КОРОБКА ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПЕРЕДАЧ СО СКОЛЬЗЯЩЕЙ ШЕСТЕРНЕЙ
GEAR SHIFT BOX WITH SLIDING GEAR

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к скользящей шестерне для коробки переключения передач в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения и к коробке переключения передач в соответствии с ограничительной частью пункта 11 формулы.
Уровень техники
Скользящая шестерня для коробки переключения передач и коробка переключения передач такого рода раскрыта в патентной заявке DE 1085042 А1. В заявке DE 1085042 A1 в качестве объекта изобретения раскрыта многоступенчатая цилиндрическая зубчатая передача с ведущим валом, на котором расположены свободно вращающиеся шестерни и скользящая шестерня, выполненная с возможностью перемещения в осевом направлении, а также с промежуточным валом, на котором расположена свободно вращающаяся шестерня и шестерня, выполненная с возможностью осевого перемещения. Скользящая шестерня и шестерня, выполненная с возможностью осевого перемещения, имеют внутренний зубчатый венец, посредством которого они входят в зацепление с ведущим или промежуточным валом при помощи направляющего зубчатого венца направляющего участка с силовым замыканием. По меньшей мере на одной стороне скользящей шестерни и шестерни, выполненной с возможностью осевого перемещения, предусмотрен переключающий зубчатый венец в форме кулачков, который можно вводить в зацепление с ответным зубчатым венцом по меньшей мере одной из вращающихся шестерней, расположенных на ведущем или промежуточном валу.
В процессе переключения передач при определенных обстоятельствах включение передачи может оказаться невозможным или потребовать значительных усилий. Последнее имеет место, например, в том случае, когда в процессе включения передачи ведущий и промежуточный валы не могут свободно вращаться друг относительно друга, а зубцы переключающего зубчатого венца скользящей шестерни и зубцы ответного зубчатого венца включаемой шестерни в положении переключения оказываются друг перед другом. Чтобы в такой ситуации сделать возможным включение передачи необходимо дополнительное относительное перемещение между переключающим зубчатым венцом скользящей шестерни и ответным зубчатым венцом включаемой шестерни. Такое относительное перемещение реализуют с помощью задействования функционального блока, подключенного к одному из валов, в частности отпускания тормоза или проворачивания ведущего вала приводом.
Раскрытие сущности изобретения
Задачей настоящего изобретения является разработка скользящей шестерни и коробки переключения передач такого рода, обеспечивающих относительное перемещение между скользящей шестерней и вводимой в зацепление шестерни без использования дополнительного внешнего привода.
Согласно изобретению, поставленную задачу решают скользящей шестерней с признаками, раскрытыми в пункте 1 формулы изобретения, и коробкой переключения передач с признаками, раскрытыми в пункте 11 формулы.
Выгодные варианты исполнения изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы.
Согласно пункту 1 предложена скользящая шестерня для коробки переключения передач с внутренним зубчатым венцом, посредством которого скользящая шестерня может перемещаться в осевом направлении по валу с направляющим участком, снабженным направляющим зубчатым венцом, а также по меньшей мере с одним расположенным на скользящей шестерне переключающим зубчатым венцом, который может быть введен в зацепление с ответным зубчатым венцом по меньшей мере одной свободно вращающейся переключающей шестерни, расположенной на валу. Для введения по меньшей мере одного переключающего зубчатого венца в зацепление с ответным зубчатым венцом по меньшей мере одной переключающей шестерни скользящая шестерня имеет встроенный проворачивающий компенсатор. Интеграция проворачивающего компенсатора в скользящую шестерню позволяет автоматически осуществлять относительное перемещение между переключающим зубчатым венцом и ответным зубчатым венцом переключающей шестерни. Задействование функционального блока, подключенного к ведущему или промежуточному валу, в частности отпускание тормоза или проворачивание ведущего вала приводом, не требуется. Таким образом, процесс переключения можно реализовать без перемещения транспортного средства. Интеграция проворачивающего компенсатора в скользящую шестерню позволяет разделить функции направления скользящей шестерни и введения переключающего зубчатого венца в зацепление с ответным зубчатым венцом по меньшей мере одной переключающей шестерни. Относительное перемещение между скользящей и переключаемой шестерней происходит при одновременно неподвижных и невращающихся валах.
