Обзор автоматических коробок передач, выбор и установка АКПП на автомобиль ВАЗ 2112

(54) АВТОМАТИЧЕСКАЯ СТУПЕНЧАТАЯ ПЛАНЕТАРНАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ

(57) Реферат:

Изобретение относится к  автотранспортному машиностроению и касается конструкции автоматических ступенчатых планетарных коробок  передач (АКП), которые могут быть использованы в автоматических трансмиссиях транспортных средств. Автоматическая ступенчатая коробка передач  имеет планетарную систему, представляющую собой многопоточный дифференциальный механизм, водило (5) которого с тремя  парами сцепленных двухвенцовых сателлитов является общим для первого, второго  и третьего планетарных рядов. Водило (5), коронное колесо (6) первого планетарного ряда, коронное колесо (7) второго планетарного ряда и солнечная центральная  шестерня (4) третьего планетарного ряда связаны соответственно фрикционными тормозами (12, 11, 13, 14) с картером (10) коробки  передач. Коронное колесо (8) является выходным звеном коробки передач. Использование  в кинематической схеме многопоточного дифференциального механизма дополнительных планетарных рядов позволяет  реализовать различные варианты конструкций, обеспечивающих увеличение диапазона изменения передаточных отношений, улучшить тягово-динамическую и топливно-экономическую характеристики за счет увеличения числа передач до 8-12 в пределах диапазона, увеличить КПД коробки передач, расширить типы транспортных средств, на которые можно установить данную коробку передач. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к  области автотранспортного машиностроения и касается конструкции автоматических ступенчатых планетарных коробок  передач (АКП), которые могут быть использованы в автоматических трансмиссиях транспортных средств.

Использование коробок передач  планетарного типа в автоматических трансмиссиях транспортных средств  обусловлено возможностью получения  малогабаритной, компактной по компоновке конструкции, легко вписывающейся  в ограниченное габаритами кузова пространство, обеспечивающее экономичность, динамичность, комфорт, безопасность движения.

В настоящее время планетарные  коробки передач, используемые для  легковых и грузовых автомобилей, а  также гусеничной техники военного и гражданского назначения и состоящие  из трех, четырех планетарных рядов  обеспечивают шесть или семь передач  переднего хода. Для увеличения количества передач, например для получения  восьми или более 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. К тому же при переключении передач  происходит разрыв потока мощности, так  как включается сразу несколько  элементов управления.

В качестве прототипа служит шестискоростная АКП немецкой фирмы ZF 6HP26, которая исполнена на основе планетарной системы Равиньо  и включает в себя:

- одно водило с тремя  парами сцепленных сателлитов, где  каждая пара сателлитов состоит  из одного большого и одного  малого сателлита;

- две независимые солнечные  центральные шестерни, находящиеся  в зацеплении с парами сателлитов  водила;

- одно коронное колесо, являющееся выходным звеном.

Используя в качестве входных  звеньев поочередно обе центральные  солнечные шестерни, планетарная  система обеспечивает следующие  передачи:

- нейтральную;

- понижающие (первую и  вторую передачи);

- прямую;

- заднюю передачу.

При использовании кинематической схемы планетарной системы Равиньо  с дополнительным планетарным рядом, в которой фрикционные блокирующие  муфты соединяют солнечные центральные  шестерни с ведущим звеном не напрямую, а через дополнительный планетарный  редуктор, число передач увеличивается  до шести при одновременном включении  двух управляющих элементов [1].

Предлагаемое изобретение  направлено на решение технической  задачи по улучшению технических  характеристик трансмиссий транспортных средств за счет достижения технического результата, который заключается:

- в увеличении диапазона  изменения передаточных отношений;

- в улучшении тягово-динамической  и топливно-экономической характеристик  за счет увеличения числа передач  до 8-ми-12-ти в пределах диапазона;

- в уменьшении энерговооруженности  коробки передач;

- в увеличении КПД коробки  передач;

- в расширения типов  транспортных средств, которые  можно установить данную коробку  передач.

