ВОСЬМИСТУПЕНЧАТАЯ ТРАНСМИССИЯ С ДВУМЯ ВЫХОДНЫМИ ВАЛАМИ
EIGHT-SPEED TRANSMISSION WITH TWO OUTPUTS

Изобретение относится к трансмиссии НТС (наземных транспортных средств), в том числе ГМ (гусеничных машин).
а
Известны схемы КП (коробок передач) с разветвленным силовым потоком (1. Проектирование трансмиссий автомобилей: Справочник/ Под общ. ред. А.И Гришкевича. - М.: Машиностроение, 1984, - 272 с.). По сравнению с КП традиционной компоновки КП с разветвленным силовым потоком имеют больше зубчатых колес. Однако они имеют меньшие размеры, а, следовательно, меньшие моменты инерции и окружные скорости. Применение подобных схем позволяет повысить срок службы КП при больших значениях передаваемой мощности. На рис. 7.5,  (см. 1, с. 166) показана схема КП с двумя параллельными промежуточными валами.
Но эта КП соосная, она имеет только один выходной вал.
Наиболее близкой к предлагаемому устройству является двухвальная несоосная КП типа 6R2 (шесть передач переднего хода и две передачи заднего хода) по патенту RU (2: № 2149767. Бюл. 15 от 27.05.2000. Автор В.И. Некрасов). Эта КП имеет два параллельных вала: основной входной вал и расположенный на нем трубчатый вал, а также выходной вал. Четыре шестерни закреплены на трубчатом входном валу, одна шестерня свободно расположена на основном входном валу. Пять шестерен свободно расположены на выходном валу и зацеплены с шестернями входных валов, крайняя шестерня зацеплена через дополнительную шестерню заднего хода, которая установлена на оси. Две шестерни объединены в блок трубчатым валом. Переключение передач осуществляется тремя трехпозиционными муфтами.
Эта КП имеет только один выходной вал, что ограничивает компоновочные и эксплуатационные характеристики НТС, в том числе, в обеспечении поворота ГМ. (3. Расчет и конструирование гусеничных машин. Под ред. Н.А. Носова. - Л.: Машиностроение, 1972. 560 с.). Глава IХ. Механизмы поворота. с. 346-398. На рис. IХ.9, с. 368 показана сложная схема поворота с двумя бортовыми коробками передач.
Задачей изобретения является расширение компоновочных и эксплуатационных характеристик НТС за счет разделения потока мощности на два вала, возможностью вращения каждого вала со скоростью, отличающейся от скорости вращения другого выходного вала, что обеспечит различные расчетные относительные радиусы поворота. Восьмиступенчатая трансмиссия с двумя выходными валами совмещает функции КП и МП (механизма поворота).
Технический результат достигается за счет совершенствования технического решения по патенту № 2149767 путем разделения потока мощности на два выходных вала, замены ряда шестерен заднего хода на пару шестерен переднего хода, что увеличивает число передач с 6-ти до 8-ми, установки на выходе каждой ветви потока мощности конического редуктора реверса в приводе бортового ведущего колеса.
Достижение технического результата обеспечивается тем, что восьмиступенчатая трансмиссия с двумя выходными валами содержит коробку передач, состоящую из параллельных валов: ведомого вала, основного входного и расположенного на нем трубчатого ведущего вала, на котором закреплены четыре шестерни, на валах свободно установлены шестерни с зубчатыми венцами и закреплены ступицы с зубчатыми венцами и расположенными на них трехпозиционными муфтами переключения, при этом внутри коробки передач установлены два выходных вала, на валах расположены пять рядов шестерен, по три шестерни в каждом ряду, на каждом выходном валу между рядами шестерен закреплены по две ступицы с зубчатыми венцами и трехпозиционными муфтами переключения, на выходе каждого выходного вала установлен редуктор реверса, внутри которого закреплена ступица с зубчатым венцом и трехпозиционной муфтой переключения, около нее расположены конические шестерни с зубчатыми венцами, зацепленные с шестерней, закрепленной на валу привода бортового ведущего колеса.
