ШЕСТИСТУПЕНЧАТАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ
SIX-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. (1. Осепчугов В.В., Фрумкин А.К. Автомобиль: Анализ конструкций, элементы расчета. - М.: Машиностроение, 1989. - 304 с. 2. Пугаченко А.Н. Автомобиль Магирус-290: Устройство, обслуживание, эксплуатация. - М.: Транспорт, 1980. - 270 с.).
Эти агрегаты конструктивно сложны и металлоемки.
Наиболее близкой к предлагаемой шестиступенчатой КП является коробка передач автомобиля МАГИРУС-290.
Шестиступенчатая механическая КП автомобиля МАГИРУС-290 (1. стр.62, рис.38; 2. стр.90, рис.63) относится к типу АК-6-90 с включением всех передач зубчатыми муфтами. Все шестерни коробки передач постоянно зацеплены. КП имеет шесть передач для движения вперед и одну передачу для движения назад.
Недостатки описанного трансмиссионного агрегата заключаются в высокой металлоемкости - для шести передач переднего хода необходимо двенадцать шестерен, диапазон КП (отношение передаточных чисел низшей и высшей передач) ограничен из-за увеличенного диаметра шестерни входного вала, так как в торце расположена опора выходного вала, отсутствует автономность КП, так как для входного вала нужна опора в торце коленчатого вала двигателя.
Задачами изобретения являются: расширение компоновочных и эксплуатационных характеристик транспортного средства при снижении металлоемкости КП, увеличение диапазона, повышение долговечности, обеспечение автономности.
Достижение технического результата обеспечивается тем, что:
Шестиступенчатая коробка передач содержит картер с размещенными в нем входным, выходным и промежуточным валами, входной и выходной валы установлены соосно, а промежуточный вал установлен параллельно этим валам, на валах расположены пары шестерен переднего хода и на выходе коробки передач ряд шестерен заднего хода, причем ведущая шестерня заднего хода зацеплена с ведомой через дополнительную шестерню, установленную на отдельной оси, трехпозиционная муфта выходного вала расположена между шестернями, которые свободно установлены на валу, ведущая шестерня передач переднего хода входного вала и три шестерни промежуточного вала закреплены на валах, при этом двухпозиционная муфта выходного вала расположена на зубчатом венце наконечника вала, который установлен в опоре промежуточной стенки, в этом наконечнике расположена опора входного вала, двухпозиционная муфта входного вала расположена на шестерне, которая установлена рядом с опорой, трехпозиционная муфта промежуточного вала расположена между шестернями, свободно установленными на валу и зацепленными с ведущими шестернями, закрепленными на входном валу. Ряд шестерен заднего хода может быть расположен на входе коробки передач.
На фиг.1 изображена кинематическая схема трехвальной соосной КП 6R3 (6 передач переднего хода и 3 передачи заднего хода), содержащей 8 шестерен для передач переднего хода и 3 шестерни для передач заднего хода, 4 муфты переключения передач, в нижней части приведены номера пар шестерен переднего хода (1П-4П) и обозначение ряда шестерен заднего хода - R.
На фиг.2 приведена лучевая диаграмма этой КП с таблицей положений муфт переключения на различных передачах. В верхней части таблиц обозначены включенные в работу пары шестерен (1П-4П) или ряд шестерен заднего хода(R).
На горизонтальных шкалах приведены в логарифмическом виде величины передаточных чисел пар шестерен и передач. Крайние горизонтали соответствуют входному и выходному валам, а средняя - промежуточному. Входной вал соответствует т.6 на верхней горизонтали слева. 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.
На фиг.3 на входном валу 2 закреплена ведущая шестерня заднего хода 7, зацепленная с ведомой шестерней заднего хода 16, через дополнительную шестерню 18, установленную на отдельной оси 17, ведомая шестерня переднего хода 11 свободно установлена на выходном валу 3, зацеплена с ведущей шестерней 12, закрепленной на промежуточном валу 4.
На фиг.4 приведена лучевая диаграмма КП с таблицей положений муфт переключения на различных передачах.
