МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ
MULTISTAGE GEARBOX

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к трансмиссиям транспортных средств, и может быть использовано в различных колесных и гусеничных машинах.
Известны агрегаты трансмиссии со ступенчатым изменением передаточных чисел, содержащие валы, шестерни, опоры, синхронизаторы и фрикционные элементы управления (Некрасов В.И. Многоступенчатая трансмиссия. Конструкция, конструирование и расчет: Учеб. пособие. - Курган. Изд-во Курганского гос. ун-та, 2001. - 155 с.).
Наиболее близкой к предлагаемой кинематической схеме многоступенчатой коробки передач (МКП), выбранной в качестве прототипа, является кинематическая схема МКП Dyna-6 колесного трактора MF-6480 (см. 6400 Series. DYNA 6 GEARBOX. MASSEY FERGUSON. 5400/6400 Fundamentals Module - Edition 08/06. с.9).
МКП состоит из трех узлов: основной шестиступенчатой коробки передач, механизма реверса, четырехступенчатой коробки диапазонов и содержит валы, шестерни, сцепные муфты и синхронизаторы.
Такая МКП сложна по конструкции и имеет низкий КПД. Сложность конструкции связана с тем, что для получения шести передаточных чисел, в основной коробке передач используются три планетарных ряда, каждый из которых содержит солнечную и эпициклическую шестерни, сателлиты и водило, и шесть элементов управления (три сцепные муфты и три тормоза). Наличие шести элементов управления приводит к снижению КПД, т.к. относительное вращение фрикционных дисков каждой выключенной (разомкнутой) сцепной муфты приводит к увеличению гидравлических потерь.
Целью изобретения является упрощение конструкции и увеличение КПД за счет использования цилиндрических зубчатых передач вместо планетарных механизмов и уменьшения числа элементов управления.
Поставленная цель достигается тем, что в известной кинематической схеме, состоящей из основной шестиступенчатой коробки передач, механизма реверса, четырехступенчатой коробки диапазонов, содержащей входной и выходной валы, шестерни и синхронизаторы, вместо кинематически связанных между собой трех планетарных механизмов, трех тормозов и трех сцепных муфт, выполнено следующее: на входном валу установлены три шестерни, одна из которых жестко закреплена на валу, а две другие установлены свободно и могут вращаться относительно вала. При этом все три шестерни находятся в постоянном зацеплении с тремя зубчатыми колесами промежуточного вала. Шестерня, жестко закрепленная на входном валу, зацеплена с зубчатым колесом, свободно установленным на промежуточном валу, а две другие - с зубчатыми колесами, жестко связанными с промежуточным валом. Кроме того, зубчатые колеса, жестко связанные с промежуточным валом, находятся в постоянном зацеплении так же и с шестернями, свободно установленными на ведомом валу основной коробки передач. При этом в основной коробке передач установлено пять сцепных муфт, одна из которых соединяет с валом зубчатое колесо, свободно установленное на промежуточном валу, две - соединяют с валом шестерни, свободно установленные на входном валу, еще две - соединяют с валом шестерни, свободно установленные на ведомом валу. Кроме того, на ведомом валу также установлены две сцепные муфты механизма реверса, одна из которых соединяет с валом зубчатое колесо, находящееся, через паразитную шестерню, в постоянном зацеплении с зубчатым колесом, жестко закрепленным на промежуточном валу механизма реверса, а другая с промежуточным валом коробки диапазонов. При этом на промежуточном валу механизма реверса жестко установлена еще одна шестерня, находящаяся в постоянном зацеплении с зубчатым колесом, закрепленным на промежуточном валу коробки диапазонов. В то же время на промежуточном валу коробки диапазонов располагается жестко закрепленная шестерня и свободно установленный трубчатый вал с закрепленным на нем зубчатым венцом. На трубчатом валу, в свою очередь, установлено зубчатое колесо, имеющее возможность относительного вращения. При этом соосно с промежуточным валом механизма реверса расположен выходной вал МКП, на котором закреплено зубчатое колесо и свободно установлен блок шестерен с двумя зубчатыми венцами. Зубчатое колесо выходного вала находится в постоянном зацеплении с зубчатым венцом трубчатого вала, установленного на промежуточном валу коробки диапазонов, а зубчатое колесо, свободно установленное на этом трубчатом валу, зацеплено с одним из зубчатых венцов блока шестерен выходного вала. Второй зубчатый венец блока находится в зацеплении с шестерней, жестко закрепленной на промежуточном валу коробки диапазонов. При этом в коробке диапазонов установлены два синхронизатора, один из которых соединяет выходной вал с промежуточным валом механизма реверса или с блоком шестерен выходного вала, а другой - трубчатый вал промежуточного вала коробки диапазонов с этим промежуточным валом или с зубчатым колесом, свободно установленным на трубчатом валу.
