим работы пары шестерен. Наклон луча каждой пары шестерен постоянный на любом участке лучевой диаграммы.
В опорах картера 5-ступенчатой КП 1 с внутренней стенкой (см. фиг.1) расположены входной 2, выходной 3 и промежуточный 4 валы. Входной 2 и выходной 3 валы расположены соосно, а промежуточный вал 4 установлен параллельно соосным валам. Картер 1 во внутренней стенке имеет опору 5, в которой установлен трубчатый наконечник 6 выходного вала 3. В наконечнике 6 размещена опора входного вала 2. На входном валу 2 закреплены (изготовлены совместно с валом) ведущие шестерни 7 и 8, шестерня 9 свободно установлена на трубчатом наконечнике 6 выходного вала 3. Шестерни 10 и 11 свободно установлены на выходном валу 3. Ведомая шестерня заднего хода 10 через дополнительную шестерню заднего хода 12, установленную на отдельной оси 13, зацеплена с ведущей шестерней заднего хода 14, закрепленной на промежуточном валу 4. На этом валу также закреплены шестерни 15 и 16 и свободно установлены шестерни 17 и 18. Шестерня 15 зацеплена с шестерней 11 выходного вала 3, а шестерни 16-18 зацеплены соответственно с шестернями 9-7 входного вала 2. Трехпозиционная муфта 19 (A) промежуточного вала 4 установлена между шестернями 17 и 18, трехпозиционная муфта 20 (B) трубчатого наконечника 6 установлена между шестернями 8 и 9, трехпозиционная муфта 21 (C) выходного вала 3 расположена между шестернями 10 и 11.
Работа КП осуществляется следующим образом (см. фиг.1 и 2):
Первая передача
Муфта A в левом положении (Л), муфта B - в нейтральном (Н), а муфта C - в правом (П) (см. фиг.2, табл. справа над т.1).
В работу включены 1-я и 4-я пары шестерен.
Крутящий момент (см. фиг.1) от входного вала 2 передается парой шестерен 7-18, муфтой 19 (A) на промежуточный вал 4, далее парой шестерен 15-11 и муфтой 21 (C) на выходной вал 3.
На лучевой диаграмме (см. фиг.2) эта передача представлена двумя лучами: луч 1п выходит из т.5 слева на верхней горизонтали и направлен направо вниз к средней горизонтали, далее луч 4п к т.1 справа на верхней горизонтали.
Вторая передача
Переключаем муфту A в правое положение (П) - выключаем из работы 1-ю пару шестерен 7-18 и включаем 2-ю пару шестерен 8-17.
Крутящий момент от входного вала 2 по паре шестерен 8-17 передается муфтой 19 (A) на промежуточный вал 4 и далее, как на первой передаче.
На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: 2п и 4п от т.5 к т.2.
Третья передача
Перемещаем муфту A в левое положение, муфту B переключаем из нейтрального в правое положение, а муфту C в нейтральное положение.
Выключаем из работы 2-ю пару шестерен 8-17 и включаем 1-ю пару шестерен 7-18 и 3-ю пару шестерен 16-9.
Крутящий момент от входного вала 2 по паре шестерен 7-18 передается муфтой 19 (A) на промежуточный вал 4, далее парой шестерен 16-9 и по муфте B на трубчатый наконечник 6 и выходной вал 3.
На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: 1п и 3Зп от т.5 к т.3.
Четвертая передача
Перемещаем муфту A из левого в правое положение - выключаем из работы 1-ю пару шестерен 7-18 и включаем 2-ю пару шестерен 8-17.
Крутящий момент от входного вала 2 по паре шестерен 8-17 передается муфтой 19 (A) на промежуточный вал 4 и далее, как на третьей передаче.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучами 2п и 3 от т.5 к т.4.
Пятая передача - прямая
Переключаем муфту A в нейтральное положение, а муфту B в левое положение.
Крутящий момент передается от входного вала 2 через зубчатый венец шестерни 8 и муфты B на трубчатый наконечник 6 и выходной вал 3 с высоким кпд без трансформации крутящего момента парами шестерен.
На лучевой диаграмме эта передача представлена точкой 5.
Первый задний ход - 1R
Муфты A и C находятся в левом положении, муфта B - в нейтральном (см. фиг.2, табл.справа под т.1R).
Крутящий момент от входного вала 2 передается по шестерням 7-18, муфтой A на промежуточный вал 4, рядом шестерен заднего хода 14-12-10 и по муфте C на выходной вал 3, который вращается в направлении, противоположном вращению входного вала 2.
На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: луч 1п из т.5 слева на верхней горизонтали направо вниз к средней горизонтали, далее пологий луч R также направо вниз к т.1R на нижней горизонтали.
Второй задний ход - 2R
Переключаем муфту A в правое положение.
Крутящий момент от входного вала 2 передается по шестерням 8-17, далее, как на предыдущей передаче.
На лучевой диаграмме этой соответствуют лучи 2п и R.
Обозначения:
1 - картер КП с внутренней стенкой;
2 - входной вал;
3 - выходной вал;
4 - промежуточный вал;
5 - опора внутренней стенки картера 1;
6 - трубчатый наконечник выходного вала 3;
7-8 - ведущие шестерни, закрепленные на входном валу 2; 9 - шестерня, свободно установленная на трубчатом наконечнике 6 выходного вала 3;
10, 11 - шестерни, свободно установленные на выходном валу 3;
12 - дополнительная шестерня заднего хода;
13 - отдельная ось дополнительной шестерни заднего хода 12;
14 - ведущая шестерня заднего хода, закрепленная на промежуточном валу 4;
15, 16 - шестерни, закрепленные на промежуточном валу 4;
17, 18 - шестерни, свободно установленные на промежуточном валу 4;
19 (A) - трехпозиционная муфта промежуточного вала 4;
20 (B) - трехпозиционная муфта трубчатого наконечника 6;
21 (C) - трехпозиционная муфта выходного вала 3.