ПЛАНЕТАРНАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ ГУСЕНИЧНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к транспортному машиностроению и касается конструктивного исполнения планетарной коробки передач для гусеничных машин весом более 30 тонн. Прежде всего речь идет о гусеничных самоходных машинах сельскохозяйственного или строительного назначения, особенностью которых является частая смена движения вперед на движение задним ходом при исполнении рабочей функции.
Известна планетарная коробка передач гусеничного транспортного средства, обеспечивающая по три передачи движения передним и задним ходом, содержащая последовательно расположенные в корпусе четыре планетарных ряда, солнечная шестерня первого из которых закреплена на входном валу и через сателлиты, водило которых связано с первым фрикционным узлом, зацеплены с коронной шестерней, связанной с водилами второго и третьего планетарных рядов, солнечные шестерни которых связаны соответственно с входным и выходным валами, коронная шестерня второго планетарного ряда связана со вторым фрикционным узлом, а коронная шестерня третьего планетарного ряда связана с третьим фрикционным узлом и с водилом четвертого планетарного ряда, сателлиты которого зацеплены с солнечной шестерней, связанной с выходным валом, и с коронной шестерней, связанной с четвертым фрикционным узлом и через блокировочный фрикцион с выходным валом, фрикционные узлы связаны с корпусом, который выполнен в виде соединяемых последовательно между собой корпусных секций, в каждой из которых размещен соответствующий планетарный ряд, при этом в каждой секции, в которой размещены планетарные ряды, выполнены сквозные окна напротив дисков трения фрикционных узлов для визуального контроля за дисками трения и поджимающими поршни фрикционных узлов пружинами (см. "Автокаталог Коробка передач планетарная Т-20.02К (Четра)", выложенная на сайте "МКАД запчасть" в сети Интернет в режиме онлайн доступа по адресу: http.7/www.mkad86.ru/acat/special/promtraktor/t-20-02k-chetra/korobka-peredach-planetamaja, 2015 г.) (копия прилагается).
Известная планетарная коробка передач разработана по компоновке и кинематической схеме в качестве базовой для серии гусеничных машин сельскохозяйственного или строительного назначения, отличающихся типом и мощностью применяемого двигателя внутреннего сгорания. Оригинальность кинематической схемы и модульной схемы построения корпуса секционным обусловили практическую привлекательность данной коробки передач, тем более, что планетарные ряды обладают способностью передавать моменты высокой мощности. Это обусловлено высоким запасом прочности зацеплений в рядах и возможности при увеличении передаваемой мощности и сохранении кинематической схемы увеличивать количество дисков во фрикционных узлах. Однако, для тяжелых гусеничных машин, оснащенных мощным двигателем (ЯМЗ-850.10 - с рабочим объемом 25.86 л, максимальным крутящим моментом 2685 Нм и мощностью 382кВт (520 л.с.) или двигатель фирмы "Cummins" мощностью 434 кВт (590 л.с.) простое увеличение фрикционных дисков не дает требуемого результата. При этом прямое использование известной коробки передач становится возможным, но моторессурс резко падает из-за увеличения причин отказов или потери работоспособности.
При работе планетарного ряда в режиме передачи крутящего момента происходит нагружение всех зубчатых зацеплений. Под действием нагрузки в каждом зубчатом зацеплении происходит относительное перемещение зубьев и самоустановка шестерен в пределах допусков и погрешностей установки или исполнения. Шестерни взаимно компенсируются, и все они находятся в состоянии равновесия. При этом теоретически правильные точки зацепления смещаются, вследствие того, что сами шестерни пространственно смещаются. Уход от геометрически правильного положения шестерен в зацеплениях обусловлен многими факторами, один из которых - это высокая температура нагрева шестерен в месте зубчатого контакта. В местах контакта из-за трения развивается высокая температура, способствующая снижению вязкости масла, разрыву масляной пленки и образованию металлического контакта зубьев. Происходит молекулярное сцепление (микросварка) частиц металла. Растет сопротивление вращению, наросты металла на зубьях задирают рабочие поверхности сопряженных зубьев. Высокая температура металла так же приводит к деформации шестерен. Неизбежные погрешности изготовления приводят к неравномерному распределению нагрузки между сателлитами. Для выравнивания нагрузки по потокам в передачах с тремя сателлитами одно из центральных колес делают самоустанавливающимся в радиальном направлении (не имеющим радиальных опор). Коронная шестерня, как правило, изготавливается в виде кольца с внутренним зубчатым венцом и шлицами на наружной поверхности. Коронная шестерня - самая большая по габаритам шестерня при относительно небольшой толщине кольца. Поэтому эта шестерня претерпевает относительно большие деформационные процессы по отношению к другим шестерням. Традиционно для снятия нагрузки с коронной шестерни компенсаторами е деформации и изменения пятна контакта в зацеплении играют сателлиты.
