CZ38087U1 - Přídavná převodovka - Google Patents

Description

Přídavná převodovka

Oblast techniky

Technické řešení se týká konstrukce a uspořádání přídavné převodovky, která je určená především pro vozidla s centrální nosnou troubou, tedy jedná se o oblast automotive a konstrukce vozidel, především těžkých nákladních vozidel a jejich pohonných systémů.

Dosavadní stav techniky

Přídavné převodovky jsou standardní součástí pohonných systémů, které slouží pro úpravu rozdělení točivého momentu přiváděného z hlavní převodovky do různých směrů, např. k několika poháněným nápravám a jiným poháněným agregátům. Přídavná převodovka přitom mění otáčky a kroutící moment přicházející od převodovky.

Z technické praxe je známa přídavná převodovka pro vozidla s centrální nosnou troubou, vyvinutá a používaná pro vozidla Tatra. Tato přídavná převodovka má po celé své šířce stejný, unifikovaný rozměr skříně pro zástavbu do podvozků s centrální nosnou troubou. Přídavný převod se skládá ze tří hlavních hřídelů, tedy hnacího hřídele, předlohového hřídele a hnaného hřídele. Na každém z těchto hřídelů je ozubené kolo. Na hnacím hřídeli je přes drážkování umístěno hnací kolo. Na předlohovém hřídeli je umístěno vložené kolo A a vložené kolo B. Vložená kola jsou s předlohovým hřídelem spojena přes drážkování. Na hnaném hřídeli je na drážkování osazeno hnané kolo. Hnací hřídel je ve skříni přídavné převodovky uložen na dvou shodných kuželových ložiskách, stejně jako je i předlohový hřídel ve skříni přídavné převodovky uložen na dvou shodných kuželových ložiskách. Naopak hnaný hřídel je ve skříni přídavné převodovky uložen na dvou odlišných kuželových ložiskách. Na hnacím hřídeli se dále v přední části nachází příruba pro připojení kardanu a v zadní části za ložiskem, olejové čerpadlo pro rozvod oleje skrz celý přídavný převod.

Z dokumentu CN102673394 „Mining anti-explosion trackless rubber tire vehicle chassis“ je známo uspořádání terénního podvozku s protivýbuchovou úpravou. V dokumentu ale nejsou specifikovány vlastnosti přídavného převodu, jako je počet ozubených kol, počet hřídelů, tvar skříně či uložení hřídelů. Nevýhodou tohoto dokumentu je, že uspořádání této přídavné převodovky neumožňuje integrovat diferenciál/dělič momentu.

O převodech u vozidel s centrální nosnou troubou pojednává dokument US2020269686 „Modular drive train and a vehicle comprising such a drive train“. Tento patent se zabývá zástavbou hnacího traktu v modulárním vozidle, ale pojednává pouze o převodovce, nikoli o přídavné převodovce. Mimo zmínky o integraci diferenciálu do skříně převodovky chybí všechny podstatné informace, jako jsou počet ozubených kol, počet hřídelů, tvaru skříně či uložení hřídelů. Z výkresové dokumentace lze ale vyčíst, že předkládané řešení snižuje počet kol v přídavné převodovce na tři.

Dokument CZ131859 „Uspořádání převodového ústrojí pro užitková vozidla se čtyřmi poháněnými nápravami a s nezávislým zavěšením všech kol“, popisuje pouze uspořádání převodového ústrojí pro vozidlo se čtyřmi poháněnými nápravami. V tomto patentu je podvozek rozdělen na dva celky, přední hnací agregát a zadní hnací agregát.

Hlavním úkolem hledaného technického řešení je redukovat hmotnost a potřebu převodů přídavné převodovky tak, aby se zjednodušila konstrukce přídavné převodovky, zmenšil počet potřebných konstrukčních prvků, ale současně aby nová konstrukce umožňovala integraci diferenciálu či děliče momentu a brzdu nebo přírubu pro pohon dalších poháněných technologií. Vytvořená přídavná převodovka by měla být variabilní z pohledu převodování, při změně osové vzdálenosti hřídelí a změně kol, a měla by umožňovat maximálně libovolně nastavovat převodový poměr. Hledaná

- 1 CZ 38087 U1 přídavná převodovka by měla být použitelná pro různé uspořádání hnacího traktu vozidel, a to jak v konfiguraci uspořádání náprav 4x4, 6x6, 8x8 s připojitelným předním náhonem, tak v konfiguraci uspořádání náprav 4x4, 6x6, 8x8 s trvalým pohonem všech kol. Hledaná přídavná převodovka by měla být rychlejší, jednoduší na montáž a levnější.

