СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УНИВЕРСАЛЬНОЙ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ И ЕЁ МОДИФИКАЦИЙ
METHOD OF UNIVERSAL GEARBOX AND ITS MODIFICATIONS PRODUCING

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 автомобильных коробках передач (КП) применяются, главным образом, зубчатые колеса с постоянным зацеплением. Зачастую современные автомобили одной марки и модели имеют разные схемы привода ведущих колес, двигатели, коробки передач и так далее. Например, Мерседес-Бенц Вито в одном варианте может применяться в грузовом исполнении с передним приводом ведущих колес. В другом, в грузопассажирском с задним приводом, а в третьем, иметь полноприводную трансмиссию. При этом для передне- и заднеприводных вариантов автомобиля применяются разные коробки передач, а это увеличивает затраты на производство, эксплуатацию и ремонт. Следовательно, перспективная КП при решении большого количества эксплуатационных задач должна обладать универсальностью - применяться на автомобилях с передним, полным или задним приводом, с продольным или поперечным расположением двигателя. А также иметь возможность к модификации, в частности, к расширению диапазона передаточных чисел при помощи увеличения числа передач и (или) увеличения передаточных чисел низших передач. При этом особенно важно обеспечить максимально возможную унификацию между различными модификациями КП.
Наиболее подходящей по конструкции в качестве прототипа является 6-ступенчатая несоосная КП SAAB (см. патент US 5184522 А, от 9.02.1993 г.).
КП состоит из корпуса с параллельно размещенными в нем входным, промежуточным и выходным валами с установленными на них шестернями внешнего зацепления и соединительными муфтами переключения шести передач прямого хода и передачи заднего хода. На входном валу размещены две муфты и свободно установлены четыре шестерни высших (с 3 по 6) передач. На промежуточном валу размещена муфта и свободно установлены две шестерни низших передач, при этом ведущая шестерня второй передачи сцеплена с шестерней выходного вала третьей передачи, а ведущая шестерня первой передачи сцеплена с шестерней, жестко закрепленной на выходном валу, на котором также жестко закреплены ведущая шестерня главной передачи, сцепленная с ведомым колесом, закрепленным на корпусе дифференциала, и четыре шестерни, сцепленные с шестернями соответствующих передач, установленными на входном валу. Крутящий момент с входного вала на промежуточный вал передается жестко закрепленными на них шестернями, которые сцеплены между собой через промежуточную (паразитную) шестерню, с которой также сцеплена ведомая шестерня заднего хода, свободно установленная на выходном валу и соединяемая с ним муфтой включения.
Недостатками КП SAAB являются возможность получения только одной ее 6-ступенчатой модификации, что ограничивает число вариантов трансмиссий для автомобилей с разными целевыми предназначениями. А также не использована возможность расширения диапазона передаточных чисел при помощи: увеличения числа передач, увеличения интервалов между передаточными числами низших передач с или без изменения числа передач.
Целью изобретения является способ получения универсальной коробки передач и ее модификаций. А именно, на основе базовой КП получать ее модификации с расширенным диапазоном передаточных чисел, за счет увеличения числа передач и/или увеличения передаточных чисел низших передач, и, главная цель изобретения - способ получения, на основе базовой КП, универсальной КП, применяемой в следующих вариантах трансмиссий:
1 - с продольным расположением двигателя транспортного средства и соосными или несоосными входным и выходным валами КП,
2 - с поперечным расположением двигателя и соосными или несоосными входным и выходным валами.
Указанная цель достигается тем, что для получения универсальной коробки передач, - соосно валам, за их опорами в корпусе коробки передач, предусмотрена возможность установки, с возможностью жесткого соединения с ними, дополнительных валов и валов с установленными на них приводами ведущих колес и промежуточного вала.
Также возможно, что крутящий момент передается шестерней выходного вала на зубчатое колесо главной передачи, установленное на опорах в крышке корпуса коробки передач.
Также возможно, что к корпусу прикрепляется крышка с опорами для вала, который соосен входному валу и жестко связан с крайней, дальней от двигателя, шестерней.
Анализ патентов, научно-технической литературы не выявил известности заявляемой совокупности существующих признаков.
На фиг. 1 показана кинематическая схема одного из возможных вариантов базовой 6-ступенчатой несоосной КП для автомобиля с поперечной установкой двигателя. Передаточное число привода промежуточного вала u=3,231. Яркими линиями обозначены детали КП, участвующие в предлагаемых данным изобретением модификациях, а бледными линиями остальные детали КП.
