ШЕСТИСТУПЕНЧАТАЯ НЕСООСНАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ С УВЕЛИЧЕННЫМ ПЕРЕДАТОЧНЫМ ЧИСЛОМ ПЕРВОЙ ПЕРЕДАЧИ И ЕЕ МОДИФИКАЦИИ С ПОНИЖАЮЩЕЙ И ПОВЫШАЮЩЕЙ ПЕРЕДАЧАМИ
SIX-SPEED MISALIGNED GEARBOX WITH FIRST-FEAR INCREASED GEAR RATIO AND ITS OPTIONS WITH STEP-UP AND STEP-DOWN GEARING

Шестиступенчатая несоосная коробка передач и ее модификации.
Изобретение относится к транспортному машиностроению, к трансмиссии транспортных машин.
Известны агрегаты трансмиссии со ступенчатым изменением передаточных чисел, содержащие шестерни, валы, их опоры, устройства переключения передач, применяемые в отечественных и зарубежных автомобилях (Автомобили: Конструкция, конструирование и расчет. Трансмиссия. Под ред. А.И. Гришкевича. - Мн.: Выш. шк., 1985. - 240 с.).
В современных автомобильных коробках передач (КП) с несоосным расположением входного и выходного валов применяются, главным образом, зубчатые колеса с постоянным зацеплением. При одном входном вале количество вторичных валов достигает трех (см.патент ЕР 0733825 В1, фиг. 2, от 17.05.2000 г.). На конце каждого вторичного вала находится ведущая шестерня главной передачи. В большинстве современных КП с несоосной схемой на всех передачах переднего хода силовой поток передается через одно зубчатое зацепление, и поэтому осуществление передаточного числа превышающего u=4 для первой передачи, возможно лишь при увеличении размеров конструкции. А получение передаточного числа меньшего u=0.6 для высшей передачи приводит к малым размерам и низкой прочности ведомой шестерни этой передачи. Таким образом, современные 6-ступенчатые несоосные КП, из-за использования на всех передачах переднего хода передачи силового потока одним зубчатым зацеплением, достигли предела величин передаточных чисел «крайних» передач. При этом от величины передаточного числа первой передачи напрямую зависит величина максимальной силы тяги на ведущих колесах. Чем больше сила тяги, тем большее сопротивление движению способен преодолеть автомобиль, или выше его динамические показатели на первой передаче, или ниже скорость движения на первой передаче. В зависимости от целевого предназначения автомобиля трансмиссия должна обеспечивать требуемое тяговое усилие. Зачастую современные автомобили разные по своему целевому назначению комплектуются одними и теми же двигателями и коробками передач. Например, в одном варианте автомобиль может применяться в грузовом исполнении, в другом - в грузопассажирском, а в третьем может иметь полноприводную трансмиссию с пассажирским вариантом. Примером является Фольксваген-транспортер. Или автомобиль одной модели может комплектоваться двигателями с существенной разницей в мощности (Фольксваген Гольф). Или одна модификация автомобиля имеет моноприводную трансмиссию, а другая - полноприводную (Митсубиси ASX и другие). При этом, если для коробок передач с соосным расположением входного и выходного валов имеется возможность оснастить автомобиль понижающей передачей в раздаточной коробке, то для несоосных КП, из-за применяемых в современном автомобилестроении конструктивных и компоновочных особенностей, это сделать весьма сложно. Таким образом, перспективные несоосные КП для решения большего количества эксплуатационных задач должны иметь возможности к модификации. При этом особенно важно обеспечить максимально возможную унификацию между различными модификациями КП.
Наиболее подходящей в качестве прототипа является 6-ступенчатая несоосная КП с понижающей передачей (патент DE 102009058710 А1, от 22.06.2011 г.).