Podstata technického řešení

Přídavná převodovka je součástí hnacího traktu vozidla. Hnací moment vstupující do přídavné převodovky je vytvářen hnacím agregátem, tedy motorem. Hnacím agregátem může být spalovací motor, elektromotor nebo jejich kombinace. Od motoru je hnací moment buď veden do převodovky a následně přes kloubový hřídel do přídavné převodovky, nebo jde hnací moment přes kloubový hřídel přímo do přídavné převodovky. Toto uspořádání je obvyklé např. při použití elektromotoru jako hnacího agregátu. Skříň přídavné převodovky je pak uspořádána v konstrukci centrální nosné trouby mezi přední částí a zadní částí centrální nosné trouby.

Přídavná převodovka je tvořena skříní, která je opatřena otvory s ložisky. V těchto protilehle uspořádaných valivých ložiskách jsou pak otočně osazeny hřídele. Na hřídeli je pak osazeno, pevně nebo otočně, ozubené kolo, přičemž zapadající zuby jednotlivých ozubených kol vzájemně zabírají a přenáší hnací moment a upravují velikost otáček nebo velikost tohoto hnacího momentu. Vstup hnacího momentu do přídavné převodovky je uskutečňován přes hnací hřídel. Ten je ve skříni uložen na dvojici valivých ložisek. Hnací hřídel je opatřen drážkováním, na němž je uloženo hnací ozubené kolo. Hnací moment z hnacího ozubeného kola je přenášen na vložené ozubené kolo, přičemž ozubení hnacího ozubeného kola a vloženého ozubeného kola jsou spolu v přímém záběru. Vložené ozubené kolo je osazeno buď otočně na valivých ložiskách na předlohovém čepu, který je ve skříni osazen pevně nebo pevně na drážkách na předlohovém hřídeli, který je ve skříni uložen otočně na dvojici valivých ložisek. Výstup hnacího momentu z přídavné převodovky zajišťuje hnaný hřídel, který je ve skříni uložen otočně na dvojici valivých ložisek. Hnaný hřídel je opatřen drážkováním, na kterém je pevně osazeno hnané ozubené kolo. Zuby hnaného ozubeného kola jsou v přímém záběru se zuby vloženého ozubeného kola.

Ve výhodném provedení je hnací hřídel na jedné své straně osazen přírubou, která je spojovacím prvkem hnacího hřídele s kloubovým hřídelem. Na druhé straně je hnací hřídel osazen olejovým čerpadlem, které zabezpečuje mazání přídavné převodovky mazacím médiem, tedy převodovým olejem. Olejové čerpadlo je uspořádané z vnější strany skříně, a to na konci hnacího hřídele, za umístěním valivého ložiska ve stěně skříně.

V jiném výhodném provedení zahrnuje přídavná převodovka brzdu, která je uspořádána také na hnacím hřídeli. Brzda je na hnacím hřídeli uspořádána z vnější strany skříně, a to až za olejovým čerpadlem.

V dalším výhodném provedení přídavná převodovka dále zahrnuje první spojku s přírubou pro připojení dalších externích hnaných technologií, kterými jsou např. čerpadlo nebo naviják. První spojka s přírubou jsou uspořádány na hnacím hřídeli a pozičně nahrazují umístění brzdy z předchozího výhodného provedení. Za olejovým čerpadlem následuje vždy nejdříve první spojka, a pak teprve na ni navazuje příruba. Přídavná převodovka v tomto výhodném provedení dále zahrnuje řazení neutrálu. Řazení neutrálu je tvořené druhou spojkou, uspořádanou na hnaném hřídeli. V tomto výhodném provedení je hnané ozubené kolo na hnaném hřídeli uspořádáno otočně.

