ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ
HYDROMECHANIC TRANSMISSION

Изобретение относится к области автотранспортного машиностроения и касается конструкции ступенчатой планетарной коробки передач, которая может быть использована в автоматических трансмиссиях, управляемых с помощью электронного блока и гидравлики и предназначенных для транспортных средств.
Крутящий момент и частота вращения двигателя преобразуются трансмиссией в соответствии с изменением условий движения транспортного средства для обеспечения движения транспортного средства как вперед, так и назад.
В состав автоматической трансмиссии входит гидродинамический преобразователь крутящего момента (гидротрансформатор), в котором кинетическая энергия рабочей жидкости используется для передачи крутящего момента от коленчатого вала двигателя на входное звено коробки передач. Далее расположена, как правило, коробка передач планетарного типа, обеспечивающая изменение крутящего момента на движителе и его частоты вращения. Коробка передач так же включает в себя элементы управления, например фрикционные или зубчатые, которые по своему назначению делятся на две группы: тормоза и муфты. Муфты соединяют элементы планетарного механизма между собой. Тормоза соединяют элементы планетарного механизма с картером коробки передач.
Известна гидромеханическая коробка передач (патент США №7632206, опубликован 15.12.2009), содержащая гидродинамический преобразователь крутящего момента, четыре планетарных ряда и шесть управляющих элементов (три тормоза и три муфты), в которой за счет совместного включения двух элементов управления на каждой передаче удается получить девять передач переднего хода и одну передачу заднего хода.
Анализ развития автоматических коробок передач показывает стремление разработчиков всеми способами снизить потери мощности при ее передаче от двигателя к ведущим колесам. Одним из основных факторов, влияющих на величину потерь в коробке передач, в случае использования в качестве управляющих элементов фрикционных муфт и фрикционных тормозов, является количество фрикционных элементов, находящихся в выключенном состоянии. Чем меньше таких элементов, тем выше КПД коробки передач.
В коробке-прототипе переключение передач происходит за счет попарного включения шести фрикционных элементов управления звеньями планетарных рядов. Кроме того, в прототипе осуществляется постоянная жесткая связь солнечной шестерни первого планетарного ряда с картером с помощью дополнительного элемента конструкции, что приводит к усложнению конструкции.
Техническим результатом, на получение которого направлено настоящее изобретение, является расширение арсенала технических средств, а также упрощение конструкции за счет уменьшения числа связей, а при использовании фрикционных элементов управления также снижение потерь в элементах управления, за счет увеличения числа совместно включаемых на каждой передаче при аналогичном числе планетарных рядов, а также числе и составе используемых для управления фрикционных элементов.
Указанный технический результат достигается тем, что в гидромеханической коробке передач, содержащей гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор с управляющими элементами в виде управляемых тормозов и муфт, водило четвертого планетарного ряда связано с коронной шестерней третьего планетарного ряда и с выходным звеном, солнечная шестерня четвертого планетарного ряда связана муфтой с солнечной шестерней второго планетарного ряда, эпицикл четвертого планетарного ряда связан с водилом третьего планетарного ряда и тормозом с картером коробки передач, водило третьего планетарного ряда связано муфтой с солнечной шестерней второго планетарного ряда, солнечная шестерня третьего планетарного ряда связана с эпициклом первого планетарного ряда и муфтой с водилом второго планетарного ряда, водило второго планетарного ряда связано тормозом с картером коробки передач, солнечная шестерня второго планетарного ряда связана с выходным элементом гидродинамического преобразователя крутящего момента и непосредственно с входным звеном коробки передач, эпицикл второго планетарного ряда связан с водилом первого планетарного ряда, солнечная шестерня первого планетарного ряда связана тормозом с картером коробки передач.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Фиг.1 - кинематическая схема гидромеханической девятиступенчатой коробки передач для трансмиссии транспортного средства.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата приведенной совокупностью признаков.
Согласно изобретения, гидромеханическая коробка передач, содержащая гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор с управляющими элементами в виде управляемых тормозов и муфт, водило четвертого планетарного ряда связано с коронной шестерней третьего планетарного ряда и с выходным звеном, солнечная шестерня четвертого планетарного ряда связана муфтой с солнечной шестерней второго планетарного ряда, эпицикл четвертого планетарного ряда связан с водилом третьего планетарного ряда и тормозом с картером коробки передач, водило третьего планетарного ряда связано муфтой с солнечной шестерней второго планетарного ряда, солнечная шестерня третьего планетарного ряда связана с эпициклом первого планетарного ряда и муфтой с водилом второго планетарного ряда, водило второго планетарного ряда связано тормозом с картером коробки передач, солнечная шестерня второго планетарного ряда связана с выходным элементом гидродинамического преобразователя крутящего момента и непосредственно с входным звеном коробки передач, эпицикл второго планетарного ряда связан с водилом первого планетарного ряда, солнечная шестерня первого планетарного ряда связана тормозом с картером коробки передач.
