МЕХАНИЗМ С ЦИРКУЛЯЦИЕЙ СМАЗОЧНОГО МАТЕРИАЛА
MECHANISM WITH LUBRICANT CIRCULATION

Настоящее изобретение относится к смазке механизма, в частности коробки передач автомобиля.
Существуют разные приемы смазки поверхностей подвижных деталей механизма, подвергнутых износу трением. Для смазки приходящих в зацепление между собой зубчатых колес достаточно погрузить одно из этих колес, по меньшей мере, частью своей периферии в резервуар со смазочным маслом. Захваченное при погружении смазочное масло распределяется по всей периферии такого колеса, а также и по периферии находящегося с ним в зацеплении колеса. Масло, отбрасываемое этими колесами, образует туман внутри механизма, который осаждается и на других зубчатых колесах и таким образом достигается их смазка. Встречно движущиеся поверхности подшипников не приспособлены, как правило, для такой смазки погружением или туманом вследствие их защищенного расположения. Для смазки такого подшипника известно, например, из DE 3320086 С2 выполнение смазочного канала в вале, пропущенном через подшипники, причем этот канал проходит вдоль вала и от него отведены отверстия в подшипник для промывки смазочным маслом. На одном из концов вала образовано выпускное отверстие, через которое масло поступает обратно в резервуар.
Если механизм согласно уровню техники содержит другие, не расположенные вокруг вала точки смазки, то необходимо обеспечивать их смазкой независимо от точек смазки вала или же разветвленные магистрали должны быть отведены от общего источника смазочного материала к смазочному каналу вала и другим точкам смазки. Оба этих решения требуют пространства не пренебрежительно малого размера для оборудования циркуляции смазочного материала, а необходимость наличия подводящих магистралей для точек смазки осложняет размещение остальных компонентов механизма.
Задачей настоящего изобретения является создание механизма, который позволяет обеспечивать смазочным материалом также трудно доступные точки смазки с помощью компактной системы магистралей со смазочным материалом, существенно не препятствующей расположению других компонентов механизма.
Указанная задача решается в результате того, что в механизме, содержащем, по меньшей мере, один первый, установленный в картере с возможностью вращения вал, выполненный в первом вале по его оси смазочный канал и, по меньшей мере, одну точку смазки, к которой смазочный материал поступает по питающей магистрали со смазочным каналом, между выпускным отверстием смазочного канала и точкой смазки расположен в стенке картера участок питающей магистрали. Это позволяет обеспечивать питание точки смазки через короткую питающую магистраль также в том случае, когда доступ к ней не возможен или осложнен для стационарно расположенной на картере питающей магистрали.
Смазочный канал проходит предпочтительно между противоположными торцевыми концами первого вала, т.е. напротив выпускного отверстия смазочного канала на первом торцевом конце находится входное отверстие на противоположном торцевом конце.
Если вал достаточно прямолинеен, то и отверстие будет прямолинейным, вследствие чего и при малом сечении смазочный материал может перетекать при незначительном сопротивлении. Это позволяет обеспечить более эффективное питание смазочным материалом, чем магистраль, которая вынуждена повторять возможно сложный трехмерный контур стенки.
Точкой смазки, питаемой через смазочный канал и примыкающий к нему участок питающей магистрали, может служить, в частности, подшипник второго вала.
Если точка смазки расположена в первой стенке, то будет достаточно одного расположенного в первой стенке участка магистрали для ее питания смазочным материалом.
Если же точка смазки находится во второй стенке картера, то целесообразно, чтобы циркуляция смазочного материала содержала дополнительный смазочный канал, проходящий по второму валу, по меньшей мере, до точки смазки.
Поскольку вторая стенка не требуется для размещения в ней участков питающей магистрали, то она может иметь сильно выраженный трехмерный контур. В частности, вторая стенка может содержать обращенный в сторону первой стенки выступ, который на обращенной от первой стенки наружной стороне может быть выполнен полым для того, чтобы в нем можно было располагать другие детали трансмиссии автомобиля, в частности сцепление. Прежде всего много места занимает двухдисковое сцепление, вследствие чего полый выступ особенно пригоден для компактного размещения двухдискового сцепления.
