СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВАРИАНТОВ КОНСТРУКЦИЙ НЕСООСНОЙ И УНИВЕРСАЛЬНОЙ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ С ДВУМЯ СЦЕПЛЕНИЯМИ
METHOD OF PRODUCING VERSIONS OF STRUCTURES OF MISALIGNED AND UNIVERSAL GEARBOX WITH TWO CLUTCHES

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к автоматизированным трансмиссиям.
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.).
В современных автомобильных коробках передач (КП) с двумя сцеплениями применяются, главным образом, зубчатые колеса с постоянным зацеплением. Зачастую современные автомобили, разные по своему целевому назначению, комплектуются одними и теми же двигателями и коробками передач. Например, в одном варианте автомобиль может применяться в грузовом исполнении, в другом - в грузопассажирском, а в третьем - иметь полноприводную трансмиссию с пассажирским вариантом. Примером является Фольксваген-транспортер. Или автомобиль одной модели может комплектоваться двигателями с существенной разницей в мощности (БМВ-5). Или одна модификация автомобиля имеет моноприводную трансмиссию, а другая полноприводную (Ауди А6). Таким образом, перспективные КП для решения большего количества эксплуатационных задач должны иметь возможности к модификации, в частности к увеличению числа передач. А также, обладать универсальностью применения, то есть использоваться в автомобилях с передним, полным или задним приводом, с продольным или поперечным расположением двигателя. При этом особенно важно обеспечить максимально возможную унификацию между различными модификациями КП.
Известны варианты конструкции 6-ступенчатой несоосной коробки передач с двумя сцеплениями (см. патент DE 102011056517 A1 от 20.06.2013 г.), заключающиеся в получении вариантов КП за счет установки дополнительного вала с различными размещениями на нем шестерней и муфты переключения передачи заднего хода и двух передач прямого хода. Способ включает в себя 6-ступенчатую КП с двумя сцеплениями (см. патент DE 102011056517 A1 от 20.06.2013 г., фиг.  1), состоящую из узла двойного сцепления, корпуса с несоосно размещенными в нем входными и выходным валами и параллельным им дополнительным валом, обеспечивающим (обозначено в рамках патента) уменьшение осевого габарита КП. Два входных вала являются соосными и расположенными один внутри другого с жестко установленными на одном из них двумя шестернями четных передач, а на другом, трубчатом валу, - двумя шестернями нечетных передач и установленной между ними шестерней привода дополнительного вала, на котором свободно установлены шестерня, сцепленная с ведущей шестерней четвертой передачи, и шестерня заднего хода, а между ними муфта включения. При этом ведомая шестерня второй передачи и шестерня заднего хода сцеплены между собой. На выходном валу между свободно установленными ведомыми шестернями 3-5 и 2-4 передач жестко закреплены две ступицы муфт переключения. На конце выходного вала закреплена ведущая шестерня главной передачи.
Недостатками данных вариантов конструкции являются:
- место расположения шестерни привода дополнительного вала отрицательно влияет на оптимальный размер муфты переключения 3-5 передач и (или) приводит к увеличению межосевого расстояния между входными и выходным валами КП и, соответственно, к увеличению металлоемкости КП,
- неоптимальные интервалы (q - отношение передаточных чисел соседних передач) между первой-второй и пятой-шестой передачами, так как они образуются одними и теми же парами шестерен, расположенными на дополнительном валу. Равенство интервалов между низшими и высшими передачами шестиступенчатой КП приводит к уменьшению диапазона передаточных чисел и снижению эксплуатационных возможностей и характеристик автомобиля-носителя КП,
- возможность, обозначенная в рамках патента, применения КП только в трансмиссиях с поперечным расположением двигателя.
