Способ унификации редукторной части коробок передач с одним или двумя сцеплениями
METHOD OF UNIFICATION OF THE GEARBOX WITH ONE OR TWO CLUTCHES

Изобретение относится к транспортному машиностроению, к трансмиссии транспортных машин.
Известны агрегаты трансмиссии со ступенчатым изменением передаточных чисел, содержащие шестерни, валы, их опоры, устройства переключения передач, применяемые в отечественных и зарубежных автомобилях (Автомобили: Конструкция, конструирование и расчет. Трансмиссия. Под ред. А.И Гришкевича. - Мн.: Выш.шк., 1985. - 240 с.).
Известна коробка передач с двумя многодисковыми сцеплениями, содержащая два соосных ведущих вала, расположенных один внутри другого, с установленными на них шестернями четных и нечетных передач, входящих в зацепление с шестернями постоянного зацепления соответствующих передач, имеющих возможность жесткого соединения с помощью синхронизаторов с ведомыми валами (Иванов А.Н., Солнцев А.Н., Гаевский В.В. и другие. Основы конструкции автомобиля. - М.: ООО «Книжное издательство» «За рулем»», 2005. - 166 с.: ил.).
Всё больше современных автомобилей комплектуются автоматизированными механическими коробками передач (КП) с одним или двумя сцеплениями. При этом если у коробок передач с одним сцеплением, с автоматизированным или ручным переключением передач, редукторные части одинаковы, то в случае КП с двумя сцеплениями, чаще всего, изготавливается новая КП. Это приводит к увеличению стоимости КП с двумя сцеплениями и, в свою очередь, слабо влияет на удешевление производства КП с одним сцеплением. Как известно, себестоимость продукта зависит от объёмов его производства. Значит, если, редукторные части коробок передач с одним или с двумя сцеплениями были бы обоюдно унифицированными - это привело бы к удешевлению производства и себестоимости коробок передач, независимо от количества сцеплений.
Наиболее подходящим в качестве прототипа является способ унификации 6-ступенчатой несоосной КП Ford (см. патент ЕР 1067312 В1, от 12.12.2001 г.).
Способ включает в себя 6-ти ступенчатую КП с: во-первых, предусмотренной взаимозаменяемостью входного вала коробки передач, с установленным на нём сцеплением, на два соосных входных вала, внешний и внутренний, расположенных один внутри другого, с установленным на них узлом двойного сцепления. Во-вторых, предусмотренной взаимозаменяемостью пар шестерен второй и третьей передач, установленных в корпусе коробки передач, вместе с муфтами включения передач прямого и заднего хода, на параллельных двух ведомых валах и/ или одном входном валу или двух соосных входных валах. На двух ведомых валах закреплены ведущие шестерни главной передачи, сцепленные с зубчатым колесом, закрепленным на корпусе дифференциала.
Недостатком данного способа является нерациональное применение внешнего входного вала для установки на нем шестерней нечетных передач, а именно ведущей шестерни первой передачи, которая должна иметь минимально возможный диаметр, влияющий на межцентровое расстояние между ведущим и ведомым валами и, соответственно, влияющий на металлоёмкость КП в целом, а также, не использована возможность изменения числа передач и/или диапазона передаточных чисел без изменения общего числа муфт включения.
Целью изобретения является способ унификации редукторной части коробок передач с одним или двумя сцеплениями, а именно способ, позволяющий на базе механической коробки с ручным переключением передач получать её автоматизированную модификацию. При этом редукторная часть получаемой КП должна быть максимально унифицирована с редукторной частью базовой КП, а также, при необходимости, должна быть предусмотрена возможность изменения числа передач и/или диапазона передаточных чисел без изменения общего числа муфт включения.
