ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ
HYDROMECHANIC TRANSMISSION

Изобретение относится к области автотранспортного машиностроения и касается конструкции ступенчатой планетарной коробки передач, которая может быть использована в автоматических трансмиссиях, управляемых с помощью электронного блока и гидравлики и предназначенных для транспортных средств.
Крутящий момент и частота вращения двигателя преобразуются трансмиссией в соответствии с изменением условий движения транспортного средства для обеспечения движения транспортного средства как вперед, так и назад.
В состав автоматической трансмиссии входит гидродинамический преобразователь крутящего момента (гидротрансформатор), в котором кинетическая энергия рабочей жидкости используется для передачи крутящего момента от коленчатого вала двигателя на входное звено коробки передач. Далее расположена, как правило, коробка передач планетарного типа, обеспечивающая изменение крутящего момента на движителе и его частоты вращения. Коробка передач также включает в себя элементы управления, например фрикционные или зубчатые, которые по своему назначению делятся на две группы: тормоза и муфты. Муфты соединяют элементы планетарного механизма между собой. Тормоза соединяют элементы планетарного механизма с картером коробки передач.
Известна гидромеханическая коробка передач (заявка РСТ № WO 2012052330, опубликована 26.04.2012), содержащая гидродинамический преобразователь крутящего момента, четыре планетарных ряда и пять управляющих элементов (четыре тормоза и одну муфту), в которой за счет совместного включения двух элементов управления на каждой передаче удается получить шесть передач переднего хода и одну передачу заднего хода.
Анализ развития автоматических коробок передач показывает, что шесть или даже семь передач не устраивает производителей автомобилей, поскольку не обеспечивает в достаточной степени плавности при переключении передач. Поэтому в настоящее время существует потребность в кинематических схемах гидромеханических планетарных коробок передач с восемью и более передачами. При этом предпочтительно не увеличивать потери мощности при ее передаче от двигателя к ведущим колесам. Одним из основных факторов, влияющих на величину потерь в коробке передач, в случае использования в качестве управляющих элементов фрикционных муфт и фрикционных тормозов, является количество фрикционных элементов, находящихся в выключенном состоянии. Чем меньше таких элементов, тем выше КПД коробки передач.
В коробке-прототипе удается получить шесть передач переднего хода и одну передачу заднего хода за счет попарного включения пяти фрикционных элементов управления звеньями планетарных рядов.
Техническим результатом, на получение которого направлено настоящее изобретение является расширение арсенала технических средств, а также увеличение числа передач, реализуемых в коробке при аналогичном числе планетарных рядов, и без увеличения потерь в элементах управления, то есть при сохранении числа элементов, находящихся в выключенном состоянии для каждой реализуемой передачи.
Указанный технический результат достигается тем, что в гидромеханической коробке передач, содержащей гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор с управляющими элементами в виде управляемых тормозов и муфт, коронная шестерня (эпицикл) третьего планетарного ряда связана с выходным звеном и через муфту с водилом четвертого планетарного ряда, коронная шестерня четвертого планетарного ряда связана с водилом третьего планетарного ряда, с картером коробки передач - через тормоз, с солнечной шестерней четвертого планетарного ряда, соединенной с солнечной шестерней первого планетарного ряда и входным звеном, через муфту, солнечная шестерня третьего планетарного ряда, связанная с коронной шестерней второго планетарного ряда, соединена муфтой с водилом первого планетарного ряда, водило первого планетарного ряда связано с картером коробки передач тормозом, коронная шестерня первого планетарного ряда связана с водилом второго планетарного ряда, входное звено связано с выходным звеном гидродинамического преобразователя крутящего момента.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Фиг.1 - кинематическая схема гидромеханической девятиступенчатой коробки передач для трансмиссии транспортного средства.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата приведенной совокупностью признаков.