В известной коробке передач при жестко посаженной на входном/выходном валу солнечной шестерне сателлиты установлена на водиле на роликовых подшипниках, не дающих возможности сателлитам иметь угловые смещения. То есть, по сути и солнечная шестерня и сателлиты установлены с точным зацеплением между собой и без возможности самоустановки по причине наличия погрешностей или допусков при перегреве или деформации водила. Таким образом, вся нагрузка по самоустановке планетарного ряда приходится на выполненную в виде кольца коронную шестерню. Но в этой коробке коронная шестерня так же является элементом, несущим фрикционные диски. При этом по наружной поверхности коронная шестерня установлена в корпусе по свободной посадке, то есть не имеет возможности радиального смещения. Поэтому при деформации водила или изменении пространственного положения сателлитов на водиле изменяется место контакта в зацеплении сателлитов с коронной шестерней. Это приводит при тепловом расширении к пространственной деформации коронной шестерни и к попытке ее самоустановки. Но эта шестерня зажата в пространстве коробки передач и не имеет возможности самоустановиться. Происходит появление трещин в структуре металла кольца (трещинность) или выход зубьев из строя, вызванный многократно повторяющимися переменными напряжениями, приводящими к усталостным разрушениям, чрезмерными единичными перегрузками, вызывающими пластические деформации и усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев. Причина - контактные напряжения и трение. Это основной вид разрушения закрытых передач (редукторов). Зубья в работе разделены слоем масла, износ их мал. Передача длительное время работает до появления на поверхности микротрещин из-за микронеровностей или других дефектов. Масло под давлением запрессовывается в трещины и способствует выкрашиванию (вырову) частиц металла.
При зажатом положении сателлитов на водиле долговечность коронной шестерни в виде кольца определяется ее возможностью самоустановки, то есть эта шестерня должна обладать возможностью углового смещения в пределах предоставленного ей свободного пространства.
Таким образом, при использовании известной коробки передач для передачи больших мощностей необходимо модернизировать условия установки шестерен.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационной надежности и долговечности коробки передач при увеличении потока трансформируемого крутящего момента за счет обеспечения коронным шестерням возможности пространственной самоустановки в зацеплении.
