Соосная коробка передач с двумя сцеплениями
COANNULAR GEARBOX WITH TWO CLUTCHES

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к автоматизированным трансмиссиям.
Известна коробка передач с двумя многодисковыми сцеплениями, содержащая два соосных ведущих вала, расположенных один внутри другого, с установленными на них шестернями четных и нечетных передач, входящих в зацепление с шестернями постоянного зацепления соответствующих передач, имеющих возможность жесткого соединения с помощью синхронизаторов с ведомыми валами (Иванов А.Н., Солнцев А.Н., Гаевский В.В. и другие. Основы конструкции автомобиля. - М.: ООО «Книжное издательство» «3а рулем»», 2005. - 166 с.: ил.).
Известен вариант конструкции соосной девятиступенчатой коробки передач (КП) с двумя сцеплениями (см. патент US 20070214904 А1, от 20.09.2007 г.).
Вариант конструкции КП состоит из корпуса с размещенными в нем соосными входными и выходным валами и параллельным им промежуточным валом. Два входных вала, цельный и трубчатый, являются соосными, расположенными один внутри другого и на трубчатом валу закреплены две шестерни постоянного зацепления, сцепленные с шестернями промежуточного вала, между которыми установлена муфта включения. На выходном и промежуточном валах установлены еще пять пар шестерен, а между ними три муфты включения, в том числе муфта, соединяющая с выходным валом цельный входной вал, обеспечивая прямую передачу. На промежуточном валу установлена полумуфта, соединяющая блок трех шестерен с валом, а другая полумуфта включения передачи заднего хода располагается на отдельной оси вместе с двумя шестернями, сцепленными необходимым образом с шестернями КП.
Недостатком КП является повышенное количество муфт (6) и шестерен (16) для получения 9 передач прямого хода. А также, в рамках патента не обозначены пути модификации, направленные на изменение числа передач и/или диапазона передаточных чисел.
Целью изобретения является базовый фрагмент конструкции соосной коробки передач с двумя сцеплениями, позволяющий получать на его основе варианты конструкции многоступенчатых КП, обладающих возможностью дальнейшей модификации - увеличения числа передач и диапазона передаточных чисел.
Указанная цель достигается тем, что на промежуточном валу располагаются муфта включения двух передач и шестерни, сцепленные с шестернями трубчатого входного вала, муфта включения передачи прямого или заднего хода и две шестерни, объединенные в блок и одна из них сцеплена с единственной шестерней цельного входного вала, а другая сцеплена со свободно установленной на выходном валу шестерней, объединенной в блок с ведущей шестерней передачи заднего хода, которая сцеплена с ведомой через промежуточную шестерню или через шестерню, объединенную с промежуточной в блок двух шестерен.
Также, возможно, что на промежуточном валу закреплена шестерня, сцепленная с шестерней, с которой жестко связана солнечная шестерня планетарного демультипликатора, имеющего муфту включения высшего или низшего диапазона и водило, закрепленное на выходном валу.
Также, возможно, что на выходном валу располагаются, по меньшей мере, одна муфта включения диапазонов и две шестерни, сцепленные с шестернями, закрепленными на промежуточном валу.
Также, возможно, что на промежуточном валу располагаются, по меньшей мере, одна муфта включения дополнительного диапазона и шестерня, сцепленная с шестерней жестко связанной с выходным валом.
Также, возможно, что крайнюю шестерню выходного вала жестко связывает муфта включения с водилом планетарного демультипликатора, имеющего муфту включения высшего или низшего диапазона и солнечную шестерню, закрепленную на выходном валу.
Также, возможно, что на промежуточном валу располагаются муфта включения и шестерня, сцепленная с шестерней, жестко связанной с водилом планетарного демультипликатора, имеющего муфту включения высшего или низшего диапазона и солнечную шестерню, закрепленную на выходном валу.
Также, возможно, что на промежуточном валу располагаются, по меньшей мере, одна муфта включения диапазонов и две шестерни, сцепленные с шестернями, закрепленными на выходном валу.
Также, возможно, что на выходном валу располагаются, по меньшей мере, одна муфта включения дополнительного диапазона и шестерня, сцепленная с шестерней, закрепленной на промежуточном валу.
Также, возможно, что на промежуточном валу закреплена шестерня, сцепленная с шестерней, которую жестко связывает муфта включения с водилом планетарного демультипликатора, имеющего муфту включения высшего или низшего диапазона и солнечную шестерню, закрепленную на выходном валу.