На фиг. 2 представлена таблица с основными характеристиками базовой КП, включающими в себя: номера передач, величину передаточных чисел (u), интервалы между соседними передаточными числами (q) и диапазон передаточных чисел (D).
На фиг. 3 показана таблица с основными характеристиками базовой КП с расширенным диапазоном передаточных чисел, полученным путем увеличения передаточного числа (u=3,636) привода промежуточного вала.
На фиг. 4 показана кинематическая схема 6-ступенчатой КП с расширенным диапазоном передаточных чисел, полученным путем замены зубчатых пар шестерней выходного и промежуточного валов базовой КП.
На фиг. 5 представлена таблица с основными характеристиками 6-ступенчатой КП с расширенным диапазоном передаточных чисел.
На фиг. 6 показана таблица с основными характеристиками 6-ступенчатой КП с расширенным диапазоном передаточных чисел и с передаточным числом привода промежуточного вала u=2.813.
На фиг. 7 показана кинематическая схема базовой КП с понижающей передачей.
На фиг. 8 представлена таблица с основными характеристиками базовой КП с понижающей передачей.
На фиг. 9 показана кинематическая схема 6-ступенчатой КП с увеличенным диапазоном передаточных чисел и с понижающей передачей.
На фиг. 10 представлена таблица с основными характеристиками 6-ступенчатой КП с увеличенным диапазоном передаточных чисел и с понижающей передачей.
На фиг. 11 показана кинематическая схема одного из возможных вариантов базовой КП со схематично обозначенной возможностью соосно входному, промежуточному и выходному валам установки и жесткого соединения с ними приводов промежуточного вала и ведущих колес.
На фиг. 12 показана кинематическая схема одного из возможных вариантов универсальной 6-ступенчатой соосной КП, предназначенной для автомобиля с продольным расположением двигателя, задними ведущими колесами и четвертой прямой передачей.
На фиг. 13 показана кинематическая схема одного из возможных вариантов универсальной 6-ступенчатой соосной КП, предназначенной для автомобиля с продольным расположением двигателя, задними ведущими колесами и пятой прямой передачей.
На фиг. 14 показана кинематическая схема одного из возможных вариантов универсальной 6-ступенчатой несоосной КП, предназначенной для автомобиля с поперечным расположением двигателя и передними ведущими колесами.
На фиг. 15 и фиг. 16 показаны некоторые другие возможные варианты универсальной 6-ступенчатой КП, соответствующей изобретению конструкции.
На фиг. 17 показана кинематическая схема одного из возможных вариантов универсальной 6-ступенчатой КП с общей схемой расположения мест «снятия» с валов и шестерней крутящего момента для последующей передачи на ведущие колеса (прямая передача - пятая).
На фиг. 18 показана кинематическая схема одного из возможных вариантов универсальной 6-ступенчатой КП с общей схемой расположения мест «снятия» с валов и шестерней крутящего момента для последующей передачи на ведущие колеса (прямая передача - четвертая).
В состав представленной на фиг. 1 кинематической схемы базовой КП входят установленные в опорах корпуса 1 входной вал 2 и установленные параллельно с ним выходной вал 3 и промежуточный вал 4. Шестерни 5, 6, 7 и 8 свободно установлены на входном валу 2. Шестерни 9, 10, 11 свободно установлены на промежуточном валу 4. Шестерни 12, 13, 14 и 15 жестко закреплены на выходном валу 3 и попарно зацеплены с шестернями 5, 6, 7 и 8 соответственно. Одновременно с этим шестерня 13 сцеплена с шестерней 10, шестерня 15 с шестерней 11, а шестерня 9 через промежуточную (паразитную) шестерню 16 с шестерней 12, образуя передачу заднего хода. Шестерня 17 жестко установлена на входном валу 2 и через промежуточную шестерню 18 сцеплена с жестко закрепленной на промежуточном валу 4 шестерней 19. Шестерни 16 и 18 свободно установлены на неподвижных осях в корпусе КП. Ведущая шестерня главной передачи 20 жестко связана с выходным валом 3 и находится в постоянном зацеплении с ведомым колесом 21 главной передачи, закрепленным на корпусе дифференциала (на фиг. 1 не изображен). Муфты А(22) и В(23) расположены на входном валу 2 между шестернями 5-6 и 7-8 соответственно. Муфты С(24) и D(25) расположены на промежуточном валу 4 рядом с шестернями 9 и 11 соответственно.