Указанный технический результат  достигается тем, что автоматическая ступенчатая планетарная коробка  передач имеет планетарную систему, представляющую многопоточный дифференциальный механизм, в котором водило многопоточного дифференциального механизма с  тремя парами сцепленных двухвенцовых сателлитов является общим для первого, второго и третьего планетарных  рядов, образуемых двумя независимыми солнечными центральными шестернями, сцепленными сателлитами и тремя  коронными зубчатыми колесами, водило связано фрикционным тормозом с  картером коробки передач, коронное колесо первого планетарного ряда связано  фрикционным тормозом с картером коробки передач, коронное колесо второго  планетарного ряда связано фрикционным  тормозом с картером коробки передач, солнечная центральная шестерня третьего планетарного ряда связана  фрикционным тормозом с картером коробки передач, коронное колесо третьего планетарного ряда является выходным звеном коробки передач.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны  между собой образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата. Использование  в кинематической схеме АКП многопоточного дифференциального механизма позволяет  реализовать различные варианты конструкций.

В варианте конструкции, когда  входным звеном является соединенная  с входным звеном солнечная центральная  шестерня первого планетарного ряда многопоточного дифференциального  механизма, при последовательном включении  только одного управляющего элемента получаем три передачи прямого хода: нейтральную; понижающую (1-3 передачи); заднюю передачи.

В варианте конструкции, когда  входным звеном является соединенная  с входным звеном солнечная центральная  шестерня первого планетарного ряда многопоточного дифференциального  механизма и имеется фрикционная  блокирующая муфта, связывающая  солнечную центральную шестерню первого планетарного ряда с водилом, при последовательном включении  только одного управляющего элемента получаем четыре передачи прямого хода: нейтральную; понижающую (1-3 передачи); прямую; заднюю передачи.

В варианте конструкции, предусматривающем  возможность последовательного  соединения входного звена коробки  передач с солнечной центральной  шестерней первого планетарного ряда и водилом с помощью фрикционных  блокирующих муфт и одновременным  включением одного из управляющих элементов  получаем восемь передач прямого  хода: нейтральную; понижающие (1-5 передачи); прямую; повышающие (7-8 передачи); заднюю передачи.

В варианте конструкции, реализующем  использование дополнительного  повышающего с положительным  внутренним передаточным отношением планетарного ряда (делителя) совместно с многопоточным  дифференциальным механизмом, при включении  и выключении поочередно фрикционного тормоза делителя, а затем одного из управляющих элементов многопоточного дифференциального механизма, получаем восемь передач прямого хода: нейтральную; понижающие (1-6 передачи); прямую; повышающую (8 передача); заднюю передачи (1-2 передачи).

В варианте конструкции, реализующем  использование дополнительного  понижающего планетарного ряда с  отрицательным внутренним передаточным отношением большим единицы совместно  с многопоточным дифференциальным механизмом, последовательное соединение входного звена коробки передач  с солнечной центральной шестерней  первого планетарного ряда, водилом  многопоточного дифференциального  механизма с помощью фрикционных  блокирующих муфт и водила дополнительного  планетарного ряда фрикционной блокирующей  муфтой с солнечной центральной  шестерней первого планетарного ряда многопоточного дифференциального  механизма, при одновременном включении  одного из управляющих элементов  многопоточного дифференциального  механизма получаем двенадцать передач  прямого хода: нейтральную; понижающие (1-9 передачи); прямую; повышающие (11-12 передачи); заднюю передачи (1-2 передачи).

Заявляемое изобретение  предназначено для использования  автоматических ступенчатых планетарных  коробок передач в трансмиссиях передне- и заднеприводных автомобилей  различного назначения.

Вариант конструкций автоматических ступенчатых планетарных коробок  передач, предназначенных для заднеприводных автомобилей, предусматривает использование  дополнительного дифференциального  механизма с внутренним передаточным отношением, равным единице. Солнечная  центральная шестерня третьего планетарного ряда многопоточного дифференциального  механизма находится внутри него, что затрудняет возможность торможения данного звена. Это особенно важно  при использовании предлагаемых вариантов конструкций в трансмиссиях заднеприводных автомобилей. Предлагаемое изобретение обеспечивает соединение фрикционным тормозом солнечной  центральной шестерни третьего планетарного ряда с картером АКП.

