КОРОБКА ПЕРЕДАЧ ДЛЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
GEARBOX FOR VEHICLES

Область и уровень техники
Настоящее изобретение относится к коробке передач для транспортных средств и к транспортному средству, содержащему такую коробку передач согласно прилагаемой формуле изобретения.
В транспортных средствах, и особенно для тяжелых транспортных средств, таких как грузовики, коробка передач содержит основную коробку передач и часто также диапазонную коробку передач, которая соединяется с основной коробкой передач. Диапазонная коробка передач удваивает число передач в коробке передач. Диапазонная коробка передач обычно включает в себя планетарный зубчатый механизм, который имеет нижнюю передачу и верхнюю передачу, так что коробка передач может быть разделена на позицию передачи нижнего диапазона и позицию передачи верхнего диапазона. В позиции передачи нижнего диапазона понижение передачи выполняется посредством планетарного зубчатого механизма, а в позиции передачи верхнего диапазона передаточное отношение равно 1:1 в планетарном зубчатом механизме.
Диапазонная коробка передач обычно предусматривается между основной коробкой передач и карданным валом, соединенным с ведущими колесами транспортного средства. Диапазонная коробка передач размещается в корпусе коробки передач и содержит входной вал, соединенный с основной коробкой передач, выходной вал, и между входным валом и выходным валом располагается планетарный зубчатый механизм. Планетарный зубчатый механизм обычно содержит три компонента, которые размещаются с возможностью вращения относительно друг друга, а именно, солнечное зубчатое колесо, водило планетарного ряда с планетарными зубчатыми колесами и коронное зубчатое колесо. Зная число зубьев солнечного зубчатого колеса и коронного зубчатого колеса относительная скорость трех компонентов может быть определена во время работы. В диапазонной коробке передач солнечное зубчатое колесо может быть соединено с возможностью вращения с входным валом, множеством планетарных зубчатых колес, которые зацепляют упомянутое солнечное зубчатое колесо, причем эти планетарные зубчатые колеса устанавливаются с возможностью вращения на водило планетарного ряда, которое неподвижно соединяется с выходным валом, и смещаемым в осевом направлении коронным зубчатым колесом, которое окружает и зацепляет планетарные зубчатые колеса.
В известной диапазонной коробке передач позиция передачи нижнего диапазона и позиция передачи верхнего диапазона получаются посредством смещения коронного зубчатого колеса в осевом направлении между позицией передачи нижнего диапазона, в которой коронное зубчатое колес блокируется поворотным образом относительно корпуса коробки передач, и позицией передачи верхнего диапазона, в которой коронное зубчатое колесо имеет возможность вращаться относительно корпуса коробки передач, и где коронное зубчатое колесо, планетарные зубчатые колеса и солнечное зубчатое колесо вращаются как единое целое. Известный планетарный зубчатый механизм содержит на каждой стороне коронного зубчатого колеса два размещенных соединительных кольца и два синхронизирующих кольца, размещенных на каждой стороне коронного зубчатого колеса. Синхронизирующие кольца предназначены для синхронизированного переключения.
В публикации WO 0155620 раскрыто синхронизирующее устройство в планетарном зубчатом механизме в диапазонной коробке передач. Планетарный зубчатый механизм включает в себя солнечное зубчатое колесо, водило планетарного ряда и коронное зубчатое колесо. Солнечное зубчатое колесо соединяется с возможностью вращения с входным валом и множеством планетарных зубчатых колес, зацепляющихся с солнечным зубчатым колесом, причем планетарные зубчатые колеса устанавливаются с возможностью вращения на водило планетарного ряда, которое соединяется с выходным валом. Смещаемое в осевом направлении коронное зубчатое колесо окружает и зацепляется с планетарными зубчатыми колесами. Нижняя и верхняя передача получаются посредством того, что коронное зубчатое колесо смещается в осевом направлении между передачей нижнего диапазона и передачей верхнего диапазона.
Однако, существуют диапазонные коробки передач, в которых синхронизирующие устройства заменяются соединительными муфтами, снабженными шлицами. Посредством управления трансмиссией до синхронной скорости между двумя компонентами, которые должны быть зацеплены, осевое смещение соединительной муфты вдоль двух компонентов делается возможным для того, чтобы соединять их. Когда компоненты должны быть отсоединены, трансмиссия управляется так, что баланс крутящего момента возникает между компонентами, так что соединительная муфта не передает крутящий момент. Тогда становится возможным перемещать соединительную муфту вдоль компонентов для того, чтобы отцеплять их друг от друга.
В патенте США № 6196944 раскрыт планетарный зубчатый механизм, содержащий солнечное зубчатое колесо, водило планетарного ряда с планетарными зубчатыми колесами и коронное зубчатое колесо. Солнечное зубчатое колесо может быть соединено с входным валом посредством соединительной муфты в позиции передачи нижнего диапазона и отцеплено от входного вала в позиции передачи верхнего диапазона. В позиции передачи верхнего диапазона входной вал соединяется с водилом планетарного ряда посредством той же соединительной муфты. Коронное зубчатое колесо жестко соединяется с корпусом коробки передач. Известный планетарный зубчатый механизм размещается в дополнительной коробке передач, имеющей только две позиции передач.
Задняя передача в трансмиссии в транспортном средстве часто размещается в основной коробке передач, которая тогда содержит передачу, которая зацепляется, когда транспортное средство должно двигаться в заднем направлении. Зубчатое колесо, которое предназначается для задней передачи, вызывает удлинение основной коробки передач и нежелательное увеличение в весе транспортного средства.
В публикации WO 2015/183153A1 описана коробка передач для транспортных средств, содержащих диапазонную коробку передач, снабженную первой, второй и третьей подвижными в осевом направлении соединительными муфтами, действующими на планетарный зубчатый механизм в диапазонной коробке передач. В зависимости от осевой позиции соединительных муфт может быть обеспечена задняя передача в коробке передач.
