PL209385B1 - Skrzynia biegów - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest skrzynia biegów do zastosowania w dowolnym pojeździe lub maszynie.

Istnieją zasadniczo trzy główne rodzaje skrzyni biegów: ręcznie przełączana skrzynia biegów posiadająca maksimum 20 biegów w przypadku samochodów ciężarowych i 6 biegów w przypadku samochodów osobowych, skrzynia biegów z zębatymi mechanizmami planetarnymi i przekładnia zmianowa ciągła.

Stanem techniki dla powyższego wynalazku są: patent US 5259823 - opisujący przekładnię, zgłoszenie patentowe FR 2813368 - ujawniające układy przekładni zmianowych ciągłych, zgłoszenie patentowe DE2004694 przedstawiające mechanizm przekładniowy do bezstopniowej zmiany prędkości posiadający pomocniczą przekładnię oraz zgłoszenie patentowe DE 10138547 określające przekładnię.

Skrzynia biegów obejmuje pierwszy wałek napędowy, który podczas eksploatacji jest napędzany z prędkością obrotową V, drugi wałek napędowy, ciąg przekładni łączący pierwszy i drugi wałek napędowy do nadania drugiemu wałkowi napędowemu prędkości obrotowej, sprzęgło dwustanowe połączone z każdym wałkiem napędowym, każde ze sprzęgieł ma pierwszy stan, w którym ruch obrotowy jest przenoszony i drugi stan, w którym ruch obrotowy nie jest przenoszony, a także pierwszy mechanizm różnicowy do przyjmowania ruchu obrotowego od jednego lub więcej sprzęgieł, i do przenoszenia ruchu obrotowego na wałek wyjściowy.

Istota wynalazku polega na tym, że wałek wyjściowy jest napędzany przez mechanizm różnicowy z prędkością obrotową, która jest równa:

0, w drugim stanie sprzęgieł połączonych z pierwszym i drugim wałkiem napędowym,

V, w pierwszym stanie sprzęgła połączonego z pierwszym wałkiem napędowym i w drugim stanie sprzęgła połączonego z drugim wałkiem napędowym,

0,5 V w drugim stanie sprzęgła połączonego z pierwszym wałkiem napędowym i w pierwszym stanie sprzęgła połączonego z drugim wałkiem napędowym,

1,5 V w pierwszym stanie sprzęgieł, które są połączone z pierwszym i drugim wałkiem napędowym.

Korzystnie, skrzynia biegów ponadto obejmuje:

trzeci wałek napędowy, ciąg przekładni łączący pierwszy, drugi i trzeci wałek napędowy do nadania trzeciemu wałkowi napędowemu prędkości obrotowej, która wynosi 0,25 V, sprzęgło dwustanowe połączone z trzecim wałkiem napędowym, i drugi mechanizm różnicowy, przy czym pierwszy mechanizm różnicowy odbiera napęd od sprzęgieł, które są połączone z pierwszym i drugim wałkiem napędowym, drugi mechanizm różnicowy odbiera napęd od sprzęgła połączonego z trzecim wałkiem napędowym i od pierwszego mechanizmu różnicowego, przy czym wałek wyjściowy jest napędzany przez mechanizm różnicowy z prędkością obrotową, która jest równa: 0 do 1,75 V w zależności od stanu sprzęgieł.

Korzystnie, prędkość obrotowa wałka wyjściowego przyrasta o 0,25 V w zakresie 0 do 1,75 V, w zależ noś ci od stanu sprzę gieł .

Korzystnie, prędkość obrotowa wałka wyjściowego napędzanego trzecim mechanizmem różnicowym jest równa w przybliżeniu 0 do 1,875 V w zależności od stanu sprzęgieł.