V následujícím výhodném provedení je hnané ozubené kolo na hnaném hřídeli uloženo otočně. V tomto výhodném provedení zahrnuje přídavná převodovka také uzamykatelný diferenciál nebo dělič momentu, které jsou uspořádány ve vnitřní skříni, která je otočně uložena ve skříni přídavné převodovky. Vnitřní skříň je pevně spojena s hnaným ozubeným kolem. Výstup z diferenciálu nebo děliče je opatřen dvěma výstupními hřídeli.

- 2 CZ 38087 U1

V ještě dalším výhodném provedení zahrnuje přídavná převodovka současně brzdu, uspořádanou na hnacím hřídeli, a uzamykatelný diferenciál nebo dělič momentu na místě hnaného hřídele.

Hlavní výhodou nově konstruované přídavné převodovky je, že nový převod snižuje hmotnost celého agregátu o téměř 100 kg, což z celkové hmotnosti původního agregátu tvoří téměř 25 %. S touto hmotnostní úsporou souvisí i výrazná úspora materiálu. Zúžením přídavného převodu v horní a střední části dochází k prodloužení kardanu. Díky tomu je zmenšena kardanova chyba a jsou sníženy vibrace, které z této kardanovy chyby vznikají. Širší spodní část navíc umožňuje případnou integraci diferenciálu či děliče momentu. V horní části lze novou přídavnou převodovku osadit brzdou nebo přírubou pro pohon dalších poháněných technologií. Další výhodou tohoto technického řešení je i to, že došlo k úspoře jednoho ozubeného kola, z původního počtu čtyř, takže nové provedení ke své činnosti potřebuje pouze tři ozubená kola. Stejně jako původní přídavný převod, i tento nový je zastavěn do nosné struktury vozidla, ve spodní části a je připojen vpředu i vzadu na nosné trouby. Vzhledem k tomu je skříň přídavné převodovky dostatečně dimenzována, aby byla schopna přenášet jak ohybové namáhání, tak namáhání v krutu. Nová přídavná převodovka je zároveň velice variabilní z pohledu převodování, při změně osové vzdálenosti hřídelů a změně kol je možné libovolně nastavovat převodový poměr v rozsahu i = 0,5 až 2,5. Dle konfigurace přídavného převodu je možné jej použít do různých uspořádání hnacího traktu vozidel jak v konfiguraci uspořádání náprav 4x4, 6x6, 8x8 s připojitelným předním náhonem, nebo 4x4, 6x6, 8x8 s trvalým pohonem všech kol. Všechny výše uvedené výhody znamenají i to, že nová přídavná převodovka je rychlejší a jednodušší na montáž, je levnější a generuje menší vibrace.

Objasnění výkresů

Technické řešení bude blíže objasněno pomocí výkresů, které znázorňují:

Obr. 1 zjednodušený pohled na hnací trakt vozidla tvořený hnacím agregátem s přírubou na výstupu z hlavní převodovky, spojený kloubovým hřídelem s přírubou hnacího hřídele přídavné převodovky, která je uspořádaná mezi přední a zadní částí centrální nosné trouby,

Obr. 2 zjednodušený pohled na hnací trakt vozidla tvořeného hnacím agregátem v provedení elektromotor s přírubou, který je kloubovým hřídelem napojen na přírubu hnacího hřídele přídavné převodovky. Přídavná převodovka je uspořádaná mezi přední a zadní částí centrální nosné trouby,

Obr. 3 vyobrazení přídavné převodovky v původním provedení se čtyřmi ozubenými koly, jedním hnacím, dvěma vloženými a jedním hnaným, přičemž hnací ozubené kolo je v záběru s vloženým ozubeným kolem, které je jiné než to, se kterým je v záběru hnané ozubené kolo. Na obrázku je vidět umístění přídavné převodovky v sestavě centrální nosné trouby. Hnací hřídel je opatřen přírubou a olejovým čerpadlem,