Это позволяет, при сохранении количества передач и диапазонов МКП, упростить конструкцию и увеличить КПД трансмиссии.
На чертеже изображена кинематическая схема МКП.
В таблице 1 указаны состояния сцепных муфт на различных передачах.
В таблице 2 указаны положения синхронизаторов на различных диапазонах.
МКП состоит из трех узлов: основной коробки передач 1, механизма реверса 2, коробки диапазонов 3. В опорах корпуса 4 расположен входной вал 5, на котором установлены три шестерни 6, 7 и 8. Шестерня 6 жестко закреплена на валу, а шестерни 7 и 8 установлены свободно и могут вращаться относительно вала. При этом шестерня 6 находится в постоянном зацеплении с зубчатым колесом 9, свободно установленным на промежуточном валу 10, а шестерни 7 и 8 - с жестко связанными с промежуточным валом 10 зубчатыми колесами 11 и 12, соответственно. Кроме того, зубчатые колеса 11 и 12 находятся в постоянном зацеплении так же и с шестернями 13 и 14, свободно установленными на ведомом валу 15 основной коробки передач 1. При этом в основной коробке передач установлено пять сцепных муфт. Муфта 16 соединяет с промежуточным валом 10 зубчатое колесо 9. Муфты 17 и 18 соединяют с входным валом 5 шестерни 7 и 8, а муфты 19 и 20 - с ведомым валом 15 шестерни 13 и 14, соответственно. Кроме этого, на ведомом валу 15 также установлены две сцепные муфты 21 и 22 механизма реверса 2. Муфта 21 заднего хода соединяет с валом 15 зубчатое колесо 23, находящееся, через паразитную шестерню 24, в постоянном зацеплении зубчатым колесом 25, жестко закрепленным на промежуточном валу 26 механизма реверса 2. А муфта 22 переднего хода соединяет вал 15 с промежуточным валом 27 коробки диапазонов 3. При этом на промежуточном валу 26 механизма реверса 2 жестко установлена еще одна шестерня 28, находящаяся в постоянном зацеплении с зубчатым колесом 29, закрепленным на промежуточном валу 27 коробки диапазонов 3. В то же время на промежуточном валу 27 располагается жестко закрепленная шестерня 30 и свободно установленный трубчатый вал 31 с закрепленным на нем зубчатым венцом 32. На трубчатом валу 31, в свою очередь, установлено зубчатое колесо 33. При этом соосно с промежуточным валом 26 механизма реверса 2 расположен выходной вал 34, на котором закреплено зубчатое колесо 35 и свободно установлен блок шестерен 36 с двумя зубчатыми венцами 37 и 38. Зубчатое колесо 35 находится в постоянном зацеплении с зубчатым венцом 32 трубчатого вала 31, а зубчатое колесо 33, свободно установленное на трубчатом валу 31, зацеплено с зубчатым венцом 38 блока шестерен 36. Зубчатый венец 37 блока находится в зацеплении с шестерней 30, жестко закрепленной на промежуточном валу коробки диапазонов 3. При этом в диапазонной коробке передач 3 установлены два синхронизатора. Синхронизатор 39 соединяет выходной вал 34 с промежуточным валом 26 механизма реверса 2 или с блоком шестерен 36, а синхронизатор 40 - трубчатый вал 31 с промежуточным валом 27 коробки диапазонов 3 или с зубчатым колесом 33.
Работа МКП происходит следующим образом.
Предлагаемая МКП позволяет получить 4 диапазона по 6 передач, т.е. 24 передачи, как для движения вперед, так и задним ходом.
Для движения вперед должна быть включена сцепная муфта 22 переднего хода.
Для получения первого диапазона муфта синхронизатора 40 должна быть включена в правом положении - в положении «П» (см. таблицу 2).
Для получения первой передачи должны быть включены сцепные муфты 16 и 19 (см. таблицу 1). Крутящий момент от входного вала 5 (см. чертеж) через шестерню 6, зубчатое колесо 9 и включенную сцепную муфту 16 передается на промежуточный вал 10. Далее, через зубчатое колесо 11, шестерню 13 и включенную сцепную муфту 19 крутящий момент передается на ведомый вал 15. Через включенную сцепную муфту 22 переднего хода крутящий момент передается на промежуточный вал 27 и далее через шестерню 30, зубчатый венец 37 блока шестерен 36, зубчатый венец 38, зубчатое колесо 33 и синхронизатор 40 на трубчатый вал 31. Далее, через зубчатый венец 32 и зубчатое колесо 35 крутящий момент передается на выходной вал 34.
