БЕССТУПЕНЧАТАЯ РАЗДАТОЧНАЯ КОРОБКА
STEPLESS TRANSFER BOX

Изобретение относится к бесступенчатой силовой раздаточной коробке для приведения в движение транспортных средств и/или рабочих машин с помощью двигателя внутреннего сгорания, содержащей вариатор, и суммирующую передачу, и несколько муфт, причем вариатор предоставляет в распоряжение суммирующей передачи часть мощности с непрерывно управляемой между максимальными скоростями вращения в обоих направлениях вращения выходной скоростью вращения, которая там накладывается на другую часть мощности, причем в точках синхронизации несколько диапазонов являются переводимыми один в другой, и причем суммирующая передача является четырехвальной планетарной передачей, которая имеет первое солнечное колесо в качестве первого центрального колеса, второе центральное колесо, зубчатое колесо с внутренним зацеплением, и несколько установленных на водиле планетарных колес.
Описание изобретения DE 3533193 имеет предметом изобретения подобную бесступенчатую силовую раздаточную коробку. Как вариатор, так и суммирующая передача расположены коаксиально относительно выходного вала двигателя внутреннего сгорания. Коаксиальный вариатор требует полого вала. Суммирующая передача является планетарной передачей с двумя зубчатыми колесами с внутренним зацеплением и через два других полых вала (один в другом) состоит в соединении с размещенными с выходной стороны муфтами. Суммирующая передача и полые валы являются очень затратными, прежде всего наружный из обоих, вставленных один в другой полых валов, имеющий большой диаметр. Особенным недостатком являются находящиеся со стороны отбора мощности муфты, которые рассчитаны на выходной момент всей коробки и поэтому нуждаются в очень большом монтажном пространстве. Наконец, эта коробка имеет только три диапазона, один чисто гидростатический и два с раздачей мощности.
Другая бесступенчатая силовая раздаточная коробка описана в US 9,488,263. Она содержит две планетарные передачи в модульном расположении, находящийся с входной стороны модуль дифференциала, находящийся с выходной стороны модуль диапазонов и вариатор. Некоторые муфты расположены между модулями, а одна расположена после модуля диапазонов. В этой коробке муфтам тоже необходимо большое монтажное пространство, так как их следует рассчитывать по суммарному моменту, получаемому из передаваемого механически и гидростатического момента. Подвод масла цепи управления к муфтам труден, так как некоторые муфты расположены между модулями, а одна другая муфта расположена после модуля диапазонов. В общем, в пересчете на количество диапазонов требуется большее количество муфт.
Наконец, еще из ЕР 2258966 известна силовая раздаточная коробка с гидростатическим или электрическим вариатором, суммирующая передача которой состоит из двух комплектных планетарных рядов (солнце, зубчатое колесо с внутренним зацеплением, и планетарные колеса), оба солнечных колеса которых сидят на приводимом в движение от вариатора через цилиндрические зубчатые колеса валу, то есть жестко соединены друг с другом; то же самое с водилами (называемыми также водилами планетарной передачи) обеих планетарных передач. Механический путь мощности содержит ряд ступеней цилиндрических зубчатых колес на входе коробки. Поэтому конструктивный тип коробки с коаксиальными входным и выходным валами невозможен, и коробка конструктивно очень широка. Предпоследний передний диапазон переднего хода с раздачей мощности не является переводимым в точке синхронизации в следующий, более высокий диапазон.
Поэтому задача изобретения состоит в том, чтобы создать соответствующую родовому понятию коробку, в которой предотвращены названные в начале недостатки. При более простых конструктивных элементах и при меньшем их количестве должны достигаться требующий меньше затрат и экономящий монтажное пространство тип конструкции и более высокие функциональные характеристики. Этому служат названные в ограничительной части п. 1 формулы изобретения признаки.
Сведенные во входной блок муфты можно рассчитывать лишь для меньшего входного момента, перед конечным передаточным отношением и только для механической составляющей. Поэтому его потребность в пространстве снижена и подвод масла под давлением проще.