Диапазонная коробка передач должна иметь диаметр и вес в разумных пределах. Если диаметр планетарного зубчатого механизма в диапазонной коробке передач является слишком большим, коробка передач не поместится в транспортное средство вследствие геометрических и конструкционных ограничений транспортного средства. Увеличенный диаметр планетарного зубчатого механизма в диапазонной коробке передач также приводит в результате к увеличенному весу, который приводит в результате к увеличенному общему весу транспортного средства. Это может вести к повышенному расходу топлива для транспортного средства.
Когда планетарный зубчатый механизм в диапазонной коробке передач проектируется с ограниченным диаметром, передаточное отношение в диапазонной коробке передач будет ограничено некоторой величиной. Это может влиять на общую характеристику управляемости транспортного средства в заднем направлении, поскольку транспортное средство не может двигаться с достаточно низкой скоростью в заднем направлении, когда муфта сцепления между двигателем и коробкой передач полностью зацеплена.
Поскольку коробка передач должна передавать значительную величину крутящего момента, передаточное число не может быть увеличено за счет минимизации диаметра солнечного зубчатого колеса. Если солнечное зубчатое колесо имеет очень малый диаметр, оно может не выдерживать значительную величину необходимого крутящего момента. Так же, посредством использования малого солнечного зубчатого колеса, окружности планетарных зубчатых колес могут входить в физическое соединение друг с другом вследствие увеличенного диаметра планетарных зубчатых колес.
Сущность изобретения
Существует необходимость дополнительно разработать коробку передач, снабженную задней передачей в диапазонной коробке передач. Также существует необходимость разработать коробку передач, где все компоненты в коробке передач используются эффективно, так что требуется небольшое количество энергии при переключении передач. Также существует необходимость разработать коробку передач, которая показывает малые габариты относительно возможной передачи крутящего момента. Также, существует необходимость разработать коробку передач, которая приводит общие компоненты в коробке передач к минимуму для того, чтобы экономить затраты на производство и ремонт.
Целью настоящего изобретения, следовательно, является дополнительная разработка коробки передач, снабженной задней передачей в диапазонной коробке передач.
Другой целью настоящего изобретения является предоставление коробки передач, которая приводит общие компоненты в коробке передач к минимуму для того, чтобы экономить затраты на производство и ремонт.
Дополнительной целью изобретения является предоставление коробки передач, которая использует все компоненты трансмиссии эффективно.
Дополнительной целью изобретения является предоставление коробки передач, имеющей небольшие размеры относительно возможной передачи крутящего момента.
Дополнительной целью настоящего изобретения является предоставление коробки передач, которая требует малой энергии для переключения передач.
Эти цели достигаются с помощью вышеупомянутой коробки передач согласно прилагаемой формуле изобретения.
Согласно аспекту изобретения предоставляется коробка передач для транспортных средств. Коробка передач содержит раздаточную коробку передач, основную коробку передач и диапазонную коробку передач, которая имеет возможность переключения на передачу нижнего диапазона, передачу верхнего диапазона и заднюю передачу; диапазонная коробка передач содержит планетарный зубчатый механизм с коронным зубчатым колесом, солнечным зубчатым колесом и водилом планетарного ряда, на котором, по меньшей мере, одно планетарное зубчатое колесо устанавливается с возможностью вращения, причем коронное зубчатое колесо и солнечное зубчатое колесо зацепляются, по меньшей мере, с одним планетарным зубчатым колесом; корпус коробки передач, окружающий планетарный зубчатый механизм; первую подвижную в осевом направлении соединительную муфту, выполненную с возможностью зацеплять водило планетарного ряда с корпусом коробки передач; и вторую подвижную в осевом направлении соединительную муфту, выполненную с возможностью зацеплять коронное зубчатое колесо с выходным валом для реализации задней передачи в коробке передач. Раздаточная коробка передач и основная коробка передач вместе выполняются с возможностью иметь объединенное наибольшее передаточное отношение, которое больше передаточного отношения в планетарном зубчатом механизме в диапазонной коробке передач, когда планетарный зубчатый механизм переключается на заднюю передачу.
Транспортное средство может двигаться в заднем направлении, когда планетарный зубчатый механизм в диапазонной коробке передач переключается на заднюю передачу. Когда передаточное отношение в раздаточной коробке передач и основной коробке передач вместе имеют объединенное наибольшее передаточное отношение, которое больше передаточного отношения в планетарном зубчатом механизме в диапазонной коробке передач, когда планетарный зубчатый механизм переключается на заднюю передачу, общая характеристика управляемости транспортного средства в заднем направлении может быть приемлемой, даже если муфта сцепления между двигателем и коробкой передач является полностью сцепленной. С таким объединенным или общим передаточным отношением в раздаточной коробке передач и основной коробке передач относительно передаточного отношения в диапазонной коробке передач, транспортное средство может двигаться в заднем направлении со скоростью, которая является достаточно низкой, чтобы контролировать транспортное средство. С таким объединенным передаточным отношением диапазонная коробка передач может иметь ограниченный диаметр, и, тем не менее, общая характеристика управляемости транспортного средства в заднем направлении не подвергается воздействию. Ограниченный диаметр диапазонной коробки передач будет приводить общие компоненты коробки передач к минимуму, и, таким образом, затраты на производство и ремонт будут сэкономлены. Солнечное зубчатое колесо в планетарном зубчатом механизме может быть предоставлено с диаметром, который выдерживает значительную величину требуемого крутящего момента. Таким образом, нет необходимости увеличивать передаточное отношение планетарного зубчатого механизма в диапазонной коробке передач посредством минимизации диаметра солнечного зубчатого колеса.
Коробка передач также проектируется так, что объединенное или общее передаточное отношение в раздаточной коробке передач и основной коробке передач имеют разброс передаточных отношений, который является достаточно большим, чтобы двигать транспортное средство в заднем направлении со скоростью, которая является достаточно низкой, чтобы контролировать транспортное средство. Определение разброса передаточных отношений является наибольшим общим передаточным отношением раздаточной коробки передач и основной коробки передач, разделенным на минимальное общее передаточное отношение раздаточной коробки передач и основной коробки передач.