На фиг. 1 показана кинематическая схема восьмиступенчатой трансмиссии с двумя выходными валами, которая совмещает функции КП и МП (механизма поворота). В нижней части указаны ряды, в каждом по три взаимозацепленные цилиндрические шестерни: а, b, c, d, e.
U
U
На фиг. 2 представлена структурная лучевая диаграмма этой КП с таблицами положений муфт переключения на различных передачах. В нижней части таблицы над номерами передач (1-8) обозначены включенные в работу ряды шестерен (b, с, d, e, а, аbс, аbd, аbe). На горизонтальных шкалах в логарифмическом виде приведены величины передаточных чисел пар шестерен и передач. На нижней горизонтали нижняя шкала равномерная в логарифмическом виде - lg , верхняя шкала неравномерная - в натуральном виде - . Верхняя горизонталь соответствует передаточным числам на валах привода бортовых ведущих колес после конического редуктора реверса, средняя горизонталь - на выходном валу КП, нижняя горизонталь - на входном валу. Точка 0 на нижней горизонтали - вход крутящего момента в КП от двигателя. Обозначения пар шестерен указаны на лучах. Чем значительнее наклон луча направо, тем больше передаточное число, например, луч «а». Левый наклон луча указывает на ускоряющий режим работы пары шестерен - левый луч «b». Наклон луча каждой пары шестерен постоянный на любом участке лучевой диаграммы.
В опорах корпуса 1 восьмиступенчатой трансмиссии с двумя выходными валами (фиг. 1) расположены валы: 2 - основной входной вал; 3 - трубчатый входной вал; 4 - выходной вал правого борта ГМ; 5 - выходной вал левого борта ГМ; 6 - ведущий вал привода правого бортового ведущего колеса; 7 - ведущий вал привода левого бортового ведущего колеса. Выходы валов 3, 4 и 5 можно использовать как ВОМ (вал отбора мощности). На основном входном валу 2 свободно установлены цилиндрическая шестерня 8 с зубчатым венцом и трубчатый вал 3, на котором закреплены цилиндрические шестерни 9-12. На правом выходном валу 4 свободно установлены шестерни 13 - 17 с зубчатыми венцами, зацепленные соответственно с шестернями 8 - 12 на входных валах 2 и 3. На левом выходном валу 5 свободно установлены шестерни 18 - 22 с зубчатыми венцами, также зацепленные соответственно с шестернями 8 - 12 на входных валах 2 и 3. Шестерни 13-14 и 18-19 трубчатыми валами 23 и 24 объединены в блоки. На основном входном валу 3 между шестернями 8 и 9 закреплена ступица с зубчатым венцом 25, на ней расположена трехпозиционная муфта переключения 26 (А). На правом выходном валу 4 между шестернями 14 и 15 закреплена ступица с зубчатым венцом 27, на ней расположена трехпозиционная муфта переключения 28 (В); аналогично между шестернями 16 и 17 закреплена ступица с зубчатым венцом 29, на ней расположена трехпозиционная муфта переключения 30 (С). На левом выходном валу 5 между шестернями 19 и 20 закреплена ступица с зубчатым венцом 31, на ней расположена трехпозиционная муфта переключения 32 (В); аналогично между шестернями 21 и 22 закреплена ступица с зубчатым венцом 33, на ней расположена трехпозиционная муфта переключения 34 (С). На ведущем валу 6 привода правого бортового ведущего колеса закреплена коническая шестерня 35, которая зацеплена с шестернями 36 и 37 свободно установленными на выходном валу 4. Между шестернями 36 и 37 с зубчатыми венцами закреплена ступица с зубчатым венцом 38 с муфтой реверса 39 (R). Аналогично на ведущем валу 7 привода правого бортового ведущего колеса закреплена коническая шестерня 40, которая зацеплена с шестернями 41 и 42 свободно установленными на выходном валу 5. Между шестернями 41 и 42 с зубчатыми венцами закреплена ступица с зубчатым венцом 43 с муфтой реверса 44 (R).