В состав представленной на фиг. 4 кинематической схемы 6-ступенчатой КП с расширенным диапазоном передаточных чисел входят те же самые детали, что и у рассмотренного выше состава базовой КП, но вместо шестерней 9, 10 и 11 на промежуточном валу 4 свободно установлены шестерни 26, 27 и 28, сцепленные с шестернями выходного вала 12, 14 и 15 соответственно. Причем шестерни 28 и 15 сцеплены через промежуточную шестерню 29 и вместе они образуют передачу заднего хода. Муфты С(24) и D(25) поменяны местами.
В состав представленной на фиг. 7 кинематической базовой КП с дополнительной понижающей передачей входят те же самые детали, что и у рассмотренного выше состава базовой КП, но на промежуточном валу 4 вместо шестерни 10 свободно установлена шестерня 30, сцепленная с шестерней выходного вала 14, и свободно установлена шестерня 31, сцепленная с шестерней 32, жестко закрепленной на выходном валу 3. Муфта С(24) включения передачи заднего хода заменена на муфту Е(33) включения заднего хода или понижающей передачи.
В состав представленной на фиг. 9 кинематической схемы 6-ступенчатой КП с увеличенным диапазоном передаточных чисел и понижающей передачей, входят такие же детали, что и в рассмотренном выше, составе модифицированной базовой КП для фиг. 3 и дополнительно: на промежуточном валу 4 свободно установлена шестерня 34, сцепленная с шестерней 35, жестко закрепленной на выходном вале 3. Муфта С(24) включения передачи заднего хода заменена на муфту Е(33) включения заднего хода или понижающей передачи.
В состав представленной на фиг. 11 кинематической схемы одного из возможных вариантов базовой КП входят установленные в опорах корпуса 1 входной вал 2 и установленные параллельно с ним выходной вал 3 и промежуточный вал 4 со схематично обозначенными возможностями 36, 37, 38, 39, 40 и 41 соосной установки и жесткого соединения с ними приводов промежуточного вала и ведущих колес. Также схематично обозначены возможности 42 и 43 жесткого соединения крайних шестерней входного вала с соосным ему выходным валом.
Работа базовой КП, представленной на фиг. 1, осуществляется следующим образом.
1 передача.
Крутящий момент с входного вала 2 через сцепленные шестерни 17-18-19, промежуточный вал 4, муфту 25(D), находящуюся в правом положении, передается на пару шестерен 11-15, выходной вал 3 и жестко связанную с ним ведущую шестерню 20, зацепленную с ней зубчатое колесо 21 главной передачи и далее по общеизвестному уровню техники работы главной передачи.
Передаточное число первой передачи равняется 3,46 (см. фиг. 2).
2 передача.
Крутящий момент с входного вала 2 через сцепленные шестерни 17-18-19, промежуточный вал 4, муфту 25(D), находящуюся в левом положении, передается на пару шестерен 10-13, выходной вал 3 и жестко связанную с ним ведущую шестерню главной передачи 20. Далее по общеизвестному уровню техники работы главной передачи.
Передаточное число второй передачи равняется 2,12. Интервалы между первой и второй передачами равен 1,63, а между второй и третьей передачами равен 1,44 (см. фиг. 2).
Увеличивая передаточное число (u 17-18-19) привода промежуточного вала (зубчатой передачи, состоящей из шестерней 17-18-19) с 3,231 до 3,636 получаем передаточные числа первой и второй передач равные 3,9 и 2,39 соответственно. Интервал между первой и второй передачами остается равным 1,63, а интервал между второй и третьей передачами увеличивается до 1,62 (см. фиг. 3). В результате, диапазон передаточных чисел КП возрастает до D=5,94.
3, 4, 5 и 6 передачи.
Осуществляются понятным любому специалисту способом передачи крутящего момента с входного вала на несоосный выходной вал при помощи пар шестерней 5-12 (5 передача), 6-13 (6 передача), 7-14 (3 передача), 8-15 (4 передача) и соединительных муфт 22 (5-6 передачи) и 23 (3-4 передачи).
Задний ход.
