КОРОБКА ПЕРЕДАЧ ДЛЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ И ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА, СОДЕРЖАЩИЕ ТАКУЮ КОРОБКУ ПЕРЕДАЧ
GEARBOX FOR VEHICLES AND VEHICLES CONTAINING SUCH GEARBOX

Область техники
Изобретение относится к коробке передач для транспортных средств согласно прилагаемой формуле изобретения. Изобретение также относится к транспортному средству, содержащему такую коробку передач согласно прилагаемой формуле изобретения.
Уровень техники
Транспортные средства и, в частности, более тяжелые транспортные средства, такие как грузовики, зачастую содержат коробку передач, также называемую "диапазонной коробкой передач", соединенную с основной коробкой передач таким образом, что число передач удваивается. Такая вспомогательная коробка передач обычно включает в себя планетарную передачу, которая имеет нижнюю передачу и верхнюю передачу, при этом средства переключения передач в основной коробке передач могут разделяться на позицию передачи нижнего диапазона и позицию передачи верхнего диапазона. В позиции передачи нижнего диапазона, переключение передач "вниз" осуществляется через планетарную передачу, и в передаче верхнего диапазона, передаточное отношение составляет 1:1 в планетарной передаче.
Диапазонная коробка передач обычно находится между основной коробкой передач и карданным валом, соединенным с ведущими колесами транспортного средства. Диапазонная коробка передач размещается в картере коробки передач и содержит входной вал, соединенный с основной коробкой передач, выходной вал, и между входным валом и выходным валом размещается планетарная передача. Планетарная передача обычно содержит три компонента, которые размещаются с возможностью вращения относительно друг друга, а именно, солнечную шестерню, водило планетарной шестерни с планетарными шестернями и коронную шестерню. В силу знания числа зубьев солнечной шестерни и коронной шестерни, может определяться относительная частота вращения трех компонентов в ходе работы. В диапазонной коробке передач, солнечная шестерня может соединяться с возможностью вращения с входным валом, с определенным числом планетарных шестерней, которые зацепляют упомянутую солнечную шестерню, причем эти планетарные шестерни монтируются с возможностью вращения на водиле планетарной шестерни, которое фиксированным образом соединяется с выходным валом, и с аксиально смещаемой коронной шестерней, которая окружает и зацепляет планетарные шестерни. Зубья солнечной шестерни, планетарных шестерней и коронной шестерни могут быть винтовыми, т.е. они имеют угол к общей оси вращения солнечной шестерни, водила планетарной шестерни и коронной шестерни. За счет нарезания зубьев шестерней под углом относительно оси вращения шестерни уменьшается сформированный звук из планетарной передачи. Тем не менее, вследствие винтовых зубьев реактивная сила возникает из шестерней в планетарной передаче в направлении оси вращения. Направление реактивной силы зависит от направления, в котором шестерни планетарной передачи являются винтовыми. Таким образом, реактивная сила направлена назад или вперед на протяжении оси вращения.
В известной диапазонной коробке передач, позиция передачи нижнего диапазона и позиция передачи верхнего диапазона получаются посредством смещения коронной шестерни аксиально между позицией передачи нижнего диапазона, в которой коронная шестерня является заблокированной для вращения относительно картера коробки передач, и позицией передачи верхнего диапазона, в которой коронная шестерня является вращающейся относительно картера коробки передач, и при этом коронная шестерня, планетарные шестерни и солнечная шестерня вращаются в качестве единого целого. Планетарная передача содержит два соединительных кольца, размещаемых на каждой стороне коронной шестерни, и два синхронизирующих кольца, размещаемых на каждой стороне коронной шестерни. Кольца синхронизатора служат для того, чтобы предоставлять синхронное переключение передач.
В публикации WO 0155620 раскрыто устройство синхронизации в планетарной передаче, при этом планетарная передача включает в себя солнечную шестерню, водило планетарной шестерни и коронную шестерню. Солнечная шестерня соединяется с возможностью вращения с входным валом и с определенным числом планетарных шестерней, зацепляющихся с солнечной шестерней, причем эти планетарные шестерни монтируются с возможностью вращения на водиле планетарной шестерни, которое соединяется с выходным валом. Аксиально смещаемая коронная шестерня окружает и вводится в зацепление с планетарными шестернями. Нижняя и верхняя передача получаются посредством коронной шестерни, смещаемой аксиально между передачей нижнего диапазона и передачей верхнего диапазона.
В патенте США № 6196944 раскрыта планетарная передача, содержащая солнечную шестерню, водило планетарной шестерни с планетарными шестернями и коронную шестерню. Солнечная шестерня может соединяться с входным валом посредством соединительной муфты в позиции передачи нижнего диапазона и расцепляться от входного вала в позиции передачи верхнего диапазона. В позиции передачи верхнего диапазона, входной вал соединяется с водилом планетарной шестерни посредством идентичной соединительной муфты. Коронная шестерня жестко соединяется с картером коробки передач. Известная планетарная передача размещается во вспомогательной коробке передач, имеющей только две позиции передач.
Передача заднего хода в трансмиссии в транспортном средстве зачастую размещается в основной коробке передач, которая в таком случае содержит шестерню, которая зацепляется, когда транспортное средство должно приводиться в движение в обратном направлении. Зубчатое колесо, которое предназначено для передачи заднего хода, приводит к удлинению основной коробки передач и к нежелательному увеличению веса транспортного средства. Зубчатое колесо заднего хода вращается в противоположном направлении относительно других шестерней в основной коробке передач, что вызывает потери. Упомянутое зубчатое колесо, которое предназначено для передачи заднего хода, имеет тенденцию формировать нежелательный шум в трансмиссии, что представляет собой результат промежуточного зубчатого колеса, расположенного между промежуточным валом и главным валом в основной коробке передач.
В патенте США № 6196944 описана коробка передач для электромоторных транспортных средств, содержащая планетарную передачу, содержащую первую и вторую муфту, действующие на водило планетарной шестерни, коронную шестерню, картер коробки передач и выходной вал. Первая и вторая муфты управляются в качестве одной соединенной единицы.