В отличие от вышеназванного уровня техники четырехвальная суммирующая передача имеет лишь один планетарный ряд. Один элемент передачи (центральное колесо, это солнечное колесо или зубчатое колесо с внутренним зацеплением) отпадает. Это дает более простой и более короткий тип конструкции всей передачи и предоставляет возможность прямого сквозного привода, то есть входной вал и выходной вал передачи находятся на одной и той же оси вращения. Несмотря на это необходим лишь один полый вал.
В зависимости от диапазона изменения передаточного отношения механический входной путь ведет или через первое солнечное колесо, или через первое зубчатое колесо с внутренним зацеплением. Входной путь от вариатора ведет в каждом диапазоне через второе центральное колесо, которое является или вторым солнечным колесом, или вторым зубчатым колесом с внутренним зацеплением. Это дает более высокую конструктивную гибкость в выходном диапазоне. Отбор мощности в любом случае осуществляется через водило. Гибкость вытекает из выбора между двумя формами выполнения суммирующей передачи при неизменном входном блоке. В первой форме выполнения второе центральное колесо выполнено в виде солнечного колеса. Тогда отбор мощности осуществляется через полый вал или имеющее ведомое зубчатое колесо водило. Во второй форме выполнения второе центральное колесо выполнено в виде зубчатого колеса с внутренним зацеплением, и отбор мощности осуществляется через простой сплошной вал. Этот тип конструкции особенно пригоден для прямого сквозного привода. Это значит, что входной вал и выходной вал передачи находятся на одной и той же оси вращения.
Вариатор может быть выполнен как гидростатическим, так и электродвигательным или каким-нибудь иным, и расположен относительно всей передачи в зависимости от требований к монтажу, и может быть связан для передачи момента с входным звеном (солнечным колесом или зубчатым колесом с внутренним зацеплением) суммирующей передачи.
В предпочтительной форме выполнения первое зубчатое колесо с внутренним зацеплением и первое солнечное колесо суммирующей передачи расположены на стороне входного блока, а водило (= водило планетарных колес) и второе центральное колесо на обращенной от входного блока стороне суммирующей передачи, и на водиле установлены первые и находящиеся в зацеплении с ними вторые планетарные колеса. Таким образом, речь идет о ряде Равинье. В первой форме выполнения вторые планетарные колеса находятся в зацеплении со вторым солнечным колесом, во второй форме выполнения вторые планетарные колеса находятся в зацеплении со вторым зубчатым колесом с внутренним зацеплением. Все другое является одинаковым.
Так как входной блок находится в соединении с суммирующей передачей только через обращенные к нему элементы суммирующей передачи (первое солнечное колесо и первое зубчатое колесо с внутренним зацеплением), то входной блок при неизменной суммирующей передаче может принимать разные формы выполнения. В простейшем случае входной вал приводит в движение от двигателя внутреннего сгорания непосредственно на выбор или через первую муфту первое солнечное колесо, или через вторую муфту первое зубчатое колесо с внутренним зацеплением.
В первом усовершенствовании во входном блоке предусмотрен первый тормоз, с помощью которого является фиксируемым первое зубчатое колесо с внутренним зацеплением. Тормоз является также муфтой и поэтому в первом пункте формулы изобретения подпадает под всеобъемлющее понятие «муфта». За счет приведения в действие только этого тормоза (и никакой другой муфты) выбирается самый медленный диапазон с приводом только через вариатор. При этом суммирующая передача действует как передаточный механизм с большим передаточным отношением.
В расширенном выполнении входной блок содержит выполненный в виде простой планетарной передачи передаточный механизм, который является сцепляемым посредством находящегося с входной стороны тормоза. За счет этого создается по меньшей мере один другой диапазон. В предпочтительном выполнении передаточный механизм состоит из жестко соединенного с входным валом водила планетарной передачи с находящимися с входной стороны планетарными колесами, из находящегося с входной стороны солнечного колеса на проходном валу между муфтами и из находящегося с входной стороны зубчатого колеса с внутренним зацеплением, которое является блокируемым посредством находящегося с входной стороны тормоза. В таком виде передаточный механизм и находящийся с входной стороны тормоз являются экономящими пространство и с минимальными затратами на монтаж объединяются вместе с другими муфтами во входной блок.