Obr. 4 vyobrazení přídavné převodovky v novém provedení se třemi ozubenými koly, jedním hnacím, jedním vloženým a jedním hnaným. Hnací ozubené kolo je v záběru s vloženým ozubeným kolem, které je v současném záběru s hnaným ozubeným kolem. Na obrázku je vidět umístění přídavné převodovky v sestavě centrální nosné trouby. Hnací hřídel je opatřen přírubou a olejovým čerpadlem. Místo předlohového hřídele je zde předlohový čep pevně uložený ve skříni a vložené ozubené kolo je na tomto předlohovém čepu uspořádáno otočně,

Obr. 5 provedení přídavné převodovky podle obr. 4, kdy za olejovým čerpadlem je uspořádána brzda,

- 3 CZ 38087 U1

Obr. 6 vyobrazení přídavné převodovky v novém provedení. V tomto provedení je přídavná převodovka místo hnaného hřídele opatřena uzamykatelným diferenciálem nebo děličem momentu, uspořádanými ve vnitřní skříni, pevně spojenými s hnaným ozubeným kolem. Výstupem z uzamykatelného diferenciálu nebo děliče momentu jsou dva výstupní hřídele,

Obr. 7 vyobrazení přídavné převodovky v novém provedení podle obr. 5 a 6, kde je přídavná převodovka opatřena jak brzdou, tak uzamykatelným diferenciálem nebo děličem momentu,

Obr. 8 vyobrazení přídavné převodovky v novém provedení, kde je na hnacím hřídeli, za olejovým čerpadlem, uspořádána první spojka s přírubou pro připojení dalších technologií. V tomto provedení je přídavná převodovka vybavena řazením neutrálu. To je provedeno druhou spojkou, přes kterou je hnané ozubené kolo uloženo otočně na hnaném hřídeli.

Příklady uskutečnění technického řešení

Přídavná převodovka 1 je podle vyobrazení, vyobrazeném na obr. 1 a 2, vloženou součástí hnacího traktu vozidla, které je opatřeno centrální nosnou troubu, která je navíc rozdělena, pro umístění přídavné převodovky 1 na přední část 20 a zadní část 21. Pohon, tedy hnací moment, je vytvářen hnacím agregátem 18, jinak známěji motorem. Od hnacího agregátu 18 je hnací moment veden do převodovky 19 nebo, jako např. v případě elektropohonu přímo do přídavné převodovky 1. Hnacím agregátem 18 může být spalovací motor, elektromotor nebo jejich kombinace. Přenos hnacího momentu mezi hnacím agregátem 18, převodovkou 19 a přídavnou převodovkou 1 je uskutečňován pomocí kloubových hřídelů 22, přičemž hnací agregát 18 a/nebo převodovka 19 a/nebo přídavná převodovka 1 mohou být na svých vstupech a/nebo výstupech opatřeny pro upevnění kloubového hřídele 22 přírubou 11. Skříň 2 přídavné převodovky 1 je uspořádána v konstrukci centrální nosné trouby mezi přední částí 20 a zadní částí 21 centrální nosné trouby.

Na obr. 3 je pro dokreslení rozdílu mezi původním uspořádáním přídavné převodovky 1 a její novou verzí vyobrazeno právě původní uspořádání přídavné převodovky 1 se čtyřmi ozubenými koly 6, 8, 10. Tato přídavná převodovka 1 tedy má jedno hnací ozubené kolo 6, dvě vložená ozubená kola 10 a jedno hnané ozubené kolo 8. Hnané ozubené kolo 8 je v záběru s vloženým ozubeným kolem 10, které je jiné než to, se kterým je v záběru hnací ozubené kolo 6. Na obrázku je v náznaku vidět umístění přídavné převodovky 1 v sestavě centrální nosné trouby. Hnací hřídel 4 je na svém vstupu do přídavné převodovky 1 opatřen přírubou 11 a na svém výstupu z přídavné převodovky 1 olejovým čerpadlem 12, které zabezpečuje mazání celé přídavné převodovky 1. Všechny hřídele 3, 4, 5 jsou ve skříni 2 přídavné převodovky 1 uloženy otočně tak, že každý jednotlivý konec hřídelů 3, 4, 5 je uložen ve valivém ložisku 7 nalisovaném do otvoru ve skříni 2. Osazení ozubených kol 6, 8, 10 na hřídelích 3, 4, 5 je pevné, uskutečněné pomocí drážkování vytvořeném v místě spojení hřídele 3, 4, 5 s ozubeným kolem 6, 8, 10. Valivé ložisko 7 svým typem a velikostí odpovídá potřebám směru a velikosti přenášených sil.