Указанная цель достигается тем, что для унификации редукторной части, в коробке передач с двумя сцеплениями, при изменении мест расположения на валах некоторых пар шестерен четных и нечетных передач, на внешнем входном валу устанавливаются шестерни четных передач, на внутреннем входном валу - шестерни нечетных передач, а ведомые шестерни первой передачи и/ или второй передачи или передачи заднего хода устанавливаются на одном ведомом валу.
Также, возможно, что для изменения числа передач и/или диапазона передаточных чисел - муфта, обеспечивающая включение двух передач, в другом варианте конструкции коробки передач обеспечивает включение одной из передач и дополнительной передачи.
Также, возможно, что для изменения числа передач и/или диапазона передаточных чисел - муфта, обеспечивающая включение одной из передач и дополнительной передачи, в другом варианте конструкции коробки передач обеспечивает включение одной из передач.
Также, возможно, что для изменения числа передач и/или диапазона передаточных чисел предусмотрена возможность объединения полумуфты включения одной из передач и полумуфты включения дополнительной передачи.
На нижеследующих кинематических схемах представлены некоторые возможные варианты базовых КП и их автоматизированные модификации.
На фиг. 1 показана кинематическая схема одного из возможных вариантов базовой КП.
На фиг. 2 показана кинематическая схема автоматизированной 6/7-ми ступенчатой модификации базовой КП. Яркими линиями обозначаются детали, добавляемые к базовой КП или дополнительные детали в её модификации, а бледными линиями остальные детали КП.
На фиг. 3 показана кинематическая схема автоматизированной модификации базовой КП с дополнительной ползучей передачей.
На фиг.4 представлена общая таблица с основными характеристиками базовой КП и её автоматизированных модификаций, включающими в себя: номера передач (№), возможные величины передаточных чисел (u - приведены с учетом передаточного числа главной передачи), интервалы между соседними передаточными числами (q).
На фиг. 5 показана кинематическая схема автоматизированной модификации с дополнительными понижающей и ускоряющей передачами (8-ступенчатой КП).
На фиг. 6 показана кинематическая схема возможного варианта базовой 6-ступенчатой КП.
На фиг. 7 показана кинематическая схема автоматизированной модификации 6-ступенчатой КП, с установленными на одном ведомом валу шестернями первой передачи и передачи заднего хода.
На фиг. 8-17 показаны кинематические схемы возможных вариантов базовых КП и их автоматизированных модификаций, с соответствующей изобретению конструкцией.
Способ унификации редукторной части для возможности её применения в коробах передач с ручным или автоматическим переключением передач заключается в следующем:
1) получим/имеем базовую КП с возможностью получения на её основе автоматизированной модификации;
2) автоматизированную модификацию получим путем замены входного вала коробки передач, с установленным на нём сцеплением, на два соосных входных вала, внешний и внутренний, с установленным на них узлом двойного сцепления. При этом происходит изменение мест установки на валах (взаимное или по отдельности) некоторых пар шестерней четных и нечетных передач. На внешнем входном валу располагаются шестерни четных передач, а на внутреннем входном валу шестерни нечетных передач. При этом ведомые шестерни первой передачи и/или второй передачи или передачи заднего хода устанавливаются на одном ведомом валу;
3) в базовой КП и её модификациях возможно изменять число передач и/или диапазон передаточных чисел, не изменяя общее число муфт включения. Для этого:
- предусматривается возможность объединения полумуфты включения одной из передач и полумуфты включения дополнительной передачи. Например, в базовой КП (см. фиг.1) полумуфта включения передачи заднего хода может быть объединена с полумуфтой включения дополнительной седьмой передачи (на фиг. 1 шестерни и полумуфта включения седьмой передачи изображены пунктирной линией). В автоматизированной модификации (см. фиг. 2) полумуфта включения четвертой передачи может быть объединена с полумуфтой включения дополнительной седьмой передачи (на фиг. 2 изображены пунктирной линией);
- муфта, обеспечивающая включение одной из передач и дополнительной передачи, в другом варианте конструкции коробки передач обеспечивает включение одной из передач;
- ситуация обратная рассмотренной в предыдущем пункте,
- муфта, обеспечивающая включение двух передач (см. фиг. 2, муфта включения четвертой и седьмой передач), в другом варианте конструкции коробки передач обеспечивает включение одной из передач и дополнительной передачи (см. фиг. 3, муфта включения четвертой и ползучей передач, выделена яркими линиями).