КП состоит из корпуса с размещенными в нем параллельными входным и тремя вторичными валами, 15 шестерен внешнего зацепления и расположенных между ними трех зубчатых муфт переключения шести передач переднего хода. На первом вторичном валу размещены шестерни и муфты высших (с 3 по 6) передач. На втором вторичном валу размещены муфта и шестерни низших передач. Для уменьшения осевого габарита КП муфта включения заднего хода или понижающей передачи расположена на третьем вторичном валу. На концах вторичных валов нарезаны ведущие шестерни главной передачи, зацепленные с ведомым колесом, закрепленным на корпусе дифференциала. Ведомая шестерня первой передачи объединена в блок с ведущей шестерней привода трубчатого вала, который свободно установлен на третьем вторичном валу. На конце трубчатого вала установлена муфта включения заднего хода или понижающей передачи, а рядом свободно установлена ведущая шестерня понижающей передачи, сцепленная с шестерней, жестко закрепленной на вторичном валу низших передач.
Недостатками КП являются возможность получения только двух ее модификаций - 6-ступенчатой КП и 6-ступенчатой КП с понижающей передачей, что ограничивает число вариантов трансмиссий для автомобилей с разными целевыми предназначениями. А также, на всех передачах переднего хода силовой поток передается через одно зубчатое зацепление, т.е. не использована возможность получения первой передачи с увеличенным передаточным числом и, следовательно, смещения передаточных чисел в сторону низших передач, для возможности получения дополнительной ускоряющей передачи.
Целью изобретения является шестиступенчатая несоосная КП и ее модификации - с понижающей и повышающей передачами.
Указанная цель достигается тем, что с одной из шестерен, свободно установленного на вторичном валу блока шестерен, зацеплена шестерня привода вала, который соединяет ее жесткой связью с шестерней, находящейся в постоянном зацеплении с шестерней, свободно установленной на вторичном валу и соединяемой с ним жесткой связью муфтой включения первой передачи.
Также возможно, что шестерня привода вала зацеплена с шестерней, свободно установленной на вторичном валу.
Также возможно, что с одной из жестко закрепленных на входном валу шестерен высших передач зацеплена шестерня, свободно установленная на втором вторичном валу и соединяемая с ним жесткой связью муфтой включения высшей (повышающей) передачи.
Анализ патентов, научно-технической литературы не выявил известности заявляемой совокупности существующих признаков.
На фиг. 1 показана кинематическая схема базовой 6-ступенчатой КП с увеличенным передаточным числом первой передачи.
На фиг. 2 представлена лучевая диаграмма базовой КП. На горизонталях приведены номера различных передач. В верхней таблице указаны величины передаточных чисел (u).В нижней таблице указаны интервалы между соседними передаточными числами (q). Вертикальный луч соответствует передаточному числу, равному единице. Луч, направленный направо, указывает на замедляющую передачу. Чем положе луч, тем больше передаточное число. Луч, направленный налево, указывает на ускоряющую передачу.
На фиг. 3 показана кинематическая схема 6-ступенчатой КП с увеличенным передаточным числом первой передачи и с понижающей передачей.
На фиг. 4 представлена лучевая диаграмма 6-ступенчатой КП с увеличенным передаточным числом первой передачи и с понижающей передачей.
На фиг. 5 показана кинематическая схема 6-ступенчатой КП с увеличенным передаточным числом первой передачи и с повышающей передачей.
На фиг. 6 представлена лучевая диаграмма 6-ступенчатой КП с увеличенным передаточным числом первой передачи и с повышающей передачей.
На фиг. 7 показана кинематическая схема 6-ступенчатой КП с увеличенным передаточным числом первой передачи, с понижающей и повышающей передачами.
На фиг. 8 представлена лучевая диаграмма 6-ступенчатой КП с увеличенным передаточным числом первой передачи, с понижающей и повышающей передачами.