Korzystnie, skrzynia biegów ponadto obejmuje:

trzeci wałek napędowy i czwarty wałek napędowy, ciąg przekładni łączący pierwszy, drugi, trzeci i czwarty wałek napędowy do napędzania trzeciego wałka napędowego z prędkością która wynosi 0,25 V i do napędzania czwartego wałka napędowego z prędkością obrotową, która wynosi 0,125V, sprzęgło dwustanowe połączone z trzecim wałkiem napędowym i sprzęgło dwustanowe połączone z czwartym wałkiem napę dowym, drugi mechanizm róż nicowy i trzeci mechanizm róż nicowy, pierwszy mechanizm różnicowy odbierający napęd od sprzęgieł połączonych z pierwszym i drugim wałkiem napędowym, drugi mechanizm różnicowy odbierający napęd od sprzęgła połączonego z trzecim i czwartym wałkiem napę dowym, i trzeci mechanizm różnicowy odbierający napęd od pierwszego i drugiego mechanizmu róż nicowego, przy czym wałek wyjściowy jest napędzany przez trzeci mechanizm różnicowy z prędkością obrotową w zakresie 0 do 1,875 V w zależności od stanu sprzęgieł.

Korzystnie, prędkość obrotowa wałka wyjściowego przyrasta o 0,125 V w zakresie 0 do 1,875 V, w zależ noś ci od stanu sprzę gieł .

PL 209 385 B1

Korzystnie, skrzynia biegów ponadto obejmuje: trzeci, czwarty i piąty wałek napędowy, ciąg przekładni łączący pierwszy, drugi, trzeci, czwarty i piąty wałek napędowy do napędzania trzeciego wałka napędowego z prędkością obrotową, która wynosi w przybliżeniu 0,25 V, do napędzania czwartego wałka napędowego z prędkością obrotową, która wynosi 0,125 V i do napędzania piątego wałka napędowego z prędkością obrotową, która wynosi 0,0625 V, sprzęgła dwustanowe połączone z trzecim, czwartym i piątym wałkiem napędowym, drugi, trzeci i czwarty mechanizm różnicowy, pierwszy mechanizm różnicowy otrzymujący napęd od sprzęgieł dwustanowych, które są połączone z pierwszym i drugim wałkiem napędowym, drugi mechanizm różnicowy otrzymujący napęd od sprzęgła połączonego z trzecim i czwartym wałkiem napędowym, trzeci mechanizm różnicowy otrzymujący napęd od pierwszego i drugiego mechanizmu różnicowego i czwarty mechanizm różnicowy otrzymujący napęd od trzeciego mechanizmu różnicowego i sprzęgła dwustanowego połączonego z piątym wałkiem napędowym, przy czym wałek wyjściowy jest napędzany przez czwarty mechanizm różnicowy z prędkością obrotową w zakresie 0 do 1,94 V w zależności od stanu sprzęgieł.

Korzystnie, prędkość obrotowa wałka wyjściowego przyrasta o 0, 0625 V w zakresie 0 do 1,94 V, w zależ noś ci od stanu sprzę gieł .

Przedmiotowy wynalazek można skatalogować jako mechaniczną skrzynię biegów, ale w porównaniu ze zwykłą skrzynią biegów, ta ma prawie zalety przekładni zmianowej ciągłej ze względu na dużą liczbę uzyskiwanych przełożeń. Zakres prędkości jest bardzo szeroki (górne biegi o bardzo dużej prędkości i dolne biegi o bardzo małej prędkości), a przerwa pomiędzy nimi może być bardzo mała.

Mechanizm ten jest niezwykle wszechstronny i może być konfigurowany różnymi sposobami przez niewielkie zmiany na etapie konstruowania. Można uzyskać: same biegi do przodu, jeden bieg wsteczny i pozostałe biegi do przodu, więcej biegów wstecznych, albo tyle samo biegów wstecznych co biegów do przodu z takimi samymi przełożeniami.

Każde pojedyncze przełożenie jest wybierane według określonego kodu w celu uruchamiania sprzęgieł wewnątrz skrzyni biegów, a procedura ta jest szybka bez konieczności stosowania głównego sprzęgła ciernego. Możliwy jest również bieg luzem.

