PL232076B1 - Skrzynia biegów dla pojazdu mechanicznego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest skrzynia biegów dla pojazdu mechanicznego, w szczególności skrzynia biegów o bezpośrednim przełączaniu, zapewniająca przeniesienie napędu z silnika na koła pojazdu w sposób ciągły, tzn. bez przerwy w przenoszeniu momentu obrotowego, w trakcie zmiany biegów na wyższe.

Powszechne zastosowanie w napędach pojazdów znalazł silnik spalinowy, co wynika przede wszystkim z dużej ilości energii zawartej w małej objętości paliwa służącego do ich zasilania. Nie jest on jednak najlepszym źródłem napędu ze względu na mały zakres prędkości obrotowej i momentu obrotowego. Ponadto, w przeciwieństwie do silników elektrycznych, nie może pracować od stanu bezruchu. Taka charakterystyka wymaga, aby między silnikiem i kołami znajdowała się skrzynia biegów oraz sprzęgło. Odpowiednio dobrane przełożenia w skrzyni biegów zapewniają odpowiednią siłę napędową potrzebną do wprawienia pojazdu w ruch, możliwość sprawnego przyspieszania oraz osiągnięcia wysokiej prędkości maksymalnej, natomiast sprzęgło umożliwia płynne ruszanie oraz rozłączenie napędu w trakcie zmiany biegów. Skrzynie biegów można podzielić na stopniowe oraz bezstopniowe. Inny podział to skrzynie manualne oraz automatyczne.

Klasyczny układ napędowy z manualną skrzynią biegów jest wyposażony w jednotarczowe sprzęgło cierne, które musi zostać rozłączone, aby możliwa była zmiana biegu. Skutkuje to nieprzyjemnymi szarpnięciami pojazdu w trakcie dynamicznego przyspieszania - wynikającymi z przerwy w przenoszeniu momentu obrotowego do kół.

Wady tej pozbawione są zarówno stopniowe automatyczne skrzynie biegów wyposażone w sprzęgło hydrokinetyczne (lub przekładnię hydrokinetyczną) i przekładnie planetarne, bezstopniowe skrzynie typu CVT, a także nowoczesne konstrukcje skrzyń o bezpośrednim przełączaniu, tzw. dwusprzęgłowe, gdzie koła zębate zdawcze biegów nieparzystych osadzone są na wale pośrednim połączonym jednym sprzęgłem ciernym, a koła zębate zdawcze biegów parzystych osadzone są na drugim wale pośrednim połączonym z drugim sprzęgłem ciernym. Każde ze sprzęgieł odbiera napęd z koła zamachowego silnika spalinowego i jest względem niego usytuowane współosiowo. Zawsze w trakcie pracy na wybranym biegu, bieg wyższy lub niższy jest załączony na drugim wale (obsługiwanym przez drugie sprzęgło), a sama zmiana biegu polega na rozłączeniu sprzęgła wału, na którym załączony jest aktualny bieg, a załączeniu sprzęgła wału, na którym następny bieg został już wcześniej załączony z wyprzedzeniem. Konstrukcyjnie skrzynie tego typu mają nieskomplikowaną budowę, problemem jest natomiast odpowiednie sterowanie pracą dwóch sprzęgieł. Rozłączanie jednego sprzęgła musi być ściśle zgrane z procesem załączania drugiego sprzęgła. Biorąc pod uwagę nieliniową charakterystykę układów dźwigniowych i rozciętych sprężyn talerzowych (w przypadku suchych sprzęgieł) oraz zjawisko zużywania się tarcz sprzęgłowych, to algorytm sterujący musi być bardzo skomplikowany, a jakiekolwiek zaburzenia jego pracy skutkują szarpnięciami przy zmianie biegów.

