EA007509B1

EA007509B1 - Трансмиссионная система

Info

Publication number: EA007509B1
Application number: EA200501757A
Authority: EA
Inventors: Уильям Уэзли Мартин
Original assignee: Зироушифт Лимитед
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2004-05-07
Publication date: 2006-10-27
Also published as: EP1620665B1; GB0310482D0; WO2004099654A1; ES2303304T3; DE602004028352D1; JP4732335B2; EP1620665A1; EA200501757A1; CN1806137A; DE602004012619T2; PL1748231T3; BRPI0409999B1; KR101205988B1; ATE475825T1; CN101280825A; KR20060023118A; US7770480B2; BRPI0409999A; DE602004012619D1; US20060207362A1

Abstract

Трансмиссионная система, включающая первый и второй вращаемые валы, и средство для передачи приводного усилия с одного из валов на другой вал, включающее первое и второе зубчатые колеса, установленные каждое с возможностью вращения на первом валу и имеющие приводные элементы, сформированные на них, узел переключателя для выборочной передачи крутящего момента между первым валом и первым зубчатым колесом и между первым валом и вторым зубчатым колесом, при этом узел переключателя включает узел исполнительного механизма и первый и второй комплекты элементов зацепления, которые выполнены с возможностью перемещения в зацепление и из зацепления с первым и вторым зубчатыми колесами независимо друг от друга, при этом указанный узел переключателя расположен так, что когда передается усилие привода, то один первый или второй комплекты элементов зацепления входит в зацепление с передачей приводного усилия с зацепляемым зубчатым колесом, а второй комплект элементов зацепления находится в ненагруженном состоянии, при этом исполнительный механизм расположен с возможностью перемещения ненагруженного комплекта элементов зацепления в передающее приводное усилие зацепление с незацепленным зубчатым колесом для осуществления переключения передач.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к трансмиссионным системам и избирательным механизмам, используемым для выбора передаточного отношения, и в частности к трансмиссионным системам кулачкового типа.

Уровень техники

Известная трансмиссионная система кулачкового типа описана в АО 01/29440. Трансмиссионная система, раскрытая в этом документе, подходит, в частности, для использования в гоночных автомобилях. При смене передач с использованием обычных механических коробок передач имеется прерывание крутящего момента, когда выключается первая передача и выбирается вторая передача. В гоночных автомобилях необходимо сокращать время прерывания крутящего момента до минимума, максимизируя тем самым время привода автомобиля двигателем. Прерывания крутящего момента, длящиеся десятые доли секунды, между сменами передач, могут оказывать значительное влияние на рабочие характеристики автомобиля и тем самым на занимаемое в гонке место. Трансмиссионная система согласно АО 01/29440 предлагает решать эту проблему за счет использования кулачковых колец, выполненных с возможностью вхождения в зацепление с выемками колец, прикрепленных к первому и второму зубчатым колесам, установленным на входном вале, и исполнительного механизма для перемещения кулачковых колец в зацепление с выемками колец и из зацепления с ними, так что первая передача все еще находится в зацеплении, когда выбирается вторая передача, за счет чего время прерывания крутящего момента уменьшается почти до нуля.

В обычных коробках передач используются синхронизирующие конусы для уменьшения величины мертвого хода; однако, это имеет тот недостаток, что крутящий момент прерывается на относительно длительное время при смене передач. Большие прерывания крутящего момента отрицательно влияют на эффективность автомобиля и приводят, в частности, к увеличенному расходу топлива и большему количеству вредных выбросов.

Один недостаток изобретения, раскрытого в АО 01/29440, состоит в том, что возникает значительный мертвый ход при ускорении или торможении в конкретной передаче. Мертвый ход допустим для гонщиков, поскольку гонщики обычно более подготовлены, чем обычные пользователи дорог, и более заинтересованы в рабочих характеристиках, чем в обеспечении плавности хода. Поэтому преимущество сокращения длительности прерывания крутящего момента, обеспечиваемое для гонщиков изобретением согласно АО 01/29440, намного перевешивает возникновение ощущаемого мертвого хода. Однако, с учетом обычных дорожных транспортных средств, таких как автомобили и мотоциклы, плавность хода является более важным критерием, и поэтому трансмиссионные системы с большой величиной мертвого хода не подходят для подавляющего большинства транспортных средств.

Кроме того, в изобретении согласно АО 01/29440 используется шлицевая конфигурация, которая приводит к ослаблению конструкции и которая требует использования прочных кулачковых колец для предотвращения их разрушения в рабочих условиях. Другим ослаблением конструкции является консольная конфигурация колец с выемками. Кроме того, система дуговидных выемок, образованных в кольце, вызывает проблемы для правильного зацепления кулачковых колец с зубчатыми колесами.

Узел исполнительного механизма также является большим, что приводит к большим коробкам передач.

В других трансмиссионных системах используются роликовые муфты или запирающие системы зацепления. В последнем случае зажимной механизм устанавливается в полости в вале. Механизмы зацепления, установленные внутри валов, являются очень сложными, и их трудно собирать, и поэтому они зарекомендовали себя как коммерчески непригодные.

Сущность изобретения

В соответствии с изложенным данное изобретение ставит целью создание улучшенной трансмиссионной системы, которая смягчает, по меньшей мере, некоторые из указанных выше недостатков.

Согласно одному аспекту данного изобретения созданы трансмиссионная система, включающая первый и второй вращаемые валы, и средство для передачи приводного усилия с одного из валов на другой вал, включающее первое и второе зубчатые колеса, установленные каждое с возможностью вращения на первом вале и имеющие приводные элементы, сформированные на них, узел переключателя для выборочной передачи крутящего момента между первым валом и первым зубчатым колесом и между первым валом и вторым зубчатым колесом, при этом узел переключателя включает узел исполнительного механизма и первый и второй комплекты элементов зацепления, которые выполнены с возможностью перемещения в зацепление и из зацепления с первым и вторым зубчатыми колесами независимо друг от друга, при этом указанный узел переключателя расположен так, что когда передается усилие привода, то один первый или второй комплект элементов зацепления входит в зацепление с передачей приводного усилия с зацепляемым зубчатым колесом, а второй комплект элементов зацепления находится в ненагруженном состоянии, при этом исполнительный механизм расположен с возможностью перемещения ненагруженного комплекта элементов зацепления в передающее приводное усилие зацепление с незацепленным зубчатым колесом для осуществления переключения передач.