Таким образом, для реализации относительного перемещения между внутренним зубчатым венцом скользящей шестерни и направляющим зубчатым венцом на валу может быть предусмотрен боковой зазор. Боковой зазор делает возможным компенсирующее перемещение скользящей шестерни относительно переключающей шестерни в окружном направлении вала, на котором с возможностью осевого перемещения расположена скользящая шестерня.
Предпочтительно, по меньшей мере один переключающий зубчатый венец расположен сбоку на скользящей шестерне.
При этом внутренний зубчатый венец должен быть установлен со смещением назад относительно переключающего зубчатого венца скользящей шестерни. Сдвинутое назад расположение внутреннего зубчатого венца позволяет осуществить проворачивающую компенсацию бокового зазора между внутренним зубчатым венцом скользящей шестерни и направляющим зубчатым венцом на направляющем участке до того, как переключающий зубчатый венец и ответный зубчатый венец по меньшей мере одной переключающей шестерни будут полностью введены в зацепление.
Предпочтительно, обращенные друг к другу торцевые поверхности переключающего зубчатого венца и/или ответного зубчатого венца по меньшей мере одной переключающей шестерни могут иметь профиль, постепенно сужающийся в осевом направлении. Сужающийся профиль торцевых поверхностей ответного зубчатого венца по меньшей мере одной переключающей шестерни и/или переключающего зубчатого венца скользящей шестерни выгоден тем, что в положении взаимного упора зубцов переключающего зубчатого венца и ответного зубчатого венца упрощается боковое сползание, возможность которого обусловлена боковым зазором между направляющим и внутренним зубчатым венцом. Таким образом, переключающий и ответный зубчатые венцы могут входить в зацепление друг с другом, для чего не требуется дополнительное, инициированное извне, движение скользящей или переключаемой шестерни.
В частности, могут быть предусмотрены устройства центрирования внутреннего зубчатого венца скользящей шестерни относительно направляющего зубчатого венца. Это позволяет центрировать боковой зазор. В этом случае центрирование скользящей шестерни может осуществляться в каждом случае на этапах переключения коробки переключения передач, на которых скользящая шестерня переходит в нейтральное положение.
Для этого центрирующие устройства могут быть выполнены в виде по меньшей мере одного подпружиненного центрирующего элемента, упирающегося в отверстие и центрирующую канавку. Для этого центрирующий элемент может иметь форму сферы или цилиндра с полусферической торцевой поверхностью, упирающейся в центрирующую канавку. Отверстие может быть выполнено в виде глухого отверстия. Для нагрузки по меньшей мере одного центрирующего элемента в отверстии, предпочтительно, расположена спиральная пружина.
Предпочтительно, в скользящей шестерне может быть выполнено по меньшей мере одно отверстие, а на направляющем участке может быть выполнена по меньшей мере одна центрирующая канавка. Для этого отверстие по технологическим причинам может быть наклонено к продольной оси скользящей шестерни.
В альтернативном варианте на направляющем участке может быть выполнено, по меньшей мере, одно отверстие, а в скользящей шестерне выполнена центрирующая канавка. Этот вариант представляется менее затратным с точки зрения изготовления.
Кроме того, поставленную задачу решают коробкой переключения передач, выполненной в виде многоступенчатой цилиндрической зубчатой передачи и содержащей по меньшей мере два предварительно напряженных вала, причем на одном валу расположены свободно вращающиеся переключающие шестерни, входящие в зацепление с шестернями на другом валу, а также по меньшей мере одной скользящей шестерней, выполненной с возможностью осевого перемещения и введения в зацепление с ответным зубчатым венцом по меньшей мере одной расположенной на валу свободно вращающейся шестерни посредством переключающего зубчатого венца, расположенного по меньшей мере на одной стороне скользящей шестерни, отличающейся тем, что скользящая шестерня выполнена по одному из пунктов 1-10. Такая схема выгодна тем, что интеграция проворачивающего компенсатора в скользящую шестерню позволяет обойтись без дорогостоящих компонентов. В процессе переключения автоматически выполняется относительное перемещение между скользящей и переключающей шестерней без задействования дополнительного функционального блока.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение детально раскрывается ниже на основании вариантов исполнения со ссылкой на фигуры, на которых изображено:
Фигура 1: аксонометрическое изображение коробки переключения передач на виде в разрезе.
