КОРОБКА ПЕРЕДАЧ С НЕСКОЛЬКИМИ СЦЕПЛЕНИЯМИ ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
AUTOMOTIVE GEARBOX WITH SEVERAL CLUTCHES

Область техники
Настоящее изобретение относится к коробкам передач транспортных средств, в частности для тяжелых дорожных и внедорожных транспортных средств и, более конкретно, к коробкам передач с двойным сцеплением и с несколькими сцеплениями, согласно преамбуле независимых пунктов формулы.
Уровень техники
Коробки передач с двойным сцеплением представляют собой гибрид между обычными ступенчатыми коробками передач, с прерыванием силового потока (передачи мощности) при переключении передач, и планетарными передачами, с переключением под нагрузкой, без прерывания силового потока. В общем, коробка передач с двойным сцеплением имеет два входных вала, каждый соединяемый с фрикционным сцеплением и выходом двигателя. Функционально, это эквивалентно двум параллельно включенным коробкам передач, т.е., двум параллельным субтрансмиссиям, используемым по одной для передачи силового потока (приводного усилия). В неиспользуемой субтрансмиссии, временно находящейся в режиме холостого хода, шестерни могут быть сцеплены в заранее выбранной передаче, для последующего переключения. Это переключение выполняется одновременным выключением фрикционного сцепления ранее используемой субтрансмиссии и включением фрикционного сцепления субтрансмиссии, ранее бывшей в состоянии холостого хода.
При надлежащей конструкции, коробки передач с двойным сцеплением могут обеспечить переключение передач под нагрузкой при разумной стоимости изготовления и низких потерях мощности. Это обеспечивается за счет того, что вращающиеся части, т.е., шестерни, валы и зубчатые муфты аналогичны тем, что используются в обычных ступенчатых коробках передач. Этим, кроме того, обеспечивается и использование того же самого технологического оборудования. Поэтому, имеет смысл изготавливать коробки передач с двойным сцеплением на том же оборудовании, что и обычные ступенчатые коробки передач.
Коробки передач с двойным сцеплением обычно имеют два отдельных промежуточных вала, по одному соединенных с каждым входным валом. Одним из примеров является US 4876907. За счет этих промежуточных валов коробка передач получается значительно шире обычной ступенчатой коробки передач. Это может создать трудности в установке коробки передач на транспортном средстве. Однако в некоторых конструкциях коробок передач с двойным сцеплением используется только один промежуточный вал, например, см. DE 923402 и DE 3131156 A1. В них установлены с возможностью вращения свободно насаженные шестерни, которые могут с вращением соединяться друг с другом и с промежуточным валом посредством механических зубчатых муфт. Это выглядит, как если бы второй промежуточный вал был установлен коаксиально с первым валом. В результате получается очень компактная коробка переключения передач под нагрузкой с двойным сцеплением, которая не шире соответствующей обычной ступенчатой коробки передач.
Обычно в коробке передач с двойным сцеплением, передачи заранее выбираются в субтрансмиссии, находящейся в режиме холостого хода, посредством соединения и разъединения зубчатых муфт. Для плавной и надежной работы требуется, чтобы части, которые должны соединяться зубчатой муфтой, были синхронизированы, т.е., имели примерно одинаковые скорости вращения. Если это условие не выполняется, зубья муфт будут сталкиваться, что приводит к износу или поломке зубьев и шуму. Поэтому используются различного рода устройства и конструкции для синхронизации сцепляемых частей. То же самое относится и к обычной ступенчатой коробке передач, в которой передача силового потока прерывается при каждом переключении передач. В этом случае, однако, имеется важное отличие. При прекращении передачи силового потока, частотой вращения двигателя можно управлять для синхронизации соединяемых частей. Это используется в автоматических коробках передач с механическим сцеплением, которые обычно используются в тяжелых грузовиках и автобусах. В коробке передач без прерывания силового потока с двойным сцеплением это невозможно. Вместо этого требуются какие-то синхронизирующие устройства. Прямым решением было бы сконструировать каждую зубчатую муфту в коробке передач как синхронизатор, т.е., снабдить синхронизирующими элементами муфты, например, как это описано в US 2008/0188342 А1. Это, однако, привело бы к высоким затратам и потерям мощности.
Фактически, требуются только два синхронизирующих устройства: одно, чтобы сделать частоту вращения первой субтрансмиссии больше, чем у второй субтрансмиссии, и одно, чтобы сделать частоту вращения первой субтрансмиссии меньше, чем у второй субтрансмиссии. Это решает задачу, когда первая субтрансмиссия находится в режиме холостого хода, а вторая в рабочем режиме, а также, когда первая субтрансмиссия находится в рабочем режиме, а вторая - в режиме холостого хода. Такое устройство можно назвать центральным синхронизирующим узлом. Хороший пример такого устройства приведен в GB 2110324 А.
