ШЕСТИСТУПЕНЧАТАЯ НЕСООСНАЯ РАЗДАТОЧНАЯ КОРОБКА СО СДВОЕННЫМ СЦЕПЛЕНИЕМ
SIX-STAGE MISALIGNED TRANSFER GEARBOX WITH DUAL CLUTCH

Изобретение относится к транспортному машиностроению, к трансмиссии транспортных машин.
Известны агрегаты трансмиссии КП (коробки передач) и РК (раздаточные коробки) со ступенчатым изменением передаточных чисел, содержащие шестерни, валы, опоры, устройства переключения передач, применяемые на отечественных и зарубежных автомобилях. (1. Литвинов А.С., Ротенберг Р.В., Фрумкин А.К. Шасси автомобиля: Конструкция и элементы расчета. - М.: Машгиз, 1963. - 504 с.2. Пройкшат А. Шасси автомобиля: Типы приводов / Под ред. Й. Раймпеля. Пер. с нем. - М.: Машиностроение, 1989. - 232 с.).
Эти агрегаты конструктивно сложны, металлоемки. Стремление к обеспечению высокого уровня унификации за счет применения одинаковых КП на автомобилях с разными колесными формулами (неполноприводные, многоприводные и полноприводные) и установки дополнительной РК приводит к увеличению металлоемкости трансмиссии, так как два отдельных агрегата (КП и РК) имеют габаритные размеры и расход металла больше, чем один агрегат (МРК - многоступенчатая раздаточная коробка).
Например, масса агрегатов автомобиля ГА3-66 составляет: 4- ступенчатая КП - 55 кг; 2-ступенчатая РК - 53 кг. Установка двухступенчатой РК с передаточными числами 1,98 и 1,0 должна удвоить число передач в трансмиссии, но полученное распределение передаточных чисел далеко от оптимального. На выходе РК получаем следующий ряд передаточных чисел: 12,98; 6,55; 6,12; 3,39; 3,09; 1,98; 1,71 и 1,0. Теоретически получили 8 передач в диапазоне 12,98 со средним интервалом 1,44. Фактически реализуются только 5 передач со средним интервалом 1,67; так как между тремя парами передач интервалы крайне малы (от 1,07 до 1,16), использование передач с такими малыми интервалами нецелесообразно. Тяжелый и массивный агрегат РК используется неэффективно.
Находят применение РК, пристыкованные к КП. Например, (см. 1. с.171, фиг.125) РК с дифференциальным приводом без демультипликатора состоит из 5-ступенчатой КП и одноступенчатой РК, что приводит к снижению габаритов и массы.
Наиболее близкой к предлагаемой РК является 5-ступенчатая КП (фактически МРК - 5-ти ступенчатая раздаточная коробка) автомобиля «Фольксваген Пассат Вариант Синхро» с межосевым дифференциалом на полом вторичном валу (см. 2. с.113, рис.3.60).
Коробка передач содержит корпус агрегата, в котором параллельно расположены валы, на этих валах установлены пять пар шестерен внешнего зацепления и ряд шестерен заднего хода, на первичном валу закреплены шесть шестерен и установлены две муфты переключения передач, на вторичном трубчатом валу все шестерни установлены свободно, трехпозиционная муфта с установленной на ней ведомой шестерней заднего хода расположена в средней части вторичного вала, рядом с ней на отдельной оси расположена дополнительная шестерня заднего хода.
Описанная КП проще типовых конструкций трансмиссионных агрегатов, приведенных в книгах, но имеет недостатки, которые заключаются в ограничении эксплуатационных и компоновочных характеристик транспортного средства при переключении передач с разрывом потока мощности, недостаточном диапазоне КП (отношение передаточных чисел низшей и высшей передач), который ограничен из-за однопарного зацепления шестерен.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в расширении эксплуатационных и компоновочных возможностей транспортного средства за счет попарного переключения передач практически без разрыва потока мощности, а также увеличения диапазона КП за счет трехпарного зацепления шестерен на низших передачах.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в усовершенствовании процесса переключения передач путем установки сдвоенного сцепления, а также за счет увеличения диапазона КП при трехпарном зацеплении шестерен на низших передачах.