Фигура 2: вид коробки переключения передач в нейтральном положении и разрез коробки переключения передач по линии А-А со скользящей шестерней согласно первому варианту исполнения.
Фигура 3: вид коробки переключения передач в нейтральном положении и разрез коробки переключения передач по линии В-В со скользящей шестерней согласно второму варианту исполнения.
Фигура 4: вид частичного разреза скользящей шестерни согласно первому варианту исполнения, изображенному на фигуре 2.
Фигура 5: свободно вращающаяся шестерня коробки переключения передач на виде в аксонометрии.
Осуществление изобретения
На фигуре 1 в аксонометрии изображен частичный разрез коробки 1 переключения передач. Коробка 1 переключения передач в представленном варианте исполнения выполнена в виде трехступенчатой цилиндрической зубчатой передачи. Коробка 1 переключения передач содержит приводной вал 2 и промежуточный вал 3. На промежуточном валу 3 с возможностью свободного вращения расположена первая шестерня 4 и вторая шестерня 5. Для этого первую шестерню 4 и вторую шестерню 5 сажают на промежуточный вал 3 с помощью соответствующих подшипников 6. Между первой шестерней 4 и второй шестерней 5 находится скользящая шестерня 7 с торцевым зубчатым венцом, выполненная с возможностью осевого перемещения под действием переключающего устройства. На приводном валу 2 без возможности вращения расположены третья шестерня 8, четвертая шестерня 9 и пятая шестерня 10. Третья шестерня 8 входит в зацепление со свободно вращающейся первой шестерней 4, в то время как пятая шестерня 10 входит в зацепление со свободно вращающейся второй шестерней 5.
Между первой шестерней 4 и второй шестерней 5 на промежуточном валу 3 находится направляющий участок 11 с зубчатым профилем. Скользящая шестерня 7 установлена с возможностью осевого смещения вдоль этого направляющего участка 11. Посредством направляющего участка 11 скользящую шестерню 7 соединяют с промежуточным валом 3 с силовым замыканием. Направляющий участок 11 содержит по меньшей мере одну центрирующую канавку 12, проходящую в осевом направлении. Центрирующая канавка 12 имеет по существу V-образное сечение. В представленном варианте исполнения на направляющем участке 11 расположены две центрирующие канавки 12, смещенные в окружном направлении промежуточного вала 3 на угол 180° друг относительно друга. В зацепление с такими центрирующими канавками 12 на направляющем участке 11 входят устройства 13 центрирования, встроенные в скользящую шестерню 7. Каждое устройство 13 центрирования содержит отверстие 14, выполненное в скользящей шестерне 7, пружинный элемент 15 и центрирующий элемент 16. Пружинный элемент 15 опирается на дно отверстия 14 и нагружает центрирующий элемент 16 усилием пружины, вдавливающей центрирующий элемент 16 в центрирующую канавку 12. Центрирующий элемент 15 может иметь форму сферы (см. фиг. 2) или цилиндра с полусферической торцевой поверхностью, находящейся в зацеплении с центрирующей канавкой 12. Пружинный элемент 15 выполнен в виде нажимной пружины.
Канал отверстия 14 внутри скользящей шестерни 7 наклонен к центрирующей канавке 12. На сторонах скользящей шестерни 7, обращенных к свободно вращающимся шестерням 4 и 5, находятся соответствующие переключающие зубчатые венцы 17а, 17b, которые в зависимости от переключающего положения коробки 1 переключения передач входят в зацепление с ответными зубчатыми венцами 18а, 18b свободно вращающихся шестерней 4, 5 в целях реализации силового замыкания между первой шестерней 4 и третьей шестерней 8 или второй шестерней 5 и пятой шестерней 10.