Mechanizm ten nadaje się do uzyskiwania wielu wartości prędkości (przy takiej samej prędkości wejściowej). Liczba biegów zależy od stopnia skomplikowania urządzenia, powodowanego przez wiele zawartych w nim mechanizmów różnicowych. Przykłady: 1 mechanizm różnicowy = 3 biegi, 2 mechanizmy różnicowe = 7 biegów, 3 mechanizmy różnicowe = 15 biegów, 4 mechanizmy różnicowe = 31 biegów itd. Zadaniem mechanizmu różnicowego w tym zgłoszeniu jest po prostu dodawanie prędkości dwóch różnych wałków napędowych wirujących w tym samym kierunku i przekazywanie na trzeci wałek prawidłowej wartości prędkości z jej proporcjonalnym momentem obrotowym.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia zwykły mechanizm różnicowy, fig. 2 - cztery przykłady pokazujące możliwe połączenie ze sobą 1-4 mechanizmów różnicowych w celu otrzymania 3-31 różnych przełożeń, fig. 3.1 schemat skrzyni biegów, w której na każdym pojedynczym wałku napędowym pomiędzy ciągiem przekładni TR a mechanizmem róż nicowym D usytuowane jest sprzęgło INN, - fig. 3.2 tablicę przedstawiającą możliwe stany sprzęgieł, fig. 4 - schemat działania skrzyni biegów.

Fig. 1 przedstawia zwykły mechanizm różnicowy wykorzystany teraz do sumowania. A i B oznaczają wałki napędowe, które obracają się w tym samym kierunku. Prędkość wałka B została zmniejszona o 50% przez koła zębate R1 i R2. Koło zębate R1 jest przewiercone w środku, aby umożliwić swobodne przejście wałka napędowego A. Koło zębate R1 jest sprzężone z mechanizmem różnicowym SCD. Ważnymi częściami są dwa wolne koła RL zamontowane na obu wałkach napędowych w celu blokowania ich w kierunku przeciwnym do nominalnego kierunku obrotu. Jest tak w przypadku, gdy jeden z wałków napędowych jest nieruchomy, a wałek wyjściowy C jest obciążony: bez wolnych kół nieruchomy wałek napędowy zacząłby się obracać w przeciwnym kierunku i z wałka wyjściowego nie byłby przekazywany żaden moment obrotowy.

Wyjście C będzie dokładnie sumą A i B, ale z przeciwnym kierunkiem obrotu. RC oznacza cztery stożkowe koła zębate. Wolne koła nie będą montowane w urządzeniu według wynalazku, jest to tylko pewien sposób rozwiązania tego problemu.

Na fig. 2 są cztery przykłady pokazujące możliwe połączenie ze sobą 1-4 mechanizmów różnicowych w celu otrzymania 3-31 różnych przełożeń. Jak widać, drugą ważną częścią takiego mechanizmu jest ciąg przekładni TR umieszczony przed mechanizmami różnicowymi D. Wałki napędowe tych mechanizmów różnicowych wychodzą z ciągu przekładni TR i biegną odpowiednio z lewej strony

PL 209 385 B1 w prawo, przy czym każdy z nich obraca się z połową prędkości poprzedniego. Wałki napędowe mechanizmów różnicowych oznaczone są wartościami stosunku ich prędkości względem najwolniejszego z nich. Najmniejszą liczbą jest 1 i jest to również najmniejsza wartość prę dkoś ci wewną trz mechanizmu oraz minimalna jednostka wzrostu na końcowym wyjściu US.

Dla jasności, od tej chwili będzie brana pod uwagę tylko skrzynia biegów z 3 mechanizmami różnicowymi i 4 wałkami napędowymi (fig. 2.3) ze względu na jej średni stopień skomplikowania i ś rednią liczbę biegów.