В состав представленной на фиг. 1 кинематической схемы базовой КП входят установленные в опорах корпуса 1 входной вал 2 и установленные параллельно с ним три вторичных вала 3, 4 и 5. Шестерни 6, 7, 8, 9, 10 жестко закреплены на входном валу 2. Шестерни 11, 12, 13, 14 свободно установлены на вторичном валу 3 и попарно зацеплены с шестернями 7, 8, 9, 10 соответственно. Шестерни 15, 16, 17 свободно установлены на вторичном валу 4. Шестерни 15 и 16 объединены в блок. Шестерни 6 и 16 образуют зубчатую пару. Шестерни 15 и 17 находятся в постоянном зацеплении соответственно с шестернями 18 и 19, которые жестко связаны с трубчатым валом 20, свободно установленным на вторичном валу 5. Ведущие шестерни главной передачи 21, 22 и 23 жестко связаны с вторичными валами 3, 4 и 5 соответственно и находятся в постоянном зацеплении с ведомым колесом 24 главной передачи, закрепленным на корпусе дифференциала 25. Зубчатый венец 26 жестко закреплен на вторичном валу 5. Муфты А(27) и В(28) расположены на вторичном валу 3 между шестернями 11-12 и 13-14 соответственно. Муфта 29(C) расположена на вторичном валу 4 между шестернями 16 и 17. Муфта D(30) расположена на конце трубчатого вала 20, рядом с зубчатым венцом 26.
В состав представленной на фиг. 3 кинематической схемы базовой КП с увеличенным передаточным числом первой передачи и с понижающей передачей входят те же самые детали с порядковыми номерами от 1 до 30, включительно, что и у рассмотренного выше состава базовой КП и дополнительно: шестерня 31 свободно установлена на трубчатом валу 20. Шестерня 32 жестко закреплена на вторичном валу 4. Шестерни 31 и 32 образуют зубчатую пару.
В состав представленной на фиг. 5 кинематической схемы 6-ступенчатой КП с повышающей передачей входят те же самые детали с порядковыми номерами от 1 до 30, включительно, что и у рассмотренного выше состава базовой КП и дополнительно: шестерня 33 свободно установлена на вторичном валу 4. Шестерни 10 и 33 образуют зубчатую пару. Муфта Е (34) расположена на вторичном валу 4 между шестернями 17 и 33.
В состав представленной на фиг. 7 кинематической схемы 6-ступенчатой КП с понижающей и повышающей передачами входят такие же детали, что и в рассмотренном выше составе модифицированной базовой КП для фиг. 3 и дополнительно: шестерня 33 свободно установлена на вторичном валу 4. Шестерни 10 и 33 образуют зубчатую пару. Муфта Е (34) расположена на вторичном валу 4 между шестернями 32 и 33.
Работа базовой КП, представленной на фиг. 1, осуществляется следующим образом.
1 передача (с увеличенным передаточным числом).
Крутящий момент с входного вала 2 через пару сцепленных шестерен 6-16, блок шестерен 15-16, пару шестерен 15-18, трубчатый вал 20, пару шестерен 19-17 и муфту 29(C), находящуюся в правом положении, передается на вторичный вал 4 и жестко связанную с ним ведущую шестерню 22, зацепленное с ней зубчатое колесо 24 главной передачи, корпус дифференциала 25. Далее по общеизвестному уровню техники работы дифференциала.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 2) эта передача отражена последовательно соединенным лучами 0-2, 2-ЗХ и ЗХ-1.
2 передача.
Крутящий момент с входного вала 2 через пару сцепленных шестерен 6-16 и муфту 29(C), находящуюся в левом положении, передается на вторичный вал 4 и жестко связанную с ним ведущую шестерню главной передачи 22. Далее по общеизвестному уровню техники работы главной передачи.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 2) эта передача отражена лучом, соединяющим точки 0 и 2.
3 передача.
Крутящий момент с входного вала 2 через пару сцепленных шестерен 8-12 и муфту 27(A), находящуюся в правом положении, передается на вторичный вал 3 и жестко связанную с ним ведущую шестерню главной передачи 21. Далее по общеизвестному уровню техники работы главной передачи.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 2) эта передача отражена лучом, соединяющим точки 0 и 3.
4 передача.
