Соосная коробка передач с двумя сцеплениями (варианты конструкции)
COAXIAL GEARBOX WITH TWO CLUTCHES (DESIGN VERSIONS)

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к автоматизированным трансмиссиям.
Известна коробка передач с двумя многодисковыми сцеплениями, содержащая два соосных ведущих вала, расположенных один внутри другого, с установленными на них шестернями четных и нечетных передач, входящих в зацепление с шестернями постоянного зацепления соответствующих передач, имеющих возможность жесткого соединения с помощью синхронизаторов с ведомыми валами (Иванов А.Н., Солнцев А.Н., Гаевский В.В. и др. Основы конструкции автомобиля. - М.: OOO «Книжное издательство» «3а рулем»», 2005. - 166 с.: ил.).
Известен вариант конструкции соосной коробки передач (КП) с двумя сцеплениями ZF (см. патент DE 102013200196 А1 от 10.07.2014 г., фиг. 20).
КП состоит из двух частей - основной КП и заднего шестеренчатого демультипликатора. Основная КП, обладающая схожим фрагментом конструкции, состоит из корпуса с размещенными в нем соосными входными и выходным валами и параллельным им промежуточным валом. Два входных вала, цельный и трубчатый, являются соосными, расположенными один внутри другого и на них закреплено по одной шестерне постоянного зацепления. На промежуточном валу закреплены четыре шестерни и одна из них сцеплена с шестерней трубчатого входного вала, три шестерни установлены свободно, объединены в блок трех шестерен и одна из них сцеплена с шестерней цельного входного вала, а все другие сцеплены с шестернями, которые установлены свободно и попарно на выходном валу, на котором располагаются три муфты включения, жестко соединяющие с выходным валом шестерни и цельный входной вал (прямая передача).
Недостатком КП является непредусмотренная возможность увеличения числа передач и диапазона передаточных чисел.
Целью изобретения является соосная коробка передач с двумя сцеплениями с возможностью дальнейшей модификации - увеличения числа передач и диапазона передаточных чисел.
Указанная цель достигается тем, что предусмотрена возможность установки муфты включения, жестко соединяющей промежуточный вал с блоком шестерен.
Также, возможно, что на выходном валу располагаются муфта включения и ведомая шестерня передачи заднего хода, которая сцеплена через промежуточную шестерню или через шестерню, объединенную с промежуточной в блок двух шестерен, с ведущей шестерней, закрепленной на промежуточном валу.
Также, возможно, что с шестерней, закрепленной на промежуточном валу, сцеплена шестерня, которую жестко соединяет с выходным валом муфта включения, объединенная с муфтой включения передачи заднего хода.
Также, возможно, что крайнюю шестерню выходного вала жестко связывает муфта включения с водилом планетарного демультипликатора, имеющего муфту включения высшего или низшего диапазона и солнечную шестерню, закрепленную на выходном валу.
Также, возможно, что на промежуточном валу располагаются муфта включения и шестерня, сцепленная с шестерней, жестко связанной с выходным валом.
Также, возможно, что на промежуточном валу располагаются муфта включения и две шестерни, причем одна из них сцеплена с шестерней, жестко связанной с выходным валом, а другая сцеплена с шестерней, жестко связанной с водилом планетарного демультипликатора, имеющего муфту включения высшего или низшего диапазона и солнечную шестерню, закрепленную на выходном валу.
Также, возможно, что на промежуточном валу располагаются муфта включения и шестерня, сцепленная с шестерней, жестко связанной с водилом планетарного демультипликатора, имеющего муфту включения высшего или низшего диапазона и солнечную шестерню, закрепленную на выходном валу.
Также, возможно, что на промежуточном валу закреплена шестерня, сцепленная с шестерней, которую жестко связывает муфта включения с водилом планетарного демультипликатора, имеющего муфту включения высшего или низшего диапазона и солнечную шестерню, закрепленную на выходном валу.