Центральный синхронизирующий узел в коробке передач с двойным сцеплением может иметь очень простую конструкцию. Для его работы, однако, необходимо, чтобы переключение без перерыва в передаче силового потока производилось только между соседними передачами. Кроме того, изменения коэффициентов передачи между соседними передачами должны быть примерно одинаковыми. Для тяжелых дорожных и внедорожных транспортных средств, в комбинации с диапазонной секцией, например, как в US 2008/0188342 А1, это приемлемо. В описанном в US 4876907 центральном синхронизирующем узле 30 имеется шестерня 13, используемая для передачи силового потока. Здесь, для обеспечения синхронизации требуется только три дополнительных шестерни, 32, 33 и 39. Эти шестерни необходимы только для передачи нагрузки при синхронизации, и могут быть значительно уже, чем шестерни, через которые передается мощность. В результате, центральный синхронизирующий узел может быть сделан очень компактным, особенно, в осевом направлении, и недорогим.
Зубчатые муфты, не содержащие никаких синхронизирующих элементов, могут быть названы несинхронизированными зубчатыми муфтами. Коробки передач с несинхронизированными зубчатыми муфтами требуют особого внимания. Рассмотрим случай с работающим двигателем и неподвижным транспортным средством. Валы и шестерни, соединенные для передачи силового потока с выходом коробки передач, а значит, и ведущими колесами, вращаться не будут. Другие части коробки передач соединены для передачи силового потока с двигателем, например, для вращения узла отбора мощности, и вращаются. Если теперь транспортное средство требуется привести в движение, двигатель необходимо отсоединить от узла отбора мощности, а в коробке передач должен быть введен в зацепление редуктор троганья. Если зубчатая муфта, соответствующая редуктору троганья, не синхронизирована, она не может быть введена в зацепление, пока скорость вращающихся частей не будет достаточно низкой. В отсутствие специальных средств этот процесс может занять несколько секунд, что вряд ли является допустимым. Поэтому, коробки передач с несинхронизированными зубчатыми муфтами часто содержат тормоз вала, который при необходимости снижает скорость вращающихся частей. Соответствующие примеры можно найти в US 3309934, DE 19652916 А1, US 5988344, US 2003/0168300 А1, WO 2004/069621 А1, US 7000748 B2, SE 527267 C2, WO 2008/094122 А1, WO 2008/105728 А1 и, для коробки передач с двойным сцеплением, в DE 3739898 А1. Тормоз вала обычно воздействует на вал или на шестерню, соединенную с ним для передачи силового потока.
В коробке передач с двойным сцеплением могли бы быть использованы два тормоза вала, по одному на каждую субтрансмиссию, для снижения частоты вращения вращающихся частей, когда транспортное средство неподвижно. Это, однако, увеличило бы затраты.
Ограничение, связанное с центральным синхронизирующим узлом, состоит в том, что он обеспечивает переключение только между соседними передачами. Было бы желательно осуществить многоступенчатое (с пропуском нескольких передач) переключение передач, например, при быстром ускорении от малой скорости в условиях крутого спуска.
Раскрытие изобретения
Таким образом, основной задачей настоящего изобретения является усовершенствованная коробка передач с несколькими сцеплениями, оснащенная средствами для облегчения i) включения передач при неподвижном транспортном средстве и ii) многоступенчатого переключения передач под нагрузкой, при этом отличающаяся iii) компактностью, iv) мощностью, v) низкой стоимостью и vi) малыми потерями мощности в неактивизированном режиме. Это достигается в коробке передач с несколькими сцеплениями, рассмотренной во введении, признаки которой определены п.1 формулы.
Устройство в соответствии с изобретением представляет собой коробку передач с несколькими сцеплениями для автотранспортного средства (механического транспортного средства) с по меньшей мере одним первичным двигателем,
включающую фрикционные сцепления, соединенные для передачи силового потока (приводного усилия) с первичным двигателем, выходной вал, и главную коробку передач, содержащую входные валы, соединенные с фрикционными сцеплениями, промежуточный вал, параллельный по меньшей мере одному из входных валов, шестерни и зубчатые муфты,
в которой первое из фрикционных сцеплений и первая подгруппа зубчатых муфт приспособлены для (выполнены с возможностью) избирательного ввода в зацепление для передачи силового потока в первом наборе передач между первичным двигателем и выходным валом, и в которой второе из фрикционных сцеплений и вторая подгруппа зубчатых муфт приспособлены для избирательного ввода в зацепление для передачи силового потока во втором наборе передач между первичным двигателем и выходным валом,
в которой главная коробка передач приспособлена, в процессе передачи силового потока в одной передаче из второго набора передач при расцепленном первом фрикционном сцеплении, для осуществления предварительного выбора одной передачи из первого набора передач и для переключения для предварительного выбора другой передачи из первого набора передач,
в которой коробка передач с несколькими сцеплениями приспособлена для перехода от одной из второго набора передач к предварительно выбранной передаче из первого набора передач без перерывов в силовом потоке между первичным двигателем и выходным валом,
отличающуюся тем, что узел тормоза вала приспособлен для выборочной активизации для приложения крутящего момента, стремящегося снизить скорость вращения одного из входных валов, а центральный синхронизирующий узел приспособлен для выборочной активизации с тем, чтобы заставить первый из входных валов вращаться быстрее или медленнее, чем второй из входных валов.
