Вально-планетарная реверсивная соосная коробка передач
SHAFT-PLANETARY REVERSIBLE COAXIAL GEAR BOX

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к трансмиссии НТС (наземных транспортных средств): автомобилей, тракторов, дорожно-строительной и специальной техники.
Известны агрегаты трансмиссии со ступенчатым изменением передаточных чисел, содержащие шестерни, валы, опоры, устройства переключения передач, применяемые на отечественных и зарубежных автомобилях. (1. Автомобили: Конструкция, конструирование и расчет. Трансмиссия. /Под ред. А.И. Гришкевича. Мн.: Выш. шк., 1985. - 240 с. 2. Некрасов В.И. Многоступенчатая трансмиссия. Конструкция, конструирование и расчет: Учеб. пособие. - Курган, Изд-во Курганского гос. ун-та, 2001. - 156 с.)
Эти агрегаты конструктивно сложны, металлоемки.
Наиболее близкой к предлагаемой ВПКП (вально-планетарной коробке передач) является ВПКП 8R4 по патенту RU №2217325. Бюл. N 33 от 27.11.2003. Автор В.И. Некрасов.
Соосная ВПКП 8R4 (8 передач переднего хода и 4 передачи заднего хода) содержит корпус в опорах которого соосно установлены первичный, основной и выходной валы, параллельно им промежуточный вал, на них свободно расположены три пары шестерен, на первичном валу между парами шестерен закреплены зубчатые венцы, на которых расположены две трехпозиционные муфты переключения, на основном валу закреплены солнечная шестерня ПМ (планетарного механизма), которая сателлитами, расположенные на осях водила, зацеплена с эпициклическим колесом, водило с обеих сторон оснащено валами с зубчатыми венцами, корпус эпициклического колеса оснащен зубчатыми венцами, муфты переключения соединены ползуном.
Описанная КП проще типовых конструкций трансмиссионных агрегатов, приведенных в книгах, обеспечивает диапазон передаточных чисел (отношение передаточных чисел низшей передачи к высшей) достаточный для обычных НТС, но имеет ограниченное число передач, недостаточное для НТС специального назначения.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в расширении эксплуатационных возможностей транспортного средства за счет увеличения числа передач и их реверса.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в дополнении конструкции редуктором реверса из трех конических шестерен, установке муфты остановки солнечной шестерни, увеличении числа позиций зубчатых венцов.
Указанный технический результат достигается тем, что вально-планетарная реверсивная соосная коробка передач содержит корпус в опорах которого установлены первичный, основной и выходной валы, параллельно основному валу установлен промежуточный вал, на них расположены три пары шестерен, между ними на зубчатых венцах расположены две трехпозиционные муфты переключения, на основном валу закреплена солнечная шестерня, которая сателлитами, установленными на осях водила, зацеплена с эпициклическим колесом, корпус которого оснащен зубчатыми венцами, водило валами соединено с зубчатыми венцами, муфты переключения соединены ползуном, при этом редуктор реверса состоит из трех взаимозацепленных конических шестерен, на входном валу этого редуктора закреплена ведущая коническая шестерня, через сателлиты, установленные на осях водила, зацеплена с ведомой конической шестерней, закрепленной на входе первичного вала, на котором закреплен зубчатый венец; рядом с ним расположены два зубчатых венца, один закреплен на трубчатом валу выхода водила, второй на стенке корпуса, на зубчатых венцах расположена муфта переключения; на основном валу, установленном в опорах первичного и выходного валов, закреплены зубчатые венцы: между второй и третьей парами шестерен, с обеих сторон пятипозиционного зубчатого венца на трубчатом валу, перед пятипозиционным зубчатым венцом выходного вала; на трубчатых валах водила закреплены трехпозиционные зубчатые венцы, между ними и пятипозиционными зубчатыми венцами расположены пятипозиционные муфты переключения, на аксиальных валах корпуса эпициклического колеса закреплены корпуса с зубчатыми венцами, две пятипозиционные муфты переключения и сдвоенный зубчатый венец остановки корпуса эпициклического колеса соединены одним ползуном; на муфте переключения второй и третьей пар шестерен закреплен зубчатый венец, напротив него подвижный сдвоенный зубчатый венец, зацепленный с зубчатым венцом корпуса, Муфта переключения установлена на зубчатых венцах трубчатых валов ведомой шестерни и пятипозиционного зубчатого венца, а также расположенного между ними зубчатого венца основного вала.
Предлагаемое техническое решение позволяет улучшить эксплуатационные свойства НТС за счет реверса увеличенного числа передач.
