Гидромеханическая коробка передач

Гидромеханическая коробка передач

Реферат

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 также включает в себя фрикционные элементы управления, которые по своему назначению делятся на две группы: тормоза и муфты. Фрикционные муфты соединяют элементы планетарного механизма между собой. Фрикционные тормоза соединяют элементы планетарного механизма с картером коробки передач.

Использование коробок передач планетарного типа в автоматических трансмиссиях таких транспортных средств, как легковые и грузовые автомобили, гусеничная техника военного и гражданского назначения обусловлено возможностью применения малогабаритной компактной по компоновке конструкции, легко вписывающейся в ограниченное габаритами кузова пространстве, но при этом способной передавать и преобразовывать большие крутящие моменты.

В настоящее время планетарные коробки передач, используемые для легковых и грузовых автомобилей, а также гусеничной техники военного и гражданского назначения и состоящие из четырех планетарных рядов обеспечивают пять или шесть передач переднего хода. Для увеличения количества передач, например для получения семи или восьми передач переднего хода, разработчики, занимающиеся проектированием и производством автоматических трансмиссий, используют или большее количество планетарных рядов, что усложняет конструкцию коробки передач, или увеличивают количество степеней свободы, что усложняет систему управления коробкой передач.

Известна гидромеханическая коробка передач, содержащая гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор, солнечная шестерня второго планетарного ряда которого связана с выходным звеном гидродинамического преобразователя крутящего момента, а солнечная шестерня четвертого планетарного ряда через фрикционный тормоз - с картером, коронная шестерня третьего планетарного ряда связана с коронной шестерней четвертого планетарного ряда, водило четвертого планетарного ряда является выходным звеном коробки передач. Водило первого планетарного ряда связано через фрикционный тормоз с картером, коронная шестерня первого планетарного ряда связана с водилом второго планетарного ряда, водило второго планетарного ряда соединяется с водилом третьего планетарного ряда, солнечная шестерня первого планетарного ряда связана с коронной шестерней второго планетарного ряда, солнечная шестерня третьего планетарного ряда соединяется с водилом четвертого планетарного ряда, являющимся выходным звеном коробки передач, коронная шестерня второго планетарного ряда соединяется через фрикционную муфту с коронной шестерней третьего планетарного ряда, коронная шестерня второго планетарного ряда соединяется через фрикционную муфту с водилом четвертого планетарного ряда, являющимся выходным звеном коробки передач, первый планетарный ряд имеет отрицательное внутреннее передаточное отношение, а второй, третий и четвертый планетарные ряды - положительное за счет использования двойных сателлитов (US, 6117039, F 16 H 57/08, 475/284, фиг.48, 12.09.2000).

Данная коробка передач содержит для изменения отношения крутящего момента между входным и выходным звеньями две фрикционные муфты и два тормоза. В коробке - прототипе переключение передач происходит за счет попарного включения четырех фрикционных элементов управления звеньями планетарных рядов.

Это позволяет получить пять передач переднего хода и одну передачу заднего хода.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по увеличению числа передач переднего хода до десяти и диапазона до 6,286 при сохранении кинематической схемы коробки передач с четырьмя планетарными рядами и упрощения конструкции за счет использования простых планетарных рядов с отрицательным внутренним передаточным отношением. Достигаемый при этом технический результат заключается в расширении кинематических возможностей коробки передач при сохранении габаритных показателей, а также конструкция становится более технологичной.