4) в результате - на основе механической коробки с ручным переключением передач получаем модификации, в том числе автоматизированные, с унифицированной редукторной частью, с различным числом передач и/или диапазоном передаточных чисел.
Применение способа унификации редукторной части рассмотрим на примере базовой КП и её автоматизированных модификаций, представленных на фигурах 1, 2, 3 и 5.
В состав представленной на фиг. 1 кинематической схемы КП входят установленные в опорах корпуса 1 ведущий вал 2 и установленные параллельно с ним два ведомых вала 3 и 4. Шестерни 5, 6, 7, 8 и 9 жестко закреплены на ведущем валу 2. Шестерни 10, 11, 12 и 13 свободно установлены на ведомом валу 3 и попарно сцеплены с шестернями 5, 7, 8 и 9, соответственно. С шестерней 13 жестко связана шестерня 14. Шестерни 15, 16 и 17 свободно установлены на ведомом валу 4 и находятся в постоянном зацеплении с шестернями 6, 8 и 14, соответственно. Ведущие шестерни главной передачи 18 и 19 жестко связаны с ведомыми валами 3 и 4, соответственно, и сцеплены с зубчатым колесом 20 главной передачи, закрепленным на корпусе дифференциала (на фиг. 1 не изображён). Муфты А(21) и В(22) установлены на ведомом валу 3 между шестернями 10-11 и 12-13, соответственно. Муфта С(23) расположена на ведомом валу 4 между шестернями 15-16. Полумуфта включения передачи заднего хода объединена с полумуфтой включения дополнительной (седьмой) передачи в муфту D(24), которая расположена на ведомом валу 4 рядом с шестерней 17. Ведомый диск сцепления 25 установлен на входном валу 2. Зубчатые венцы 26 и 27 жестко связаны с шестернями 16 и 11, соответственно, и расположены рядом с муфтами С(23) и А(21), соответственно.
В состав представленной на фиг. 2 кинематической схемы автоматизированной 6/7-ми ступенчатой модификации входят те же самые детали, что и у рассмотренного выше состава базовой КП, но вместо входного вала 2, с установленным на нём сцеплением 25, в опорах корпуса 1 устанавливаются два соосных входных вала 28 и 29, расположенные один внутри другого, с установленным на них узлом двойного сцепления, у которого ведомый диск 30 левого сцепления (Л) установлен на внутреннем входном валу 28, а ведомый диск 31 правого сцепления (П) установлен на внешнем входном валу 29. Также, на ведомом валу 3, с установленной на нем ведомой шестерней 13 первой передачи, рядом с муфтой А(21) устанавливается ведомая шестерня 12 второй передачи и сцепляется с шестерней 32, которая жестко связана с внешним входным валом 29 и которая может быть унифицирована с шестерней 8 зубчатым венцом. Также, на внешний входной вал 29 перенесены места установки двух ведущих шестерен 5 и 6 четных передач. При этом их ведомые шестерни не меняют своё место расположения на валах. Зубчатые венцы 26 и 27 изменили свое место положения и теперь располагаются рядом с муфтами D(24) и В(22), соответственно.
В состав представленной на фиг. 3 кинематической схемы входят те же самые детали, что и у рассмотренного выше состава 6/7-ми ступенчатой КП, но вместо муфты С(23) включения двух передач установлена муфта F(33) включения дополнительной ползучей передачи и одной из передач, а именно четвертой. А также, зубчатый венец 34 закреплен на ведомом валу 4 рядом с шестерней 15, а шестерня 35 свободно установлена на валу 4 и сцеплена с шестерней 7.