В другом варианте осуществления, в соответствии с изобретением, узел тормоза вала и центральный синхронизирующий узел также приспособлены для их одновременной активизации с тем, чтобы снизить скорости вращающихся частей в главной коробке передач перед введением в зацепление зубчатых муфт, когда не вращается выходной вал.
В другом варианте осуществления, в соответствии с изобретением, узел тормоза вала представляет собой узел тормоза промежуточного вала, приспособленный для затормаживания этого промежуточного вала и одного из входных валов посредством двух из упомянутых шестерен, причем одна из этих шестерен жестко прикреплена с возможностью вращения к промежуточному валу, а другая из этих шестерен жестко прикреплена с возможностью вращения к одному из входных валов, и эти две шестерни находятся в зацеплении.
В другом варианте осуществления, в соответствии с изобретением, узел тормоза вала представляет собой узел тормоза входного вала, приспособленный для затормаживания одного из входных валов непосредственно путем тормозящего взаимодействия между первым элементом, который жестко закреплен с возможностью вращения на входном валу или составляющим с ним единое целое, и вторым элементом, жестко скрепленным с корпусом коробки передач с несколькими сцеплениями или составляющим с ним единое целое.
В еще одном варианте осуществления, в соответствии с изобретением, узел тормоза входного вала приспособлен для использования при выполнении многоступенчатого переключения передач под нагрузкой.
В еще одном варианте осуществления, в соответствии с изобретением, главная коробка передач приспособлена для выполнения многоступенчатого переключения передач под нагрузкой от низкой передачи, которая является передачей, входящей во второй набор передач, к более высокой передаче, которая является передачей в первом наборе передач входного вала, который приспособлен затормаживаться тормозом входного вала, и для того, чтобы перейти на эту более высокую передачу, тормоз входного вала приспособлен для понижения скорости вращения этого входного вала до уровня, соответствующего передаче, которая должна быть предварительно выбрана из первого набора передач.
В еще одном варианте осуществления приведенного выше варианта, тормоз входного вала приспособлен для снижения скорости вращения входного вала до скорости вращения главного вала, а входной вал приспособлен для последующего присоединения с передачей силового потока напрямую к главному валу посредством одной из упомянутых зубчатых муфт в первом наборе передач.
В другом варианте осуществления одного из описанных выше четырех последних вариантов, первым элементом является синхронизирующая шестерня входного вала, а вторым элементом является тормозная накладка.
В другом варианте осуществления первого упомянутого выше варианта осуществления, узел тормоза вала приспособлен для активизации перед предварительным выбором третьей из первого набора передач в процессе передачи силового потока в первой из второго набора передач, для упрощения многоступенчатого переключения передач под нагрузкой.
В другом варианте осуществления вышеприведенного варианта, имеется вторая из первого набора передач, передаточное число которой находится между передаточными числами третьей передачи из первого набора передач и первой передачи из второго набора передач, и эта вторая передача из первого набора передач пропускается, когда выполняется многоступенчатое переключение передач под нагрузкой.
В другом варианте осуществления приведенного выше варианта, одна из шестерен передает мощность в одной из первого набора передач и в одной из второго набора передач, и не передает силового потока через упомянутую одну из шестерен в третьей передаче из первого набора передач и в первой передаче из второго набора передач.
В другом варианте осуществления одного из трех последних описанных вариантов осуществления, две из шестерен находятся в зацеплении и передают мощность в низшей передаче из первого набора передач и в низшей передаче из второго набора передач, причем передаточное число редукции этой низшей передачи из первого набора передач больше передаточного числа редукции низшей передачи из второго набора передач.
В другом варианте осуществления, в соответствии с изобретением, центральный синхронизирующий узел приспособлен для его выборочной активизации с тем, чтобы привести во вращение первый из входных валов со скоростью, менее чем на две соответствующие передачи большей или меньшей, по сравнению со вторым из входных валов.
В другом варианте осуществления, в соответствии с изобретением, коробка передач с несколькими сцеплениями представляет собой коробку передач с двойным сцеплением.
Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения определяются зависимыми пунктами формулы.
Краткое описание чертежей
Ниже приводится более подробное описание настоящего изобретения со ссылкой на приложенные чертежи, которые, в качестве примера, иллюстрируют предпочтительные варианты осуществления изобретения и его технические предпосылки. На чертежах:
на фиг.1 и 2 схематически изображена ступенчатая автоматическая коробка передач с двойным сцеплением с механическим зацеплением, в соответствии с двумя вариантами осуществления изобретения;
на фиг.3-5 схематически изображены элементы тормоза вала, показанного на фиг.2.
