Коробка передач - RU2058904C1
Код документа: RU2058904C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к коробке передач и, в частности, к предназначенной для транспортных средств автоматической коробке передач с постоянным зацеплением шестерен на всех передачах.
Опытным водителям транспортных средств известно, что водить автомобиль с автоматическим переключением передач намного легче, чем водить автомобиль с ручным переключением передач. Это обусловлено тем, что при управлении автомобилем с ручным переключением передач каждый процесс переключения требует выполнения шести операций: отпускания педали акселератора, выжимания педали сцепления, перемещения рычага переключения из первоначального положения в новое положение, отпускания педали сцепления и затем нажатия на педаль акселератора. На дороге со сложными условиями движения многократное выполнение таких операций надоедает водителю и делает его раздражительным, что может быть опасным. Кроме того, при переключении отпускают педаль акселератора, а это вызывает потерю мощности и, если при переключении во время движения вверх по наклонной плоскости не будет осуществлено надлежащим образом перемещение рычага переключения в новое положение, двигатель может заглохнуть. К тому же, поскольку процесс переключения передачи слишком сложен, водитель часто не хочет производить переключение, когда оно необходимо. В результате двигатель часто работает при неподходящей частоте вращения, что приводит к потере энергии и повреждению двигателя. С другой стороны, традиционная автоматическая трансмиссия имеет очень сложную конструкцию, включающую планетарные комплекты, сцепление, тормоз, контроллер, и т.д. и стоимость изготовления ее относительно высока, причем все элементы требуют регулярной регулировки, что увеличивает эксплуатационные расходы. Кроме того, КПД автоматической коробки передач низок и ее потери мощности на 18% больше, чем у коробки передач с ручным управлением. В результате автоматическая коробка передач не может найти широкого применения.
Поэтому для усовершенствования вышеупомянутых двух коробок передач разрабатывают бесступенчатую коробку передач. Бесступенчатая коробка передач имеет два преимущества, заключающиеся в том, что во-первых, она проста по конструкции и легко управляема и, во-вторых, двигатель может всегда работать при экономически выгодной для данной выходной мощности частоте вращения с наивысшим КПД. Однако бесступенчатая коробка передач имеет два недостатка, один из которых состоит в медленном управлении переключением передач и в часто случающемся изменении положения передачи при резком нажатии на педаль акселератора, а другой состоит в том, что приводная цепь плотно прижата к колесным дискам и потому потери на трение очень велики. Из-за упомянутых выше двух недостатков бесступенчатая коробка передач не имеет широкого применения.
Таким образом, для устранения вышеупомянутых проблем необходима новая коробка передач с высоким КПД.
Основной целью настоящего изобретения является создание коробки передач с микропроцессором, который мог бы в соответствии с частотой вращения коленчатого вала двигателя управлять шаговым двигателем, приводящим в движение диск переключения для автоматического перемещения его в надлежащее положение.
Он обеспечивает чувствительное управление в реальном масштабе времени, так что двигатель можно удерживать в наиболее экономически выгодном рабочем состоянии, при котором он будет работать с наивысшим КПД.
Другой целью настоящего изобретения является создание автоматической коробки передач с постоянным зацеплением шестерен на всех передачах, которая бы обладала такими преимуществами коробки передач с ручным переключением, как простота конструкции и высокая эффективность в передаче движения, без недостатков, обусловленных сложностью процедуры переключения, и была лучше управляемой, чем автоматическая трансмиссия.
И еще одной целью настоящего изобретения является создание коробки передач, обеспечивающей при переключении возможность плавного разгона транспортного средства без разрыва потока мощности и позволяющей увеличивать число ступеней без увеличения сложности конструкции и работы, а также обеспечивающей посредством микропроцессора возможность разгона транспортного средства с сильным и устойчивым эффектом.
В соответствии с настоящим изобретением коробка передач содержит: картер для размещения всех элементов коробки передач, входной вал, имеющий переднюю и заднюю половины, ведущий зубчатый комплект, имеющий несколько ведущих зубчатых втулок, число которых равно и числу передач (ступеней), причем ведущие зубчатые втулки имеют разный диаметр и установлены на передней половине входного вала в последовательности от втулки малого диаметра до втулки большого диаметра без обеспечения приведения каждой втулки во вращение посредством входного вала, комплект устройства управления переключением передач переднего хода, имеющий несколько скользящих втулок равного диаметра, число которых равно числу передач и которые установлены на задней половине входного вала в последовательности от втулки малого диаметра до втулки большого диаметра, и первое управляющее средство для управления сцеплением и расцеплением скользящих втулок и соответствующих ведущих зубчатых втулок для выбора передачи, приводимой в действие посредством входного вала, причем каждая скользящая втулка установлена с возможностью вращения посредством входного вала и с возможностью сцепления с соответствующей ведущей зубчатой втулкой для вращения последней.
Зубчатый комплект заднего хода, имеющий шестерню заднего хода, установленную на заднем конце входного вала и сцепленную с промежуточной шестерней, ведомый вал, имеющий переднюю, среднюю и заднюю части, ведомый зубчатый комплект, имеющий несколько ведомых зубчатых втулок, число которых равно числу ведущих зубчатых втулок, причем ведомые зубчатые втулки имеют разный диаметр и установлены на передней части ведомого вала в последовательности от втулки малого диаметра до втулки большого диаметра и с обеспечением зацепления с ведущими зубчатыми втулками, каждая ведомая зубчатая втулка имеет третье соединительное средство, соединяющее ведомые зубчатые втулки друг с другом и с ведомым валом, благодаря чему вращение каждой ведущей зубчатой втулки заставляет находящуюся с ней в зацеплении ведомую зубчатую втулку вращаться и приводить во вращение друг за другом в направлении снаружи важную ведомую зубчатую втулку и ведомый вал, зубчатый комплект переключения переднего и заднего хода, имеющий два слоя зубчатых втулок разного диаметра, причем зубчатые втулки установлены на средней части ведомого вала в последовательности от втулки малого диаметра до втулки большого диаметра, одна из зубчатых втулок является зубчатой втулкой переднего хода, другая зубчатая втулка является зубчатой втулкой заднего хода, зубчатая втулка заднего хода находится в зацеплении с упомянутой промежуточной шестерней, каждая зубчатая втулка имеет четвертое соединительное средство, соединяющее ведомый вал с каждой зубчатой втулкой, в результате чего ведомый вал или промежуточная шестерня могут привести каждую зубчатую втулку во вращение, комплект устройства управления переключением между передним ходом, задним ходом и нейтральным положением, имеющий два слоя скользящих втулок разного диаметра, которые установлены на задней части ведомого вала в последовательности от втулки малого диаметра до втулки большого диаметра, и второе управляемое средство для управления расцеплением и сцеплением скользящих втулок и зубчатых втулок переднего и заднего хода для выбора переднего хода, заднего хода или нейтрального положения, причем каждая скользящая втулка выполнена с возможностью приведения во вращение соответствующей зубчатой втулки, и выходной вал, соединенный с зубчатым комплектом переключения переднего и заднего хода для отдачи мощности наружу.