Известны варианты конструкции 6-ступенчатой несоосной коробки передач с двумя сцеплениями (см. патент EP 2322821 B1, от 9.01.2013 г.), заключающиеся в получении вариантов КП с дополнительной повышающей передачей за счет установки на входном валу шестерни и соединительной муфты переключения. А также параллельно валам КП установлен дополнительный вал с размещенными на нем шестернями и муфтой переключения, что позволило уменьшить осевой габарит КП (обозначено в рамках патента). Способ включает в себя 6-ступенчатую КП с двумя сцеплениями (см. патент EP 2322821 B1, от 9.01.2013 г. фиг. 6), состоящую из узла двойного сцепления, корпуса с несоосно размещенными в нем входными и выходным валами и параллельным им дополнительным валом, причем два входных вала являются соосными и расположенными один внутри другого с жестко установленными на одном из них (трубчатом валу) двумя шестернями четных передач, а на другом - тремя шестернями нечетных передач. При этом шестерня третьей передачи зацеплена с ведомой шестерней, которая свободно установлена на дополнительном валу, на котором также свободно установлена шестерня заднего хода, а между ними муфта включения. На выходном валу между свободно установленными ведомыми шестернями 1-5 и 2-4 передач жестко закреплены две ступицы муфт переключения. При этом ведомые шестерни первой передачи и заднего хода сцеплены между собой. На конце входного вала нечетных передач, за опорами вала в корпусе КП, закреплена ступица муфты включения, а рядом с ней свободно установлена ведущая шестерня шестой передачи, которая, одновременно, сцеплена с двумя шестернями, жестко закрепленными на концах дополнительного и выходного валов. На другом конце выходного вала закреплена ведущая шестерня главной передачи. В первом конструктивном варианте исполнения - КП является 6-ступенчатой. Во втором варианте - 6-ступенчатая КП преобразована в 5-ступенчатую (см. патент EP 2322821 B1, от 9.01.2013 г. фиг. 5). При этом валы, шестерни, опоры, муфты, порядок их расположения и система управления остаются неизменными. В этих вариантах и заключаются варианты конструкции (модификаций) КП с двумя сцеплениями.
Недостатком данных вариантов конструкции является возможность применения КП только в трансмиссиях с поперечным расположением двигателя.
Целью изобретения является способ получения вариантов конструкции (модификаций) несоосной КП с двумя сцеплениями (базовой КП), а именно получение способа увеличения числа передач базовой КП с возможностью применения ее в следующих вариантах трансмиссий:
1 - с продольным расположением двигателя автомобиля и соосным расположением входного и выходного валов КП,
2 - с продольным расположением двигателя и несоосным расположением входного и выходного валов,
3 - с поперечным расположением двигателя.
Указанная цель достигается тем, что шестерня, свободно установленная на дополнительном валу, через трубчатый вал соединяется муфтой переключения с по меньшей мере одной шестерней, установленной на дополнительном валу.
Также возможно, что для получения универсальной коробки передач в базовой КП и ее модификациях за опорами валов в корпусе базовой коробки передач, на опорах в крышке корпуса, предусмотрена возможность установки двух валов: первый вал и выходной вал соединяются жестко, второй вал и цельный входной вал свободно связаны между собой и могут жестко соединяться муфтой переключения.
Анализ патентов, научно-технической литературы не выявил известности заявляемой совокупности существующих признаков.
Рассматривая в качестве прототипов варианты конструкций 6-ступенчатых несоосных коробок передач с двумя сцеплениями, учитывая указанные выше, их конструктивные недостатки, устраняя их и используя способ, предлагаемый данным изобретением, получим базовую несоосную, например, 5-ступенчатую КП, а ее модификации с дополнительными понижающей и повышающей передачами получим при помощи установки на дополнительном валу необходимых для этого шестерней и муфт переключения. Для получения универсальной коробки передач к корпусу базовой КП прикрепляется крышка с опорами валов. Один из валов соосен цельному входному валу и может, при необходимости, соединяться с ним двухпозиционной муфтой переключения, обеспечивая прямую (u=1) передачу, а второй вал соосен выходному валу и жестко с ним связан. Таким образом, появляется возможность применения базовой или универсальной КП или их модификаций в различных (моно или полноприводных) вариантах трансмиссий с продольным или поперечным расположением двигателя автомобиля. При этом сохраняются основные узлы, детали, система переключения основных передач переднего хода, передачи заднего хода базовой и модифицированных КП.
В результате, кроме базовой КП, получим следующие модификации:
- 6-ступенчатая несоосная КП,
- 6-ступенчатая универсальная несоосная КП,
- 6-ступенчатая универсальная соосная КП,
- 6-ступенчатая универсальная несоосная КП с дополнительной понижающей передачей (7-ми супенчатая универсальная несоосная КП),
- 6-ступенчатая универсальная соосная КП с дополнительной понижающей передачей (7-ми супенчатая универсальная соосная КП).
На фиг. 1 показана кинематическая схема 5-ступенчатой несоосной КП с двумя сцеплениями (базовой КП).