Таким образом, трансмиссионная система выполняет ускоряющие включения повышающих пере

- 1 007509 дач и тормозящие включения понижающих передач, по существу, без прерывания крутящего момента.

Предпочтительно первый вал является входным валом, а второй вал является выходным валом, и приводное усилие передается с входного вала на выходной вал. В качестве альтернативного решения, первый вал может быть выходным валом, а второй вал - входным валом.

Узел переключателя предпочтительно расположен так, что когда передается тормозящее усилие, то первый комплект элементов зацепления входит в зацепление с передачей приводного усилия с зацепленным зубчатым колесом, а второй комплект элементов зацепления находится в ненагруженном состоянии, и когда передается приводное усилие, то второй комплект входит в зацепление с передачей приводного усилия с зацепленным зубчатым колесом, и тогда второй комплект элементов зацепления находится в ненагруженном состоянии.

Узел исполнительного механизма предпочтительно выполнен с возможностью поджатия нагруженного комплекта элементов зацепления в направлении незацепленного зубчатого колеса без выхода из зацепления нагруженного комплекта элементов зацепления с зацепленным зубчатым колесом.

Первый и второй комплекты элементов зацепления предпочтительно выполнены с возможностью вращения, при использовании, с первым валом. Узел переключателя выполнен так, что первый и второй комплекты элементов зацепления могут перемещаться в осевом направлении относительно друг друга вдоль первого вала. Первый и второй комплект элементов зацепления находятся на одной осевой линии, когда оба комплекта находятся в зацеплении с первым и вторым зубчатыми колесами, и предпочтительно в нейтральном положении. Первый и второй комплекты элементов зацепления во время переключения передач сдвигаются в осевом направлении.

Узел переключателя предпочтительно выполнен так, что когда первый и второй комплекты элементов зацепления входят в зацепления с первым или вторым зубчатым колесом, то мертвый ход при движении между ускорением и торможением меньше или равен 4°.

Приводные элементы на первом и втором зубчатых колесах содержат первую и вторую группу кулачков, соответственно. Первая и вторая группы кулачков содержат каждая от 2 до 8 кулачков, равномерно распределенных на первом и втором зубчатых колесах, соответственно. Первая и вторая группы кулачков предпочтительно содержат каждая от 2 до 4 кулачков, и предпочтительно 3 кулачка.

Приводные элементы на первом и втором зубчатых колесах предпочтительно не выступают за наружный диаметр зубчатых колес.

Первый и второй комплекты элементов зацепления предпочтительно содержат от 2 до 8 элементов зацепления. Первый и второй комплекты элементов зацепления предпочтительно содержат от 2 до 4 элементов зацепления, и предпочтительно 3 элемента зацепления.

Первый вал предпочтительно включает шпоночные канавки, образованные в его изогнутой поверхности, расположенные так, что первый и второй комплекты элементов зацепления могут скользить в осевом направлении вдоль шпоночных канавок и ограничивать в радиальном направлении положения комплектов элементов зацепления. Поперечное сечение шпоночных канавок предпочтительно имеет Т-образную форму, щелевую форму или форму ласточкина хвоста.

Узел исполнительного механизм предпочтительно включает по меньшей мере одно упруго деформируемое средство, выполненное с возможностью перемещения по меньшей мере первого или второго комплекта элементов зацепления в зацепление с первым и вторым зубчатыми колесами, когда элементы зацепления находятся в ненагруженном состоянии. По меньшей мере одно упруго деформируемое средство расположено с возможностью поджатия по меньшей мере первого или второго комплекта элементов зацепления в направлении первого или второго зубчатого колеса, когда элементы зацепления находятся в зацепление с передачей приводного усилия с зубчатым колесом.

Узел исполнительного механизма предпочтительно включает первое и второе упруго деформируемые средства, соединенные с первым и вторым комплектами элементов зацепления, соответственно, так что первое упруго деформируемое средство воздействует на первый комплект элементов зацепления, а второе упруго деформируемое средство воздействует на второй комплект элементов зацепления.

В одном варианте выполнения по меньшей мере одно упруго деформируемое средство соединено с первым и вторым комплектами элементов зацепления так, что упруго деформируемое средство воздействует как на первый, так и на второй комплект элементов зацепления.

В вариантах выполнения, включающих шпоночные канавки в форме ласточкина хвоста или щелей, элементы первого и/или второго комплектов элементов зацепления могут выполнять ограниченные осевые перемещения относительно друг друга в шпоночных канавках.

Упруго деформируемое средство предпочтительно является пружиной, и предпочтительно дисковой пружиной. Дисковая пружина предпочтительно включает несколько рычагов, при этом каждый рычаг имеет первую часть, которая проходит по окружности вокруг части дисковой пружины, и вторую часть, которая проходит, по существу, радиально внутрь.

Узел исполнительного механизма предпочтительно включает вилку, которая установлена с возможностью вхождения в зацепление с упруго деформируемым средством для его перемещения в осевом направлении вдоль первого вала.

Трансмиссионная система может дополнительно включать третье и четвертое зубчатые колеса, ус

- 2 007509 тановленные на первый вал, и второй узел переключателя для обеспечения дополнительных передаточных отношений между первым и вторым валами.