На фиг. 1 изображен разрез коробки передач в соответствии с настоящим изобретением в нейтральном положении; на фиг. 2 разрез первого варианта входного вала в незатянутом состоянии; на фиг. 3 вид, соответствующий виду на фиг. 2, но с входным валом в затянутом состоянии; на фиг. 4 вид в разрезе зубчатого диска переключения в нейтральном положении; на фиг. 5 вид в разрезе, соответствующий виду на фиг. 3, но с зубчатым диском переключения в положении включения первой передачи; на фиг. 6 разрез этой коробки передач в состоянии с включенной первой передачей; на фиг. 7 вид в разрезе зубчатого диска переключения в положении включения третьей передачи; на фиг. 8 вид в разрезе этой коробки передач в состоянии с включенной третьей передачей; на фиг. 9 вид в разрезе зубчатого диска переключения в положении включения пятой передачи; на фиг. 10 вид в разрезе этой коробки передач в состоянии с включенной пятой передачей; на фиг. 11, а вид в разрезе устройства управления переключением между передним ходом, задним ходом и нейтральным состоянием, на котором диск переключения показан в нейтральном положении; на фиг. 11, б вид в разрезе, соответствующий виду на фиг. 11, а, но с диском переключения в положении включения заднего хода; на фиг. 11, в вид в разрезе, соответствующий виду на фиг. 11, б, но с диском переключения в положении включения переднего хода; на фиг. 12 вид в разрезе этой коробки передач в состоянии включенного заднего хода; на фиг. 13 вид в разрезе второго варианта входного вала в незатянутом состоянии; на фиг. 14 вид в разрезе, соответствующий виду на фиг. 13, но с входным валом в затянутом состоянии; на фиг. 15 вид в разрезе третьего варианта входного вала в незатянутом состоянии; на фиг. 16 вид в разрезе, соответствующий виду на фиг. 15, но с входным валом в затянутом состоянии; на фиг. 17 перспективный вид (частично в разрезе) четвертого варианта входного вала; на фиг. 18 вид в разрезе четвертого варианта водного вала в незатянутом состоянии; на фиг. 19 вид в разрезе, соответствующий валу, показанному на фиг. 18, но с входным валом в затянутом состоянии.
Как показано на фиг. 1, коробка передач в соответствии с настоящим изобретением содержит входной вал 1, ведущий зубчатый комплект 2, комплект 3 устройства управления переключением передач переднего хода, зубчатый комплект 4 заднего хода, ведомый вал 5, ведомый зубчатый узел 6, комплект 7 устройства управления переключением между передним ходом, задним ходом и нейтральным положением, зубчатый комплект 8 переключения переднего и заднего хода, выходной вал 9 и картер 10.
Входной вал 1 входит в картер 10 и служит в качестве ведущего вала. Ведущий зубчатый комплект 2 содержит пять ведущих зубчатых втулок 21, 22, 23, 24, 25 увеличивающегося диаметра. Число ведущих зубчатых втулок равно числу передач (ступеней). Пять ведущих зубчатых втулок телескопически установлены на находящейся в картере передней концевой части входного вала 1 таким образом, что входной вал 1 свободно охватывает ведущая пружина 211 первой передачи, которую охватывает ведущая зубчатая втулка 21 первой передачи, которую затем охватывает ведущая пружина 221 второй передачи, которую охватывает ведущая зубчатая втулка 22 второй передачи, которую охватывает ведущая пружина 231 третьей передачи, которую затем охватывает ведущая зубчатая втулка 23 третьей передачи, которую охватывает ведущая пружина 241 четвертой передачи, которую охватывает ведущая зубчатая втулка 24 четвертой передачи, которую далее охватывает ведущая пружина 251 пятой передачи, которую, наконец, охватывает ведущая зубчатая втулка 25 пятой передачи.
Каждая ведущая пружина охватывает соответствующую нижнюю ведущую зубчатую втулку не плотно, и между ними имеется зазор. Ведущие зубчатые втулки связаны с соответствующими подшипниками 212, 222, 232, 242, 252, а снаружи установлен подшипник 26 для соединения сего ведущего зубчатого комплекта 2 с картером 10.
На другом конце входного вала 1 установлен комплект 2 устройства управления переключением переднего хода, регулируемо вращаемый винт 31 которого находится в зацеплении с зубчатым диском 32 переключения, который установлен на другом конце входного вала. Внутри от зубчатого диска переключения установлен диск 33 включения пяти передач переднего хода, а на входном валу установлена ведущая скользящая втулка 34 первой передачи, на которую надета ее пружина 341 кручения. Толщина ведущей скользящей втулки первой передачи соответствует толщине ведущей пружины первой передачи, и толщина пружины 341 кручения ведущей скользящей втулки первой передачи выбрана в соответствии с внутренним диаметром ведущей скользящей втулки 35 второй передачи, на которую надета ее пружина 351 кручения, которую охватывает ведущая скользящая втулка 36 третьей передачи, которую охватывает ее пружина 361 кручения, которую в свою очередь охватывает ведущая скользящая втулка 37 четвертой передачи, которую охватывает ее пружина 371 кручения, которую наконец охватывает ведущая скользящая втулка 38 пятой передачи, охватываемая ее пружиной 381 кручения. Каждая пружина кручения ведущих скользящих втулок установлена между буртиком каждой скользящей втулки и каждой зубчатой втулкой. Толщина каждой ведущей скользящей втулки соответствует толщине каждой ведущей пружины переключения, а толщина каждой пружины кручения ведущих скользящих втулок соответствует толщине каждой ведущей зубчатой втулки, что обеспечивает образование нескольких слоев. Каждая ведущая скользящая втулка связана вблизи диска 33 включения пяти передач переднего хода с подшипниками 342, 352, 262, 372, 382. Таким образом, ведущий зубчатый комплект 2 и комплект 3 устройства управления переключением передач переднего хода состоят из нескольких слоев и установлены на левой и правой сторонах входного вала 1. На конце, противоположном входному концу входного вала 1, установлена шестерня 40 заднего хода, находящегося в зацеплении с промежуточной шестерней 41, установленной на неподвижно закрепленной оси 43 посредством подшипника. Неподвижно закрепленная ось выступает за пределы картера 10, где она закреплена посредством гайки 44. На входном и другом концах входного вала установлены подшипники 11, 12, соединяющие их с картером 10 в его внутренней нижней части.