В опорах картера агрегата 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. В опоре промежуточной стенки 5 картера агрегата 1 установлен наконечник 6 выходного вала 3, в котором расположен внутренний конец входного вала 2. На входном валу 2 закреплены или изготовлены совместно с валом ведущие шестерни переднего хода 7, 8 и свободно установлена шестерня 9. Ведомые шестерни 10 и 11 свободно установлены на выходном валу 3. На промежуточном валу 4 закреплены ведущая шестерня заднего хода 12 и две шестерни переднего хода 13 и 14, свободно установлены ведомые шестерни переднего хода 15 и 16, зацепленные соответственно с шестернями 8, 7 входного вала 2. На отдельной оси 17 закреплена дополнительная шестерня заднего хода 18, которая зацеплена с ведомой шестерней заднего хода 11, свободно установлена на выходном валу 3, и с ведущей шестерней 12, закрепленной на промежуточном валу 4. Трехпозиционная муфта 19(А) промежуточного вала 4 установлена между шестернями 16 и 15. Двухпозиционная муфта 20(В) шестерен входного вала 2 установлена на венце шестерни 9, двухпозиционная муфта 21 (С) выходного вала 3 установлена на зубчатом венце наконечника 6, трехпозиционная муфта 22(D) выходного вала 3 расположена между шестернями 10 и 11. Двухпозиционная муфта 20(В) шестерен входного вала 2 может быть установлена на венце шестерни 8.
Работа шестиступенчатой КП осуществляется следующим образом (см. фиг.1-4):
Первая передача (фиг.1 и 2)
Муфты А и D в левом положении (Л), а муфты В, С - в правом выключенном (см. фиг.2, табл.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 7-16, муфтой 19 (А) на промежуточный вал 4, далее парой шестерен 13-10 и муфтой 22 (D) на выходной вал 3.
На лучевой диаграмме (см. фиг.2) эта передача представлена двумя лучами: луч 1Л выходит из т.6 слева на верхней горизонтали и направлен направо вниз к средней горизонтали, далее луч 4Л к т.1 справа на верхней горизонтали.
Вторая передача
Переключаем муфту А в правое положение - выключаем из работы 1-ю пару шестерен 7-16, включаем в работу 2-ю пару шестерен 8-15.
Крутящий момент от входного вала 2 по паре шестерен 8-15 муфтой А передается на промежуточный вал 4 и далее как на первой передаче.
На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: 2Л и 4Л от т.6 к т.2.
Третья передача
Перемещаем муфту В в левое положение, включаем в работу пару шестерен 9-14.
Крутящий момент передается от входного вала 2 муфтой В, парой шестерен 9-14 на промежуточный вал 4, далее как на предыдущих передачах.
На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: 3Л и 4Л от т.6 к т.3.
Четвертая передача
Перемещаем муфты А и С в левое положение - включаем в работу пары шестерен 7-16 и 14-9. Перемещаем муфту В в правое положение, а муфту D - в нейтральное.
Крутящий момент от входного вала 2 по паре шестерен 7-16 передается муфтой 19 (А) на промежуточный вал 4, далее парой шестерен 14-9, муфтой 21 (С) передается на выходной вал 3.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучами 1Л и 3Л от т.6 к т.4.
Пятая передача
Перемещаем муфту А в правое положение, включаем пару шестерен 8-15.
Крутящий момент передается от входного вала 2 парой шестерен 8-15, муфтой 19(А) на промежуточный вал 4, далее парой шестерен 14-9, муфтой 21 (С) на выходной вал 3.
На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: 2Л и 3Л от т.6 к т.5.
Шестая передача - прямая
Перемещаем муфту В в левое положение, а муфту А - в нейтральное.
Крутящий момент передается от входного вала 2 по муфте 20 (В), на шестерню 9, далее через муфту 21 (С) на выходной вал 3.
На лучевой диаграмме эта передача представлена в т.6
Первый задний ход - 1R
По сравнению с 1-й передачей переднего хода муфту D перемещаем в правое положение (см. фиг.2, табл.справа от т.1).
Крутящий момент от входного вала 2 передается по шестерням 7-16, муфтой А на промежуточный вал 4, рядом шестерен 12-18-11, муфтой D на выходной вал 3, который вращается в направлении противоположном вращению входного вала 2.
На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: луч Л1 из т.6 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
Муфту А перемещаем в правое положение.
Крутящий момент передается от входного вала 2 парой шестерен 8-15, муфтой А на промежуточный вал 4, далее как на предыдущей передаче.
На лучевой диаграмме этой соответствуют лучи 2Л и R.
Третий задний ход - 3R
Муфту В перемещаем в левое положение.
Крутящий момент передается от входного вала 2 муфтой В, парой шестерен 9-14 на промежуточный вал 4, далее как на предыдущей передаче.
На лучевой диаграмме этой соответствуют лучи 3Л и R.
Первая передача (фиг.3 и 4)
Все муфты в правом положении (П) - (см. фиг.4, табл. справа над т.1).
В работу включены 1-я и 4-я пары шестерен.
Крутящий момент (см. фиг.3) от входного вала 2 передается парой шестерен 8-15, муфтой 19 (А) на промежуточный вал 4, далее парой шестерен 12-11 и муфтой 22 (D) на выходной вал 3.