Перечень фигур чертежей

Ниже приводится описание варианта выполнения данного изобретения исключительно в качестве примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых эквивалентные признаки обозначены одинаковыми позициями и на которых изображено:

фиг. 1 - общая схема трансмиссионной системы согласно данному изобретению;

фиг. 2 - часть узла переключателя в изометрической проекции;

фиг. 3 - расположение группы кулачков на стороне зубчатого колеса;

фиг. 4 - дисковая пружина на виде сверху;

фиг. 5а-£ - схема работы узла переключателя;

фиг. 6 - разрез входного вала;

фиг. 7 - дисковая пружина для второго варианта выполнения изобретения на виде сверху.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На фиг. 1 показана трансмиссионная система согласно изобретению. Трансмиссионная система содержит входной вал 1, имеющий первое и второе зубчатые колеса 3, 5, установленные на него, выходной вал, имеющий третье и четвертое зубчатые колеса 9, 11, установленные на него, и узел 13 переключателя. Первое и второе зубчатые колеса 3, 5 установлены с возможностью вращения на входном вале 1, и третье и четвертое зубчатые колеса 9, 11 установлены фиксированно на выходной вал 7. Первое и второе зубчатые колеса входят в зацепление с третьим и четверым зубчатыми колесами 9, 11, соответственно, с образованием первой и второй пар 15, 17 зубчатых колес.

Вращательное приводное усилие можно передавать с входного вала 1 на выходной вал 7 через первую или вторую пару 15, 17 зубчатых колес, при этом выбор пар зубчатых колес определяется положением узла 13 переключателя. Узел 13 переключателя входит в зацепление с первой и второй группами приводных элементов 19, 21, расположенных на первом и втором зубчатых колесах 3, 5, соответственно. Приводные элементы содержат каждый группы кулачков.

Первая группа 19 кулачков расположена на одной стороне первого зубчатого колеса 3. Кулачки предпочтительно выполнены в виде единого целого с первым зубчатым колесом, однако, это не является существенным. Первая группа 19 кулачков содержит три кулачка, равномерно распределенных по окружности вокруг торцевой поверхности зубчатого колеса, т.е. угол, заключенный между центрами пары кулачков, равен приблизительно 120° (смотри фиг. 3). Вторая группа 21 кулачков содержит три кулачка и аналогичным образом расположена на одной стороне второго зубчатого колеса. Используются три кулачка, поскольку такое расположение обеспечивает большие окна зацепления, т.е. расстояния между кулачками, для размещения узла 13 переключателя. Большие окна зацепления обеспечивают большие возможности для узла переключателя для полного зацепления зубчатых колес 3, 5 перед передачей в них приводного усилия. Если узел 13 переключателя приводит во вращение зубчатое колесо при лишь частичном зацеплении, то это может приводить к повреждению кулачков и/или узла 13 переключателя.

Первое и второе зубчатые колеса 3, 5 установлены на входном валу на расстоянии друг от друга на роликоподшипниках 23, 25 и расположены так, что стороны, включающие первую и вторую группы кулачков, обращены друг к другу.

Узел 13 переключателя включает первый и второй комплекты брусков 27, 29 зацепления и узел 31 исполнительного механизма в виде вилочного узла 33 и переключательного стержня 35.

Первый и второй комплекты 27, 29 брусков зацепления установлены на входном валу 1 между первым и вторым зубчатыми колесами 3, 5. Как показано на фиг. 2, первый комплект 27 брусков зацепления содержит три бруска 28, прикрепленных к первому соединительному кольцу, например, с использованием установочных винтов с плоским концом и шлицем под отвертку. Первое соединительное кольцо 37 удерживает бруски в фиксированном положении. Бруски 28 равномерно распределены вокруг внутренней окружности первого соединительного кольца, так что их основания направлены внутрь, и бруски 28 расположены, по существу, параллельно. Второй комплект 29 брусков зацепления содержит три бруска 30, которые удерживаются в аналогичном фиксированном положении вторым соединительным кольцом 39.

Первый и второй комплекты 27, 29 брусков зацепления установлены на входном валу 1 между первым и вторым зубчатыми колесами 3, 5. Комплекты 27, 29 брусков зацепления установлены с возможностью вращения с входным валом 1, но также с возможностью скольжения в осевом направлении в ответ на переключающее воздействие узла 31 исполнительного механизма. Для обеспечения этого входной вал 1 включает шесть шпоночных канавок 41, образованных в его изогнутой поверхности, при этом каждый брусок 28, 29 зацепления имеет комплементарную форму на своем основании. Комплекты 27, 29 брусков расположены так, что бруски конкретного комплекта расположены в чередующихся шпоночных канавках 41, и комплекты 27, 29 брусков могут скользить вдоль входного вала 1. Каждый комплект 27, 29 брусков перемещается в виде одного блока, и каждый комплект брусков может перемещаться независимо от другого комплекта. Когда имеется относительное перемещение между первым и вторым комплектами 27, 29 брусков, то второе соединительное кольцо 39 скользит поверх первого комплекта 27 брусков, а второе соединительное кольцо 37 скользит поверх второго комплекта 29 брусков.

- 3 007509

Каждый брусок 28 в первом комплекте 27 брусков имеет первый конец 28а, выполненный с возможностью зацепления с первой группой 19 кулачков, прикрепленных к первому зубчатому колесу 3, и второй конец 28Ь, выполненный с возможностью зацепления со второй группой 21 кулачков, прикрепленных ко второму зубчатому колесу 5. Первый и второй концы 28а, 28Ь имеют одинаковую, но противоположно работающую конфигурацию, так что первый конец 28а расположен для вхождения в зацепление с первой группой кулачков 19 во время торможения первого зубчатого колеса 3, а второй конец 28Ь расположен для вхождения в зацепление со второй группой 21 кулачков во время ускорения второго зубчатого колеса 5, например, во время торможения двигателем при применении в автомобиле. Каждый брусок во втором комплекте 29 брусков расположен аналогичным образом, за исключением того, что первый конец 30а расположен для вхождения в зацепление с первой группой кулачков 19 во время ускорения первого зубчатого колеса 3, а второй конец 30Ь расположен для вхождения в зацепление со второй группой 21 кулачков во время торможения второго зубчатого колеса 5.

Когда как первый, так и второй комплекты 27, 29 брусков зацепления входят в зацепление с зубчатым колесом, то приводное усилие передается с входного вала 1 на выходной вал 7 независимо от того, является ли приводное усилие ускоряющим или тормозящим.