Ведомый зубчатый комплект 6 содержит пять ведомых зубчатых втулок 65, 64, 63, 62, 61 увеличивающегося диаметра. Число ведомых зубчатых втулок также равно числу передач (ступеней). Ведомые зубчатые втулки телескопически установлены на ведомом валу 5, в соответствии с ведущим зубчатым комплектом. Другой конец ведомого вала 5 сцеплен с выходным валом 9, причем ведомый вал 5 расположен во внутренней верхней части картера 10 параллельно входному валу 1. На ведомый вал 5 надета ведомая зубчатая втулка 65 пятой передачи, сцепленная с ведомым валом 5 посредством шпонки 651. Зубья ведомой зубчатой втулки 65 пятой передачи находятся в зацеплении с зубьями ведущей зубчатой втулки 25 пятой передачи. Ведомую зубчатую втулку пятой передачи охватывает ведомая пружина 641 четвертой передачи, которую охватывает ведомая зубчатая втулка 64 четвертой передачи, которую охватывает ведомая пружина 631 третьей передачи, которую охватывает ведомая зубчатая втулка 63 третьей передачи, которую охватывает ведомая пружина 621 второй передачи, которую охватывает ведомая зубчатая муфта 62 второй передачи, которую охватывает ведомая пружина 611 первой передачи, которую наконец охватывает ведомая зубчатая втулка 61 первой передачи. Каждая ведомая пружина каждой передачи установлена на каждой ведомой зубчатой втулке не плотно, а с зазором. Каждая ведомая зубчатая втулка соединена с подшипником 612, 622, 632, 642, 652 на одном конце и с подшипником 613, 623, 633, 643, 653 на другом. Зубья каждой ведомой зубчатой втулки находятся в зацеплении с каждой ведущей зубчатой втулкой. Ведомый зубчатый комплект 6 закреплен в картере 10 посредством подшипника 51.
Комплект 7 устройства управления переключением между передним ходом, задним ходом и нейтральным положением соединен с диском 72 переключения посредством рычага 71 ручного управления, входящего в картер 10, установлен на одном конце ведомого вала вблизи ведомого зубчатого комплекта 6. Комплект 7 устройства управления соединен также с диском 73 включения переднего и заднего хода и установлен на ведомом валу 5 посредством двух слоев скользящих втулок. Внутренний слой это скользящая втулка 75 переднего хода, которую охватывает ее пружина 751, расположенная между буртиком скользящей втулки переднего хода и зубчатой втулкой 81 переднего хода. Один конец скользящей втулки 75 переднего хода соединен со скользящей втулкой 74 заднего хода наружного слоя посредством подшипника 752. Скользящую втулку 74 заднего хода охватывает ее пружина 741 кручения, расположенную между буртиком скользящей пружины заднего хода и зубчатой втулкой 82 заднего хода. Один конец скользящей втулки заднего хода соединен с картером 10 посредством подшипника. С комплектом 7 устройства управления переключением между передним ходом, задним ходом и нейтральным положением соединен зубчатый комплект 8 переключения переднего и заднего хода. Зубчатый комплект 8 состоит из двух слоев зубчатых втулок. Внутренний слой это зубчатая втулка 81 переднего хода и пружина 811 переднего хода, установленная в ней. Пружина 811 переднего хода установлена на ведомом валу не плотно, а с зазором. Зубчатая втулка переднего хода соединена с картером 10 посредством подшипника 812 вблизи выходного вала 9 и соединена с ведомым валом посредством подшипника 813. Толщина пружины переднего хода соответствует толщине скользящей втулки переднего хода, а толщина зубчатой втулки переднего хода соответствует толщине пружины кручения скользящей втулки переднего хода. Зубчатую втулку переднего хода охватывает зубчатая втулка 82 заднего хода, в которой установлена пружина 821 заднего хода, охватывающая зубчатую втулку переднего хода не плотно, а с зазором. Зубчатая втулка заднего хода соединена с картером 10 посредством подшипника 822 вблизи выходного вала. Толщина заднего хода соответствует толщине скользящей втулки заднего хода, а толщина зубчатой втулки заднего хода соответствует толщине пружины кручения скользящей втулки заднего хода. Зубья зубчатой втулки заднего хода находятся в зацеплении с зубьями промежуточной шестерни, а ведомый вал 5 свинчен с выходным валом 9 на одном конце зубчатой втулки переднего хода. Выходной вал закреплен в картере 10 посредством подшипника 91 и выведен из картера 10 наружу для передачи движения.
На фиг. 2 показана основная конструкция настоящего изобретения. На входной вал 1 свободно надета ведущая пружина 211 первой передачи, которую охватывает ведущая зубчатая втулка 21 первой передачи. Таким образом, между ведущей пружиной первой передачи и входным валом имеется зазор. Ведущая пружина первой передачи находится в незатянутом состоянии и один конец ее закреплен на внутренней поверхности зубчатого конца ведущей зубчатой втулки первой передачи в месте, обозначенном позицией 213. Каждая зубчатая втулка снабжена выступающей зубчатой частью, внутри которой установлен шариковый подшипник. Таким образом, зубчатый конец втулки закреплен на входном валу с возможностью вращения посредством подшипника 212, а другой конец втулки надет на ведущую скользящую втулку 34 первой передачи, установленную на входном валу. Один конец скользящей втулки 34 имеет буртик 343, высота которого равна толщине ведущей зубчатой втулки первой передачи. Между наружным концом ведущей зубчатой втулки первой передачи и буртиком ведущей скользящей втулки первой передачи установлена пружина 341 кручения ведущей скользящей втулки первой передачи. В нужной части ведущей скользящей втулки первой передачи выполнен паз 344. Паз 344 соответствует выступу 101 на входном валу, позволяющему скользящей втулке скользить в пределах некоторого расстояния. Нижний край скользящей втулки имеет выемку 345, в которую может входить другой конец 215 ведущей пружины первой передачи. На фиг. 2 показано, что скользящая втулка не сцеплена с пружиной и выступ входного вала находится в пазу скользящей втулки вблизи пружины, что обеспечивает вращение только скользящей втулки и вместе с входным валом.