В состав представленной на фиг. 5 кинематической схемы 8-ми ступенчатой КП входят те же самые детали, что и в состав, изображенный на фиг. 3, кроме шестерни 35, и вместо пар шестерен 7-11 и 8-16 установлены пары шестерен 36-37 и 38-39, соответственно.
Работа КП, представленной на фиг. 1, осуществляется следующим образом.
1, 2, 5 и 6 передачи
Осуществляются понятным специалисту способом передачи крутящего момента с ведомого диска сцепления 25 на входной вал 2, при помощи пар шестерен 9-13 (1 передача), 8-12 (2 передача), 7-11- зубчатого венца 27 (5 передача), 5-10 (6 передача) и муфты В, находящейся в правом (1 передача) или левом (2 передача) положении, муфты А, находящейся в правом (5 передача) или левом (6 передача) положении на ведомый вал 3, жестко связанную с ним ведущую шестерню 18 и зубчатое колесо 20 главной передачи, а далее по общеизвестному уровню техники работы главной передачи.
3, 4 передачи и передача заднего хода
Осуществляются понятным специалисту способом передачи крутящего момента с ведомого диска сцепления 25 на входной вал 2, при помощи пар шестерен 8-16-зубчатого венца 26 (3 передача), 6-15 (4 передача), 9-13/14-17 (задний ход), муфты С, находящейся в правом (3 передача) или левом (4 передача) положении, муфты D, находящейся в правом (задний ход) положении на ведомый вал 4, жестко связанную с ним ведущую шестерню 19 и зубчатое колесо 20 главной передачи, а далее по уровню техники работы главной передачи.
Работа КП, представленной на фиг. 2, осуществляется следующим образом.
1 передача и задний ход
Осуществляются аналогично рассмотренной выше работе КП, представленной на фиг. 1, на одноименных передачах, но крутящий момент поступает на внутренний входной вал 28 с ведомого диска 30 левого сцепления (Л).
2 передача
Крутящий момент с ведомого диска 31 правого сцепления (П) поступает на внешний входной вал 29, при помощи пар шестерен 32-12, муфты А, находящейся в правом положении, передается на ведомый вал 3, ведущую шестерню 18 и зубчатое колесо 20 главной передачи, а далее по уровню техники работы главной передачи.
4 и 6 передачи
Осуществляются аналогично рассмотренной выше работе КП, представленной на фиг. 1, на одноименных передачах, но крутящий момент поступает на внешний входной вал 29 с ведомого диска 31 правого сцепления (П).
3 передача
Крутящий момент с ведомого диска 30 левого сцепления (Л) поступает на внутренний входной вал 28, при помощи пар шестерен 8-16 и зубчатого венца 26, муфты D, находящейся в левом положении, передается на ведомый вал 4, ведущую шестерню 19 и зубчатое колесо 20 главной передачи, а далее по уровню техники работы главной передачи.
5 передача
Крутящий момент с ведомого диска 30 левого сцепления (Л) поступает на внутренний входной вал 28, при помощи пар шестерен 7-11 и зубчатого венца 27, муфты В, находящейся в левом положении, передается на ведомый вал 3, ведущую шестерню 18 и зубчатое колесо 20 главной передачи, а далее по уровню техники работы главной передачи.
Работа КП с дополнительной ползучей передачей, представленная на фиг. 3, осуществляется следующим образом.
Ползучая передача
Включаем правое сцепление (П), муфты F и В в правом положении. Крутящий момент с ведомого диска 31 правого сцепления (П) поступает на внешний входной вал 29, через пару сцепленных шестерен 6-15, муфту F, передается на сцепленные шестерни 35-7, вал 28, шестерни 9-13, муфту В, ведомый вал 3 и жестко связанную с ним ведущую шестерню 18 главной передачи. Далее по общеизвестному уровню техники работы главной передачи.
