МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ ПЛАНЕТАРНАЯ КОРОБКА ПЕРЕМЕНЫ ПЕРЕДАЧ
MULTISTAGE PLANETARY GEARBOX

Изобретение касается многоступенчатой планетарной коробки перемены передач, в частности пятиступенчатой коробки передач для автомобиля, при этом, расположенные в потоке мощности между ведущим валом и ведомым валом, соединены первый комплект планетарных колес, второй комплект планетарных колес, третий комплект планетарных колес и четвертый комплект планетарных колес в последовательности первый, второй, третий и четвертый, при этом каждый комплект планетарных колес представляет собой комплект планетарных колес с отрицательным передаточным отношением и имеет солнечное колесо, полое колесо и водило планетарной передачи, и при этом
- первое, второе и третье солнечное колесо первого, второго и третьего комплекта планетарных колес соединены с ведущим валом,
- первое полое колесо первого комплекта планетарных колес соединено с первым тормозом, второе полое колесо второго комплекта планетарных колес со вторым тормозом, а третье полое колесо третьего комплекта планетарных колес с третьим тормозом, и первое водило планетарной передачи первого комплекта планетарных колес со вторым полым колесом второго комплекта планетарных колес,
- второе водило планетарной передачи второго комплекта планетарных колес соединено с третьим полым колесом третьего комплекта планетарных колес,
имеющей муфту, которая расположена таким образом, что при замкнутой муфте между ведущим валом и ведомым валом имеется передаточное отношение, равное 1. Также изобретение касается способа эксплуатации этой планетарной коробки перемены передач.
Известны несколько концепций автоматической коробки передач, включающий в себя планетарную коробку перемены передач, которые с помощью малого количества комплектов планетарных колес обеспечивают небольшое количество ступеней передачи.
DE 31 39 589 A1 описывает многоступенчатую планетарную коробку перемены передач, имеющую четыре комплекта планетарных колес, две муфты и четыре тормоза, при этом отдельные колеса комплектов планетарных колес соединяются друг с другом и посредством тормозов соединяются с картером передачи.
В DE 42 38 025 A1 показана коробка передач, имеющая девять передних передач и по меньшей мере одну заднюю передачу, которая содержит несколько расположенных коаксиально друг за другом комплектов планетарной передачи, соединенных с образованием привода. Одна из планетарных коробок передач имеет разделенные на два комплекта зубчатых колес планетарные колеса. Солнечные колеса всех комплектов зубчатых колес планетарной передачи могут соединяться с ведущим валом. Полые колеса всех комплектов зубчатых колес планетарной передачи могут соединяться каждое с помощью одного тормоза с картером коробки передач.
US 4,070,927 A раскрывает систему планетарной коробки передач для трансмиссии, имеющей четыре комплекта планетарных колес, при этом солнечные колеса первого комплекта планетарных колес соединены с ведущим валом, а солнечные колеса второго, третьего и четвертого комплекта планетарных колес через первую муфту с ведущим валом. Полые колеса комплектов планетарных колес через тормоз могут жестко соединяться с картером коробки передач. Водило планетарной передачи первого комплекта планетарных колес может соединяться с полым колесом второго комплекта планетарных колес, водило планетарной передачи второго комплекта планетарных колес с ведущим валом через вторую муфту, и с полым колесом третьего комплекта планетарных колес, а водило планетарной передачи третьего комплекта планетарных колес соединено с водилом планетарной передачи четвертого комплекта планетарных колес и с ведомым валом. С помощью этой коробки передач могут реализовываться семь передних передач. Похожие системы планетарной коробки передач известны также из DE 24 47 581 A1 или GB 402 778 B.
Другие узлы коробки передач, имеющей четыре коаксиальных, расположенных друг за другом и соединенных с образованием привода комплектов планетарных зубчатых колес известны из публикаций DE 10 2008 051 177 A1, DE 10 2008 063 699 A1, DE 10 2009 020 442 A1, DE 10 2011 013 906 A1 и DE 10 2009 057 213 A1.