На фиг. 1 изображена кинематическая схема реверсивной соосной ВПКП (вально-планетарной коробки передач) 16RR16 (16 передач переднего хода и 16 передач заднего хода), состоящей из конического редуктора реверса, трехвальной соосной четырехступенчатой КП с тремя парами шестерен и планетарного редуктора на основе простого трехзвенного ПМ (планетарного механизма), обеспечивающего пять режимов работы, содержащих входной вал и соосные ему первичный вал, основной вал с расположенным на нем трубчатым валом с пятипозиционным зубчатым венцом, с закрепленными на нем зубчатыми венцами, выходной вал с пятипозиционным зубчатым венцом, оснащенные муфтами переключения передач, а также промежуточный вал, установленный параллельно основному валу. В нижней части приведены буквенные обозначения пар шестерен (c,d,e). Буквенные обозначения «а» - солнечная шестерня и «b» - эпициклическое колесо используются при описании ПМ.
b
a
a
b
a
b
ah
bh
hh
hb
ha
hb
ha
На фиг. 2-4 приведены структурные лучевые диаграммы ВПКП к фиг. 1 с таблицей положений муфт переключения на различных передачах переднего хода (16-1). В нижней части таблицы обозначены включенные в работу пары шестерен (Пр., cd, de, се и т.д.) и выше режим работы ПМ (Y, IY, III, II и I). На горизонтальных шкалах приведены в логарифмическом виде величины передаточных чисел пар шестерен и передач. На нижней горизонтали: верхняя шкала U - величина передаточных чисел в натуральном виде, нижняя шкала - в логарифмическом. Точка 0 на горизонтали соответствует входу крутящего момента. Верхняя горизонталь соответствуют передаточным числам на выходном валу, средняя горизонталь - на основном валу. Редукторные режимы работы ПМ указаны около лучей в средней части диаграммы: I) U - низшая, медленная передача; II) U - понижающая передача; III) U - прямая передача; IY) U - ускоряющая передача; Y) U - скорая передача. Верхний индекс указывает на остановленное звено, нижние индексы - на звенья входа и выхода крутящего момента. Обозначения пар шестерен и режимы работы ПМ указаны на лучах. Левый наклон луча указывает на ускоряющий режим работы ПМ, например, U и U. Чем значительнее наклон луча направо, тем больше передаточное число. Наклон луча каждой пары шестерен постоянный на любом участке лучевой диаграммы. Вид лучевой диаграммы зависит от величин передаточных чисел пар шестерен и от внутреннего параметра ПМ «К».
На фиг. 2 К=2, передаточные числа невелики: от 1,15 до 1,51. Большинство интервалов между передачами имеет одинаковую величину, но четыре передачи ускоряющие.
На фиг. 3 К=2, передаточные числа увеличены до 2,63; распределение лучей изменилось, ускоряющих передач только две, но они имеют значительный разрыв от прямой передачи.
На фиг. 4 К=1,62; обеспечивающее одинаковые интервалы между лучами ПМ - 0,21 по логарифмической шкале; передаточные числа до 1,95; распределение лучей изменилось, ускоряющих передач также две, они имеют менее значительный разрыв от прямой передачи.
В опорах корпуса ВПКП 1 (фиг. 1) расположены входной вал 2, соосные ему первичный вал 3, основной вал 4 и выходной вал 5. параллельно им установлен промежуточный вал 6. В На входном валу 2 закреплена ведущая коническая шестерня 7, сателлитами 8, установленными на осях 9 водила 10, зацепленная с ведомой конической шестерней 11, закрепленной на первичном валу 3. На первичном валу 3 также закреплены зубчатые венцы 12 и 13 с расположенными на них муфтами переключения 14 (R) и 15 (А). На передней стенке корпуса 1 закреплен зубчатый венец 6, между ними расположен зубчатый венец 17, который закреплен на трубчатом валу 18 привода водила 10 с осями 9 и сателлитами 8. На соосных первичном валу 3 и основном валу 4 свободно установлены шестерни 19, 20 и 21, зацепленные соответственно с шестернями 22, 23 и 24, закрепленными на промежуточном валу 6. На выходном валу 5 закреплен пятипозиционный зубчатый венец 25 с расположенной на нем пятипозиционной муфтой переключения 26. Аналогичный пятипозиционный зубчатый венец 27 с расположенной на нем пятипозиционной муфтой переключения 28 установлен на трубчатом валу, свободно расположенном на основном валу 4 между закрепленными на нем зубчатыми венцами 29 и 30. На основном валу 4 также закреплен зубчатый венец 31, расположенный около пятипозиционного зубчатого венца 25 выходного вала 5, между зубчатыми венцами 30 и 31 закреплена солнечная шестерня 32 (а), которая сателлитами 33, установленными на осях 34 водила 35 (h) ПМ (планетарного механизма) - редуктора, зацеплена с эпициклическим колесом 36 (b). Водило 35 (h) закреплено на входном 37 и выходном 38 трубчатых валах с трехпозиционными зубчатыми венцами 39 и 40, направленными в сторону зубчатых венцов 30 и 31 соответственно. Корпус 41 эпициклического колеса 36 с зубчатыми венцами 42 и 43 левым аксиальным валом 44 соединен с корпусом 45 зубчатого венца 46 на уровне наружного зубчатого венца 47 муфты 28 (D), а правым аксиальным валом 48 соединен с корпусом 49 зубчатого венца 50 на уровне наружного зубчатого венца 51 муфты 26 (Е). Эта муфта также имеет два внутренних зубчатых венца 52 и 53, она ползуном 54 в средней части соединена с двусторонним зубчатым венцом 55, который расположен между зубчатыми венцами 42 и 43 корпуса 41 эпициклического колеса 36 и зубчатого венца 56 корпуса 1 ВПКП. Ползун 54 в левой части соединен с муфтой 28 (D) на пятипозиционном зубчатом венце 27. Муфта 28 аналогична муфте 26 и оснащена не только наружным, но и двумя внутренними зубчатыми венцами 57 и 58. На трубчатом валу 59 пятипозиционного зубчатого венца 27 закреплен двухпозиционный зубчатый венец 60, расположенный рядом с зубчатым венцом 29 основного вала 4. Рядом с зубчатым венцом 29 расположен зубчатый венец 61, закрепленный на коротком трубчатом валу 62 с закрепленной на нем цилиндрической шестерней 21. На основном валу 4 между шестернями 20 и 21 закреплен зубчатый венец 63 с расположенной на нем трехпозиционной муфтой переключения 64 (В). На муфте 64 (В) закреплен зубчатый венец 65, напротив него на внутренней стенке корпуса 1 закреплен зубчатый венец 66. Между ними на ползуне 67 (F) закреплен двусторонний зубчатый венец 68 остановки солнечной шестерни 32 (а).
Работа ВПКП осуществляется следующим образом:
b
a
a
b
ah
bh
hh
hb
ha
ПМ обеспечивает пять режимов работы: I) U=К+1 - низшая, медленная передача; II) U=(K+1)/K - понижающая передача; III) U -прямая передача; IY) U=К/(К+1) - ускоряющая передача; Y) U=1/(К+1)- скорая передача. Где: а - солнечная шестерня; h - водило; b - эпициклическое колесо; К - внутренний параметр ПМ, равный отношению числа зубьев эпициклического колеса к числу зубьев солнечной шестерни.
Верхний индекс указывает на остановленное звено, нижние индексы - на звенья входа и выхода крутящего момента.
Передаточные числа:
b
b
a
a
b
ah
ah
bh
hh
hb
ha
Если установить широко применяемый в качестве межмостового дифференциала ПМ с внутренним параметром К=2, то: U=К+1=3,0; луч этой передачи на фиг. 2 составит lg U=lg 3=0,477; U=(K+1)/K=3/2=1,5; lg 1,5=0,176; U=1,0; lg 1,0=0,0; U=K/К+1)=2/3; lg (2/3)=- 0,176; U=1/(K+1)=1/3; lg (1/3)=- 0,477. Желательно иметь равные отрезки интервалов в логарифмических координатах. Обеспечим такие равные интервалы между 3-й и 7-й, а также 8-й и 12-й передачами. Разделим на три части отрезок между 4-й и 7-й передачами, lg 1,5=0,176; 0,176/3=0,0587; ΔU=1,145. Интервалы между передачами составляют 0,0587.
c
e
d
d
Определим интервалы между лучами 1G, 2G, 3G, 5G, 7G, 8G и 10G, а также между 12G-16G. Между вертикальным и самым пологим лучами четыре отрезка на участке lg 3=0,477. 0,477/4=0,1193; ΔU=q=1,316. Из них три отрезка 0,1193*3=0,3578 обеспечиваются двумя парами шестерен: «с» и «е» одной величины. =0,3578/2=0,179; U=U=1,51. Интервал луча «d» составляет половину ранее рассчитанного отрезка, lg U=0,5*0,1193=0,0597; U=1,148.
В коническом редукторе реверса муфта 14 (R) при правом положении замыкает зубчатые венцы 17 и 12 (см. нижний вид фиг. 1), блокирует ПМ, крутящий момент напрямую от входного вала 2 поступает на первичный вал 3. При переключении муфты 10 в левое положение (см. верхний вид фиг. 1), она замыкает зубчатые венцы 16 и 17, останавливает трубчатый вал 18, водило 10 и оси 19. Входной вал 2 вращает ведущую коническую шестерню 7, она сателлитами 8 вращает в противоположном направлении ведомую шестерню 11 и первичный вал 3.
b
ah
1-я передача: се+U
b
ah
Муфты А и F в левом (L) положении, муфты В и С в правом (R) положении, муфты D и Е в положении I - включены 1-я пара и 3-я пары шестерен 19-22 «с» и 24-21 «е», а также ПМ в режиме низшей передачи - U=К+1 (см. фиг. 2, правая часть табл. над точкой 1G.
b
ah
На лучевой диаграмме (фиг. 2) эта передача представлена тремя лучами: луч «с» выходит из т.0 на средней горизонтали и направлен направо вниз к нижней горизонтали, затем луч «е» направо вверх, далее пологий луч «U» направо вверх к точке 1G на верхней горизонтали.