Также, возможно, что на промежуточном валу располагаются муфта включения и шестерня, сцепленная с шестерней, жестко связанной с водилом планетарного демультипликатора, имеющего муфту включения высшего или низшего диапазона и солнечную шестерню, закрепленную на выходном валу.
Также, возможно, что на промежуточном валу располагаются муфта включения диапазонов и две шестерни, причем, одна из них сцеплена с шестерней, жестко связанной с выходным валом, а другая - сцеплена с шестерней, жестко связанной с водилом планетарного демультипликатора, имеющего муфту включения высшего или низшего диапазона и солнечную шестерню, закрепленную на выходном валу.
Также, возможно, что на выходном валу, рядом с шестерней заднего хода, располагаются, по меньшей мере, одна муфта включения дополнительного диапазона и шестерня, сцепленная с шестерней, жестко связанной с промежуточным валом.
Также, возможно, что на промежуточном валу, рядом с шестерней заднего хода, располагаются, по меньшей мере, одна муфта включения дополнительного диапазона и шестерня, сцепленная с шестерней жестко связанной с выходным валом.
Также, возможно, что между двумя соседними шестернями, сцепленными с шестернями входных валов, установлена соединяющая их муфта включения.
На фиг. 1 показана кинематическая схема базового фрагмента конструкции соосной коробки передач с двумя сцеплениями, соответствующего пункту 1 формулы изобретения.
На фиг. 2 показана кинематическая схема варианта конструкции КП с базовым фрагментом, согласно пунктам 2 и 14 формулы изобретения.
На фиг. 3 представлена лучевая диаграмма КП, представленной на фиг. 2. На горизонталях приведены номера различных передач. На нижней шкале отложены логарифмы и величины передаточных чисел. Луч, направленный направо, указывает на замедляющую передачу. Чем положе луч, тем больше передаточное число. Луч, направленный налево, указывает на ускоряющую передачу. Для лучшего понимания луч, изображенный прерывистой линией, обозначает передачу заднего хода, а штрихпунктирный луч - понижающую передачу.
На фиг. 4 показана кинематическая схема варианта конструкции 9 или 7-ступенчатой КП, согласно пункту 3 формулы изобретения.
На фиг. 5 представлена лучевая диаграмма 9-ступенчатой КП.
На фиг. 6 показана кинематическая схема варианта конструкции 7-ступенчатой КП с понижающей передачей, согласно пункту 3 формулы изобретения.
На фиг. 7 представлена лучевая диаграмма 7-ступенчатой КП с понижающей передачей.
На фиг. 8 показана кинематическая схема варианта конструкции 17 или 13-ступенчатой КП, согласно пункту 5 формулы изобретения.
На фиг. 9 представлена лучевая диаграмма 17-ступенчатой КП.
На фиг. 10 представлена лучевая диаграмма 13-ступенчатой КП.
На фиг. 11 показана кинематическая схема варианта конструкции 17 или 15-ступенчатой КП, согласно пункту 9 формулы изобретения.
На фиг. 12 представлена лучевая диаграмма 17 или 15-ступенчатой КП.
На фиг. 13 показана кинематическая схема варианта конструкции 15 или 13-ступенчатой КП или 13-ступенчатой КП с двумя понижающими передачами, согласно пункту 11 формулы изобретения.
На фиг. 14 представлена лучевая диаграмма КП, представленной на фиг. 13.
В состав, представленной на фиг. 1, кинематической схемы базового фрагмента, входят установленные в опорах корпуса 1: расположенные один внутри другого, два соосных входных вала 2 и 3, установленный соосно с ними выходной вал 4 и параллельный им промежуточный вал 5. Шестерни 6 и 7 жестко закреплены на входном валу 2 и сцеплены со свободно установленными на промежуточном валу 5 шестернями 8 и 9, соответственно. Шестерни 10 и 11 свободно установлены на промежуточном валу 5 и объединены в блок. Шестерня 10 сцеплена с единственной, жестко установленной шестерней 12 цельного входного вала 3. Шестерня 11 сцеплена со свободно установленной на выходном валу 4 шестерней 13, объединенной в блок с ведущей шестерней 14 передачи заднего хода, которая сцеплена с ведомой шестерней 15 через промежуточную шестерню 16, которые установлены, соответственно, на промежуточном валу 5 и отдельной оси 17. Муфты А(18) и В(19) расположены на промежуточном валу 5, между шестернями 8-9 и 11-15, соответственно. Муфта С(20) расположена на выходном валу 4 между шестернями 12 и 13. Ведомый диск 21 левого сцепления (Л) установлен на входном валу 3, а ведомый диск 22 правого сцепления (П) установлен на входном валу 2.