Сущность изобретения
Несмотря на известные решения, имеется потребность в том, чтобы дополнительно разрабатывать коробку передач, в которой время для переключения передач является небольшим, износ компонентов в коробке передач является низким, и механическое напряжение компонентов в коробке передач является низким.
Следовательно, цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать коробку передач, в которой время для переключения передач является небольшим.
Другая цель изобретения заключается в том, чтобы создать коробку передач, в которой износ компонентов в коробке передач является низким.
Дополнительная цель изобретения заключается в том, чтобы создать коробку передач, в которой механическое напряжение компонентов в коробке передач является низким.
Упомянутые в данном документе цели достигаются с помощью коробки передач для транспортных средств согласно прилагаемой формуле изобретения.
Упомянутые в данном документе цели также достигаются с помощью транспортного средства с коробкой передач согласно прилагаемой формуле изобретения.
Согласно аспекту изобретения создана коробка передач для транспортного средства, содержащая планетарную передачу с коронной шестерней, солнечной шестерней и водилом планетарной шестерни, на котором монтируется с возможностью вращения, по меньшей мере, одна планетарная шестерня, причем коронная шестерня и солнечная шестерня выполнены с возможностью зацепляться с, по меньшей мере, одной планетарной шестерней; картер коробки передач, окружающий планетарную передачу; входной вал и выходной вал для передачи крутящего момента в/из коробки передач; первую аксиально перемещаемую соединительную муфту для избирательного зацепления и расцепления планетарной передачи с/от картера коробки передач и для избирательного зацепления и расцепления коронной шестерни, солнечной шестерни и водила планетарной шестерни между собой; и вторую аксиально перемещаемую соединительную муфту для избирательного зацепления и расцепления выходного вала с/от коронной шестерни и с/от водила планетарной шестерни; при этом первая аксиально перемещаемая соединительная муфта, в позиции первой передачи, выполнена с возможностью зацеплять коронную шестерню с картером коробки передач, и в позиции второй передачи, выполнена с возможностью зацеплять солнечную шестерню с коронной шестерней; вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта, в позиции первой передачи, выполнена с возможностью зацеплять водило планетарной шестерни с выходным валом, и в позиции второй передачи, выполнена с возможностью зацеплять коронную шестерню с выходным валом; и при этом вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта, в позиции нейтрали, выполнена с возможностью позиционироваться в промежуточной осевой позиции между позициями первой и второй передачи.
Согласно дополнительному аспекту изобретения создано транспортное средство, содержащее такую коробку передач.
За счет такой коробки передач, время для переключения передач является небольшим. Осевой ход соответствующей соединительной муфты меньше по сравнению с длиной хода кольцевого колеса традиционной коробки передач, что означает то, что можно быстро переключаться между различными позициями передач. Поскольку осевой ход соединительных муфт является небольшим, скорость и мощность, требуемые для аксиального смещения соединительных муфт, должны быть низкими. Низкая осевая скорость и низкий уровень мощности, требуемые для смещения соединительных муфт, должны уменьшать силу, действующую на соединительные муфты, планетарную передачу, картер коробки передач и на выходной вал в момент зацепления. Аксиально-направленные концевые поверхности этих компонентов, к примеру, аксиально-направленные концевые поверхности шлицев могут быть противостоять износу и механическому напряжению, которые могут возникать из этих аксиально-направленных сил. Дополнительно, первая соединительная муфта может выполняться с ограниченной продольной протяженностью, что приводит к тому, что вес соединительной муфты становится низким. Низкая масса соединительной муфты означает то, что можно быстро переключаться между различными позициями передач. Помимо этого, низкая масса первой соединительной муфты может уменьшать мощность, требуемую для аксиального смещения первой соединительной муфты, что приводит к низкому износу и механическому напряжению компонентов для зацепления. Поскольку вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта, в позиции нейтрали, выполнена с возможностью позиционироваться в промежуточной осевой позиции между позициями первой и второй передачи, достигается равномерный износ зацепляемых компонентов. При переключении коробки передач, вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта сначала должна перемещаться в позицию нейтрали и после этого зацеплять коронную шестерню или выходной вал, в зависимости от передачи, которая должна переключаться. Это должно приводить к равномерному износу зацепляемых компонентов, таких как шлицы на коронной шестерне и на водиле планетарной шестерни, которые должны зацепляться посредством второй аксиально перемещаемой соединительной муфты.
Транспортное средство, содержащее такую коробку передач, имеет улучшенные характеристики вождения и увеличенный срок службы. Помимо этого, поскольку надежность коробки передач повышается, также повышается надежность всего транспортного средства.
Дополнительные цели, преимущества и новые признаки изобретения должны становиться очевидными для специалистов в данной области техники из нижеприведенных подробностей и посредством осуществления изобретения. Хотя изобретение описывается ниже, должно быть очевидным, что изобретение может не быть ограничено конкретно описанными подробностями. Специалисты в данной области техники, имеющие доступ к идеям в данном документе, должны признавать дополнительные варианты применения, модификации и объединения в других областях, которые находятся в пределах объема изобретения.
Краткое описание чертежей
Далее приводится описание, в качестве примеров, предпочтительных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 схематично иллюстрирует транспортное средство при виде сбоку с коробкой передач согласно варианту осуществления;
Фиг. 2 схематично иллюстрирует поперечное сечение коробки передач согласно варианту осуществления в позиции передачи нижнего диапазона;
Фиг. 3 схематично иллюстрирует поперечное сечение коробки передач согласно варианту осуществления в позиции нейтрали;
Фиг. 4 схематично иллюстрирует поперечное сечение коробки передач согласно варианту осуществления в позиции передачи верхнего диапазона;
Фиг. 5 схематично иллюстрирует поперечное сечение коробки передач согласно варианту осуществления в позиции нейтрали;
Фиг. 6 схематично иллюстрирует поперечное сечение коробки передач согласно варианту осуществления в позиции заднего хода; и
Фиг. 7 схематично иллюстрирует поперечное сечение коробки передач согласно варианту осуществления в позиции нейтрали.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение относится к коробке передач для транспортного средства. Осевой ход соединительных муфт в коробке передач является небольшим, что приводит к уменьшенной скорости и мощности, требуемым для аксиального смещения соединительных муфт. Это должно уменьшать силу, действующую на компоненты в коробке передач, что должно уменьшать износ и механическое напряжение этих компонентов. Коробка передач согласно настоящему изобретению также имеет такую конфигурацию, в которой должен возникать равномерный износ компонентов, которые зацепляют и расцепляют друг друга.