В дальнейшем, изобретение описывается и разъясняется с помощью рисунков. Изображено на:
Фиг. 1 первая форма выполнения в продольном разрезе, упрощенная,
Фиг. 2 вторая форма выполнения в продольном разрезе, упрощенная,
Фиг. 3 диаграмма скорости вращения к первой форме выполнения,
Фиг. 4 таблица сцеплений к фиг.3.
На фиг. 1 и 2 существенные для функционирования элементы обозначены понятными аббревиатурами, остальное - цифрами. Корпусные детали, вариатор и устройство управления для наглядности опущены. Аббревиатурами обозначены:
VM
двигатель внутреннего сгорания
SG
бесступенчатая силовая раздаточная коробка
Е
входной блок
SG1
суммирующая передача в первой форме выполнения
SG2
суммирующая передача во второй форме выполнения
V
вариатор
PG0
находящаяся с входной стороны планетарная передача в качестве передаточного механизма
Н0
находящееся с входной стороны зубчатое колесо с внутренним зацеплением
H1
первое зубчатое колесо с внутренним зацеплением
Н2
второе зубчатое колесо с внутренним зацеплением во второй форме выполнения
Р0
находящиеся с входной стороны планетарные колеса
Р1
первые планетарные колеса
Р2
вторые планетарные колеса
S0
находящееся с входной стороны солнечное колесо
S1
первое солнечное колесо
S2
второе солнечное колесо
St0
находящееся с входной стороны водило (= водило планетарных колес)
St1
первое водило (= водило планетарных колес)
StW0
входной вал от двигателя внутреннего сгорания
StW1
выходной вал
SW0
находящийся с входной стороны вал солнечного колеса = проходной вал
SW1
первый вал солнечного колеса
SW2
второй вал солнечного колеса (вал центрального колеса в первой форме выполнения)
HW1
первый вал зубчатого колеса с внутренним зацеплением
HW2
второй вал зубчатого колеса с внутренним зацеплением (вал центрального колеса во второй форме выполнения)
Z1
ведомое зубчатое колесо
B0
находящийся с входной стороны тормоз
B1
первый тормоз
С0
находящаяся с входной стороны муфта
С1
первая муфта
На фиг. 1 механический силовой поток течет слева направо, от двигателя VM внутреннего сгорания через входной вал StW0 во входной блок Е, который содержит все муфты и тормоза, а также здесь содержит также находящуюся с входной стороны планетарную передачу PG0. Входной вал StW0 заканчивается в находящемся с входной стороны водиле St0, которое одновременно образует внешнюю часть обеих муфт С0 и С1.
Внутренняя часть муфты С0 сидит на находящемся с входной стороны валу SW0 солнечного колеса, который в простейшей форме выполнения одновременно является первым валом SW1 солнечного колеса и заканчивается в первом солнечном колесе S1 суммирующей передачи. В изображенной форме выполнения находящийся с входной стороны вал SW0 солнечного колеса является проходным валом, на котором сидит находящееся с входной стороны солнечное колесо S0, которое является частью находящейся с входной стороны планетарной передачи PG0. Она действует как передаточный механизм. Находящееся с входной стороны солнечное колесо S0 находится в зацеплении с установленными на находящемся с входной стороны водиле St0, находящимися с входной стороны планетарными колесами Р0, которые, со своей стороны, находятся в зацеплении с находящимся с входной стороны зубчатым колесом Н0 с внутренним зацеплением. Зубчатое колесо Н0 с внутренним зацеплением является соединяемым с помощью тормоза В0 с корпусом входного блока Е и таким образом блокируемым.