В состав, представленной на фиг. 2, кинематической схемы варианта конструкции 10 или 8-ступенчатой КП, входят те же самые детали, что и у рассмотренного выше состава базового фрагмента и дополнительно: шестерня 23 закреплена на промежуточном валу 5 и сцеплена со свободно установленной на выходном валу 4 шестерней 24, объединенной в блок с солнечной шестерней 25 планетарного демультипликатора. На выходном валу 4 закреплено водило 26 демультипликатора, а с его эпициклической шестерней 27 жестко связана ступица муфты D (28). На корпусе 1 КП закреплен зубчатый венец 29, а на шестерне 24 зубчатый венец 30. На шестерне 10 закреплена ступица муфты Е(31).
В состав, представленной на фиг. 4, кинематической схемы варианта конструкции 9 или 7-ступенчатой КП, входят те же самые детали, что и у рассмотренного выше состава базового фрагмента и дополнительно: шестерни 32 и 33 закреплены на промежуточном валу 5 и сцеплены со свободно установленными на выходном валу 4 шестернями 34 и 35, соответственно, а между ними установлена муфта включения диапазонов F(36).
В состав, представленной на фиг. 8, кинематической схемы варианта конструкции 17 или 13-ступенчатой КП, входят те же самые детали, что и у предыдущего состава 9 или 7-ступенчатой КП и дополнительно: на выходном валу 4 закреплена солнечная шестерня 37 планетарного демультипликатора, а с его эпициклической шестерней 38 жестко связана ступица муфты D(39). На корпусе 1 КП закреплен зубчатый венец 40, а на водиле 41 демультипликатора зубчатые венцы 42 и 43. С шестерней 35 жестко связана ступица муфты К(44). Водило 41 демультипликатора закреплено на валу 45 привода ведущих колес.
Предлагаемый данным изобретением фрагмент конструкции позволяет получать варианты многоступенчатых КП с планетарным редуктором (демультипликатором), с шестеренчатым редуктором и комбинированный вариант, использующий оба типа указанных редукторов. Поэтому, в виду необходимости краткого изложения, но с полнотой, достаточной для осуществления изобретения - работу базового фрагмента, представленного на фиг. 1, рассмотрим на примере варианта конструкции коробки передач с планетарным демультипликатором (см. фиг. 2), варианта конструкции с шестеренчатым редуктором (см. фиг. 4) и варианта с комбинированным редуктором (см. фиг. 8).
Работа КП, представленной на фиг. 2, осуществляется следующим образом.
Понижающая передача
Включаем левое сцепление (Л), муфты А и Е переводим в левое положение. Муфту D переключаем в правое положение, при этом, эпициклическое колесо 27 планетарного демультипликатора через муфту D и зубчатый венец 29 жестко связано с корпусом 1 КП. Крутящий момент с входного вала 3 через пару сцепленных шестерен 12-10, муфту Е, пару шестерен 9-7, вал 2, пару шестерен 6-8 и муфту А, передается на промежуточный вал 5, пару шестерен 23-24, солнечную шестерню 25 и далее, по известному уровню техники работы планетарного демультипликатора, с водила 26 на выходной вал 4.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 3) эта передача отражена лучом 0-II и далее последовательно соединенными штрихпунктирными лучами: наклонным влево вверх II-III, наклонным вправо II-III-I, вертикальным вниз и наклонным вправо к букве П.
1 и 3 передачи
Осуществляются понятным специалисту способом передачи крутящего момента правым сцеплением (П) на входной вал 2, парами шестерен 6-8 (1 передача), 7-9 (3 передача) и муфтой А, находящейся в левом (1 передача) или правом (3 передача) положении, на промежуточный вал 5 и далее аналогично, рассмотренной выше, передаче.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 3) 1 передача отражена последовательно соединенными лучами: 0-I, вертикальным лучом вниз и наклонным вправо к цифре 1. 3 передача отражена последовательно соединенными лучами: 0-III, вертикальным лучом вниз и наклонным вправо к цифре 3.
2 передача
Осуществляется передачей крутящего момента левым сцеплением (Л) на входной вал 3 парой шестерен 12-10 и муфтой В, находящейся в левом положении, на промежуточный вал 5. Далее, аналогично работе КП на понижающей передаче, рассмотренной выше.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 3) эта передача отражена последовательно соединенными лучами: 0-II, вертикальным вниз и наклонным вправо к цифре 2.