Согласно изобретению гидромеханическая коробка передач, содержащая гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор с управляющими элементами в виде управляемых тормозов и муфт, в котором коронная шестерня (эпицикл) третьего планетарного ряда связана с выходным звеном и через муфту с водилом четвертого планетарного ряда, коронная шестерня четвертого планетарного ряда связана с водилом третьего планетарного ряда, с картером коробки передач - через тормоз, с солнечной шестерней четвертого планетарного ряда, соединенной с солнечной шестерней первого планетарного ряда и входным звеном, через муфту, солнечная шестерня третьего планетарного ряда, связанная с коронной шестерней второго планетарного ряда, соединена муфтой с водилом первого планетарного ряда, водило первого планетарного ряда связано с картером коробки передач тормозом, коронная шестерня первого планетарного ряда связана с водилом второго планетарного ряда, входное звено связано с выходным звеном гидродинамического преобразователя крутящего момента.
Ниже приводится пример конкретного исполнения гидромеханической коробки передач для автоматической трансмиссии, например, легкового автомобиля повышенной проходимости.
Автоматическая коробка передач, реализующая девять передач переднего хода и одну передачу заднего хода, содержит картер 19, входное звено 20, выходное звено 21, гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор, в состав которого входят четыре планетарных ряда, три управляемые муфты и три управляемых тормоза.
В коробке передач, согласно изобретению, планетарный редуктор состоит из четырех планетарных рядов. Первый планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 3, водила 2 сателлитов и коронной шестерни 1 (эпицикла). Второй планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 6, водила 5 сателлитов и коронной шестерни 4 (эпицикла). Третий планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 9, водила 8 сателлитов и коронной шестерни 7 (эпицикла). Четвертый планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 12, водила 11 сателлитов и коронной шестерни 10 (эпицикла).
Входное звено 20 соединено с выходным звеном гидродинамического преобразователя крутящего момента 22, с солнечной шестерней 3 первого планетарного ряда и с солнечной шестерней 12 четвертого планетарного ряда. Выходное звено 21 связано с коронной шестерней 7 третьего планетарного ряда. Коронная шестерня 1 первого планетарного ряда связана с водилом 5 второго планетарного ряда. Тормоз 13 соединяет водило первого ряда 2 с картером коробки передач 19. Тормоз 14 соединяет солнечную шестерню 6 с картером коробки передач 19. Тормоз 15 соединяет связанные между собой водило 8 третьего планетарного ряда и коронную шестерню 10 четвертого планетарного ряда. Муфта 16 соединяет солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда, связанную с солнечной шестерней 3 первого планетарного ряда и с входным звеном 20, с коронной шестерней 10 четвертого планетарного ряда, связанной с водилом 8 третьего планетарного ряда. Муфта 17 соединяет водило 11 четвертого планетарного ряда со связанными между собой коронной шестерней 7 третьего планетарного ряда и выходным звеном 21. Муфта 18 соединяет солнечную шестерню 3 первого планетарного ряда со связанными между собой коронной шестерней 4 второго планетарного ряда и солнечной шестерней 9 третьего планетарного ряда.
Такое выполнение коробки передач позволяет получить девять передач переднего хода и одну передачу заднего хода, используя для этого четыре планетарных ряда и шесть элементов управления. При этом в предлагаемой схеме не происходит разрыва мощности при переключении передач.
Предлагаемая, согласно изобретению, автоматическая коробка передач работает следующим образом.
После начала движения транспортного средства последовательным переключением передач от 1-й до 9-й осуществляется его разгон до требуемой скорости движения. При нахождении коробки передач в нейтральном положении ни один из элементов управления не включен.
На первой передаче переднего хода включаются тормоза 13, 14 и 15, то есть угловые скорости водила 2 первого планетарного ряда, солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда и связанных между собой водила 8 третьего планетарного ряда и коронной шестерни 10 четвертого планетарного ряда равны нулю.