Согласно дополнительному аспекту изобретения раздаточная коробка передач и основная коробка передач вместе выполняются с возможностью иметь объединенное наибольшее передаточное отношение свыше 4:1, и планетарный зубчатый механизм в диапазонной коробке передач выполняется с возможностью иметь передаточное отношение меньше 4:1, когда переключается на заднюю передачу. Когда объединенное наибольшее передаточное отношение в раздаточной коробке передач и основной коробке передач вместе выше 4:1, общая характеристика управляемости транспортного средства в заднем направлении является приемлемой, даже если передаточное отношение меньше 4:1 в планетарном зубчатом механизме в диапазонной коробке передач. С таким общим передаточным отношением в раздаточной коробке передач и основной коробке передач относительно передаточного отношения в диапазонной коробке передач, транспортное средство может двигаться в заднем направлении со скоростью, которая является достаточно низкой, чтобы контролировать транспортное средство.
Согласно дополнительному аспекту изобретения коробка передач выполняется с возможностью иметь перекрывающееся передаточное отношение, по меньшей мере, на высшей передаче в позиции передачи нижнего диапазона и, по меньшей мере, низшей передаче в позиции передачи верхнего диапазона. Перекрывающееся передаточное отношение будет увеличивать итоговое передаточное отношение в коробке передач. Такая коробка передач приводит общие компоненты в коробке передач к минимуму и использует все компоненты трансмиссии эффективно.
Согласно дополнительному аспекту изобретения коробка передач выполняется с возможностью иметь перекрывающееся передаточное отношение в двух высших передачах в позиции передачи нижнего диапазона и двух низших передачах в позиции передачи верхнего диапазона. Перекрывающееся передаточное отношение в двух высших передачах в позиции передачи нижнего диапазона и двух низших передачах в позиции передачи верхнего диапазона будет увеличивать суммарное передаточное отношение в коробке передач. Таким образом, транспортное средство может двигаться в заднем направлении со скоростью, которая является достаточно низкой, чтобы контролировать транспортное средство. Общая характеристика управляемости транспортного средства в заднем направлении будет очень хорошей.
Когда коробка передач конфигурируется с раздаточной коробкой, основной коробкой и диапазонной коробкой, когда планетарный зубчатый механизм переключается на заднюю передачу, зубчатые колеса в раздаточной коробке передач и основной коробке передач могут быть спроектированы таким образом, что достигается перекрывающееся передаточное отношение. Перекрывающееся передаточное отношение в двух высших передачах в позиции передачи нижнего диапазона и двух низших передачах в позиции передачи верхнего диапазона будет увеличивать суммарный разброс передаточных отношений в коробке передач. Такая коробка передач приводит общие компоненты в коробке передач к минимуму и использует все компоненты трансмиссии эффективно.
Согласно дополнительному аспекту изобретения раздаточная коробка передач содержит входную передачу и передачу делителя; и передаточное отношение передачи делителя больше передаточного отношения входной передачи. Когда передаточное отношение передачи делителя больше передаточного отношения входной передачи, суммарное передаточное отношение коробки передач может быть увеличено.
Согласно дополнительному аспекту изобретения передаточное отношение входной передачи находится в диапазоне 0,9:1-1,1:1. Когда передаточное отношение входной передачи находится в диапазоне 0,9:1-1,1:1, общее передаточное число коробки передач может быть увеличено, и транспортное средство может двигаться в заднем направлении со скоростью, которая является достаточно низкой, чтобы контролировать транспортное средство. Таким образом, общая характеристика управляемости транспортного средства в заднем направлении будет приемлемой. Общие размеры коробки передач могут быть уменьшены. Кроме того, нет необходимости увеличивать передаточное отношение планетарного зубчатого механизма в диапазонной коробке передач посредством минимизации диаметра солнечного зубчатого колеса.
Согласно дополнительному аспекту изобретения передаточное отношение входной передачи находится в диапазоне 0,95:1-1,05:1. Когда передаточное отношение входной передачи находится в диапазоне 0,95:1-1,05:1, общее передаточное число коробки передач может быть увеличено, и транспортное средство может двигаться в заднем направлении со скоростью, которая является достаточно низкой, чтобы контролировать транспортное средство. Таким образом, общая характеристика управляемости транспортного средства в заднем направлении будет улучшена. Общие размеры коробки передач могут быть дополнительно уменьшены. Кроме того, нет необходимости увеличивать передаточное отношение планетарного зубчатого механизма в диапазонной коробке передач посредством минимизации диаметра солнечного зубчатого колеса.
Согласно дополнительному аспекту изобретения передаточное отношение входной передачи равно 1:1. Когда передаточное отношение входной передачи составляет 1:1, общее передаточное отношение коробки передач может быть увеличено, и транспортное средство может двигаться в заднем направлении со скоростью, которая является достаточно низкой, чтобы контролировать транспортное средство. Таким образом, общая характеристика управляемости транспортного средства в заднем направлении будет очень хорошей. Общие размеры коробки передач могут быть уменьшены еще больше. Кроме того, нет необходимости увеличивать передаточное отношение планетарного зубчатого механизма в диапазонной коробке передач посредством минимизации диаметра солнечного зубчатого колеса.
Согласно дополнительному аспекту изобретения раздаточная коробка передач и основная коробка передач вместе выполняются с возможностью иметь объединенный разброс передаточных отношений больше 5, и планетарный зубчатый механизм выполняется с возможностью иметь передаточное отношение меньше 4:1, когда переключен на заднюю передачу. С таким объединенным разбросом передаточных отношений в раздаточной коробке передач и основной коробке передач вместе с таким передаточным отношением в диапазонной коробке передач, транспортное средство может двигаться в заднем направлении со скоростью, которая является достаточно низкой, чтобы контролировать транспортное средство. Таким образом, общая характеристика управляемости транспортного средства в заднем направлении является приемлемой. Общие размеры коробки передач могут быть уменьшены. Кроме того, нет необходимости увеличивать передаточное отношение планетарного зубчатого механизма в диапазонной коробке передач посредством минимизации диаметра солнечного зубчатого колеса.