Описание осуществления изобретения
На фиг.1 схематически показано продольное сечение коробки 100 передач с двойным сцеплением. Коробка 100 передач содержит два картера: картер 101 сцепления и главный картер 102 (или картер коробки передач с несколькими сцеплениями). В картере 101 сцепления размещено двойное фрикционное сцепление 110, содержащее маховик 111, привинченный к нему демпфер 116 крутильных колебаний, входной вал 118 сцепления, и узел 112 двойного сцепления с первой группой 113 дисков сцепления и второй группой 114 дисков сцепления. Здесь также имеется привод (не показан) для управления двойным фрикционным сцеплением 110. Маховик 111 прикреплен к коленчатому валу двигателя (не показан).
Главная коробка 120 передач размещена внутри главного картера 102. Здесь имеется два входных вала: первый входной вал 121 и второй входной вал 122. Первый входной вал 121 может приводиться во вращение первой группой 113 дисков сцепления. Аналогично, второй входной вал 122 может приводиться во вращение второй группой 114 дисков сцепления.
Зубья 132 первой первичной шестерни составляют единое целое с первым входным валом 121. Зубья 130 второй первичной шестерни составляют единое целое со вторым входным валом 122. Главный вал 124 коаксиален с входными валами 121 и 122. Параллельно им проходит промежуточный вал 123. Второй входной вал 122 подвешен в картере 101 сцепления на подшипнике 125 входного вала. Между главным валом 124, первым входным валом 121 и вторым входным валом 122 установлены четыре направляющих подшипника 129. Главный вал 124 подвешен в главном картере на подшипнике 128 главного вала. Таким путем достигается надежная, но достаточно свободная подвеска главного и входных валов.
На главном валу 124 установлено три свободно насаженных шестерни: вторая вторичная свободно насаженная шестерня 134, первая вторичная свободно насаженная шестерня 136 и вторичная свободно насаженная шестерня 191 заднего хода (реверса). Первая свободно насаженная шестерня 136 и шестерня 191 реверса могут быть вращательно заблокированы с главным валом 124 посредством зубчатой муфты 141 первой передачи/реверса. Вторая вторичная свободно насаженная шестерня 134 может быть вращательно заблокирована с главным валом 124 второй зубчатой муфтой 142. Наконец основной вал 124 может быть вращательно заблокирован с первым входным валом 121 прямой зубчатой муфтой 140.
На промежуточном валу 123 жестко закреплена с возможностью вращения вторая первичная шестерня 131. Она сцеплена с зубьями 130 второй первичной шестерни второго входного вала 122. Первичная свободно насаженная шестерня 133 промежуточного вала сцеплена с зубьями 132 первой первичной шестерни первого входного вала 121. Вторичная свободно насаженная шестерня 135 промежуточного вала сцеплена со второй вторичной свободно насаженной шестерней 134 на главном валу 124. Кроме того, первая вторичная шестерня 137, составляющая единое целое с промежуточным валом 123, сцеплена с первой вторичной свободно насаженной шестерней 136 на главном валу 124. Наконец, вторичная шестерня 192 реверса составляет единое целое с промежуточным валом 123 и соединена с передачей крутящего момента со вторичной свободно насаженной шестерней 191 реверса через паразитную шестерню 193. Первичная свободно насаженная шестерня 133 промежуточного вала может быть выборочно вращательно заблокирована со вторичной свободно насаженной шестерней 135 промежуточного вала посредством первой зубчатой муфты 148 промежуточного вала. Вторичная свободно насаженная шестерня 135 промежуточного вала может быть выборочно вращательно заблокирована с промежуточным валом 123 посредством второй зубчатой муфты 149 промежуточного вала.
Выходной вал 171 составляет единое целое с главным валом 124. На нем жестко закреплен с возможностью вращения соединительный фланец 173, который служит элементом сопряжения с не показанным на чертеже карданным валом.
Автоматическое или полуавтоматическое переключение передач выполняется узлом 150 управления переключением передач. В этот узел 150 управления переключением передач входит корпус 155 управления переключением передач, вилка 153 прямого переключения, вторая вилка 152 переключения и вилка 151 переключения первой передачи/реверса. Вилка 153 прямого переключения управляет прямой зубчатой муфтой 140. Вторая вилка 152 переключения управляет второй зубчатой муфтой 142, а вилка 151 переключения первой передачи/реверса управляет зубчатой муфтой 141 первой передачи/реверса.
Здесь не приводится подробное описание узла 150 управления переключением передач. Что касается его конструкции, то корпус 155 управления переключением передач может быть выполнен механической обработкой из отливки. Корпус 155 привинчивается к главному картеру 102. В корпусе находятся микроконтроллеры, датчики, клапаны и приводы. Вилки 151, 152 и 153 переключения могут устанавливаться на тягах переключения, соединенных с приводами. Возможны и другие конструкции; любая из вилок 151, 152 и 153 переключения передач могут быть, а могут и не быть частью узла 150 управления переключением передач. Более того, узел 150 управления переключением передач может состоять из различных частей, расположенных в различных местах коробки 100 передач.