4 передача
Осуществляется передачей крутящего момента левым сцеплением (Л) на входной вал 3, парой шестерен 12-10, блоком шестерен 10-11, парой шестерен 11-13 и муфтой С, находящейся в правом положении, на выходной вал 4. Во время работы КП на данной передаче, при продолжении увеличения числа оборотов двигателя и скорости автомобиля, муфта D переключается в левое положение. В результате, планетарный демультипликатор блокируется - эпициклическое колесо 27 через муфту D и зубчатый венец 30 жестко соединяется с шестерней 24 и солнечной шестерней 25.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 3) эта передача отражена последовательно соединенными лучами: 0-II, наклонным вправо и вертикальным вниз к цифре 4.
5, 6 и 7 передачи
Осуществляются аналогично, рассмотренной выше, работе КП на 1, 2 и 3 передачах, соответственно, но с заблокированным планетарным демультипликатором. На лучевой диаграмме (см. фиг. 3) эти передачи отражены последовательно соединенными лучами: 5 передача - наклонным вправо 0-I и вертикальными вниз к цифре 5; 6 передача наклонным вправо 0-II и вертикальными вниз к цифре 6; 7 передача наклонным вправо 0-III и вертикальными вниз к цифре 7.
8 (прямая) передача
Осуществляется передачей крутящего момента левым сцеплением (Л) на входной вал 3, муфтой С, находящейся в левом положении, на выходной вал 4. Во время работы КП на данной передаче, при продолжении увеличения числа оборотов двигателя и скорости автомобиля, муфта Е переключается в левое положение.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 3) эта передача отражена вертикальным лучом О-8.
9 передача
Включаем правое сцепление (П) муфты С и Е находятся в левом положении. Крутящий момент с входного вала 2 через пару сцепленных шестерен 7-9, муфту Е, пару шестерен 10-12 и муфту С передается на выходной вал 4.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 3) эта передача отражена последовательно соединенными лучами 0-III, наклонным влево вверх III-II и вертикальным вниз к цифре 9.
Задний ход
Включаем левое сцепление (Л), муфты В и D в правом положении. Крутящий момент с входного вала 3 через пару сцепленных шестерен 12-10, блоком шестерен 10-11, парой шестерен 11-13, блоком шестерен 13-14, шестернями 14-16-15 и муфтой В передается на промежуточный вал 5, пару шестерен 23-24, солнечную шестерню 25 и далее, по известному уровню техники работы планетарного демультипликатора, с водила 26 на выходной вал 4.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 3) эта передача отражена лучом 0-II и далее последовательно соединенными лучами из прерывистой линии к буквам ЗХ.
Работа 9-ступенчатой КП, представленной на фиг. 4, осуществляется следующим образом.
1 передача
Включаем правое сцепление (П), муфты А и В переключаем в левое положение, а муфту F в правое. Крутящий момент с входного вала 2 через пару сцепленных шестерен 6-8, муфту А передается на промежуточный вал 5, пару шестерен 33-35, муфту F и выходной вал 4.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 5) эта передача отражена последовательно соединенными лучами 0-I, I-1.
2 передача
Включаем левое сцепление (Л), муфта В в левом положении, переключаем муфту А в правое положение. Крутящий момент с входного вала 3, парой шестерен 12-10, муфтой В передается на промежуточный вал 5, пару шестерен 33-35, муфту F и выходной вал 4.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 5) эта передача отражена последовательно соединенными лучами 0-II, II-2.
3 передача
Включаем правое сцепление (П), муфта А в правом положении, выключаем муфту В, а муфту С переключаем в правое положение. Крутящий момент с входного вала 2 через пару шестерен 7-9, муфту А передается на промежуточный вал 5, пару шестерен 33-35, муфту F и на выходной вал 4.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 5) эта передача отражена последовательно соединенными лучами 0-III, III-3.
4 передача
Включаем левое сцепление (Л), муфта С в правом положение, переключаем муфты А и F левое положение. Крутящий момент с входного вала 3, парой шестерен 12-10, блоком шестерен 10-11, парой шестерен 11-13 и муфтой С поступает на выходной вал 4.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 5) эта передача отражена последовательно соединенными лучами 0-II, II-4.
5 передача
Включаем правое сцепление (П), муфты А и F в левом положении, выключаем муфту С, а муфту В переключаем в левое положение. Крутящий момент с входного вала 2 через пару сцепленных шестерен 6-8, муфту А передается на промежуточный вал 5, пару шестерен 32-34, муфту F и выходной вал 4.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 5) эта передача отражена последовательно соединенными лучами 0-I, I-5.