Сущность предлагаемого устройства заключается в том, что шестиступенчатая несоосная раздаточная коробка, содержащая корпус агрегата, в опорах которого параллельно расположены валы, на которых установлены пары шестерен внешнего зацепления и ряд шестерен заднего хода, дополнительная шестерня заднего хода установлена на оси, расположенной между первичным и выходным трубчатым валами, ведущие шестерни на первичном валу закреплены, а на выходном трубчатом валу ведомые шестерни установлены свободно, при этом в отличие от прототипа на входе первичного вала установлены ведомые диски левого сцепления, между ними и шестерней первичного вала свободно расположен ведущий трубчатый вал, на котором установлены ведомые диски правого сцепления и закреплена шестерня, соосно первичному валу в корпусе сдвоенного сцепления расположен входной вал с закрепленным на нем кожухом сдвоенного сцепления с ведущими дисками, две шестерни выходного трубчатого вала объединены в блок, между блоком и средней шестерней расположена первая трехпозиционная муфта выходного трубчатого вала, вторая трехпозиционная муфта расположена между шестернями низших передач и заднего хода.
Предлагаемое техническое решение позволяет сдвоенным сцеплением попарно переключать передачи (6 и 5, 4 и 3, 2 и 1) практически без разрыва потока мощности, что облегчает процесс управления транспортным средством и повышает его проходимость. Объединение двух шестерен трубчатого выходного вала в блок позволяет организовать их работу в режиме делителя и увеличить диапазон КП за счет трехпарного зацепления шестерен на низших передачах.
На фиг.1 изображена кинематическая схема шестиступенчатой несоосной РК 6R2 (6 передач переднего хода и 2 заднего хода) со сдвоенным сцеплением и дифференциалом. В нижней части (под фиг.1) отмечены номера пар шестерен.
На фиг.2 изображена лучевая диаграмма РК 6R2 с таблицами положений сцеплений и муфт переключения на различных передачах. В верхней строке таблицы указаны номера включенных пар шестерен. На горизонтальных шкалах диаграммы в логарифмическом виде представлены величины передаточных чисел пар шестерен и передач. Над верхней горизонталью обозначены номера передач переднего хода. (6-1), под нижней горизонталью - передачи заднего хода (2R, 1R). На крайних горизонталях величина передаточных чисел приведена к выходному трубчатому валу, т.0 на средней горизонтали - к входному валу. Номера пар шестерен указаны на лучах. Наклон луча направо указывает на замедляющий режим работы пары шестерен, чем положе луч, тем больше передаточное число. Наклон луча налево характеризует ускоряющий режим работы пары шестерен. Наклон луча каждой пары шестерен постоянный на любом участке лучевой диаграммы.
Предлагаемое устройство состоит из корпуса РК 1 и корпуса сдвоенного сцепления 2, в их опорах соосно расположены входной 3 и первичный 4 валы, а также параллельно им расположенный выходной трубчатый вал 5. На первичном валу 4 свободно установлен ведущий трубчатый вал 6 с закрепленной на нем шестерней 7. Ведущие шестерни 8-11 жестко закреплены на первичном валу 4. Ведомые шестерни 12-16 свободно установлены на выходном трубчатом валу 5. Ведущая шестерня заднего хода 11 зацеплена с ведомой шестерней 16 через дополнительную шестерню заднего хода 17, которая установлена на оси 18, расположенной между первичным 4 и выходным трубчатым 5 валами. Шестерни 12 и 13 объединены в блок 19 и зацеплены с шестернями 7 ведущего трубчатого вала 6 и 8 первичного вала 4. Шестерни 9 и 10 первичного вала 4 зацеплены соответственно с шестернями 15 и 16 выходного трубчатого вала 5. Между шестернями 13 и 14 расположена первая трехпозиционная муфта 20 (А) выходного трубчатого вала 5. Вторая трехпозиционная муфта 21 (В) выходного трубчатого вала 5 расположена между шестернями 15 и 16. На входном валу 3 закреплен кожух 22 сдвоенного сцепления, в нем расположены ведущие диски 23 сцеплений. Ведомые диски 24 левого сцепления (Л) установлены на первичном валу 4, а ведомые диски 25 правого сцепления (П) установлены на ведущем трубчатом валу 6. Нажимное устройство, прижимающее ведущие и ведомые диски при включении сцеплений, не показано. Корпус 26 с водилом 27 дифференциала закреплен на выходном трубчатом валу 5. Сателлиты 28 установлены на водиле 27 и зацеплены с шестернями 29 и 30, которые установлены на валах 31 и 32 привода переднего и заднего ведущих мостов. Муфта блокировки дифференциала 33 расположена на зубчатом венце 34 выходного трубчатого вала 5 или зубчатом венце 35 вала 32.