Зубчатые муфты 148 и 149 промежуточного вала управляются первой вилкой 158 переключения промежуточного вала и второй вилкой 159 переключения промежуточного вала. Схематично, вилки 158 и 159 переключения могут приводиться в действие посредством тяг переключения (не показаны) приводом 157 промежуточного вала.
Дополнительный узел 178 отбора мощности прикреплен к главному картеру 102 и вращательно соединен с промежуточным валом 123. Узел 178 привода отбора мощности может приводить в действие, например, насосы, компрессоры и электрические машины (не показаны). Этот узел не показан подробно, но может включать части картера, подшипники, валы, муфты и элементы управления для ввода в зацепление и для вывода из зацепления, зубчатые передачи и выходные фланцы, как это хорошо известно специалистам.
В соответствии с изобретением, тормоз 160 вала приспособлен для снижения скорости вращения входного вала или промежуточного вала коробки 100 передач с двойным сцеплением, а центральный синхронизирующий узел 180 установлен в этой коробке 100 передач с двойным сцеплением.
Тормоз вала, который затормаживает промежуточный вал, изображен на фиг.1. Схематично, тормоз 160 промежуточного вала расположен между левым концом промежуточного вала 123 и картером 101 сцепления. Он может, при необходимости, снижать скорость вращения промежуточного вала 123, что важно для быстрого ввода в зацепление зубчатых муфт.
Центральный синхронизирующий узел 180 расположен между второй первичной шестерней 131, вторым входным валом 122, первым входным валом 121 и первичной свободно насаженной шестерней 133 промежуточного вала. Центральный синхронизирующий узел 180 содержит синхронизирующую шестерню 181 входного вала, свободно насаженную шестерню 182 промежуточного вала, синхронизирующий сдвоенный конус 183 промежуточного вала и внутреннюю коническую поверхность 133 с на первичной свободно насаженной шестерне 133 промежуточного вала. Синхронизирующая шестерня 181 входного вала вращательно заблокирована на первом входном валу 121. Свободно насаженная синхронизирующая шестерня 182 промежуточного вала установлена на промежуточном валу 123 с возможностью вращения. Синхронизирующий сдвоенный конус 183 вращательно заблокирован на промежуточном валу 123, но может перемещаться по нему вдоль оси.
Посредством осевого смещения синхронизирующего сдвоенного конуса 183 промежуточного вала, какая-либо из его внешних конических поверхностей будет стыковаться с внутренней конической поверхностью на свободно насаженной синхронизирующей шестерне 182 промежуточного вала или на первичной свободно насаженной шестерне 133 промежуточного вала. При этом возникает фрикционный крутящий момент, стремящийся снизить относительную скорость между соприкасающимися коническими поверхностями.
Синхронизирующая шестерня 181 входного вала имеет больший внешний делительный диаметр, чем зубья второй первичной шестерни 130 (на втором входном валу 122), внешний делительный диаметр которой, в свою очередь, больше внешнего делительного диаметра зубьев шестерни 132 первого входного вала 121. Соответственно, внешний делительный диаметр меньше для синхронизирующей свободно насаженной шестерни 182 промежуточного вала, по сравнению со второй первичной шестерней 131 и первичной свободно насаженной шестерней 133 промежуточного вала. Таким образом, посредством осевого перемещения сдвоенного синхронизирующего конуса 183 вправо на фиг.1, скорость вращения первичной свободно насаженной шестерни 133 промежуточного вала может быть сделана равной скорости вращения промежуточного вала 123. Скорость вращения первого входного вала 121 при этом будет больше скорости вращения второго входного вала 122 благодаря меньшему внешнему делительному диаметру зубьев первой первичной шестерни 132. Аналогично, осевое смещение синхронизирующего сдвоенного конуса 183 промежуточного вала влево может сделать равными скорости синхронизирующей свободно насаженной шестерни 182 промежуточного вала и промежуточного вала 123. При этом первый входной вал 121 будет вращаться медленнее, чем второй входной вал 122, благодаря большему диаметру синхронизирующей шестерни 181 входного вала.
Как уже упоминалось, тормоз 160 промежуточного вала может при необходимости снизить скорость вращения второго входного вала 122 и всех частей, соединенных с ним для передачи силового потока. В другом варианте осуществления изобретения, это может быть объединено с центральным синхронизирующим узлом 180, где первый входной вал 121 также может быть замедлен вместе с частями, соединенными для передачи силового потока, поскольку синхронизирующая шестерня 181 входного вала сцеплена с синхронизирующей свободно насаженной шестерней 182 промежуточного вала. Таким образом, вращающиеся части могут быть замедлены для снижения разницы скоростей в зубчатых муфтах для упрощения зацепления при неподвижном транспортном средстве, например, после операции отбора мощности.