Příklad 1:

Jedná se o nezobrazený příklad uskutečnění konstrukce nového typu přídavné převodovky 1 dle této přihlášky. Zatímco původní provedení potřebovalo k přenosu hnacího momentu čtyři ozubená kola 6, 8, 10 a skříň 2 přídavné převodovky 1 byla po celé své délce stejně široká, v tomto konkrétním příkladu uskutečnění technického řešení postačí k přenosu hnacího momentu jen tři ozubená kola 6, 8, 10 a skříň 2 je ve své horní části mnohem užší než ve své spodní části, kde je osazen hnaný hřídel 5. Přídavná převodovka 1 tak má jeden hnací hřídel 4 osazený jedním hnacím ozubeným kolem 6, jeden předlohový hřídel 3 osazený jedním vloženým ozubeným kolem 10 a jeden hnaný hřídel 5 s jedním hnaným ozubeným kolem 8. V tomto konkrétním příkladu je hnací

- 4 CZ 38087 U1 ozubené kolo 6 v přímém záběru s vloženým ozubeným kolem 10, které je současně v přímém záběru s hnaným ozubeným kolem 8. Ozubená kola 6, 8, 10 jsou v tomto příkladu opatřena šikmým ozubením a valivá ložiska 7 j sou proto kuželíková. Každý hřídel 3, 4, 5 je uložen ve dvojici stejně velkých valivých ložisek 7 stejného typu a provedení. I tato přídavná převodovka 1 je ve své spodní části uspořádána mezi přední částí 20 a zadní částí 21 centrální nosné trouby. Hnací hřídel 4 je na svém vstupu do přídavné převodovky 1 opatřen přírubou 11 a na svém výstupu z přídavné převodovky 1 olejovým čerpadlem 12.

Příklad 2:

Jedná se o konkrétní zobrazený příklad uskutečnění technického řešení, který je vyobrazen na obr. 4. Tento zobrazený příklad se svým uspořádáním a prvky velmi podobá konstrukci přídavné převodovky 1 podle příkladu 1. Jediným, ale velmi podstatným rozdílem je, že v tomto konkrétním příkladu uskutečnění je předlohový hřídel 3 nahrazen předlohovým čepem 9. Předlohový čep 9 je narozdíl od předlohového hřídele 3 pevně uložený ve skříni 2 a vložené ozubené kolo 10 je tak na tomto předlohovém čepu 9 uspořádáno otočně pomocí dvojice valivých ložisek 7.

Příklad 3:

Tento konkrétní zobrazený příklad uskutečnění technického řešení, vyobrazený na obr. 5, vychází konstrukčně z předchozího příkladu č. 2, s tím rozdílem, že hnací hřídel 4 je svém výstupu z vnější strany skříně 2 za místem svého průchodu valivým ložiskem 7 opatřen krom olejového čerpadla 12 i na něj navazující brzdou 13. Úkolem brzdy 13 je brzdit celý hnací trakt. Může být použita jako parkovací či odlehčovací, dle zvoleného typu brzdy 13.

Příklad 4:

Tento konkrétní zobrazený příklad uskutečnění technického řešení, vyobrazený na obr. 6, konstrukčně vychází z příkladu 1. Rozdíl od nezobrazeného příkladu 1 je v tom, že hnaný hřídel 5 v tomto příkladu není a místo něj je přídavná převodovka 1 opatřena uzamykatelným diferenciálem uspořádaným ve vnitřní skříni 16. Vnitřní skříň 16 je pevně spojena s hnaným ozubeným kolem 8. Výstupem z uzamykatelného diferenciálu jsou dva výstupní hřídele 17.

Podle jiného nezobrazeného příkladu uskutečnění technického řešení, vycházejícího z řešení podle příkladu 4, je uzamykatelný diferenciál nahrazen děličem momentu, který je opět uspořádán ve vnitřní skříni 16. Vnitřní skříň 16 je pevně spojena s hnaným ozubeným kolem 8.