На фиг.1 показан узел деления потока мощности в виде симметричного конического дифференциала. Узел деления потока мощности может быть любым: симметричным и несимметричным дифференциалом, с коническими или цилиндрическими шестернями, типа Torsen, многодисковые муфты и т.д. Узел деления потока мощности может быть расположен как на выходе РК, так и внутри агрегата. Компоновка дифференциала внутри корпуса РК приведет к увеличению его габаритов. При использовании современных компактных синхронизаторов, например, фирмы ZF, расстояние между шестернями уменьшается, РК будет иметь минимальные габаритные размеры.
Между входным валом 3 и кожухом 22 сдвоенного сцепления возможна установка зубчатой передачи (цилиндрической, конической, гипоидной и т.п.).
На выходе первичного вала 4 возможна установка ВОМ (вала отбора мощности).
РК работает следующим образом: сдвоенное сцепление срабатывает при каждом переключении, которое происходит практически без разрыва потока мощности. Муфта 20 (А) изменяет свое положение после двух переключений, а муфта 21 (В) - после четырех последовательных переключений высших передач. Муфта 33 блокировки дифференциала 26 при разомкнутом состоянии зубчатых венцов 34 и 35 не ограничивает работу дифференциала. В этом случае симметричный дифференциал распределяет крутящий момент поровну, но по худшим сцепным условиям колес ведущих мостов с дорогой, на корпусе дифференциала 26 будет удвоенный момент по минимальным сцепным условиям. Для повышения проходимости транспортного средства в плохих дорожных условиях дифференциал блокируют, смещая муфту 33 и замыкая ей зубчатые венцы 34 и 35. В этом случае крутящий момент и сила тяги на колесах ведущих мостов будет определяться сцепными условиями колес каждого моста с дорогой и на корпусе дифференциала 26 будет сумма крутящих моментов от валов 31 и 32.
При колесной формуле транспортного средства 6x6 применяют несимметричный дифференциал, в этом случае от солнечного колеса дифференциала на вал 31 привода переднего ведущего моста будет распределяться 1/3 крутящего момента корпуса дифференциала, а от эпициклического колеса на вал 32 привода мостов задней тележки - 2/3 крутящего момента.
Первая передача
Включаем правое сцепление (П), муфта А (20) в нейтральном положении (Н), муфта В (21) в левом (Л) (см. на фиг.2, верхняя таблица над т.1). Включены 1-я, 2-я и 4-я пары шестерен.
Крутящий момент от ведомых дисков 25 правого сцепления (П) передается на ведущий трубчатый вал 6, на паре шестерен 7-12, по блоку 19, по паре шестерен 13-8, первичному валу 4, на пару шестерен 10-15 и муфтой B (21) на выходной трубчатый вал 5, на корпус дифференциала 26, от водила 27 и сателлитов 28 на шестерни 29 и 30, от них соответственно на валы 31 и 32 привода ведущих мостов.
На лучевой диаграмме (см. фиг.2) эта передача представлена тремя лучами: из т.0 на средней горизонтали крутой луч 1п направо вверх к верхней горизонтали, затем крутой луч 2п направо вниз к средней горизонтали, далее пологий луч 4п направо вверх к т.1.
Вторая передача
Включаем левое сцепление (Л), остальные муфты в прежнем положении. Выключаем из работы 1-ю и 2-ю пары шестерен.
Крутящий момент от ведомых дисков 24 левого сцепления (Л) передается на первичный вал 4, далее как на первой передаче.
На лучевой диаграмме передача представлена пологим лучом 4п из т.0 на средней горизонтали направо вверх к т.2 верхней горизонтали.
Третья передача
Сцепление как на первой передаче, муфту A переключаем в правое положение (П), а муфту В - в нейтральное (Н). Включены 1-я, 2-я и 3-я пары шестерен.