Также, возможно, что установлена муфта включения, жестко соединяющая промежуточный вал с шестерней, которая сцеплена с шестерней, жестко связанной с цельным входным валом, причем данная муфта включения установлена отдельно или объединена с муфтой включения, жестко соединяющей промежуточный вал с блоком шестерен.
Также, возможно, что на промежуточном валу располагаются муфта включения и ведомая шестерня передачи заднего хода, которая сцеплена через промежуточную шестерню или через шестерню, объединенную с промежуточной, в блок двух шестерен, с ведущей шестерней, закрепленной на цельном входном валу.
Также, возможно, что с шестерней, закрепленной на цельном входном валу, сцеплена шестерня, которую жестко соединяет с промежуточным валом муфта включения, объединенная с муфтой включения передачи заднего хода.
Также, возможно, что установлена муфта включения, жестко соединяющая промежуточный вал с блоком шестерен или с шестерней, которая сцеплена с шестерней, жестко связанной с цельным входным валом.
Также, возможно, что с муфтой включения передачи заднего хода объединена муфта включения, жестко соединяющая промежуточный вал с блоком шестерен.
Также, возможно, что крайнюю шестерню выходного вала жестко связывает муфта включения с водилом планетарного демультипликатора, имеющего муфту включения высшего или низшего диапазона и солнечную шестерню, закрепленную на выходном валу.
На фиг. 1 показана базовая кинематическая схема соосной коробки передач с двумя сцеплениями.
На фиг. 2 показана кинематическая схема варианта конструкции 6-ступенчатой КП.
На фиг. 3 представлена лучевая диаграмма 6-ступенчатой КП. На горизонталях приведены номера различных передач. На нижней шкале отмечены величины передаточных чисел. Луч, направленный направо, указывает на замедляющую передачу. Чем положе луч, тем больше передаточное число. Луч, направленный налево, указывает на ускоряющую передачу. Для лучшего понимания, луч, изображенный прерывистой линией, обозначает передачу заднего хода.
На фиг. 4 показана кинематическая схема варианта конструкции 8- или 7-ступенчатой КП, согласно пункту 2 формулы изобретения.
На фиг. 5 представлена лучевая диаграмма 8-ступенчатой КП.
На фиг. 6 и 7 представлены лучевые диаграммы 7/8-ступенчатой КП, изображенной на фиг. 4.
На фиг. 8 показана кинематическая схема варианта конструкции 7-ступенчатой КП, согласно пункту 5 формулы изобретения.
На фиг. 9 представлена лучевая диаграмма 7-ступенчатой КП, изображенной на фиг. 8.
На фиг. 10 показана кинематическая схема варианта конструкции 8- или 7-ступенчатой КП, согласно пункту 10 формулы изобретения.
На фиг. 11 и 12 представлены лучевые диаграммы 8-ступенчатой КП, показанной на фиг. 10.
На фиг. 13 представлена лучевая диаграмма 7/8-ступенчатой КП, показанной на фиг. 10.
На фиг. 14 показана кинематическая схема варианта конструкции 14-ступенчатой КП, согласно пунктам 10 и 13 формулы изобретения.
На фиг. 15 представлена лучевая диаграмма 14-ступенчатой КП, изображенной на фиг. 14.
На фиг. 16 показана кинематическая схема варианта конструкции 12-ступенчатой КП, согласно пунктам 10 и 13 формулы изобретения.
На фиг. 17 представлена лучевая диаграмма 12-ступенчатой КП, изображенной на фиг. 16.
На фиг. 18 показана кинематическая схема варианта конструкции 12-ступенчатой КП, согласно пункту 7 формулы изобретения.
На фиг. 19 показана кинематическая схема варианта конструкции 13-ступенчатой КП, согласно пункту 6 формулы изобретения.
На фиг. 20 показана кинематическая схема варианта конструкции 7-ступенчатой КП, согласно пункту 3 формулы изобретения.
На фиг. 21 представлена лучевая диаграмма 7-ступенчатой КП, изображенной на фиг. 20.