Крутящий момент с входного вала 2 через сцепленные шестерни 17-18-19, промежуточный вал 4, муфту 24(C), находящуюся в левом положении, передается на сцепленные шестерни 9-16-12, выходной вал 3 и жестко связанную с ним ведущую шестерню главной передачи 20. Далее по общеизвестному уровню техники работы главной передачи.
Работа 6-ступенчатой КП с расширенным диапазоном передаточных чисел, представленной на фиг. 4, осуществляется следующим образом.
1 и 2 передач.
Осуществляется аналогично рассмотренной выше работе базовой КП на аналогичных передачах, но вместо зубчатых пар 11-15 (1 передача) и 10-13 (2 передача) в передаче крутящего момента на выходной вал 3 участвуют зубчатые пары 27-14 и 26-12 соответственно.
Получаемые в данном случае передаточные числа равны (см. фиг. 5): 1 передача - 4,77, 2 передача - 2,626. Интервал между первой и второй передачами равен 1,82, а интервал между второй и третьей передачами - 1,78. В результате диапазон передаточных чисел КП возрастает до D=7,26.
Уменьшая передаточное число привода промежуточного вала с 3,231 до 2,813 получаем передаточные числа первой и второй передач равные 4,15 и 2,287 соответственно. Интервал между первой и второй передачами остается равным 1,82, а интервал между второй и третьей передачами уменьшается до 1,55 (см. фиг. 6). В результате диапазон передаточных чисел D=6,32.
3, 4, 5 и 6 передачи.
Осуществляется аналогично рассмотренной выше работе базовой КП на тех же передачах.
Задний ход.
Крутящий момент с входного вала 2 через сцепленные шестерни 17-18-19, промежуточный вал 4, муфту 24(C), находящуюся в правом положении, передается на сцепленные шестерни 28-29-15, выходной вал 3 и жестко связанную с ним ведущую шестерню главной передачи 20. Далее по общеизвестному уровню техники работы главной передачи.
Работа базовой КП с понижающей передачей, представленной на фиг. 7, осуществляется следующим образом.
Понижающая передача.
Крутящий момент с входного вала 2 через сцепленные шестерни 17-18-19, промежуточный вал 4, муфту 33(E), находящуюся в правом положении, передается на пару шестерен 30-14, выходной вал 3 и жестко связанную с ним ведущую шестерню 20 главной передачи и далее по общеизвестному уровню техники работы главной передачи.
Передаточное число понижающей передачи равняется 4,77 (см. фиг. 8). Диапазон передаточных чисел D=7,26.
1, 3, 4, 5, 6 и задний ход.
Аналогично, рассмотренной выше, работе базовой КП на соответствующей передаче.
2 передача.
Осуществляется аналогично рассмотренной выше работе базовой КП на 2 передаче, но вместо зубчатой пары 10-13 в передаче крутящего момента на выходной вал 3 участвует зубчатая пара 31-32.
Работа 6-ступенчатой КП с увеличенным диапазоном передаточных чисел и понижающей передачей, представленной на фиг. 9, осуществляется следующим образом.
Понижающая передача.
Крутящий момент с входного вала 2 через сцепленные шестерни 17-18-19, промежуточный вал 4, муфту 33(E), находящуюся в левом положении, передается на пару шестерен 34-35, выходной вал 3 и жестко связанную с ним ведущую шестерню 20 главной передачи и далее по общеизвестному уровню техники работы главной передачи.
Передаточное число понижающей передачи равняется 6,106 (см. фиг. 10). Диапазон передаточных чисел D=9,3.
1, 2, 3, 4, 5, 6 и задний ход.
Аналогично, рассмотренной выше, работе 6-ступенчатой КП с расширенным диапазоном передаточных чисел на соответствующей передаче.
