Планетарная коробка передач

(51)16 3/44 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский Университет(72) Авторы Тарасик Владимир Петрович Галюжин Сергей Данилович Коробкин Владимир Андреевич Андрияненко Юрий Анатольевич Халько Николай Иванович Галюжин Даниил Сергеевич(73) Патентообладатель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский Университет(57) Планетарная коробка передач, содержащая соосные входной, промежуточный и выходной валы, первую и вторую управляемые муфты, четыре управляемых тормоза и четыре планетарных ряда, первый из которых содержит первое водило с сателлитами,солнечную шестерню и эпицикл, а остальные три планетарных ряда содержат три солнечных шестерни, три эпицикла и второе водило, солнечная шестерня второго планетарного ряда установлена подвижно на промежуточном валу и связана со вторым тормозом, а с помощью второй управляемой муфты - со вторым водилом, второй планетарный ряд содержит две группы сателлитов, кинематически связанных между собой и установленных на различных расстояниях от оси коробки передач, причем первая группа сателлитов этого ряда находится в зацеплении с солнечной шестерней этого ряда, а вторая группа сателлитов - с эпициклом этого ряда, который в свою очередь связан с третьим тормозом,8590 1 2006.10.30 солнечная шестерня третьего планетарного ряда жестко связана с промежуточным валом,а эпицикл этого ряда связан с третьим тормозом, солнечная шестерня четвертого планетарного ряда жестко связана с промежуточным валом, а эпицикл этого ряда связан с четвертым тормозом, отличающаяся тем, что водило первого планетарного ряда жестко соединено с входным валом, солнечная шестерня этого ряда подвижно установлена на входном валу и связана с первым тормозом, а с помощью первой управляемой муфты - с эпициклом первого планетарного ряда, который жестко установлен на промежуточном валу, второе водило жестко соединено с основным валом механизма реверса, который содержит два ряда шестерен и двухстороннюю зубчатую муфту, включающую ведущую зубчатую полумуфту и две ведомые зубчатые полумуфты, причем ведущая шестерня первого ряда механизма реверса подвижно установлена на основном валу механизма реверса и жестко связана с первой ведомой зубчатой полумуфтой, ведомая шестерня первого ряда механизма реверса и ведущая шестерня второго ряда механизма реверса жестко связаны с вспомогательным валом механизма реверса, ведущая и ведомая шестерни второго ряда механизма реверса связаны между собой через промежуточную шестерню, причем ведомая шестерня второго ряда механизма реверса жестко связана с выходным валом и второй ведомой зубчатой полумуфтой, а ведущая зубчатая полумуфта жестко связана с основным валом механизма реверса, четыре планетарных ряда и механизм реверса выполнены в одном корпусе. Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в качестве коробки передач для тягово-транспортных машин. Известна планетарная коробка передач, содержащая входной и выходной валы, пять управляемых тормозов и две управляемые муфты и пять планетарных рядов, причем каждый планетарный ряд содержит солнечную шестерню, водило с сателлитами и эпицикл 1. Однако при помощи этой коробки передач невозможно получить более восьми передач переднего хода и четырех передач заднего хода. Кроме того, данная коробка передач имеет довольно сложную конструкцию, т.к. большое количество тормозов и планетарных рядов. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является планетарная коробка передач, содержащая соосные входной, промежуточный и выходной валы, две управляемые муфты и четыре управляемых тормоза, четыре планетарных ряда,первый планетарный ряд содержит первое водило с сателлитами, солнечную шестерню и эпицикл, а остальные три ряда - три солнечных шестерни, три эпицикла и второе водило,солнечная шестерня второго ряда установлена подвижно на промежуточном валу и связана со вторым тормозом и с помощью первой муфты - с вторым водилом, второй ряд содержит две группы сателлитов, кинематически связанных между