Сущность предлагаемого  технического решения поясняется чертежами, где изображены:

на фиг.1 - кинематическая схема автоматической трехступенчатой  планетарной коробки передач  с одной передачей заднего  хода для переднеприводного автомобиля с многопоточным дифференциальным механизмом;

на фиг.2 - кинематическая схема автоматической четырехступенчатой планетарной коробки передач  для переднеприводного автомобиля с одной передачей заднего  хода;

на фиг.3 - кинематическая схема автоматической восьмиступенчатой  планетарной коробки передач  для переднеприводного автомобиля с одной передачей заднего  хода;

на фиг.4 - кинематическая схема автоматической восьмиступенчатой  планетарной коробки передач  для переднеприводного автомобиля с двумя передачами заднего хода;

на фиг.5 - кинематическая схема автоматической двенадцатиступенчатой  планетарной коробки передач  для переднеприводного автомобиля с двумя передачами заднего хода;

на фиг.6 - кинематическая схема дополнительного планетарного ряда, встраиваемого во все варианты конструкций, при использовании  автоматических ступенчатых планетарных  коробок передач для заднеприводных автомобилей.

Автоматическая ступенчатая  планетарная коробка передач (фиг.1), реализующая три передачи прямого  хода и одну передачу заднего хода, содержит картер 10, входное звено 9, выходное звено 8, четыре фрикционных  тормоза 11, 12, 13, 14 и многопоточный  дифференциальный механизм, в состав которого входит общее водило 5 с  тремя планетарными рядами.

Первый планетарный ряд  состоит из солнечной центральной  шестерни 1, водила 5 сателлитов 2 и коронного  колеса 6. Второй планетарный ряд  состоит из водила 5, сцепленных сателлитов 2', 3 и коронного колеса 7. Третий планетарный  ряд состоит из солнечной центральной  шестерни 4, водила 5 сателлитов 3' и коронного  колеса 8.

В то же время первый планетарный  ряд, сцепленные сателлиты 2-2', 3-3' и коронное колесо 8 представляют собой дифференциальный механизм с отрицательным значением  передаточного отношения между  коронными колесами 6 и 8.

Солнечная центральная шестерня 1, второй планетарный ряд, сателлиты 3', коронное колесо 8 представляют собой  дифференциальный механизм с положительным  значением передаточного отношения  между коронными колесами 7 и 8.

Солнечная центральная шестерня 1, водило 5, сцепленные сателлиты 2-2', 3-3', солнечная центральная шестерня 4 и коронное колесо 8 представляют собой  дифференциальный механизм с отрицательными значениями передаточных отношений  между солнечными центральными шестернями 1, 4 и между солнечной центральной  шестерней 4 и коронным колесом 8, с  положительным значением передаточного  отношения между солнечной шестерней 1 и коронным колесом 8.

Таким образом, многопоточный  дифференциальный механизм представляет собой совокупность четырех дифференциальных механизмов с входным звеном, которым  является солнечное колесо 1, выходным - коронная шестерня 8 - и общим для  всех четырех дифференциальных механизмов водилом 5.

Число степеней свободы данного  механизма равно двум, для его  кинематической определенности необходимо задавать две связи или два  закона движения каких-либо звеньев. При  постоянном числе оборотов звена 1, равном n₁, необходимо задать какую-либо частоту вращения еще одному из звеньев механизма, например затормозить одно из звеньев.

При торможении коронного  колеса одного из планетарных рядов  многопоточного дифференциального  механизма сателлиты этого ряда начинают обкатываться по заторможенному коронному колесу, передавая крутящий момент через оси на водило 5, которое  при этом будет совершать переносное движение. Далее переносное движение водила 5 передается на звено 8, соединенное  с выходным валом. При этом тормоз коронного колеса воспринимает реактивный момент.

Передаточное отношение  между входным 1 и выходным 8 звеньями определяется выражением (I):

где - передаточное число между входным валом и водилом при заторможенном звене р;

- передаточное число между водилом  и выходным валом при заторможенном  звене р.

При торможении водила 5 механизм превращается в обычный рядный редуктор, передаточное отношение между входным 1 и выходным 8 звеньями определяется выражением (2):

Автоматическая ступенчатая  планетарная коробка передач (фиг.2), реализующая четыре передачи прямого  хода и одну передачу заднего хода, содержит картер 10, входное звено 9, выходное звено 8, одну фрикционную  блокирующую муфту 15, четыре фрикционных  тормоза 11, 12, 13, 14 и многопоточный  дифференциальный механизм, в состав которого входит общее водило 5 с  тремя планетарными рядами.