14-СТУПЕНЧАТАЯ НЕСООСНАЯ ВАЛЬНОПЛАНЕТАРНАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ
14-STEP NON-AXIAL POWER-PLANETARY GEAR BOX

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к трансмиссии транспортно-технологических машин.
Известны агрегаты трансмиссии со ступенчатым изменением передаточных чисел, содержащие шестерни, валы, опоры, устройства переключения передач, применяемые на отечественных и зарубежных автомобилях (Автомобили: Конструкция, конструирование и расчет. Трансмиссия. / Под ред. А.И.Гришкевича. Мн.: Выш. шк., 1985. - 240 с.).
Эти агрегаты конструктивно сложны, металлоемки.
Наиболее близкой к предлагаемой коробке передач (КП), которая содержит корпус агрегата, в котором расположены двухвальный несоосный редуктор с четырьмя парами шестерен внешнего зацепления переднего хода и ряд шестерен заднего хода, в опорах редуктора соосно расположены входной и дополнительный валы, а параллельно им установлены вторичный вал и выходной вал водила простого трехзвенного планетарного механизма, на входном и вторичном валах шестерни установлены свободно, две шестерни вторичного вала объединены в блок, на дополнительном валу четыре шестерни закреплены, три трехпозиционные муфты переключения расположены на зубчатом венце входного вала и двух зубчатых венцах вторичного вала, на выходе вторичного вала закреплена солнечная шестерня простого трехзвенного планетарного механизма, трубчатый вал корпуса эпициклического колеса и выходной вал водила имеют рядом расположенные зубчатые венцы и трехпозиционную муфту переключений /RU 2143348 C1, опубл. 27.12.1999/.
Известная КП обеспечивает достаточный диапазон передаточных чисел (отношение передаточных чисел низшей передачи к высшей), но имеет эксплуатационные ограничения для транспортно-технологических машин (ТТМ), например, строительно-дорожных и других, где требуется большее число передач заднего хода и их диапазон.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в расширении эксплуатационных возможностей ТТМ за счет увеличения диапазона и числа передач заднего и переднего хода.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в расширении кинематических возможностей простого трехзвенного планетарного механизма.
Указанный технический результат достигается тем, что 14-ступенчатая несоосная вальнопланетарная коробка передач, содержащая корпус агрегата, в котором расположены двухвальный несоосный редуктор, в опорах которого соосно установлены входной вал и дополнительный вал, параллельно им расположены вторичный вал и выходной вал водила простого трехзвенного планетарного механизма, на вторичном валу две шестерни объединены в блок и зацеплены с отдельной шестерней, свободно установленной на входном валу, и ведущей шестерней дополнительного вала, между этими шестернями на зубчатом венце входного вала установлена трехпозиционная муфта переключения, на дополнительном валу также закреплены две шестерни переднего хода, зацепленные с отдельными шестернями, свободно установленными на вторичном валу, и ведущая шестерня заднего хода через дополнительную шестерню, зацепленная с ведомой шестерней заднего хода, также свободно установленной на вторичном валу, первая трехпозиционная муфта переключения вторичного вала расположена на первом зубчатом венце рядом с блоком шестерен, вторая трехпозиционная муфта переключения вторичного вала расположена на втором зубчатом венце рядом с ведомой шестерней заднего хода, на выходе вторичного вала закреплена солнечная шестерня простого трехзвенного планетарного механизма, при этом зубчатый венец выходного вала водила двухпозиционный, зубчатый венец выходного вала агрегата трехпозиционный, трехпозиционная муфта переключения на этом венце имеет три внутренних зубчатых венца, на ползуне этой муфты переключения жестко закреплен зубчатый венец с внутренним и внешним зацеплением, внешнее зацепление которого связано с трехпозиционным зубчатым венцом корпуса агрегата, расположенным напротив зубчатых венцов водила и корпуса эпициклического колеса.
Допускается установка блока дополнительных шестерен заднего хода. Передний торец вторичного вала 4 можно использовать как вал отбора мощности (ВОМ).
Предлагаемое техническое решение расширяет эксплуатационные возможности ТТМ за счет увеличения диапазона и числа передач заднего и переднего хода.
