ПЛАНЕТАРНАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ С ЧЕТЫРЬМЯ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ
PLANETARY GEARBOX WITH FOUR DEGREES OF FREEDOM

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к коробкам передач, применяемых в трансмиссиях транспортных средств.
Известна пятиступенчатая планетарная коробка передач (ПКП), применяемая на танках Т-80, механическая, трехстепенная, планетарно-фрикционная, выбираемая в качестве прототипа - 1 [Антонов В.М., Акишев Е.С., Сидоров В.Д., Ковалева Л.П. Трансмиссии серийных машин (краткий справочник). - ВНИИТРАНСМАШ, 1983], содержащая корпус, ведущий и ведомый валы, два планетарных механизма, два фрикциона, три тормоза, гидросервоприводы с механическим дублированием привода остановочных тормозов - 2 [Танк Т-80. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Книга первая. - М.: Воениздат, 1979, 280 с].
Указанная коробка имеет ряд недостатков:
- недостаточное количество передач переднего хода (их четыре);
- невысокие средние скорости движения на передачах переднего хода;
- недостаточное количество передач заднего хода (одна);
- недостаточно высокие скорости при движении задним ходом;
- недостаточный кинематический диапазон (4,378);
- недостаточно эффективное использование сил тяги двигателя.
Технический результат направлен на увеличение кинематического диапазона и количества передач переднего и заднего хода, улучшение разбивки передаточных чисел, повышение средних скоростей движения, совершенствование использования мощностных и экономических показателей двигателей, а также на улучшение таких эксплуатационных свойств транспортного средства, как надежность, подвижность, поворотливость и управляемость.
Технический результат достигается тем, что синтезирована восьмиступенчатая ПКП с четырьмя степенями свободы (фиг. 1), которая содержит корпус, входной и выходной валы, три фрикционные муфты, три тормоза и два планетарных механизма, первый из них состоит из двух планетарных рядов, имеющих общее водило, первый из которых состоит из солнечной шестерни и сателлитов, а второй планетарный ряд - из солнечной шестерни, сателлитов и эпициклической шестерни, сателлиты первого и второго планетарных рядов этого планетарного механизма сцеплены друг с другом; второй планетарный механизм - однорядный, он содержит солнечную шестерню, сателлиты, эпициклическую шестерню и водило.
1
2
3
1
2
3
На фиг. 1 изображена кинематическая схема заявляемой ПКП. Она содержит входной вал 1, выходной вал 2, установленные в корпусе 3, фрикционные муфты M, М и М и три тормоза: T, Т, Т.
В состав ПКП входят два планетарных механизма:
- первый планетарный механизм состоит из двух планетарных рядов, имеющих общее водило 5, первый планетарный ряд которого состоит из солнечной шестерни 4 и сателлитов 6, второй планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 7, сателлитов 9 и эпициклической шестерни 8; сателлиты 6 первого и 9 второго планетарных рядов этого планетарного механизма сцеплены друг с другом;
- второй планетарный механизм - однорядный, он содержит солнечную шестерню 10, эпициклическую шестерню 11, водило 12 и сателлиты 13.
1
2
3
1
2
3
В отличие от прототипа, планетарная коробка передач имеет три муфты, а на передачах переднего хода (фиг. 1) входной вал 1 коробки передач через включенную муфту M связан с солнечной шестерней 4 первого планетарного ряда первого планетарного механизма, а на передачах заднего хода через включенную муфту М - с солнечной шестерней 7 второго планетарного ряда первого планетарного механизма; эпициклическая шестерня 8 второго ряда первого планетарного механизма связана с солнечной шестерней 10 второго планетарного механизма и через включенную фрикционную муфту М - с эпициклической шестерней 11 второго планетарного механизма; на солнечной шестерне 7 второго планетарного ряда первого планетарного механизма, на водиле 5 первого планетарного механизма и на эпициклической шестерне 11 второго планетарного механизма установлены тормоза T, Т и Т.
1
2
3
1
2
3
Планетарная коробка передач работает следующим образом: при включении элементов управления M, М, М, T, Т, Т в соответствии с таблицей (табл. 1) звенья планетарных механизмов соединяются в определенную для каждой передачи кинематическую схему, в результате чего мощность от входного вала 1 к выходному валу 2 передается с соответствующим этой схеме передаточным отношением.