Указанный технический результат достигается тем, что в гидромеханической коробке передач, содержащей гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор, солнечная шестерня второго планетарного ряда которого связана с выходным звеном гидродинамического преобразователя крутящего момента, а солнечная шестерня четвертого планетарного ряда через фрикционный тормоз - с картером, первый планетарный ряд имеет отрицательное внутреннее передаточное отношение, коронная шестерня третьего планетарного ряда связана с коронной шестерней четвертого планетарного ряда, водило четвертого планетарного ряда является выходным звеном коробки передач, солнечная шестерня первого планетарного ряда связана через фрикционный тормоз с картером, а коронная шестерня первого планетарного ряда связана с выходным звеном гидродинамического преобразователя крутящего момента, водило первого планетарного ряда связано с водилом второго планетарного ряда, коронная шестерня второго планетарного ряда соединяется через фрикционный тормоз с картером, солнечная шестерня четвертого планетарного ряда связана с водилом третьего планетарного ряда, выходное звено гидродинамического преобразователя крутящего момента связано через фрикционную муфту с солнечной шестерней третьего планетарного ряда, солнечная шестерня третьего планетарного ряда соединяется через фрикционный тормоз с картером, коронная шестерня третьего планетарного ряда связана с водилом второго планетарного ряда, выходное звено гидродинамического преобразователя крутящего момента связано через фрикционную муфту с водилом третьего планетарного ряда, второй, третий и четвертый планетарные ряды имеют отрицательное внутреннее передаточное отношение.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Изменение конструкции планетарных механизмов и последовательности попарного включения в совокупности с известными признаками позволило увеличить количество передач до десяти и расширить диапазон коробки передач до 6,286, а также позволит использовать при различных режимах движения только часть передач, не ухудшая тяговых характеристик. Использование планетарных рядов с отрицательным внутренним передаточным отношением упростило конструкцию. Сделало ее более технологичной.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата приведенной совокупностью признаков.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, на котором изображена кинематическая схема гидромеханической десятиступенчатой коробки передач для автоматической трансмиссии транспортного средства.

Согласно изобретению в гидромеханической коробке передач, содержащей гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор, солнечная шестерня второго планетарного ряда которого связана с выходным звеном гидродинамического преобразователя крутящего момента, а солнечная шестерня четвертого планетарного ряда через фрикционный тормоз - с картером, первый планетарный ряд имеет отрицательное внутреннее передаточное отношение, коронная шестерня третьего планетарного ряда связана с коронной шестерней четвертого планетарного ряда, водило четвертого планетарного ряда является выходным звеном коробки передач, солнечная шестерня первого планетарного ряда связана через фрикционный тормоз с картером, а коронная шестерня первого планетарного ряда связана с выходным звеном гидродинамического преобразователя крутящего момента, водило первого планетарного ряда связано с водилом второго планетарного ряда, коронная шестерня второго планетарного ряда соединяется через фрикционный тормоз с картером, солнечная шестерня четвертого планетарного ряда связана с водилом третьего планетарного ряда, выходное звено гидродинамического преобразователя крутящего момента связано через фрикционную муфту с солнечной шестерней третьего планетарного ряда, солнечная шестерня третьего планетарного ряда соединяется через фрикционный тормоз с картером, коронная шестерня третьего планетарного ряда связана с водилом второго планетарного ряда, выходное звено гидродинамического преобразователя крутящего момента связано через фрикционную муфту с водилом третьего планетарного ряда, второй, третий и четвертый планетарные ряды имеют отрицательное внутреннее передаточное отношение.

Ниже приводится пример конкретного исполнения гидромеханической коробки передач для автоматической трансмиссии, например, легкового или грузового автомобиля.

Гидромеханическая десятиступенчатая коробка передач содержит картер 1, гидродинамический преобразователь крутящего момента 2 (гидротрансформатор), входное звено 3, выходное звено 4 и планетарный редуктор, в состав которого входят планетарные ряды, две фрикционные муфты и четыре фрикционных тормоза.

В коробке передач, согласно изобретению планетарный редуктор состоит из четырех планетарных рядов. Первый планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 5, водила 6 сателлитов и коронной шестерни 7 (эпицикла). Второй планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 8, водила 9 сателлитов и коронной шестерни 10 (эпицикла). Третий планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 11, водила 12 сателлитов и коронной шестерни 13 (эпицикла). Четвертый планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 14, водила 15 сателлитов и коронной шестерни 16 (эпицикла). Входное звено 3 соединяется фрикционной муфтой 17 с водилом 12 третьего планетарного ряда. Входное звено 3 соединяется фрикционной муфтой 18 с солнечной шестерней 11 третьего планетарного ряда.

Солнечная шестерня 5 первого планетарного ряда соединяется с картером 1 коробки передач фрикционным тормозом 19. Фрикционный тормоз 20 соединяет с картером 1 коробки передач коронную шестерню 10 второго планетарного ряда. Фрикционный тормоз 21 соединяет солнечную шестерню 14 четвертого планетарного ряда с картером 1 коробки передач. Солнечная шестерня 11 третьего планетарного ряда соединяется с картером 1 коробки передач фрикционным тормозом 22.