Известные коробки передач с прямым сквозным приводом между ведущим валом и ведомым валом имеют только относительно небольшие диапазоны передаточных чисел и низкие ступени передачи на нижних передачах, вследствие чего могут быть необходимы другие ступени коробки передач. Диапазоном передаточных чисел называется диапазон передаточных чисел коробки передач, то есть отношение между наибольшим и наименьшим передаточным числом. Дополнительные ступени коробки передач имеют недостаток большого количества переключающих элементов, в частности муфт, что требует высоких издержек управления.
Задачей изобретения является с наименьшими возможными издержками обеспечить у планетарной коробки перемены передач возможность большого диапазона передаточных чисел и большой ступени передачи между первой и второй передачей.
В соответствии с изобретением это достигается за счет того, что третье полое колесо третьего комплекта планетарных колес соединено с четвертым солнечным колесом четвертого комплекта планетарных колес, а третье водило планетарной передачи третьего комплекта планетарных колес с четвертым полым колесом четвертого комплекта планетарных колес и ведомым валом.
В первом предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что четвертое водило планетарной передачи четвертого комплекта планетарных колес соединено с четвертым тормозом.
Во втором предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что муфта расположена между первым водилом планетарной передачи первого комплекта планетарных колес или вторым полым колесом второго комплекта планетарных колес и ведущим валом. Это позволяет передавать относительно низкие вращающие моменты, составляющие примерно 50% входного вращающего момента.
В третьем предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что муфта расположена между ведущим валом и ведомым валом или третьим водилом планетарной передачи третьего комплекта планетарных колес. Это позволяет передавать средние вращающие моменты, составляющие примерно 100% входного вращающего момента.
В четвертом предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что муфта расположена между третьим полым колесом третьего комплекта планетарных колес или вторым водилом планетарной передачи второго комплекта планетарных колес и ведущим валом. Это позволяет передавать средние вращающие моменты, составляющие примерно 70% входного вращающего момента.
В пятом предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что муфта расположена между ведущим валом 1 и первым полым колесом первого комплекта планетарных колес. Это позволяет передавать относительно низкие вращающие моменты, составляющие примерно 33% входного вращающего момента.
В шестом предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что муфта расположена между первым полым колесом и первым водилом планетарной передачи первого комплекта планетарных колес или вторым полым колесом второго комплекта планетарных колес. Это позволяет передавать средние вращающие моменты, составляющие примерно 90% входного вращающего момента.
Оптимальным образом по меньшей мере один из тормозов комплектов планетарных колес выполнен в виде многодискового пластинчатого тормоза. Равным образом муфта может быть выполнена в виде многодисковой муфты.
С помощью описанной планетарной коробки перемены передач могут включаться пять разных передаточных чисел коробки передач, при этом, с одной стороны, возможна реализация в целом очень большого диапазона передаточных чисел, а с другой стороны, больших передаточных отношений между соседними передачами на нижних ступенях передач, в частности при процессе переключения между первой и второй передачей.
Тормоза и муфта могут приводиться в действие в зависимости от желаемой ступени передачи или, соответственно, желаемой передачи, как описано далее. Для включения первой передачи в соответствии с предлагаемым изобретением способом четвертый тормоз четвертого комплекта планетарных колес замыкается, а тормоза других комплектов планетарных колес размыкаются.
Для второй ступени передачи третий тормоз третьего комплекта планетарных колес замыкается, а тормоза других комплектов планетарных колес размыкаются. Аналогичное относится к четвертой передаче, для которой первый тормоз первого комплекта планетарных колес размыкается, а тормоза других комплектов планетарных колес размыкаются.