Как показано на фигуре 1, расположенные сбоку переключающие зубчатые венцы 17а и 17b имеют различное исполнение. Переключающий зубчатый венец 17b скользящей шестерни 7, обращенный к свободно вращающейся шестерне 5, выполнен в виде зубчатого венца, расположенного снаружи цилиндрического участка. Напротив, переключающий зубчатый венец 17а скользящей шестерни 7, обращенный к свободно вращающейся шестерне 4, выполнен в виде внутреннего зубчатого венца цилиндрического участка. Соответственно, свободно вращающаяся шестерня 5 содержит ответный зубчатый венец 18b, выполненный в виде внутреннего зубчатого венца, в то время как свободно вращающаяся шестерня 4 содержит ответный зубчатый венец 18а, выполненный в виде внешнего зубчатого венца. Разумеется, возможны варианты, в которых скользящая шестерня 7 будет иметь только внешние или внутренние зубчатые венцы, в то время как ответные зубчатые венцы переключаемых шестерней 4, 5 выполнены комплементарными.
На фигуре 2 изображена коробка 1 переключения передач в нейтральном положении, в котором скользящая шестерня 7 находится между третьей шестерней 8 и четвертой шестерней 9, а также разрез коробки 1 переключения передач вдоль линии А-А со скользящей шестерней 7 по первому варианту исполнения.
По окружности направляющего участка 11 промежуточного вала 3 расположен направляющий зубчатый венец 19. Скользящая шестерня 7 имеет ответный внутренний зубчатый венец 20, входящий в зацепление с направляющим зубчатым венцом 19 направляющего участка 11. В результате, независимо от осевого положения скользящей шестерни 7 на промежуточном валу 3, между промежуточным валом 3 и скользящей шестерней 7 возникает соединение с силовым замыканием. В показанном переключающем положении переключающий зубчатый венец 17а скользящей шестерни 7 можно ввести в зацепление с ответным зубчатым венцом 18а свободно вращающейся шестерни 4 посредством осевого перемещения в направлении свободно вращающейся шестерни 4. Таким образом, свободно вращающуюся шестерню 4 вводят в силовое замыкание с этой ответной шестерней 8 на приводном валу 2. Таким образом, включают третью из трех ступеней передачи. Осевое смещение скользящей шестерни 7 в направлении шестерни 9, предназначенное для введения скользящей шестерни 7 в зацепление с ней, включает вторую ступень передачи. В этом переключающем положении коробки 1 переключения передач переключающий зубчатый венец 17а, 17b, расположенный по обеим сторонам скользящей шестерни 7, не входит в зацепление ни с одним из ответных зубчатых венцов 18а, 18b свободно вращающихся шестерней 4 или 5. Первая ступень передачи включается, когда переключающий зубчатый венец 17b скользящей шестерни 7 вводят в зацепление с ответным зубчатым венцом 18b свободно вращающейся шестерни 5 посредством соответствующего осевого смещения скользящей шестерни 7.
На разрезе А-А согласно фигуре 2 показано расположение центрирующего устройства 13, встроенного в скользящую шестерню 7. Соответствующий пружинный элемент 15 вжимает соответствующий центрирующий элемент 16, который в показанном варианте исполнения выполнен в виде сферы, в соответствующую центрирующую канавку 12 на направляющем участке 11. Скользящая шестерня 7 в целях проведения вдоль направляющего участка 11 и создания силового замыкания с промежуточным валом 3 содержит внутренний зубчатый венец 20, посредством которого скользящая шестерня 7 входит в зацепление с направляющим зубчатым венцом 19. Как показано далее на фигуре 2, между направляющим зубчатым венцом 19 и внутренним зубчатым венцом 20 скользящей шестерни 7 в окружном направлении имеется боковой зазор, позволяющий скользящей шестерне 7 отклоняться в окружном направлении.
На фигуре 3 изображена коробка 1 переключения передач в нейтральном положении, в котором скользящая шестерня 7 находится между третьей шестерней 8 и четвертой шестерней 9, а также разрез коробки 1 переключения передач вдоль линии В-В со скользящей шестерней 7 по второму варианту исполнения.
