КОРОБКА ПЕРЕДАЧ, ПЕРЕКЛЮЧАЕМАЯ ПОД НАГРУЗКОЙ, И СПОСОБ ЕЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ
GEAR BOX SWITCHED UNDER LOAD, AND METHOD OF ITS SWITCH-OVER

Данное изобретение относится к переключаемой под нагрузкой коробке передач, которая выполнена с возможностью переключения между различными передачами без прерывания тягового усилия, и к способу переключения для такой коробки передач.
Обычная коробка передач этого вида описана в DE 4206033 C2. Эту известную коробку передач можно рассматривать как состоящую из двух передаточных блоков, в которых предусмотрена возможность установки различных передаточных отношений или соответственно передач между входным валом и выходным валом каждого передаточного блока. Кроме того, коробка передач содержит два приводимых в движение одним и тем же двигателем приводных вала и два разделительных сцепления, которые расположены каждое между этими приводными валами и входным валом одного передаточного блока.
Когда переключение осуществляется не напрямую между двумя передачами, то одно из двух разделительных сцеплений выключено, а другое включено, а крутящий момент передается от двигателя через замкнутое разделительное сцепление и соединенный с ним передаточный блок на общий для обоих передаточных блоков выходной вал.
Для выполнения переключения передач в известной коробке передач сначала предварительно выбирается подлежащая включению новая передача в ненагруженном передаточном блоке, то есть в передаточном блоке создается соединение с замыканием по крутящему моменту между выходным валом и обращенной к ненагруженному передаточному блоку частью его разделительного сцепления. В противоположность этому обращенная к двигателю часть этого же разделительного сцепления приводится во вращение через приводной вал. Поэтому две части сцепления вращаются с различными скоростями, соотношение которых определяется передаточными отношениями фактически включенной передачи и предварительно выбранной передачи.
Для фактического включения предварительно выбранной передачи постепенно включается это разделительное сцепление до этого не нагруженного передаточного блока, так что часть крутящего момента двигателя передается через него, в то время как одновременно постепенно выключается разделительное сцепление до этого нагруженного передаточного блока, так что передаваемый этим сцеплением крутящий момент становится меньше. Поскольку оба разделительных сцепления никогда не выключены одновременно, то переключение передач происходит без прерывания передачи тягового усилия, однако между частями разделительных сцеплений вынужденно возникает проскальзывание, пока длится процесс переключения.
Таким образом, для таких коробок передач можно в качестве разделительных сцеплений использовать лишь допускающие проскальзывание сцепления. Необходимая величина сцеплений определяется необходимостью передачи при включенном сцеплении полного крутящего момента на коробку передач; поэтому два разделительных сцепления требуют значительного места для размещения. Кроме того, они в значительной степени влияют на стоимость коробки передач.
Задачей данного изобретения является создание компактной и экономичной в изготовлении переключаемой под нагрузкой коробки передач для переключения без прерывания тягового усилия.
Задача решена согласно изобретению тем, что в переключаемой под нагрузкой коробке передач, содержащей первый и второй передаточный блок, в каждом из которых предусмотрена возможность установки одной передачи из соответствующего каждому передаточному блоку первого или соответственно второго комплекта передач между входным валом и выходным валом передаточного блока, при этом между передаточным блоком и общим приводным валом переключаемой под нагрузкой коробки передач предусмотрена не имеющая проскальзывания система сцепления, которая обеспечивает возможность сцепления входного вала передаточного блока выборочно непосредственно или опосредованно через общее допускающее проскальзывание сцепление с приводным валом. Таким образом, переключаемая под нагрузкой коробка передач согласно изобретению имеет лишь одно единственное допускающее проскальзывание сцепление; предусмотренные не имеющие проскальзывания системы сцепления являются, по сравнению с допускающими проскальзывание сцеплениями, компактными и экономичными в изготовлении, поскольку в них обычно используется зацепление с геометрическим замыканием вместо зацепления с фрикционным замыканием для передачи крутящего момента.
Каждая из систем сцепления предпочтительно содержит два расположенных на противоположных концах входного вала сопряженного с системой сцепления передаточного блока и не имеющих проскальзывания сцепления, из которых первое предназначено для непосредственного сцепления с приводным валом, а второе - для сцепления с приводным валом через допускающее проскальзывание сцепление.
