ПЛАНЕТАРНАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ
PLANETARY GEARBOX

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к коробкам передач, применяемым в трансмиссиях транспортных средств.
Планетарная коробка передач (ПКП) содержит корпус, входной и выходной валы, четыре однорядных планетарных механизма, фрикционную муфту и четыре тормоза. Входной вал коробки передач связан с солнечными шестернями первого и второго планетарных механизмов и через фрикционную муфту с эпициклической шестерней первого планетарного механизма. Эпициклическая шестерня второго планетарного механизма связана с водилом первого планетарного механизма и с солнечной шестерней третьего планетарного механизма. Водило второго планетарного механизма связано с общим водилом третьего и четвертого планетарных механизмов и с выходным валом коробки передач. Эпициклическая шестерня третьего планетарного механизма связана с эпициклической шестерней четвертого планетарного механизма. На эпициклических шестернях первого, второго, третьего, четвертого планетарных механизмов и на солнечной шестерне четвертого планетарного механизма установлены тормоза.
Планетарная коробка передач имеет четыре передачи переднего хода и одну передачу заднего хода. На каждой передаче включается один элемент управления. Такое выполнение коробки передач упрощает ее конструкцию и управление переключением передач, делает ее компактной, улучшает разбивку передаточных чисел, повышает надежность и технологичность.
Известна планетарная коробка передач, применяемая в трансмиссиях гусеничных машин ВГМ-569, ВГМ-352, ВГМ-355, ВГМ 5951, ВГМ 5955 (1). Указанная ПКП содержит корпус, входной и выходной валы, четыре планетарных механизма, две фрикционные муфты и четыре тормоза. Входной вал ПКП связан с первой солнечной шестерней первого планетарного механизма, вторая солнечная шестерня которого связана с солнечными шестернями третьего и четвертого планетарных механизмов и через первую фрикционную муфту - с водилом первого планетарного механизма; водило второго планетарного механизма связано с водилами третего, четвертого планетарных механизмов и с выходным валом ПКП, а через вторую фрикционную муфту - с солнечной шестерней этого же планетарного механизма; эпициклические шестерни второго и третьего планетарных механизмов связаны между собой; на водиле первого планетарного механизма, на солнечной шестерне второго планетарного механизма, а также на эпициклических шестернях третьего и четвертого планетарных механизмов установлены тормоза.
При попарном включении двух элементов управления получаются четыре передачи переднего хода и четыре передачи заднего хода.
Указанная коробка передач имеет ряд недостатков:
сложная конструкция, которая обусловлена применением спаренных сателлитов в первом и втором планетарных механизмах. Кроме того, первый планетарный механизм является механизмом с внешним зацеплением, а второй -механизмом со смешанным зацеплением. Таким образом, из всей конструкции ПКП только два планетарных механизма (третий и четвертый) являются однорядными. Как известно (4), однорядные планетарные механизмы являются наиболее простыми по конструкции и технологичными при изготовлении, наиболее уравновешенными и имеющими более высокий КПД;
сложность управления коробкой передач, так как для получения каждой передачи необходимо включить два элемента управления;
I
II
III
невысокие средние скорости движения, низкая экономичность и приемистость, а также недостаточное использование мощности двигателя ввиду неудачной разбивки передаточных чисел - знаменатель прогрессии не является величиной постоянной: q=1.96; q=1,89; q=1,68. Для решения этих задач в комплексе разбивку передач в кинематическом диапазоне коробок передач транспортных средств необходимо производить по геометрической прогрессии (1, 3, 4);
недостаточная надежность, обусловленная наличием циркуляции мощности на самой ходовой - третьей передаче и перегрузкой третьего планетарного механизма. Расчеты выполнены по (1);
наконец, не было никакой необходимости создавать планетарную коробку передач с тремя степенями свободы, так как заданные тяговым расчетом передаточные числа коробки передач можно было получить в планетарной коробке передач с двумя степенями свободы с более простой и технологичной конструкцией и системой управления переключением передач, что и представлено в заявляемой планетарной коробке передач.
Наиболее близкой к заявляемой, принятой за прототип, является известная планетарная коробка передач [Пат. 2132985 Российская Федерация]. Указанная ПКП содержит корпус, входной и выходной валы, четыре однорядных планетарных механизма, фрикционную муфту и четыре тормоза; входной вал ПКП связан с солнечными шестернями первого и второго планетарных механизмов и через фрикционную муфту - с эпициклической шестерней первого планетарного механизма, водило которого связано с эпициклической шестерней второго планетарного механизма, которая связана с солнечными шестернями третьего и четвертого планетарных механизмов; водило второго планетарного механизма связано с водилом четвертого планетарного механизма и через него - с эпициклической шестерней третьего планетарного механизма и с выходным валом коробки передач, а на эпициклических шестернях первого, второго и четвертого планетарных механизмов и на водиле третьего планетарного механизма установлены тормоза.