Крутящий момент с входного звена 20 поступает на связанную с ним солнечную шестерню 3 первого планетарного ряда, откуда следует на коронную шестерню 1 первого планетарного ряда и связанное с ним водило 5 второго планетарного ряда. Далее от водила 5 второго планетарного ряда поток крутящего момента передается коронной шестерне 4 второго планетарного ряда и связанной с ней солнечной шестерне 9 третьего планетарного ряда и затем коронной шестерне 7 третьего планетарного ряда, связанной непосредственно с выходным звеном 21.
При переключении на вторую передачу переднего хода тормоз 14 выключается и включается муфта 17, тормоза 13 и 15 остаются включенными. Таким образом, угловые скорости водила 2 первого планетарного ряда и связанных между собой водила 8 третьего планетарного ряда и коронной шестерни 10 четвертого планетарного ряда равны нулю. При этом угловая скорость водила 11 четвертого планетарного ряда равна угловой скорости связанных между собой коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда и выходного звена 21.
Крутящий момент с входного звена 20 поступает на связанную с ним солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда, откуда следует на водило 11 четвертого планетарного и затем через муфту 17 на коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда, непосредственно связанную с выходным звеном 21.
При переключении на третью передачу переднего хода выключается тормоз 15 и включается тормоз 14, муфта 17 и тормоз 13 остаются включенными. Таким образом, угловые скорости водила 2 первого планетарного ряда, солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда равны нулю. При этом угловая скорость водила 11 четвертого планетарного ряда равна угловой скорости связанных между собой коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда и выходного звена 21.
Крутящий момент с входного звена 20 поступает на связанную с ним солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда, затем на водило 11 четвертого планетарного ряда, откуда через муфту 17 поступает на коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от коронной шестерни 7 поступает на водило 8 третьего планетарного ряда, где разделяется и следует через связанную с водилом 8 третьего планетарного ряда коронную шестерню 10 четвертого планетарного ряда на водило 11 четвертого планетарного ряда, где объединяется с первоначальным потоком крутящего момента. Еще один поток мощности от водила 8 третьего планетарного ряда следует на солнечную шестерню 9 третьего планетарного ряда и на связанную с ней коронную шестерню 4 второго планетарного ряда, откуда передается на водило 5 второго планетарного ряда и связанную с ним коронную шестерню 1 первого планетарного ряда и затем солнечной шестерне 3 первого планетарного ряда, связанной с входным звеном 20, где объединяется с первоначальным потоком крутящего момента. Второй поток крутящего момента от коронной шестерни 10 четвертого планетарного ряда поступает на непосредственно связанное с ним выходное звено 21.
При переключении на четвертую передачу переднего хода выключается тормоз 14 и включается муфта 18, тормоз 13 и муфта 17 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость водила 2 первого планетарного ряда равна нулю. При этом угловая скорость водила 11 четвертого планетарного ряда равна угловой скорости связанных между собой коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда и выходного звена 21, угловая скорость водила 2 первого планетарного ряда равна угловой скорости связанным между собой коронной шестерни 4 второго планетарного ряда и солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда.
Крутящий момент с входного звена 20 поступает на связанную с ним солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда, затем на водило 11 четвертого планетарного ряда, откуда через муфту 17 поступает на коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от коронной шестерни 7 поступает на водило 8 третьего планетарного ряда, затем следует через связанную с водилом 8 третьего планетарного ряда коронную шестерню 10 четвертого планетарного ряда на водило 11 четвертого планетарного ряда, где объединяется с первоначальным потоком крутящего момента. Второй поток крутящего момента от коронной шестерни 10 четвертого планетарного ряда поступает на непосредственно связанное с ним выходное звено 21.
При переключении на пятую передачу переднего хода выключается тормоз 13 и включается тормоз 14, муфты 17 и 18 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда равна нулю. При этом угловая скорость водила 11 четвертого планетарного ряда равна угловой скорости связанных между собой коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда и выходного звена 21, угловая скорость водила 2 первого планетарного ряда равна угловой скорости связанным между собой коронной шестерни 4 второго планетарного ряда и солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда.