Znanych jest wiele rozwiązań dwusprzęgłowych skrzyń. Generalna budowa wszystkich takich skrzyń, przedstawiona m.in. w: WO 2015/121811 A1 oraz Schaeffler Automotive Aftermarket GmbH & Co. KG May 2012 Luk Clutch Course, An introduction to clutch technology for passenger cars (dokument pdf), polega na zastosowaniu dwóch sprzęgieł ciernych (jednotarczowe suche lub wielotarczowe mokre), z których każde obsługuje osobny wał w skrzyni biegów. Na każdym z tych wałów znajdują się osadzone na stałe koła zębate, które współpracują z kołami zębatymi na wałach pośrednich. Pierwszy wał (zewnętrzny) połączony z pierwszym sprzęgłem obsługuje biegi nieparzyste, natomiast drugi wał (wewnętrzny) połączony z drugim sprzęgłem obsługuje biegi parzyste. Koła zębate każdego z wałów współpracują z kołami zębatymi osadzonymi ruchowo na wałach pośrednich, na których osadzone są także synchronizatory umożliwiające załączanie poszczególnych przełożeń. Na końcach każdego wału pośredniego znajduje się koło zębate zdawcze współpracujące z kołem zębatym odbiorczym przekładni redukcyjnej zintegrowanej z mechanizmem różnicowym. Jest to podstawowa zasada konstrukcji takich skrzyń biegów.

W samochodach wyposażonych w silniki o małej mocy stosuje się dwa suche sprzęgła jednotarczowe, natomiast w samochodach z silnikami o dużej mocy stosuje się dwa wielotarczowe sprzęgła płytkowe pracujące w oleju, co umożliwia przenoszenie dużego momentu obrotowego bez ryzyka przegrzania sprzęgieł. Poszczególne rozwiązania różnią się zasadniczo układem sterowania i szczegółami konstrukcyjnymi, natomiast ogólna zasada pracy opisana powyżej zostaje zawsze taka sama. W układach z suchymi sprzęgłami jednotarczowymi układem sterującym może być albo układ hydrauliczny, gdzie elementami wykonawczymi są siłowniki lub układ elektryczny, gdzie elementami wykonawczymi są silniki krokowe. Natomiast w przypadku sprzęgieł mokrych siła dociskająca sprzęgła pochodzi

PL 232 076 B1 z układu hydraulicznego, gdzie ciśnienie oddziałuje wprost na powierzchnie tarczek sprzęgłowych lub na cylinder, który następnie poprzez łożysko kulkowe przenosi siłę na tarcze sprzęgłowe.

Znane jest rozwiązanie przedstawione w Volkswagen Service Training, Self-study programme 390, The 7-speed Double-clutch Gearbox 0AM, Design and Function, które ma dwa suche sprzęgła cierne. Pierwsze sprzęgło połączone jest z wałem wewnętrznym, na którym osadzone są koła zębate biegów nieparzystych, a drugie sprzęgło połączone jest z wałem zewnętrznym, na którym osadzone są koła zębate biegów parzystych. Układ ten wyposażony jest w dwa sprzęgła cierne normalnie otwarte. Oznacza to, że w przypadku, gdy na łożysko dociskowe obsługujące to sprzęgło nie oddziałuje żadna siła, to jest ono rozłączone i nie przenosi momentu obrotowego. Załączenie danego sprzęgła odbywa się z wykorzystaniem hydraulicznego siłownika, który za pośrednictwem dźwigni wywiera nacisk na łożysko dociskowe, które z kolei poprzez rozciętą sprężynę talerzową oddziałuje na tarczę dociskową i dociska tarczę sprzęgłową do koła zamachowego i przenosi moment obrotowy. Podczas gdy napęd przekazywany jest przez parę kół zębatych, z których jedno jest połączone z jednym z wałków sprzęgłowych, na drugim wale synchronizator (sterowany siłownikiem hydraulicznym) załącza bieg wyższy lub niższy od aktualnego wybranego. W momencie zmiany biegów następuje rozłączenie sprzęgła przenoszącego moment obrotowy, a załączenie sprzęgła, dla którego bieg został wcześniej załączony synchronizatorem.