Главная коробка 120 передач имеет шесть прямых передач, в которых передача большой мощности на ведущие колеса осуществляется во время переключения между последовательными передачами. Имеются две реверсные передачи, между которыми может быть осуществлено переключение без прерывания силового потока. Эта функция описана на фиг.1 и 2 в DE 3131156 А1. Зубчатые муфты 140, 141, 142, 148 и 149 не требуют синхронизирующих частей для вхождения в зацепление. Как было показано ранее, благодаря этому сокращаются стоимость и потери мощности. Более того, зубчатые муфты 140, 148 и 142, 149 могут перекрываться вдоль оси без ухудшения синхронизирующей функции, благодаря ограниченным радиальным размерам. Однако сам по себе центральный синхронизирующий узел 180 обеспечивает только последовательное, одноступенчатое переключение передач под нагрузкой на ближайшую более высокую или более низкую передачу. Может быть показано, что тормоз 160 промежуточного вала, к сожалению, не может быть использован при предварительном выборе передач для многоступенчатого переключения передач под нагрузкой в очень компактной главной коробке 120 передач. Поэтому, было бы желательно модифицировать коробку 100 передач для обеспечения многоступенчатого переключения передач под нагрузкой. В предпочтительном варианте, такая модификация должна оказать минимальное влияние на привлекательные особенности коробки передач 100 в части ее функций и размеров.
На фиг.2 представлена коробка передач 200, в соответствии с другим вариантом осуществления, также включающая тормоз 260 вала, который, в отличие от варианта осуществления, показанного на фиг.1, приспособлен для непосредственного затормаживания вращения первого входного вала 121 коробки 200 передач с двойным сцеплением. Центральный синхронизирующий узел 280 в этой коробке 200 передач с двойным сцеплением расположен также как и на фиг.1. Несколько частей на фиг.2 идентичны или могут быть идентичны, частям на фиг.1. Эти части имеют такие же числовые обозначения, за исключением первой цифры (1/2).
Таким образом, тормоз 260 входного вала заменяет тормоз 160 промежуточного вала. Тормоз 260 входного вала схематически показан в виде тормозной накладки 261, которая может быть выборочно приведена в соприкосновение с сопряженным тормозным пазом 281g в синхронизирующей шестерне 281 модифицированного входного вала (на первом входном валу 121) модифицированного центрального синхронизирующего узла 280. Большой диаметр синхронизирующей шестерни 281 входного вала повышает тормозной момент. Тормоз 260 входного вала приводится в действие (или активизируется) не показанным на чертеже приводом, который составляет неотъемлемую часть модифицированного корпуса 255 управления переключением передач модифицированного узла 250 управления переключением передач, или прикреплен к нему. Возможны и другие конфигурации: тормозная накладка 261 и ее привод могут быть физически отделены от узла 250 управления переключением передач, например, прикреплены к картеру 101, 102 коробки передач.
Тормоз 260 входного вала может избирательно снижать скорость вращения первого входного вала 121 и всех частей, вращательно соединенных с ним. Промежуточный вал 233, соединенный с центральным синхронизирующим узлом 280, также может быть замедлен, вместе с частями, соединенными с ним для передачи силового потока, поскольку синхронизирующая шестерня 281 модифицированного входного вала входит в зацепление с синхронизирующей свободно насаженной шестерней 182 промежуточного вала. Таким образом, вращающиеся части могут быть замедлены для сокращения разницы скоростей в зубчатых муфтах для облегчения зацепления при неподвижном транспортном средстве, например, после работы с отбором мощности.
Путем воздействия на первый входной вал 121, тормоз 260 входного вала, в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, может быть использован также для облегчения предварительной установки переключения передач под нагрузкой через большое число ступеней: в показанном примере, соответственно, со второй передачи на пятую. Для того чтобы можно было объяснить, как это происходит, следует рассмотреть работу коробки 200 передач на второй скорости. При этом зубчатая муфта 141 первой/реверсной передачи сцеплена с левой стороны на фиг.2, чем вращательно блокирует первую вторичную свободно насаженную шестерню 136 с главным валом 124. Мощность при этом передается в субтрансмиссию второго входного вала 122, через вторую первичную шестерню 131, промежуточный вал 223, первую вторичную шестерню 137, первую вторичную свободно насаженную шестерню 136 и главный вал 124 в выходной вал 171. Субтрансмиссия первого входного вала 121 может быть предварительно выбрана на первую передачу. При этом в зацеплении находятся первая и вторая зубчатые муфты 148, 149 промежуточного вала. Субтрансмиссия также может быть предварительно выбрана на третью передачу, когда в зацепление введены первая зубчатая муфта 148 промежуточного вала и вторая зубчатая муфта 142. В любом случае, пятая передача может быть предварительно выбрана следующим образом. Сначала, выводится из зацепления первая зубчатая муфта 148 промежуточного вала. Затем включается тормоз 260 входного вала для снижения скорости вращения первого входного вала 121 до скорости вращения главного вала 124. И, наконец, вводится в зацепление прямая зубчатая муфта 140.