Крутящий момент с входного звена 20 поступает на связанную с ним солнечную шестерню 3 первого планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда поступает на водило 2 первого планетарного ряда, откуда через муфту 18 следует на коронную шестерню 4 второго планетарного ряда, где вновь разделяется на два потока. Первый поток от коронной шестерни 4 второго планетарного ряда поступает на водило 5 второго планетарного ряда и на связанную с ним коронную шестерню 1 первого планетарного ряда, откуда следует на водило 2 первого планетарного ряда, где объединяется с первым потоком крутящего момента, следующим от солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда. Второй поток крутящего момента, следующий от коронной шестерни 4 второго планетарного ряда, поступает на связанную с ней солнечную шестерню 9 третьего планетарного ряда, откуда передается водилу 8 третьего планетарного ряда и на связанную с коронную шестерню 10 четвертого планетарного ряда. Далее этот поток поступает на водило 11 четвертого планетарного ряда, где объединяется со вторым потоком крутящего момента, следующим от солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда через связанную с ней солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда и затем поступающим на водило 11 четвертого планетарного ряда. Сформировавшийся на водиле 11 четвертого планетарного ряда поток крутящего момента через муфту 17 поступает на коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда поступает на водило 8 третьего планетарного ряда, где объединяется со вторым потоком крутящего момента, следующим от коронной шестерни 4 второго планетарного ряда через связанную с ней солнечную шестерню 9 третьего планетарного ряда и затем попадающим на водило 8 третьего планетарного ряда. Второй поток крутящего момента от коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда поступает на непосредственно связанное с ней выходное звено 21.
При переключении на шестую передачу переднего хода выключается тормоз 14 и включается муфта 16, муфты 17 и 18 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость водила 11 четвертого планетарного ряда равна угловой скорости связанных между собой коронной шестерни 7 третьего планетарного ряда и выходного звена 21, угловая скорость водила 2 первого планетарного ряда равна угловой скорости связанным между собой коронной шестерни 4 второго планетарного ряда и солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда, угловая скорость связанных между собой коронной шестерни 10 четвертого планетарного ряда и водила 8 третьего планетарного ряда равна угловой скорости солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда, связанной с солнечной шестерней 3 первого планетарного ряда и входным звеном 20.
Крутящий момент на входном звене 20 разделяется на два потока. Первый поток поступает через муфту 16 на коронную шестерню 10 четвертого планетарного ряда, откуда следует на водило 11 четвертого планетарного ряда, где объединяется со вторым потоком крутящего момента, следующим от входного звена 20 через солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда на водило 11 четвертого планетарного ряда. Сформировавшийся на водиле 11 четвертого планетарного ряда поток крутящего момента через фрикционную муфту 17 поступает на выходное звено 21.
При переключении на седьмую передачу переднего хода выключается муфта 17 и включается тормоз 14, муфты 16 и 18 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость водила 2 первого планетарного ряда равна угловой скорости связанным между собой коронной шестерни 4 второго планетарного ряда и солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда, угловая скорость связанных между собой коронной шестерни 10 четвертого планетарного ряда и водила 8 третьего планетарного ряда равна угловой скорости солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда, связанной с солнечной шестерней 3 первого планетарного ряда и входным звеном 20. При этом угловая скорость солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда равна нулю.
Крутящий момент с входного звена 20 поступает через муфту 16 на водило 8 третьего планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток крутящего момента от водила 8 третьего планетарного ряда поступает на солнечную шестерню 9 третьего планетарного ряда и связанную с ней коронную шестерню 4 второго планетарного ряда, откуда следует через муфту 18 на водило 2 первого планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от водила 2 первого планетарного ряда поступает на солнечную шестерню 3 первого планетарного  ряда и связанное с ней входное звено 20, где объединяется с первоначальным потоком крутящего момента. Второй поток от водила 2 первого планетарного ряда поступает на коронную шестерню 1 первого планетарного ряда и на связанное с ним водило 5 второго планетарного ряда, откуда следует на коронную шестерню 4 второго планетарного ряда, где объединяется с первым потоком крутящего момента, движущимся от водила 8 третьего планетарного ряда через солнечную шестерню 9 третьего планетарного ряда, связанную непосредственно с коронной шестерней 4 второго планетарного ряда. Второй поток крутящего момента от водила 8 третьего планетарного ряда передается коронной шестерне 7 третьего планетарного ряда, непосредственно связанной с выходным звеном 21.