собой и установленных на различных расстояниях от оси коробки передач, причем первая группа сателлитов второго ряда находится в зацеплении с солнечной шестерней этого ряда, а вторая группа сателлитов - с эпициклом второго ряда, который в свою очередь связан с третьим тормозом,солнечная шестерня третьего ряда жестко связана с промежуточным валом, а эпицикл этого ряда - с третьим тормозом, солнечная шестерня четвертого ряда также жестко связана с первым промежуточным валом, а эпицикл четвертого ряда - с четвертым тормозом 2. Однако данная планетарная коробка передач имеет всего четыре передачи переднего хода и четыре передачи заднего хода, что недостаточно для современных тягово-транспортных машин. В основу изобретения положена задача увеличения количества передач какпереднего,так и заднего хода. Сущность изобретения заключается в том, что в планетарной коробке передач, содержащей соосные входной, промежуточный и выходной валы, первую и вторую управляе 2 8590 1 2006.10.30 мые муфты, четыре управляемых тормоза и четыре планетарных ряда, первый из которых содержит первое водило с сателлитами, солнечную шестерню и эпицикл, а остальные три планетарных ряда содержат три солнечных шестерни, три эпицикла и второе водило, солнечная шестерня второго ряда установлена подвижно на промежуточном валу и связана со вторым тормозом, а с помощью второй управляемой муфты - с вторым водилом, второй планетарный ряд содержит две группы сателлитов, кинематически связанных между собой и установленных на различных расстояниях от оси коробки передач, причем первая группа сателлитов этого ряда находится в зацеплении с солнечной шестерней этого ряда, а вторая группа сателлитов - с эпициклом этого ряда, который в свою очередь связан с третьим тормозом, солнечная шестерня третьего планетарного ряда жестко связана с промежуточным валом, а эпицикл этого ряда связан с третьим тормозом, солнечная шестерня четвертого планетарного ряда жестко связана с промежуточным валом, а эпицикл этого ряда связан с четвертым тормозом, согласно изобретению, водило первого планетарного ряда жестко соединено с входным валом, солнечная шестерня этого ряда подвижно установлена на входном валу и связана с первым тормозом, а с помощью первой муфты - с эпициклом первого планетарного ряда, который жестко установлен на промежуточном валу, второе водило жестко соединено с основным валом механизма реверса, который содержит два ряда шестерен и двухстороннюю зубчатую муфту, включающую ведущую зубчатую полумуфту и две ведомые зубчатые полумуфты, причем ведущая шестерня первого ряда механизма реверса подвижно установлена на основном валу механизма реверса и жестко связана с первой ведомой зубчатой полумуфтой, ведомая шестерня первого ряда механизма реверса и ведущая шестерня второго ряда механизма реверса жестко связана с вспомогательным валом механизма реверса, ведущая и ведомая шестерни второго ряда механизма реверса связана между собой через промежуточную шестерню, причем ведомая шестерня второго ряда механизма реверса жестко связана с выходным валом и второй ведомой зубчатой полумуфтой, а ведущая зубчатая полумуфта жестко связана с основным валом, четыре планетарных ряда и механизм реверса выполнены в одном корпусе. В планетарной коробке передач, наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению, первый планетарный ряд выполняет роль реверса. Такая конструкция реверса применяется в специальных машинах, когда необходимо быстро поменять направление движения на противоположное. В тягово-транспортных машинах обычного назначения (автомобилях, тракторах, дорожных машинах) задний ход используется значительно реже, чем передний и нет необходимости в быстром реверсе. Поэтому целесообразно механизм реверса выполнить отдельно, а первый планетарный ряд использовать для увеличения числа передач. В предложенной конструкции одна из передач является прямой, т.е. при этом передаточное отношение коробки передач кп. Это означает, что направления вращения входного и выходного валов коробки передач будут совпадать, т.