Предпочтительно, чтобы подшипник, питаемый смазочным материалом по питательной магистрали, располагался в выемке на первой или второй стенке и вместе с этой стенкой ограничивал смазочную камеру. Это обеспечивает прямое питание подшипника смазочным материалом в результате контакта со смазочной камерой без необходимости наличия смазочного канала во втором вале.
Смазочный канал может подпитываться каплеуловителем, расположенным на одном из концов первого вала, который служит для улавливания распыляемого в механизме смазочного материала, в частности туманной смазки, образующейся при погружении образующей брызги детали механизма в резервуар.
Также предпочтительно, чтобы смазочный канал содержал, по меньшей мере, на одном из валов расположенный параллельно оси вращения вала участок с ребрами, расположенными косо относительно оси вращения и радиально заходящими внутрь. Эти ребра способствуют перемещению смазочного материала по питающей магистрали.
Такой смазочный канал является легко реализуемым, причем упомянутый, расположенный параллельно валу участок образован полым телом, вставленным в смазочный канал.
Предпочтительной областью применения изобретения являются ступенчатые коробки передач.
Другие признаки и преимущества изобретения приведены ниже в описании примеров выполнения со ссылками на приложенные фигуры. При этом изображено:
фиг.1 - коробка передач с двухдисковым сцеплением в разрезе по оси;
фиг.2 - коробка передач с двухдисковым сцеплением в схематическом разрезе;
фиг.3 - частичный вид на стенку картера коробки передач с каплеуловителем, закрепленным на стенке картера;
фиг.4 - разрез по выемке в стенке картера и расположенному в ней валу;
фиг.5 - вид в перспективе на турбину для подачи смазочного масла;
фиг.6 - разрез по турбине в плоскости, параллельно смещенной к оси турбины;
фиг.7 - разрез по турбине в плоскости VII-VII на фиг.6.
На фиг.1 показан схематический разрез коробки передач с двухдисковым сцеплением для автомобиля. Известное само по себе двухдисковое сцепление 1 находится между ведомым валом 2 не показанного двигателя и двумя расположенными концентрично относительно друг друга на общей оси входными валами 3, 4 коробки передач с тем, чтобы можно было нагружать крутящим моментом выборочно входной вал 3 или входной вал 4.
На входных валах 3, 4 жестко закреплено несколько зубчатых колес 5, 6, 7, которые входят в зацепление с зубчатыми колесами 8-11 на двух параллельных промежуточных валах 12, 13. Зубчатые колеса 8-11 промежуточных валов 12, 13 могут жестко фиксироваться на промежуточных валах 12, 13 посредством инерционного синхронизатора 14-17. Третий промежуточный вал 18 содержит зубчатые колеса 19, 20, входящие в зацепление с зубчатыми колесами 21, 22 промежуточного вала 12. Если, например, инерционный синхронизатор 15 соединяет зубчатое колесо 22 с промежуточным валом 12, то в результате передачи крутящего момента между зубчатыми колесами 5, 8, 21, 19, 20, 22 может быть включена первая передача.
Для переключения передач без прерывания крутящего момента вторая передача, как любая четная передача, соотнесена с полым входным валом 4, а нечетные передачи включаются с помощью пропущенного через полый входной вал 4 внутреннего входного вала 3. Поскольку принципы работы таких коробок передач с двухдисковыми сцеплениями были опубликованы ранее в разных источниках, то отпадает необходимость разъяснять их здесь подробно.
Каждый промежуточный вал 12, 13, 18 содержит шестерню 23, 24, 25, которая входит в зацепление с коронной шестерней 26 дифференциала 27. Поскольку инерционный синхронизатор 28 блокирует зубчатые колеса 19, 20 на промежуточном вале 18, то через шестерню 25 может осуществляться задняя передача.
Валы 3, 4, 12, 13, 18 расположены в картере 29, на дне которого находится масляная ванна 30. Стенки 35, 53 картера расположены наискось относительно валов. Стенки 35, 53 содержат несколько выполненных в виде стакана или чаши выемок 37, 38, 39 или 60, 61, 62, в которые заведены валы 13, 12, 18 с подшипниками качения 45, 58 или 46, 59.
На фиг.2 показано положение осей дифференциала 27, входных валов 3, 4 и промежуточных валов 12, 13, 18 в картере 29 коробки передач. Некоторые из зубчатых колес коробки передач показаны на фиг.2 в виде концентрических относительно осей кругов.