На фиг. 3 показано, что ведущая скользящая втулка первой передачи передвинута в направлении к концу 215 ведущей пружины первой передачи, в результате чего конец 215 пружины вошел в выемку 345 скользящей втулки и ведущая пружина первой передачи оказалась затянутой. Поскольку входной вал вращается, заставляя ведущую скользящую втулку первой передачи вращаться в том же самом направлении, и ведущая пружина первой передачи затянута и плотно сцеплена с выходным валом, ведущая пружина передачи будет вращаться в том же самом направлении, а поскольку другой конец ведущей пружины первой передачи сцеплен с ведущей зубчатой втулкой первой передачи, то ведущая зубчатая втулка первой передачи также будет вращаться в том же самом направлении.
Выступ 101 на входном валу сцеплен с пазом в скользящей втулке на дальнем от пружины конце. При отсутствии нажатия на скользящую втулку возвращающая сила пружины 341 кручения скользящей втулки первой передачи будет возвращать втулку в исходное положение. В этот момент только выступ приводит скользящую втулку во вращение в том же самом направлении. Поскольку ведущая пружина первой передачи не затянута и не сцеплена с входным валом, то ведущая пружина первой передачи и ведущая зубчатая втулка первой передачи не будет вращаться вслед за входным валом. Это является отличительным признаком настоящего изобретения. Ведомый зубчатый комплект и зубчатый комплект переключения переднего и заднего хода выполнены в соответствии с тем же самым принципом.
На фиг. 4 показан частично комплект 3 устройства управления переключением передач переднего хода. Диск 33 включения пяти передач переднего хода соединен с зубчатым диском 32 переключения передач. Зубья зубчатого диска переключения находятся в зацеплении с винтовой резьбой винта 31. Винт вращают посредством шагового двигателя 311, управляемого посредством микропроцессора 312, который регулирует выходной крутящий момент и заставляет винт поворачиваться и поворачивать зубчатый диск переключения. Микропроцессор имеет много измерительных преобразователей (датчиков), соединенных соответственно с входным валом, выходным валом, акселератором, карбюратором, тормозным диском и сцеплением для подачи сигналов обратной связи, несущих различную информацию о состоянии, в микропроцессор для вычисления наилучших в данном моменте данных о скорости вращения и определения номера передачи и посылки команды к шаговому двигателю для исполнения. На фиг. 4 показано нейтральное положение, при котором зубчатый диск переключения сопряжен с входным валом 1. Две стороны зубчатого диска переключения снабжены пятью разными пазами 321, 322, 323, 324, 325 переключения. В пять пар пазов переключения входят соответственно включающие штифты 331, 332, 333, 334, 335 диска включения пяти передач переднего хода. Пять пар пазов переключения выполнены в направлении вращения зубчатого диска с интервалом между ними около 20 градусов. Паз 321 первой передачи расположен при нуле градусов и сцеплен со штифтом 331 включения первой передачи, паз 322 второй передачи проходит в пределах от нуля градусов до 20 градусов и сцеплен со штифтом 323 второй передачи, паз 323 третьей передачи проходит в пределах от нуля градусов до 40 градусов и сцеплен со штифтом 333 включения третьей передачи, паз 324 четвертой передачи проходит в пределах от нуля градусов до 60 градусов и сцеплен со штифтом 334 включения четвертой передачи и паз 325 пятой передачи проходит в пределах от нуля градусов до 80 градусов и сцеплен со штифтом 335 включения пятой передачи. Левые штифты будут идти вверх, а правые вниз. Два соответствующих штифта на диске включения расположены соответственно в положениях при нуле градусов и при 180 градусах. Когда шаговый двигатель 311 заставляет винт поворачивать зубчатый диск переключения, получают состояние, показанное на фиг. 5, при котором штифт 311 включения первой передачи оказывается вышедшим из паза 321 первой передачи, а другие, т.е. второй, третий, четвертый и пятый штифты, расположены во втором, третьем, четвертом и пятом пазах. Но диск включения не будет повернут, а будет повернут лишь зубчатый диск переключения приблизительно на 20 градусов. При переключении из первоначального, нейтрального положения на первую передачу штифт включения первой передачи вызовет перемещение скользящей втулки первой передачи. Это и есть рабочее состояние автоматического переключения. Таким образом, микропроцессор может быть использован для выбора оптимальной для получения максимального эффекта работы двигателя передачи.