Согласно аспекту, настоящее изобретение относится к коробке передач для транспортного средства, причем коробка передач содержит планетарную передачу с коронной шестерней, солнечной шестерней и водилом планетарной шестерни, на котором монтируется с возможностью вращения, по меньшей мере, одна планетарная шестерня, причем коронная шестерня и солнечная шестерня выполнены с возможностью зацепляться, по меньшей мере, с одной планетарной передачей; картер коробки передач, окружающий планетарную передачу; входной вал и выходной вал для передачи крутящего момента в/из коробки передач; первую аксиально перемещаемую соединительную муфту для избирательного зацепления и расцепления планетарной передачи с/от картера коробки передач и для избирательного зацепления и расцепления коронной шестерни, солнечной шестерни и водила планетарной шестерни между собой; и вторую аксиально перемещаемую соединительную муфту для избирательного зацепления и расцепления выходного вала с/от коронной шестерни и с/от водила планетарной шестерни; при этом первая аксиально перемещаемая соединительная муфта, в позиции первой передачи, выполнена с возможностью зацеплять коронную шестерню с картером коробки передач, и в позиции второй передачи, выполнена с возможностью зацеплять солнечную шестерню с коронной шестерней; вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта, в позиции первой передачи, выполнена с возможностью зацеплять водило планетарной шестерни с выходным валом, и в позиции второй передачи, выполнена с возможностью зацеплять коронную шестерню с выходным валом; и при этом вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта, в позиции нейтрали, выполнена с возможностью позиционироваться в промежуточной осевой позиции между позициями первой и второй передачи.
За счет такой коробки передач, время для переключения передач является небольшим. Поскольку осевой ход соединительных муфт является небольшим, скорость и мощность, требуемые для аксиального смещения соединительных муфт, должны быть низкими. Низкая осевая скорость и низкий уровень мощности, требуемые для смещения соединительных муфт, должны уменьшать силу, действующую на соединительные муфты, планетарную передачу, картер коробки передач и на выходной вал в момент зацепления. Аксиально-направленные концевые поверхности этих компонентов, к примеру, аксиально-направленные концевые поверхности шлицев могут быть стойкими к износу и механическому напряжению, которые могут возникать из этих аксиально-направленных сил. Дополнительно, первая соединительная муфта может выполняться с ограниченной продольной протяженностью, что приводит к тому, что вес соединительной муфты является низким. Низкая масса соединительной муфты означает то, что можно быстро переключаться между различными позициями передач. Помимо этого, низкая масса первой соединительной муфты может уменьшать мощность, требуемую для аксиального смещения первой соединительной муфты, что приводит к низкому износу и механическому напряжению компонентов для зацепления. Поскольку вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта, в позиции нейтрали, выполнена с возможностью позиционироваться в промежуточной осевой позиции между позициями первой и второй передачи, достигается равномерный износ зацепляемых компонентов. При переключении коробки передач, вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта сначала должна перемещаться в позицию нейтрали и после этого зацеплять коронную шестерню или выходной вал, в зависимости от передачи, которая должна переключаться. Это должно приводить к равномерному износу зацепляемых компонентов, таких как шлицы на коронной шестерне и на водиле планетарной шестерни, которые должны зацепляться посредством второй аксиально перемещаемой соединительной муфты.
В позиции второй передачи, первая аксиально смещаемая соединительная муфта передает крутящий момент из входного вала в коронную шестерню, и вторая аксиально смещаемая соединительная муфта передает крутящий момент из коронной шестерни на выходной вал. Таким образом, крутящий момент, передаваемый через коробку передач, должен обходить солнечную шестерню и планетарные шестерни, что снижает вероятность повреждений граней на профилях зубьев солнечной шестерни и планетарных шестерней. Вместо этого, крутящий момент должен перенаправляться через коробку передач через коронную шестерню в качестве физического объекта, а не через профили зубьев коронной шестерни и планетарных шестерней.
Согласно примеру, первая аксиально перемещаемая соединительная муфта, в позиции третьей передачи, выполнена с возможностью соединять водило планетарной шестерни с картером коробки передач, и вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта, в позиции третьей передачи, выполнена с возможностью соединять коронную шестерню с выходным валом.
Позиция третьей передачи соответствует передаче заднего хода в коробке передач. Передача заднего хода в коробке передач достигается, когда первая аксиально перемещаемая соединительная муфта размещается с возможностью зацеплять водило планетарной шестерни с картером коробки передач, и вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта размещается с возможностью зацеплять коронную шестерню с выходным валом. Такая передача заднего хода приводит к повышенной эффективности с более низкими потерями. Передача заднего хода может легко переключаться посредством управления первой и второй аксиально смещаемыми соединительными муфтами в позицию третьей передачи, соответствующую передаче заднего хода. Когда коробка передач согласно изобретению размещается в трансмиссии транспортного средства, традиционная передача заднего хода в основной коробке передач может исключаться, за счет этого уменьшая вес, пространство и расход топлива. Главный вал в основной коробке передач может выполняться с меньшей длиной, поскольку передача заднего хода в основной коробке передач может опускаться. Таким образом, главный вал должен демонстрировать меньший прогиб при передаче крутящего момента, что означает то, что срок эксплуатации подшипников для главного вала увеличивается. Поскольку передача заднего хода размещается в диапазонной коробке передач, числе передач заднего хода в трансмиссии увеличивается. Число передач заднего хода в силу этого может соответствовать числу передач в основной коробке передач.
Согласно примеру, первая аксиально перемещаемая соединительная муфта, в позиции первой передачи, выполнена с возможностью отсоединяться от солнечной шестерни и водила планетарной шестерни.