Внутренняя часть муфты С1 сидит на первом валу HW1 зубчатого колеса с внутренним зацеплением и жестко соединена с первым зубчатым колесом H1 с внутренним зацеплением суммирующей передачи. В зависимости от выбранного диапазона таким образом механическая составляющая мощности или через вал HW1 зубчатого колеса с внутренним зацеплением, или через вал SW1 солнечного колеса вводится в суммирующую передачу SG. Для образования чисто гидростатического или чисто электрического диапазона вал HW1 зубчатого колеса с внутренним зацеплением является, кроме того, соединяемым с помощью тормоза В1 с корпусом входного блока Е. Таким образом, суммирующая передача SG1 действует как чистый передаточный механизм с большим передаточным отношением. Тогда солнечное колесо S1 со своим валом SW1 солнечного колеса вращается вместе с ней вхолостую.
Суммирующая передача SG1 является четырехвальной планетарной передачей. Три входных вала являются первым валом SW1 солнечного колеса с солнечным колесом S1 и первым валом HW1 зубчатого колеса с внутренним зацеплением с зубчатым колесом H1 с внутренним зацеплением для соответствующей механической составляющей и валом SW2 центрального колеса (здесь валом солнечного колеса с солнечным колесом S2) для составляющей от вариатора V. Выходной вал StW1 является здесь окружающим вал SW2 солнечного колеса полым валом.
Расположение принято таким, что первое солнечное колесо S1 находится в зацеплении с установленными на водиле St1, продленными в осевом направлении планетарными колесами Р1, а последние находятся в зацеплении с первым зубчатым колесом H1 с внутренним зацеплением и с установленными на том же водиле St1 вторыми планетарными колесами Р2. То, что те и другие планетарные колеса Р1 и Р2 находятся в зацеплении друг с другом, обозначено на изображении линией 10. В этой форме выполнения водило St1 может быть выполнено в виде ведомого зубчатого колеса Z1 при условии, что отбор мощности осуществляется не через вал StW1 отбора мощности. Это зависит от монтажного положения всей передачи.
Вторая форма выполнения согласно фиг. 2 отличается от таковой на фиг. 1 тем, что второе солнечное колесо S2 в качестве второго центрального колеса заменено сидящим на втором валу SW2 зубчатого колеса с внутренним зацеплением вторым зубчатым колесом Н2 с внутренним зацеплением. Таким образом, вторые планетарные колеса Р2 находятся в сцеплении с первыми планетарными колесами Р1 (обозначено линией 10) и со вторым зубчатым колесом Н2 с внутренним зацеплением, которое жестко соединено со вторым валом HW1 зубчатого колеса с внутренним зацеплением. Вследствие соединениях обоих зубчатых колес H1, Н2 с внутренним зацеплением для передачи момента вторые планетарные колеса Р2 шире, чем первые планетарные колеса Р1. Планетарные колеса Р1 находятся в зацеплении, как на фиг. 1, с первым солнечным колесом Sine первым зубчатым колесом H1 с внутренним зацеплением. Второй вал HW1 зубчатого колеса с внутренним зацеплением является здесь полым валом, и выходной вал StW1, как сплошной вал, облегчает прямой коаксиальный сквозной привод через передачу.
В последующем с помощью представленной на фиг. 3 диаграммы скорости вращения для формы выполнения согласно фиг. 1 и таблицы сцеплений согласно фиг. 4 разъясняется принцип работы коробки. В диаграмме скорости вращения на горизонтальную ось нанесена скорость транспортного средства (пропорциональная скорости вращения водила St1), а на вертикальную ось - скорости вращения отдельных звеньев в зависимости от скорости движения, а именно:
скорость вращения солнечного колеса S2, приводимого в движение от вариатора со скоростью n_S2 вращения, обозначена длинными штрихами,
скорость вращения солнечного колеса S1, приводимого в движение от двигателя VM внутреннего сгорания со скоростью n_S1 вращения, обозначена короткими штрихами,
скорость вращения первого зубчатого колеса H1 с внутренним зацеплением со скоростью n_H1 вращения, обозначена пунктиром,
скорость вращения водила St1, как скорость n_St1 вращения ведомого звена, нанесена в виде сплошной линии.