На фиг. 6 показана коробка передач, работающая на первой передаче. Шаговый двигатель 311 (см. фиг. 5) заставляет винт 31 повернуть зубчатый диск 32 переключения на некоторый угол, чтобы тем самым заставить один конец штифта 331 включения первой передачи в зубчатом диске 32 переключения, а другой его конец нажать на буртик ведущей скользящей втулки 34 первой передачи и заставить этот буртик нажать на пружину 341 кручения ведущей втулки первой передачи. При этом выемка в ведущей скользящей втулке первой передачи сцепления с выступающим концом ведущей пружины 211 первой передачи, заставляя тем самым эту пружину плотно затянуться на входном валу 1 и в результате этого вращаться вместе с валом в том же самом направлении и с той же скоростью. Вместе с ними будет также вращаться в том же направлении ведущая зубчатая втулка 21, сцепленная с ведущей пружиной 211 первой передачи. Поскольку ведущая скользящая втулка 34 первой передачи сцеплена с выступом и вращается в том же самом направлении, то она будет вращаться со скоростью, одинаковой со скоростью вращения входного вала 1, заставляя ведущую зубчатую втулку 21 первой передачи вращаться с той же скоростью. Так как ведущая зубчатая втулка 21 первой передачи будет приводить ведомую зубчатую втулку 61 первой передачи во вращение в противоположном направлении, а один конец ведомой пружины 611 первой передачи сцеплен с ведомой зубчатой втулкой первой передачи, то ведомая пружина первой передачи будет плотно затягиваться на ведомой зубчатой втулке 62 второй передачи и заставлять ее вращаться в противоположном направлении, что вызовет вращение ведомой пружины 621 второй передачи в противоположном направлении и затягивание ее на ведомой зубчатой втулке 63 третьей передачи, в результате чего ведомая зубчатая втулка третьей передачи будет вращаться в противоположном направлении, приводя во вращение ведомую пружину 631 третьей передачи в противоположном направлении и заставляя ее тем самым плотно закручиваться на ведомой зубчатой втулке 64 четвертой передачи и заставлять ее вращаться в противоположном направлении и приводить во вращение ведомую пружину 641 четвертой передачи, чтобы вызвать ее закручивание на ведомой зубчатой втулке 65 пятой передачи и заставить ведомую зубчатую втулку пятой передачи вращаться в противоположном направлении. И наконец, шпонка ведомой зубчатой втулки пятой передачи сцепляется с ведомым валом, заставляя его вращаться в противоположном направлении. Но между ведущим и ведомым зубчатым комплектами имеется некоторое передаточное отношение. Следовательно, скорости вращения входного вала и ведомого вала могут быть одинаковыми или равными. Поскольку ведущие и ведомые зубчатые втулки второй, третьей, четвертой и пятой передач находятся в зацеплении друг с другом, то ведомая зубчатая втулка может заставить вращаться ведущую зубчатую втулку. Но ведущие пружины передач, сцепленные с ведущими зубчатыми втулками, не закручиваются на зубчатой втулке более высокой передачи. Следовательно, ведущие зубчатые втулки вращаются в том же самом направлении, что и входной вал. Но ведущие зубчатые втулки будут вращаться индивидуально вхолостую, что не будет влиять на вращение комплекта ведущей и ведомой зубчатых втулок первой передачи. Мощность от ведущей зубчатой втулки первой передачи будет передана к ведомой зубчатой втулке первой передачи и к выходному валу.
На фиг. 7 показана работа коробки передач при переключении на третью передачу. Шаговый двигатель 311 приводит во вращение винт 31, заставляющий зубчатый диск 32 переключения поворачиваться на другой угол. При этом второй штифт 332 включения выскальзывает из паза 322 второй передачи, в результате чего возникает состояние второй передачи. Винт может быть дополнительно повернут на другой угол от угла второй зоны к углу третьей зоны. При этом штифт 333 включения третьей передачи выскальзывает из паза 323 третьей передачи, в результате чего возникает состояние третьей передачи. В этом состоянии, как показано на фиг. 8, штифты 331, 332, 333 первой, второй и третьей передач вышли из пазов 321, 322, 323 первой, второй и третьей передач. Таким образом, три штифта включения сцепляются с буртиками ведущих скользящих втулок 34, 35, 36, заставляя тем самым пружины 341, 351, 361 кручения скользящих втулок первой, второй и третьей передач сжиматься, и отжимают ведущие скользящие втулки первой, второй и третьей передач в направлении к ведущим пружинам 211, 221, 231, заставляя последние закручиваться соответственно на поверхности входного вала 1, ведущей зубчатой втулки 21 первой передачи и ведущий зубчатой втулки 22 второй передачи, в результате чего входной вал приводит ведущие зубчатые втулки 21, 22, 23 первой, второй и третьей передач во вращение в том же самом направлении и с той же самой скоростью. Однако, поскольку ведущая пружина второй передачи сцеплена с ведущей зубчатой втулкой первой передачи, а также подвержена воздействию вращающей силы ведущей зубчатой втулки первой передачи, то ведущая зубчатая втулка второй передачи будет иметь скорость вращения ведущей зубчатой втулки первой передачи и в дополнение к первоначальной скорости вращения ведомого вала. Следовательно, ведущая зубчатая втулка третьей передачи будет иметь в дополнение к скорости вращения входного вала скорость вращения ведущей зубчатой втулки первой передачи и скорость вращения ведущей зубчатой втулки второй передачи. Поскольку зубья и ведущего зубчатого комплекта находятся в зацеплении с зубьями ведомого зубчатого комплекта, то выходная скорость вращения от ведущей зубчатой втулки третьей передачи к ведомому зубчатому комплекту заставляет ведомые зубчатые втулки 61, 62, 63, 64, 65 вращаться в обратном направлении и вызывать закручивание ведомых пружин 611, 621,631, 641 первой, второй, третьей и четвертой передач на ведомых зубчатых втулках соответственно второй, третьей, четвертой и пятой передач, а ведомая зубчатая втулка пятой передачи сцеплена с ведомым валом, в результате чего скорость вращения ведомых зубчатых втулок первой и второй передач, передаваемая от ведущих зубчатых втулок первой и второй передач, оказывается меньшей, чем скорость вращения, передаваемая от ведущей зубчатой втулки третьей передачи к ведомой зубчатой втулке третьей передачи. Следовательно, только ведомая пружина третьей передачи плотно затягивается на ведомой зубчатой втулке четвертой передачи, заставляя ее вращаться, и поскольку ведомая пружина четвертой передачи, сцепленная с ведомой зубчатой втулкой четвертой передачи, плотно затягивается на ведомой зубчатой втулке пятой передачи, заставляя ее вращаться, и поскольку ведомая зубчатая втулка пятой передачи сцеплена с ведомым валом, то ведомый вал приводится во вращение со скоростью ведомой зубчатой втулки третьей передачи. Так как ведущие пружины четвертой и пятой передач плотно не затянуты на ведущих зубчатых втулках четвертой и пятой передач и так как штифты включения четвертой и пятой передач не отжимают ведущие скользящие втулки четвертой и пятой передач в сцепление с ведущими пружинами четвертой и пятой передач, то ведущие зубчатые втулки четвертой и пятой передач будут лишь заставлять ведущие пружины четвертой и пятой передач вращаться вслед за ведомыми зубчатыми втулками 4-й и 5-й передач с передаваемой от них скоростью, но будут вращаться вхолостую. Состояние коробки передач на второй и четвертой передачах аналогично состоянию на третьей передаче и поэтому подробно не описывается. Конечно, между ведущей и ведомой зубчатыми втулками третьей передачи имеется какое-то передаточное отношение, и потому скорость вращения ведомой зубчатой втулки третьей передачи отличается от скорости вращения ведущей зубчатой втулки третьей передачи.