е. должно быть кп 0. Такое совпадение должно иметь место для всех передач прямого хода. Кроме того, для упрощения конструкции, уменьшения массы и габаритов для первого планетарного ряда целесообразно использовать наиболее простой планетарный механизм. Также необходимо,чтобы при увеличении числа передач передаточные отношения коробки передач образовывали прогрессию, близкую к геометрической. И, окончательно, целесообразно, чтобы габариты и масса планетарной коробки передач была наименьшей, что в известной степени достигается при ускоряющем первом ряде, т.е. при передаточном отношении первого планетарного ряда 11. Известно, что самый простой планетарный механизм - это трехзвенный механизм, содержащий солнечную шестерню, водило с одновенцовыми сателлитами и эпицикл. Рассмотрим его потенциальные возможности. Для получения кп 0 необходимо, чтобы передаточные отношения всех рядов, в том числе и первого планетарного ряда 1, были больше нуля, т.к. в противном случае усложняется система управления муфтами и тормо 3 8590 1 2006.10.30 зами коробки передач. При этом возможны четыре варианта 1) эпицикл заторможен, солнечная шестерня ведущая, а водило - ведомое 11/2, где- число зубьев солнечной шестерни,- число зубьев эпицикла 2) эпицикл заторможен, а водило - ведущее,а солнечная шестерня - ведомая 11/(1/)0,5 3) солнечная шестерня заторможена, эпицикл - ведущий, а водило - ведомое 211/1 4) солнечная шестерня заторможена, водило - ведущее, а эпицикл - ведомый 111/(1/)0,5. Таким образом, выше указанным условиям удовлетворяют второй и четвертый варианты. Вместе с тем, второй вариант не приемлем из-за небольшого значения 10,5. Если при таком передаточном числе реализовывать одну из передач, то частота вращения промежуточного вала возрастет больше, чем в два раза, соответственно возрастут угловые скорости элементов остальных планетарных рядов и соответственно возрастут потери энергии в ведущих элементах не включенных муфт и тормозов. Таким образом, наиболее приемлемым является четвертый вариант, когда водило является ведущим, т.е. жестко соединенным с входным валом коробки передач, а ведомым - эпицикл при заторможенной солнечной шестерне. В этом случае эпицикл жестко соединяется с промежуточным валом,а солнечная шестерня с тормозом. Известно, что для блокировки первого планетарного ряда, т.е. для обеспечения 11,необходимо жестко соединить между собой два из трех звеньев планетарного механизма. Для упрощения конструкции целесообразно, что бы барабан, на котором установлены диски тормоза, использовался и для установки дисков муфты. При соединении солнечной шестерни с тормозом очевидно, что для блокировки первого планетарного ряда ее надо соединять с водилом или эпициклом. Поскольку в простом планетарном механизме с одновенцовыми сателлитами барабан по диаметру всегда больше, чем внешний диаметр эпицикла, а внешний диаметр эпицикла больше диаметра водила, то наиболее простой конструкция первого планетарного ряда будет при соединении с помощью муфты солнечной шестерни с эпициклом. Как отмечалось выше, в обычных тягово-транспортных машинах задний ход используется достаточно редко, поэтому при переднем ходе механизм реверса должен иметь высокий КПД. Это можно достичь в том случае, если вращающий момент будет передаваться от второго водила к выходному валу коробки передач без трансформации в зубчатых передачах. При этом второе водило должно напрямую соединяться с выходным валом коробки передач. Для соединения двух вращающихся элементов применяются фрикционные и зубчатые муфты. Фрикционные муфты конструктивно сложнее зубчатых и имеют более высокую стоимость, но позволят соединить два элемента без остановки тягово-транспортной машины. В данном случае нет необходимости во включении заднего хода не дожидаясь остановки машины. Поэтому целесообразно использовать более дешевую и простую по конструкции зубчатую муфту. Очевидно, что для включения прямого хода необходима одна муфта, а для включения заднего хода необходима вторая муфта. Но целесообразно использовать сдвоенную фрикционную, т.