В усовершенствование изобретения предусмотрено, что пятая ступень передачи может включаться, когда муфта замыкается, а тормоза комплектов планетарных колес размыкаются. При этом «муфта замкнута» означает, что создано приводное соединение между ведущей стороной и ведомой стороной муфты. При разомкнутой муфте приводное соединение между ведущей стороной и ведомой стороной муфты прервано. При замкнутой муфте между ведущим валом и ведомым валом создается сквозной привод, то есть передаточное отношение, равное единице.
Аналогично этому при замкнутом первом, втором или третьем тормозе первое, второе или, соответственно, третье полое колесо соответствующего первого, второго или, соответственно, третьего комплекта планетарных колес зафиксировано, то есть жестко соединено с картером коробки передач. При отпущенном тормозе соответствующее полое колесо высвобождено и поэтому может вращаться относительно картера коробки передач.
Далее изобретение поясняется подробнее на неограничивающих примерах осуществления, показанных на фигурах. На них схематично показано:
фиг.1: предлагаемая изобретением планетарная коробка перемены передач в первом варианте осуществления;
фиг.2: предлагаемая изобретением планетарная коробка перемены передач во втором варианте осуществления;
фиг.3: предлагаемая изобретением планетарная коробка перемены передач в третьем варианте осуществления;
фиг.4: предлагаемая изобретением планетарная коробка перемены передач в четвертом варианте осуществления;
фиг.5: предлагаемая изобретением планетарная коробка перемены передач в пятом варианте осуществления.
На каждой из фиг.1-5 показана многоступенчатая планетарная коробка 10 перемены передач для автомобиля. Между ведущим валом 1 и ведомым валом 2 расположены коаксиально друг за другом и соединены друг с другом с образованием привода четыре комплекта планетарных колес, а именно, первый комплект PG1 планетарных колес, второй комплект PG2 планетарных колес, третий комплект PG3 планетарных колес и четвертый комплект PG4 планетарных колес. Первый комплект PG1 планетарных колес имеет первое солнечное колесо SR1, первое водило PT1 планетарной передачи и первое полое колесо HR1, второй комплект PG2 планетарных колес имеет второе солнечное колесо SR2, второе водило PT2 планетарной передачи и второе полое колесо HR2. Третий комплект PG3 планетарных колес имеет третье солнечное колесо SR3, третье водило PT3 планетарной передачи и третье полое колесо HR3, четвертый комплект PG4 планетарных колес имеет четвертое солнечное колесо SR4, четвертое водило PT4 планетарной передачи и четвертое полое колесо HR4.
Солнечные колеса SR1, SR2, SR3 первого PG1, второго PG2 и третьего комплекта PG3 планетарных колес соединены каждое с ведущим валом 1, а полые колеса HR1, HR2, HR3 первого PT1 (PG1), второго PT2 (PG2) и третьего комплекта PT3 (PG3) планетарных колес каждый с одним тормозом B1, B2, B3.
Первое водило PT1 первого комплекта PG1 планетарных колес соединено со вторым полым колесом HR2 второго комплекта PG2 планетарных колес. Второе водило PT2 второго комплекта PG2 планетарных колес соединено с третьим полым колесом HR3 третьего комплекта PG3 планетарных колес.
Также планетарная коробка перемены передач 1 имеет муфту K1, которая размещена так, что ведущий вал 1 может соединяться с ведомым валом 2 непосредственно в сквозном приводе. Муфта K1 может быть выполнена в виде многодисковой пластинчатой муфты.
Третье полое колесо HR23 третьего комплекта PG3 планетарных колес соединено с четвертым солнечным колесом SR4 четвертого комплекта PG4 планетарных колес, а третье водило PT3 планетарной передачи третьего комплекта PG3 планетарных колес как с четвертым полым колесом HR4 четвертого комплекта PG4 планетарных колес, так и с ведомым валом 2. Четвертое водило PT4 планетарной передачи четвертого комплекта PG4 планетарных колес может посредством четвертого тормоза B4 соединяться с картером 3 коробки передач планетарной коробки 10 перемены передач и таким образом удерживаться. Первый B1, второй B2, третий B3 и/или четвертый тормоз B4 может быть выполнен в виде многодискового пластинчатого тормоза.