В состав представленной на фиг. 1 базовой кинематической схемы КП входят установленные в опорах корпуса 1 два соосных входных вала, расположенные один внутри другого - трубчатый 2 и цельный 3. Соосно с ними установлен выходной вал 4 и параллельно им - промежуточный вал 5. Шестерни 6 и 7 жестко связаны с входными валами 2 и 3 соответственно. Шестерня 8 жестко связана с промежуточным валом 5 и сцеплена с шестерней 6. Шестерни 9, 10 и 11 свободно установлены на промежуточном валу 5, объединены в блок трех шестерен и сцеплены с шестернями 7,12 и 13 соответственно. Шестерни 12 и 13 свободно установлены на выходном валу 4. Шестерни 14, 15 и 16 жестко связаны с промежуточным валом 5 и сцеплены со свободно установленными на выходном валу 4 шестернями 17, 18 и 19 соответственно. Муфты А(20), В(21) и С(22) расположены на выходном валу 4 между шестернями 7-12, 13-17 и 18-19 соответственно. Ведомый диск 23 левого сцепления (Л) установлен на входном валу 3, а ведомый диск 24 правого сцепления (П) установлен на входном валу 2.
В состав представленной на фиг. 2 кинематической схемы варианта конструкции 6-ступенчатой КП входят те же самые детали, что и в состав, рассмотренный выше, базовой КП и дополнительно: шестерня 25 свободно установлена на выходном валу 4 и сцеплена с шестерней 16 через промежуточную шестерню 26. Муфта D(27) включения передачи заднего хода расположена на выходном валу 4 рядом с шестерней 25.
В состав представленной на фиг. 4 кинематической схемы варианта конструкции 8- или 7-ступенчатой КП, входят те же самые детали, что и в состав, рассмотренный выше, 6-ступенчатой КП и дополнительно: муфта Е(28) жестко связана с блоком трех шестерен 9-10-11 и расположена между шестернями 8 и 9.
В состав представленной на фиг. 8 кинематической схемы варианта конструкции 7-ступенчатой КП входят те же самые детали, что и в состав, рассмотренный выше, 6-ступенчатой КП и дополнительно: шестерня 29 свободно установлена на промежуточном валу 5 и сцеплена с шестерней 30, жестко связанной с выходным валом 4. Муфта F(31) расположена на промежуточном валу 5 рядом с шестерней 29.
В состав представленной на фиг. 10 кинематической схемы варианта конструкции 8- или 7-ступенчатой КП входят те же самые детали, что и в состав, рассмотренный выше, базовой КП и дополнительно: шестерня 32 жестко связана с цельным входным валом 3 и сцеплена, через промежуточную шестерню 33, с ведомой шестерней 34 передачи заднего хода, свободно установленной на промежуточном валу 5. Зубчатый венец 35 жестко связан с блоком трех шестерен 9-10-11. Муфта включения передачи заднего хода и муфта включения одной из крайних передач прямого хода объединены в муфту включения М(36), расположенную на промежуточном валу 5 между шестерней 34 и зубчатым венцом 35.
В состав представленной на фиг. 14 кинематической схемы варианта конструкции 14-ступенчатой КП входят те же самые детали, что и в предыдущий состав, рассмотренный выше, и дополнительно: на выходном валу 4 закреплена солнечная шестерня 37 планетарного демультипликатора, а с его эпициклической шестерней 38 жестко связана ступица муфты N(39). На корпусе 1 КП закреплен зубчатый венец 40, а на водиле 41 демультипликатора - зубчатые венцы 42 и 43. С шестерней 19 жестко связана ступица муфты К(44). Водило 41 демультипликатора закреплено на валу 45 привода ведущих колес.
В состав представленной на фиг. 18 кинематической схемы варианта конструкции 12-ступенчатой КП входят те же самые детали, что и в состав КП, изображенной на фиг. 8, но шестерня 30 свободно установлена на выходном валу 4. И дополнительно, на выходном валу 4 закреплена солнечная шестерня 37 планетарного демультипликатора, а с его эпициклической шестерней 38 жестко связана ступица муфты N(39). На корпусе 1 КП закреплен зубчатый венец 40. С шестерней 30 жестко связано водило 41 демультипликатора, которое закреплено на валу 45 привода ведущих колес.