Редукторы реверса с коническими шестернями 36-38 и 41-43 с муфтами переключения R (39 и 44) со ступицами 38 и 43 могут быть выполнены отдельно и соединены с выходными валами 4 и 5 КП, разделенными на две части карданными передачами.
Привод от двигателя на вал 2 может быть с обеих сторон.
Р
q
q
q
q
q
q
q
Суммарная редукция, равная сумме отрезков проекций лучей на горизонтальную ось, составила  = 3,5+0,5+0,5+1,5+2,5 = 8,5; где  - интервал, (шаг) между соседними передачами.
D
q
q
D
q
q
q
Зададим диапазон КП, отношение передаточных чисел низшей передачи к высшей  = 7. В этот диапазон входят 7 интервалов между передачами 8-1(см. фиг. 2). Через логарифмы: lg  = lg /7 = 0,845/7 = 0,1207;  = 1,32; для удобства построения лучевой диаграммы примем lg  = 0,12;  = 1,318.
При кинематической схеме, приведенной на фиг. 1, и по лучевой диаграмме на фиг. 2 получили следующие передаточные числа пар шестерен.
U
q
U
U
q
3,5
0,5
а = 3,5= 1,318= 2,628; b = c = 0,5 = 1,318= 1,148;
U
в ускоряющем режиме b* = 1/1,148 = 0,871;
U
q
U
q
1,5
2,5
2,5
d = 1,5 = 1,318= 1,513; e = = 1,318= 1,994.
U
Для конического редуктора реверса примем стандартизованное значение передаточного числа к = 1,5.
Работа восьмиступенчатой трансмиссии осуществляется следующим образом.
U
1-я передача: «аbе» + к
U
Муфта А находится в левом положении L, муфты В - в нейтральном, выключенном положении, муфты С - в правом положении R (см. фиг. 1 и правую часть табл. фиг. 2). В работу включены ряды шестерен «аbе» и конический редуктор реверса к.
U
На лучевой диаграмме фиг. 2 из т. 0 на нижней горизонтали выходит пологий луч «а» направо вверх, затем крутой луч «b» направо вниз, луч «е» направо вверх, далее луч конического редуктора реверса к = 1,5 к т. 1 на верхней горизонтали.
Крутящий момент от двигателя поступает (см. фиг.1) по основному входному валу 2 на шестерню 8, от нее на шестерни 13 и 19, свободно расположенные на выходных валах 4 и 5, от них по трубчатым валам 24 и 25 на ряд шестерен «b»: шестерни 14, 19 и центральную шестерню 9, по трубчатому валу 3 на ряд шестерен «е»: центральную шестерню 12, шестерни 17 и 22, муфтами «С» 30 и 34 на ступицы 29 и 33 выходных валов 4 и 5. По выходным валам 4 и 5 усилия передаются на ступицы 38 и 43, от них муфтами 39 и 44 «R» по зубчатым венцам на конические шестерни 36 или 38 и 41 или 42 на шестерни 35 и 40, далее на вал 6 привода правого бортового ведущего колеса и на вал 7 привода левого бортового ведущего колеса.
На передачах переднего хода муфта 39 в левом положении, а муфта 44 в правом положении - включены шестерни 36 и 42, на передачах заднего хода муфта 39 в правом положении, а муфта 44 в левом положении - включены шестерни 37 и 41 (см. фиг. 1).
Передаточное число 1-й передачи
U
U
U
U
U
1g
= аbе к = 2,628*1,148*1,994*1,5 = 9; lg 9 = 0,96.
U
2-я передача: «аbd» + к
U
Переключаем муфты С в левое положение. В работу включены ряды шестерен «аbd» и конический редуктор реверса к.
