Соосная коробка передач с двумя сцеплениями
COAXIAL 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» «За рулем»», 2005. - 166 с.: ил.).
Все больше современных автомобилей комплектуются автоматизированными механическими коробками передач (КП) с одним или двумя сцеплениями. При этом, если у коробок передач с одним сцеплением, с автоматизированным или ручным переключением передач - механические части практически идентичны, то в случае соосных КП с двумя сцеплениями, чаще всего, изготавливается новая КП, не имеющая аналога с ручным управлением. Это приводит к удорожанию производства КП с двумя сцеплениями и, в свою очередь, слабо влияет на удешевление производства КП с одним сцеплением. Как известно, себестоимость продукта зависит от объемов его производства. Значит, если механические части коробок передач с одним или с двумя сцеплениями были бы обоюдно унифицированными - это привело бы к удешевлению производства и себестоимости коробок передач, независимо от количества сцеплений.
Известны варианты конструкции соосной коробки передач с двумя сцеплениями ZF, основанные на базовой схеме (см. патент DE 102013200196 A1, от 10.07.2014 г., фиг. 1).
Варианты включают в себя конструкции КП, состоящих из двух частей - основной КП и заднего шестеренного или планетарного демультипликатора. Основная КП, обладающая схожим фрагментом конструкции базовой схемы, 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 них закреплены по одной шестерне постоянного зацепления. На промежуточном валу закреплены четыре шестерни и одна из них сцеплена с шестерней трубчатого входного вала. Две шестерни установлены свободно, объединены в блок двух шестерен и одна из них сцеплена с шестерней цельного входного вала, а все другие сцеплены с шестернями, которые установлены свободно на выходном валу, на котором располагаются три муфты включения, жестко соединяющие с выходным валом шестерни и цельный входной вал (прямая передача). При этом две крайние муфты включают передачи прямого хода, а третья, средняя - передачи прямого или заднего хода.
Недостатком базовой схемы КП ZF является нерациональное расположение на валах шестерней и муфты включения передачи заднего хода; для возможности унификации между собой коробок передач с двумя сцеплениями и механическими коробками передач с одним сцеплениями.
Целью изобретения является соосная коробка передач с двумя сцеплениями с базовой конструкцией:
- унифицированной с существующими механическими четырех- или пятиступенчатыми коробками передач с одним сцеплением, с аналогичным порядком расположения на валах муфт и шестерен;
- позволяющей получать на ее основе варианты конструкции с возможностью дальнейшей модификации - увеличения числа передач и диапазона передаточных чисел.
Указанная цель достигается тем, что первая и вторая муфты обеспечивают включение передач прямого хода, а третья муфта включает передачу заднего хода.
Также, возможно, что на промежуточном валу располагаются муфта включения и шестерня, сцепленная с шестерней, жестко связанной с выходным валом.
Также, возможно, что с шестерней, закрепленной на промежуточном валу, сцеплена шестерня, которую жестко соединяет с выходным валом муфта включения, объединенная с муфтой включения передачи заднего хода.
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 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 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 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 с выходным валом жестко связан ведущий вал шестеренного демультипликатора, состоящего из соосных ведущего и ведомого валов и параллельным им, по меньшей мере, одним промежуточным валом, который жестко связан с промежуточным валом коробки передач и на котором одна шестерня установлена жестко, а две шестерни установлены свободно, объединены в блок шестерен и одна из них сцеплена с шестерней ведущего вала, а другие сцеплены с шестернями, свободно установленными на ведомом валу, на котором располагаются две муфты включения, жестко соединяющие с ведомым валом шестерни и ведущий вал демультипликатора.
Также, возможно, что на выходном валу закреплена ведущая шестерня шестеренного или солнечная шестерня планетарного демультипликатора, имеющего муфту включения высшего или низшего диапазона.
Также, возможно, что установлена муфта включения, жестко соединяющая промежуточный вал с блоком двух шестерен или с шестерней, которая сцеплена с шестерней, жестко связанной с цельным входным валом.
Также, возможно, что установлена муфта включения, жестко соединяющая блок двух шестерен с промежуточным валом или с шестерней, которая сцеплена с шестерней, жестко связанной с трубчатым входным валом.