Согласно дополнительному аспекту изобретения раздаточная коробка передач и основная коробка передач вместе выполняются с возможностью иметь объединенный разброс передаточных отношений в диапазоне 5,5-6,3, и планетарный зубчатый механизм выполняется с возможностью иметь передаточное отношение в диапазоне 3,1:1-3,9:1, когда переключен на заднюю передачу. С таким объединенным разбросом передаточных отношений в раздаточной коробке передач и основной коробке передач вместе с таким передаточным отношением в диапазонной коробке передач, транспортное средство может двигаться в заднем направлении со скоростью, которая является достаточно низкой, чтобы контролировать транспортное средство. Таким образом, общая характеристика управляемости транспортного средства в заднем направлении является приемлемой. Общие размеры коробки передач могут быть уменьшены. Кроме того, нет необходимости увеличивать передаточное отношение планетарного зубчатого механизма в диапазонной коробке передач посредством минимизации диаметра солнечного зубчатого колеса.
Согласно дополнительному аспекту изобретения раздаточная коробка передач и основная коробка передач вместе выполняются с возможностью иметь объединенный разброс передаточных отношений в диапазоне 5,7-6,1, и планетарный зубчатый механизм выполняется с возможностью иметь передаточное отношение в диапазоне 3,3:1-3,6:1, когда переключен на заднюю передачу. С таким объединенным разбросом передаточных отношений в раздаточной коробке передач и основной коробке передач вместе с таким передаточным отношением в диапазонной коробке передач, транспортное средство может двигаться в заднем направлении со скоростью, которая является достаточно низкой, чтобы контролировать транспортное средство. Таким образом, общая характеристика управляемости транспортного средства в заднем направлении будет улучшена. Общие размеры коробки передач могут быть дополнительно уменьшены. Кроме того, нет необходимости увеличивать передаточное отношение планетарного зубчатого механизма в диапазонной коробке передач посредством минимизации диаметра солнечного зубчатого колеса.
Вышеупомянутые цели также достигаются посредством транспортного средства, включающего в себя вышеупомянутую коробку передач, согласно прилагаемой формуле изобретения.
Краткое описание чертежей
Ниже следует описание, в качестве примера, предпочтительных вариантов изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 показывает схематично транспортное средство в виде сбоку с коробкой передач согласно изобретению,
Фиг. 2 показывает схематично поперечное сечение основной коробки передач и раздаточной коробки передач согласно изобретению,
Фиг. 3 показывает схематично поперечное сечение коробки передач согласно изобретению в позиции передачи нижнего диапазона,
Фиг. 4 показывает схематично поперечное сечение коробки передач согласно изобретению в позиции передачи верхнего диапазона, и
Фиг. 5 показывает схематично поперечное сечение коробки передач согласно изобретению в позиции заднего хода.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Фиг. 1 показывает схематично транспортное средство 1 в виде сбоку, снабженное силовым агрегатом 3, который содержит коробку передач 2 согласно изобретению. Силовой агрегат 3 также содержит двигатель 4 внутреннего сгорания, карданный вал 10 и ведущие колеса 8. Ведущие колеса 8 соединяются с коробкой передач 2 через карданный вал 10. Коробка передач 2 содержит диапазонную коробку передач 15B, которая имеет целью удваивать число возможных передач. Коробка передач 2 окружается корпусом 12 коробки передач.
Фиг. 2 показывает схематичный вид в разрезе коробки передач 2 согласно настоящему изобретению. Коробка передач 2 содержит основную коробку передач 15A, раздаточную коробку передач 15C и диапазонную коробку передач 15B. Диапазонная коробка передач 15B имеет возможность переключения в передачу нижнего диапазона, передачу верхнего диапазона и заднюю передачу, которые будут объяснены более подробно ниже. Транспортное средство 1 может двигаться в заднем направлении, когда диапазонная коробка передач 15B переключается на заднюю передачу. Объединенное передаточное отношение в раздаточной коробке передач 15C и основной коробке передач 15A вместе может быть больше передаточного отношения в планетарном зубчатом механизме 14 (фиг. 3) в диапазонной коробке передач 15B, когда планетарный зубчатый механизм 14 переключается на заднюю передачу. Раздаточная коробка передач 15C и основная коробка передач 15A могут вместе быть выполнены с возможностью иметь наибольшее передаточное отношение свыше 4:1, а планетарный зубчатый механизм 14 в диапазонной коробке передач 15B может быть выполнен с возможностью иметь передаточное отношение менее 4:1, когда переключается на заднюю передачу. С таким общим или объединенным передаточным отношением в раздаточной коробке передач 15C и основной коробке передач 15A относительно передаточного отношения в диапазонной коробке передач 15B, транспортное средство 1 может двигаться в заднем направлении со скоростью, которая является достаточно низкой, чтобы контролировать транспортное средство 1, даже если муфта сцепления 11 между двигателем 4 и коробкой передач 2 является полностью сцепленной. Скорость транспортного средства 1, движущегося в заднем направлении на передаче с передаточным отношением, упомянутым выше, и с полностью зацепленной муфтой сцепления 11, будет ниже 3 км/ч.
Для того, чтобы размещать вышеупомянутое передаточное отношение в коробке передач 2, две высшие передачи в позиции передачи нижнего диапазона и две низшие передачи в позиции передачи верхнего диапазона могут перекрываться. Таким образом, две высшие передачи в позициях передачи нижнего диапазона должны иметь практически то же передаточное отношение, что и две низшие передачи в позиции передачи верхнего диапазона. Однако, по меньшей мере, высшая передача в позиции передачи нижнего диапазона и, по меньшей мере, низшая передача в позиции передачи верхнего диапазона должны быть перекрывающимися. Таким образом, по меньшей мере, высшая передача в позициях передачи нижнего диапазона должна иметь практически то же передаточное отношение, что и, по меньшей мере, низшая передача в позиции передачи верхнего диапазона. Это перекрывающееся передаточное отношение будет увеличивать разброс передаточных отношений в коробке передач 2. Это сведет общее число компонентов в коробке передач 2 к минимуму, а также сможет использовать все компоненты трансмиссии эффективно. Определение разброса передаточных отношений является наибольшим общим или объединенным передаточным отношением раздаточной коробки передач 15C и основной коробки передач 15A, разделенным на минимальное общее или объединенное передаточное отношение раздаточной коробки передач 15C и основной коробки передач 15A.