Znane jest także rozwiązanie stosowane w wybranych samochodach marki Ford oraz Renault, opis w: Schaeffler Automotive Aftermarket GmbH & Co. KG, October 2014, The dry double clutch, Technology/special to ols - w tym rozwiązaniu są także wykorzystywane dwa suche sprzęgła cierne, pierwsze połączone z wałkiem obsługującym biegi nieparzyste, a drugie z wałkiem obsługującym biegi parzyste. Podobnie jak we wcześniejszym rozwiązaniu dwa sprzęgła są sprzęgłami normalnie otwartymi, a załączenie odbywa się w wyniku oddziaływania łożyska wyciskowego na rozciętą sprężynę talerzową. Różnica polega na zastosowaniu układu elektromechanicznego do sterowania pracą sprzęgieł. Każde ze sprzęgieł połączone jest z mechanizmem śrubowym, który wprawia w ruch liniowy suport z rolką, która to stanowi punkt podparcia środka dźwigni wywierającej nacisk jednym końcem na łożysko dociskowe. Na drugi koniec oddziałuje wstępnie ściśnięta sprężyna. Zmieniając położenie rolki zmienia się siła na końcu dźwigni oddziałującej na łożysko dociskowe.

Znane są także rozwiązania opisane w DE 10 2012 021 074, DE 10 2014 014 985 A1, WO 2014/004274 A1 , w których skrzynia jest wyposażona w dwa sprzęgła cierne mokre wielopłytkowe. Tutaj w każdym rozwiązaniu nacisk na pakiet płytek sprzęgłowych wywierany jest z wykorzystaniem ciśnienia płynu hydraulicznego wytwarzanego przez pompę zainstalowaną w skrzyni.

W dokumencie US 2015/025286 A1 przedstawiono rozwiązanie konstrukcyjne z dwoma ciernymi jednotarczowymi sprzęgłami suchymi o stożkowych powierzchniach tarcia. Pozwala to na uproszczenie budowy koła zamachowego i zmniejsza wymiary gabarytowe całego układu.

Znane jest także rozwiązanie US 2015/0240884 A1 , w którym przedstawiono układ z dwoma suchymi jednotarczowymi sprzęgłami ciernymi, których załączanie realizowane jest poprzez układ hydrauliczny, w którym ciśnienie oddziałuje na tłoczysko osadzone w obudowie, a siła z niego przekazywana jest na mechanizm dociskowy tarcz sprzęgłowych za pomocą wzdłużnych łożysk kulkowych.

Z dokumentów WO 12000706 A1 i US 2016053863 A znane są ogólnie konstrukcje skrzyni biegów, które posiadają dwa współosiowe główne wały napędowe, sprzęgane za pomocą sprzęgieł ciernych z kołem zamachowym, wał wyjściowy posiadający wiele kół zębatych oraz dwa pośrednie wały napędowe łączące współosiowe wały napędowe z wałem wyjściowym. Pośrednie wały napędowe posiadają szereg kół zębatych, przy czym koła zębate każdego z pośrednich wałów napędowych odpowiadają za różne biegi pojazdu. Te konstrukcje skrzyni biegów posiadają także wiele synchronizatorów na pośrednich wałach napędowych, które służą do załączenia odpowiednich kół zębatych.

Z dokumentu US 2011139563 A znana jest konstrukcja skrzyni biegów podobna do tej wymienionej powyżej, z tą różnicą, że ta skrzynia biegów posiada tylko jeden główny wał napędowy, zaś sprzęgła cierne są scalone z pośrednimi wałami napędowymi.

Celem wynalazku jest opracowanie takiej konstrukcji skrzyni biegów, która umożliwiałaby przeniesienie napędu z silnika na koła pojazdu w sposób ciągły, tzn. bez przerwy w przenoszeniu momentu obrotowego, w trakcie zmiany biegów na wyższe.

Skrzynia biegów dla pojazdu mechanicznego, zawierająca koło zamachowe; wał napędowy zewnętrzny i wał napędowy wewnętrzny, przy czym wał napędowy wewnętrzny jest współosiowy z i umieszczony wewnątrz wału napędowego zewnętrznego; dwa sprzęgła sprzęgane z kołem zamachowym, przy czym pierwsze sprzęgło jest sprzęgłem ciernym i jest osadzone na wale napędowym zewnętrznym, zaś drugie sprzęgło jest osadzone na wale napędowym wewnętrznym; wał wyjściowy,