На фиг.1 изображена кинематическая схема 14-ступенчатой несоосной вально-планетарной КП 14R10 (14 передач переднего хода и 10 передач заднего хода), содержащей 8 шестерен переднего хода, ряд шестерен заднего хода и простой трехзвенный планетарный механизм (ПМ), четыре муфты переключения передач. В нижней части приведены номера пар шестерен переднего хода (1-4) и ряда шестерен заднего хода (R) для фиг.2.
На фиг.2 приведена лучевая диаграмма этой КП с таблицами положений муфт переключения на различных передачах переднего (14-1 вверху) и заднего хода (10R-1R внизу). В верхней части таблиц обозначены включенные в работу пары шестерен (1-4) и режим работы ПМ (I, II, III). На горизонтальных шкалах приведены в логарифмическом виде величины передаточных чисел пар шестерен и передач. Верхняя и нижняя горизонтали соответствуют передаточным числам на входном, дополнительном и выходном валах, средняя горизонталь - на вторичном валу. Номера пар шестерен указаны на лучах. Чем значительнее наклон луча направо, тем больше передаточное число. Левый наклон луча указывает на ускоряющий режим работы пары шестерен. Наклон луча каждой пары шестерен постоянный на любом участке лучевой диаграммы. Например, луч 1 соответствует ускоряющей передаче
lq 0,67=-0,17; луч 2 соответствует ускоряющей передаче lq 0,82=-0,086; луч 3 соответствует замедляющей передаче lq 1,22=0,086; луч 4 соответствует медленной передаче lq 1,82=0,26; луч R указывает на задний ход lq 3,86=0,59.
В опорах корпуса КП 1 соосно расположены входной вал 2 и дополнительный вал 3. Вторичный вал 4 установлен параллельно валам 2 и 3, а соосно ему расположены выходной вал 5 водила простого трехзвенного планетарного механизма (ПМ) и выходной вал 6 агрегата. Между дополнительным 3 и вторичным 4 валами установлен вал 7 дополнительных шестерен заднего хода. На входном валу 2 свободно установлена отдельная шестерня 8. Ведущая шестерня 9 привода дополнительного вала 3 закреплена на его переднем торце, на этом валу также закреплены шестерни 10 и 11 переднего хода и ведущая шестерня заднего хода 12. Блок шестерен 13 и 14 свободно установлен на вторичном валу 4, на котором свободно установлены отдельные шестерни переднего хода 15 и 16, а также ведомая шестерня заднего хода 17. Шестерни 8, 9, 10 и 11 зацеплены соответственно с шестернями 13, 14, 15 и 16. Ведущая шестерня заднего хода 12 зацеплена с ведомой шестерней заднего хода 17 через дополнительные шестерни 18, 19, закрепленные на валу 7. Трехпозиционная муфта переключения 20 (A) входного вала 2 расположена на зубчатом венце 21 этого вала. Первая трехпозиционная муфта переключения 22 (B) вторичного вала 4 расположена на первом зубчатом венце 23, а вторая трехпозиционная муфта переключения 24 (C) вторичного вала 4 расположена на втором зубчатом венце 25 этого вала. Солнечная шестерня 26 ПМ сателлитами 27, установленными на осях водила 28 ПМ с зубчатым венцом 29, зацеплена с эпициклическим колесом 30 ПМ. Эпициклическое колесо 30 корпусом 31 с зубчатым венцом 32 трубчатым валом 33 соединено с зубчатым венцом 34. На выходном валу водила 5 закреплен двухпозиционный зубчатый венец 35 водила, а на выходном валу 6 агрегата расположен трехпозиционный зубчатый венец 36. Трехпозиционная муфта 37 (D) с тремя внутренними зубчатыми венцами установлена на зубчатом венце 36 и подвижно соединена с ползуном 38 с вилкой, на котором расположены двусторонние зубчатые венцы 39 с внутренним и внешним зацеплением, внешнее зацепление которого связано с трехпозиционным зубчатым венцом 40 корпуса агрегата 1, расположенным напротив зубчатых венцов водила 28 и корпуса эпициклического колеса 30.