Передаточное отношение через планетарную передачу в первой позиции должно определяться посредством конфигурации солнечной шестерни и водила планетарной шестерни. В зависимости от типа транспортного средства и источника мощности в транспортном средстве, коробка передач может конструироваться с возможностью удовлетворять требованиям общей характеристики управляемости транспортного средства. Таким образом, солнечная шестерня и водило планетарной шестерни могут быть выполнены с возможностью удовлетворять требованиям по передаточному отношению в коробке передач таким образом, чтобы достигать релевантного переключения передач "вниз" через планетарную передачу в позиции первой передачи. Позиция первой передачи может соответствовать позиции нижнего диапазона в диапазонной коробке передач.
Согласно примеру, первая аксиально перемещаемая соединительная муфта, в позиции четвертой передачи, выполнена с возможностью отсоединять планетарную передачу от картера коробки передач и отсоединять коронную шестерню, солнечную шестерню и водило планетарной шестерни друг от друга.
Позиция нейтрали в коробке передач может достигаться посредством расцепления планетарной передачи от картера коробки передач и таким образом, чтобы отсоединять коронную шестерню, солнечную шестерню и водило планетарной шестерни друг от друга. В позиции нейтрали, коробка передач может не передавать крутящий момент. Таким образом, входной вал коробки передач может вращаться без передачи крутящего момента и частоты вращения на выходной вал коробки передач. Позиция нейтрали в коробке передач может достигаться посредством аксиального смещения первой аксиально перемещаемой соединительной муфты в позиции четвертой передачи, которая выполнена с возможностью отсоединять планетарную передачу от картера коробки передач и отсоединять коронную шестерню, солнечную шестерню и водило планетарной шестерни друг от друга. Такая позиция нейтрали, управляемая посредством смещения первой аксиально перемещаемой соединительной муфты, может задаваться в комбинации со смещением второй аксиально перемещаемой соединительной муфты в позицию нейтрали. Такая комбинация позиций нейтрали, сформированных посредством обеих соединительных муфт, может использоваться в ходе обслуживания и ремонта коробки передач. Тем не менее, синхронизация при переключении передач в коробке передач может быть более эффективной, если вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта зацепляет выходной вал и водило планетарной шестерни в позиции четвертой передачи.
Согласно примеру, первая аксиально перемещаемая соединительная муфта, на внутренней поверхности, содержит первые шлицы, которые выполнены с возможностью зацепляться с первыми шлицами, размещаемыми на картере коробки передач, солнечной шестерне, водиле планетарной шестерни и коронной шестерне.
Простое и эффективное зацепление и расцепление картера коробки передач и коронной шестерни, солнечной шестерни и коронной шестерни и картера коробки передач и водила планетарной шестерни, соответственного, достигается посредством первых шлицев. Тем не менее, при зацеплении двух компонентов, содержащих шлицы, аксиально-направленные концевые поверхности шлицев могут создавать помехи друг другу. Это зависит от того, как компоненты направлены в направлении вращения относительно друг друга. Поскольку осевой ход первой аксиально перемещаемой соединительной муфты является небольшим, скорость и мощность, требуемые для аксиального смещения первой аксиально перемещаемой соединительной муфты, должны быть низкими. Низкая осевая скорость и низкий уровень мощности, требуемые для смещения первой аксиально перемещаемой соединительной муфты, должны уменьшать силу, действующую на первую аксиально перемещаемую соединительную муфту, солнечное зубчатое колесо, водило планетарной шестерни, картер коробки передач и на кольцевое колесо в момент зацепления. Таким образом, износ и механическое напряжение на аксиально-направленных концевых поверхностях шлицев этих компонентов могут уменьшаться.
Согласно примеру, вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта, на внутренней поверхности, содержит вторые шлицы, которые выполнены с возможностью зацепляться со вторыми шлицами, размещаемыми на коронной шестерне, водиле планетарной шестерни и выходном валу.
Простое и эффективное зацепление и расцепление выходного вала и коронной шестерни и выходного вала и водила планетарной шестерни, соответственно, достигается посредством вторых шлицев. Тем не менее, при зацеплении двух компонентов, содержащих шлицы, аксиально-направленные концевые поверхности шлицев могут создавать помехи друг другу. Это зависит от того, как компоненты направлены в направлении вращения относительно друг друга. Поскольку осевой ход второй аксиально перемещаемой соединительной муфты является небольшим, скорость и мощность, требуемые для аксиального смещения второй аксиально перемещаемой соединительной муфты, должны быть низкими. Низкая осевая скорость и низкий уровень мощности, требуемые для смещения второй аксиально перемещаемой соединительной муфты, должны уменьшать силу, действующую на вторую аксиально перемещаемую соединительную муфту, водило планетарной шестерни и выходной вал в момент зацепления. Таким образом, износ и механическое напряжение на аксиально-направленных концевых поверхностях шлицев этих компонентов могут уменьшаться.
Согласно примеру, солнечная шестерня соединяется с входным валом коробки передач.
Крутящий момент из входного вала передается непосредственно в солнечную шестерню. В позиции первой передачи, соответствующей позиции нижнего диапазона, крутящий момент передается из входного вала непосредственно в солнечную шестерню и дополнительно на планетарные колеса и водило планетарной шестерни на выходной вал. В позиции второй передачи, соответствующей позиции верхнего диапазона, крутящий момент передается из входного вала непосредственно в солнечную шестерню и дополнительно в коронную шестерню и на выходной вал.
Согласно примеру, коробка передач представляет собой диапазонную коробку передач.
Диапазонная коробка передач имеет целью удваивать возможности по числу передач в силовой цепи. Диапазонная коробка передач может переключаться на две различных передачи. В позиции передачи нижнего диапазона, переключение передач "вниз" осуществляется через диапазонную коробку передач, и в позиции передачи верхнего диапазона, передаточное отношение составляет 1:1 через диапазонную коробку передач.
Согласно примеру, входной вал выполнен с возможностью соединяться с основной коробки передач.