В состав представленной на фиг. 19 кинематической схемы варианта конструкции 13-ступенчатой КП входят те же самые детали, что и в состав КП, изображенной на фиг. 8. И дополнительно на выходном валу 4 закреплена солнечная шестерня 37 планетарного демультипликатора, а с его эпициклической шестерней 38 жестко связана ступица муфты N(39). На промежуточном валу 5 свободно установлена шестерня 46, сцепленная с шестерней 47, которая свободно установлена на выходном валу 4 и жестко связана с водилом 41 демультипликатора, которое закреплено на валу 45 привода ведущих колес. Муфта включения FA(48) установлена на промежуточном валу 5, между шестернями 29 и 46.
В состав представленной на фиг. 20 кинематической схемы варианта конструкции 7-ступенчатой КП входят те же самые детали, что и в состав, рассмотренный выше, 6-ступенчатой КП, но на месте шестерен 14 и 17 установлены соответственно шестерни 49 и 50. Шестерня 49 жестко связана с промежуточным валом 5 и сцеплена с шестерней 30, свободно установленной на выходном валу 4. Шестерни 14, 17, 16 и другие имеют альтернативное, соответствующее изобретению место установки на валах КП.
Предлагаемая данным изобретением базовая схема соосной коробки передач с двумя сцеплениями позволяет получать варианты конструкции с возможностью дальнейшей модификации - увеличения числа передач, в том числе за счет применения планетарного редуктора (демультипликатора). Поэтому ввиду необходимости краткого изложения, но с полнотой, достаточной для осуществления изобретения работу базовой схемы, представленной на фиг. 1, рассмотрим на двух примерах конструкции 8-ступенчатых КП (см. фиг. 4 и 10) и варианта конструкции коробки передач с планетарным редуктором (см. фиг. 14), полученной на основе 8-ступенчатой КП, показанной на фиг. 10.
Работа 8-ступенчатой КП, представленной на фиг.4, осуществляется следующим образом.
1 передача.
Включаем левое сцепление (Л), муфту С переключаем в правое положение, а муфту Е - в левое. Крутящий момент с входного вала 3, через пару сцепленных шестерен 7-9, муфту Е передается на промежуточный вал 5, пару шестерен 16-19, муфту С и выходной вал 4.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 5) эта передача отражена последовательно соединенными лучами 0-II, II -1.
2, 4 и 6 передачи.
Осуществляются понятным специалисту способом передачи крутящего момента правым сцеплением (П) на входной вал 2, через пару сцепленных шестерен 6-8 на промежуточный вал 5, парами шестерен 16-19 (2 передача), 15-18 (4 передача), 14-17 (6 передача), муфтой С, находящейся в правом (2 передача) или левом (4 передача) положении, муфтой В, находящейся в правом положении (6 передача), на выходной вал 4.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 5) 2 передача отражена последовательно соединенными лучами: 0-I, I-2; 4 передача - лучами: 0-I, I-4; 6 передача - лучами: 0-I, I-6.
3, 5 и 7 (прямая) передачи.
Осуществляются понятным специалисту способом передачи крутящего момента левым сцеплением (Л) на входной вал 3, через пару сцепленных шестерен 7-9, на блок трех шестерен 9-10-11, парами шестерен 11-13 (3 передача), 10-12 (5 передача), муфтой В, находящейся в левом положении (3 передача), муфтой А, находящейся в правом (5 передача) или левом (7 передача) положении на выходной вал 4.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 5) 3 передача отражена последовательно соединенными лучами: 0-II, II-3; 5 передача - лучами: 0-II, II-5; 7 передача - точкой О.
8 передача.
Включаем правое сцепление (П), муфты А и Е находятся в левом положении. Крутящий момент с входного вала 2 через пару сцепленных шестерен 6-8, муфту Е, пару шестерен 9-7 и муфту А передается на выходной вал 4.
На лучевой диаграмме (см. фиг. 5) эта передача отражена последовательно соединенными лучами 0-I, I-8.