Указанный технический результат достигается тем, что в планетарной коробке передач гусеничного транспортного средства, обеспечивающей по три передачи движения передним и задним ходом, содержащей последовательно расположенные в корпусе четыре планетарных ряда, солнечная шестерня первого из которых закреплена на входном валу и через сателлиты, водило которых связано с первым фрикционным узлом, зацеплены с коронной шестерней, связанной с водилами второго и третьего планетарных рядов, солнечные шестерни которых связаны соответственно с входным и выходным валами, коронная шестерня второго планетарного ряда связана со вторым фрикционным узлом, а коронная шестерня третьего планетарного ряда связана с третьим фрикционным узлом и с водилом четвертого планетарного ряда, сателлиты которого зацеплены с солнечной шестерней, связанной с выходным валом, и с коронной шестерней, связанной с четвертым фрикционным узлом и через блокировочный фрикцион с выходным валом, фрикционные узлы связаны с корпусом, который выполнен в виде соединяемых последовательно между собой корпусных секций, в каждой из которых размещен соответствующий планетарный ряд, при этом в каждой секции, в которой размещены планетарные ряды, выполнены сквозные окна напротив дисков трения фрикционных узлов для визуального контроля за дисками трения и поджимающими поршни фрикционных узлов пружинами, одни диски трения во фрикционных узлах выполнены стальными и между ними расположены выполненные фрикционными металлокерамические диски, коронные шестерни первого и третьего планетарных рядов связаны с водилами смежно расположенных планетарных рядов через зубчатые зацепления, а водило первого планетарного ряда связано с первым фрикционным узлом через зубчатое зацепление, при этом коронные шестерни расположены с радиальным зазором относительно корпусных секций.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - кинематическая схема планетарной коробки передач;
фиг. 2 - поперечное сечение планетарной коробки передач по схеме на фиг. 1. Согласно настоящей полезной модели рассматривается усовершенствованная планетарная коробка передач, используемая для применения в трансмиссии гусеничных самоходных машинах сельскохозяйственного или строительного назначения (тракторов, бульдозеров и т.д.) весом более 30 тонн, особенностью которых является частая смена движения вперед на движение задним ходом при исполнении рабочей функции.
Планетарная коробка передач гусеничного транспортного средства (фиг. 1 и 2), обеспечивает по три передачи движения передним и задним ходом за счет применения определенной кинематической схемы и гидравлической системы управления, обеспечивающей включение передач плавным нарастанием давления в бустерах и, соответственно, плавное трогание и переключение передач.
Кинематическая схема заявленной коробки передач представлена на фиг. 1. Коробка содержит последовательно расположенные в корпусе четыре планетарных ряда.
Солнечная шестерня 1 первого планетарного ряда закреплена на входном валу 2 и через зацепление с сателлитами 3, водило 4 которых связано с первым фрикционным узлом 5 (TR), кинематически зацеплением связана с коронной шестерней 6.
Коронная шестерня 6 связана с водилами второго и третьего планетарных рядов (оба водила выполнены в виде одной оси 7 - общего водила для сателлитов двух смежно расположенных планетарных рядов), солнечные шестерни 8 и 9 которых связаны соответственно с входным 2 и выходным 10 валами. Коронная шестерня 11 второго планетарного ряда связана со вторым фрикционным узлом 12 (TF), а коронная шестерня 13 третьего планетарного ряда связана с третьим фрикционным узлом 14 (ТЗ) и с водилом 15 четвертого планетарного ряда, сателлиты 16 которого зацеплены с солнечной шестерней 17, связанной с выходным валом 10, и с коронной шестерней 18, связанной с четвертым фрикционным узлом 19 (Т2) и через блокировочный фрикцион 20 (F) с выходным валом 10.
В приведенных ниже таблицах 1 и 2 показаны режимы включения фрикционных узлов и блокировочного фрикциона для получения трех передач переднего хода и трех передач заднего хода. Показаны так же передаточные числа.
Все фрикционные узлы 5, 12, 14 и 19 связаны с корпусом. В реальности (фиг. 2), каждый фрикционный узел представляет собой набор фрикционных дисков 21 -дисков трения, которых по внутреннему диаметру установлены на шлицах на наружной поверхности коронных шестерен, а по наружному - связаны с корпусом. Набор таких дисков трения в исходном положении установлен свободно, то есть нет силового прижатия дисков друг к другу. С одной стороны от такого набора в корпусе организована камера, в которой размещен гидравлический поршень 22, упирающийся в набор дисков. Поршень поджат пружиной 23 в сторону отжатая от дисков. При подаче давления в управляющую полость камеры происходит нарастание давления, приводящее к смещению поршня (преодолевающего силу упругости пружины 23) в сторону дисков для их сжатия.