Дополнительно к этому компактность конструкции достигается за счет того, что входные валы передаточных блоков выполнены в виде коаксиальных приводному валу полых валов.
В промежуточном пространстве между двумя входными валами предпочтительно расположен коаксиально приводному валу приводимый во вращение через допускающее проскальзывание сцепление промежуточный полый вал, а вторые сцепления служат для соединения промежуточного полого вала с входными валами передаточных блоков.
Для экономящей место конструкции также целесообразно, когда допускающее проскальзывание сцепление расположено коаксиально на приводном валу.
Для соединения выпускной стороны коаксиального с приводным валом допускающего проскальзывание сцепления с указанными выше вторыми сцеплениями предпочтительно предусмотрен смещенный параллельно относительно приводного вала соединительный вал.
Другое, не имеющее проскальзывания сцепление, предпочтительно предусмотрено между каждым выходным валом передаточного блока и общим выходным валом переключаемой под нагрузкой коробки передач. Из этих сцеплений, если не происходит непосредственного переключения между двумя передачами, одно сцепление целесообразно всегда выключено, так что соответствующий ненагруженный передаточный блок не должен приводиться во вращение и тем самым в нем не возникают потери энергии.
Не имеющие проскальзывания сцепления предпочтительно выполнены в виде кулачковых муфт.
Предметом изобретения также является способ переключения переключаемой под нагрузкой коробки передач указанного выше вида. Процесс переключения осуществляется так, что сначала в ненагруженном передаточном блоке, называемом в последующем принимающим передаточным блоком, включают желаемую передачу, так что входной вал принимающего передаточного блока через свой выходной вал и в данный момент времени еще передающий нагрузку передаточный блок, называемый в последующем отдающим передаточным блоком, приводится во вращение. Через допускающее проскальзывание сцепление принимающий передаточный блок постепенно сцепляют с входным валом. Во время постепенного сцепления постепенно увеличивается проходящая через принимающий передаточный блок часть нагрузки, пока не будет достигнут момент времени, в котором отдающий передаточный блок становится свободным от нагрузки. В этот момент можно выключать не имеющее проскальзывания сцепление, которое соединяет отдающий блок с приводным валом, и включать, по меньшей мере, временно новую передачу.
Поскольку невозможно новое переключение передач, пока принимающий передаточный блок приводится через допускающее проскальзывание сцепление, то после включения допускающего проскальзывание сцепления целесообразно сцепляют входной вал принимающего передаточного блока непосредственно с приводным валом, а допускающее проскальзывание сцепление снова выключают.
Для обеспечения выключения не имеющего проскальзывания сцепления отдающего передаточного блока точно в момент освобождения от нагрузки, достаточно воздействовать на это сцепление силой в направлении движения выключения; как только сцепление становится ненагруженным, ее части становятся подвижными относительно друг друга и могут смещаться под воздействием силы.
Другие признаки и преимущества изобретения следуют из приведенного ниже подробного описания примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг.1 - схема коробки передач согласно изобретению в ходе нескольких стадий процесса переключения, а также графики передаваемой через передаточные блоки во время этих стадий нагрузки; и
фиг.2-9 - конструкция предпочтительных примеров выполнения коробки передач согласно изобретению, а также ход процесса переключения в этой коробке передач.
На фиг.1 показан процесс переключения, разделенный на шесть частей, обозначенных позициями А-F, каждая из которых отображает состояние приводимой двигателем 1 переключаемой под нагрузкой коробки передач в стационарном рабочем состоянии и соответственно в различных стадиях процесса переключения передач.
Переключаемая под нагрузкой коробка передач содержит два передаточных блока 2, 3, каждый из которых содержит входной вал 4 и соответственно 5, и выходной вал 6 и соответственно 7. В каждом передаточном блоке предусмотрена возможность установки заданного комплекта передаточных отношений или соответственно передач между входным валом 4, 5 и выходным валом 6, 7, при этом передачи первого передаточного блока 3 соответствуют нечетным передачам всей переключаемой под нагрузкой коробки передач, т.е., например, передачам 1, 3, 5 коробки с 6 передачами, а передачи второго передаточного блока 2 - четным передачам, т.е. передачам 2, 4, 6.