к. она проще по конструкции, поскольку имеет один ведущий элемент. Выходным элементом всех планетарных механизмов данной коробки передач является второе водило, которое при прямом ходе, как отмечалось выше, должно напрямую соединяться с выходным валом коробки передач. Поэтому второе водило соединено с основным валом механизма реверса, на котором жестко установлена ведущая зубчатая полумуфта. При этом достаточно связать одну из ведомых зубчатых полумуфт жестко с первой ведущей полумуфтой и соответственно с выходным валом коробки передач и будет реализован прямой ход. Для реализации заднего хода необходимо, чтобы выходной вал коробки передач вращался в другую сторону по сравнению с передним ходом. В принципе для этого достаточно пары шестерен, но тогда коробка передач будет иметь два выходных вала. Для сведения потока мощности к одному выходному валу необходима еще пара шестерен, т.е. 4 8590 1 2006.10.30 необходимо иметь два ряда шестерен и один вспомогательный вал. Кроме того, для изменения направления вращения в одном из рядов должна быть промежуточная шестерня. Эту шестерню целесообразно устанавливать во втором ряду, потому что, как показывают экспериментальные исследования, в этом случае лучше смазывается подшипник выходного вала из-за лучшего разбрызгивания масла, т.к. вблизи этого подшипника вращаются три шестерни. При реализации указанных выше условий очевидно, что вращающий момент через два ряда шестерен механизма реверса будет передаваться при включении заднего хода. В этом случае необходимо, что бы ведущая зубчатая полумуфта была связана с первой ведомой полумуфтой, а последняя - с ведущей шестерней первого ряда. При включении переднего хода через шестерни механизма реверса вращающий момент не передается, поэтому ведущая шестерня первого ряда должна быть подвижно установлена на основном валу механизма реверса. Тогда ведомая шестерня второго ряда должна быть жестко связана со второй зубчатой полумуфтой и жестко - с выходным валом коробки передач. В противном случае произойдет замыкание силового потока и поломка механизма реверса. Для упрощения конструкции коробки передач целесообразно планетарные ряды и механизм реверса выполнить в одном корпусе, т.к. в этом случае не нужны дополнительные привалочные плоскости, приливы для крепления шпилек или болтов. Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена кинематическая схема планетарной коробки передач. Планетарная коробка передач содержит соосные входной 1, промежуточный 2 и выходной 3 валы, две управляемые муфты 4 и 5, четыре управляемых тормоза 6, 7, 8 и 9, четыре планетарных ряда и механизм реверса 10. Первый планетарный ряд включает солнечную шестерню 11, водило 12 с сателлитами 13 и эпицикл 14. Солнечная шестерня 11 подвижно установлена на входном валу 1 и связана с первым тормозом 6, а водило 12 жестко связано с входным валом 1. Эпицикл 14 жестко установлен на промежуточном валу 2 и с помощью муфты 4 связан с солнечной шестерней 11. Второй планетарный ряд содержит солнечную шестерню 15, связанную с тормозом 7 и с помощью муфты 5 - с вторым водилом 16, и эпицикл 17, связанный с тормозом 8. На водиле 16 установлены две группы сателлитов 18 и 19 второго планетарного ряда, кинематически связанных между собой, т.е. находящихся в зацеплении, и расположенных на различных расстояниях от оси коробки передач. Первая группа сателлитов 18 находится в зацеплении с солнечной шестерней 15, а вторая группа сателлитов 19 - с эпициклом 17. Водило 16 является общим для второго, третьего и четвертого планетарных рядов. Третий планетарный ряд состоит из солнечной шестерни 20, жестко установленной на промежуточном валу 2 эпицикла 21, связанного с тормозом 8, и сателлитов 22, установленных на водиле 16. Четвертый планетарный ряд содержит солнечную шестерню 23, жестко установленную на промежуточном валу 2, сателлиты 24, установленные на водиле 16, и эпицикл 25,связанный с тормозом 9. Второе водило 16 жестко