Диапазонная коробка передач может соединяться с основной коробкой передач в силовой передаче. Таким образом, число передач в основной коробке передач может быть удвоено посредством диапазонной коробки передач.
Согласно примеру, позиция первой передачи первой и второй аксиально перемещаемых соединительных муфт соответствует передаче нижнего диапазона в диапазонной коробке передач.
Планетарная передача в коробке передач имеет нижнюю и верхнюю передачу, и в силу этого возможности переключения передач коробки передач могут разделяться на передачу нижнего диапазона и передачу верхнего диапазона. Позиция первой передачи соответствует позиции передачи нижнего диапазона в диапазонной коробке передач. Переключение передач "вниз" осуществляется в планетарной передаче, когда диапазонная коробка передач переключается на передачу нижнего диапазона. Как результат, крутящий момент, передаваемый через диапазонную коробку передач, должен увеличиваться, когда диапазонная коробка передач переключается в позицию передачи нижнего диапазона.
Согласно примеру, позиция второй передачи первой и второй аксиально перемещаемых соединительных муфт соответствует передаче верхнего диапазона в диапазонной коробке передач.
Когда диапазонная коробка передач переключается на передачу верхнего диапазона, передаточное отношение составляет 1:1 в планетарной передаче. Таким образом, отсутствует разность передаточных отношений в диапазонной коробке передач, когда диапазонная коробка передач переключается в позицию передачи верхнего диапазона.
Настоящее изобретение также относится к транспортному средству, содержащему коробку передач.
Такое транспортное средство может представлять собой тяжелое транспортное средство, например, грузовик или автобус. Транспортное средство может иметь ручное управление, дистанционное управление или автономное управление. Транспортное средство может приводиться в движение посредством электрического двигателя и/или двигателя внутреннего сгорания.
Ниже подробно иллюстрируется настоящее изобретение со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг. 1 схематично иллюстрирует транспортное средство 1 при виде сбоку с коробкой 2 передач согласно настоящему изобретению. Коробка 2 передач включается в силовую цепь 3, которая содержит двигатель 4 внутреннего сгорания, основную коробку 6 передач и карданный вал 10. Двигатель 4 внутреннего сгорания соединяется с основной коробкой 6 передач, которая, в свою очередь, соединяется с коробкой 2 передач согласно настоящему изобретению. Коробка 2 передач дополнительно соединяется с ведущими колесами 8 транспортного средства 1 через карданный вал 10. Коробка 2 передач согласно настоящему изобретению представляет собой диапазонную коробку передач и имеет целью удваивать возможности по числу передач. Коробка 2 передач окружается посредством картера 12 коробки передач.
Фиг. 2 схематично иллюстрирует поперечное сечение коробки 2 передач согласно варианту осуществления в позиции передачи нижнего диапазона. Коробка 2 передач содержит планетарную передачу 14, которая имеет нижнюю и верхнюю передачу, так что возможности переключения передач основной коробки 6 передач могут разделяться на позицию передачи нижнего диапазона и позицию передачи верхнего диапазона. В позиции первой передачи, соответствующей позиции передачи нижнего диапазона, переключение передач "вниз" осуществляется в планетарной передаче 14. В позиции передачи верхнего диапазона, передаточное отношение составляет 1:1 в планетарной передаче 14. Фиг. 2 показывает коробку 2 передач в позиции первой передачи, соответствующей позиции передачи нижнего диапазона.
Коробка 2 передач размещается в картере 12 коробки передач и содержит входной вал 16, который может представлять собой главный вал 26 основной коробки 6 передач. Планетарная передача 14 содержит три основных компонента, которые размещаются с возможностью вращения относительно друг друга, а именно, солнечную шестерню 18, водило 20 планетарной шестерни и коронную шестерню 22. Определенное число планетарных шестерней 24 размещается с возможностью вращения с подшипниками на водиле 20 планетарной шестерни. В силу знания числа зубьев 32 солнечной шестерни 18 и коронной шестерни 22, может определяться относительное передаточное отношение трех компонентов. Солнечная шестерня 18 соединяется с возможностью вращения с входным валом 16 таким образом, что крутящий момент и вращательное перемещение могут передаваться между входным валом 16 и солнечной шестерней 18. Планетарные шестерни 24 зацепляют солнечную шестерню 18. Коронная шестерня 22 окружает и зацепляет планетарные шестерни 24. Зубья 32 солнечной шестерни 18, планетарных шестерней 24 и коронной шестерни 22 могут быть спиральными таким образом, что они имеют угол относительно общей оси 30 вращения солнечной шестерни 18, водила 20 планетарной шестерни и коронной шестерни 22. Посредством нарезания зубьев 32 под косым углом, реактивная сила получается из шестерней 18, 22, 24 в планетарной передаче 14 в направлении оси 30 вращения. Направление реактивной силы зависит от направления, в котором зубья 32 планетарной передачи 14 являются скошенными. Таким образом, реактивная сила может быть направлена назад или вперед на оси 30 вращения.
Входной вал 16 может соединяться с солнечной шестерней 18 посредством шлицевого соединения 34, которое имеет осевую протяженность, которая обеспечивает угловое смещение между входным валом 16 и валом 38 солнечной шестерни 18. При работе, главный вал 26 в основной коробке 6 передач в определенном рабочем состоянии и при большом механическом напряжении должен изгибаться или искривляться вследствие своих свойств эластичности и упругости. Допустимое угловое смещение в шлицевом соединении 34 приводит к тому, что солнечная шестерня 18 не затрагивается посредством изгиба главного вала 26, который уменьшает механические напряжения на зубьях 32 солнечной шестерни 18. Шлицевое соединение 34 предпочтительно конструируется таким образом, что планетарная передача 14 может собираться и разбираться в качестве одной детали на входном валу 16. Таким образом, затраты на техническое обслуживание уменьшаются, поскольку время, требуемое для ремонта, сокращается.