Раздаточная коробка передач 15C содержит входную передачу 17 и передачу 19 делителя. Передаточное отношение передачи 19 делителя может быть больше передаточного отношения входной передачи 17, так что общее передаточное отношение в коробке передач 2 может быть увеличено. В качестве примера, передаточное отношение входной передачи 17 может быть в диапазоне 0,9:1-1,1:1, и, таким образом, передаточное отношение передачи 19 делителя может быть больше по сравнению с 0,9:1-1,1:1. Когда передаточное отношение входной передачи 17 находится в диапазоне 0,9:1-1,1:1, общее передаточное отношение в коробке передач 2 может быть увеличено, и транспортное средство 1 может двигаться в заднем направлении с достаточно низкой скоростью для того, чтобы водитель транспортного средства 1 контролировал транспортное средство 1. Таким образом, общая характеристика управляемости транспортного средства 1 в заднем направлении будет приемлемой. Общие размеры коробки передач 2 могут быть уменьшены. Также, нет необходимости увеличивать передаточное отношение планетарного зубчатого механизма 14 в диапазонной коробке передач 15B посредством минимизации диаметра солнечного зубчатого колеса 18.
Согласно другому примеру, передаточное отношение входной передачи 17 может быть в диапазоне 0,95:1-1,05:1, и, таким образом, передаточное отношение передачи 19 делителя может быть больше по сравнению с 0,95:1-1,05:1. Когда передаточное отношение входной передачи 17 находится в диапазоне 0,95:1-1,05:1, общее передаточное отношение в коробке передач 2 может быть увеличено, и транспортное средство 1 может двигаться в заднем направлении с достаточно низкой скоростью для того, чтобы водитель транспортного средства 1 контролировал транспортное средство 1. Таким образом, общая характеристика управляемости транспортного средства 1 в заднем направлении будет улучшена. Общие размеры коробки передач 2 могут быть дополнительно уменьшены. Также, нет необходимости увеличивать передаточное отношение планетарного зубчатого механизма 14 в диапазонной коробке передач 15B посредством минимизации диаметра солнечного зубчатого колеса 18.
Передаточное отношение входной передачи 17 может также быть практически 1:1, и, таким образом, передаточное отношение передачи 19 делителя может быть больше 1:1. Когда передаточное отношение входной передачи 17 практически равно 1:1, общее передаточное отношение в коробке передач 2 может быть увеличено, и транспортное средство 1 может двигаться в заднем направлении со скоростью, которая является достаточно низкой для того, чтобы водитель транспортного средства 1 контролировал транспортное средство 1. Таким образом, общая характеристика управляемости транспортного средства 1 в заднем направлении будет очень хорошей. Общие размеры коробки передач 2 могут быть уменьшены еще больше. Также, нет необходимости увеличивать передаточное отношение планетарного зубчатого механизма 14 в диапазонной коробке передач 15B посредством минимизации диаметра солнечного зубчатого колеса 18.
Раздаточная коробка передач 15C и основная коробка передач 15A могут вместе быть выполнены с возможностью иметь объединенный разброс передаточных отношений в диапазоне 5,5-6,3, и планетарный зубчатый механизм 14 выполняется с возможностью иметь передаточное отношение в диапазоне 3,1:1-3,9:1, когда переключается на заднюю передачу. С таким объединенным разбросом передаточных отношений в раздаточной коробке передач 15C и основной коробке передач 15A вместе с таким передаточным отношением в диапазонной коробке передач 15B, транспортное средство 1 может двигаться в заднем направлении со скоростью, которая является достаточной низкой для того, чтобы водитель транспортного средства 1 контролировал транспортное средство 1. Таким образом, общая характеристика управляемости транспортного средства 1 в заднем направлении будет приемлемой. Общие размеры коробки передач 2 могут быть уменьшены. Кроме того, нет необходимости увеличивать передаточное отношение планетарного зубчатого механизма 14 в диапазонной коробке передач 15B посредством минимизации диаметра солнечного зубчатого колеса 18.
Альтернативно, раздаточная коробка передач 15C и основная коробка передач 15A могут вместе быть выполнены с возможностью иметь объединенный разброс передаточных отношений в диапазоне 5,7-6,1, и планетарный зубчатый механизм 14 выполняется с возможностью иметь передаточное отношение в диапазоне 3,3:1-3,6:1, когда переключен на заднюю передачу. С таким объединенным разбросом передаточных отношений в раздаточной коробке передач 15C и основной коробке передач 15A вместе с таким передаточным отношением в диапазонной коробке передач 15B, транспортное средство 1 может двигаться в заднем направлении с достаточно низкой скоростью для того, чтобы водитель транспортного средства 1 контролировал транспортное средство 1. Таким образом, общая характеристика управляемости транспортного средства 1 в заднем направлении будет улучшена. Общие размеры коробки передач 2 могут быть дополнительно уменьшены. Также, нет необходимости увеличивать передаточное отношение планетарного зубчатого механизма 14 в диапазонной коробке передач 15B посредством минимизации диаметра солнечного зубчатого колеса 18.
Согласно фиг. 2 основная коробка передач 15A отдельно может быть установлена в четыре различных передаточных отношения. Диапазонная коробка передач 15B размещается ниже по силовой цепи от основной коробки передач 15A. Диапазонная коробка передач 15B окружается корпусом 12 коробки передач и обсуждается дополнительно со ссылкой на фиг. 3-5. Раздаточная коробка передач 15C располагается выше по силовой цепи от основной коробки передач 15A в направлении крутящего момента от двигателя 4 сгорания к ведущим колесам 8. Раздаточная коробка передач 15C предоставляет для каждой передачи основной коробки передач 15A две ступени передачи с различными передаточными отношениями для того, чтобы предоставлять больше передаточных отношений коробки передач 2.