Первый и второй концы 28а, 30а, 28Ь, 30Ь каждого бруска включают, по существу, вертикальную торцевую поверхность 43 для зацепления кулачков 19, 21 и наклонную поверхность 45, которая наклонена в направлении торцевой поверхности 43 зацепления для обеспечения расцепления брусков 28, 30 от кулачков 19, 21 с целью предотвращения блокировки трансмиссии. Когда бруски первого и второго комплектов 27, 29 перемеживаются, как показано на фиг. 2, торцевые поверхности 43 зацепления кулачков первого конца 28а первого комплекта 27 брусков находятся смежно с торцевой поверхностью 43 зацепления кулачков переднего конца 30а второго комплекта 29 брусков. Когда первый и второй комплекты 27, 29 брусков полностью входят в зацепление с зубчатым колесом, то один кулачок расположен между каждой парой смежных торцевых поверхностей 43 зацепления. Размеры кулачков 19, 21 и концов брусков выбраны предпочтительно так, что имеется лишь небольшая возможность перемещения кулачка между торцевыми поверхностями 43 зацепления ускоряющего бруска и торцевой поверхностью 43 зацепления тормозящего бруска, когда зубчатое колесо перемещается от ускорения к торможению, или наоборот, для обеспечения отсутствия или лишь небольшого мертвого хода в передаче.

Бруски предпочтительно выполнены с возможностью расположения вблизи входного вала 1 для исключения значительных консольных эффектов из-за больших радиальных расстояний загруженных зон, что уменьшает вероятность структурных разрушений.

Узел 31 исполнительного механизма расположен так, что вилочный узел установлен на переключающем стержне 35, и переключающий стержень проходит параллельно входному валу 1 и вблизи него. Вилочный узел 31 включает вилку 46 и первую и вторую кольцевые дисковые пружины 47, 49, установленные вокруг входного вала 1 (смотри фиг. 1). Первая и вторая дисковые пружины 47, 49 имеют три рычага, при этом каждый рычаг имеет первую часть, которая проходит по окружности вокруг части пружины, и вторую часть, которая проходит радиально внутрь (смотри фиг. 4).

Вилка 46 имеет первую пару дуговидных элементов 51, расположенных с возможностью зацепления первой дисковой пружины 47. Дуговидные элементы 51 расположены так, что первая дисковая пружина 47 может вращаться вместе с входным валом 1 между дуговидными элементами 51, и так, что осевое перемещение вилки 46 параллельно входному валу перемещает дуговидные элементы 51 и тем самым первую дисковую пружины 47 в осевом направлении вдоль вала, если первая дисковая пружина 47 свободна для перемещения, или поджимает первую дисковую пружину 47 для перемещения в том же направлении, что и вилка 46, если первая дисковая пружина 47 не способна перемещаться. Вилка 46 имеет вторую пару дуговидных элементов 53, расположенных с возможностью вхождения в зацепление и воздействия на вторую дисковую пружину 49 аналогичным образом.

Положение вилки 46 относительно первого и второго зубчатых колес 3, 5 можно регулировать посредством перемещения переключающего стержня 35 в осевом направлении.

Внутренние кромки первой дисковой пружины 47 прикреплены к брускам 28 в первом комплекте 27 брусков, а внутренние кромки второй дисковой пружины 49 прикреплены к брускам 30 во втором комплекте 29 брусков. Когда вилка 46 перемещается, перемещая или нагружая тем самым дисковые пружины 47, 49, то комплекты 27, 29 брусков зацепления аналогичным образом перемещаются или нагружаются для перемещения.

Ниже приводится описание работы узла 13 переключателя со ссылками на фиг. 5а-£, которые для ясности схематично иллюстрируют перемещение первого и второго комплектов 27, 29 брусков с помощью относительных положений лишь одного бруска из каждого комплекта.

На фиг. 5а первый и второй комплекты 27, 29 брусков показаны в нейтральном положении, т.е. ни один брусок не находится в зацеплении с зубчатым колесом. На фиг. 5Ь показаны первый и второй комплекты брусков, перемещающиеся в зацепление с первым зубчатым колесом 3 под действием вилки 46.

На фиг. 5с показано состояние, в котором первое зубчатое колесо 3 находится в полном зацеплении, то есть бруски 28, 30 перемеживаются с первой группой 19 кулачков. Переключающий стержень 35 расположен так, что вилка 46 удерживает первый и второй комплекты 27, 29 брусков в зацеплении с первым

- 4 007509 зубчатым колесом 3. В соответствии с этим мощность передается с входного вала 1 в первое зубчатое колесо 3 с помощью первого комплекта 27 брусков при ускорении и второго комплекта 29 брусков при торможении через первую группу 19 кулачков.

Во время ускорения (первое зубчатое колесо 3 вращается в направлении стрелки В на фиг. 5с) с использованием первой пары 15 зубчатых колес торцевые поверхности 43 зацепления брусков первого комплекта 27 брусков не нагружены, в то время как торцевые поверхности 43 зацепления брусков второго комплекта 29 брусков нагружены. Когда пользователь или система управления двигателем (не изображена) желает ввести в зацепление вторую пару 17 зубчатых колес, то переключающий стержень 35 перемещается так, что вилка 46 воздействует на первую дисковую пружину 47, вызывая скольжение брусков первого комплекта 27 брусков в осевом направлении вдоль шпоночных канавок 41 во входном вале, выводя тем самым бруски из зацепления с первым зубчатым колесом 3 (смотри фиг. 56).

Вилка 46 воздействует также на вторую дисковую пружину 49 для поджимания брусков второго комплекта 29 брусков для перемещения в направлении второго зубчатого колеса 5. Однако, поскольку бруски второго комплекта 29 брусков нагружены, т.е. приводят во вращение первое зубчатое колесо 3, то они не могут выходить из зацепления с первым зубчатым колесом 3, и поэтому бруски второго комплекта 29 брусков остаются неподвижными.