Основная конструкция коробки 1 переключения передач согласно фигуре 3 не отличается от изображенной на фигуре 2. Единственное отличие от первого варианта исполнения заключается в ином расположении центрирующего устройства 13 и центрирующих канавок 12. В данном втором варианте исполнения центрирующее устройство 13 встроено в направляющий участок 11 промежуточного вала 3. Для этого в промежуточном валу 3 выполнено соответствующее отверстие 14, в которое установлен пружинный элемент 15 и центрирующий элемент 16, в то время как соответствующие центрирующие канавки 12 выполнены между внутренним зубчатым венцом 20 в скользящей шестерне 7. Соответствующее отверстие 14 ориентировано вертикально относительно продольной оси промежуточного вала 3.
На фигуре 4 изображен частичный вид скользящей шестерни 7 по первому варианту исполнения согласно фигуре 2. На фигуре видна часть внутреннего зубчатого венца 20, находящегося в зацеплении с направляющим зубчатым венцом 19 промежуточного вала 3. Кроме того, показано одно из центрирующих устройств 13, находящееся в зацеплении с соответствующей центрирующей канавкой 12 на направляющем участке 11. Между внутренним зубчатым венцом 20 и переключающим зубчатым венцом 17а находится кольцевой зазор 21. На радиальных торцевых поверхностях 22 переключающего зубчатого венца 17а, 17b, обращенных к соответствующему ответному зубчатому венцу 18а, 18b, предусмотрено профилирование. Торцевые поверхности 22 выполнены постепенно сужающимися. Ответный зубчатый венец 18а или 18b свободно вращающейся шестерни 4 или 5 также имеет радиальные торцевые поверхности 23, которые также постепенно сужаются, как показано на фигуре 5.
При переключении коробки 1 переключения передач скользящая шестерня 7 смещается в осевом направлении в сторону переключаемой шестерни 4, 5 на направляющем участке 11. Когда переключающий зубчатый венец 17а или 17b достигает ответного зубчатого венца 18а или 18b, при одновременно неподвижных приводном вале 2 и промежуточном вале 3 может возникнуть ситуация, в которой зубцы переключающего зубчатого венца 17а или 17b и ответного зубчатого венца 18а или 18b окажутся во взаимном упоре друг с другом. В этом случае сужение торцевых поверхностей 22 и 23 позволяет зубчатым венцам соскальзывать друг с друга в окружном направлении, чему способствует боковой зазор между направляющим зубчатым венцом 19 и внутренним зубчатым венцом 20. Такое относительное перемещение между скользящей шестерней 7 и переключаемой шестерней 4, 5 приводит к зацеплению соответствующего переключающего зубчатого венца 17а, 17b с ответным зубчатым венцом 18а, 18b без задействования дополнительного функционального блока для осуществления относительного перемещения. Перемещение переключающего зубчатого венца 17а, 17b относительно ответного зубчатого венца 18а, 18b становится возможным благодаря разделению функций направления и зацепления. Центрирование скользящей шестерни 7 в целях компенсации бокового зазора осуществляют посредством центрирующих устройств 13. На этапах переключения, на которых коробка 1 переключения передач находится в нейтральном положении, производят центрирование скользящей шестерни 7.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 коробка переключения передач
2 приводной вал
3 промежуточный вал
4 свободно вращающаяся шестерня
5 свободно вращающаяся шестерня
6 подшипник
7 скользящая шестерня
8 третья шестерня
9 четвертая шестерня
10 пятая шестерня
11 направляющий участок
12 центрирующая канавка
13 центрирующее устройство
14 отверстие
15 пружинный элемент
16 центрирующий элемент
17а переключающий зубчатый венец
17b переключающий зубчатый венец
18а ответный зубчатый венец
18b ответный зубчатый венец
19 направляющий зубчатый венец
20 внутренний зубчатый венец
21 кольцевой зазор
22 торцевая поверхность 17a
23 торцевая поверхность 18a