Przykład z fig. 2.3 pokazuje 15-biegową skrzynię biegów. Ma ona 15 biegów z przełożeniami od 1 do 15, przy czym przyrost prędkości pomiędzy kolejnymi biegami wynosi zawsze 1. Są cztery możliwe wałki napędowe IN tej skrzyni biegów. Muszą być one dołączone do ciągu przekładni TR. Zakładając, że skrzynia biegów jest napędzana silnikiem z prędkością obrotową 80 obr/min w połączeniu z wałkiem napędowym 8, otrzymamy z wyjściowego wałka US zakres prędkości od 10 obr/min do 150 obr/min z przyrostem pomiędzy kolejnymi biegami wynoszącym 10 obr/min. Wałek napędowy usytuowany po prawej stronie jest zawsze zespołem o minimalnym przyroście (jak to wcześniej opisano). Zakładając napędzanie skrzyni biegów silnikiem o prędkości obrotowej 80 obr/min w połączeniu z wałkiem (oznaczonym przez 1), otrzymamy na wyjściu US zakres prędkości od 80 do 1200 obr/min, ale z przyrostem 80 obr/min.

Wynalazek ten nie mógłby nigdy działać bez nieopisanych tu jeszcze sprzęgieł istotnych przy włączaniu każdego biegu. Jak pokazano na fig. 3.1, na każdym pojedynczym wałku napędowym pomiędzy ciągiem przekładni TR a mechanizmem różnicowym D usytuowane jest sprzęgło INN. Sprzęgła odcinają lub przenoszą ruch obrotowy na mechanizmy różnicowe według potrzeb, a połączone ze sobą określają każdy pojedynczy możliwy bieg. Każda pojedyncza możliwa kombinacja jest zapewniana przez prostą tablicę (fig. 3.2) obliczoną na podstawie binarnego systemu liczbowego. Tablica ta pokazuje stan sprzęgieł w zależności od biegu, który ma być włączony. Na osi poziomej zaznaczono każdy pojedynczy wałek napędowy, a na osi pionowej numery biegów. Czarne kółko oznacza przenoszenie ruchu przez sprzęgło, a białe kółko oznacza brak przenoszenia ruchu.

Stosowane muszą być sprzęgła dwustanowe (typu DUALACTION). Oznacza to, że muszą mieć one dwa różne stany. Pierwszym stanem jest przenoszenie ruchu, a drugim brak przenoszenia ruchu, ale sprzęgło takie musi również blokować w obu kierunkach obrotu część wałka wchodzącą w mechanizm różnicowy i sprzęgać ją ze skrzynią biegów SCC (fig. 3.1).

To, co dotychczas objaśniono, jest tylko teoretycznym wyjaśnieniem wynalazku. Jego praktyczna realizacja będzie pod wieloma względami różnić się ze względu na bezwzględną konieczność respektowania kierunków obrotu każdego pojedynczego wałka wewnątrz skrzyni biegów. Jest to bardzo ważne dla prawidłowego działania wszystkich mechanizmów.

Zgodnie z kierunkami obrotu dwóch wałków napędowych w mechanizmie różnicowym zastosowanym w celu przeprowadzania sumowania (jak na fig. 1) z wyjściowego wałka C można otrzymać dodawanie lub odejmowanie. Jeżeli zbudowana zostanie skrzynia biegów łącząca w sobie sumowania i odejmowania, na wyjściu otrzymamy zakres prędkości obejmują cy bieg wsteczny. Możliwe jest również uzyskanie wielu różnych biegów wstecznych, ale całkowita liczba biegów jest 15 plus bieg luzem. Możliwe są różne konfiguracje.

Od tej chwili, dla objaśnienia 3 mechanizmów różnicowych wewnątrz skrzyni biegów, rozumie się, że wszystkie one są typu sumacyjnego (znak + na fig. 3.1). W konsekwencji mamy wszystkie 15 biegów do przodu.