Когда бруски первого комплекта 27 брусков скользят в осевом направлении вдоль входного вала 1, то торцевые поверхности 43 зацепления входят в зацепление со второй группой 21 кулачков (смотри фиг. 5е). Затем бруски начинают приводить во вращение второе зубчатое колесо 5 в направлении стрелки С на фиг. 5е, и энергия передается с входного вала 1 на выходной вал 7 через вторую пару 17 зубчатых колес. Когда это происходит, то бруски второго комплекта 29 брусков перестают быть нагруженными и освобождаются для выхода из зацепления с первой группой 19 кулачков. Поскольку вторая дисковая пружина 49 поджата вилкой 46, то бруски второго комплекта 29 брусков скользят в осевом направлении вдоль шпоночных канавок 41 во входном вале 1, завершая тем самым выход из зацепления первого зубчатого колеса 3 с входным валом 1. Бруски второго комплекта 29 брусков скользят вдоль шпоночных канавок 41 и входят в зацепление со вторым зубчатым колесом 5, завершая тем самым зацепление второго зубчатого колеса 5 с входным валом 1 (смотри фиг. 5Г). Этот способ выбора пар зубчатых колес, по существу, исключает прерывание крутящего момента, поскольку вторая пара 17 зубчатых колес входит в зацепление перед выходом из зацепления первой пары 15 зубчатых колес, таким образом мгновенно осуществляется зацепление первой и второй пар 15, 17 зубчатых колес.

Когда зубчатое колесо находится в зацеплении как с первым, так и вторым комплектами 27, 29 брусков, то можно выполнять ускорение или торможение с использованием пары зубчатых колес с очень небольшим мертвым ходом, возникающим при переключении между двумя состояниями. Мертвый ход является потерей движения, возникающей, когда кулачок перемещается от торцевой поверхности 43 зацепления ускоряющего бруска к торцевой поверхности 43 зацепления тормозящего бруска во время перемещения от ускорения к торможению, или наоборот. Обычная трансмиссионная система кулачкового типа имеет мертвый ход около 30°. Типичная трансмиссионная система для автомобиля согласно данному изобретению имеет мертвый ход менее 4°.

Мертвый ход уменьшается за счет минимизации зазора между элементом зацепления и кулачком во время сдвига передачи, то есть зазора между кулачком и следующим элементом зацепления (смотри размер А на фиг. 5Ь). Зазор между кулачком со следующим элементом зацепления находится в диапазоне 0,5-0,03 мм и обычно меньше 0,2 мм. Мертвый ход является также функцией угла удерживания, то есть угла торцевой поверхности 43 зацепления, который является одинаковым с углом подреза на торцевой поверхности зацепления кулачка. Угол удерживания оказывает влияние на наличие относительного перемещения между кулачком и торцевой поверхностью 43 зацепления. Чем меньше угол удерживания, тем меньше ощущаемый мертвый ход. Угол удерживания обычно находится между 2,5 и 15° и предпочтительно составляет 15°.

Переход со второй пары 17 зубчатых колес на первую пару 15 зубчатых колес достигается с помощью аналогичного процесса.

Во время торможения во второй паре 17 зубчатых колес поверхности 43 зацепления брусков первого комплекта 27 брусков не нагружены, в то время как поверхности 43 зацепления брусков первого комплекта 27 брусков нагружены. Когда пользователь или система управления двигателем (не изображена) желает ввести в зацепление первую пару 15 зубчатых колес, то переключающий стержень перемещается так, что вилка 46 скользит в осевом направлении относительно входного вала 1. Вилка 46 воздействует на первую дисковую пружину 47, прикрепленную к первому комплекту 27 брусков, вызывая скольжение брусков первого комплекта 27 брусков в осевом направлении в шпоночных канавках 41 вдоль входного вала в направлении первого зубчатого колеса 3, выводя тем самым из зацепления первый комплект 27 брусков со вторым зубчатым колесом 5.

Вилка 46 воздействует также на вторую дисковую пружину 49, но поскольку бруски второго комплекта 29 брусков нагружены, то есть они находятся в зацеплении с передачей приводного усилия с кулачками 21 второго зубчатого колеса, то второй комплект 29 брусков остается неподвижным, однако, вторая дисковая пружина 49 поджата вилкой 46 для перемещения второго комплекта 29 брусков в на

- 5 007509 правлении первого зубчатого колеса 3.

При скольжении брусков первого комплекта 27 брусков в осевом направлении в шпоночных канавках 41 бруски 28 входят в зацепление с кулачками 19 на первом зубчатом колесе и начинают приводить во вращение первое зубчатое колесо 3, так что энергия передается с входного вала 1 на выходной вал 7 через первую пару 15 зубчатых колес. Когда это происходит, то бруски второго комплекта 29 брусков становятся ненагруженными. Вторая дисковая пружина 49 воздействует на бруски второго комплекта 29 брусков, вызывая их скольжение в осевом направлении внутри шпоночных канавок 41 вдоль входного вала 1 в направлении первого зубчатого колеса 3, завершая тем самым вывод из зацепления второго зубчатого колеса 5.

Переключения со снижением скорости, то есть переключение передач с высокого передаточного отношения в более высокое передаточное отношение, но когда имеет место ускорение, например, когда транспортное средство движется по склону вверх и водитель выбирает более низкую передачу для ускорения движения вверх, имеют короткое прерывание крутящего момента для обеспечения выхода из зацепления перед переключением.

На входном валу с соответствующими парами зубчатых колес может быть установлено несколько узлов переключателя для обеспечения большого числа передаточных отношений между выходным валом и входным валом. Трансмиссионные системы могут иметь также более двух валов для обеспечения дополнительных передаточных отношений.

Использование трансмиссионных систем приводит к улучшению рабочих характеристик, низкому потреблению топлива и меньшим выбросам, поскольку, по существу, исключается прерывание крутящего момента. Кроме того, система имеет более компактную конструкцию, чем обычные коробки передач, что приводит к снижению веса коробки передач.

Шпоночные канавки 41 могут быть сформированы в отличном от входного вала компоненте, который затем неподвижно прикрепляется к входному валу, например, с использованием шпоночной системы. Шпоночные канавки 41 предпочтительно имеют профили в виде ласточкина хвоста, так что бруски радиально сдерживаются внутри шпоночных канавок (смотри фиг. 5). В качестве альтернативного решения, шпоночные канавки могут иметь щелевой или Т-образный профиль для радиального сдерживания брусков. Это обеспечивает значительное преимущество, поскольку это устраняет необходимость соединения первым и вторым соединительными кольцами 37, 39 брусков друг с другом в первом и втором комплектах брусков. Эта система является предпочтительной, поскольку она обеспечивает улучшенное средство для ограничения радиального положения брусков 28, 30 относительно входного вала 1, что приводит к более высокой структурной целостности трансмиссионной системы. Поскольку соединительные кольца 37, 39 больше не требуются, то можно уменьшить длину брусков 28, 30 зацепления, создавая тем самым более компактные трансмиссионные системы.