Ниже приводится пример конкретного исполнения гидромеханической коробки передач для автоматической трансмиссии, например, легкового автомобиля повышенной проходимости.
Автоматическая коробка передач, реализующая девять передач переднего хода и одну передачу заднего хода, содержит картер 19, входное звено 20, выходное звено 21, гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор, в состав которого входят четыре планетарных ряда, три управляемых муфты и три управляемых тормоза.
В коробке передач, согласно изобретению, планетарный редуктор состоит из четырех планетарных рядов. Первый планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 3, водила 2 сателлитов и коронной шестерни 1 (эпицикла). Второй планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 6, водила 5 сателлитов и коронной шестерни 4 (эпицикла). Третий планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 9, водила 8 сателлитов и коронной шестерни 7 (эпицикла). Четвертый планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 12, водила 11 сателлитов и коронной шестерни 10 (эпицикла).
Входное звено 20 соединено с солнечной шестерней 6 второго планетарного ряда и с выходным звеном 22 гидродинамического преобразователя крутящего момента. Выходное звено 21 связано с водилом 11 четвертого планетарного ряда и с эпициклом 7 третьего планетарного ряда. Водило 2 первого планетарного ряда связано с эпициклом 4 второго планетарного ряда. Тормоз 13 связывает между собой водило 5 второго планетарного ряда и картер коробки передач 19. Тормоз 14 связывает между собой солнечную шестерню 3 первого планетарного ряда и картер коробки передач 19. Муфта 18 соединяет водило 5 второго планетарного ряда со связанными между собой эпициклом 1 первого планетарного ряда и солнечной шестерней 9 третьего планетарного ряда. Тормоз 15 соединяет с картером коробки передач 19 связанные между собой водило 8 третьего планетарного ряда и эпицикл 10 четвертого планетарного ряда. Муфта 16 соединяет входное звено 20 со связанными между собой водилом 8 третьего планетарного ряда и эпициклом 10 четвертого планетарного ряда. Муфта 17 соединяет входное звено 20 с солнечной шестерней 12 четвертого планетарного ряда.
Предлагаемая, согласно изобретению, автоматическая коробка передач работает следующим образом.
После начала движения транспортного средства последовательным переключением передач от 1-й до 9-й осуществляется его разгон до требуемой скорости движения. При нахождении коробки передач в нейтральном положении ни один из элементов управления не включен.
На первой передаче переднего хода включаются тормоза 13, 14 и 15, то есть угловые скорости водила 5 второго планетарного ряда, солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда и водила 8 третьего планетарного ряда, связанного с коронной шестерней 10 четвертого планетарного ряда, равны нулю.
Крутящий момент с входного звена 20 поступает на солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда. Далее через водило 5 второго планетарного ряда передается на коронную шестерню 4 второго планетарного ряда, связанную с водилом 2 первого планетарного ряда, откуда поступает на коронную шестерню 1 первого планетарного ряда, связанную с солнечной шестерней 9 третьего планетарного ряда. Затем поток крутящего момента передается через водило 8 третьего планетарного ряда коронной шестерне 7 третьего планетарного ряда, связанной с водилом 11 четвертого планетарного ряда, а также непосредственно с выходным звеном 21.
При переключении на вторую передачу переднего хода тормоз 14 выключается и включается муфта 17, тормоза 13 и 15 остаются включенными. Таким образом, угловые скорости водила 5 второго планетарного ряда и водила 8 третьего планетарного ряда, связанного с коронной шестерней 10 четвертого планетарного ряда, равны нулю. При этом угловая скорость солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда, связанной с входным звеном 20, равна угловой скорости солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда.
Крутящий момент с входного звена 20 через включенную муфту 17 поступает на солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда, откуда следует на водило 11 четвертого планетарного ряда, связанное с коронной шестерней 7 третьего ряда и непосредственно с выходным звеном 21.
При переключении на третью передачу переднего хода выключается тормоз 15 и включается тормоз 14, муфта 17 и тормоз 13 остаются включенными. Таким образом, угловые скорости водила 5 второго планетарного ряда и солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда равны нулю. При этом угловая скорость солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда, связанной с входным звеном 20, равна угловой скорости солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда.
Крутящий момент с входного звена 20 через включенную муфту 17 поступает на солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда, откуда следует на водило 11 четвертого планетарного ряда, связанное с коронной шестерней 7 третьего планетарного ряда. Далее крутящий момент следует на водило 8 третьего планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток от водила 8 третьего планетарного ряда движется через солнечную шестерню 9 третьего планетарного ряда, связанную с коронной шестерней 1 первого планетарного ряда, на водило 2 первого планетарного ряда, связанное с коронной шестерней 4 второго планетарного ряда, откуда через водило 5 второго планетарного ряда следует на солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда, где объединяется с потоком крутящего момента входного звена 21. Второй поток от водила 8 третьего планетарного ряда, связанного с коронной шестерней 10 четвертого планетарного ряда, поступает на водило 11 четвертого планетарного ряда, где объединяется с потоком крутящего момента входного звена 20. От водила 11 четвертого планетарного ряда поток крутящего момента попадает на непосредственно связанное с ним выходное звеном 21.