h
h
ab
ah
(bh)
Работа КП осуществляется следующим образом: муфта A срабатывает при каждом переключении, муфта B изменяет свое положение через два переключения, а муфта C - после четырех нейтральных состояний (H) (см. табл.фиг.2). Несоосный редуктор обеспечивает 6 передач переднего хода и две передачи заднего хода. ПМ позволяет реализовать три режима работы с оптимальным режимом переключения передач: I-U =-K; II-U =K+1; III-U=1.
h
b
h
ab
b
a
ah
(bh)
ab
Где: U  - передаточное число ПМ, верхний символ указывает на остановленное звено, нижние символы - на звенья входа и выхода крутящего момента; h - водило с сателлитами, a - солнечная шестерня, b - эпициклическое колесо; K=Z/Z - внутренний параметр ПМ, равный отношению числа зубьев эпициклического колеса к числу зубьев солнечной шестерни. Знак минус перед K указывает на изменение направления вращения. Две низшие передачи переднего хода обеспечиваются задними передачами двухвального редуктора и ПМ, 12 передач переднего хода и четыре передачи заднего хода реализуются двумя режимами ПМ, удваивающими число передач двухвального редуктора (режимы II-U =K+1; III-U=1). Еще 6 передач заднего хода обеспечиваются 6-ю передачами переднего хода двухвального редуктора и задним ходом ПМ (режим I-U =-K).
Первая передача
Муфты A и C в правом положении (П), муфта B в нейтральном состоянии (H), а муфта D в первом положении (I), (см. фиг.2, табл. справа над т.1). Водило 28 ПМ остановлено относительно корпуса агрегата 1 двусторонним зубчатым венцом 39, которое наружным венцом зацеплено с зубчатым венцом 40 корпуса 1, а внутренним венцом с зубчатым венцом 29 водила 28.
Крутящий момент от ведущего вала 2 (см. фиг.1) через зубчатый венец 21 и трехпозиционную муфту 20 (A) передается на дополнительный вал 3, далее рядами шестерен заднего хода 12-18 и 19-17, по муфте 24 (C) на вторичный вал 4, далее на солнечную шестерню 26, сателлиты 27, которые, вращаясь на осях остановленного водила 28, вращают эпициклическое колесо 30, его корпус 31 и трубчатый вал 33, затем через зубчатый венец 34 по муфте 37 (D) на зубчатый венец 36 и выходной вал агрегата 6.
h
ab
На лучевой диаграмме (см. фиг.2) эта передача представлена двумя лучами: луч R выходит из т.0 на нижней горизонтали и направлен направо вверх к средней горизонтали, далее - луч ПМ U =-K направо вверх к т.1 на верхней горизонтали.
Вторая передача
Переключаем муфту A в левое (Л) положение.
Крутящий момент от входного вала 2 по муфте A поступает на первый ряд шестерен 8-13, по блоку шестерен вторичного вала на второй ряд шестерен 14-9, далее как на предыдущей передаче.
На лучевой диаграмме эта передача характеризуется четырьмя лучами: луч 1 от т.0 вверх налево к средней горизонтали, луч 2 направо вниз, далее луч R и луч ПМ
h
ab
U =-K направо вверх к т.2 на верхней горизонтали.
Третья передача
Муфту A возвращаем в правое положение, муфту C переключаем в левое положение, а муфту D - во второе положение (II).
Крутящий момент до дополнительного вала 3 поступает как на первой передаче, далее передается на четвертую пару шестерен 11-16, затем через муфту С на вторичный вал 4, далее на солнечную шестерню 26, сателлиты 27, которые, вращаясь относительно остановленного эпициклического колеса 30, вращают водило 28, выходной вал водила 5, по зубчатому венцу 35, муфте 37 на зубчатый венец 36 и выходной вал 6 агрегата (см. состояние муфты D в нижней части фиг.1).
b
ah
На лучевой диаграмме этой передаче принадлежит два луча: луч 4 от т.0 к средней горизонтали и луч ПМ U =K+1 направо вверх к т.3.
Четвертая передача
Переключаем муфту A в левое (Л) положение. Вместо пары шестерен 4 работают три пары шестерен: 1, 2 и 4.