U
На лучевой диаграмме фиг. 2 из т. 0 на нижней горизонтали выходит пологий луч «а» направо вверх, затем крутой луч «b» направо вниз, луч «d» направо вверх, далее луч конического редуктора реверса к к т. 2 на верхней горизонтали.
Крутящий момент от двигателя до трубчатого вала 3 поступает как на 1-передаче, затем от шестерни 11 на шестерни 16 и 21, муфтами 30 и 34 (С) на ступицы 29 и 33 выходных валов 4 и 5, далее как на 1-й передаче.
Передаточное число 2-й передачи
U
U
U
U
U
2g
= аbd к = 2,628*1,148*1,513*1,5 = 6,845; lg 6,845 = 0,84.
q
1-2
Интервал между передачами = 9/6,845 ≈ 1,32.
U
3-я передача: «аbс» + к
U
Переключаем муфты В в правое положение, а муфты С - в нейтральное положение. В работу включены ряды шестерен «аbс» и конический редуктор реверса к.
U
На лучевой диаграмме фиг. 2 из т. 0 на нижней горизонтали выходит пологий луч «а» направо вверх, затем крутой луч «b» направо вниз, крутой луч «с» направо вверх, далее луч конического редуктора реверса к к т. 3 на верхней горизонтали.
Крутящий момент от двигателя до трубчатого вала 3 поступает как на предыдущих передачах, затем от шестерни 10 на шестерни 15 и 20, муфтами 28 и 32 (В) на ступицы 27 и 31 выходных валов 4 и 5, далее как на предыдущих передачах.
Передаточное число 3-й передачи
U
U
U
U
U
3g
= аbс к = 2,628*1,148*1,148*1,5 = 5,195; lg 5,195 = 0,72.
q
2-3
Интервал между передачами = 6,845/5,195 ≈ 1,32.
U
4-я передача: «а» + к
U
Переключаем муфты В в левое положение. В работу включены ряд шестерен «а» и конический редуктор реверса к.
U
На лучевой диаграмме фиг. 2 из т. 0 на нижней горизонтали выходит пологий луч «а» направо вверх, далее луч конического редуктора реверса к к т. 4 на верхней горизонтали.
Крутящий момент от двигателя до трубчатых валов 23 и 24 поступает как на предыдущих передачах, затем муфтами 28 и 32 (В) на ступицы 27 и 31 выходных валов 4 и 5, далее как на предыдущих передачах.
Передаточное число 4-й передачи
U
U
U
4g
= ак = 2,628*1,5 = 3,942; lg 3,942 = 0,6.
q
3-4
Интервал между передачами = 5,195/3,942 ≈ 1,32.
U
5-я передача: «е» + к
U
Переключаем муфты А и С в правое положение, а муфты В - в нейтральное положение. В работу включены ряд шестерен «е» и конический редуктор реверса к.
U
На лучевой диаграмме фиг. 2 из т. 0 на нижней горизонтали выходит луч «е» направо вверх, далее луч конического редуктора реверса к к т. 5 на верхней горизонтали.
Крутящий момент от двигателя по основному ведущему валу 2, ступице 25 и муфте 26 (А) поступает на трубчатый вал 3, далее как на 1-й передаче.
Передаточное число 5-й передачи
U
U
U
5g
= ек = 1,994*1,5 = 2,99; lg 2,99 = 0,48.
q
4-5
Интервал между передачами = 3,942/2,99 ≈ 1,32.
U
6-я передача: «d» + к
U
Переключаем муфты С в левое положение. В работу включены ряд шестерен «d» и конический редуктор реверса к.
U
На лучевой диаграмме фиг. 2 из т. 0 на нижней горизонтали выходит луч «d» направо вверх, далее луч конического редуктора реверса к к т. 6 на верхней горизонтали.
Крутящий момент от двигателя поступает на трубчатый вал 3 как на предыдущей передаче, далее как на 2-й передаче.