При переключении на восьмую передачу переднего хода выключается тормоз 14 и включается тормоз 13, муфты 16 и 18 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость водила 2 первого планетарного ряда равна угловой скорости связанным между собой коронной шестерни 4 второго планетарного ряда и солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда, угловая скорость связанных между собой коронной шестерни 10 четвертого планетарного ряда и водила 8 третьего планетарного ряда равна угловой скорости солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда, связанной с солнечной шестерней 3 первого планетарного ряда и входным звеном 20. При этом угловая скорость водила 2 первого планетарного ряда равна нулю.
Крутящий момент от входного звена 20 поступает через муфту 16 на водило 8 третьего планетарного ряда, откуда следует на коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда и непосредственно связанное с ней выходное звено 21.
При переключении на девятую передачу переднего хода выключается муфта 18 и включается тормоз 14, муфта 16 и тормоз 13 остаются включенными. Таким образом, угловые скорости водила 2 первого планетарного ряда и солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда равны нулю. При этом угловая скорость связанных между собой коронной шестерни 10 четвертого планетарного ряда и водила 8 третьего планетарного ряда равна угловой скорости солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда, связанной с солнечной шестерней 3 первого планетарного ряда и входным звеном 20.
Крутящий момент с входного звена 20 поступает на связанную с ним солнечную шестерню 3 первого планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда поступает на коронную шестерню 1 первого планетарного ряда и на связанное с ним водило 5 второго планетарного ряда, откуда следует на коронную шестерню 4 второго планетарного ряда и на связанную с ней солнечную шестерню 9 третьего планетарного ряда и затем на водило 8 третьего планетарного ряда, где объединяется со вторым потоком крутящего момента от солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда, проходящим через муфту 16 на водило 8 третьего планетарного ряда. Сформировавшийся на водиле 8 третьего планетарного ряда поток мощности следует на коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда и непосредственно связанное с ней выходное звено 21.
На передаче заднего хода включаются тормоза 14 и 15 и муфта 18. Таким образом, угловые скорости солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда и связанных между собой водила 8 третьего планетарного ряда и коронной шестерни 10 четвертого планетарного ряда равны нулю. При этом угловая скорость водила 2 первого планетарного ряда равна угловой скорости связанным между собой коронной шестерни 4 второго планетарного ряда и солнечной шестерни 9 третьего планетарного ряда.
Крутящий момент с входного звена 20 поступает на связанную с ним солнечную шестерню 3 первого планетарного ряда, откуда следует на водило 2 первого планетарного ряда и затем через муфту 18 на коронную шестерню 4 второго планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от коронной шестерни 4 второго планетарного ряда следует на водило 5 второго планетарного ряда и связанную с ним коронную шестерню 1 первого планетарного ряда и затем на водило 2 первого планетарного ряда, где объединяется с первоначальным потоком крутящего момента. Второй поток крутящего момента от коронной шестерни 4 второго планетарного ряда следует на связанную с ней солнечную шестерню 9 третьего планетарного ряда, откуда поступает на коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда и связанное с ним непосредственно выходное звено 21.
Изменение схемы и последовательности совместного включения элементов управления позволяет добиться заявленного технического результата и значительного расширения кинематического диапазона коробки передач, а также того, что при переключении отсутствует разрыв мощности. Кроме того, благодаря этому удается улучшить динамические характеристики коробки передач и увеличить ее долговечность.
Настоящее изобретение промышленно применимо, так как для его реализации не требуется специальной новой технологии и специального оборудования, кроме тех, что используются в машиностроении в производстве редукторов, в том числе и планетарных.