Крутящий момент от входного вала 2 передается до дополнительного вала 3 как на второй передаче, далее - как на предыдущей передаче.
b
ah
На лучевой диаграмме эта передача характеризуется четырьмя лучами: луч 1 от т.0 вверх налево к средней горизонтали, луч 2 направо вниз, далее луч 4 и луч ПМ U =K+1 направо вверх к т.4 на верхней горизонтали.
Пятая передача
Переключаем муфты A и B в правое положение, а муфту C в нейтральное положение (H).
По сравнению с 3-й передачей вместо 4-й пары шестерен работает третья пара шестерен.
b
ah
На лучевой диаграмме этой передаче принадлежит два луча: луч 3 от т.0 к средней горизонтали и луч ПМ U =K+1 направо вверх к т.5.
Шестая передача
Переключаем муфту A в левое (Л) положение. Вместо пары шестерен 3 работают три пары шестерен: 1, 2 и 3.
Крутящий момент от входного вала 2 передается до дополнительного вала 3 как на второй передаче, далее - как на предыдущей передаче.
b
ah
На лучевой диаграмме эта передача характеризуется четырьмя лучами: луч 1 от т.0 вверх налево к средней горизонтали, луч 2 направо вниз, далее луч 3 и луч ПМ U =K+1 направо вверх к т.6 на верхней горизонтали.
Седьмая передача
Переключаем муфту A в правое положение, а муфту B в левое положение.
По сравнению с 5-й передачей вместо 3-й пары шестерен работает вторая пара шестерен.
b
ah
На лучевой диаграмме этой передаче принадлежит два луча: луч 2 от т.0 к средней горизонтали и луч ПМ U =K+1 направо вверх к т.7.
Восьмая передача
Переключаем муфту A в левое положение. Вместо пары шестерен 2 работает первая пара шестерен.
Крутящий момент от входного вала 2 передается муфтой A, парой шестерен 8-13, по блоку шестерен вторичного вала, по муфте B на вторичный вал, далее - как на предыдущей передаче.
b
ah
На лучевой диаграмме эта передача характеризуется двумя лучами: луч 1 от т.0 вверх налево к средней горизонтали и луч ПМ U =K+1 направо вверх к т.8 на верхней горизонтали.
Девятая передача
Муфту A возвращаем в правое положение, муфту B переключаем в нейтральное положение, муфту C переключаем в левое положение, а муфту D - в третье положение (III).
Крутящий момент до ПМ поступает как на третьей передаче, далее на солнечную шестерню 26, сателлиты 27, водило 28, эпициклическое колесо 30, выходной вал водила 5 и трубчатый вал эпициклического колеса 33, на зубчатые венцы 34 и 35, блокирующие ПМ муфтой 37, далее на зубчатый венец 36 и выходной вал 6 агрегата (см. состояние муфты D в верхней части фиг.1).
(bh)
На лучевой диаграмме этой передаче принадлежит два луча: луч 4 от т.0 к средней горизонтали и луч ПМ III-U=1 вверх к т.9.
Десятая передача
Переключаем муфту A в левое положение. Вместо пары шестерен 4 работают пары шестерен 1, 2 и 4.
Крутящий момент от входного вала 2 передается до дополнительного вала 3 как на четвертой передаче, далее как на предыдущей передаче.
(bh)
На лучевой диаграмме эта передача характеризуется четырьмя лучами: луч 1 от т.0 вверх налево к средней горизонтали, луч 2 направо вниз, далее луч 4 и луч ПМ U=1 вверх к т.10 на верхней горизонтали.
Одиннадцатая передача
Переключаем муфты A и B в правое положение, а муфту C - в нейтральное положение (H).
По сравнению с 9-й передачей вместо 4-й пары шестерен работает третья пара шестерен.
(bh)
На лучевой диаграмме этой передаче принадлежит два луча: луч 3 от т.0 к средней горизонтали и луч ПМ U=1 вверх к т.11.
Двенадцатая передача
Переключаем муфту A в левое (Л) положение. Вместо пары шестерен 3 работают три пары шестерен: 1, 2 и 3.
Крутящий момент от входного вала 2 передается до дополнительного вала 3 как на шестой передаче, далее как на предыдущей передаче.