Такое выполнение коробки передач по сравнению с известными коробками передач, состоящими из четырех рядов типа HYUNDAY и др., позволяет получить пять передач переднего хода и одну передачу заднего хода, используя для этого четыре планетарных ряда и шесть фрикционных элементов управления, а также применяя только планетарные ряды с отрицательным внутренним передаточным отношением. Оснащение коробки передач восемью передачами переднего хода позволило внести изменения в передаточные отношения и порядок попарного включения фрикционных элементов управления. Изменение конструкции и параметров солнечной шестерни, водила, сателлитов и зубчатых колес планетарного ряда позволило расширить диапазон коробки передач до 6,286, а также позволит использовать при различных режимах движения только часть передач, не ухудшая тяговых характеристик.

Предлагаемая, согласно изобретению, автоматическая коробка передач работает следующим образом.

После начала движения транспортного средства последовательным переключением передач от 1-й до 10-й осуществляется его разгон до требуемой скорости движения. При нахождении коробки передач в нейтральном положении ни один из фрикционных элементов управления не включен.

На первой передаче включаются тормоз 20 и тормоз 21, то есть угловая скорость коронной шестерни 10 второго планетарного ряда равна нулю, а также угловая скорость жестко между собой связанных или выполненных заодно водила 12 третьего планетарного ряда и солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда равна нулю.

Крутящий момент с входного звена 3 передается на солнечную шестерню 8 второго планетарного ряда, далее передается на жестко связанные между собой водило 9 второго планетарного ряда, коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда и коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда. С коронной шестерни 16 четвертого планетарного ряда крутящий момент передается на водило 15 четвертого планетарного ряда и связанное с ним выходное звено 4.

При переключении на вторую передачу выключается тормоз 21 и включается тормоз 22, тормоз 20 остается включенным. Таким образом, угловая скорость солнечной шестерни 11 третьего планетарного ряда равна нулю, а угловая скорость жестко между собой связанных или выполненных заодно водила 6 первого планетарного ряда и коронной шестерни 10 второго планетарного ряда равна нулю.

Крутящий момент с входного звена 3 передается на солнечную шестерню 8 второго планетарного ряда, далее передается на жестко связанные между собой водило 9 второго планетарного ряда и коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда, на которой разделяется и передается на водило 12 третьего планетарного ряда и жестко связанную с ним солнечную шестерню 14 четвертого планетарного ряда, а также на коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда. Потоки объединяются на водиле 15 четвертого планетарного ряда и связанном с ним выходном звене 4.

При переключении на третью передачу выключается тормоз 22 и включается муфта 18, тормоз 20 остается включенным. Таким образом, угловая скорость жестко между собой связанных или выполненных заодно водила 6 первого планетарного ряда и коронной шестерни 10 второго планетарного ряда равна нулю, а угловая скорость входного звена 3 равна угловой скорости солнечной шестерни 11 третьего планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 3 разделяется и через включенную фрикционную муфту 18 передается на солнечную шестерню 11 третьего планетарного ряда, а также на солнечную шестерню 8 второго планетарного ряда, с которой передается на связанные водило 9 второго планетарного ряда и коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда. На коронной шестерне 13 третьего планетарного ряда крутящий момент разделяется и передается на коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда, а также, соединяясь на водиле 12 третьего планетарного ряда с потоком, идущим с солнечной шестерни 11 третьего планетарного ряда, передается на солнечную шестерню 14 четвертого планетарного ряда. Потоки объединяются на водиле 15 четвертого планетарного ряда и связанном с ним выходном звене 4.

При переключении на четвертую передачу выключаются тормоз 20 и муфта 18 и включаются тормоз 19 и тормоз 21. Таким образом, угловая скорость солнечной шестерни 5 первого планетарного ряда равна нулю, а угловая скорость жестко между собой связанных или выполненных заодно водила 12 третьего планетарного ряда и солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда равна нулю.