Первая аксиально смещаемая соединительная муфта 42 находится в позиции первой передачи, размещаемой с возможностью зацеплять картер 12 коробки передач с коронной шестерней 22. Первая аксиально перемещаемая соединительная муфта 42 находится в позиции первой передачи, размещаемой с возможностью расцеплять солнечную шестерню 18 от кольцевого колеса 22 и расцеплять водило 20 планетарной шестерни от картера 12 коробки передач.
Вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта 43 выполнена с возможностью избирательного зацепления и расцепления коронной шестерни 22, водила 20 планетарной шестерни и выходного вала 28 между собой. Вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта 43 находится в позиции первой передачи, выполненной с возможностью зацеплять водило 20 планетарной шестерни с выходным валом 28.
Первая аксиально смещаемая соединительная муфта 42 находится на внутренней поверхности, содержащей первые шлицы 50, размещаемые с возможностью взаимодействовать с соответствующими первыми шлицами 50, размещаемыми на коронной шестерне 22 и на периферии выступа 52, который фиксированным образом соединяется с картером 12 коробки передач. Первые шлицы 50 на первой аксиально смещаемой соединительной муфте 42 также размещаются возможностью взаимодействовать с соответствующими первыми шлицами 50, размещаемыми на входном валу 16. Соответствующие первые шлицы 50, расположенные на солнечной шестерне 18, сконфигурированы на периферии первой звездочки 46, которая монтируется на валу 38 солнечной шестерни 18. Тем не менее, также можно размещать первую звездочку 46 на входном валу 16, а не на валу 38 солнечной шестерни 18. Таким образом, первая звездочка 46 может размещаться по обе стороны от шлицевого соединения 34. Первые шлицы 50 на первой аксиально смещаемой соединительной муфте 42 также размещаются с возможностью взаимодействовать с соответствующими первыми шлицами 50, размещаемыми на водиле 20 планетарной шестерни. Соответствующие первые шлицы 50, расположенные на водиле 20 планетарной шестерни, сконфигурированы на периферии второй звездочки 44, которая монтируется на водиле 20 планетарной шестерни.
Число первых шлицев 50 первой аксиально смещаемой соединительной муфты 42 и входного вала 16 предпочтительно может превышать число зубьев 32 на коронной шестерне 22. Таким образом, получается большое число дискретных застопоренных позиций между коронной шестерней 22 и первой соединительной муфтой 42, что приводит к большому числу граней, сформированных на зубьях 32 шестерней 18, 22, 24. Тем не менее, грани располагаются близко друг к другу, так что они совместно должны восприниматься как по существу гладкая поверхность зубьев 32. В силу этого грани не влияют на функцию коробки 2 передач и не оказывают значительного влияния на срок службы шестерней 18, 22, 24.
Вторая аксиально смещаемая соединительная муфта 43 находится на внутренней поверхности, содержащей вторые шлицы 51, которые размещаются с возможностью взаимодействовать с соответствующими вторыми шлицами 51, размещаемыми на коронной шестерне 22, водиле 20 планетарной шестерни и выходном валу 28. Соответствующие вторые шлицы 51, размещаемые на водиле 20 планетарной шестерни, сконфигурированы на периферии третьей звездочки 49, которая монтируется на водиле 20 планетарной шестерни. Соответствующие вторые шлицы 51, предоставленные на выходном валу 28, формируются на периферии четвертой звездочки 53, которая монтируется на выходном валу 28.
Осевой стопор 54, размещаемый на водиле 20 планетарной шестерни, выполнен с возможностью примыкать к коронной шестерне 22, причем осевой стопор 54 предотвращает аксиальное перемещение коронной шестерни 22. Осевой стопор 54 может содержать дискообразную пластину, которая посредством первого упорного подшипника 56 размещается на водиле 20 планетарной шестерни. Осевой стопор 54 является вращающимся относительно водила 20 планетарной шестерни и входного вала 16 и придерживается вращения коронной шестерни 22. Осевой стопор 54 фиксирует коронную шестерню 22 аксиально и приводит к тому, что осевой подшипник входного вала 16 в коробке 2 передач подвергается меньшему механическому напряжению, когда шестерни 18, 22, 24 содержат винтовые зубья.
Нижняя передача в коробке 2 передач получается посредством смещения второй соединительной муфты 42 таким образом, что коронная шестерня 22 соединяется с картером 12 коробки передач. Осевое смещение первой и второй соединительных муфт 42, 43 предоставляется за счет первой и второй вилки 60, 61 переключения передач, размещаемых в наружной кольцевой канавке 62 в соответствующей соединительной муфте 42, 43. Первая вилка 60 переключения передач задействуется посредством первого средства 66 подачи мощности, и вторая вилка 61 переключения передач задействуется посредством второго средства 67 подачи мощности. Первое и второе средство 66, 67 подачи мощности могут представлять собой пневматический или гидравлический цилиндр. Вилки 60, 61 переключения передач и средство 66, 67 подачи мощности схематично иллюстрируются на фиг. 2.
Осевой ход соединительных муфт 42, 43 является небольшим, и скорость и мощность, требуемые для аксиального смещения соединительных муфт 42, 43, должны быть низкими. Низкая осевая скорость и низкий уровень мощности, требуемые для смещения соединительных муфт 42, 43, должны уменьшать силу, действующую на соединительные муфты 42, 43, компоненты 18, 20, 22 планетарной передачи 14, картер 12 коробки передач и на выходной вал 28 в момент зацепления. Аксиально-направленные концевые поверхности 69 этих компонентов, к примеру, аксиально-направленные концевые поверхности 69 шлицев 50, 51 могут быть стойкими к износу и механическому напряжению, которые могут возникать из этих аксиально-направленных сил. Дополнительно, первая аксиально перемещаемая соединительная муфта 42 может выполняться с ограниченной продольной протяженностью, что приводит к тому, что вес первой аксиально перемещаемой соединительной муфты 42 является низким. Низкая масса первой аксиально перемещаемой соединительной муфты 42 означает то, что можно быстро переключаться между различными позициями передач. Помимо этого, низкая масса первой аксиально перемещаемой соединительной муфты 42 может уменьшать мощность, требуемую для аксиального смещения первой аксиально перемещаемой соединительной муфты 42, что приводит к низкому износу и механическому напряжению компонентов для зацепления.