6 передача
Включаем левое сцепление (Л), муфта В в левом положении, переключаем муфту А в правое положение. Крутящий момент с входного вала 3, парой шестерен 12-10, муфтой В передается на промежуточный вал 5, пару шестерен 32-34, муфту F и выходной вал 4.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 5) эта передача отражена последовательно соединенными лучами 0-II, II-6.
7 передача
Включаем правое сцепление (П), муфта А в правом положении, выключаем муфту В, а муфту С переключаем в левое положение. Крутящий момент с входного вала 2 через пару шестерен 7-9, муфту А, промежуточный вал 5, пару шестерен 32-34 и муфту F попадает на выходной вал 4.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 5) эта передача отражена последовательно соединенными лучами 0-III, III-7.
8 (прямая) передача
Включаем левое сцепление (Л), муфта С в левом положении, муфта А в правом положении. Крутящий момент с входного вала 3 муфтой С передается на выходной вал 4. Во время работы КП на данной передаче, при продолжении увеличения числа оборотов двигателя и скорости автомобиля, муфта F выключается, а муфта В переключается в левое положение.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 5) восьмая передача отражена точкой 0/цифрой 8.
9 передача
Включаем правое сцепление (П) муфты С и В находятся в левом положении, муфта А в правом положении. Крутящий момент с входного вала 2 через пару шестерен 7-9, муфту А, муфту В, пару шестерен 10-12 и муфту С передается на выходной вал 4.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 5) эта передача отражена последовательно соединенными лучами 0-III, III-9.
Задний ход
Включаем левое сцепление (Л), муфты В и F в правом положении. Крутящий момент с входного вала 3 через пару шестерен 12-10, блоком шестерен 10-11, парой шестерен 11-13, блоком шестерен 13-14, шестернями 14-16-15 и муфтой В передается на промежуточный вал 5, пару шестерен 33-35 и муфтой F на выходной вал 4.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 5) эта передача отражена последовательно соединенными лучами 0-II, II-4 и далее последовательно соединенными лучами из прерывистой линии к буквам ЗХ.
Работа 17-ступенчатой КП, представленной на фиг. 8, осуществляется следующим образом.
1-8 передачи, задний ход
Осуществляются аналогично рассмотренной выше работе 9-ступенчатой КП на 1-8 передачах, соответственно, но с выходного вала 4 крутящий момент поступает на солнечную шестерню 37 планетарного демультипликатора, у которого эпициклическое колесо 38 через муфту D и зубчатый венец 40 жестко связано с корпусом 1 КП. И далее, крутящий момент по известному уровню техники работы планетарного демультипликатора, поступает с водила 41 на вал 45 привода ведущих колес. Во время работы КП на 8 передаче, при продолжении увеличения числа оборотов двигателя и скорости автомобиля, муфта F выключается, муфта А переключается в левое положение, а муфта К переключается в правое положение.
9, 10 и 11 передачи
Осуществляются аналогично, рассмотренной выше, работе 9-ступенчатой КП на 1, 2 и 3 передачах, соответственно, но с шестерни 35, через муфту К и зубчатый венец 43 крутящий момент поступает на водило 41 планетарного демультипликатора и вал 45 привода ведущих колес. Во время работы КП на 11 передаче, при продолжении увеличения числа оборотов двигателя и скорости автомобиля, муфта D переключается в левое положение. В результате, планетарный демультипликатор блокируется - эпициклическое колесо 38 через муфту D и зубчатый венец 42 жестко соединяется с водилом 41.
12, 13, 14, 15, 16 и 17 передачи
Осуществляются аналогично рассмотренной выше работе 9-ступенчатой КП на 4, 5, 6, 7, 8 и 9 передачах, соответственно, но с выходного вала 4, через заблокированный планетарный демультипликатор, крутящий момент поступает на вал 45 привода ведущих колес.
Техническим результатом использования базового фрагмента конструкции соосной коробки передач с двумя сцеплениями является создание на его основе вариантов конструкции многоступенчатых КП, обладающих возможностью дальнейшей модификации - увеличения числа передач и диапазона передаточных чисел. При этом, большинство узлов и деталей многоступенчатых КП остаются неизменными, что обеспечивает высокую степень унификации и снижение затрат на производство и ремонт.
В приведенных примерах вариантов конструкции соосной КП рассмотрены передачи с переменным включением двух сцеплений. Также, возможны последовательные передачи с работой на одноименных сцеплениях, но они не указаны и не рассматриваются.
На кинематических схемах представлены только некоторые возможные варианты многоступенчатой КП с двумя сцеплениями. При этом, 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.