1
2
3
Для получения первой передачи включают фрикционную муфту M и тормоза Т и Т, что обеспечивает остановку водила 5, эпициклической шестерни 11 и соединяет входной вал 1 с солнечной шестерней 4. Поток мощности от входного вала 1 передается на солнечную шестерню 4, далее через сателлиты 6 и сцепленные с ними сателлиты 9 - на эпициклическую шестерню 8 и далее через солнечную шестерню 10, сателлиты 13 и водило 12 передается на выходной вал 2.
1
1
3
На второй передаче включают муфту M и тормоза T и Т, что обеспечивает остановку солнечной шестерни 7, эпициклической шестерни 11 и соединяет входной вал 1 с солнечной шестерней 4. Поток мощности на второй передаче с входного вала 1 передается на солнечную шестерню 4, сателлиты 6 и сцепленные с ними сателлиты 9 на эпициклическую шестерню 8 и далее через солнечную шестерню 10, сателлиты 13 и водило 12 передается на выходной вал 2.
1
2
3
На третьей передаче включают муфты M, М и тормоз Т, соединяя входной вал 1 с солнечными шестернями 4 и 7 и останавливая эпициклическую шестерню 11. Включение муфт M1 и М2 обеспечивает соединение солнечной шестерни 4 с солнечной шестерней 7, а следовательно, блокировку первого планетарного механизма. Поток мощности от входного вала 1 передается на эпициклическую шестерню 8 и далее на солнечную шестерню 10, сателлиты 13, водило 12 и на выходной вал 2. Таким образом, на третьей передаче под нагрузкой работает только второй планетарный механизм.
1
3
2
3
На четвертой передаче включают муфты M, М и тормоз Т, соединяя входной вал 1 с солнечной шестерней 4, а через сцепленные сателлиты 6 и 7 - с эпициклической шестерней 8, эпициклической шестерней 11, солнечной шестерней 10 и останавливая водило 5. Поток мощности от входного вала 1 передается на солнечную шестерню 4, далее через сателлиты 6 и сцепленные с ними сателлиты 9 - на эпициклическую шестерню 8 и солнечную шестерню 10, а через муфту М - на эпициклическую шестерню 11, сателлиты 13 и далее через водило 12 на выходной вал 2.
3
Таким образом, на четвертой передаче под нагрузкой работает только первый планетарный механизм коробки передач, а во втором планетарном механизме муфтой М соединены солнечная 10 и эпициклическая шестерня 11 - ряд заблокирован и вращается как одно целое.
1
3
1
3
На пятой передаче включают фрикционные муфты M, М и тормоз Т, соединяя входной вал 1 с солнечной шестерней 4, а через сцепленные сателлиты 6 и 9 - с эпициклической шестерней 8, эпициклической шестерней 11 и с солнечной шестерней 10 и останавливая солнечную шестерню 7. Поток мощности с входного вала 1 передается на солнечную шестерню 4, сателлиты 6 и сцепленные с ними сателлиты 9 на эпициклическую шестерню 8, на соединенные друг с другом через муфту М эпициклическую шестерню 11 и солнечную шестерню 10, на сателлиты 13 и далее на водило 12 и выходной вал 2.
3
Таким образом, на пятой передаче под нагрузкой работает только первый планетарный механизм, а во втором планетарном механизме муфтой М соединены солнечная 10 и эпициклическая шестерня 11 - второй механизм заблокирован и вращается как одно целое.
1
2
3
На шестой передаче включают муфты M, М и М, соединяя входной вал 1 с солнечными шестернями 4 и 7, а эпициклическую шестерню 8 - с эпициклической шестерней 11 и с солнечной шестерней 10. Таким образом, включением муфт M1, М2 и М3 оба планетарных механизма блокируются, обеспечивая тем самым прямую передачу от входного вала 1 к выходному валу 2 коробки передач.
2
3
2
На первой передаче заднего хода включают муфты М, М и тормоз Т, останавливая водило 5 и соединяя входной вал 1 с солнечной шестерней 7, а через сателлиты 9 - с эпициклической шестерней 8, далее с эпициклической шестерней 11 и солнечной шестерней 10. Поток мощности с входного вала 1 передается на солнечную шестерню 7, сателлиты 9, эпициклическую шестерню 8, далее на эпициклическую шестерню 11 и солнечную шестерню 10, водило 12 и выходной вал 2. Включением муфты М3 осуществляется соединение солнечной шестерни 10 с эпициклической шестерней 11 второго планетарного механизма, в результате чего на первой передаче заднего хода под нагрузкой работает только первый планетарный механизм.