На фиг. 2 представлена лучевая диаграмма базовой КП. На горизонталях приведены логарифмы передаточных чисел и номера различных передач. На нижней шкале и в верхней таблице указаны величины передаточных чисел (u). В нижней таблице указаны интервалы между соседними передаточными числами (q). Вертикальный луч соответствует передаточному числу равному единице. Луч, направленный направо, указывает на замедляющую передачу. Чем положе луч, тем больше передаточное число. Луч, направленный налево, указывает на ускоряющую передачу.
На фиг. 3 показана кинематическая схема 6-ступенчатой несоосной КП с увеличенным передаточным числом первой передачи.
На фиг. 4 представлена лучевая диаграмма 6-ступенчатой несоосной КП с увеличенным передаточным числом первой передачи.
На фиг. 5 показана кинематическая схема универсальной 6-ступенчатой несоосной КП с двумя сцеплениями.
На фиг. 6 представлена лучевая диаграмма универсальной 6-ступенчатой несоосной КП с двумя сцеплениями.
На фиг. 7 показана кинематическая схема универсальной 6-ступенчатой соосной КП с двумя сцеплениями.
На фиг. 8 представлена лучевая диаграмма универсальной 6-ступенчатой соосной КП с двумя сцеплениями.
На фиг. 9 показана кинематическая схема универсальной 6-ступенчатой несоосной КП с двумя сцеплениями с дополнительной понижающей передачей (7-ступенчатой универсальной несоосной КП).
На фиг. 10 представлена лучевая диаграмма универсальной 6-ступенчатой несоосной КП с двумя сцеплениями с дополнительной понижающей передачей (7-ступенчатой универсальной несоосной КП).
На фиг. 11 показана кинематическая схема универсальной 6-ступенчатой соосной КП с двумя сцеплениями с дополнительной понижающей передачей (7-ступенчатой универсальной соосной КП).
На фиг. 12 представлена лучевая диаграмма универсальной 6-ступенчатой соосной КП с двумя сцеплениями с дополнительной понижающей передачей (7-ступенчатой универсальной соосной КП).
На фиг. 13 показана кинематическая схема 6-ступенчатой несоосной КП с двумя сцеплениями (базовой КП), соответствующей изобретению конструкции.
На фиг. 14 представлена лучевая диаграмма 6-ступенчатой несоосной КП с двумя сцеплениями (базовой КП), соответствующей изобретению конструкции.
На фиг. 15 показана кинематическая схема 7-ступенчатой несоосной КП с двумя, соответствующей изобретению конструкции.
На фиг. 16 представлена лучевая диаграмма 7-ступенчатой несоосной КП с двумя сцеплениями, соответствующей изобретению конструкции.
На фиг. 17 показана кинематическая схема 8-ступенчатой несоосной КП с двумя сцеплениями, соответствующей изобретению конструкции.
На фиг. 18 представлена лучевая диаграмма 8-ступенчатой несоосной КП с двумя сцеплениями, соответствующей изобретению конструкции.
На фиг. 19 показана кинематическая схема универсальной 9-ступенчатой соосной КП с двумя сцеплениями, соответствующей изобретению конструкции.
На фиг. 20 представлена лучевая диаграмма универсальной 9-ступенчатой соосной КП с двумя сцеплениями, соответствующей изобретению конструкции.
В состав представленной на фиг. 1 кинематической схемы базовой КП входят установленные в опорах корпуса 1 два соосных входных вала 2 и 3, расположенные один внутри другого, и установленные параллельно с ними выходной вал 4 и дополнительный вал 5. Шестерни 6, 7 и 8 жестко закреплены на входном валу 2. Шестерни 9 и 10 жестко закреплены на входном валу 3 и попарно зацеплены со свободно установленными на выходном валу 4 шестернями 11 и 12, соответственно. Шестерни 13 и 14 свободно установлены на выходном валу 4 и попарно зацеплены с шестернями 7 и 8, соответственно. Шестерня 15 жестко закреплена на дополнительном валу 5 и находится в постоянном зацеплении с шестерней 6. Шестерни 16 и 17 свободно установлены на дополнительном валу 5 и попарно зацеплены с шестернями 9 и 12, соответственно. Муфты А (18) и В (19) расположены на выходном валу 4 между шестернями 11-12 и 13-14, соответственно. Муфта С (20) расположена на дополнительном валу 5 между шестернями 16-17. Ведомый диск 21 левого сцепления (Л) установлен на входном валу 3, а ведомый диск 22 правого сцепления (П) установлен на входном валу 2. Нажимное устройство, прижимающее ведущие и ведомые диски при включении сцеплений, не показано. Зубчатая пара 23 обозначает главную передачу для варианта КП с поперечно установленным двигателем. Также, она может обозначать зубчатое зацепление в варианте КП с продольно установленным двигателем и т.д. Также, зубчатая пара 23 может отсутствовать.