Диапазоны обозначены как F1-F4, диапазон изменения передаточного отношения при медленном движении задним ходом как Fr. Помимо этого, переходы между диапазонами изменения передаточного отношения обозначены как «0» (скорость движения 0, переход с переднего хода на задний ход), как «1» (переход от F1 к F2), как «2» (переход от F2 к F3) и как «3» (переход от F3 к F4).
Согласно фиг.4 в диапазоне Fr заднего хода и в первом диапазоне F1 муфта (= тормоз) В1 сомкнута, следовательно, зубчатое колесо H1 с внутренним зацеплением заторможено до остановки (n_H1=0). Вариатор V приводит в движение через второе солнечное колесо S2, а оно - через первые и вторые планетарные колеса Р1 и Р2 водило S1l. Первое солнечное колесо S1 вращается вхолостую (так как муфты С1 и С2 разомкнуты) с такой же скоростью вращения, как солнечное колесо S2, но в обратном направлении вращения. Таким образом, приведение транспортного средства в движение осуществляется только через вариатор. Движение задним ходом осуществляется в этом медленном диапазоне просто за счет изменения направления вращения вариатора. Переход 0 между диапазонами не является точкой переключения.
Второй диапазон F2 начинается в точке 1 переключения, когда вариатор, а также солнечное колесо S1 достигли максимальной скорости вращения в одном направлении вращения, посредством смыкания муфты С0 и размыкания тормоза В1. Скорость вращения двигателя VM внутреннего сгорания постоянна и равна скорости n_S1 вращения солнечного колеса S1. Поэтому этот переход происходит синхронно без проскальзывания муфты С0 или тормоза В1. Выходная скорость n_S2 вращения вариатора V теперь снижается, пересекает линию n=0, и снова возрастает в противоположном направлении вращения, пока не достигнет следующей точки 2 переключения. Эта точка переключения является другой точкой синхронизации, в которой скорости n_S1 и n_Н1 вращения равны. Скорость n_S1 вращения солнечного колеса S1 (и, вместе с тем, таковая двигателя VM внутреннего сгорания) в этом втором диапазоне постоянна.
Третий диапазон F3 начинается в точке 2 переключения при размыкании муфты С0 и одновременном смыкании муфты С1 в точке синхронизации снова без проскальзывания. Вследствие этого составляющая двигателя VM внутреннего сгорания переходит от первого солнца S1 к первому зубчатому колесу H1 с внутренним зацеплением, которое теперь вращается с постоянной скоростью n_Н1 вращения. Одновременно скорость n_S2 вращения второго солнечного колеса S2 снова начинает снижаться, пока она не достигнет своего максимума в обратном направлении вращения. Первое солнечное колесо S1 во всем диапазоне вращается вхолостую со скоростью n=S1 вращения.
Четвертый диапазон F4 начинается в точке 3 переключения при размыкании муфты С1 и смыкании тормоза В1, причем скорость вращения вариатора V и вместе с тем скорость n S2 вращения солнечного колеса S2 снова начинает снижаться. За счет смыкания тормоза В0 находящаяся с входной стороны планетарная передача PG0 вступает в действие в качестве передаточного механизма. Ее передаточное отношение выбрано так, что вращающееся вместе в третьем диапазоне вхолостую со скоростью n_S1 вращения солнце S1 имеет в точке 3 переключения подходящую для скорости вращения двигателя VM внутреннего сгорания скорость и муфта С1 и тормоз В0 здесь тоже могут приводиться в действие без проскальзывания. Таким образом, точка 3 переключения тоже является точкой синхронизации. В этом четвертом диапазоне скорость вращения вариатора V снова изменяется от максимума вплоть до максимума с противоположным направлением вращения. Передний ход
Таким образом, в целом создана коробка с одним диапазоном заднего хода и с четырьмя диапазонами переднего хода, которые каждый раз синхронно переходят один в другой.