Кроме того, это позволяет использовать варианты выполнения изобретения, имеющие лишь одну дисковую пружину 147 (смотри фиг. 7), соединяющую друг с другом все шесть брусков, т.е. бруски из первого и второго комплектов, с соответствующим выполнением системы исполнительного механизма. При использовании три бруска будут нагружены, когда первое зубчатое колесо ускоряется, и три ненагружены, и перемещение вилки для поджатая дисковой пружины в направлении второго зубчатого колеса приводит к перемещению трех ненагруженных брусков из зацепления с первым зубчатым колесом, с оставлением трех брусков все еще в зацеплении. После зацепления брусков со вторым зубчатым колесом остальные три бруска выходят из зацепления с первым зубчатым колесом и под действием дисковой пружины перемещаются в зацепление со вторым зубчатым колесом. Такая конфигурация обеспечивает очень компактную систему, что приводит к небольшим, легким коробкам передач. Осевое пространство между первым и вторым зубчатыми колесами для размещения механизма переключателя можно уменьшать до около 20 мм для применения в обычных дорожных автомобилях.

На фиг. 5 показана выемка 28с в верхней части каждого бруска первого комплекта брусков и выемка 30с в верхней части каждого бруска из второго комплекта брусков. Выемки 28с, 30с обеспечивают выполнение соединений между брусками первого и второго комплектов 27, 29 брусков с помощью рычагов первой и второй дисковых пружин 47, 49, соответственно. Форма выемок 28с, 30с такова, что выемки обеспечивают перемещение каждого рычага пружины под неперпендикулярным углом относительно брусков 28, 30 во время переключения передач.

Выемки 28с, 30с, показанные на фиг. 5а, предназначены для двух конфигураций дисковой пружины. Для вариантов выполнения, имеющих лишь одну дисковую пружину 147, выемки 28с, 30с расположены более центрально по длине брусков 28, 30.

Когда кольцо не используется для фиксации положений брусков в комплекте, бруски в комплекте могут перемещаться на небольшую величину относительно друг друга в осевом направлении. Это обусловлено тем, что единственным соединением между брусками в комплекте является соединение деформируемой дисковой пружиной.

Единичный брусок прикреплен к каждому рычагу дисковой пружины, и каждый рычаг может деформироваться независимо от других, что обеспечивает относительное перемещение между брусками. Тем не менее, бруски в комплекте перемещаются, по существу, согласованно.

Для специалистов в данной области техники понятно, что возможны различные модификации ука

- 6 007509 занного варианта выполнения внутри объема данного изобретения, например число кулачков на каждом из зубчатых колес не ограничивается тремя, например можно использовать любое практически осуществимое число кулачков. Было установлено, что 2-8 кулачков пригодны для большинства применений. Аналогичным образом, число брусков в комплекте брусков может быть любым осуществимым на практике числом, однако, наиболее предпочтительно, чтобы число брусков в комплекте соответствовало числу кулачков в группе.

Трансмиссионную систему можно использовать в любом транспортном средстве, например в дорожных автомобилях, гоночных автомобилях, грузовых автомобилях, мотоциклах, велосипедах, транспортных машинах для земляных работ, таких как бульдозеры, и военных автомобилях. Систему можно также использовать в любой машине, которая имеет первое и второе вращаемые тела, при этом приводное усилие необходимо передавать с одного вращаемого тела на другое тело, например, в токарных и фрезерных станках.

Для специалистов в данной области техники также понятно, что трансмиссионную систему можно приспособить так, что узел переключателя и первое и второе зубчатые колеса установлены на выходном валу, а фиксированные зубчатые колеса установлены на входном валу.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Трансмиссионная система, включающая первый и второй вращаемые валы, и средство для передачи приводного усилия с одного из валов на другой вал, включающее первое и второе зубчатые колеса, установленные каждое с возможностью вращения на первом валу, узел переключателя для выборочной передачи крутящего момента между первым валом и первым зубчатым колесом и между первым валом и вторым зубчатым колесом, и средство вывода из зацепления, в котором узел переключателя включает узел исполнительного механизма и первый и второй комплекты элементов зацепления, которые выполнены с возможностью избирательного блокирования первого и второго зубчатых колес для вращения с первым валом независимо друг от друга, при этом указанный узел переключателя расположен так, что когда передается усилие привода, то один из первого или второго комплектов элементов зацепления передает крутящий момент между зацепленным зубчатым колесом и первым валом, а другой комплект элементов зацепления находится при этом в ненагруженном состоянии, в котором исполнительный механизм расположен с возможностью использования ненагруженного комплекта элементов зацепления для блокирования незацепленного зубчатого колеса для вращения с первым валом, для осуществления переключения передач, и средство вывода из зацепления расположено с возможностью прерывания крутящего момента в трансмиссии, чтобы обеспечить возможность нагруженному комплекту элементов зацепления высвобождать зацепленное зубчатое колесо, когда требуется включить пониженную передачу.
2. Система по п.1, в которой узел переключателя расположен так, что когда передается тормозящее усилие, то первый комплект элементов зацепления входит в зацепление с передачей приводного усилия с зацепленным зубчатым колесом, а второй комплект элементов зацепления находится в ненагруженном состоянии, и когда передается приводное усилие, то второй комплект элементов зацепления входит в зацепление с передачей приводного усилия с зацепленным зубчатым колесом, и тогда второй комплект элементов зацепления находится в ненагруженном состоянии.
3. Система по любому из пп.1 или 2, в которой узел исполнительного механизма выполнен с возможностью поджатия нагруженного комплекта элементов зацепления в направлении незацепленного зубчатого колеса, без вывода из зацепления нагруженного комплекта элементов зацепления с зацепленным зубчатым колесом.
4. Система по любому из пп.1-3, в которой первый и второй комплекты элементов зацепления выполнены с возможностью вращения, при использовании, с первым валом.
5. Система по любому из пп.1-4, в которой первый вал является входным валом, а второй вал является выходным валом и приводное усилие передается с входного вала на выходной вал.
6. Система по любому из пп.1-5, в которой узел переключателя выполнен так, что когда первый и второй комплекты элементов зацепления находятся в зацеплении с одним из первого или второго зубчатых колес, то мертвый ход при перемещении между ускорением и торможением меньше или равен 4°.
7. Система по любому из пп.1-6, в которой первое и второе зубчатые колеса содержат сформированные на них приводные формирования, причем первый и второй комплекты элементов зацепления выполнены с возможностью перемещения в зацепление и вывода из зацепления с первым и вторым зубчатыми колесами для блокирования их для вращения с первым валом и ввода в зацепление с передачей приводного усилия с зубчатыми колесами.
8. Система по п.7, в которой приводные формирования на первом и втором зубчатых колесах содержат первую и вторую группы кулачков, соответственно.
9. Система по п.8, в которой первая и вторая группы кулачков содержат каждая от 2 до 8 кулачков, равномерно распределенных на первом и втором зубчатых колесах, соответственно.
10. Система по п.9, в которой первая и вторая группы кулачков содержат каждая от 2 до 4 кулачков, и предпочтительно 3 кулачка.