2
2
3
На второй передаче заднего хода включают муфту М и тормоза Т и Т, соединяя входной вал 1 с солнечной шестерней 7, а также останавливая водило 5 и эпициклическую шестерню 11. Поток мощности с входного вала 1 передается на солнечную шестерню 7, сателлиты 9, эпициклическую шестерню 8 и далее через солнечную шестерню 10, сателлиты 13 и водило 12 передается на выходной вал 2.
Таким образом, на второй передаче заднего хода под нагрузкой работают оба планетарных механизма.
Конструктивными особенностями заявляемой ПКП являются:
1. ПКП имеет большой кинематический диапазон - 8, 4, шесть передач переднего хода и две передачи заднего хода. Разбивка передач выполнена по геометрической прогрессии. При ее применении это позволит значительно повысить подвижность и маневренность транспортного средства.
2. Как и прототип, заявляемая ПКП имеет компактную конструкцию, такое же количество планетарных механизмов, но за счет отличающихся кинематической схемы и системы управления обеспечивает получение шести передач переднего хода и двух передач заднего хода.
3. Увеличение числа передач переднего хода на две передачи и на одну передачу заднего хода по сравнению с прототипом повысит средние скорости движения транспортного средства на 15-20%.
4. Разбивка передач по геометрической прогрессии (табл. 1) обеспечит транспортному средству улучшение следующих эксплуатационных свойств:
- более высокие средние скорости движения (подвижность);
- улучшенные приемистость и разгон (подвижность);
- наилучшее использование сил тяги двигателя (подвижность);
- повышение топливной экономичности (автономность).
5. Планетарная коробка передач за счет разбивки передаточных чисел по геометрической прогрессии имеет прогрессивно увеличивающиеся расчетные радиусы поворота, что обеспечит транспортному средству высокую управляемость, маневренность, поворотливость и, как следствие, подвижность.
6. На ходовых передачах ПКП под нагрузкой работает минимальное число планетарных механизмов:
- первая передача - двухрядный планетарный механизм со сцепленными сателлитами и однорядный планетарный механизм;
- вторая передача - двухрядный планетарный механизм со сцепленными сателлитами и однорядный планетарный механизм;
- третья передача - только однорядный планетарный механизм;
- четвертая передача - только двухрядный планетарный механизм со сцепленными сателлитами;
- пятая передача - только двухрядный планетарный механизм со сцепленными сателлитами;
- первая передача заднего хода - только двухрядный планетарный механизм со сцепленными сателлитами;
- вторая передача заднего хода - двухрядный планетарный механизм со сцепленными сателлитами и однорядный планетарный механизм.
Таким образом, на ходовых передачах - третьей, четвертой, пятой и первой передаче заднего хода - под нагрузкой работает только один планетарный механизм, что положительно скажется на КПД трансмиссии.
1
1
7. На всех передачах переднего хода постоянно включена муфта M. Это означает, что во время движения транспортного средства, при переключении передач переднего хода синтезированная ПКП работает фактически как коробка передач с тремя степенями свободы, когда на каждой из передач попеременно переключаются только два элемента управления. И только при включении передач заднего хода муфта M выключается.
Эти обстоятельства характеристики системы управления ПКП позволяют сделать важный вывод о том, что синтезированная ПКП может быть легко автоматизирована.
1
8. Постоянно включенная на передачах переднего хода муфта M нагружается только моментом, снимаемым с двигателя, согласно его скоростной характеристике.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Антонов В.М., Акишев Е.С., Сидоров В.Д., Ковалёва Л.П. Трансмиссии серийных машин (краткий справочник). - ВНИИТРАНСМАШ, 1983.
2. Танк Т-80. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Книга первая. - М.: Воениздат, 1979, 280 с
3. Антонов А.С. Комплексные силовые передачи. Теория силового потока и расчет передающих систем. - Л.: Машиностроение, 1981, 496 с.
4. Красненьков В.И., Вашец А.Д. Проектирование планетарных механизмов транспортных машин. – М.: Машиностроение, 1986, 271 с.
5. Цитович И.С., Альгин В.Б., Грицкевич В.В. Анализ и синтез планетарных коробок передач. - Минск: Наука и техника, 1987, 284 с.