Příklad 5:

Tento konkrétní zobrazený příklad uskutečnění technického řešení, vyobrazený na obr. 7, konstrukčně vychází z příkladu 4 s tím rozdílem, že hnací hřídel 4 je svém výstupu z vnější strany skříně 2 za místem svého průchodu valivým ložiskem 7 opatřen krom olejového čerpadla 12 i na něj navazující brzdou 13.

Příklad 6:

Tento konkrétní zobrazený příklad uskutečnění technického řešení, vyobrazený na obr. 8, konstrukčně vychází z příkladu 5 s dvěma rozdíly. Na hnacím hřídeli 4 je za olejovým čerpadlem 12 uspořádána první spojka 14 s přírubou 11 pro připojení dalších technologií. V tomto konkrétním příkladu uskutečnění technického řešení je rozdílem oproti příkladu 5, i to, že přídavná převodovka 1 je vybavena řazením neutrálu. Toho je docíleno tím, že na hnaném hřídeli 5 je instalována druhá spojka 15, přes kterou je hnané ozubené kolo 8 uloženo otočně na hnaném hřídeli 5.

- 5 CZ 38087 U1

Průmyslová využitelnost

Technické řešení najde uplatnění především v pohonném systému nákladních vozidel Tatra, tedy při konstrukci těžkých nákladních automobilů.

Claims (7)

1. Přídavná převodovka (1) zahrnující skříň (2) opatřenou otvory osazenými ložisky, přičemž mezi dvojicí protilehle uspořádaných ložisek je uložen hřídel, který je osazen alespoň jedním ozubeným kolem, přičemž hřídelem pro vstup hnacího momentu je hnací hřídel (4) a hřídelem pro výstup hnacího momentu je hnaný hřídel (5), vyznačující se tím, že hnací hřídel (4) je ve skříni (2) uložen ve dvojici valivých ložisek (7) a je opatřen drážkováním, na němž je uloženo hnací ozubené kolo (6), přičemž hnaný hřídel (5) je ve skříni (2) uložen ve dvojici valivých ložisek (7) a je opatřen drážkováním, na němž je uloženo hnané ozubené kolo (8), přičemž mezi hnacím hřídelem (4) a hnaným hřídelem (5) je uspořádán předlohový čep (9), který je ve skříni (2) uložen pevně, přičemž na předlohovém čepu (9) je otočně na valivých ložiskách (7) uspořádáno vložené ozubené kolo (10).

2. Přídavná převodovka (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že předlohový čep (9) je nahrazen předlohovým hřídelem (3), otočně uspořádaným ve skříni (2) ve dvojici valivých ložisek (7).

3. Přídavná převodovka (1) podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že hnací hřídel (4) je na jedné své straně osazen přírubou (11) a na druhé straně je hnací hřídel (4) osazen olejovým čerpadlem (12), uspořádaným z vnější části skříně (2) za umístěním valivého ložiska (7), v němž je hnací hřídel (4) uložen.

4. Přídavná převodovka (1) podle nároku 3, vyznačující se tím, že dále zahrnuje brzdu (13), uspořádanou na hnacím hřídeli (4) za místem uspořádání olejového čerpadla (12).

5. Přídavná převodovka (1) podle nároku 3, vyznačující se tím, že dále zahrnuje první spojku (14) s přírubou (11), které jsou uspořádány na hnacím hřídeli (4) za místem uspořádání olejového čerpadla (12), a řazení neutrálu tvořené druhou spojkou (15), uspořádanou na hnaném hřídeli (5), přičemž hnané ozubené kolo (8) je na hnaném hřídeli uspořádáno otočně.

6. Přídavná převodovka (1) podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že přídavná převodovka (1) dále zahrnuje uzamykatelný diferenciál nebo dělič momentu, uspořádaný ve vnitřní skříni (16) otočně uložené ve skříni (2) přídavné převodovky (1) a pevně spojené s hnaným ozubeným kolem (8), přičemž výstup z diferenciálu nebo děliče je opatřen dvěma výstupními hřídeli (17).

7. Přídavná převodovka (1) podle nároků 4 a 6, vyznačující se tím, že zahrnuje současně brzdu (13) i uzamykatelný diferenciál nebo dělič momentu.