В известной планетарной коробке передач получен кинематический диапазон 6,24, который разбит на передачи по геометрической прогресии со следующими передаточными числами:
первая передача
- 6,24;
вторая передача
- 2,82;
третья передача
- 1,68;
четвертая передача
- 1,0;
передача заднего хода
- минус 6,24.
Недостатками известной планетарной коробки передач являются:
кинематический диапазон ПКП находится на нижнем пределе рекомендуемого. Так например, при применении известной ПКП вместо серийной в гидромеханических передачах военных гусеничных машин 569, 352, 355, 5955 и 5975 (1) с рабочим коэффициентом трансформации, равным, как правило 1,9, коэффициентом приспособляемости 1,1 и передаточным числом первой передачи 6,24, будет равен 13,04.
В соответствии с рекомендациями работы (2, с. 124) оптимальное значение кинематического диапазона многоцелевых транспортеров-тягачей должно находиться в пределах 12…16;
большой разрыв между передаточными числами первой и второй передач (знаменатель прогрессии 2,2), что вызывает, во-первых, затруднения при переключении с первой передачи на вторую; во-вторых, снижает динамические качества транспортного средства и, в-третьих, приводит к увеличению расхода топлива.
По данным, опубликованным в работе (5), знаменатель прогрессии между первой и второй передачами лежит в пределах 1,78…2,0;
недостаточная компактность конструкции, которая затрудняет ее практическое применение.
Технической задачей изобретения является упрощение конструкции планетарной коробки передач, увеличение ее кинематического диапазона, до максимально возможного, увеличения сил тяги на всех передачах путем увеличения значений внешних передаточных чисел ПКП на всех передачах, улучшения разбивки передаточных чисел, что обеспечит транспортному средству повышение его подвижности.
Указанная техническая задача достигается тем, что заявляемая пятиступенчатая ПКП с двумя степенями свободы содержит корпус, входной и выходной валы, четыре однорядных планетарных механизма, фрикционную муфту, четыре тормоза и, в отличии от прототипа, содержит общее водило третьего и четвертого планетарных механизмов, водило второго планетарного механизма связано с общим водилом третьего и четвертого планетарных механизмов, эпициклические шестерни третьего и четвертого планетарных механизмов связаны друг с другом, а на эпициклической шестерне третьего планетарного механизма и на солнечной шестерне четвертого планетарного механизма установлены тормоза.
IV
III,
II
з.х.
I
На фиг. 1 изображена кинематическая схема заявляемой планетарной коробки передач. Она содержит входной 1 и выходной 2 валы, установленные в корпусе 3, фрикционную муфту M и четыре тормоза - Т Т, Т и T. В состав ПКП входят четыре однорядных планетарных механизма (б, а, г, д). Первый планетарный механизм (б) содержит солнечную шестерню 4, эпициклическую шестерню 5 и водило 6 с сателлитами 7. Второй планетарный механизм (а) содержит солнечную шестерню 8, эпициклическую шестерню 9 и водило 10 с сателлитами 11. Третий планетарный механизм (г) содержит солнечную шестерню 12, эпициклическую шестерню 13 и водило 14 с сателлитами 15. Четвертый планетарный механизм (д) содержит солнечную шестерню 16, эпициклическую шестерню 17 и водило 14 с сателлитами 18.
IV
Входной вал 1 ПКП связан с солнечными шестернями 4 первого и 8 второго планетарных механизмов и через фрикционную муфту M - с эпициклической шестерней 5 первого планетарного механизма. Эпициклическая шестерня 9 второго планетарного механизма связана с водилом 6 первого планетарного механизма и с солнечной шестерней 12 третьего планетарного механизма. Водило 10 второго планетарного механизма связано с общим водилом 14 третьего и четвертого планетарных механизмов и с выходным валом 2 коробки передач. Эпициклическая шестерня 13 третьего планетарного механизма связана с эпициклической шестерней 17 четвертого планетарного механизма. На эпициклических шестернях 5 первого, 9 второго, 13 третьего и 17 четвертого планетарных механизмов установлены тормоза.
I
II
III
з.х.
IV
Планетарная коробка передач работает следующим образом. При включении элементов управления T, Т, Т, Т и M в соответствии с таблицей 1 звенья планетарных механизмов соединяются в определенную для каждой передачи кинематическую схему, в результате чего мощность от входного вала 1 к выходному валу 2 передается с соответствующим этой схеме передаточным отношением.