На лучевой диаграмме (см. фиг.4) эта передача представлена двумя лучами: луч 1Л выходит из т.6 слева на верхней горизонтали и направлен направо вниз к средней горизонтали, далее луч 6Л к т.1 справа на верхней горизонтали.
Вторая передача
Переключаем муфту А в нейтральное положение - выключаем из работы 1-ю пару шестерен 8-15,а муфту (В) включаем в левое положение - включаем пару шестерен 9-14.
Крутящий момент от входного вала 2 муфтой В, парой шестерен 9-14 передается на промежуточный вал 4 и далее как на первой передаче.
На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: 2Л и 4Л от т.6 к т.2.
Третья передача
Перемещаем муфты А и В в правое положение, а муфту (D) в левое положение - включаем в работу пары шестерен 8-15 и 13-10.
Крутящий момент передается от входного вала 2 парой шестерен 8-15, муфтой А на промежуточный вал 4, далее парой шестерен 13-10 и муфтой D на выходной вал 3.
На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: 1Л и 3Л от т.6 к т.3.
Четвертая передача
Перемещаем муфту А в нейтральное положение, а муфту В в левое положение.
Крутящий момент от входного вала 2 по паре шестерен 8-15 передается муфтой 20 (В) на промежуточный вал 4, далее парой шестерен 13-10, муфтой 22(D) передается на выходной вал 3.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучами 2Л и 3Л от т.6 к т.4.
Пятая передача
Перемещаем муфты А и В в правое положение, муфту С - в левое положение, а муфту D - в нейтральное.
Крутящий момент передается от входного вала 2 парой шестерен 8-15, муфтой 19(А) на промежуточный вал 4, далее парой шестерен 14-9, муфтой 21 (С) на выходной вал 3.
На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: 1Л и 2Л от т.6 к т.2.
Шестая передача - прямая
Перемещаем муфту А в нейтральное положение, а муфту В в левое положение,.
Крутящий момент передается от входного вала 2 по муфте переключения 20 (В), на шестерню 9, далее через муфту 21 (С) на выходной вал 3.
На лучевой диаграмме эта передача представлена в т.6
Первый задний ход - 1R
Муфта А находятся в левом положении, остальные муфты - в правом положении (см. фиг.3, табл.справа от т.1).
Крутящий момент от входного вала 2 передается по шестерням 7-18-16, муфтой А на промежуточный вал 4, парой шестерен 12-11, муфтой D на выходной вал 3, который вращается в направлении противоположном вращению входного вала 2.
На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: луч R из т.6 слева на верхней горизонтали направо вниз к средней горизонтали, далее пологий луч 1Л также направо вниз к т.1R на нижней горизонтали.
Второй задний ход - 2R
Муфту D перемещаем в левое положение, включаем пару шестерен 13-10
До промежуточного вала 4 крутящий момент передается как на предыдущей передаче, далее парой шестерен 13-10, муфтой D на выходной вал 3.
На лучевой диаграмме этой соответствуют лучи R и 2Л.
Третий задний ход - 3R
Муфту С перемещаем в левое положение, муфта D в нейтральном положении.
До промежуточного вала 4 крутящий момент передается как на предыдущей передаче, далее парой шестерен 14-9, муфтой С на выходной вал 3.
На лучевой диаграмме этой соответствуют лучи R и 3Л.
Технико-экономическая эффективность заключается в следующем:
1
4
1
4
2,5
1. Устранение опоры выходного вала из торца входного вала позволяет увеличить величину передаточного числа пары шестерен привода промежуточного вала без увеличения межосевого расстояния, габаритов и массы КП, что расширяет диапазон КП и эксплуатационные возможности транспортного средства. КП автомобиля Магирус-290 имеет диапазон 8 при среднем интервале между передачами 1,516. На фиг.2 и 4 приведены данные для диапазона 10 при среднем интервале между передачами 1,585. При этом на фиг.1 и 2 передаточные числа пар шестерен составят: U=U=1,585=3,162; диапазон - D=U×U=3,162×3,162=10. Возможно дальнейшее увеличение диапазона, так как максимальное передаточное число в паре шестерен часто ограничивают величиной 4.
2. Автономность КП расширяет компоновочные возможности - допускается установка КП как в средней части транспортного средства аналогично автомобилю-самосвалу КАЗ-4540, так и компоновка "транс-эксл" с расположением КП в задней части транспортного средства для лучшей развесовки по осям.
3. Установка дополнительной опоры выходного и входного валов в средней части КП повышает долговечность КП за счет улучшения условий работы зубчатых зацеплений при уменьшении изгибных деформаций валов при уменьшении их длины.