Крутящий момент (фиг. 1) от входного вала 2 по коническому редуктору реверса передается на первичный вал 3, от зубчатого венца 13 муфтой 15 (А), 1-й парой шестерен 19-22 (с), промежуточным валом 6, 3-й парой шестерен 24-21 (е), трехпозиционной муфтой В (65), зубчатым венцом 64, по основному валу 4 на солнечную шестерню 32 (а). Эпициклическое колесо 36 (b) остановлено относительно корпуса 1 двусторонним зубчатым венцом 55, который замкнул зубчатые венцы 42 эпициклического колеса 36 и 56 корпуса 1. Сателлиты 33, обкатываясь по остановленному эпициклическому колесу 36 (b), вращают водило 35 (h), выходной трубчатый вал 38 водила и тройной зубчатый венец 40, от него внутренним зубчатым венцом 52 пятипозиционной муфты Е (26), от внутреннего зубчатого венца 53 на пятипозиционный зубчатый венец 25 и выходной вал 5.
Передаточное число 1-й передачи
1G
c
e
ah
b
U=U U U=1,51*1,51*3,0=6,84.
b
ah
2-я передача: de+U
b
ah
Переключаем муфту А из левого положения в правое - заменили 1-ю на 2-ю пару шестерен - в работу включены: 2-я и 3-я пары шестерен 20-23 и 24-21, а также ПМ в режиме низшей передачи - U=К+1.
b
ah
На лучевой диаграмме (фиг. 2) эта передача представлена тремя лучами: крутой луч «d» выходит из т.0 на средней горизонтали и направлен направо вниз, затем луч «е» направо вверх, далее пологий луч «U» направо вверх к точке 2G на верхней горизонтали.
Крутящий момент от первичного вала 3 передается 2-й парой шестерен 20-23, далее как на 1-й передаче.
Передаточное число 2-й передачи
2G
d
e
ah
b
U=UU U=1,51*1,148*3,0=5,2.
1-2
Интервал между передачами q=6,84/5,2=1,315
b
ah
3-я передача: cd+U
b
ah
Муфты А и В в левом положении - заменили 3-ю пару на 1-ю пару шестерен - в работу включены: 1-я и 2-я пары шестерен 19-22 и 23-20, а также ПМ в режиме низшей передачи - U=К+1.
b
ah
На лучевой диаграмме (фиг. 2) эта передача представлена тремя лучами: луч «с» выходит из т.0 на средней горизонтали и направлен направо вниз, затем крутой луч «d» налево вверх в ускоряющем режиме, далее пологий луч «U» направо вверх к точке 3G на верхней горизонтали.
Крутящий момент от первичного вала 3 передается 1-й парой шестерен 19-22, промежуточным валом 6, 2-й парой шестерен 23-20, далее как на 1-й и 2-й передачах.
Передаточное число 3-й передачи
3G
c
d
ah
b
U=U U U=1,51*(1/1,148)*3,0=3,95.
Интервал между передачами q 2-3=5,2/3,95=1,316.
a
bh
4-я передача: се+U
a
bh
Переключаем муфты: В из левого положения в нейтральное, выключенное, С из правого в левое положение, F из левого в правое положение, муфты DE из положения I в положение II - включены 1-я и 3-я пары шестерен, а также ПМ в режиме понижающей передачи - U=(К+1)/К.
a
bh
На лучевой диаграмме эта передача представлена тремя лучами: луч «с» выходит из т.0 на средней горизонтали и направлен направо вниз, затем луч «е» вверх направо, далее луч «U» направо вверх к точке 4G на верхней горизонтали.
Крутящий момент от первичного вала 3 передается 1-й парой шестерен 19-22 (с), промежуточным валом 6, 3-й парой шестерен 24-21, трубчатым валом 62, зубчатым венцом 61, муфтой С (63), зубчатым венцом 60, трубчатым валом 59 на пятипозиционный зубчатый венец 27, (см. верхнее положение муфт фиг. 2) вторым слева зубчатым венцом 27 на внутренний венец 57 пятипозиционной муфты D (28), на зубчатый венец 47, далее на зубчатый венец 46 корпуса 45, по трубчатому валу 44 на корпус 41 и эпициклическое колесо 36. Солнечная шестерня 32 (а) и основной вал 4 остановлены относительно корпуса 1 двусторонней муфтой 69 (F), замкнувшей зубчатые венцы 67 корпуса 1 и 66 муфты 65 на зубчатом венце 64 основного вала 4. Эпициклическое колесо 36 (b) освобождено от фиксации к корпусу 1, так как в положении II двусторонний зубчатый венец 55 вышел из зацепления с зубчатым венцом 42 корпуса 41 эпициклического колеса 36. Эпициклическое колесо 36 (b) вращает сателлиты 33, которые, обкатываясь по остановленной солнечная шестерня 32 (а), осями 34 вращают водило 35 (h), выходной трубчатый вал 38 водила и тройной зубчатый венец 40, в среднем положении от него внутренним зубчатым венцом 52 пятипозиционной муфты Е (26), от внутреннего зубчатого венца 53 на пятипозиционный зубчатый венец 25 и выходной вал 5.