Также, возможно, что установлена муфта включения, жестко соединяющая промежуточный вал с блоком двух шестерен
На фиг. 1 показана базовая кинематическая схема соосной коробки передач с двумя сцеплениями, соответствующая пункту 1 формулы изобретения.
На фиг. 2 показана кинематическая схема варианта конструкции 5-ступенчатой КП, согласно пункту 3 формулы изобретения.
На фиг. 3 представлена лучевая диаграмма 5-ступенчатой КП. 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. На фиг. 3 показана лучевая диаграмма 5-ступенчатой КП с передаточным числом зубчатой пары трубчатого входного вала (I), большим, чем у пары цельного входного вала (II), то есть (I>II). На фиг. 4 показана лучевая диаграмма 5-ступенчатой КП с передаточным числом зубчатой пары трубчатого входного вала (I), меньшим, чем у пары цельного входного вала (II), то есть (I<II).
На фиг. 5 показана кинематическая схема варианта конструкции 6-ступенчатой КП, согласно пунктам 3 и 12 формулы изобретения.
На фиг. 6 и фиг. 7 представлены лучевые диаграммы 6-ступенчатой КП, изображенной на фиг. 5, с I>II и I<II, соответственно.
На фиг. 8 показана кинематическая схема варианта конструкции 6-ступенчатой КП, согласно пунктам 3 и 12 формулы изобретения, с альтернативным расположением шестерен заднего хода.
На фиг. 9 показана кинематическая схема варианта конструкции 7-ступенчатой КП, согласно пункту 3 и 10 формулы изобретения.
На фиг. 10 представлена лучевая диаграмма 7-ступенчатой КП, изображенной на фиг. 9.
На фиг. 11 показана кинематическая схема варианта конструкции 8-ступенчатой КП, согласно пункту 1 и 8 формулы изобретения.
На фиг. 12 показана кинематическая схема варианта конструкции 6-ступенчатой КП с понижающей/ползучей передачей, согласно пункту 3 и 11 формулы изобретения.
На фиг. 13 представлена лучевая диаграмма 6-ступенчатой КП, показанной на фиг. 12.
На фиг. 14 показана кинематическая схема варианта конструкции 7-ступенчатой КП, согласно пунктам 3 и 11 формулы изобретения.
На фиг. 15 представлена лучевая диаграмма 7-ступенчатой КП, показанной на фиг. 14.
На фиг. 16 показана кинематическая схема варианта конструкции 10-ступенчатой КП, согласно пунктам 4 и 12 формулы изобретения.
На фиг. 17 представлена лучевая диаграмма 10-ступенчатой КП, изображенной на фиг. 16.
На фиг. 18 показана кинематическая схема варианта конструкции 9-ступенчатой КП, согласно пункту 4 формулы изобретения.
На фиг. 19 показана кинематическая схема варианта конструкции 6-ступенчатой КП, согласно пунктам 1 и 12 формулы изобретения.
На фиг. 20 и фиг. 21 показаны лучевые диаграммы 6-ступенчатой КП, изображенной на фиг. 19.
На фиг. 22 показана кинематическая схема варианта конструкции 5-ступенчатой КП, согласно пункту 2 формулы изобретения.
На фиг. 23 показана кинематическая схема варианта конструкции 9-ступенчатой КП, согласно пункту 5 формулы изобретения.
На фиг. 24 представлена лучевая диаграмма 9-ступенчатой КП, изображенной на фиг. 23.