Крутящий момент с входного вала 2 через пару сцепленных шестерен 7-11 и муфту 27(A), находящуюся в левом положении, передается на вторичный вал 3 и жестко связанную с ним ведущую шестерню главной передачи 21. Далее по общеизвестному уровню техники работы главной передачи.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 2) эта передача отражена лучом, соединяющим точки 0 и 4.
5 передача.
Крутящий момент с входного вала 2 через пару сцепленных шестерен 9-13 и муфту 28(B), находящуюся в левом положении, передается на вторичный вал 3 и жестко связанную с ним ведущую шестерню главной передачи 21. Далее по общеизвестному уровню техники работы главной передачи.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 2) эта передача отражена лучом, соединяющим точки 0 и 5.
6 передача.
Крутящий момент с входного вала 2 через пару сцепленных шестерен 10-14 и муфту 28(B), находящуюся в правом положении, передается на вторичный вал 3 и жестко связанную с ним ведущую шестерню главной передачи 21. Далее по общеизвестному уровню техники работы главной передачи.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 2) эта передача отражена лучом, соединяющим точки 0 и 6.
Задний ход.
Крутящий момент с входного вала 2 через пару сцепленных шестерен 6-16, блок шестерен 15-16, пару шестерен 15-18, трубчатый вал 20 и муфту 30(D), находящуюся в правом положении, передается на зубчатый венец 26, вторичный вал 5 и жестко связанную с ним ведущую шестерню главной передачи 23. Далее по общеизвестному уровню техники работы главной передачи.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 2) эта передача отражена последовательно соединенными лучами 0-2 и 2-ЗХ.
Работа модифицированной базовой КП, представленной на фиг. 3, осуществляется следующим образом.
Понижающая передача.
Крутящий момент с входного вала 2 через пару сцепленных шестерен 6-16, блок шестерен 15-16, пару шестерен 15-18, трубчатый вал 20 и муфту 30(D), находящуюся в левом положении, передается на пару шестерен 31-32, вторичный вал 4 и жестко связанную с ним ведущую шестерню главной передачи 22. Далее по общеизвестному уровню техники работы главной передачи.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 4) эта передача отражена последовательно соединенными лучами 0-2, 2-ЗХ и ЗХ-П.
1,2,3,4,5,6 передачи и задний ход. Аналогично рассмотренной выше работе базовой КП.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 4) эти передачи отражены лучами 0-2-ЗХ-1, 0-2, 0-3, 0-4, 0-5, 0-6, 0-2-ЗХ соответственно.
Работа модифицированной базовой КП, представленной на фиг. 5, осуществляется следующим образом.
1,2,3,4,5,6 передачи и задний ход. Аналогично рассмотренной выше работе базовой КП.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 6) эти передачи отражены лучами 0-2-ЗХ-1, 0-2, 0-3, 0-4, 0-5, 0-6, 0-2-ЗХ соответственно.
Повышающая (высшая) передача.
Крутящий момент с входного вала 2 через пару сцепленных шестерен 10-33 и муфту 34(E), находящуюся в правом положении, передается на вторичный вал 4 и жестко связанную с ним ведущую шестерню главной передачи 22. Далее по общеизвестному уровню техники работы главной передачи.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 6) эта передача отражена лучом, соединяющим точки 0 и 7.
Работа модифицированной базовой КП, представленной на фиг. 7, осуществляется следующим образом.
Понижающая, 1, 2, 3, 4, 5, 6, повышающая передачи и задний ход.
Аналогично рассмотренной выше работе базовой КП и ее модификаций на соответствующих передачах.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 8) эти передачи отражены лучами 0-2-ЗХ-П, 0-2-ЗХ-1, 0-2, 0-3, 0-4, 0-5, 0-6, 0-7, 0-2-ЗХ соответственно.
Список цитируемых источников и использованной литературы
1. Автомобили: Конструкция, конструирование и расчет. Трансмиссия. Под ред. А.И. Гришкевича. -Мн.: Выш. шк., 1985. -240 с.
2. Патент DE 102009058710 A1, от 22.06.2011 г.
3. Патент ЕР 0733825 B1, фиг.2, от 17.05.2000 г.