Фиг. 3 схематично иллюстрирует поперечное сечение коробки 2 передач согласно варианту осуществления в позиции нейтрали. В позиции нейтрали, вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта 43 смещена и расцеплена от водила 20 планетарной шестерни в позицию, в которой вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта 43 соединяется только с выходным валом 28. Таким образом, в позиции нейтрали коронная шестерня 22 свободно вращается относительно выходного вала 28. В позиции нейтрали, коробка 2 передач не должна вообще передавать крутящий момент из входного вала 16 на выходной вал 28.
Вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта 43 находится в позиции нейтрали, выполненной с возможностью позиционироваться в промежуточной осевой позиции между коронной шестерней 22 и водилом 20 планетарной шестерни. Вторые шлицы 51 на второй аксиально перемещаемой соединительной муфте 43 по-прежнему зацепляют вторые шлицы 51 на выходном валу 28, но расцепляют вторые шлицы 51 на коронной шестерне 22 и на водиле 20 планетарной шестерни. Нейтраль может достигаться посредством размещения вторых шлицев 51 коронной шестерни 22 и вторых шлицев 50 водила 20 планетарной шестерни на осевом расстоянии друг от друга. Это расстояние между коронной шестерней 22 и водилом 20 планетарной шестерни обеспечивает возможность расцепления вторых шлицев 51 второй аксиально перемещаемой соединительной муфты 43 как от коронной шестерни 22, так и от водила 20 планетарной шестерни.
При переключении коробки 2 передач и любой другой коробки 6 передач в идентичной силовой передаче 3, вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта 43 сначала должна перемещаться в позицию нейтрали. После того, как переключение передач выполняется, водило 20 планетарной шестерни и выходной вал 28 зацепляются, если рассматриваемая передача представляет собой передачу нижнего диапазона. На фиг. 3, первая аксиально перемещаемая соединительная муфта 42 по-прежнему находится в первой позиции и в силу этого по-прежнему зацепляет коронную шестерню 22 и картер 12 коробки передач. Это должно приводить к равномерному износу вторых шлицев 51 на коронной шестерне 22 и на выходном валу 28.
Фиг. 4 схематично иллюстрирует вид в сечении коробки 2 передач согласно изобретению в позиции второй передачи или позиции передачи верхнего диапазона. В позиции второй передачи, первая аксиально перемещаемая соединительная муфта 42 зацепляет солнечную шестерню 18 и коронную шестерню 22. В позиции второй передачи, вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта 43 зацепляет коронную шестерню 22 и выходной вал 28. Крутящий момент из входного вала 16 на выходной вал 28 в позиции передачи верхнего диапазона передается из входного вала 16 и солнечной шестерни в коронную шестерню 22 и дополнительно на выходной вал. Это приводит к тому, что передаточное отношение через планетарную передачу 14 становится 1:1.
Фиг. 5 схематично иллюстрирует поперечное сечение коробки передач согласно варианту осуществления в позиции нейтрали. При переключении коробки 2 передач и любой другой коробки 6 передач в силовой передаче 3, вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта 43 сначала должна смещаться в позицию нейтрали. После того, как переключение передач выполняется, коронная шестерня 22 и выходной вал 28 зацепляются, если рассматриваемая передача представляет собой передачу верхнего диапазона. На фиг. 5, первая аксиально перемещаемая соединительная муфта 42 по-прежнему находится во второй позиции и в силу этого по-прежнему зацепляет коронную шестерню 22 и солнечную шестерню 18.
Из вышеприведенного совершенно очевидно, что следующая ближайшая позиция передачи может достигаться из позиции нейтрали двумя различными способами. Если следующая шестерня представляет собой передачу нижнего диапазона, то вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта 43 должна переключаться из позиции нейтрали в позицию первой передачи, в которой вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта 43 зацепляет водило 20 планетарной шестерни и выходной вал 28. Если следующая шестерня представляет собой передачу верхнего диапазона, то вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта 43 должна переключаться из позиции нейтрали в позицию второй передачи, в которой вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта 43 зацепляет коронную шестерню 22 и выходной вал 28. Таким образом, вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта 43 может попеременно зацеплять водило 20 планетарной шестерни и коронную шестерню 22. Это должно приводить к равномерному износу вторых шлицев 51 на коронной шестерне 22 и на выходном валу 28.
Коробка 2 передач согласно изобретению функционирует следующим образом при переключении из позиции первой передачи на вторую передачу, т.е. из позиции передачи нижнего диапазона в позицию передачи верхнего диапазона, и описывается в связи с фиг. 2-5. На фиг. 2, коробка 2 передач переключена в позицию передачи нижнего диапазона, что означает то, что первая аксиально перемещаемая соединительная муфта 42 переключена в такую позицию, чтобы соединять коронную шестерню 22 с картером 12 коробки передач. Таким образом, когда коробка 2 передач находится в позиции передачи нижнего диапазона, переключение передач "вниз" осуществляется через планетарную передачу 14. Операция переключения передач из позиции передачи нижнего диапазона в позицию передачи верхнего диапазона выполняется посредством расцепления водила 20 планетарной шестерни от выходного вала 28 посредством второй аксиально перемещаемой соединительной муфты 43. Это расцепление может быть возможным, когда крутящий момент не передается между водилом 20 планетарной шестерни из выходного вала 28, что может осуществляться посредством отсоединения двигателя 4 внутреннего сгорания от основной коробки 6 передач через отсоединение муфты 68. Альтернативно, двигатель 4 внутреннего сгорания управляется таким образом, чтобы формировать равновесие крутящих моментов между водилом 20 планетарной шестерни из выходного вала 28. Когда вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта 43 более вообще не передает крутящий момент, осевое смещение второй аксиально перемещаемой соединительной муфты 43 является возможным. Когда водило 20 планетарной шестерни расцеплено от выходного вала 28, первая аксиально перемещаемая соединительная муфта 42 после синхронизации может смещаться с возможностью зацеплять солнечную шестерню 18 с коронной шестерней 22. В завершение, частота вращения коронной шестерни 22 синхронизируется с частотой вращения выходного вала 28 таким образом, что вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта 43 может зацеплять коронную шестерню 22 с выходным валом 28. Таким образом, коробка 2 передач работает в позиции передачи верхнего диапазона.