В состав, представленной на фиг. 1, базовой кинематической схемы КП входят установленные в опорах корпуса 1 два соосных входных вала, расположенные один внутри другого - трубчатый 2 и цельный 3. Соосно с ними установлен выходной вал 4 и параллельно им - промежуточный вал 5. Шестерни 6 и 7 жестко связаны с входными валами 2 и 3, соответственно. Шестерня 8 жестко связана с промежуточным валом 5 и сцеплена с шестерней 6. Шестерни 9 и 10 свободно установлены на промежуточном валу 5, объединены в блок двух шестерен и сцеплены с шестернями 7 и 11, соответственно. Шестерня 11 свободно установлена на выходном валу 4. Шестерни 12 и 13 жестко связаны с промежуточным валом 5 и сцеплены со свободно установленными на выходном валу 4 шестернями 14 и 15, соответственно. Шестерня 16 передачи заднего хода свободно установлена на выходном валу 4 и сцеплена через промежуточную шестерню 17 с шестерней 13. Муфты А(18) и В(19) расположены на выходном валу 4 между шестернями 7-11 и 14-15, соответственно. Муфта С(20) включения передачи заднего хода расположена на краю выходного вала 4, рядом с шестерней 16. 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 5-ступенчатой КП, входят те же самые детали, что и в состав, рассмотренный выше, базовой схемы и дополнительно: шестерня 23 жестко связана с промежуточным валом 5 и сцеплена с шестерней 24, свободно установленной на выходном валу 4. Муфта включения передачи заднего хода и муфта включения передачи прямого хода объединены в муфту включения D(25), расположенную на выходном валу 4 между шестернями 16 и 24.
В состав, представленной на фиг. 5, кинематической схемы варианта конструкции 6-ступенчатой КП, входят те же самые детали, что и в состав, рассмотренный выше, 5-ступенчатой КП и дополнительно: муфта Е(26) жестко связана с блоком двух шестерен 9-10 и расположена между шестернями 8 и 9.
В состав, представленной на фиг. 8, кинематической схемы варианта конструкции 6-ступенчатой КП, входят те же самые детали, что и в состав, рассмотренный выше, 6-ступенчатой КП, изображенной на фиг. 5 и дополнительно: на промежуточном валу 5 закреплена шестерня 27, сцепленная с шестерней 28, которая объединена в блок с промежуточной шестерней 17 передачи заднего хода.
В состав, представленной на фиг. 9, кинематической схемы варианта конструкции 7-ступенчатой КП, входят те же самые детали, что и в состав 5-ступенчатой КП, рассмотренный выше, и дополнительно: шестерня 29 жестко связана с цельным входным валом 3 и сцеплена с шестерней 30, свободно установленной на промежуточном валу 5. Зубчатый венец 31 жестко связан с блоком двух шестерен 9-10. Муфта включения К(32) расположена на промежуточном валу 5 между шестерней 30 и блоком двух шестерен 9-10.
В состав, представленной на фиг. 12, кинематической схемы варианта конструкции 6-ступенчатой КП с понижающей/ползучей передачей и, представленной на фиг. 14, кинематической схемы варианта конструкции 7-ступенчатой КП входят те же самые детали, что и в состав, рассмотренный выше, 6-ступенчатой КП, изображенной на фиг. 8, но вместо муфты Ε с блоком двух шестерен 9-10, через трубчатый вал 33, жестко связана муфта М(34), а рядом с ней свободно установлена шестерня 35, сцепленная с шестерней 36, которая жестко связана с входным трубчатым валом 2.
В состав, представленной на фиг. 16, кинематической схемы варианта конструкции 10-ступенчатой КП, входят те же самые детали, что и в состав, рассмотренный выше, 6-ступенчатой КП, изображенной на фиг. 8, и дополнительно: на выходном валу 4 закреплена солнечная шестерня 37 планетарного демультипликатора, а с его эпициклической шестерней 38 жестко связана ступица муфты N(39) включения высшего (В) или низшего (Н) диапазона. На корпусе 1 КП закреплен зубчатый венец 40, а на водиле 41 демультипликатора зубчатые венцы 42 и 43. С шестерней 24 жестко связана ступица муфты Р(44). Водило 41 демультипликатора закреплено на валу 45 привода ведущих колес.
Предлагаемая, данным изобретением, базовая схема соосной коробки передач с двумя сцеплениями, позволяет получать варианты конструкции с возможностью дальнейшей модификации - увеличения числа передач, в том числе, за счет применения заднего редуктора (демультипликатора). Поэтому, в виду необходимости краткого изложения, но с полнотой, достаточной для осуществления изобретения - работу базовой схемы, представленной на фиг. 1, рассмотрим на примерах конструкции 6-ступенчатой КП (см. фиг. 8) и полученной на ее основе варианта конструкции коробки передач с планетарным редуктором (см. фиг. 16).