На фиг. 9 показана работа коробки передачи при переключении на пятую передачу, когда шаговый двигатель 311 заставляет винт 31 дополнительно поворачивать зубчатый диск 32 переключения на другой угол, чтобы вывести все штифты 331, 332, 333, 334, 335 включения пяти передач из пазов 321, 322, 323, 324, 325 зубчатого диска 32 переключения.
Как показано на фиг. 10, пять штифтов соответственно перемещают ведущие скользящие втулки 34, 35, 36, 37, 38 первой, второй, третьей, четвертой и пятой передач, вызывая сжатие ведущих пружин 341, 351, 361, 371, 381 кручения первой, второй, третьей, четвертой и пятой передач. При этом ведущие скользящие втулки 34, 35, 36, 37, 38 первой, второй, третьей, четвертой и пятой передач соответственно сцепляются с ведущими пружинами 211, 212, 213, 214, 215 первой, второй, третьей, четвертой и пятой передач, заставляя ведущие зубчатые втулки 21, 22, 23 и 24 первой, второй, третьей, четвертой и пятой передач вращаться вместе с входным валом 1 в том же самом направлении. Поскольку скорости вращения ведущих зубчатых втулок отличаются друг от друга и поскольку ведущая пружина пятой передачи внутри ведущей зубчатой втулки пятой передачи затягивается на ведущей зубчатой втулке четвертой передачи, ведущая пружина четвертой передачи затягивается на ведущей зубчатой втулке третьей передачи и одновременно ведущая пружина третьей передачи затягивается на ведущей зубчатой втулке второй передачи и ведущая пружина второй передачи затягивается на ведущей зубчатой втулке первой передачи, а ведущая пружина первой передачи затягивается на входном валу, то из всех ведущих зубчатых втулок зубчатая втулка пятой передачи имеет самую высокую скорость вращения, зубчатая втулка четвертой передачи вторую высшую скорость вращения, зубчатая втулка третьей передачи третью высшую скорость, зубчатая втулка второй передачи четвертую высшую скорость и зубчатая втулка первой передачи самую низкую скорость вращения. Скорости вращения входного вала и всех (от первой до пятой передачи) ведущих зубчатых втулок передают к ведомым зубчатым втулкам всех пяти передач в соответствии с передаточным отношением между ведущими и ведомыми зубчатыми втулками. Таким образом, ведомая зубчатая втулка пятой передачи имеет самую высокую скорость вращения, а поскольку ведомая зубчатая втулка пятой передачи непосредственно сцеплена с ведомым валом, то она будет передавать полученную скорость непосредственно ведомому валу, скорости же ведомых зубчатых втулок четвертой, третьей, второй и первой передач постепенно уменьшаются. Следовательно, ведомые пружины четвертой, третьей, второй и первой передач не могут быть затянуты плотно на ведомых зубчатых втулках пятой, четвертой, третьей и второй передач и будут работать как в режиме холостого хода фактически без передачи крутящего момента. Такая коробка передач является пятиступенчатой. Число ступеней может быть увеличено или уменьшено в соответствии с тем же самым принципом.
В соответствии с приведенным выше описанием при нажатии на педаль акселератора, когда подводимая от двигателя мощность становится все большей и большей, данные, получаемые из точек детектирования в микропроцессоре, также все более и более увеличиваются, в результате чего все больше ускоряется подача команд от микропроцессора к шаговому двигателю. При этом винт заставляет зубчатый диск переключения поворачиваться на один угол за другим, в результате чего штифты включения выходят один за другим из пазов и нажимают на ведущие скользящие втулки переключения, сцепляя их с ведущими пружинами передач, что приводит к вращению ведущих зубчатых втулок посредством входного вала с разными скоростями, увеличивающимися от первой передачи до пятой. Таким образом, скорость вращения, передаваемая к ведомому валу, также постепенно увеличивается и, следовательно, постепенно увеличивается скорость вращения выходного вала.
Однако реально дорога не будет столь равной и необходимо будет переключение в обратном направлении. При этом, когда данные, посылаемые в микропроцессор, уменьшаются, указывая на то, что педаль тормоза нажата и скорость уменьшается, микропроцессор подает на шаговый двигатель сигнал, заставляющий его вращаться в обратном направлении и, вращая винт, поворачивать зубчатый диск переключения в обратном направлении, в результате чего на штифты включения действует уже не разделяющая, а возвращающая сила. Штифты больше не нажимают на ведущие скользящие втулки и сжатые пружины кручения ведущих скользящих втулок возвращаются в исходное состояние. Кроме того, штифты заскакивают в пазы зубчатого диска переключения, и ведущие скользящие втулки больше не сцепляются с ведущими пружинами и возвращаются в первоначальное положение, а ведущие пружины тоже больше не затягиваются на ведущих зубчатых втулках или входном валу и, возвращаясь в первоначальное положение передача за передачей, заставляют ведомые зубчатые втулки вращаться с постепенно уменьшающейся передача за передачей скоростью. В результате может быть достигнуто нейтральное состояние. Или же в соответствии с внешними условиями может быть осуществлено переключение на более низкую передачу, а затем на более высокую.
На фиг. 11, а показан вид в разрезе комплекта 7 устройства управления переключением между передним ходом, задним ходом и нейтральным положением, причем показано нейтральное положение. Коробка передач соединена с наружным ручным рычагом 71 управления, которой соединен с диском 72 переключения и установлен на ведомом валу 5. Диск 72 переключения установлен на ведомом валу 5. На верхней и нижней сторонах диска 72 переключения выполнены соответственно две пары пазов. Внешним пазом является паз 721 заднего хода. Верхний паз заднего хода проходит влево, а нижний вправо. В пазу заднего хода расположен штифт 731 включения заднего хода. Размер паза заднего хода примерно в два-три раза больше размера штифта включения. Внутренним пазом является паз 726 переднего хода, находящийся ниже паза 721 заднего хода. Если верхний паз 721 заднего хода проходит влево, то паз 726 переднего хода проходит вправо. Кроме того, над нижним пазом 721 заднего хода выполнен паз 726, расположенный ниже паза переднего хода. Если нижний паз 721 заднего хода проходит вправо, то паз 726 переднего хода проходит влево. Размер паза переднего хода также примерно в два- три раза больше размера штифта включения. В нейтральном положении рычаг ручного управления, штифт включения переднего хода и штифт включения заднего хода расположены на одной линии друг с другом, т.е. штифты включения переднего и заднего хода расположены соответственно в пазах переднего и заднего хода. На фиг. 11, б комплект 7 устройства управления переключения между передним ходом, задним ходом и нейтральным положением показан в состоянии заднего хода, при котором рычаг 71 ручного управления повернут влево на некоторый угол, в результате чего штифт 731 включения заднего хода выведен из паза 721 заднего хода, а штифт 736 включения переднего хода остался в пазу 726 переднего хода, лишь переместившись от одного его конца к другому. На фиг. 11, в комплект 7 управляющего устройства показан в состоянии переднего хода. При этом рычаг 71 ручного управления в повернут вправо на некоторый угол, в результате чего штифт 736 включения переднего хода вышел из паза 726 переднего хода, а штифт 731 включения заднего хода остался в пазу 721 заднего хода, лишь переместившись от одного его конца к другому. Вместо рычага ручного управления может быть использована кнопка управления шаговым двигателем и винтом для приведения в движение зубчатого диска переключения переднего и заднего хода.