- 7 007509
11. Система по любому из пп.1-10, в которой первый и второй комплекты элементов зацепления содержат от 2 до 8 элементов.
12. Система по п.11, в которой первый и второй комплекты элементов зацепления содержат от 2 до 4 элементов, и предпочтительно 3 элемента.
13. Система по любому из пп.1-12, в которой первый вал включает шпоночные канавки, расположенные так, что первый и второй комплекты элементов зацепления могут скользить в осевом направлении вдоль шпоночных канавок и ограничивать в радиальном направлении положения комплектов элементов зацепления.
14. Система по п.13, в которой поперечное сечение шпоночных канавок имеет Т-образную форму, щелевую форму или форму ласточкина хвоста.
15. Система по любому из пп.1-14, в которой узел исполнительного механизма включает по меньшей мере одно упруго деформируемое средство, установленное с возможностью перемещения по меньшей мере одного из первого или второго комплектов элементов зацепления в зацепление с первым и вторым зубчатыми колесами, когда элементы зацепления находятся в ненагруженном состоянии.
16. Система по п.15, в которой по меньшей мере одно упруго деформируемое средство расположено с возможностью поджатия по меньшей мере одного из первого или второго комплектов элементов зацепления в направлении первого или второго зубчатого колеса, когда элементы зацепления находятся в зацеплении с передачей приводного усилия с зубчатым колесом.
17. Система по любому из пп.15 или 16, в которой узел исполнительного механизма включает первое и второе упруго деформируемые средства, соединенные с первым и вторым комплектами элементов зацепления, соответственно, так что первое упруго деформируемое средство воздействует на первый комплект элементов зацепления, а второе упруго деформируемое средство воздействует на второй комплект элементов зацепления.
18. Система по любому из пп.15 или 16, в которой по меньшей мере одно упруго деформируемое средство соединено с первым и вторым комплектами элементов зацепления так, что упруго деформируемое средство воздействует как на первый, так и на второй комплект элементов зацепления.
19. Система по любому из пп.1-18, в которой элементы первого и/или второго комплектов элементов зацепления могут выполнять ограниченные осевые перемещения относительно друг друга в шпоночных канавках.
20. Система по любому из пп.15-19, в которой упруго деформируемое средство является пружиной, и предпочтительно дисковой пружиной.
21. Система по любому из пп.15-20, в которой дисковая пружина включает несколько рычагов, при этом каждый рычаг имеет первую часть, которая продолжается по окружности вокруг участка дисковой пружины, и вторую часть, которая продолжается, по существу, радиально внутрь.
22. Система по любому из пп.15-21, в которой узел исполнительного механизма включает вилку, которая установлена с возможностью вхождения в зацепление по меньшей мере с одним упруго деформируемым средством для перемещения по меньшей мере одного радиально деформируемого средства в осевом направлении вдоль первого вала.
23. Система по любому из пп.1-22, в которой приводные формирования расположены так, что они не выступают за наружный диаметр зубчатых колес.
24. Система по любому из пп.1-23, в которой узел переключателя установлен для передачи крутящего момента в направлениях ускорения и торможения.
25. Система по любому из пп.1-24, в которой трансмиссионная система установлена с возможностью переключения на повышенную передачу при ускорении и на пониженную передачу при торможении.
26. Способ переключения на пониженную передачу для транспортного средства или машины, имеющей трансмиссионную систему, включающую первый и второй вращаемые валы, и средство для передачи приводного усилия с одного из валов на другой вал, включающее первое и второе зубчатые колеса, установленные каждое с возможностью вращения на первом валу, узел переключателя для выборочной передачи крутящего момента между первым валом и первым зубчатым колесом и между первым валом и вторым зубчатым колесом, в котором узел переключателя включает узел исполнительного механизма и первый и второй комплекты элементов зацепления, которые выполнены с возможностью избирательного блокирования первого и второго зубчатых колес для вращения с первым валом независимо друг от друга, при этом указанный узел переключателя расположен так, что когда передается усилие привода, то один из первого или второго комплектов элементов зацепления передает крутящий момент между зацепленным зубчатым колесом и первым валом, а второй комплект элементов зацепления находится при этом в ненагруженном состоянии, в котором исполнительный механизм расположен с возможностью использования ненагруженного комплекта элементов зацепления для блокирования незацепленного зубчатого колеса для вращения с первым валом для осуществления переключения передач, включая прерывание крутящего момента трансмиссии, чтобы обеспечить возможность высвобождать зацепление нагруженных элементов зацепления перед тем, как будет включена пониженная передача, и выбирать незацепленное зубчатое колесо.