Вместо расцепляемой муфты сцепления 11 компоновка с первой и второй электрическими машинами (не описываются) может быть размещена, чтобы вращать и тормозить планетарный зубчатый механизм (не описывается), размещенный в силовом агрегате 3 и расположенный выше по силовой цепи от коробки передач 2. В такой компоновке первая электрическая машина может быть размещена на солнечном зубчатом колесе (не описывается) планетарного зубчатого механизма 14, и вторая электрическая машина может быть размещена на первом коронном зубчатом колесе (не описывается) планетарного зубчатого механизма. Первая и вторая электрические машины могут быть источником мощности или могут формировать часть источника мощности.
Что касается основной коробки передач 15A, промежуточный вал 202 содержит зубчатые колеса 203A, 204A, 205A, которые прикреплены с возможностью вращения к промежуточному валу 202. Например, зубчатое колесо 203A представляет вторую передачу, зубчатое колесо 204A - первую передачу, и зубчатое колесо 205A - третью передачу. Главный вал 206 содержит соответствующие зубчатые колеса 203B, 204B, 205B, которые вращаются свободно относительно главного вала 206, но которые могут быть выборочно заблокированы для вращения с главным валом 206 для того, чтобы зацеплять передачу. Например, вторая передача основной коробки передач может быть зацеплена посредством маневрирования первой основной муфты 207, выполненной с возможностью вращения с главным валом 206, в позицию, где зубчатое колесо 203B зацепляется, т.е., влево на чертеже, тем самым, приводя зубчатое колесо 203B во вращение главного вала 206 и, тем самым, также зацепляя промежуточный вал 202 с главным валом 206 через зубчатое колесо 203A. Каждая пара зубчатых колес на промежуточном валу 202 и главном валу 206 представляет передаточное отношение.
Первая передача основной коробки передач может быть зацеплена посредством расцепления первой основной муфты 207 от зубчатого колеса 203B и вместо этого перемещения второй основной муфты 208 в позицию вправо на чертеже, где, вместо этого, зубчатое колесо 204B зацепляется, тем самым, приводя зубчатое колесо 204B во вращение главного вала 206. Соответственно, третья передача основной коробки передач может быть зацеплена посредством маневрирования второй основной муфты 208 в позицию влево на чертеже, где, вместо этого, зацепляется зубчатое колесо 205B, тем самым, устанавливая основную коробку передач 15A в третью передачу. Каждая из первой-третьей передач используется для множества из суммарного числа передач, обеспечиваемых коробкой передач 2 в целом. Например, первая передача основной коробки передач 15A будет использована для первой и второй передачи коробки передач 2, понижающей и повышающей передачи делителя, нижнего диапазона, а также для седьмой и восьмой передачи, понижающей и повышающей передачи делителя, и верхнего диапазона. Различные передачи в раздаточной коробке передач 15C и основной коробке передач 15A могут также быть использованы, когда диапазонная коробка передач 15B переключается на заднюю передачу.
Основная коробка передач 15A так же предоставляется с тихоходной передачей 211, содержащей пару 211A и 211B зубчатых колес тихоходной передачи. Зубчатое колесо 211A тихоходной передачи размещается на промежуточном валу, а зубчатое колесо 211B тихоходной передачи может вращаться свободно относительно главного вала 206, но может выборочно блокироваться для вращения с главным валом 206 для того, чтобы зацеплять тихоходную передачу 211.
Дополнительно, что касается раздаточной коробки передач 15C, входная передача 17 содержит входное зубчатое колесо 209A, которое, аналогично вышеописанному, прикрепляется с возможностью вращения к промежуточному валу 202, а соответствующее входное зубчатое колесо 209B вращается свободно относительно входного вала 201, но которое может быть выборочно заблокировано для вращения с входным валом 201 посредством муфты 210 делителя, которая может быть снабжена блоком синхронизации делителя. Муфта 210 делителя может дополнительно быть использована, чтобы соединять входной вал 201 коробки передач с зубчатым колесом 205B непосредственно. Входная передача 17, содержащая пару 209A-B зубчатых колес, может вместе с муфтой 210 делителя, таким образом, предоставлять два различных передаточных отношения делителя для каждой передачи основной коробки передач 15A.
Когда, например, зацепляется первая передача, муфта 210 делителя выполняется с возможностью зацеплять зубчатое колесо 205B делителя. Это в результате будет приводить к тому, что входной вал 201 непосредственно соединяется с зубчатым колесом 205B делителя, которое через зубчатое колесо 205A делителя устанавливает первое передаточное отношение между входным валом 201 и промежуточным валом 202. Зубчатое колесо 205B, однако, не соединяется с главным валом 206, но промежуточный вал 202 соединяется с главным валом 206 через пару 204A-B зубчатых колес и посредством второй основной муфты 208.
Когда вторая передача зацепляется, т.е., повышенная передача делителя первой передачи основной коробки передач, транспортное средство 1, вместо этого, приводится в движение с зацепленной парой 209A-B зубчатых колес, приводящей в результате ко второму передаточному отношению между входным валом 201 и промежуточным валом 202. Зубчатое колесо 204B все еще зацепляется второй основной муфтой 208 согласно вышесказанному, тем самым, расширяя диапазон каждой передачи.
Это деление может быть выполнено для каждой передачи основной коробки передач 15A. Однако, когда соединительный блок 210 зацепляет зубчатое колесо 205B, а также вторая основная муфта 208 зацепляет зубчатое колесо 205B, получается передаточное отношение 1:1 через раздаточную коробку передач 15C и основную коробку передач 15A.
Тихоходная передача 211 согласно изобретению зацепляется, когда задняя передача зацепляется в диапазонной коробке передач 15B. Первая задняя передача зацепляется, когда также муфта 210 делителя выполнена с возможностью зацеплять зубчатое колесо 205B делителя. Это в результате будет приводить к тому, что входной вал 201 непосредственно соединяется с зубчатым колесом 205B делителя, которое через зубчатое колесо 205A делителя устанавливает передаточное отношение между входным валом 201 и промежуточным валом 202.