Fig. 4 przedstawia w ogólnym widoku sposób działania mechanizmu. Są pewne zmiany w porównaniu z fig. 1 i fig. 3.1 w ciągu przekładni TR i w obu kołach zębatych RDI z uzębieniem wewnętrznym, należących do różnicowych mechanizmów D1 i D2. Przyczyna jest prosta. Na fig. 1 wałki napędowe A i B obracają się w tym samym kierunku (warunek konieczny do uzyskania sumowania). Jednakże mechanizm zębaty o czterech wałkach, taki jak pokazano na fig. 3.1, odwraca kierunek obrotu z jednego wał ka na drugi, a wię c nigdy nie otrzymalibyś my dwóch są siednich wał ków z takim samym kierunkiem obrotu. Właśnie dlatego konieczne jest koło z uzębieniem wewnętrznym. Podobnie jak łańcuchy lub pasy nie zmienia ono kierunku ruchu.

Jednakże stosując tego rodzaju koło zębate nie można otrzymać stosunku redukcji 50% (jak na fig. 1) pomiędzy R3 i RDI ze względu na ograniczenie wałka wchodzącego w mechanizm różnicowy. Możemy zatem uzyskać stosunek redukcji 1/3, ale różnica ta musi być kompensowana przez zmianę przełożeń mechanizmu zębatego. Na TR otrzymamy nieregularną sekwencję różnych przełożeń, które, jeżeli są prawidłowo obliczone, są równoważne teoretycznym przełożeniom z fig. 3.1.

PL 209 385 B1

Koła zębate R1 i R2 mają stosunek redukcji 50%. Koło R1 jest sprzężone z różnicowym mechanizmem D3 i jest w środku przewiercone, aby umożliwić swobodne przechodzenie wałka odchodzącego od D1. Tak samo jest z RDI. SCC jest skrzynią biegów, której sprzęgła INN (nieprzedstawione we wszystkich szczegółach) są zablokowane. SCD są mechanizmami różnicowymi, z którymi sprzężone są koła zębate RDI i R1. Różnicowy mechanizm D3 nie został narysowany ze wszystkimi szczegółami, ale jest dokładnie taki sam jak D1 i D2. RC są to 4 stożkowe koła zębata wewnątrz każdego mechanizmu różnicowego. US jest to końcowy wałek wyjściowy, który obraca się w tym samym kierunku co wałek napędowy IN.

Claims (7)

1. Skrzynia biegów obejmująca pierwszy wałek napędowy (2,IN) który podczas eksploatacji jest napędzany z prędkością obrotową V, drugi wałek napędowy (1), ciąg przekładni (TR), łączący pierwszy i drugi wałek napędowy do nadania drugiemu wałkowi napędowemu prędkości obrotowej w przybliżeniu 0,5 V sprzęgło dwustanowe (INN) połączone z każdym wałkiem napędowym, każde ze sprzęgieł ma pierwszy stan, w którym ruch obrotowy jest przenoszony i drugi stan, w którym ruch obrotowy nie jest przenoszony, i pierwszy mechanizm różnicowy (D1) do przyjmowania ruchu obrotowego od jednego lub więcej sprzęgieł, i do przenoszenia ruchu obrotowego na wałek wyjściowy (US), znamienna tym, że wałek wyjściowy jest napędzany przez mechanizm różnicowy z prędkością obrotową, która jest równa:

0, w drugim stanie sprzęgieł połączonych z pierwszym i drugim wałkiem napędowym,

V, w pierwszym stanie sprzęgła połączonego z pierwszym wałkiem napędowym i w drugim stanie sprzęgła połączonego z drugim wałkiem napędowym,

0,5 V w drugim stanie sprzęgła połączonego z pierwszym wałkiem napędowym i w pierwszym stanie sprzęgła połączonego z drugim wałkiem napędowym,

1,5 V w pierwszym stanie sprzęgieł połączonych z pierwszym i drugim wałkiem napędowym.