Крутящий момент с входного звена 3 передается на коронную шестерню 7 первого планетарного ряда, далее на водило 6 первого планетарного ряда, с которой передается на жестко связанные водило 9 второго планетарного ряда, коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда и коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда. С коронной шестерни 16 четвертого планетарного ряда крутящий момент передается на водило 15 четвертого планетарного ряда и связанное с ним выходное звено 4.

При переключении на пятую передачу выключаются тормоз 19 и тормоз 21 и включаются тормоз 20 и муфта 17. Таким образом, угловая скорость коронной шестерни 10 второго планетарного ряда равна нулю, а угловая скорость входного звена 3 равна угловой скорости жестко между собой связанных или выполненных заодно водила 12 третьего планетарного ряда и солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 3 разделяется и через включенную фрикционную муфту 17 предается на водило 12 третьего планетарного ряда и на жестко связанную с ней солнечную шестерню 14 четвертого планетарного ряда, а также на солнечную шестерню 8 второго планетарного, далее передается на жестко связанные между собой водило 9 второго планетарного ряда, коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда и коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда. Потоки объединяются на водиле 15 четвертого планетарного ряда и связанном с ним выходном звене 4.

При переключении на шестую передачу выключаются тормоз 20 и муфта 17 и включаются тормоз 19 и тормоз 22. Таким образом, угловая скорость солнечной шестерни 5 первого планетарного ряда равна нулю, а также угловая скорость солнечной шестерни 11 третьего планетарного ряда равна нулю.

Крутящий момент с входного звена 3 передается на коронную шестерню 7 первого планетарного ряда, далее на жестко связанные водило 6 первого планетарного ряда, коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда и коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда. С коронной шестерни 13 третьего планетарного ряда крутящий момент через водило 12 третьего планетарного ряда передается на солнечную шестерню 14 четвертого планетарного ряда. Потоки с коронной шестерни 16 четвертого планетарного ряда и солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда объединяются на водиле 15 четвертого планетарного ряда и связанном с ним выходном звене 4.

При переключении на седьмую передачу выключается тормоз 22 и включается муфта 18, тормоз 19 остается включенным. Таким образом, угловая скорость солнечной шестерни 5 первого планетарного ряда равна нулю, а также угловая скорость входного звена 3 равна угловой скорости солнечной шестерни 11 третьего планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 3 разделяется и через включенную фрикционную муфту 18 предается на солнечную шестерню 11 третьего планетарного ряда, а также на коронную шестерню 7 первого планетарного ряда. С коронной шестерни 7 первого планетарного ряда крутящий момент передается на жестко связанные водило 6 первого планетарного ряда, водило 9 второго планетарного ряда, коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда и на коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда. С коронной шестерне 13 третьего планетарного ряда поток крутящего момента передается на водило 12 третьего планетарного ряда, где, соединившись с потоком от солнечной шестерни 11 третьего планетарного ряда, передается на солнечную шестерню 14 четвертого планетарного ряда. Потоки с коронной шестерни 16 четвертого планетарного ряда и солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда объединяются на водиле 15 четвертого планетарного ряда и связанном с ним выходном звене 4.

При переключении на восьмую передачу выключается муфта 18 и включается муфта 17, тормоз 19 остается включенным. Таким образом, угловая скорость солнечной шестерни 5 первого планетарного ряда равна нулю, а угловая скорость входного звена 3 равна угловой скорости равно угловой скорости жестко между собой связанных или выполненных заодно водила 12 третьего планетарного ряда и солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 3 разделяется и предается на коронную шестерню 7 первого планетарного ряда, а также через включенную фрикционную муфту 17 передается на водило 12 третьего планетарного ряда и на жестко соединенную с ним солнечную шестерню 14 четвертого планетарного ряда. С коронной шестерни 7 первого планетарного ряда крутящий момент передается на жестко связанные водило 6 первого планетарного ряда, водило 9 второго планетарного ряда, коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда и коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда. Потоки объединяются на водиле 15 четвертого планетарного ряда и связанном с ним выходном звене 4.

При переключении на девятую передачу выключается тормоз 19 и включается муфта 18, муфта 17 остается включенной. Таким образом, угловая скорость входного звена 3 равна угловой скорости жестко между собой связанных или выполненных заодно водила 12 третьего планетарного ряда и солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда, а угловая скорость входного звена 3 равна угловой скорости солнечной шестерни 11 третьего планетарного ряда.