Ведущий вал 1 может быть присоединен к (не изображенному в деталях) преобразователю вращающего момента, ведомый вал 2 быть соединен с (не изображенной в деталях) управляющей трансмиссией. Чтобы сделать возможным движение транспортного средства задним ходом, между преобразователем вращающего момента и планетарной коробкой 10 перемены передач предпочтительно расположена реверсивная передача. Таким образом, можно обойтись без отдельных задних ступеней передачи.
На фиг.1-фиг.5 показаны варианты осуществления изобретения, которые допускают возможность простого конструктивного исполнения.
В изображенном на фиг.1 первом примере осуществления муфта K1 расположена между первым водилом PT1 планетарной передачи первого комплекта PG1 планетарных колес или вторым полым колесом HR2 второго комплекта PG2 планетарных колес и ведущим валом 1. Это позволяет передавать относительно низкие вращающие моменты, составляющие примерно 50% входного вращающего момента.
На фиг.2 показан второй пример осуществления изобретения, при котором муфта K1 расположена между ведущим валом 1 и ведомым валом 2 или третьим водилом PT3 планетарной передачи третьего комплекта PG3 планетарных колес. Это позволяет передавать средние вращающие моменты, составляющие примерно 100% входного вращающего момента.
На фиг.3 показан третий пример осуществления изобретения, при котором муфта K1 расположена между третьим полым колесом HR3 третьего комплекта PG3 планетарных колес или вторым водилом PT2 планетарной передачи второго комплекта PG2 планетарных колес и ведущим валом 1. Это позволяет передавать средние вращающие моменты, составляющие примерно 70% входного вращающего момента.
В изображенном на фиг.4 четвертом примере осуществления муфта K1 расположена между ведущим валом 1 и первым полым колесом HR1 первого комплекта PG1 планетарных колес. Это позволяет передавать относительно низкие вращающие моменты, составляющие примерно 33% входного вращающего момента.
Пятый пример осуществления изобретения изображен на фиг.5, при этом муфта K1 расположена между первым полым колесом HR1 и первым водилом PT1 планетарной передачи первого комплекта PG1 планетарных колес или вторым полым колесом HR2 второго комплекта PG2 планетарных колес. Это позволяет передавать средние вращающие моменты, составляющие примерно 90% входного вращающего момента.
С помощью изображенных на фиг.1-фиг.5 планетарных коробок 10 перемены передач посредством переключающих органов, образованных тормозами B1, B2, B3, B4 и муфтой K1, могут включаться в каждом случае всего пять передач по следующей схеме включения:
B1
B2
B3
B4
K1
1
X
2
X
3
X
4
X
5
X
В этой схеме включения «X» означает замкнутый тормоз или, соответственно, муфту.
На первой передаче четвертый тормоз B4 четвертого комплекта PG4 планетарных колес замкнут, а тормоза B1, B2, B3 других комплектов планетарных колес разомкнуты. На второй передаче третий тормоз B3 третьего комплекта PG3 планетарных колес замкнут, а тормоза B1, B2, B4 других комплектов PG1, PG2, PG4 планетарных колес разомкнуты. На третьей передаче второй тормоз B2 второго комплекта PG2 планетарных колес замкнут, а тормоза B1, B3, B3 других комплектов PG1, PG3, PG4 планетарных колес разомкнуты. На четвертой передаче первый тормоз B1 первого комплекта PG1 планетарных колес замкнут, а тормоза B2, B3, B4 других комплектов PG2, PG3, PG4 планетарных колес разомкнуты. На пятой передаче муфта K1 замыкается, при этом тормоза B1, B3, B3, B4 комплектов PG1, PG2, PG3, PG4 планетарных колес размыкаются.