I
Для получения первой передачи включают тормоз Т, что обеспечивает остановку солнечной шестерни 16 четвертого планетарного механизма. Поток мощности от входного вала 1 через солнечную шестерню 8 передается на сателлиты 11, где разделяется на две части. Первая часть потока мощности через водило 10 передается на выходной вал 2. Вторая часть потока мощности передается на эпициклическую шестерню 9, солнечную шестерню 12, сателлиты 15, водило 14 и на выходной вал 2, где сливается с первой частью в один поток.
II
На второй передаче включают тормоз Т, останавливая эпициклическую шестерню 9. Поток мощности с входного вала 1 через солнечную шестерню 8, сателлиты 11 и водило 10 передается на выходной вал 2.
III
На третьей передаче включают тормоз Т, останавливая эпициклическую шестерню 5. Поток мощности от входного вала 1 разделяется на две части. Первая часть потока мощности через солнечную шестерню 8 и сателлиты 11 передается на водило 10. Вторая часть потока мощности передается через солнечную шестерню 4, сателлиты 7, водило 6, эпициклическую шестерню 9, сателлиты 11 на водило 10, где оба потока сливаются в один поток, который передается на выходной вал 2.
IV
На четвертой передаче включают муфту M. В этом случае блокируются первый и второй планетарный механизмы ПКП и коробка передач дает прямую передачу на выходной вал 2.
з.х.
На передаче заднего хода включают тормоз Т, останавливая эпициклическую шестерню 13. Поток мощности от входного вала 1 через солнечную шестерню 8 передается на сателлиты 11, где разделяется на две части. Первая часть потока мощности через водило 10 передается на выходной вал 2. Вторая часть потока мощности передается через эпициклическую шестерню 9 на солнечную шестерню 12, сателлиты 15 и далее через водило 14 на выходной вал 2, где сливается с первой частью в один поток мощности.
Конструктивными особенностями заявляемой планетарной коробки передач являются:
в заявляемой ПКП, в отличие от прототипа, не четыре, а три водила (водило третьего и четвертого планетарных механизмов является общим), эпициклические шестерни третьего и четвертого планетарных механизмов связаны друг с другом, что делает конструкцию ПКП более компактной;
увеличен кинематический диапазон ПКП и, как следствие, трансмиссии. Так, например, при применении заявляемой ПКП в гидромеханических передачах ВГМ 569, 352, 355, 5955 и 5975 (1) с рабочим коэффициентом гидродинамического трансформатора 1,9, коэффициентом приспособляемости двигателя 1,1 и передаточным числом первой передачи 6,48 (таблица 1), кинематический диапазон трансмиссии будет равен 13,54;
разбивка передаточных чисел в кинематическом диапазоне выполнена по геометрической прогрессии (таблица 1), что обеспечит транспортному средству улучшение его следующих эксплуатационных свойств: более высокие средние скорости движения, улучшение приемистости, более быстрый разгон, наилучшее использование сил тяги двигателя, повышение топливной экономичности и улучшение условий работы водителя;
увеличены значения передаточных чисел на всех передачах по сравнению с прототипом, что обеспечит транспортному средству повышение сил тяги, проходимости и, как следствие, повышение подвижности;
уменьшен разрыв между передаточными числами первой и второй передачи (знаменатель прогрессии уменьшен с 2,2 до 2,0 - таблица 1, что обеспечит транспортному средству надежное переключение с первой на вторую передачу, улучшит динамические качества транспортного средства и уменьшит расход топлива;
отсутствует циркуляция мощности на передачах переднего хода;
под нагрузкой на ходовых передачах (второй и третьей) работает минимальное количество планетарных механизмов (фиг. 1), что положительно скажется на к.п.д. коробки передач:
- первая передача
- три (а, г, д);
- вторая передача
- один (а);
- третья передача
- два (а, б);
- передача заднего хода
- два (а, г).
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Гусеничная машина ГМ-569 и ее модификации. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - М.: Воениздат, 1985, с. 296.
2. Антонов А.с.Силовые передачи колесных и гусеничных машин. Теория и расчет.Издание 2-е, переработанное и дополненное. - Л.: Машиностроение, 1975, с. 480.
3. Антонов А.С.Армейские гусеничные машины. Часть 1. - М.: Воениздат, 1973, с. 397.
4. Красненьков В.И., Вашец А.Д. Проектирование планетарных механизмов транспортных машин. - М.: Машиностроение, 1986, с. 271.
5. Тенденция развития специальных колесных шасси и тягачей военного назначения. ГАБТУ МО РФ, 21 научно-исследовательский испытательный институт. - Бронницы, 2007, с. 41.