Из всех зубчатых колес самая нижняя точка приходится на коронную шестерню 26 дифференциала 27, которая частью своей периферии погружена в масляную ванну 30. Для поддержания потерь из-за разбрызгивания на низком уровне отмеченный штрихпунктирной линией уровень 31 масла при неработающей коробке передач задается таким, чтобы зубчатые колеса валов 3, 4, 12, 13, 18 не были погружены в масло, а их находящиеся в зацеплении между собой зубья смазывались масляным туманом, создаваемым коронной шестерней 26. При работе коробки передач масло выходит из масляной ванны 30 и распределяется по всему объему картера 29. Масло, стекающее с валов 3, 4, 12, 13 и их зубчатых колес, попадает сначала в промежуточный накопитель 34, расположенный несколько выше масляной ванны 30 в картере 29, от которой он отделен внутренней стенкой 32. Узкая щель 33 на нижнем конце внутренней стенки 32 обеспечивает медленное перетекание масла обратно в масляную ванну 30. Это ведет к тому, что во время эксплуатации уровень масла в масляной ванне 30 снижается до уровня 31', достаточного для смачивания зубьев коронной шестерни 26. В результате потери на разбрызгивание при длительной работе коробки передач равны практически нулю.
На фиг.3 показан в перспективе частичный вид на внутреннюю сторону стенки 35 картера 29 коробки передач. Просторная выемка 36, служащая для размещения части дифференциала 27, занимает значительную часть нижнего участка стены 29. Вокруг выемки 36 расположены выемки 37, 38, 39, в которых находятся соответственно концевые участки промежуточных валов 13, 12 или 18 и несущие их подшипники качения 45 или 58. Если выемки 37, 38 ограничены по существу отходящими от стенки 35 ребрами 40, то выемка 39 заглублена в стенку 35 и на ее дне можно видеть конец отверстия 41, выполненного в стенке 35 до каплеуловителя 42. Каплеуловитель 42 имеет изогнутое наподобие рога сечение с открытым концом 43, обращенным к на фиг.3 не показанной коронной шестерне 26 для улавливания масла, захватываемого и затем разбрасываемого зубьями коронной шестерни 26 при своем вращении в масляной ванне 30. Уловленное масло поступает по каплеуловителю 42 и через отверстие 41 в выемку 39. Здесь выемка 39, расположенный в ней торцевой конец промежуточного вала 18 и боковая сторона подшипника качения 45 образуют камеру, содержащую масло. Подшипник качения 45 смазывается в результате контакта с находящимся в камере маслом.
Как можно видеть на фиг.1, канал 44 проходит по всей длине промежуточного вала 18 до выемки 62, являющейся ответной для выемки 39 и ограничивающей вместе с находящимся в ней торцевым концом промежуточного вала 18 и подшипником качения 46 камеру, из которой на подшипник качения 46 поступает смазочное масло. Исходящая из этой камеры магистраль 52 проходит в стенке 53 до других выемок 61, 62 в стенке 53. Магистраль 52 может быть расположена в виде звезды или же может сообщать между собой поочередно выемки 60, 61, 62.
Выемки 61, 62 образуют в свою очередь вместе с находящимися в них подшипниками качения 59 и торцами валов 12 или 13 масляные камеры, из которых происходит снабжение подшипников 59 маслом.
На фиг.4 представлена описанная выше ситуация в виде общего для валов 12, 13, 18 изображения. Камера, ограниченная выемкой 60, 61 или 62, валом 12, 13 или 18 и подшипником качения 46 или 59, обозначена позицией 63. Применительно выемки 62: масло течет из канала 44 вала 18 через камеру в магистраль 52; применительно выемок 60, 61: масло поступает из магистрали 52 через камеру 63 в каналы 54 или 56 вала 12 или 13.
Каналы 54, 56 заходят в масляные камеры в выемках 38 или 37, которые в свою очередь примыкают к подшипникам 58 и снабжают их маслом.
Для содействия пропускной способности масла по каналу 44 предусмотрена турбина 47, надетая на обращенный к гнезду 39 конец промежуточного вала 18 в месте расширения. На фигурах 4, 5, 6 эта турбина 47 показана в перспективе и разрезе.