Передаточное число 4-й передачи
4G
c
e
bh
a
U=UU U=1,51*1,51*1,5=3,42.
3-4
Интервал между передачами q =3,95/3,42=1,155.
b
ah
5-я передача: U
b
ah
Муфты В и F в левом положении, муфты А и С в правом положении -выключили из работы пары шестерен - в работе ПМ в режиме низшей передачи - U=К+1.
b
ah
На лучевой диаграмме (фиг. 2) эта передача представлена пологим лучом «U» из точки «0» направо вверх к точке 5G на верхней горизонтали.
Крутящий момент от первичного вала 3 передается муфтой А на основной вал 4, далее как на 1-й, 2-й и 3-й передачах.
5G
ah
b
Передаточное число 5-й передачи U=U=3,0.
4-5
Интервал между передачами q=3,42/3,0=1,14.
e
bh
a
6-я передача: d+U
a
bh
Муфты А и F в правом положении, муфта В в нейтральном, ПМ в режиме II - включили в работу 2-ю и 3-ю пары шестерен, а также ПМ в режиме понижающей передачи - U=(К+1)/К.
a
bh
На лучевой диаграмме эта передача представлена тремя лучами: крутой луч «d» выходит из т.0 на средней горизонтали и направлен направо вниз, затем луч «е» направо вверх к средней горизонтали, далее луч «U» направо вверх к точке 6G на верхней горизонтали.
Крутящий момент от первичного вала 3 по парам шестерен передается как на 2-й передаче, далее по ПМ как на 4-й передаче.
Передаточное число 6-й передачи
6G
d
e
ah
b
U=U U U=1,148*1,51*1,5=2,6.
5-6
Интервал между передачами q=3,0/2,6=1,154.
hh
7-я передача: се+U
b
ah
hh
Седьмая передача отличается от первой передачи только изменением режима работы ПМ с I) U=К+1 на III) U=1.
hh
Муфты А, В, С и F в положении 1-й передачи, муфты DE в положении III - включены 1-я «с» и 3-я «е» пары шестерен, а также ПМ в режиме прямой передачи U.
hh
На лучевой диаграмме эта передача представлена тремя лучами: луч «с» выходит из т.0 на средней горизонтали и направлен направо вниз, затем луч «е» направо вверх, далее вертикальный луч «U» к точке 7G на верхней горизонтали.
Крутящий момент до муфты 27 (D) передается как на 4-й и 6-й передачах, но муфта смещена правее в положение III, ее правый венец 58 вошел в зацепление с левым венцом 39 входного трубчатого вала 37 привода водила 35 (h). Далее от водила как на предыдущих передачах. Возможен вариант передачи крутящего момента напрямую по основному валу 4 от зубчатого венца 31 муфтой 26 в положении Y.
Передаточное число 7-й передачи
7G
c
e
hh
U=U U U=1,51*1,51*1,0=2,28.
6-7
Интервал между передачами q=2,6/2,28=1,14.
hh
8-я передача: de+U
hh
Возвращаем муфта А в правое положение - заменили 1-ю пару на 2-ю пару шестерен - в работу включены: 1-я и 2-я пары шестерен, а также ПМ в режиме прямой передачи U-=1,0.
hh
На лучевой диаграмме эта передача представлена тремя лучами: крутой луч «d» выходит из т.0 на средней горизонтали и направлен направо вниз, затем луч «е» направо вверх, далее вертикальный луч «U» к точке 8G на верхней горизонтали.
Крутящий момент от первичного вала 2 между парами шестерен передается как на 2-й и 6-й передачах, далее как на 7-й передаче.
Передаточное число 8-й передачи
8G
d
e
hh
U=U U U=1,148*1,51*1,0=1,733.
Интервал между передачами q 7-8=2,28/1,733=1,316.
е
hb
a
9-я передача: с+U
a
hb
Положения муфт А, В, С и F соответствуют 4-й передаче, муфты DE в положении IY - в работу включены 1-я и 3-я пары шестерен, а также ПМ в режиме ускоряющей передачи - U=К/(К+1).
a
hb
На лучевой диаграмме эта передача представлена двумя лучами: пологий луч «с» выходит из т.0 на нижней горизонтали и направлен направо вверх, далее луч «U» налево вверх к точке 7G на верхней горизонтали.
Крутящий момент до муфты 27 (D) передается как на 4-й передаче, но муфта смещена правее в положение IY, ее правый венец 58 вошел в зацепление со средним венцом 39 входного трубчатого вала 37 привода водила 35 (h). Основной вал 4 и солнечная шестерня 32 (а) остановлены относительно корпуса 1. Далее как на 4-й передаче.
Передаточное число 9-й передачи
9G
c
e
hb
a
U=U UU=1,51*1,51*0,667=1,52.