(bh)
На лучевой диаграмме эта передача характеризуется четырьмя лучами: луч 1 от т.0 вверх налево к средней горизонтали, луч 2 направо вниз, далее луч 3 и луч ПМ U=1 вверх к т.12 на верхней горизонтали.
Тринадцатая передача (первая ускоряющая)
Переключаем муфту A в правое положение, а муфту B - в левое положение.
По сравнению с 7-й передачей ПМ работает на прямой передаче.
(bh)
На лучевой диаграмме этой передаче принадлежит два луча: луч 2 от т.0 к средней горизонтали и луч ПМ U=1 вверх к т.13.
Четырнадцатая передача (вторая ускоряющая)
Переключаем муфту A в левое положение. Вместо пары шестерен 2 работает первая пара шестерен.
По сравнению с 8-й передачей ПМ работает на прямой передаче.
(bh)
На лучевой диаграмме эта передача характеризуется двумя лучами: луч 1 от т.0 вверх налево к средней горизонтали и луч ПМ U=1 вверх к т.14 на верхней горизонтали.
Первый задний ход - 1R
Муфты A и C в правом положении (П), муфта B в нейтральном состоянии (H), а муфта D во втором положении (II), (см. фиг.2, табл. внизу справа под т.1R).
b
ah
Эпициклическое колесо 30 ПМ остановлено относительно корпуса агрегата 1 двусторонним зубчатым венцом 39, которое наружным венцом зацеплено с зубчатым венцом 40 корпуса 1, а внутренним венцом с зубчатым венцом 32, что соответствует состоянию ПМ U =K+1 как на 3-8-й передачах переднего хода.
Крутящий момент от ведущего вала 2 (см. фиг.1) через зубчатый венец 21 и трехпозиционную муфту 20 (A) передается на дополнительный вал 3, далее рядами шестерен заднего хода 12-18 и 19-17, по муфте 24 (C) на вторичный вал 4, далее на солнечную шестерню 26, сателлиты 27, которые, вращаясь относительно остановленного эпициклического колеса 30, вращают водило 28, выходной вал водила 5, по зубчатому венцу 35, муфте 37 на зубчатый венец 36 и выходной вал 6 агрегата (см. состояние муфты D в нижней части фиг.1).
b
ah
На лучевой диаграмме этой передаче принадлежит два луча: луч 4 от т.0 к средней горизонтали и луч ПМ U =K+1 направо вниз к т.1R.
Второй задний ход - 2R
Переключаем муфту A в левое (Л) положение.
Крутящий момент от входного вала 2 по муфте A поступает на первый ряд шестерен 8-13, по блоку шестерен вторичного вала на второй ряд шестерен 14-9, далее как на предыдущей передаче.
b
ab
На лучевой диаграмме эта передача характеризуется четырьмя лучами: луч 1 от т.0 вверх налево к средней горизонтали, луч 2 направо вниз, далее луч R и луч ПМ U =K+1 направо вниз к т.2R.
Третий задний ход - 3R
Муфту A возвращаем в правое положение, муфту C переключаем в левое положение, а муфту D в первое положение (I).
Крутящий момент до дополнительного вала 3 поступает как на первой передаче, далее передается на четвертую пару шестерен 11-16, затем через муфту C на вторичный вал 4, далее на солнечную шестерню 26, сателлиты 27, которые, вращаясь относительно остановленного водила 28, изменяют направление вращения эпициклического колеса 30 относительно солнечной шестерни 26, далее по корпусу 31, трубчатому валу 33, по зубчатому венцу 34, муфте 37 на зубчатый венец 36 и выходной вал 6 агрегата.
b
ab
На лучевой диаграмме этой передаче принадлежит два луча: луч 4 от т.0 к средней горизонтали и луч ПМ U =-K направо вниз к T.3R.
Четвертый задний ход - 4R
Муфты A и C в правом положении (П), муфта B в нейтральном состоянии (H), а муфта D - в третьем положении (III).
Крутящий момент до солнечной шестерни 26 передается как на первой передаче переднего и заднего хода, далее как на 9-14-й передачах переднего хода.