Когда пятая передача предварительно выбрана в субтрансмиссии первого входного вала 121, может быть выполнено многоступенчатое переключение передач под нагрузкой путем одновременного вывода из зацепления дисков группы 114 второго сцепления и введения в зацепление дисков группы 113 первого сцепления. При этом в пятой передаче мощность передается непосредственно от первого входного вала 121 к главному валу 124 и выходному валу 171. Таким образом, посредством использования тормоза 260 входного вала, осуществляется переключение под нагрузкой со второй передачи на пятую передачу.
На фиг.2, тормоз 260 входного вала воздействует на субтрансмиссию первого входного вала 121, которая обеспечивает работу на нечетных передачах. Как показано на фиг.1, тормоз 160 промежуточного вала воздействует на субтрансмиссию второго входного вала 122, которая передает мощность на четных передачах. Тормоз 260 входного вала может быть использован для предварительной установки передач для многоступенчатого переключения вверх без прерывания силового потока, что невозможно при использовании тормоза 160 промежуточного вала. Это связано с особенностью компактной главной коробки 120 и 220 передач: для передачи силового потока в передачах обеих субтрансмиссий используется несколько шестерен. Например, вторичная свободно насаженная шестерня 135 промежуточного вала передает мощность в первой и третьей передачах, а также в четвертой и в шестой передаче. При движении на первой передаче, эта шестерня задействована, и ее скорость не может быть изменена с тем, чтобы обеспечить предварительную установку четвертой передачи. Аналогично, когда включена третья передача, не может быть осуществлена предварительная установка шестой передачи. Таким образом, тормоз 160 промежуточного вала не может быть использован для предварительной установки передач для многоступенчатого переключения передач под нагрузкой.
Однако, как было показано выше, при движении на второй передаче, может быть выполнен предварительный выбор пятой передачи с помощью тормоза 260 входного вала. Это различие может быть объяснено следующим образом. На второй передаче, передача силового потока осуществляется шестернями 130, 131, 137 и 136. На пятой передаче, мощность передается только шестерней 132, но не через ее зубья, а по оси, от конца первого входного вала 121, обращенного к сцеплению, к прямой зубчатой муфте 140. Таким образом, отсутствуют шестерни, через которые передается мощность и в пятой, и во второй передачах. Благодаря этому, имеется возможность отрегулировать скорость субтрансмиссии первого входного вала 121 для выполнения предварительного выбора пятой передачи при движении на второй передаче. При использовании ускоряющего устройства, например, как в DE 3739898 А1, также возможна обратная процедура, а именно, предварительный выбор второй передачи при движении на пятой передаче.
Итак, тормоз вала был перемещен от субтрансмисии второго входного вала 122 (промежуточный вал 123 на фиг.1), на которую он воздействовал, к первому входному валу 121 (фиг.2). Это перемещение позволило использовать тормоз 260 входного вала при предварительном выборе для многоступенчатого переключения передач под нагрузкой.
Отличительной особенностью изобретения в соответствии с вариантом осуществления, показанном на фиг.2, является то, что тормоз вала может быть использован для предварительного выбора при многоступенчатом переключении передач под нагрузкой в коробке передач с двойным сцеплением, обладающей следующими признаками:
- центральный синхронизирующий узел способствует предварительному выбору смежных передач (одноступенчатые переключения);
- тормоз вала воздействует на вращающуюся часть субтрансмиссии для передачи, которая должна быть предварительно выбрана;
- имеется по меньшей мере одна шестерня, передающая мощность в передачах в двух субтрансмиссиях;
- отсутствует шестерня, одновременно передающая мощность в передаче, которая должна быть выбрана, и в используемой передаче.
В главной коробке 220 передач на фиг.2, сцепленная пара шестерен 136, 137 передает мощность на первой передаче, а также и на второй передаче. Аналогично, сцепленная пара шестерен 134, 135 передает мощность на третьей передаче и на четвертой передаче. При этом первая и третья передачи используют часть субтрансмиссии первого входного вала 121. Поэтому, в этих парах сцепленных шестерен нижняя передача (с максимальным понижением скорости), т.е., первая и третья передачи, соответственно, представляют собой часть субтрансмиссии, на которую воздействует тормоз 260 входного вала. Таким образом, может быть переформулировано условие для использования тормоза вала при предварительном выборе передач в многоступенчатом переключении под нагрузкой: тормоз вала должен воздействовать на субтрансмиссию на нижней передаче, в которой используется пара сцепленных шестерен для передачи силового потока. При этом тормоз вала может способствовать предварительному выбору более высокой передачи в этой субтрансмиссии при движении на более высокой передаче, использующей пару сцепленных шестерен.