Вторая передача включается сцепными муфтами 16 и 20. Крутящий момент от входного вала 5 через шестерню 6, зубчатое колесо 9 и включенную сцепную муфту 16 передается на промежуточный вал 10. Через зубчатое колесо 12, шестерню 14 и включенную сцепную муфту 20 крутящий момент передается на ведомый вал 15 и далее как на предыдущей передаче.
Для получения третьей передачи должны быть включены сцепные муфты 17 и 19. Крутящий момент от входного вала 5 через включенную сцепную муфту 17 передается на шестерню 7 и далее на зубчатое колесо 11, шестерню 13 и включенную сцепную муфту 19 на ведомый вал 15. От ведомого вала 15 к выходному валу 34 крутящий момент передается так же, как и на предыдущей передаче.
Для получения четвертой передачи должны быть включены сцепные муфты 17 и 20. Крутящий момент от входного вала 5 через включенную сцепную муфту 17 передается на шестерню 7 и далее на зубчатое колесо 11 и промежуточный вал 10. Через зубчатое колесо 12, шестерню 14 и включенную сцепную муфту 20 крутящий момент передается на ведомый вал 15 и далее как на предыдущей передаче.
Пятая передача включается сцепными муфтами 18 и 19. Крутящий момент от входного вала 5 через включенную сцепную муфту 18 передается на шестерню 8 и далее на зубчатое колесо 12 и промежуточный вал 10. Затем, через зубчатое колесо 11, шестерню 13 и включенную сцепную муфту 19 крутящий момент передается на ведомый вал 15 и далее как на предыдущей передаче.
Для получения шестой передачи должны быть включены сцепные муфты 18 и 20. Крутящий момент от входного вала 5 через включенную сцепную муфту 18 передается на шестерню 8 и далее на зубчатое колесо 12, шестерню 14 и включенную сцепную муфту 20 на ведомый вал 15 и далее как на предыдущей передаче.
Для получения второго диапазона муфта синхронизатора 39 должна быть включена в правом положении - в положении «П».
Крутящий момент от входного вала 5 до промежуточного вала 27 коробки диапазонов 3 на всех шести передачах основной коробки передач 1 передается так же, как и на первом диапазоне. Далее, через шестерню 30, зубчатый венец 37 блока шестерен 36 и синхронизатор 39 крутящий момент передается на выходной вал 34.
Для получения третьего диапазона муфта синхронизатора 40 должна быть включена в левом положении - в положении «Л».
Крутящий момент от входного вала 5 до промежуточного вала 27 коробки диапазонов 3 на всех шести передачах основной коробки передач 1 передается так же, как и на первом диапазоне. Далее, крутящий момент передается через синхронизатор 40 на трубчатый вал 31 и через зубчатый венец 32 и зубчатое колесо 35 на выходной вал 34.
Для получения четвертого диапазона муфта синхронизатора 39 должна быть включена в левом положении - в положении «Л».
Крутящий момент от входного вала 5 до промежуточного вала 27 коробки диапазонов 3 на всех шести передачах основной коробки передач 1 передается так же, как и на первом диапазоне. Далее, крутящий момент через зубчатое колесо 29, шестерню 28 и синхронизатор 39 передается на выходной вал 34.
Для движения задним ходом должна быть включена сцепная муфта 21 заднего хода.
Крутящий момент от входного вала 5 до ведомого вала 15 на всех шести передачах основной коробки передач 1 передается так же, как и при движении вперед. Далее, через включенную сцепную муфту 21, зубчатое колесо 23, паразитную шестерню 24 и зубчатое колесо 25 крутящий момент передается на промежуточный вал 26 механизма реверса 2.
Далее, на первых трех диапазонах, крутящий момент через шестерню 28 и зубчатое колесо 29 на промежуточный вал 27 коробки диапазонов 3 и затем, в зависимости от выбранного диапазона, передается так же, как и при движении вперед.
На четвертом диапазоне крутящий момент от промежуточного вала 26 механизма реверса 2 через синхронизатор 39 передается сразу же на выходной вал 34.
Экономический эффект выражается в упрощении конструкции, за счет использования цилиндрических зубчатых передач вместо планетарных механизмов, а также в увеличении КПД, вследствие уменьшения числа элементов управления.