Задний ход.
Включаем левое сцепление (Л), муфты D и Е в левом положении. Крутящий момент с входного вала 3 через пару шестерен 7-9, муфтой Е передается на промежуточный вал 5, пару шестерен 16-26-25 и муфтой D на выходной вал 4. На лучевой диаграмме (см. фиг. 5) эта передача отражена лучом 0-II и далее лучом из прерывистой линии к буквам ЗХ.
Работа 8-ступенчатой КП, представленной на фиг. 10, осуществляется следующим образом.
1-8 передачи.
Осуществляются аналогично рассмотренной выше работе на 1-8 передачах соответственно, но вместо муфты Е используется муфта М, переключаемая на 1 или 8 передаче в правое положение.
Задний ход.
Включаем левое сцепление (Л), муфту С переключаем в правое положение, а муфту М - в левое. Крутящий момент с входного вала 3, через сцепленные шестерни 32-33-34, муфту М, передается на промежуточный вал 5, пару шестерен 16-19 и муфтой С на выходной вал 4. На лучевой диаграмме (см. фиг. 10) эта передача отражена двумя последовательно соединенными лучами из прерывистой линии от точки О к буквам ЗХ.
Работа 14-ступенчатой КП, представленной на фиг. 14, осуществляется следующим образом.
1-7 передачи, задний ход. Осуществляются аналогично рассмотренной выше работе 8-ступенчатой КП, представленной на фиг. 8, на 1-7 передачах и передаче заднего хода соответственно, но с выходного вала 4 крутящий момент поступает на солнечную шестерню 37 планетарного демультипликатора, у которого эпициклическое колесо 38, через муфту N и зубчатый венец 40 жестко связано с корпусом 1 КП. И далее, крутящий момент, по известному уровню техники работы планетарного демультипликатора поступает с водила 41 на вал 45 привода ведущих колес. Во время работы КП на 7 передаче, при продолжении увеличения числа оборотов двигателя и скорости автомобиля муфта К переключается в правое положение.
8 передача.
Осуществляется аналогично рассмотренной выше работе 8-ступенчатой КП 2 передаче соответственно, но с шестерни 19, через муфту К и зубчатый венец 43, крутящий момент поступает на водило 41 планетарного демультипликатора и вал 45 привода ведущих колес. Во время работы КП на 8 передаче, при продолжении увеличения числа оборотов двигателя и скорости автомобиля, муфта N переключается в левое положение. В результате планетарным демультипликатором блокируется - эпициклическое колесо 38, через муфту N и зубчатый венец 42, жестко соединяется с водилом 41.
9, 10, 11, 12, 13 и 14 передачи.
Осуществляются аналогично рассмотренной выше работе 8-ступенчатой КП на 3, 4, 5, 6, 7 и 8 передачах соответственно, но с выходного вала 4, через заблокированный планетарный демультипликатор, крутящий момент поступает на вал 45 привода ведущих колес.
Техническим результатом использования базовой схемы соосной коробки передач с двумя сцеплениями является получение вариантов конструкции КП с возможностью дальнейшей модификации - увеличения числа передач и диапазона передаточных чисел. При этом большинство узлов и деталей вновь получаемых КП остаются неизменными, что обеспечивает высокую степень унификации и снижение затрат на производство и ремонт.
В приведенных примерах вариантов конструкции соосных КП рассмотрены передачи с переменным включением двух сцеплений. Также, возможны последовательные передачи с работой на одноименных сцеплениях, но они не указаны и не рассматриваются.
На кинематических схемах, подтверждающих возможность получения конструкций соосных коробок передач, предлагаемых данным изобретением, представлены только некоторые варианты, отличающиеся от других возможных вариантов, с указанными признаками, существенными и взаимосвязанными между собой, образующими устойчивую совокупность существенных признаков, достаточную для получения технического результата - альтернативной расстановкой на валах пар шестерен, количеством муфт включения, опор в корпусе КП и/или поперечной перегородке (при наличии), числом промежуточных валов и т.д.