При перемещении рычага ручного управления в положение переднего хода, показанное на фиг. 11, в, на первой, третьей и пятой передачах переднего хода, показанных на фигурах 6, 8, 10, штифт 736 включения переднего хода выдвигается из паза переднего хода в направлении к скользящей втулке 75 переднего хода в комплекте 7, заставляя эту скользящую втулку перемещаться в осевом направлении и сцепляться ее выемкой с выступающей частью пружины 811 переднего хода, в результате чего будут переданы от ведомого вала скорости вращения каждой передачи. Пружина переднего хода, затянутая на ведомом валу, приводит зубчатую втулку переднего хода во вращение с той же скоростью и в том же самом направлении, что и ведомый вал. Поскольку зубчатая втулка переднего хода навинчена на выходной вал, то выходной вал будет вращаться со скоростью и в направлении, соответствующих скорости и направлению вращения ведомого вала на каждой передаче. Но выходной вал будет вращаться в направлении, противоположном направлению вращения входного вала. Через выходной вал двигатель передает мощность наружу для обеспечения движения вперед. При этом пружина заднего хода, разработанная на наружном слое, не затянута туго и не создает никакого эффекта.
На фиг. 12 показана коробка передач в состоянии включения заднего хода, когда рычаг ручного управления перемещают в положение заднего хода, показанное на фиг. 11-2, в результате чего штифт 731 включения заднего хода выскальзывает из паза заднего хода и нажимает на скользящую втулку 74 заднего хода в комплекте 7, заставляя ее переместиться в осевом направлении и сжать ее пружину 741 кручения, что обеспечивает сцепление выемки скользящей втулки заднего хода с выступающей частью пружины 821 заднего хода, в результате чего пружина заднего хода плотно затягивается на зубчатой втулке 75 переднего хода, вызывая вращение зубчатой втулки переднего хода, а поскольку зубчатая втулка переднего хода навинчена на выходной вал, выходной вал тоже пpиводится во вращение. Передача мощности обеспечена тем, что зубья зубчатой втулки заднего хода находятся в зацеплении с зубьями промежуточной шестерни 41, а зубья промежуточной шестерни сцеплены с зубьями шестерни 40 заднего хода, установленной на входном валу 1, так что шестерня заднего хода вращается в том же самом направлении, что и входной вал, а промежуточная шестерня вращается в ином, чем входной вал, направлении. Следовательно, зубчатая втулка заднего хода вращается в том же направлении, что и входной вал, при этом зубчатая втулка переднего хода вращается в том же направлении, что и входной вал, и имеет место передачи мощности от входного вала к выходному с обеспечением эффекта заднего хода. Вышеупомянутый эффект переднего хода и этот эффект заднего хода отличаются друг от друга путем передачи, направлением и величиной мощности. Таким образом, как передним, так и задним ходом управляют посредством рычага ручного управления. При движении вперед никогда не будет дан задний ход, а при движении задним ходом никогда не будет движения вперед, что делает движение плавным и безопасным.
Картер коробки передач выполнен в соответствии с каждым элементом. Поскольку в нем заключена система с постоянным зацеплением всех шестерен, снабженная подшипниками для обеспечения вращения, все элементы вращаются с высокой скоростью в течение длинного периода времени с выделением тепла от трения, и потому необходимо устройство для смазки и охлаждения. В коробке передач в соответствии с настоящим изобретением под картером расположена масляная ванна, в которую погружены частично некоторые шестерни, что обеспечивает смазывающее и охлаждающее действие при вращении.
На фиг. 13 показан другой вариант конструкции входного вала в соответствии с настоящим изобретением. На входном валу 1 установлена зубчатая втулка 21. Верхний конец зубчатой втулки 21 имеет зубчатую часть. Вся втулка 21 выполнена как одно целое. Зубчатая часть выходит за пределы наружной поверхности втулки 21. Внутри зубчатой втулки 21 установлен подшипник 212. Другой конец втулки 21 сцеплен с одним концом пружины 211. Другой конец пружины имеет коническую часть 211 с уменьшенным внутренним диаметром. На входном валу образован выступ 101, а на другом конце входного вала установлена скользящая втулка 34. Скользящая втулка имеет буртик 343. Между буртиком и концом зубчатой втулки установлена пружина 341 кручения. На скользящей втулке выполнен паз. На одном конце паза расположен выступ 101. На фиг. 13 скользящую втулку не заставляют скользить в направлении к зубчатой втулке. На фиг. 14 скользящую втулку 34 заставляют скользить в направлении к зубчатой втулке 21, в результате чего пружина 341 кручения сжимается, а выступ 101 перемещается в пазу 344 от одного конца к другому. При этом, поскольку выступ 101 сцеплен со скользящей втулкой и входной вал вращается, заставляя вращаться скользящую втулку, когда скользящая втулка перемещается в направлении к пружине 211, она сцепляется с ней. Внутренний задний конец скользящей втулки имеет коническую внутреннюю поверхность 347, которая может более плотно сцепляться с конической частью 2111 пружины, заставляя пружину плотно затягиваться на входном валу, что обеспечивает ее вращение и дальнейшее вращение зубчатой втулки. При отсутствии нажатия на скользящую втулку пружина кручения возвращает скользящую втулку в исходное положение. Пружина становится незатянутой и больше не передает вращение. Все наружные зубчатые втулки снабжены выступами и теми же самыми элементами. На фиг. 15 показан еще один вариант конструкции входного вала, в котором на входном валу 1 установлена зубчатая втулка 21. На одном конце зубчатая втулка имеет зубчатую часть, причем втулка выполнена как одно целое. Зубчатая часть выходит за пределы наружной поверхности зубчатой втулки. Зубчатая втулка снабжена подшипником 212, установленным на ее зубчатом конце, и выемкой 215 на ее заднем конце. На другом конце входного вала 1 установлена скользящая втулка 34. Скользящая втулка имеет выступающую часть 345 на заднем конце, а входной вал имеет выступ 101. В скользящей втулке выполнен паз 344, в который входит у одного его конца выступ 101. На другом конце скользящей втулки расположены два буртика 343, 346, между которыми проходит кольцевая канавка 347. В кольцевой канавке скользящей втулки может быть расположен выступающий конец 331 штифта включения для приведения скользящей втулки в движение. На фиг. 15 показано, что скользящая втулка не сцеплена с зубчатой втулкой.