На лучевой диаграмме эта передача характеризуется двумя лучами: луч R от т.0 к средней горизонтали и луч ПМ вниз к T.4R.
Пятый задний ход - 5R
По сравнению с третьим задним ходом переключаем муфту A в левое (Л) положение. Вместо пары шестерен 4 работают три пары шестерен: 1, 2 и 4.
Крутящий момент от входного вала 2 передается до дополнительного вала 3 как на четвертой передаче переднего хода, далее как на третьей передаче заднего хода.
b
ab
На лучевой диаграмме эта передача характеризуется четырьмя лучами: луч 1 от т.0 вверх налево к средней горизонтали, луч 2 направо вниз, далее луч 4 и луч ПМ U =-K направо вниз к T.5R.
Шестой задний ход - 6R
По сравнению с четвертым задним ходом переключаем муфту A в левое (Л) положение. Вместо пары шестерен R работают три пары шестерен: 1, 2 и R.
Крутящий момент от входного вала 2 передается до дополнительного вала 3 как на второй передаче переднего и заднего хода, далее как на четвертой передаче заднего хода.
На лучевой диаграмме эта передача характеризуется четырьмя лучами: луч 1 от т.0 вверх налево к средней горизонтали, луч 2 направо вниз, далее луч R и луч ПМ вниз к T.6R.
Седьмой задний ход - 7R
По сравнению с пятой передачей заднего хода переключаем муфту A в правое положение.
Вместо трех пар шестерен работает третья пара шестерен.
b
ab
На лучевой диаграмме этой передаче принадлежат два луча: луч 3 от т.0 к средней горизонтали и луч ПМ U =-K направо вниз к T.7R.
Восьмой задний ход - 8R
Переключаем муфту A в левое (Л) положение. Вместо пары шестерен 3 работают три пары шестерен: 1, 2 и 3.
Крутящий момент от входного вала 2 передается до дополнительного вала 3 как на шестой передаче переднего хода, далее - как на предыдущей передаче.
b
ab
На лучевой диаграмме эта передача характеризуется четырьмя лучами: луч 1 от т.0 вверх налево к средней горизонтали, луч 2 направо вниз, далее луч 3 и луч ПМ U =-K направо вниз к т.8R.
Девятый задний ход - 9R
Переключаем муфту A в правое положение, а муфту B в левое положение.
По сравнению с предыдущей передачей вместо трех пар шестерен работает вторая пара шестерен.
b
ab
На лучевой диаграмме этой передаче принадлежит два луча: луч 2 от т.0 к средней горизонтали и луч ПМ U =-K направо вниз к T.9R.
Десятый задний ход - 10R
Переключаем муфту A в левое положение. Вместо пары шестерен 2 работает первая пара шестерен.
Крутящий момент от входного вала 2 передается муфтой A, парой шестерен 8-13, по блоку шестерен вторичного вала, по муфте B на вторичный вал, далее - как на предыдущей передаче.
b
ab
На лучевой диаграмме эта передача характеризуется двумя лучами: луч 1 от т.0 вверх налево к средней горизонтали и луч ПМ U =-K направо вниз к т.10R.
Положительный эффект выражается в улучшении эксплуатационных свойств ТТМ за счет увеличения диапазона и числа передач заднего и переднего хода.
Например, при рассмотренных условиях передаточное число первой (низшей) передачи составит
кп1
R
ПМI
U=UU=3,86×2,3=8,9;
передаточное число 14-й (высшей) передачи
КП14
1
U=U=0,67;
кп1
кп14
диапазон передач переднего хода КП D=U/U=8,9/0,67=13,3.
Передаточное число первого заднего хода
кп1R
R
ПМII
U=UU=3,86×3,3=12,74;
передаточное число десятого заднего хода
кп10R
1
ПМI
U=UU=0,67×2,3=1,54;
кп1R
кп10R
диапазон передач заднего хода КП D=U/U=12,74/1,54=8,3.
При изменении параметров пар шестерен и ПМ изменятся параметры КП. Например, при увеличении шага передаточных чисел соседних передач с 1,22 до 1,23 получим увеличение диапазона передаточных чисел передач переднего хода с 13,3 до 14,75 и т.д.