Фиг. 6 схематично иллюстрирует поперечное сечение коробки 2 передач согласно варианту осуществления в позиции заднего хода. На фиг. 6, коробка 2 передач переключена в позицию третьей передачи, которая представляет собой передачу заднего хода. Вторая аксиально смещаемая муфта 43 находится в позиции третьей передачи, размещаемой с возможностью соединять коронную шестерню 22 с выходным валом 28. Таким образом, вторая соединительная муфта 43 переключается посредством второй вилки 61 переключения передач таким образом, что коронная шестерня 22 соединяется с выходным валом 28 и коронной шестерней 22. Первая соединительная муфта 42 переключается посредством первой вилки 60 переключения передач таким образом, чтобы соединять водило 20 планетарной шестерни с картером 12 коробки передач. Смещение соответствующей муфты 42, 43 муфты выполняется, когда входной и выходной вал 16, 28 являются стационарными, что соответствует стационарному рабочему состоянию транспортного средства 1, когда коробка 2 передач включается в силовую передачу 3 транспортного средства 1. Чтобы предоставлять стационарную позицию входного вала 16, муфта 68 транспортного средства 1 переходит в отсоединенный режим. Когда коробка 2 передач управляется в позиции третьей передачи, крутящий момент передается из входного вала 16 в солнечную шестерню 18 и дополнительно в планетарные шестерни 24, которые передают крутящий момент в коронную шестерню 22 и дополнительно на выходной вал 28 через вторую соединительную муфту 43. Водило 20 планетарной шестерни является стационарным, поскольку первая соединительная муфта 42 соединяет водило 20 планетарной шестерни с картером 12 коробки передач.
Фиг. 7 схематично иллюстрирует поперечное сечение коробки передач согласно варианту осуществления в позиции нейтрали. Первая аксиально перемещаемая соединительная муфта 42 в позиции четвертой передачи может быть выполнена с возможностью расцеплять планетарную передачу 14 от картера 12 коробки передач и расцеплять коронную шестерню 22, солнечную шестерню 18 и водило 28 планетарной шестерни друг от друга. Позиция нейтрали в силу этого может достигаться в коробке 2 передач. В позиции нейтрали, коробка передач может не передавать крутящий момент. Таким образом, входной вал коробки передач может вращаться без передачи крутящего момента и частоты вращения на выходной вал коробки передач. Нейтраль может достигаться посредством размещения первых шлицев 50 картера 12 коробки передач и первых шлицев 50 солнечной шестерни 18 на осевом расстоянии друг от друга. Это расстояние между картером 12 коробки передач и солнечной шестерней 18 обеспечивает возможность расцепления первых шлицев первой аксиально перемещаемой соединительной муфты 42 как от картера 12 коробки передач, та и от солнечной шестерни 18. Позиция нейтрали согласно позиции четвертой передачи, управляемой посредством смещения первой аксиально перемещаемой соединительной муфты 42, может задаваться в комбинации со смещением второй аксиально перемещаемой соединительной муфты 43 в позицию нейтрали. Такая комбинация позиций нейтрали, сформированных посредством обеих соединительных муфт 42, 43, может использоваться в ходе обслуживания и ремонта коробки 2 передач. Тем не менее, синхронизация при переключении передач в коробке 2 передач может быть более эффективной, если вторая аксиально перемещаемая соединительная муфта 43 зацепляет выходной вал 28 и водило 28 планетарной шестерни в позиции четвертой передачи.
Первая соединительная муфта 42 может содержать три круглых области. Две области представляют собой контактные области и содержат первые шлицы 50. Между двумя контактными областями предоставляется центральная область, которая отделяет две контактных области друг от друга. Вторая соединительная муфта 43 также может содержать три круглых области. Две области представляют собой контактные области и содержат вторые шлицы 51. Между двумя контактными областями предоставляется центральная область, которая отделяет две контактных области друг от друга.
Электронное устройство 70 управления соединяется с коробкой 2 передач, основной коробкой 6 передач, двигателем 4 внутреннего сгорания и муфтой 68, чтобы достигать вышеописанного переключения передач. Предпочтительно, определенное число непоказанных датчиков скорости в коробке 2 передач, в основной коробке передач 6 и в двигателе 4 внутреннего сгорания может соединяться с устройством 70 управления. Другой компьютер 72 также может соединяться с устройством 70 управления. Устройство 70 управления может представлять собой компьютер с соответствующим программным обеспечением для этой цели. Устройство 70 управления и/или компьютер 72 содержат компьютерную программу P, которая может включать в себя процедуры для того, чтобы управлять коробкой 2 передач согласно настоящему изобретению. Программа P может сохраняться в выполняемой форме или в сжатой форме в запоминающем устройстве M и/или в оперативном запоминающем устройстве. Предпочтительно предусмотрен компьютерный программный продукт, содержащий программный код, сохраненный посредством машиночитаемого носителя для выполнения вышеуказанных переключений передачи, когда упомянутая программа выполняется на устройстве 70 управления либо на другом компьютере 72, соединенном с устройством 70 управления. Упомянутый код может быть энергонезависимым и сохраняться на упомянутом машиночитаемом носителе.
Вышеприведенное описание вариантов осуществления предоставлено в иллюстративных и описательных целях. Оно не имеет намерение быть полным или ограничивать варианты осуществления описанными разновидностями. Безусловно, множество модификаций и варьирований должны становиться очевидными для специалистов в данной области техники. Варианты осуществления выбраны и описаны таким образом, чтобы лучше всего объяснять принципы и практические варианты применения и в силу этого обеспечивать возможность специалистам в данной области техники понимать варианты осуществления с точки зрения различных вариантов осуществления и с различными модификациями, которые являются применимыми к его надлежащему использованию. Компоненты и признаки, указанные выше, в пределах вариантов осуществления могут комбинироваться между указываемыми различными вариантами осуществления.