В состав представленной на фиг. 3 кинематической схемы 6-ступенчатой несоосной КП с увеличенным передаточным числом первой передачи входят те же самые детали, что и у рассмотренного выше состава базовой КП, и дополнительно: шестерня 24 свободно установлена на дополнительном валу 5 и зацеплена с жестко закрепленной на входном валу 2 шестерней 7. Муфта D (25) расположена рядом с шестерней 24 на трубчатом валу 26, который жестко связан с шестерней 16.
В состав представленной на фиг. 5 кинематической схемы универсальной 6-ступенчатой несоосной КП входят те же самые детали, что и у рассмотренного выше состава базовой КП, кроме зубчатой пары 6-15, замененной на зубчатую пару 27-28, соответственно, и дополнительно: в опорах крышки 29 корпуса 1 параллельно установлены валы 30 и 31, соосные входному 3 и выходному 4 валам, соответственно. Валы 4 и 31 жестко связаны между собой, а валы 3 и 30 - свободно. Шестерни 32 и 33 жестко закреплены на валах 31 и 30, соответственно. Зубчаты венец 34 закреплен на конце входного вала 3. Муфта Е(35) расположена рядом с шестерней 33 на валу 30.
В состав представленной на фиг. 7 кинематической схемы универсальной 6-ступенчатой соосной КП входят те же самые детали, что и у рассмотренного выше состава 6-ступенчатой несоосной КП, кроме зубчатой пары главной передачи 23, вала 30, замененного на выходной вал 36, и выходного вала 4, замененного на промежуточный вал 37.
В состав представленной на фиг. 9 кинематической схемы универсальной 7-ступенчатой несоосной КП входят те же самые детали, что и у рассмотренного выше состава универсальной 6-ступенчатой несоосной КП (см. фиг. 5), и дополнительные детали с порядковыми номерами 24, 25 и 26, рассмотренные выше (для состава КП, изображенной на фиг. 3).
В состав представленной на фиг. 11 кинематической схемы универсальной 7-ступенчатой соосной КП входят те же самые детали, что и у рассмотренного выше состава универсальной 6-ступенчатой соосной КП (см. фиг. 7), и дополнительные детали с порядковыми номерами 24, 25 и 26, рассмотренные выше (для состава КП, изображенной на фиг. 3).
Работу предлагаемых данным изобретением возможных вариантов КП рассмотрим на примере универсальной 6-ступенчатой соосной КП и ее модификации в универсальную 6-ступенчатую соосную КП с дополнительной понижающей передачей (универсальную 7-ступенчатую соосную КП).
Работа универсальной 6-ступенчатой соосной КП, представленной на фиг. 7, осуществляется следующим образом.
1 передача.
Включаем левое сцепление (Л), муфту A (18) переключаем в правое положение, а муфту B (19) в левое. Крутящий момент с входного вала 3 через пару шестерен 10-12, муфту A передается на промежуточный вал 37, вал 31, пару шестерен 32-33, выходной вал 36.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 8) эта передача отражена последовательно соединенными лучами 0-I-1.
2 передача.
Включаем правое сцепление (П), муфта B (19) в левом положении, переключаем муфту A (18) в левое положение. Крутящий момент с входного вала 2 через пару шестерен 7-13, муфту B передается на промежуточный вал 37, вал 31, пару шестерен 32-33, выходной вал 36.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 8) эта передача отражена последовательно соединенными лучами 0-II-2.
3 передача.
Включаем левое сцепление (Л), муфта A (18) в левом положении, а муфту B (19) переключаем в правое. Крутящий момент с входного вала 3 через пару шестерен 9-11, муфту A передается на промежуточный вал 37, вал 31, пару шестерен 32-33 и выходной вал 36.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 8) эта передача отражена последовательно соединенными лучами 0-III-3.
4 передача.