При переключении на четвертую передачу переднего хода выключается тормоз 14 и включается муфта 18, тормоз 13 и муфта 17 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость водила 5 второго планетарного ряда равна нулю. При этом угловая скорость солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда, связанной с входным звеном 20, равна угловой скорости солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда, а угловая скорость водила 6 второго планетарного ряда равна угловой скорости коронной шестерни 1 первого планетарного ряда, связанной с солнечной шестерней 9 третьего планетарного ряда.
Крутящий момент с входного звена 20 через муфту 17 поступает на солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда, откуда следует на водило 11 четвертого планетарного ряда, связанного с коронной шестерней 7 третьего планетарного ряда. Далее поток крутящего момента следует на водило 8 третьего планетарного ряда, связанное с коронной шестерней 10 четвертого планетарного ряда, откуда движется на водило 11 четвертого планетарного ряда, непосредственного связанного с выходным звеном 21, и объединяется с первоначальным потоком.
При переключении на пятую передачу переднего хода выключается тормоз 13 и включается тормоз 14, муфты 17 и 18 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда равна нулю. При этом угловая скорость солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда, связанной с входным звеном 20, равна угловой скорости солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда, а угловая скорость водила 5 второго планетарного ряда равна угловой скорости коронной шестерни 1 первого планетарного ряда, связанной с солнечной шестерней 9 третьего планетарного ряда.
Крутящий момент с входного звена 20 поступает на солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток движется от солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда через водило 5 второго планетарного ряда и муфту 18 на коронную шестерню 1 первого планетарного ряда, связанную с солнечной шестерней 9 третьего планетарного ряда, где разделяется и поступает на водило 2 первого планетарного ряда, связанное с коронной шестерней 4 второго планетарного ряда, откуда движется на водило 5 второго планетарного ряда, где объединяется с первым потоком крутящего момента, а также поступает через водило 8 третьего планетарного ряда, связанное с коронной шестерней 10 четвертого планетарного ряда, на водило 11 четвертого планетарного ряда, где объединяется со вторым потоком крутящего момента, прошедшим от солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда через муфту 17 и далее через солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда на водило 11 четвертого планетарного ряда. Объединившись на водиле 11 четвертого планетарного ряда, этот поток крутящего момента разделяется на два потока, первый из которых, пройдя от водила 11 четвертого планетарного ряда, связанного с коронной шестерней 7 третьего планетарного ряда, объединяется с потоком крутящего момента на водиле 8 третьего планетарного ряда. Второй поток от водила 11 четвертого планетарного ряда поступает на непосредственно связанное с ним выходное звено 21.
При переключении на шестую передачу переднего хода выключается тормоз 14 и включается муфта 16, муфты 17 и 18 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда, связанной с входным звеном 20, равна угловой скорости солнечной шестерни 12 четвертого планетарного ряда, а угловая скорость водила 5 второго планетарного ряда равна угловой скорости коронной шестерни 1 первого планетарного ряда, связанной с солнечной шестерней 9 третьего планетарного ряда. При этом угловая скорость водила 8 третьего планетарного ряда, связанного с коронной шестерней 10 четвертого планетарного ряда, равна угловой скорости солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда, связанной с входным звеном 20.
Крутящий момент на входном звене 20 разделяется на два потока. Первый поток движется через муфту 16 и водило 8 третьего планетарного ряда, связанное с коронной шестерней 10 четвертого планетарного ряда, на водило 11 четвертого планетарного ряда, где объединяется со вторым потоком крутящего момента, движущимся от входного звена 20 через муфту 17 и солнечную шестерню 12 четвертого планетарного ряда на водило 11 четвертого планетарного ряда, непосредственно связанное с выходным звеном 21.
При переключении на седьмую передачу переднего хода выключается муфта 17 и включается тормоз 14, муфты 16 и 18 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда равна нулю. При этом угловая скорость водила 8 третьего планетарного ряда, связанного с коронной шестерней 10 четвертого планетарного ряда, равна угловой скорости солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда, связанной с входным звеном 20, угловая скорость водила 5 второго планетарного ряда равна угловой скорости коронной шестерни 1 первого планетарного ряда, связанной с солнечной шестерней 9 третьего планетарного ряда.