Крутящий момент как на первой передаче от ведущего трубчатого вала 6 передается парой шестерен 7-12, по блоку 19, по паре шестерен 13-8, первичному валу 4, затем на пару шестерен 9-14 и муфтой A (20) на выходной трубчатый вал 5 и дифференциал 26.
На лучевой диаграмме эта передача представлена тремя лучами: из т.0 на средней горизонтали крутой луч 1п направо вверх к верхней горизонтали, затем крутой луч 2п направо вниз к средней горизонтали, далее крутой луч 3п направо вверх к т.3.
Четвертая передача
Включаем левое сцепление (Л), остальные муфты в прежнем положении. Выключаем из работы 1-ю и 2-ю пары шестерен.
От левого сцепления крутящий момент как на второй передаче передается на первичный вал 4, далее как на третьей передаче.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 3п из т.0 на средней горизонтали направо вверх к т.4 на верхней горизонтали.
Пятая передача
Включаем правое сцепление (П), муфту А переводим в правое положение (П). Работает 1-я пара шестерен.
Крутящий момент передается от первичного вала 4 парой шестерен 7-12, по блоку 19 и муфтой 20 (А) на выходной трубчатый вал 5 и дифференциал 26.
На лучевой диаграмме этой передаче соответствует крутой луч 1п из т.0 на средней горизонтали направо вверх к т.5 на верхней горизонтали.
Шестая передача
Включаем левое сцепление (Л), остальные муфты в прежнем положении. Работает 2-я пара шестерен.
От левого сцепления крутящий момент поступает на первичный вал 4, далее парой шестерен 8-13 и муфтой 20 (А) на выходной трубчатый вал 5 и дифференциал 26.
На лучевой диаграмме эта передача представлена крутым лучом 2п налево вверх из т.0 на средней горизонтали к т.6 на верхней горизонтали.
Первый задний ход - 1R
Включаем правое сцепление (П), муфту A переключаем в нейтральное положение (Н), муфту B - в правое положение (П). Включены 1-я и 2-я пары шестерен, а также ряд шестерен заднего хода R.
Крутящий момент до первичного вала 4 поступает как на первой и третьей передачах переднего хода, далее по ряду шестерен заднего хода 11-17-16, муфтой B (21) на выходной трубчатый вал 5 и дифференциал 26.
На лучевой диаграмме эта передача представлена тремя лучами: из т.0 на средней горизонтали крутой луч 1п направо вверх к верхней горизонтали, затем крутой луч 2п направо вниз к средней горизонтали, далее пологий луч R вниз направо на нижнюю горизонталь к т.1R.
Второй задний ход - 2R
Включаем левое сцепление (Л), муфты остаются в прежнем положении.
Крутящий момент до первичного вала 4 поступает как на второй, четвертой и шестой передачах переднего хода, далее как на предыдущей передаче.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом R вниз направо на нижнюю горизонталь к т.2R.
Обозначения
1 - корпус РК,
2 - корпус сдвоенного сцепления;
3 - входной вал,
4 - первичный вал,
5 - выходной трубчатый вал,
6 - ведущий трубчатый вал,
7 - шестерня ведущего трубчатого вала 6,
8-11 - ведущие шестерни, закрепленные на первичном валу 4;
12-16 - ведомые шестерни, свободно установленные на выходном трубчатом валу 5,
17 - дополнительная шестерня заднего хода, установленная на оси,
18 - ось дополнительной шестерни заднего хода 17,
19 - блок шестерен 12 и 13 выходного трубчатого вала 5;
20 (А) - первая трехпозиционная муфта выходного трубчатого вала 5, расположенная между шестернями 13 и 14;
21 (В) - вторая трехпозиционная муфта выходного вала 5, расположенная между шестернями 15 и 16;
22 - кожух сдвоенного сцепления,
23 - ведущие диски сцепления 22,
24 - ведомые диски левого (Л) сцепления 22, установленные на первичном валу 4,
25 - ведомые диски правого (П) сцепления 22, установленные на ведущем трубчатом валу 6,
26 - корпус дифференциала,
27 - водило дифференциала,
28 - сателлиты,
29, 30 - шестерни валов привода ведущих мостов,
31 - вал привода переднего ведущего моста,
32 - вал привода заднего ведущего моста,
33 - муфта блокировки дифференциала,
34 - зубчатый венец выходного трубчатого вала 5,
35 - зубчатый венец вала 32 привода заднего ведущего моста.