Как показано на фиг. 16, выступающий конец 331 штифта включения заставляет скользящую втулку скользить в направлении к зубчатой втулке, в результате чего выемке 215 зубчатой втулки сцепляется с выступающей частью 345, а выступ входного вала скользит в направлении к другому концу паза. При этом входной вал, вращаясь, приводит во вращение скользящую втулку 34 и, следовательно, зубчатую втулку 21. При отводе выступающего конца 331 штифта включения назад скользящая втулка тоже отходит назад. При этом вращается только скользящая втулка и передача вращения отсутствуют. Несколько наружных слоев тоже снабжены такими же самыми элементами.
На фиг. 17 показан еще один вариант конструкции входного вала в соответствии с настоящим изобретением, в котором на входном валу 1 установлены зубчатая втулка 21 и пружина 211, причем, когда пружина 211 скручена, ее внутренний диаметр меньше диаметра наружного входного вала, так что она может быть затянута на входном валу. При исчезновении внешнего крутящего момента возвращающий момент сопротивления пружины уменьшает ее внутренний диаметр, обеспечивая плотное сцепление ее с входным валом, один конец пружины снабжен треугольным выступом, а один конец зубчатой втулки 21 выполнен за одно целое с шестерней 216. Внутренний диаметр зубчатой втулки немного больше наружного диаметра пружины 211 скользящей втулки 34. На внутренней поверхности вблизи зубчатого конца образовано углубление 217 для выступающего конца 2112 пружины, предназначенное для сцепления с пружиной и ограничения ее движения с сохранением возможности выполнения ею лишь винтового движения. Кроме того, скользящая втулка 34 имеет по существу, треугольный выступающий конец 348 на одном ее конце и имеет кольцевую канавку 347 для кольцевого элемента 343, содержащего два полукруглых элемента, каждый из которых имеет выступ 3431, снабженный отверстием 3432. Через отверстия 3432 проходит болт 3433 для закрепления кольцевого элемента 343 с возможностью вращения в кольцевой канавке 347 скользящей втулки 34. Выступ 349 выполнен с возможностью вхождения в паз 218 зубчатой втулки 21. Каждый полукруглый элемент имеет выступающий стержень 3433, который перемещают посредством штифта включения. На зубчатом конце зубчатой втулки установлен также подшипник 212.
На фиг. 18 показано, что кольцевой элемент 343 не перемещен посредством штифта включения и треугольный выступающий конец скользящей втулки 34 сцеплен с треугольным выступающим концом пружины и, упираясь в пружину, препятствует плотному затягиванию ее на входом валу 1. В этом положении пружина не передает вращение зубчатой втулке 21, причем выступ скользящей втулки 34 тоже сцеплен с пазом 218, что препятствует вращению скольжения втулки. На фиг. 19 показано, что кольцевой элемент 343 переместился в направлении наружу посредством штифта включения, в результате чего скользящая втулка перемещена в направлении наружу и больше не сцеплена с выступающим концом пружины. При этом выступ скользящей втулки переместился по пазу 218 зубчатой втулки от одного его конца к другому. В этом положении на пружину не действует крутящий момент и она автоматически оказалась плотно затянутой на ведомом валу, в результате чего он заставляет ее вращаться, и поскольку один конец пружины сцеплен с зубчатой втулкой, то зубчатая втулка тоже приводится во вращение, и поскольку паз зубчатой втулки сцеплен с выступом скользящей втулки, то скользящая втулка тоже приводится во вращение. В это время зубчатая втулка отдает мощность наружу. В этом варианте вышеупомянутый зубчатый диск переключения в устройстве управления переключением передач переднего хода действует в обратных направлениях. Шаговый двигатель действует в обратном направлении, заставляя штифт включения выдвигаться из зубчатого диска переключения. При соприкосновении с кольцевым элементом имеет место нейтральное состояние переключения, а когда штифт включения сцеплен с диском переключения, имеет место переключение вперед, т.е. первоначальная пятая передача теперь нейтраль, а первоначальная четвертая передача теперь первая передача, и следовательно, первоначальная нейтраль теперь пятая передача. Первоначальные переключения вперед и обратно теперь переключения обратно и вперед. Ведущий зубчатый комплект может, таким образом, представлять собой комплект с несколькими слоями.
В приведенном описании настоящее изобретение описано на примере, показанном на прилагаемых чертежах, но следует понимать, что оно не ограничивается никакими деталями описания (если не указано иное) и может быть осуществлено широко в пределах существа и объема изобретения, определенных в прилагаемой формуле изобретения.
Реферат
Использование: изобретение относится к коробке передач для транспортных средств. Сущность изобретения: коробка передач с постоянным зацеплением шестерен на всех передачах, в которой использована втулка для ослабления или затяжки пружины в комплекте шестерен для выбора требуемого комплекта шестерен для передачи мощности, причем предусмотрен последовательный ряд передаточных отношений. При переключении передач нет необходимости отпускать педаль акселератора, и она может быть постоянно нажата. Микропроцессор в соответствии с данными, полученными от детектирующих (воспринимающих) устройств, воспринимающих скорость вращения входного вала, надлежащим образом управляет операциями переключения, благодаря чему операции автоматического переключения могут быть выполнены быстро, точно и аккуратно, что позволит получить выходную мощность двигателя с максимальным КПД. 26 з. п. ф-лы, 19 ил.