2. Skrzynia biegów według zastrz. 1, znamienna tym, że ponadto obejmuje:

trzeci wałek napędowy, ciąg przekładni łączący pierwszy (4), drugi (2) i trzeci (1) wałek napędowy do nadania trzeciemu wałkowi napędowemu prędkości obrotowej, która wynosi 0,25 V, sprzęgło dwustanowe połączone z trzecim wałkiem napędowym, i drugi mechanizm różnicowy (D2), przy czym pierwszy mechanizm różnicowy odbiera napęd od sprzęgieł, które są połączone z pierwszym i drugim wałkiem napędowym, drugi mechanizm różnicowy odbiera napęd od sprzęgła połączonego z trzecim wałkiem napędowym i od pierwszego mechanizmu różnicowego, przy czym wałek wyjściowy jest napędzany przez mechanizm różnicowy z prędkością obrotową, która jest równa : 0 do 1,75 V w zależności od stanu sprzęgieł.

3. Skrzynia biegów według zastrz. 2, znamienna tym, że prędkość obrotowa wałka wyjściowego przyrasta w danym zakresie o 0,25V, w zależności od stanu sprzęgieł.

4. Skrzynia biegów według zastrz. 1, znamienna tym, że ponadto obejmuje:

trzeci wałek napędowy i czwarty wałek napędowy, ciąg przekładni łączący pierwszy (8), drugi (4), trzeci (2) i czwarty (1) wałek napędowy do napędzania trzeciego wałka napędowego z prędkością która wynosi 0,25 V i do napędzania czwartego wałka napędowego z prędkością obrotową, która wynosi 0,125 V, sprzęgło dwustanowe połączone z trzecim wałkiem napędowym i sprzęgło dwustanowe połączone z czwartym wałkiem napędowym, drugi mechanizm różnicowy (D2) i trzeci mechanizm różnicowy (D3), pierwszy mechanizm różnicowy odbierający napęd od sprzęgieł połączonych z pierwszym i drugim wał kiem napę dowym, drugi mechanizm róż nicowy odbierają cy napę d od sprz ę g ł a połączonego z trzecim i czwartym wałkiem napędowym, i trzeci mechanizm różnicowy odbierający napęd od pierwszego i drugiego mechanizm różnicowego, przy czym wałek wyjściowy jest napędzany przez trzeci mechanizm różnicowy z prędkością obrotową w zakresie 0 do 1,875 V w zależności od stanu sprzęgieł.

PL 209 385 B1

5. Skrzynia biegów według zastrz. 4, znamienna tym, że prędkość obrotowa wałka wyjściowego przyrasta w danym zakresie o 0,125 V, w zależności od stanu sprzęgieł.

6. Skrzynia biegów według zastrz. 1, znamienna tym, że ponadto obejmuje:

trzeci, czwarty i piąty wałek napędowy, ciąg przekładni łączący pierwszy (16), drugi (8), trzeci (4), czwarty (2) i piąty (1) wałek napędowy do napędzania trzeciego wałka napędowego z prędkością obrotową, która wynosi w przybliżeniu 0,25 V, do napędzania czwartego wałka napędowego z prędkością obrotową, która wynosi 0,125 V i do napędzania piątego wałka napędowego z prędkością obrotową, która wynosi 0,0625 V, sprzęgła dwustanowe połączone z trzecim, czwartym i piątym wałkiem napędowym, drugi (D2), trzeci (D3) i czwarty mechanizm różnicowy (D4), pierwszy mechanizm różnicowy otrzymujący napęd od sprzęgieł dwustanowych, które są połączone z pierwszym i drugim wałkiem napędowym, drugi mechanizm różnicowy otrzymujący napęd od sprzęgła połączonego z trzecim i czwartym wał kiem napę dowym, trzeci mechanizm róż nicowy otrzymują cy napę d od pierwszego i drugiego mechanizmu różnicowego i czwarty mechanizm róż nicowy otrzymujący napęd od trzeciego mechanizm różnicowego i sprzęgła dwustanowego połączonego z piątym wałkiem napędowym, przy czym wałek wyjściowy jest napędzany przez czwarty mechanizm różnicowy z prędkością obrotową w zakresie 0 do 1,94 V w zależ noś ci od stanu sprzę gieł .

7. Skrzynia biegów według zastrz. 6, znamienna tym, że prędkość obrotowa wałka wyjściowego przyrasta w danym zakresie o 0,0625 V, w zależności od stanu sprzęgieł.