1, 2, 3, 5, 6 передачи и передача заднего хода
Осуществляются аналогично рассмотренной выше работе 6/7-ми ступенчатой КП, представленной на фиг. 2, на одноименных передачах.
4 передача
Крутящий момент с ведомого диска 31 правого сцепления (П) поступает на внешний входной вал 29, при помощи пар шестерен 6-15, муфты F, находящейся в левом положении, передается на зубчатый венец 34, ведомый вал 4, ведущую шестерню 19 и зубчатое колесо 20 главной передачи, а далее по уровню техники работы главной передачи.
Работа КП с дополнительными понижающей и ускоряющей передачами (8-ступенчатой КП, представленной на фиг. 5), осуществляется следующим образом.
1, 2, 4, 6 передачи и передача заднего хода
Осуществляются аналогично рассмотренной выше работе КП, представленной на фиг. 3, на одноименных передачах.
Понижающая передача
Осуществляется аналогично рассмотренной выше работе КП, представленной на фиг. 3, на ползучей передаче, но вместо пары шестерен 35-7 в передаче крутящего момента участвует пара шестерен 39-38.
3 передача
Крутящий момент с ведомого диска 30 левого сцепления (Л) поступает на внутренний входной вал 28, при помощи пар шестерен 36-37- зубчатого венца 27, муфты В, находящейся в левом положении, передается на ведомый вал 3, ведущую шестерню 18 и зубчатое колесо 20 главной передачи, а далее по уровню техники работы главной передачи.
5 передача
Крутящий момент с ведомого диска 30 левого сцепления (Л) поступает на внутренний входной вал 28, при помощи пар шестерен 38-39-зубчатого венца 26, муфты D, находящейся в левом положении, передается на ведомый вал 4, ведущую шестерню 19 и зубчатое колесо 20 главной передачи, а далее по уровню техники работы главной передачи.
Ускоряющая передача
Включаем левое сцепление (Л), муфта F в правом положении, муфта А в левом положении. Крутящий момент с ведомого диска 30 левого сцепления (Л) поступает на внутренний входной вал 28, при помощи пар шестерен 38-39 и муфты F передается на пару шестерен 15-6, вал 29, пару шестерен 5-10, муфту А, ведомый вал 3, ведущую шестерню 18 и зубчатое колесо 20 главной передачи, а далее, по известному уровню техники работы главной передачи.
Техническим результатом использования способа унификации редукторной части коробок передач с одним или двумя сцеплениями является возможность создания на основе базовой коробки с ручным переключением передач её автоматизированной модификации. При этом редукторная часть получаемой КП, за счет установки ведомых шестерней первой передачи и/ или второй передачи или передачи заднего хода на одном ведомом валу, максимально унифицирована с редукторной частью базовой КП. А также при сравнении со способом-прототипом, предлагаемый данным изобретением, способ позволяет получать общие узлы и детали базовой и автоматизированной КП с меньшей металлоёмкостью, что обеспечивает снижение затрат на производство КП и эксплуатацию её автомобиля-носителя. При этом в базовой КП и её модификациях возможно изменять число передач и/или диапазон передаточных чисел, не изменяя общее число муфт включения. Это позволяет увеличить число модификаций, в том числе автоматизированных, с унифицированными редукторными частями.
Термин «базовая коробка передач» подразумевает существующие или вновь проектируемые КП, к которым может быть применен рассмотренный способ в объеме формулы изобретения. При этом вновь получаемая КП может быть в единственном варианте конструктивного исполнения, но с указанными признаками, существенными и взаимосвязанными между собой, образующими устойчивую совокупность существенных признаков, достаточную для получения технического результата. На кинематических схемах, подтверждающих возможность применения способа, рассматриваемого данным изобретением, представлены только некоторые из возможных вариантов КП. В описании к изобретению рассмотрен пример способа получения из базовой коробки с ручным переключением передач её автоматизированной модификации, но способ также может быть применен к получению из КП с двумя сцеплениями её модификации с ручным переключением передач.