На каждом входном валу 4, 5 расположено кулачковое сцепление 8 и соответственно 9, которое служит для сцепления соответствующего входного вала 4 или 5 с приводимым двигателем 1 приводным валом 11 непосредственно или опосредованно через допускающее проскальзывание сцепление 11. Кулачковые сцепления 8, 9 могут иметь также открытое положение, в котором они не соединяют входной вал 4 и соответственно 5 с двигателем 1.
Выходные валы 6, 7 передаточных блоков 2, 3 предназначены для соединения через соответствующее дополнительное кулачковое сцепление 12, 13 с общим выходным валом 14 переключаемой под нагрузкой коробки передач.
На фиг.1 в части А показана переключаемая под нагрузкой коробка передач с включенной четной передачей, например второй передачей. Поток нагрузки от двигателя 1 до выходного вала 14 показан проходящей через нагруженные части коробки передач штрихпунктирной линией. Он проходит от двигателя 1 через приводной вал 10 и замкнутое кулачковое сцепление 8 в передаточный блок 2, в котором включена вторая передача, и из него через замкнутое кулачковое сцепление 12 к выходному валу 14. Кулачковое сцепление 13 между выходным валом 14 и передаточным блоком 3 разомкнуто, также как допускающее проскальзывание сцепление 11, с которым соединен входной вал 5 передаточного блока 3 через сцепление 9. Передаточный блок 3 не приводится.
Два графика, показанные сбоку от изображения коробки передач на фиг.1 в части А, иллюстрируют нагрузку двух передаточных блоков; передаточный блок 2 находится под остающейся постоянной, положительной, т.е. проходящей от двигателя 1 к выходному валу 14 нагрузкой, в то время как нагрузка на передаточном блоке 3 отсутствует.
Для подготовки смены передач сначала предварительно устанавливают желаемую передачу в не нагруженном передаточном блоке 3. В принципе можно устанавливать любую передачу этого передаточного блока 3, однако обычно выбирают соседнюю текущей передаче передачу, т.е. первую или третью передачу. Затем, как показано на фиг.1 в части В, включают сцепление 13, так что передаточный блок 3 через свой выходной вал 7 приводится во вращение. То есть часть имеющегося на выходе передаточного блока 2 крутящего момента расходуется на приведение во вращение передаточного блока 3, и приложенный к выходному валу 14 крутящий момент, как показано штриховыми линиями на верхнем графике части В, немного меньше, чем общий крутящий момент на выходе передаточного блока 2. Имеется слабый поток нагрузки от выходной к входной стороне в передаточном блоке 3, как показано на нижнем графике части В. На этом графике поток нагрузки показан со знаком минус, поскольку он направлен от выходной к входной стороне передаточного блока 3. Таким образом, обе стороны допускающего проскальзывание сцепления 11 находятся во вращении, а именно обращенная к двигателю сторона со скоростью вращения приводного вала 10, а обращенная к передаточным блокам сторона со скоростью вращения, которая определяется соотношением передаточных отношений, включенных в передаточных блоках 2, 3 передач.
Затем, как показано в части С, постепенно замыкают допускающее проскальзывание сцепление 11. За счет этого поток нагрузки распределяется на два передаточных блока 2, 3. Если в качестве примера рассматривать конкретное переключение из второй в третью передачу, то понятно, что скорость вращения обращенной к двигателю части сцепления 11 должна быть выше, чем скорость вращения соединенной с передаточным блоком 3 части. Таким образом, сцепление 11 пытается как бы ускорять передаточный блок 3 и тормозить передаточный блок 2, но при этом невозможно достижение равенства скоростей вращения двух частей сцепления 11, пока в обоих передаточных блоках включена передача. Однако разница скоростей вращения приводит к тому, что передаточный блок 3 при увеличении давления сцепления 11 принимает все больше нагрузки от передаточного блока 2, вплоть до момента времени, в котором нагрузка передаточного блока 2 исчезает. В этот момент времени размыкается ставшее ненагруженным кулачковое сцепление 8, и достигается стадия, согласно фиг.1 в части D. Теперь поток нагрузки проходит исключительно через допускающее проскальзывание сцепление 11 и передаточный блок 3.
Пока сцепление 11 включено, нельзя начинать другую смену передач. Однако, поскольку приводной вал 10 и обращенная к коробке передач сторона сцепления 11 имеют одинаковые скорости вращения, то можно выполнять непосредственно соединение по нагрузке между приводным валом 10 и входным валом 5 системы 9 сцепления, как показано в части Е, так что поток нагрузки от двигателя 1 к передаточному блоку 3, как показано на графиках, распределяется на прямой путь и путь через допускающее проскальзывание сцепление 11.