Крутящий момент с входного звена 20 поступает через муфту 16 на водило 8 третьего планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток движется от водила 8 третьего планетарного ряда через солнечную шестерню 9 третьего планетарного ряда, связанную с кооронной шестерней 1 первого планетарного ряда, и муфту 18 на водило 5 второго планетарного ряда, где разделяется и поступает на солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда, связанную с входным звеном 20, объединившись с первоначальным потоком крутящего момента, а также на коронную шестерню 4 второго планетарного ряда, связанную с водилом 2 первого планетарного ряда, откуда следует на коронную шестерню 1 первого планетарного ряда, связанную с солнечной шестерней 9 третьего планетарного ряда, объединившись с первым потоком крутящего момента. Второй поток от водила 8 третьего планетарного ряда движется на коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда, связанную с водилом 11 четвертого планетарного ряда непосредственно с выходным звеном 21.
При переключении на восьмую передачу переднего хода выключается тормоз 14 и включается тормоз 13, муфты 16 и 18 остаются включенными. Таким образом, угловая скорость водила 5 второго планетарного ряда равна нулю. При этом угловая скорость водила 8 третьего планетарного ряда, связанного с коронной шестерней 10 четвертого планетарного ряда, равна угловой скорости солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда, связанной с входным звеном 20, угловая скорость водила 5 второго планетарного ряда равна угловой скорости коронной шестерни 1 первого планетарного ряда, связанной с солнечной шестерней 9 третьего планетарного ряда.
Крутящий момент от входного звена 20 поступает через муфту 16 на водило 8 третьего планетарного ряда, откуда следует на коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда, связанную с водилом 11 четвертого планетарного ряда и непосредственно с выходным звеном 21.
При переключении на девятую передачу переднего хода выключается муфта 18 и включается тормоз 14, муфта 16 и тормоз 13 остаются включенными. Таким образом, угловые скорости водила 5 второго планетарного ряда, солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда равны нулю. При этом угловая скорость водила 8 третьего планетарного ряда, связанного с коронной шестерней 10 четвертого планетарного ряда, равна угловой скорости солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда, связанной с входным звеном 20.
Крутящий момент с входного звена 20 поступает на солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток следует от солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда через водило 5 второго планетарного ряда на коронную шестерню 4 второго планетарного ряда, связанную с водилом 2 первого планетарного ряда, откуда поступает на коронную шестерню 1 первого планетарного ряда, связанную с солнечной шестерней 9 третьего планетарного ряда, и далее на водило 8 третьего планетарного ряда, где объединяется со вторым потоком крутящего момента, движущимся от солнечной шестерни 6 второго планетарного ряда, связанной с входным звеном 20, через муфту 16 на водило 8 третьего планетарного ряда. Объединившись, поток крутящего момента от водила 8 третьего планетарного ряда движется на коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда и на связанные с ним непосредственно водило 11 четвертого планетарного ряда и выходное звено 21.
На передаче заднего хода включаются тормоза 14 и 15 и муфта 18. Таким образом, угловые скорости солнечной шестерни 3 первого планетарного ряда и водила 8 третьего планетарного ряда, связанного с коронной шестерней 10 четвертого планетарного ряда, равны нулю. При этом угловая скорость водила 5 второго планетарного ряда равна угловой скорости коронной шестерни 1 первого планетарного ряда, связанной с солнечной шестерней 9 третьего планетарного ряда.
Крутящий момент с входного звена 20 поступает на солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда и далее через водило 5 второго планетарного ряда и через муфту 18 поступает на коронную шестерню 1 первого планетарного ряда, связанную с солнечной шестерней 9 третьего планетарного ряда, где разделяется на два потока. Первый поток движется от коронной шестерни 1 первого планетарного ряда, связанной с солнечной шестерней 9 третьего планетарного ряда, на водило 2 первого планетарного ряда, связанное с коронной шестерней 4 второго планетарного ряда, и далее на водило 5 второго планетарного ряда, где объединяется с первоначальным потоком крутящего момента входного звена 20. Второй поток от коронной шестерни 1 первого планетарного ряда, связанной с солнечной шестерней 9 третьего планетарного ряда, поступает через водило 8 третьего планетарного ряда на коронную шестерню 7 третьего планетарного ряда, связанную с водилом 11 четвертого планетарного ряда и непосредственно с выходным звеном 21.
Изменение схемы и последовательности совместного включения элементов управления, а также сокращение числа связей по сравнению с прототипом позволяет добиться заявленного технического результата и значительного расширения кинематического диапазона коробки передач, а также того, что при переключении отсутствует разрыв мощности. Кроме того, благодаря этому удается улучшить динамические характеристики коробки передач и увеличить ее долговечность.
Настоящее изобретение промышленно применимо, так как для его реализации не требуется специальной новой технологии и специального оборудования, кроме тех, что используются в машиностроении в производстве редукторов, в том числе и планетарных.