Тихоходная передача 211 также зацепляется, когда коробка передач 2 переключается на переднее направление, когда диапазонная коробка передач 15B переключается в позицию нижнего диапазона, но не в позицию верхнего диапазона. В сравнении с другими передачами, используемыми при движении транспортного средства 1 в переднем направлении, такими как пара 204A-B зубчатых колес, представляющих первую передачу в основной коробке передач 15A, задняя передача является менее используемой, а также тихоходная передача 211 в переднем направлении является менее используемой. Также, крутящий момент, передаваемый через тихоходную передачу 211, меньше крутящего момента, передаваемого через другие передачи в коробке передач 2, такие как пара 204A-B зубчатых колес, вследствие высокого передаточного отношения в тихоходной передаче 211. По этой причине износ пары 211A и 211B зубчатых колес тихоходной передачи будет ограничен.
Согласно фиг. 2, тихоходная передача 211 размещается в основной коробке передач 15A. Однако, может также быть возможно размещать тихоходную передачу 211 в раздаточной коробке передач 15C, так что зубчатое колесо 211A тихоходной передачи размещается на входном валу 201, а зубчатое колесо 211B тихоходной передачи размещается на промежуточном валу 202.
Фиг. 3 показывает схематичный вид в разрезе коробки передач 2 настоящего изобретения. Коробка передач 2 содержит основную коробку передач 15A, раздаточную коробку передач 15C и диапазонную коробку передач 15B. Диапазонная коробка передач 15B содержит планетарный зубчатый механизм 14, который имеет нижнюю и верхнюю передачу, так что переключающая способность коробки передач 2 может быть разделена на позицию передачи нижнего диапазона и позицию передачи верхнего диапазона. В позиции первой передачи, соответствующей позиции передачи нижнего диапазона, понижение передачи имеет место в планетарном зубчатом механизме 14. В позиции передачи верхнего диапазона передаточное отношение равно 1:1 в планетарном зубчатом механизме 14. Планетарный зубчатый механизм 14 на фиг. 3 переключен в позицию первой передачи, соответствующую позицию передачи нижнего диапазона.
Диапазонная коробка передач 15B размещается в корпусе 12 коробки передач и содержит входной вал 16 диапазонной коробки передач, который может быть главным валом 26 основной коробки передач 15A. Планетарный зубчатый механизм 14 содержит три основных компонента, которые размещаются с возможностью вращения относительно друг друга, а именно, солнечное зубчатое колесо 18, водило 20 планетарного ряда и коронное зубчатое колесо 22. Ряд планетарных зубчатых колес 24 размещаются с возможностью вращения с подшипниками на водиле 20 планетарного ряда. Зная число зубцов 32 солнечного зубчатого колеса 18 и коронного зубчатого колеса 22, может быть определено относительное передаточное отношение трех компонентов. Солнечное зубчатое колесо 18 соединяется с возможностью вращения с входным валом 16, и планетарные зубчатые колеса 24 зацепляют солнечное зубчатое колесо 18. Коронное зубчатое колесо 22 окружает и зацепляет планетарные зубчатые колеса 24.
Первая смещаемая в осевом направлении соединительная муфта 42 находится в позиции первой передачи, выполненной с возможностью соединять корпус 12 коробки передач с коронным зубчатым колесом 22, и в позиции второй передачи, выполненной с возможностью отсоединять корпус 12 коробки передач от коронного зубчатого колеса 22. Первая подвижная в осевом направлении соединительная муфта 42 находится в позиции первой передачи, выполненной с возможностью отсоединять входной вал 16 от водила 20 планетарного ряда.
Вторая смещаемая в осевом направлении соединительная муфта 43 находится в позиции третьей передачи, выполненной с возможностью соединять коронное зубчатое колесо 22 с выходным валом 28 коробки передач 2. Выходной вал 28 соединяется с карданным валом 10 транспортного средства 1. В позиции третьей передачи, соответствующей задней передаче, первая смещаемая в осевом направлении соединительная муфта 42 размещается, чтобы отсоединять входной вал 16 от водила 20 планетарного ряда, и вместо этого выполнена с возможностью взаимно соединять водило 20 планетарного ряда с корпусом 12 коробки передач. В позициях первой и второй передачи вторая смещаемая в осевом направлении соединительная муфта 43 выполнена с возможностью взаимно соединять водило 20 планетарного ряда с выходным валом 28.
Первая смещаемая в осевом направлении соединительная муфта 42 находится на внутренней поверхности, снабженной первыми шлицами 50, выполненными с возможностью взаимодействовать с соответствующими первыми шлицами 50, размещенными на коронном зубчатом колесе 22 и по периметру выступа 52, который неподвижно соединяется с корпусом 12 трансмиссии. Первые шлицы 50 на первой смещаемой в осевом направлении соединительной муфте 42 также размещаются, чтобы взаимодействовать с соответствующими первыми шлицами 50, размещенными на входном валу 16. Соответствующие первые шлицы 50, расположенные на входном валу 16, выполняются по периметру первой зубчатки 46, которая устанавливается на валу 38 для солнечного зубчатого колеса 18. Первые шлицы 50 на первой смещаемой в осевом направлении соединительной муфте 42 также размещаются, чтобы взаимодействовать с соответствующими первыми шлицами 50, размещенными на водиле 20 планетарного ряда. Соответствующие первые шлицы 50, расположенные на водиле 20 планетарного ряда, выполняются по окружности второй зубчатки 44, которая устанавливается на водило 20 планетарного ряда.