Турбина 47, как видно на фиг.5, представляет собой цельное металлическое тело, по существу, плоскоцилиндрической формы, в котором выполнен проход 48 по оси. Проход 48 изготовлен несколькими операциями сверления и фрезерования. Несколько отверстий 49, в данном случае пять, выполнено на равном угловом расстоянии друг от друга косо относительно оси симметрии через тело турбины 47, т.е. каждый поворот турбины 47 на величину 2π/5 вокруг собственной оси симметрии приводит ее в прежнее положение. Диаметр отверстий 49 выбран таким, чтобы они слились в общий проход 48. На фиг.6 показан разрез турбины 47 по обозначенной в данном случае позицией 50 оси такого отверстия 49, второе же отверстие 49 показано в виде надреза.
На фиг.7 показана турбина в разрезе в плоскости VII-VII, перпендикулярной оси 50 отверстия, на фиг.6. На этом разрезе можно видеть между отдельными отверстиями 49 оставшиеся стенки 51, заходящие радиально внутрь прохода 48, которые при вращении турбины 47 придают проникшему сюда маслу импульс в осевом направлении. Как дальше можно видеть из разреза на фиг.6, отверстия 49 смещаются все больше в направлении потока к стороне турбины 47 на наружном контуре. Поэтому масло поступает через турбину не только в результате косого направления отверстий 49 и стенок 51, но и под действием центробежной силы, создаваемой вращением турбины 47. Таким образом, в канале 44 может создаваться турбиной 47 в направлении потока давление подпора, обеспечивающее достаточный подвод масла к подшипникам качения 45, 46, 58, 59.
Для повышения давления масла в каналах 54, 55, 56 валов 3, 12, 13 на стороне входа, т.е. на их обращенном от двухдискового сцепления 1 конце, могут быть установлены турбины 47.
Также возможно оснастить турбинами 47 только расположенные в направлении потока валы 3, 12, 13 для обеспечения смазки их подшипников качения, которая будет качественно равноценной смазке подшипников качения 45, 46.
Изобретение описано выше специально применительно к коробке передач с двухдисковым сцеплением, так как такие коробки передач являются предпочтительной областью применения. Потребность в наличии большего места для размещения двухдискового сцепления 1, чем для обычного однодискового, ведет к резкому оконтуриванию стенки 35 с приданием выступа 57 вокруг входных валов, который глубоко заходит в картер 29 коробки передач и затрудняет подвод масла к подшипникам 58 валов 3, 4, 12, 23 на стороне стенки 35 через проложенные в ней магистрали. Однако очевидно, что изобретение применимо также в коробках передач иных конструкций или в целом для обеспечения маслом любых точек смазки в механизмах разных типов. Так, например, можно считать, что в двигателе внутреннего сгорания масло может подаваться к точкам смазки по каналу, проходящему вдоль распределительного вала.
Перечень позиций
1 двухдисковое сцепление
2 ведомый вал
3 входной вал
4 входной вал
5 зубчатое колесо, входной вал
6 зубчатое колесо, входной вал
7 зубчатое колесо, входной вал
8 зубчатое колесо
9 зубчатое колесо
10 зубчатое колесо
11 зубчатое колесо
12 промежуточный вал
13 промежуточный вал
14 инерционный синхронизатор
15 инерционный синхронизатор
16 инерционный синхронизатор
17 инерционный синхронизатор
18 промежуточный вал
19 зубчатое колесо, промежуточный вал
20 зубчатое колесо, промежуточный вал
21 зубчатое колесо
22 зубчатое колесо
23 шестерня
24 шестерня
25 шестерня
26 коронная шестерня
27 дифференциал
28 инерционный синхронизатор
29 картер
30 масляная ванна
31 уровень масла
32 внутренняя стенка
33 зазор
34 промежуточный накопитель
35 стенка (картер)
36 выемка
37 гнездо
38 гнездо
39 гнездо
40 ребро
41 отверстие
42 каплеуловитель
43 открытый конец
44 канал
45 подшипник качения
46 подшипник качения
47 турбина
48 проход
49 отверстие
50 ось
51 стенка
52 магистраль
53 стенка
54 канал
55 канал
56 канал
57 выступ
58 подшипник качения
59 подшипник качения
60 выемка
61 выемка
62 выемка
63 камера.