На фиг.3-5 схематически показан вариант осуществления тормоза 260 входного вала. Тормозная накладка 261 шарнирно закреплена шпилькой 262 в штоке 263 поршня. Поршень 264 жестко прикреплен к штоку 263 поршня и расположен внутри корпуса 265 привода тормоза. Клапанные средства (не показаны) выборочно управляют подачей текучей среды под давлением по впускному каналу 265f для текучей среды для воздействия на поршень 264. Уплотнительные средства 266 герметизируют верхнюю сторону поршня 264 от нижней стороны. Поэтому, при подаче текучей среды под давлением по впускному каналу 265f для текучей среды, поршень 264, шток 263 поршня и тормозная накладка 261 могут быть продвинуты вниз. При этом тормозная накладка 261 войдет в зацепление с тормозным пазом 281g в синхронизирующей шестерне 281 входного вала. Возникнут фрикционные силы, замедляющие скорость вращения первого входного вала 121. Когда давление текучей среды на верхнюю сторону поршня 264 снимается, шток 263 поршня толкается вверх возвратной пружиной 267, и тормозная накладка 264 выходит из зацепления с тормозным пазом 281g. Шток 263 поршня удерживается опорными средствами 268. Группа зубьев 281t может быть использована для определения скорости вращения первого входного вала 121. В альтернативном варианте, могут быть использованы обычные зубья шестерни на синхронизирующей шестерне 281 входного вала.
На фиг.5 показано сечение по линии "v-v" на фиг.3. На фиг.4 показан вид по стрелке "iv" на фиг.5 тормозной накладки 261 и нижней части корпуса 265 привода тормоза. В корпусе 265 привода тормоза имеется канавка 265 г.Когда тормозная накладка 261 сдвигается назад возвратной пружиной 267, ее движение направляется канавкой 265 г, как относительно центра поршня 263, так и относительно шпильки 262. Этим хорошо определяется положение и ориентация тормозной накладки 261, гарантируя зазор с тормозным пазом 281g. В предпочтительном варианте, тормозная накладка несимметрична в направлении окружности входных валов, как это показано на фиг.5. Этим обеспечивается равномерное контактное давление и износ фрикционного материала, а также усиленное тормозящее воздействие за счет так называемого эффекта самозатормаживания или эффекта усиления. Кромка 281е и отверстия 281h перехватывают поток масла, выходящего из входных валов 121, 122, и направляют его на тормозной паз 281g и тормозную накладку 261 для их охлаждения.
Таким образом, тормоз 260 входного вала может быть использован для: i) облегчения включения передач (вместе с центральным синхронизирующим узлом 280) при неподвижном транспортном средстве и для ii) облегчения предварительного выбора передач для многоступенчатого переключения под нагрузкой. Кроме того, тормоз iii) обладает компактностью, имея очень небольшие размеры в осевом направлении. Благодаря заклинивающему действию в тормозном пазе 281g и эффекту самозатормаживания, тормоз iv) обладает большой мощностью. Благодаря простоте конструкции и малому количеству частей v) невысока стоимость тормоза. Наконец, когда тормоз не активизирован, он имеет vi) низкие потери мощности, поскольку тормозная накладка 261 направляется канавкой 265r. Таким образом, тормоз 260 входного вала потенциально удовлетворяет области притязаний изобретения.
Тормоз 260 входного вала, действующий на субтрансмиссию первого входного вала 121, может считаться основной особенностью изобретения. Тормоз обеспечивает предварительный выбор передач для многоступенчатого переключения под нагрузкой, при этом, вместе с центральным синхронизирующим узлом 280, может облегчить включение передач при неподвижном транспортном средстве (причем эта функция также может быть выполнена в варианте осуществления, показанном на фиг.1).
На сопряженные фрикционные поверхности, в предпочтительном варианте, на небольшие контактирующие поверхности тормозной накладки 261, может быть нанесен фрикционный материал, например, органический, на основе углерода, молибдена или бронзы. Фрикционный материал может быть прикреплен к несущей конструкции одним из нескольких способов, например, приклейкой, сваркой, спеканием и плазменным распылением, как это известно специалистам.
Изобретение было описано достаточно подробно. Однако различные изменения и модификации возможны в пределах области притязаний формулы, что должно быть очевидно специалистам. Например, главная коробка 220 или 120 передач может объединена с диапазонной секцией, как в US 2008/0188342 А1 и US 6958028 В2.
Главная коробка 220 или 120 передач может быть заменена любой другой коробкой передач с двойным сцеплением и промежуточным валом, например, как в US 4876907. Возможны другие конструкции и расположения фрикционных сцеплений, например, как в US 5347879 или US 4777837. Также могут использоваться конструкции с тремя фрикционными сцеплениями или более, например, DE 4226577 С1 или US 2008/0190228 А1. Коробки передач с переключением передач под нагрузкой, имеющие более одного фрикционного сцепления, называются коробками передач с несколькими сцеплениями.
Другим возможным решением, лежащим за пределами области притязаний описанного выше изобретения, является одновременная активизация обоих устройств в центральном синхронизирующем узле. Помимо увеличения сложности, размеров и стоимости центрального синхронизирующего узла, это решение отличается очень высокой тепловой нагруженностью внутренних трущихся поверхностей.