Вторая смещаемая в осевом направлении соединительная муфта 43 находится на внутренней поверхности, снабженной вторыми шлицами 51, которые выполняются с возможностью взаимодействовать с соответствующими вторыми шлицами 51, размещенными на коронном зубчатом колесе 22, водиле 20 планетарного ряда и выходном валу 28. Соответствующие вторые шлицы 51, размещенные на водиле 20 планетарного ряда, формируются по окружности третьей зубчатки 49, которая устанавливается на водиле 20 планетарного ряда. Соответствующие вторые шлицы 51, предусмотренные на выходном валу 28, формируются на окружности четвертой зубчатки 53, которая устанавливается на выходном валу 28.
Нижняя передача в коробке передач 2 получается посредством смещения первой соединительной муфты 42, так что коронное зубчатое колесо 22 соединяется с корпусом 12 коробки передач. Осевое смещение первой и второй соединительных муфт 42, 43 обеспечиваются с помощью первой и второй вилки 60, 61 переключения передач, размещенной во внешней круговой канавке 62 в соответствующей соединительной муфте 42, 43. Первая вилка 60 переключения передач подвергается влиянию первого силового средства 66, а вторая вилка 61 переключения передач подвергается влиянию второго силового средства 67. Первое и второе силовые средства 66, 67 могут быть пневматическим или гидравлическим цилиндром. Вилки 60, 61 переключения передач и силовые средства 66, 67 схематично показаны на фиг. 3.
Предпочтительно, соединительные муфты 42, 43, каждая, имеют низкий вес, что означает, что существует необходимость в малой энергии и усилии для перемещения соответствующих соединительных муфт 42, 43 при переключении передач. Это предоставляет возможность быстрого переключения передач между различными позициями передач в коробке передач 2.
Фиг. 4 показывает схематичный вид в разрезе диапазонной коробки передач 15B в позиции второй передачи или позиции передачи верхнего диапазона, в которой первая соединительная муфта 42 переключается вправо на фиг. 4 для соединения входного вала 16 с водилом 20 планетарного ряда. В этой позиции первая соединительная муфта 42 отсоединяет коронное зубчатое колесо 22 корпуса 12 коробки передач. Передача крутящего момента от входного вала 16 выходному валу 28 выполняется в позиции передачи верхнего диапазона через входной вал 16 и водило 20 планетарного ряда и далее к выходному валу 28 через вторую соединительную муфту 43, так что передаточное отношение через планетарный зубчатый механизм 14 становится 1:1. В качестве альтернативы, вторая перемещаемая в осевом направлении соединительная муфта 43 может в позиции второй передачи быть выполнена с возможностью зацеплять коронное зубчатое колесо 22 с выходным валом 28.
На фиг. 5 диапазонная коробка передач 15B была переключена в позицию третьей передачи, которая является задней передачей. Вторая смещаемая в осевом направлении муфта 43 в позиции третьей передачи выполняется с возможностью соединять коронное зубчатое колесо 22 с выходным валом 28. Таким образом, вторая соединительная муфта 43 переключается посредством второй вилки 61 переключения передач, так что коронное зубчатое колесо 22 соединяется с выходным валом 28. Первая соединительная муфта 42 переключается посредством первой вилки 60 переключения передач, чтобы соединять водило 20 планетарного ряда с корпусом 12 коробки передач. Водило 20 планетарного ряда снабжается второй зубчаткой 44, размещенной для соединения водила 20 планетарного ряда с корпусом 12 коробки передач посредством первой соединительной муфты 42. Смещение соответствующей муфты 42, 43 сцепления выполняется, когда входной и выходной вал 16, 28 являются неподвижными, что соответствует неподвижному рабочему состоянию транспортного средства 1, когда диапазонная коробка передач 15B включена в трансмиссию 3 транспортного средства 1. Для того, чтобы обеспечивать неподвижную позицию входного вала 16, муфта сцепления 11 транспортного средства 1 переводится в отсоединенный режим. Когда диапазонная коробка передач 15B задействуется в позиции третьей передачи, крутящий момент передается от входного вала 16 солнечному зубчатому колесу 18 и далее планетарным зубчатым колесам 24, которые передают крутящий момент коронному зубчатому колесу 22 и далее выходному валу 28 через вторую соединительную муфту 43. Водило 20 планетарного ряда является неподвижным, когда первая соединительная муфта 42 соединяет водило 20 планетарного ряда с корпусом 12 коробки передач.
С передаточным отношением, упомянутым выше, диапазонная коробка передач 15B может иметь ограниченный диаметр, а общая характеристика управляемости транспортного средства 1 в заднем направлении все еще не подвергается неблагоприятному воздействию. Ограниченный диаметр диапазонной коробки передач 15B будет приводить общие компоненты коробки передач 2 к минимуму, и, таким образом, затраты на производство и ремонт будут сэкономлены. Солнечное зубчатое колесо 18 в планетарном зубчатом механизме 14 может быть снабжено диаметром, который выдерживает значительную величину требуемого крутящего момента. Таким образом, нет необходимости увеличивать передаточное отношение планетарного зубчатого механизма 14 в диапазонной коробке передач 15B посредством минимизации диаметра солнечного зубчатого колеса 18.
Электронный блок 70 управления соединяется с силовым агрегатом 3, чтобы осуществлять вышеописанное переключение передач. Множество непоказанных датчиков скорости в силовом агрегате 3 могут быть соединены с блоком 70 управления. Другой компьютер 72 может также быть соединен с блоком 70 управления. Блок 70 управления может быть компьютером с соответствующим программным обеспечением для этой цели. Блок 70 управления и/или компьютер 72 содержат компьютерную программу P, которая может включать в себя процедуры управления коробкой передач 2 настоящего изобретения. Программа P может быть сохранена в исполняемой форме или в сжатой форме в памяти М и/или в памяти для чтения/записи. Предпочтительно, предоставляется компьютерный программный продукт, содержащий программный код, сохраненный посредством компьютерно-читаемого носителя для выполнения вышеописанного переключения передач, когда упомянутая программа работает в блоке 70 управления или на другом компьютере 72, соединенном с блоком 70 управления. Упомянутый код может быть энергонезависимым образом сохранен на упомянутом компьютерно-читаемом носителе.
Компоненты и отличительные признаки, указанные выше, могут быть в основе изобретения объединены между различными указанными вариантами осуществления.