соединено с основным валом 26 механизма реверса 10. Механизм реверса содержит первый ряд шестерен ведущую шестерню 27 и ведомую - 28,второй ряд шестерен ведущую шестерню 29, промежуточную и ведомую шестерни 30 и 31 соответственно и двухстороннюю зубчатую муфту. Эта зубчатая муфта содержит ведущую полумуфту 32 и две ведомые полумуфты 33 и 34. Шестерня 27 подвижно установлена на валу 26 и жестко связана с первой ведомой полумуфтой 33. Ведомая шестерня 28 и ведущая шестерня 29 жестко установлены на вспомогательном валу 35. Ведомая шестерня 31 жестко связана с выходным валом 3 и со второй ведомой полумуфтой 34. Ведущая полумуфта 32 жестко установлена на валу 26. Планетарные ряды и механизм реверса 10 выполнены в одном корпусе 36. 5 8590 1 2006.10.30 Планетарная коробка передач работает следующим образом. При движении передним ходом соединяются зубчатые полумуфты 32 и 34. В таблице приведены порядковые номера передач, включаемые при этом управляемые муфты и тормоза, а также передаточные отношения, реализуемые при следующих соотношениях чисел зубьев эпициклов и солнечных шестерен планетарных рядов 14/112,577 17/153,217 21/202,176 25/235,214. Включаемые управляемые муфты и тормоза На первой передаче включается муфта 4 и тормоз 9. При этом первый планетарный ряд блокируется и все его элементы вращаются как единое целое, силовой поток без трансформации передается с вала 1 на вал 2 и затем на солнечную шестерню 23. Поскольку эпицикл 25 заторможен, то силовой поток через сателлиты 24 передается на водило 16,вал 26 и с помощью полумуфт 32 и 34 на выходной вал 3, т.е. трансформация силового потока производится только с помощью четвертого планетарного ряда. На второй передаче муфта 4 выключается и включается тормоз 6, солнечная шестерня 11 при этом становится неподвижной. Тормоз 9 остается включенным. Трансформация силового потока при этом производится посредством шестерен 11, 13 и 14 первого планетарного ряда. При включении третьей передачи муфта 4 и тормоза 6 и 9 выключаются, а включается муфта 4 и тормоз 8. Трансформация силового потока при этом происходит с помощью только третьего планетарного ряда шестерен 20, 21 и 22. На четвертой передаче с помощью тормоза 6 дополнительно подключается первый планетарный ряд и силовой поток трансформируется с помощью первого и третьего планетарных рядов. Пятая передача реализуется с помощью второго планетарного ряда при включенном тормозе 7 и муфте 4. Остальные муфты и тормоза выключены. Силовой поток в этом случае передается через солнечную шестерню 20, сателлиты 22, эпицикл 21, сателлиты 19,эпицикл 17 на водило 16. Солнечная шестерня 15 при этом неподвижна. При включении шестой передачи муфта 4 выключается, а включается тормоз 6. Тормоз 7 остается включенным. Силовой поток в этом случае трансформируется с помощью первого и второго планетарных рядов. Седьмая передача является прямой, т.е. трансформация силового потока в коробке передач не происходит. При этом включаются муфты 4 и 5, все тормоза выключаются. Восьмая передача является ускоряющей. Трансформация силового потока осуществляется только с помощью первого планетарного ряда. Муфта 4 отключается, а включается тормоз 6. Муфта 5 остается включенной. Задний ход обеспечивается путем соединения полумуфт 32 и 33. При этом можно реализовать все восемь передач путем включения соответствующих управляемых муфт и тормозов, указанных в таблице. Установка планетарных рядов и механизма реверса в одном корпусе позволяет упростить конструкцию коробки передач. 6 8590 1 2006.10.30 Таким образом, предлагаемая коробка передач позволяет получить восемь передач переднего хода и столько же передач заднего хода, что существенно расширяет функциональные возможности тягово-транспортной машины. Источники информации 1. А.с. СССР 1105711, МПК 16 3/44, 1984. 2. Платонов В.Ф., Кожевников В.С., Коробкин В.А. Платонов В.С. Многоцелевые гусеничные шасси / Под ред. В.Ф.Платонова. - . Машиностроение, 1998. - С. 91-98. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7