8-9
Интервал между передачами q=1,733/1,52=1,14.
d
hh
10-я передача: c+U
hh
Положения муфт А, В, С и F соответствуют 3-й передаче, муфты DE в положении III - в работу включены 1-я и 2-я пары шестерен, а также ПМ в режиме прямой передачи - U.
hh
На лучевой диаграмме этой передаче соответствуют лучи: «с» от точки «0» на средней горизонтали вниз направо, «d» вверх налево в ускоряющем режиме, а также вертикальный луч ПМ - U.
Крутящий момент по 1-й и 2-й парам шестерен передается как на 3-й передаче, далее как на 7-й и 8-й передачах.
Передаточное число 10-й передачи
10G
c
d
hh
U=U U U=1,51*(1/1,148)*1,0=1,315.
9-10
Интервал между передачами q=1,52/1,315=1,156.
a
hb
11-я передача: de+U
a
hb
Положения муфт А, В, С и F соответствуют 6-й передаче, муфты DE в положении IY - в работу включены 2-я и 3-я пары шестерен, а также ПМ в режиме в режиме ускоряющей передачи - U=К/(К+1).
a
hb
На лучевой диаграмме эта передача представлена тремя лучами: крутой луч «d» выходит из т.0 на средней горизонтали и направлен направо вниз, затем луч «е» направо вверх, далее луч «U» налево вверх в ускоряющем режиме к точке 11G на верхней горизонтали.
Крутящий момент до муфты 28 (D) передается как на 2-й, 6-й и 8-й передачах, далее как на 9-й передаче.
Передаточное число 11-й передачи
11G
d
e
hb
a
U=U U U=1,148*1,51*0,667=1,156.
10-11
Интервал между передачами q=1,315/1,156=1,138.
12-я передача - прямая
Положения муфт А, В, С и F соответствуют 5-й передаче, муфты DE в положении III - в работе ПМ на прямой передаче.
hh
На лучевой диаграмме этой передаче соответствует вертикальный луч ПМ - U от точки «0» на средней горизонтали к точке 12G на верхней горизонтали.
Крутящий момент от первичного вала 3 по зубчатому венцу 13 и муфте 15 (А) передается по шестерне 20 и муфте 65 (В) на зубчатый венец 64 и основной вал 4, далее от зубчатого венца 29 по муфте 63 (С) на трубчатый вал 59 и пятипозиционный зубчатый венец 27, от зубчатого венца 58 муфты 28 (D) на зубчатый венец 58, от него на трехпозиционный зубчатый венец 39, по входному трубчатому валу 37, водилу 35, выходному трубчатому валу 38 на трехпозиционный зубчатый венец 40, далее от зубчатого венца 52 муфты 26 (Е) на зубчатый венец 53, от него на пятипозиционный зубчатый венец 25 и выходной вал 5.
12G
Передаточное число 12-й передачи U=1,0.
11-12
Интервал между передачами q=1,156.
b
ha
13-я передача: се+U
b
ha
Положения муфт А, В, С и F соответствуют 1-й передаче, муфты DE в положении Y - в работу включены 1-я и 3-я пары шестерен, а также ПМ в режиме скорой передачи - U=1/(K+1).
b
ha
На лучевой диаграмме эта передача представлена тремя лучами: луч «с» выходит из т.0 на средней горизонтали и направлен направо вниз, затем луч «е» направо вверх, далее луч «U» налево вверх в ускоряющем режиме к точке 13G на верхней горизонтали.
Крутящий момент до муфты 28 (D) передается как на 1-й и 7-й передачах, но муфта смещена правее в положение Y, ее правый венец 58 вошел в зацепление со правым венцом 39 входного трубчатого вала 37 привода водила 35 (h). Эпициклическое колесо 36 (b) остановлено относительно корпуса 1 двусторонним зубчатым венцом 55, который замкнул зубчатые венцы 43 эпициклического колеса 36 и 56 корпуса 1. Сателлиты 33, обкатываясь по остановленному эпициклическому колесу 36 (b), вращают солнечную шестерню 32 (а) и основной вал 4. Далее от зубчатого венца 31 на зубчатый венец 52 муфты 26, зубчатым венцом 53 на пятипозиционный зубчатый венец 25 и выходной вал 5.
Передаточное число 13-й передачи
13G
c
e
ha
b
U=U U U=1,51*1,51*0,333=0,759.
12-13
Интервал между передачами q=1,0/0,759=1,317.
b
ha
14-я передача: de+U
b
ha
Положения муфт А, В, С и F соответствуют 2-й и 8-й передачам, муфты DE в положении Y - в работу включены 2-я и 3-я пары шестерен, а также ПМ в режиме скорой передачи - U=1/(К+1).
b
ha
На лучевой диаграмме эта передача представлена тремя лучами: крутой луч «d» выходит из т.0 на средней горизонтали и направлен направо вниз, затем луч «е» направо вверх, далее луч «U» налево вверх в ускоряющем режиме к точке 14G на верхней горизонтали.