Включаем правое сцепление (П), муфта B (19) в правом положении выключаем муфту A, переключаем муфту Е (35) в левое положение. Крутящий момент с входного вала 2 через пару сцепленных шестерен 8-14, муфту B передается на промежуточный вал 37, вал 31, пару шестерен 32-33 и выходной вал 36.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 8) эта передача отражена последовательно соединенными лучами 0-IV-4.
5 передача (прямая).
Включаем левое сцепление (Л), муфта E (35) в левом положении, муфту С (20) переключаем в левое положение. Крутящий момент с входного вала 3, зубчатый венец 34, муфту E передается на выходной вал 36.
На лучевой диаграмме (см. фиг. .8) эта передача отражена точкой 0.
6 передача.
Включаем правое сцепление (П), муфты C (20) и E (35) в левом положении. Крутящий момент с входного вала 2 передается через пару шестерен 27-28, дополнительный вал 5, муфту C, пару шестерен 16-9, вал 3, зубчатый венец 34, муфту E и на выходной вал 36.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 8) эта передача отражена последовательно соединенными лучами 0-VI-6.
Задний ход.
Включаем левое сцепление (Л), муфту C (20) переключаем в правое положение, а муфту B (19) в левое. Крутящий момент с входного вала 3 через шестерни 10-12-17, муфту C, дополнительный вал 5, пару шестерен 28-27, вал 2, пару шестерен 7-13, муфту B передается на промежуточный вал 37, вал 31, пару шестерен 32-33 и выходной вал 36.
На лучевой диаграмме (см. фиг. .8) эта передача отражена последовательно соединенными лучами 0-B-VI-Пр-ЗХ.
Работа универсальной 6-ступенчатой соосной КП с дополнительной понижающей передачей (7-ступенчатой универсальной соосной КП), представленной на фиг. 11, осуществляется следующим образом.
Понижающая передача.
Включаем правое сцепление (П), муфту A (18) переключаем в правое положение, а муфту D (25) переключаем в левое положение. Крутящий момент с входного вала 2 через пару сцепленных шестерен 7-24, муфту D, трубчатый вал 26, пару сцепленных шестерен 16-9, вал 3, пару сцепленных шестерен 10-12, муфту A передается на промежуточный вал 37, вал 31, пару шестерен 32-33 и выходной вал 36.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 12) эта передача отражена последовательно соединенными лучами О-ВП-VI-I П-П.
1, 2, 3, 4, 5, 6 передачи и передача заднего хода.
Осуществляются аналогично рассмотренной выше работе 6-ступенчатой соосной КП на 1, 2, 3, 4, 5, 6 передачах и передаче заднего хода, соответственно.
Использование предложенного способа получения вариантов конструкции (модификаций) несоосной и (или) универсальной коробки передач с двумя сцеплениями позволяет увеличивать число передач и (или) изменять величины передаточных чисел с возможностью применения в следующих вариантах трансмиссий:
1 - с продольным расположением двигателя автомобиля и соосным расположением входного и выходного валов КП,
2 - с продольным расположением двигателя и несоосным расположением входного и выходного валов КП,
3 - с поперечным расположением двигателя.
При этом большинство узлов и деталей базовой и модифицированных КП остаются неизменными, что обеспечивает высокую степень унификации и снижение затрат на производство и ремонт.
В приведенном примере получения модификаций базовой 5-ступенчатой несоосной КП рассмотрены передачи с переменным включением двух сцеплений. Также, возможны последовательные передачи с работой на одноименных сцеплениях, но они в приведенном примере не указаны и не рассматриваются.
Термины «базовая несоосная коробка передач» и «универсальная коробка передач» подразумевает существующие или вновь проектируемые несоосные КП с двумя сцеплениями, к которым может быть применен рассмотренный способ в объеме формулы изобретения. При этом вновь получаемая модифицированная 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.
Список цитируемых источников и использованной литературы
1. Иванов А.Н., Солнцев А.Н., Гаевский В.В. и другие. Основы конструкции автомобиля. - М.: ООО «Книжное издательство» «За рулем»», 2005. - 166 с.: ил,
2. Автомобили: Конструкция, конструирование и расчет. Трансмиссия. Под ред. А.И. Гришкевича. - Мн.: Выш. шк., 1985. - 240 с.
3. Патент DE 102011056517 A1 от 20,06,2013 г.
4. Патент EP 2322821 B1, от 9.01.2013 г.
5. Патент RU 2312031.