- 8 007509
27. Способ по п.26, в котором трансмиссия включает систему по любому из пп.2-25.
28. Трансмиссионная система, включающая первый вал, первое передаточное отношение, включающее первое зубчатое колесо, установленное с возможностью вращения на первом валу, второе передаточное отношение, узел переключателя для выборочной передачи крутящего момента между первым валом и первым зубчатым колесом и между первым валом и вторым зубчатым колесом, указанный переключатель установлен с возможностью переключения из следующих режимов работы: блокировать первое зубчатое колесо для вращения с первым валом в направлении по часовой стрелке и в разблокированном состоянии в направлении против часовой стрелки; блокировать первое зубчатое колесо для вращения с первым валом в направлении против часовой стрелки и в разблокированном состоянии в направлении по часовой стрелке; блокировать первое зубчатое колесо для вращения с первым валом в направлениях по часовой стрелке и против часовой стрелки; и средство вывода из зацепления, в котором трансмиссия установлена так, что, когда требуется выполнить переключение на пониженную передачу между первым и вторым передаточными отношениями, средство вывода из зацепления установлено с возможностью быстро прерывать крутящий момент трансмиссии, чтобы обеспечить возможность узлу переключателя высвобождать вращение первого зубчатого колеса с первым валом.
29. Система по п.28, в которой узел переключателя установлен с возможностью выбора второго передаточного отношения, в то время как первое зубчатое колесо блокировано для вращения с первым валом при переключении на повышенную передачу при ускорении и при переключении на пониженную передачу при торможении, в результате чего при использовании крутящий момент моментально передается через первое и второе передаточные отношения.
30. Система по п.29, в которой второе передаточное отношение включает второе зубчатое колесо, установленное с возможностью вращения на первом валу, и узел переключателя, установленный для выборочного блокирования второго зубчатого колеса для вращения с первым валом.
31. Система по п.30, в которой узел переключателя установлен для выборочного блокирования второго зубчатого колеса для вращения с первым валом из следующих режимов работы: блокировать второе зубчатое колесо для вращения с первым валом в направлении по часовой стрелке и в разблокированном состоянии в направлении против часовой стрелки; блокировать второе зубчатое колесо для вращения с первым валом в направлении против часовой стрелки и в разблокированном состоянии в направлении по часовой стрелке; блокировать второе зубчатое колесо для вращения с первым валом в направлениях по часовой стрелке и против часовой стрелки; и второе зубчатое колесо не заблокировано для вращения с первым валом в направлениях по часовой стрелке и против часовой стрелки.
32. Система по любому из пп.28-31, в которой узел переключателя включает узел исполнительного механизма и первый и второй комплекты элементов зацепления, которые установлены для выборочного блокирования первого зубчатого колеса для вращения с первым валом, причем указанный узел переключателя установлен так, что когда передается усилие привода, то один из первого или второго комплектов элементов зацепления передает крутящий момент между зацепленным зубчатым колесом и первым валом, а другой комплект элементов зацепления находится при этом в ненагруженном состоянии.
33. Система по п.32, в которой узел переключателя установлен с возможностью использовать ненагруженный комплект элементов зацепления для выбора незацепленного передаточного отношения для переключения передачи.
34. Система по п.32 или 33, в которой узел переключателя установлен так, что, когда передается усилие торможения, первый комплект элементов зацепления входит в зацепление с передачей приводного усилия с зацепляемым зубчатым колесом и второй комплект элементов зацепления находится при этом в ненагруженном состоянии, и, когда передается усилие привода, второй комплект элементов зацепления входит в зацепление с передачей приводного усилия с зацепляемым зубчатым колесом и второй комплект элементов зацепления находится при этом в ненагруженном состоянии.
35. Способ переключения на пониженную передачу для транспортного средства или машины, имеющей трансмиссионную систему, включающую первое зубчатое колесо, установленное с возможностью вращения на первом валу, второе передаточное отношение, узел переключателя для выборочной передачи крутящего момента между первым валом и первым зубчатым колесом, причем указанный узел переключателя установлен с возможностью выбора следующих режимов работы: блокировать первое зубчатое колесо для вращения с первым валом в направлении по часовой стрелке и в разблокированном состоянии в направлении против часовой стрелки; блокировать первое зубчатое колесо для вращения с первым валом в направлении против часовой стрелки и в разблокированном состоянии в направлении по часовой стрелке; блокировать первое зубчатое колесо для вращения с первым валом в направлениях по часовой стрелке и против часовой стрелки; и первое зубчатое колесо не заблокировано для вращения с первым валом в направлениях по часовой стрелке и против часовой стрелки, включающий быстрое прерывание крутящего момента в системе трансмиссии, когда требуется осуществить переключение передач на пониженную передачу между первым и вторым передаточными отношениями, чтобы обеспечить возможность узлу переключателя высвобождать вращение первого зубчатого колеса с первым валом.
36. Способ по п.35, в котором трансмиссия включает систему по любому из пп.28-34.
37. Трансмиссионная система, включающая первый и второй вращаемые валы, и средство для пере

- 9 007509 дачи приводного усилия с одного из валов на другой вал, включающее первое и второе зубчатые колеса, установленные каждое с возможностью вращения на первом валу, узел переключателя для выборочной передачи крутящего момента между первым валом и первым зубчатым колесом и между первым валом и вторым зубчатым колесом, в котором узел переключателя включает узел исполнительного механизма и первый и второй комплекты элементов зацепления, которые выполнены с возможностью избирательного блокирования первого и второго зубчатых колес для вращения с первым валом, независимо друг от друга, при этом указанный узел переключателя расположен так, что когда передается усилие привода, то один из первого или второго комплектов элементов зацепления передает крутящий момент между зацепленным зубчатым колесом и первым валом, а другой комплект элементов зацепления находится при этом в ненагруженном состоянии, в котором исполнительный механизм расположен с возможностью использования ненагруженного комплекта элементов зацепления для блокирования незацепленного зубчатого колеса для вращения с первым валом для осуществления переключения передач, и узел переключателя установлен так, что когда первый и второй комплекты элементов зацепления находятся в зацеплении с одним из первого или второго зубчатых колес, то мертвый ход при перемещении между ускорением и торможением меньше или равен 4°.
38. Трансмиссия по п.37, включающая систему по любому из пп.2-25.