Крутящий момент до муфты 28 (D) передается как на 2-й и 8-й передачах, далее как на предыдущей передаче.
Передаточное число 14-й передачи
14G
d
e
ha
b
U=U U U=1,148*1,51*0,333=0,577.
13-14
Интервал между передачами q=0,759/0,577=1,315.
b
ha
15-я передача: cd+U
b
ha
Положения муфт А, В, С и F соответствуют 3-й и 10-й передачам, муфты DE в положении Y - в работу включены 1-я и 2-я пары шестерен, а также ПМ в режиме скорой передачи - U=1/(K+1).
b
ha
На лучевой диаграмме эта передача представлена тремя лучами: луч «с» выходит из т.0 на средней горизонтали и направлен направо вниз, затем луч «d» налево вверх в ускоряющем режиме, далее луч «U» налево вверх также в ускоряющем режиме к точке 15G на верхней горизонтали.
Крутящий момент до муфты 28 (D)) передается как на 3-й и 10-й передачах, далее как на предыдущих передачах.
Передаточное число 15-й передачи
15G
c
d
ha
b
U=U UU=1,51*(1/1,148)*0,333=0,438.
Интервал между передачами q 14-15=0,577/0,438=1,317.
b
ha
16-я передача: U
b
ha
Положения муфт А, В, С и F соответствуют 5-й и 12-й передачам, муфты DE в положении Y - в работу включен ПМ в режиме скорой передачи - U=1/(K+1).
b
ha
На лучевой диаграмме эта передача представлена пологим лучом «U» налево вверх в ускоряющем режиме к точке 16G на верхней горизонтали.
Крутящий момент до муфты 28 (D) передается как на 5-й и 12-й передачах, далее как на предыдущих передачах.
16G
ha
b
Передаточное число 16-й передачи U=U=0,333.
Интервал между передачами q 15-16=0,438/0,333=1,315.
Передачи заднего хода 1R-16R отличаются от передач переднего хода 1G-16G только изменением положения муфты R (16) из правого в левое положение. Муфта R (16) замыкает зубчатые венцы 16 и 17, останавливает водило 10 и оси 9. От входного вала 2 и шестерни 7 крутящий момент поступает по сателлитам 8 на шестерню 11 и первичный вал 3, который изменяет направление вращения по сравнению с входным валом 2.
1G
16G
Диапазон ВПКП составил D=U /U=6,84/0,333=20,5 при среднем интервале lg q=lg 20,5/15=1,312/15=0,08745; q=1,223 от q=1,14 до q=1,317. Такие интервалы применяют в трансмиссиях НТС.
Для сравнения: 8-ми ступенчатая КП автомобиля МАЗ-6422 имеет диапазон D=U1/U8=7,73/0,71=10,89 при среднем интервале lg q=lg 10,89/7=1,037/7=0,148; q=1,407. 9-ти ступенчатая КП автомобиля ЗИЛ-4331 имеет диапазон D=11,33 при среднем интервале lg q=lg 11,33/8=1,054/8=0,132; q=1,354. Современные магистральные тягачи полной массой 40 т, как правило, оснащены 16-ти ступенчатой КП с диапазоном D ≈ 17 и интервалом q ≈ 1,21.
Конструкция ВПКП, приведенная на фиг. 1, обеспечивает достаточный диапазон передаточных чисел для переднего и заднего хода D=20,5 при среднем интервале между передачами q=1,223, что позволяет применять НТС, оснащенной такой ВПКП, в широком спектре условий эксплуатации. Эта конструкция позволяет изменять параметры трансмиссии при других ПМ и парах шестерен.
d
c
e
1
c
e
ah
1
b
Если изменить параметры пар шестерен до U=2,0; U=U=2,63; то получим передаточное число 1-передачи U=U*U*U=2,63*2,63*3,0=20,75 (см. фиг. 3), что значительно превышает значение U=6,84 для фиг. 2.
1
16
Диапазон составит D=U/U=20,75/0,333=62,3.
Средний интервал q=1,318.
Равные отрезки между лучами обеспечиваются при К=55/34=1,62. К+1=2,62. lg 2,62=0,418; lg 1,62=0,2095. Интервал lg q=0,2095/2=0,1048; q=1,273.
b
a
a
b
4,5
4,5
3,5
3,5
ah
bh
hh
hb
ha
c
d
Передаточные числа: U=К+1=2,62; U=(K+1)/K=2,62/1,62=1,62; U=1,0; U=K/(K+1)=1,62/2,62=0,617; U=1/(K+1)=1,0/2,62=0,382; 1-я пара шестерен «с» U=q=1,273=2,963; lg 2,963=0,472; 2-я пара шестерен «d» U=q=1,273=2,328; lg 2,328=0,367.
d
с
e
1
c
e
ah
16
ha
1
16
b
b
Вариант с такими интервалами приведен на фиг. 4. Величины передаточных чисел пар шестерен немного уменьшены U=1,53; С=U=1,95; получили передаточное число 1-передачи U=U*U*U=1,95*1,95*2,62=10. Передаточное число 16-передачи U=U=1/2,62=0,382. Диапазон D=U/U=10/0,382=26,2. Средний интервал q=1,274.