Затем устраняется соединение входного вала 5 со сцеплением 11, как показано в части F. Допускающее проскальзывание сцепление 11 становится снова ненагруженным, и передаточный блок 3 приводится во вращение непосредственно от двигателя 1. После того, как допускающее проскальзывание сцепление 11 снова разомкнуто, можно выполнять другую смену передач, как показано в частях А-F, при этом в этой новой смене передач передаточные блоки 2, 3 меняются ролями.
На фиг.2 показана подробная схема конструкции переключаемой под нагрузкой коробки передач согласно изобретению. Двигатель 1 на этой фигуре, а также на последующих фигурах не изображен. Допускающее проскальзывание сцепление 11 смонтировано коаксиально на приводном валу 10 коробки передач и содержит установленный неподвижно на приводном валу 10 первый диск с перемещаемыми в осевом направлении зажимами 16 для зажимания второго диска 17, который закреплен на коаксиальном приводному валу 10 полом валу 18.
Два других коаксиальных приводному валу 10 полых вала образуют входные валы 4 и соответственно 5 двух передаточных блоков 2, 3. Расположенный между полыми валами 4, 5 на приводном валу 10 промежуточный полый вал 19 соединен с полыми валами 18 через параллельный приводному валу 10 соединительный вал 20 и пары находящихся в зацеплении зубчатых колес 21, 22 и соответственно 23, 24 валов 18, 20, 19.
Два входных вала 4, 5 несут каждый на своих противоположных друг другу концах осевой зубчатый венец 25, который вместе с неподвижно смонтированной на приводном валу 10 шестерней 26 и установленной на шестерне 26 с возможностью сдвига в осевом направлении и снабженной внутренним осевым зубчатым венцом гильзы или включающей муфты 27 образует кулачковое сцепление, которое на приводном валу 4 передаточного блока 2 обозначена в целом позицией 28, а соответственно на приводном валу 5 передаточного блока 3 - позицией 29. Кроме того, кулачковые сцепления 28, 29 содержат известным самим по себе образом не изображенный блок синхронизации, который служит для обеспечения необходимого для ввода включающей муфты 27 в осевой зубчатый венец 25 выравнивания скоростей вращения за счет силового замыкания, в частности за счет трения. Этот блок синхронизации можно рассматривать в качестве своего рода предварительного сцепления с геометрическим замыканием; оно отличается от допускающего проскальзывание сцепления 11 также с геометрическим замыканием своими размерами: в то время как допускающее проскальзывание сцепление 11 выполнено для передачи всего крутящего момента двигателя, то для блока синхронизации достаточен максимальный передаваемый крутящий момент, обеспечивающий преодоление инерции и трения соответствующего передаточного блока 2 или 3; передача приводного момента через блок синхронизации на шасси не предусмотрена. Блок синхронизации может быть образован, в частности, с помощью колец синхронизации, которые используются в обычных ручных переключательных коробках передач. Для размыкания кулачкового сцепления 28 или соответственно 29 он должен быть ненагружен.
Аналогичное кулачковое сцепление предусмотрено на противоположном конце входных валов 4, 5 и обозначено позицией 30 и соответственно 31. Эти сцепления 30, 31 содержат каждое шестерню 32 на промежуточном полом валу 19, сдвигаемую на шестерне 32 в осевом направлении гильзу или соответственно включающую муфту 33 и осевой зубчатый венец 34 на приводных валах 4 и соответственно 5.
Кроме того, приводные валы 4, 5 несут каждый, самим по себе известным образом, три зубчатых колеса 35 передачи различной величины, которые находятся в зацеплении с соответствующим ответным зубчатым колесом 36 передачи, которое через соответствующий полый участок 37 выходного вала соединено с шестерней 38 другого кулачкового сцепления 39, 40, 41 или 42. В сцеплениях 39, 42 гильза 43 установлена с возможностью сдвига между тремя положениями, в одном из которых она расположена лишь на неподвижно соединенной с выходным валом 14 шестерне 44, а в двух других она соединяет шестерню 44 со смежным справа или слева осевым зубчатым венцом 38. Сцепления 41, 42 соответствуют по своей функции сцеплению 12 из фиг.1, а сцепления 39, 40 - сцеплению 13.