Работа 6-ступенчатой КП, представленной на фиг. 8, осуществляется следующим образом.
1 передача.
Включаем левое сцепление (Л), муфту D переключаем в правое положение, а муфту Ε в левое. Крутящий момент с входного вала 3, через пару сцепленных шестерен 7-9, муфту Ε передается на промежуточный вал 5, пару шестерен 23-24, муфту D и выходной вал 4.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 7) эта передача отражена последовательно соединенными лучами 0-II, II-1.
2, 4 и 6 передачи.
Осуществляются понятным специалисту способом передачи крутящего момента правым сцеплением (П) на входной вал 2, через пару шестерен 6-8 на промежуточный вал 5, парами шестерен 23-24 (2 передача), 12-14 (4 передача), 13-15 (6 передача), муфтой D, находящейся в правом положении (2 передача), муфтой В, находящейся в левом (4 передача) или правом (6 передача) положении на выходной вал 4.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 7) 2 передача отражена последовательно соединенными лучами: 0-I, I-2. 4 передача - лучами: 0-I, I-4. 6 передача - лучами: 0-I, I-6.
3 и 5 (прямая) передачи.
Осуществляются понятным специалисту способом передачи крутящего момента левым сцеплением (Л) на входной вал 3, через пару шестерен 7-9, на блок двух шестерен 9-10, парой шестерен 10-11 (3 передача), муфтой А, находящейся в правом (3 передача) или левом (5 передача) положении на выходной вал 4.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 7) 3 передача отражена последовательно соединенными лучами: 0-II, II-3; 5 передача - точкой О.
Задний ход.
Включаем левое сцепление (Л), муфты D и Ε в левом положении. Крутящий момент с входного вала 3 через пару шестерен 7-9, муфтой Ε передается на промежуточный вал 5, пару шестерен 27-28, блок шестерен 28-17, пару шестерен 17-16 и муфтой D на выходной вал 4.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 7) эта передача отражена лучом 0-II и лучом из прерывистой линии к буквам ЗХ.
Работа 10-ступенчатой КП, представленной на фиг. 16, осуществляется следующим образом.
1-5 передачи, задний ход.
Осуществляются аналогично, рассмотренной выше, работе 6-ступенчатой КП, представленной на фиг. 8, на 1-5 передачах и передаче заднего хода, соответственно, но с выходного вала 4 крутящий момент поступает на солнечную шестерню 37 планетарного демультипликатора, у которого эпициклическое колесо 38, через муфту N 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 5 передаче, при продолжении увеличения числа оборотов двигателя и скорости автомобиля муфта Ρ переключается в правое положение.
6 передача.
Осуществляется аналогично, рассмотренной выше, работе 6-ступенчатой КП на 2 передаче, но с шестерни 24, через муфту Ρ и зубчатый венец 43, крутящий момент поступает на водило 41 планетарного демультипликатора и вал 45 привода ведущих колес. Во время работы КП на 6 передаче, при продолжении увеличения числа оборотов двигателя и скорости автомобиля, муфта N переключается в левое положение. В результате, планетарный демультипликатора блокируется - эпициклическое колесо 38, через муфту N и зубчатый венец 42, жестко соединяется с водилом 41.
7, 8, 9 и 10 передачи.
Осуществляются аналогично, рассмотренной выше, работе 6-ступенчатой КП на 3, 4, 5 и 6 передачах, соответственно, но с выходного вала 4, через заблокированный планетарный демультипликатор, крутящий момент поступает на вал 45 привода ведущих колес.
Техническим результатом использования базовой схемы соосной коробки передач с двумя сцеплениями является возможная унификация с существующими механическими четырех- или пятиступенчатыми коробками передач с одним сцеплением, с получением вариантов конструкции коробок передач с возможностью дальнейшей модификации - увеличения числа передач и диапазона передаточных чисел. При этом большинство узлов и деталей вновь получаемых КП остаются неизменными и могут использоваться в коробках передач с одним или двумя сцеплениями, что обеспечивает значительное уменьшение затрат на производство и ремонт.
В приведенных примерах вариантов конструкции соосных 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 соосной 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.