Крутящий момент с входного звена 3 через включенную фрикционную муфту 17 предается на жестко связанные водило 12 третьего планетарного ряда, где разделяется на три потока. Первый поток крутящего момента передается на солнечную шестерню 11 третьего планетарного ряда, а с нее через муфты 17 и 18 на водило 12 третьего планетарного ряда. Второй поток крутящего момента через коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда передается на коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда. Третий поток крутящего момента с водила 12 третьего планетарного ряда передается на солнечную шестерню 14 четвертого планетарного ряда. Второй и третий потоки объединяются на водиле 15 четвертого планетарного ряда и связанном с ним выходном звене 4.

При переключении на десятую передачу выключается муфта 18 и включается тормоз 22, муфта 17 остается включенной. Таким образом, угловая скорость входного звена 3 равна угловой скорости равно угловой скорости жестко между собой связанных или выполненных заодно водила 12 третьего планетарного ряда и солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда, а угловая скорость солнечной шестерни 11 третьего планетарного рада равна нулю.

Крутящий момент с входного звена 3 через включенную фрикционную муфту 17 предается на водило 12 третьего планетарного ряда, где разделяется и передается на солнечную шестерню 14 четвертого планетарного ряда, а также через коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда передается на коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда. Потоки объединяются на водиле 15 четвертого планетарного ряда и связанном с ним выходном звене 4.

На передаче заднего хода включаются муфта 18 и тормоз 21, то есть угловая скорость входного звена 3 равна угловой скорости солнечной шестерни 11 третьего планетарного ряда, а угловая скорость жестко между собой связанных или выполненных заодно водила 12 третьего планетарного ряда и солнечной шестерни 14 четвертого планетарного ряда равна нулю.

Крутящий момент с входного звена 3 через муфту 18 передается на солнечную шестерню 11 третьего планетарного ряда, с нее на коронную шестерню 13 третьего планетарного ряда и жестко связанную с ней коронную шестерню 16 четвертого планетарного ряда. С коронной шестерни 16 четвертого планетарного ряда крутящий момент передается на водило 15 четвертого планетарного ряда и связанное с ним выходное звено 4.

Настоящее изобретение позволяет в коробках передач, имеющих четыре планетарных ряда, обеспечивающих пять передач переднего хода, организовать десять передач переднего хода без увеличения количества планетарных рядов и увеличения степени свободы коробки передач. Использование планетарных рядов с отрицательным внутренним передаточным отношением упростило конструкцию. Сделало ее более технологичной.

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.

Гидромеханическая коробка передач, содержащая гидродинамический преобразователь крутящего момента и планетарный редуктор, солнечная шестерня второго планетарного ряда которого связана с выходным звеном гидродинамического преобразователя крутящего момента, а солнечная шестерня четвертого планетарного ряда через фрикционный тормоз - с картером, коронная шестерня третьего планетарного ряда связана с коронной шестерней четвертого планетарного ряда, водило четвертого планетарного ряда является выходным звеном коробки передач, первый планетарный ряд имеет отрицательное внутреннее передаточное отношение, отличающаяся тем, что солнечная шестерня первого планетарного ряда связана через фрикционный тормоз с картером, а коронная шестерня первого планетарного ряда связана с выходным звеном гидродинамического преобразователя крутящего момента, водило первого планетарного ряда связано с водилом второго планетарного ряда, коронная шестерня второго планетарного ряда соединяется через фрикционный тормоз с картером, солнечная шестерня четвертого планетарного ряда связана с водилом третьего планетарного ряда, выходное звено гидродинамического преобразователя крутящего момента связано через фрикционную муфту с солнечной шестерней третьего планетарного ряда, солнечная шестерня третьего планетарного ряда соединяется через фрикционный тормоз с картером, коронная шестерня третьего планетарного ряда связана с водилом второго планетарного ряда, выходное звено гидродинамического преобразователя крутящего момента связано через фрикционную муфту с водилом третьего планетарного ряда, второй, третий и четвертый планетарные ряды имеют отрицательное внутреннее передаточное отношение.