Не изображенное на фиг.2 зубчатое колесо на промежуточном валу 20 предназначено для введения в зацепление непосредственно в обход полого вала 5 с одним из передаточных зубчатых колес 36 передаточного блока 3 с целью реализации заднего хода.
На фиг.3 показан силовой поток через коробку передач, согласно фиг.2, в виде толстой пунктирной линии. Он проходит от приводного вала 10 через замкнутое сцепление 29, передаточные зубчатые колеса 35, 36 первой передачи в передаточном блоке 3 и кулачковое сцепление 39 к выходному валу 14. Кулачковые сцепления 41, 42, 30 разомкнуты, так что передаточный блок 2 находится в покое.
На фиг.4 показан предварительный выбор второй передачи в качестве новой включаемой передачи посредством замыкания сцепления 41. Одновременно замыкается сцепление 30, так что через соединительный блок 2, промежуточный полый вал 19 и шунтирующий вал 20 приводится во вращение диск 17 допускающего проскальзывание сцепления 11.
На фиг.5 показано постепенное закрывание зажимов 16 допускающего проскальзывание сцепления 11, так что нагрузка распределяется на оба передаточных блока 2, 3. Как только за счет этого освобождается от нагрузки сцепление 29, его гильза 27 реагирует на уже действующее на нее установочное усилие и соскальзывает с шестерни 25 входного вала 5, как показано на фиг.6. За счет этого освобождается от нагрузки передаточный блок 3, и поток нагрузки проходит полностью через передаточный блок 2. Теперь может быть полностью замкнуто допускающее проскальзывание сцепление 11, как показано на фиг.7, для передачи приводного усилия двигателя без проскальзывания.
Поскольку теперь входной вал 4 передаточного блока 2 приводится во вращение через сцепление 30 точно с той же скоростью, что и приводной вал 10, то может замыкаться сцепление 28, как показано на фиг.8. Нагрузка в этом случае распределяется на два сцепления 28, 30. В следующей стадии размыкается допускающее проскальзывание сцепление 11, так что сцепление 30 становится свободным от нагрузки и может открываться дальше.
В результате получается показанный на фиг.9 силовой поток от приводного вала 10 через кулачковое сцепление 28 и второй передаточный блок 2. Сцепления 29, 30, 31, 39, 40 разомкнуты, так что передаточный блок 3 не включен. В этом передаточном блоке 3 можно теперь предварительно выбирать следующую передачу для последующей смены передач.
Описанный выше ход выполнения способа относится к процессу включения более высокой передачи. В этом случае скорость вращения двигателя после переключения ниже, чем перед переключением, и необходимое для освобождения от нагрузки кулачкового сцепления 29 равенство скоростей вращения обеспечивается за счет потерь на трение, в частности, в допускающем проскальзывание сцеплении 11 в состоянии с проскальзыванием, даже если двигатель вращается на холостом ходу. Последовательность стадий при включении более низких передач остается по существу такой же с единственным различием, состоящим в том, что для достижения равенства скоростей вращения необходимо ускорение двигателя.
Перечень ссылочных позиций
1 Двигатель
2 Передаточный блок
3 Передаточный блок
4 Входной вал
5 Входной вал
6 Выходной вал
7 Выходной вал
8 Кулачковое сцепление
9 Кулачковое сцепление
10 Приводной вал
11 Допускающее проскальзывание сцепление
12 Кулачковое сцепление
13 Кулачковое сцепление
14 Выходной вал
16 Зажим
17 Диск
18 Полый вал
19 Промежуточный полый вал
20 Соединительный вал
21 Зубчатое колесо
22 Зубчатое колесо
23 Зубчатое колесо
24 Зубчатое колесо
25 Осевой зубчатый венец
26 Шестерня
27 Гильза
28 Кулачковое сцепление
29 Кулачковое сцепление
30 Кулачковое сцепление
31 Кулачковое сцепление
32 Шестерня
33 Гильза
34 Осевой зубчатый венец
35 Зубчатое колесо передачи
36 Зубчатое колесо передачи
37 Участок выходного вала
38 Осевой зубчатый венец
39 Кулачковое сцепление
40 Кулачковое сцепление
41 Кулачковое сцепление
42 Кулачковое сцепление
43 Гильза
44 Шестерня