Так как в объеме корпуса не представляется возможным увеличивать количество дисков в наборе по мере увеличения модности передаваемого момента (это могло бы привести к увеличению ширины коронной шестерни), то в рамках настоящей полезной модели одни диски трения во фрикционных узлах выполнены стальными и между ними расположены выполненные фрикционными металлокерамические диски. Это позволяет обеспечить высокие сцепные качества при нормальном количестве дисков, вписывающихся в ширину кольца коронной шестерни. Диски металлические являются сопрягаемыми по отношению к дискам с металлокерамикой и работают с ними в паре. Использование металлокерамических дисков обеспечивает возможность эксплуатации при высоких скоростях и удельных нагрузках, стабильность коэффициента трения, высокую термостойкость, большой эксплуатационный ресурс металлокерамического фрикционного диска и низкий износ сопрягаемого стального диска.
Необходимость сохранения неизменной ширины коронной шестерни прямо связана с модульной конструкцией корпуса планетарной коробки передач. Корпус выполнен в виде соединяемых последовательно между собой корпусных секций 24, в каждой из которых размещен соответствующий планетарный ряд. В каждой секции, в которой размещены планетарные ряды, выполнены сквозные окна 25 напротив дисков трения фрикционных узлов для визуального контроля за дисками трения и поджимающими поршни фрикционных узлов пружинами 23. Применение модульной конструкции корпуса серьезно повысило технологичность сборки/разборки коробки и возможность секционного демонтажа рядов. Для сохранения принципа секционной модульности при неизменении конструкций самих планетарных рядов необходимо, чтобы новый набор фрикционных дисков в каждом фрикционом узле вписывался бы в ранее организованной для этих дисков полости. Это модно сделать только заменив одни диски другими, обладающими более высокими адгезивными качествами и меньшим износом. Последнее требование является существенным, так как заявленная коробка передач работает по принципу включения передач плавным нарастанием давления в управляющих полостях поршней фрикционных узлов. Режим плавного нарастания - это наличие пробуксовки дисков в момент их схватывания между собой, которое продолжается в период нарастания давления в полости поршня в узле одного ряда при плавном падении давления в полости поршня другого узла. Это упрощенная схема процесса.
При включении фрикционного узла одного из планетарных рядов происходит блокирование перемещений коронной шестерни этого ряда относительно корпуса. Но коронная шестерня нагружена опорным моментом от вращения сателлитов на водиле и солнечной шестерни. Это приводит к пространственной деформации коронной шестерни и к ее самоустановке относительно корпуса и шестерен ряда. Самоустановка - это смещение или перекос коронной шестерни, приводящее к балансу сил в зацеплениях этого планетарного ряда. Для самоустановки необходимо, чтобы коронная шестерня обладала некоторой подвижностью относительно сателлитов и относительно внутренней стенки корпусной секции. Для этого коронные шестерни первого и третьего планетарных рядов связаны с водилами смежно расположенных планетарных рядов через зубчатые зацепления, и водило первого планетарного ряда связано с первым фрикционным узлом через зубчатое зацепление. Кроме того, коронные шестерни расположены с радиальным зазором относительно корпусных секций. При таком исполнении коронная шестерня может не только радиально сместиться по отношению к зацеплениям с сателлитами, но и занять угловое положение относительно оси вращения солнечной шестерни. Таким образом, коронная шестерня как элемент, воспринимающий реактивный момент, соответствующий величине передаваемого крутящего момента, при смещении пятна контакта в зацеплениях имеет возможность собственных смещений в сторону такого положения, при котором наступает сбалансированность зацепленных шестерен в планетарном ряде.
Настоящая полезная модель промышленно применима и может быть изготовлена с применением тех же технологий, которые используются на производстве планетарных механизмов. Особенностью заявленной полезной модели является то, что для обеспечения возможности передачи больших и очень больших крутящих моментов коронная шестерня устанавливается с возможность радиального и углового смещения относительно пятна контакта в зацеплении с сателлитами. Это позволяет коронной шестерне самоустанавливаться в зависимости от действующих на нее нагрузок в момент, когда она работает в качестве опоры реактивного момента. Такая установка коронной шестерни позволяет снизить трение в пятне контакта, появление перегрева в зацеплении и пластической деформации поверхности зубьев. Так как в планетарной коробке передач коронная шестерня относится к самому нагруженному элементу, то решение заявленных задач позволяет сохранить высокий моторесурс коробки передач.