Передаточное число 6-й передачи
U
U
U
6g
= dк = 1,513*1,5 = 2,27; lg 2,27 = 0,36.
q
5-6
Интервал между передачами = 2,99/2,27 ≈ 1,32.
U
7-я передача: «с» + к
U
Переключаем муфты В в правое положение, а муфты С - в нейтральное положение. В работу включены ряд шестерен «с» и конический редуктор реверса к.
U
На лучевой диаграмме фиг. 2 из т. 0 на нижней горизонтали выходит крутой луч «с» направо вверх, далее луч конического редуктора реверса к к т. 7 на верхней горизонтали.
Крутящий момент от двигателя поступает на трубчатый вал 3 как на предыдущей передаче, далее как на 3-й передаче.
Передаточное число 7-й передачи
U
U
U
7g
= ск = 1,148*1,5 = 1,722; lg 1,722 = 0,24.
q
6-7
Интервал между передачами = 2,27/1,722 ≈ 1,32.
U
8-я передача: «b» + к
U
Переключаем муфты В в левое положение. В работу включены ряд шестерен «b» и конический редуктор реверса к.
U
На лучевой диаграмме фиг. 2 из т. 0 на нижней горизонтали выходит крутой луч «b» налево вверх в ускоряющем режиме, далее луч конического редуктора реверса к к т. 8 на верхней горизонтали.
Крутящий момент от двигателя поступает на трубчатый вал 3 как на предыдущей передаче, далее от шестерни 9 на шестерни 14 и 19, муфтами 28 и 32 (В) на ступицы 27 и 31, затем как на предыдущих передачах.
Передаточное число 8-й передачи
U
U
U
8g
= bк = 0,871*1,5 = 1,307; lg 1,307 = 0,12.
q
7-8
Интервал между передачами = 1,722/1,307 ≈ 1,32.
D
q
7
7
Диапазон КП, равный отношению передаточных чисел низшей передачи к высшей,  = 9/1,307 = = 1,318= 6,9.
Работа КП в режиме МП (механизма поворота).
Муфты В (28, 32) и С (30, 34) независимы. На выходных валах 4 и 5 можно включать разные пары шестерен с различными передаточными числами.
U
U
1g
2g
Например, муфты С в разных положениях: муфта 30 включила пару шестерен 12-17, а муфта 34 - пару шестерен 11-21. В этом состоянии реализуется один из вариантов поворота ГМ. Передаточное число на вал 6 привода правого бортового ведущего колеса равно = 9; а на левый вал 7 - = 6,845.
q
Отношение передаточных чисел на правый и левый борт 9/6,845 =  = 1,318. Получим плавный поворот - скорость левой гусеницы в 1,32 раза выше скорости правой гусеницы.
U
q
3g
2
2
Если левый вал 7 включить муфтой 32 (В) через пару шестерен 10-20, то получим = 5,2. Отношение передаточных чисел на правый и левый борт 9/5,2 =  = 1,318= 1,74. Это поворот по меньшему радиусу.
U
U
q
5g
6g
При высоких скоростях движения получим аналогичные повороты. Например, муфты С в разных положениях: муфта 30 включила пару шестерен 12-17, а муфта 34 - пару шестерен 11-21. Передаточное число на вал 6 привода правого бортового ведущего колеса равно = 2,99; а на левый вал 7 - = 2,27. Отношение передаточных чисел на правый и левый борт 2,99/2,27 =  = 1,32. Получим плавный поворот - скорость левой гусеницы в 1,32 раза выше скорости правой гусеницы.
U
q
7g
2
2
Если левый вал 7 включить муфтой 32 (В) через пару шестерен 10-20, то получим = 1,72. Отношение передаточных чисел на правый и левый борт 2,99/1,72 =  = 1,32= 1,74.
U
q
8g
3
3
Если левый вал 7 включить муфтой 32 (В) через пару шестерен 9-19, то получим = 1,31. Отношение передаточных чисел на правый и левый борт 2,99/1,31 =  = 1,32= 2,3. Радиус поворота существенно снизился.