Способ получения универсальной КП на основе базовой несоосной КП, представленной на фиг. 11, заключается в следующем:
- базовая КП условно разделена на две составляющие - «корпус КП» и «навесные механизмы»,
- внутри «корпуса КП» на валах размещаются шестерни и соединительные муфты передач прямого и заднего хода,
- за опоры валов в корпусе КП вынесены «навесные механизмы» - зубчатые передачи приводов промежуточного вала и ведущих колес, крышки корпуса КП с опорами валов и так далее,
- с одной или двух сторон, с входным валом, жестко соединяются валы с закрепленными на них необходимых, для осуществления работы КП, узлами, механизмами или деталями (ведомым диском сцепления, ведущей шестерней привода промежуточного вала и так далее),
- с одной или двух сторон, с выходным валом, жестко соединяются валы с закрепленными на них необходимых, для осуществления работы КП, механизмами или деталями (ведущие шестерни зубчатых передач, главных передач, валы и так далее),
- с одной из сторон, с промежуточным валом, жестко соединяется вал с закрепленной на нем ведомой шестерней привода промежуточного вала,
- для получения КП с соосными входным и выходным валами, одна из двух крайних шестерней входного вала жестко связывается с, соосным входному валу, выходным валом. При этом возможно получить модификации КП с двумя вариантами прямых передач. А именно в первой модификации прямой будет, например, пятая передача, а во второй - четвертая. Номер прямой передачи зависит от того: шестерни каких передач установлены на краях входного вала базовой КП, с какой стороны «корпуса КП» установлено сцепление двигателя и какая из крайних шестерней связана с выходным валом, соосным входному валу,
- скомпоновав нужным образом «навесные механизмы» (узлы и детали) с «корпусом КП», получаем конечный результат - универсальную КП, построенную на основе базовой несоосной КП.
Некоторые конечные варианты универсальных КП приведены в нижеследующих примерах.
Пример №1 (см. фиг. 12). Для получения соосной КП с четвертой прямой передачей между сцеплением двигателя и «корпусом КП», со стороны муфты включения 5-6 передач, устанавливаем зубчатую передачу привода промежуточного вала. С шестерней входного вала четвертой передачи жестко соединяем выходной вал, соосный входному валу и расположенный на опорах в крышке корпуса КП.
Пример №2 (см. фиг. 13). Для получения соосной КП с пятой прямой передачей между сцеплением двигателя и «корпусом КП», со стороны муфты включения 3-4 передач, устанавливаем зубчатую передачу привода промежуточного вала. С шестерней входного вала пятой передачи жестко соединяем выходной вал, соосный входному валу и расположенный на опорах в крышке корпуса КП.
Пример №3 (см. фиг. 14). Для получения несоосной КП, для автомобиля с поперечным расположением двигателя, сцепление крепится к «корпусу КП» со стороны муфты включения 5-6 передач, с противоположной стороны «корпуса» устанавливаем зубчатую передачу привода промежуточного вала, а крутящий момент с выходного вала, шестерней пятой передачи, передается на зубчатое колесо главной передачи, установленное на опорах в крышке корпуса КП.
Рассматриваемым в данном изобретении способом компоновки возможно получение множества вариантов соосных или несоосных коробок передач, в том числе с понижающей передачей и (или) расширенным диапазоном передаточных чисел, для автомобилей с передним, полным или задним приводом, с продольным или поперечным расположением двигателя. Два возможных варианта приведены на фиг. 15 и 16.
Техническим результатом использования способа получения универсальной коробки передач и ее модификаций является возможность создания на основе одной базовой коробки передач большого количества ее модификаций для автомобилей с разными целевыми предназначениями, разными схемами привода ведущих колес, с продольным или поперечным расположением двигателя. При этом основные узлы и детали базовой и модифицированных КП остаются неизменными, что обеспечивает высокую степень унификации и снижение затрат на производство и ремонт. А также автомобили одной модели, но оснащенные двигателями с существенной разницей в мощности (крутящем моменте), получат унифицированные КП с различными числом передач и (или) диапазонами передаточных чисел. Применение понижающей передачи расширит эксплуатационные возможности автомобилей грузового назначения. Автомобили одной модели, но разные по комплектации (с или без понижающей передачи в трансмиссии) получат унифицированные раздаточную коробку, карданные передачи и т.д. Включение понижающей передачи рычагом переключения основных передач облегчает труд водителя и позволяет обойтись без дополнительных элементов управления в салоне автомобиля.
Термины «базовая несоосная коробка передач» и «универсальная коробка передач» подразумевают существующие или вновь проектируемые несоосные КП, к которым может быть применен рассмотренный способ в объеме формулы изобретения. При этом вновь получаемая КП может быть в единственном варианте конструктивного исполнения, но с указанными признаками, существенными и взаимосвязанными между собой, образующими устойчивую совокупность существенных признаков достаточную для получения технического результата.
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 US 5184522 А, от 9.02.1993 г.
3. Патент RU 2167772.