Для вариантов на фиг. 3 и 4 прямая передача 14-я, число ускоряющих передач уменьшилось с 4-х до 2-х.
Ускоряющие передачи применяются как в отечественном, так и зарубежном автомобилестроении. Например, величины передаточных чисел ускоряющих передач: КамАЗ-0,815; Урал - 0,78; МАЗ-0,71; КрАЗ-0,66.
На легковых автомобилях зарубежного производства нередко устанавливают КП с тремя ускоряющими передачами, например, Audi А4: 0,74; 0,56; 0,43.
Обозначения:
1 - корпус ВПКП с редуктором реверса;
2 - входной вал; 3 - первичный вал; 4 - основной вал;
5 - выходной вал; 6 - промежуточный вал;
7 - ведущая коническая шестерня, закрепленная на входном валу 2;
8 - сателлиты; 9 - оси сателлитов;
10 - водило осей и сателлитов;
11 - ведомая коническая шестерня, закрепленная на первичном валу 3;
12 и 13 - зубчатые венцы, закрепленные на первичном валу 3;
14 (R) - муфта переключения на зубчатом венце 12;
15 (А)- трехпозиционная муфта переключения на зубчатом венце 13;
16 - зубчатый венец стенки корпуса 1;
17 - зубчатый венец, закрепленный на трубчатом валу 18 между венцами 12 и 16;
18 - трубчатый вал привода водила 10;
19, 20 и 21 - шестерни, свободно установленные на соосных валах 3 и 4; 22, 23 и 24 - шестерни, закрепленные на промежуточном валу 6;
25 - пятипозиционный зубчатый венец, закрепленный на выходном валу 5;
26 (Е) - пятипозиционная муфта переключения на зубчатом венце 23;
27 - пятипозиционный зубчатый венец, закрепленный на трубчатом валу 59;
28 (D) - пятипозиционная муфта переключения на зубчатом венце 27; 29, 30 и 31 - зубчатые венцы, закрепленные на основном валу 4;
32 (а) - солнечная шестерня трехзвенного ПМ (планетарного механизма);
33 - сателлиты; 34 - оси сателлитов;
35 (h) - водило трехзвенного ПМ;
36 (b)- эпициклическое колесо трехзвенного ПМ;
37 - входной трубчатый вал водила 35;
38 - выходной трубчатый вал водила 35;
39 - трехпозиционный зубчатый венец входного трубчатого вала 37;
40 - трехпозиционный зубчатый венец выходного трубчатого вала 38;
41 - корпус эпициклического колеса 36;
42 - левый зубчатый венец корпуса 41 эпициклического колеса 36;
43 - правый зубчатый венец корпуса 41 эпициклического колеса 36;
44 - левый входной аксиальный вал корпуса 41 эпициклического колеса 36;
45 - корпус зубчатого венца 46;
46 - зубчатый венец входного вала 44 корпуса 41 эпициклического колеса 36;
47 - правый наружный зубчатый венец муфты 28;
48 - правый выходной аксиальный вал корпуса 41 колеса 36;
49 - корпус зубчатого венца 50;
50 - зубчатый венец выходного вала корпуса 41 эпициклического колеса 36;
51 - левый наружный зубчатый венец муфты 26;
52 - левый внутренний зубчатый венец муфты 26;
53 - правый внутренний зубчатый венец муфты 26;
54 - ползун пятипозиционных муфт переключения 26 и 28, а также двустороннего зубчатого венца 55;
55 - двусторонный зубчатый венец для соединения с зубчатыми венцами 42 и 43 корпуса 41 эпициклического колеса 36;
56 - зубчатый венец корпуса 1 ВПКП для соединения с зубчатыми венцами 42 и 43 корпуса 41 эпициклического колеса 36;
57 - левый внутренний зубчатый венец муфты 28;
58 - правый внутренний зубчатый венец муфты 28;
59 - трубчатый вал пятипозиционного зубчатого венца 27;
60 - двухпозиционный зубчатый венец, закрепленный на трубчатом валу 59;
61 - зубчатый венец, закрепленный на трубчатом валу 62;
62 - трубчатый вал шестерни 21 и зубчатого венца 61;
63 (С) - муфта переключения на зубчатых венцах 27, 29 и 61;
64 - зубчатый венец, закрепленный на основном валу 4 между шестернями 20 и21;
65 (В) - трехпозиционная муфта переключения на зубчатом венце 64;
66 - зубчатый венец, закрепленный на муфте 65;
67 - зубчатый венец внутренней поверхности корпуса 1 напротив венца 66;
68 - ползун зубчатого венца 69;
69 - двусторонний зубчатый венец остановки солнечной шестерни 32 (а).