Скорости поворота можно изменять не только переключением муфт КП, но и переключением муфт реверса конических редукторов.
Разворот ГМ (гусеничной машины) практически на одном месте можно обеспечить, если включить конические редукторы реверса в разных направлениях. Такой разворот необходим для ГМ типа САУ (самоходных артиллерийских установок), которые не оборудованы поворотными башнями.
D
q
q
U
U
7
7
Диапазон 8-тиступенчатой трансмиссии  =9/1,31= = 1,32≈ 7. Эта величина обеспечит успешную работу НТС в широком спектре условий эксплуатации при удобном переключении передач -  = 1,32. Получили компактную трансмиссию малой металлоемкости. Она имеет 5 передач с высоким КПД при однопарном зацеплении, 3 передачи с трехпарным зацеплением, которое реализует невысокие значения передаточного числа в четвертой и пятой парах шестерен d= 1,513 и е= 1,994.
Обозначения:
1 - корпус восьмиступенчатой трансмиссии с двумя выходными валами;
2 - основной входной вал,
3 -трубчатый входной вал,
4 - выходной вал правого борта ГМ;
5 - выходной вал левого борта ГМ;
6 - ведущий вал привода правого бортового ведущего колеса;
7 - ведущий вал привода левого бортового ведущего колеса;
8 - цилиндрическая шестерня с зубчатым венцом, свободно установленная на основном входном валу 2;
9-12 - цилиндрические шестерни с зубчатыми венцами, закрепленные на трубчатом входном валу 3;
13-17 - цилиндрические шестерни с зубчатыми венцами, свободно установленные на правом выходном валу 4, зацепленные соответственно с шестернями 8 - 12 на входных валах 2 и 3;
18-22 - цилиндрические шестерни с зубчатыми венцами, свободно установленные на левом выходном валу 5, зацепленные соответственно с шестернями 8 - 12 на входных валах 2 и 3;
23 и 24 - трубчатые валы блоков шестерен 13-14 и 18-19;
25 - ступица с зубчатым венцом, закрепленная на входном валу 2 между шестернями 8 и 9;
26 (А) - муфта переключения, расположенная на зубчатом венце 25 между шестернями 8 и 9;
27 - ступица с зубчатым венцом, закрепленная на выходном валу 4 между шестернями 14 и 15;
28 (В) - муфта переключения, расположенная на зубчатом венце 27 между шестернями 14 и 15;
29 - ступица с зубчатым венцом, закрепленная на выходном валу 4 между шестернями 16 и 17;
30 (С) - муфта переключения, расположенная на зубчатом венце 29 между шестернями 16 и 17;
31 - ступица с зубчатым венцом, закрепленная на выходном валу 5 между шестернями 19 и 20;
32 (В) - муфта переключения, расположенная на зубчатом венце 31 между шестернями 19 и 20;
33 - ступица с зубчатым венцом, закрепленная на выходном валу 5 между шестернями 21 и 22;
34 (С) - муфта переключения, расположенная на зубчатом венце 33 между шестернями 21 и 22;
35 - коническая шестерня, которая закреплена на ведущем валу 6 привода правого бортового ведущего колеса;
36 и 37 - шестерни с зубчатыми венцами, свободно установленные на выходном валу 4 и зацепленные с конической шестерней 35;
38 - ступица с зубчатым венцом, закрепленная на выходном валу 4 между шестернями 36 и 37;
39 (R) - муфта реверса на ступице 38;
40 - коническая шестерня, которая закреплена на ведущем валу 7 привода левого бортового ведущего колеса;
41 и 42 - шестерни с зубчатыми венцами, свободно установленные на выходном валу 5 и зацепленные с конической шестерней 40;
43 - ступица с зубчатым венцом, закрепленная на выходном валу 5 между шестернями 41 и 42;
44 (R) - муфта реверса на ступице 43.