PL 232 076 B1 na którym jest osadzonych na stałe wiele kół zębatych; pośredni zasadniczy wał napędowy, który łączy ze sobą wał napędowy zewnętrzny i wał wyjściowy, przy czym na pośrednim zasadniczym wale napędowym jest osadzonych wiele kół zębatych, które mogą się swobodnie obracać na pośrednim zasadniczym wale napędowym, zaś liczba tych kół zębatych jest równa liczbie kół zębatych na wale wyjściowym; pośredni pomocniczy wał napędowy, który łączy ze sobą wał napędowy wewnętrzny i wał wyjściowy, przy czym na pośrednim pomocniczym wale napędowym jest osadzonych wiele kół zębatych, które mogą się swobodnie obracać na pośrednim pomocniczym wale napędowym, zaś liczba tych kół zębatych jest o jeden mniejsza niż liczba kół zębatych na pośrednim zasadniczym wale napędowym, które odpowiadają za biegi do jazdy do przodu pojazdu; oraz wiele synchronizatorów, os adzonych zarówno na pośrednim zasadniczym wale napędowym, jak i na pośrednim pomocniczym wale napędowym, które to synchronizatory są elementami sprzęgającymi selektywnie koła zębate z odpowiednim spośród pośredniego zasadniczego wału napędowego i pośredniego pomocniczego wału napędowego; według wynalazku charakteryzuje się tym, że sprzęgło osadzone na wale napędowym wewnętrznym jest sprzęgłem jednokierunkowym; koła zębate osadzone na pośrednim zasadniczym wale napędowym obejmują wszystkie koła zębate związane z biegami do jazdy do przodu pojazdu, zaś koła zębate osadzone na pośrednim pomocniczym wale napędowym obejmują koła zębate związane z biegami do jazdy do przodu pojazdu od biegu pierwszego do biegu przedostatniego; koła zębate pośredniego zasadniczego wału napędowego, jak i pośredniego pomocniczego wału napędowego odpowiadające ze ten sam bieg do jazdy do przodu pojazdu są zazębione z tym samym kołem zębatym wału wyjściowego; a wartość przełożenia całkowitego pomiędzy wałem napędowym zewnętrznym a wałem wyjściowym jest równa wartości przełożenia całkowitego pomiędzy wałem napędowym wewnętrznym a wałem wyjściowym dla każdego zestawu kół zębatych odpowiedzialnych za ten sam bieg do jazdy do przodu pojazdu.

Korzystnie, zarówno pośredni zasadniczy wał napędowy, jak i pośredni pomocniczy wał napędowy są połączone z, odpowiednio, wałem napędowym zewnętrznym i wałem napędowym wewnętrznym za pomocą przekładni zębatych.

Korzystnie, pośredni zasadniczy wał napędowy jest połączony z wałem napędowym zewnętrznym za pomocą przekładni łańcuchowej, zaś pośredni pomocniczy wał napędowy stanowi przedłużenie wału napędowego wewnętrznego.

Korzystnie, dla danego biegu do jazdy do przodu pojazdu wartość przełożenia pomiędzy kołem zębatym pośredniego zasadniczego wału napędowego a odpowiadającym kołem zębatym wału wyjściowego jest taka sama jak wartość przełożenia pomiędzy korespondującym kołem zębatym, dla tego samego biegu do jazdy do przodu pojazdu i należącego do pośredniego pomocniczego wału napędowego, a odpowiednim kołem zębatym wału wyjściowego.

Korzystnie, na pośrednim zasadniczym wale napędowym, jak i na wale wyjściowym są usytuowane dwa dodatkowe koła zębate dla biegu wstecznego, po jednym na każdym wale, zaś pomiędzy tymi dwoma dodatkowymi kołami zębatymi jest usytuowane i zazębione z nimi trzecie koło zębate w celu odwracania kierunku obrotów.

Korzystnie, sprzęgło cierne zawiera tarczę sprzęgłową i okładziny cierne i jest połączone z wałem napędowym zewnętrznym za pomocą połączenia wielowypustowego.

Korzystnie, sprzęgło jednokierunkowe zawiera korpus, trzpienie załączające usytuowane wewnątrz korpusu, elementy blokujące sprzęgane z kołem zamachowym, sprężyny dociskowe łączące trzpienie załączające z elementami blokującymi oraz sprężyny powrotne łączące elementy blokujące z korpusem, zaś skrzynia biegów zawiera ponadto trzpień przesuwny, umieszczony w wale napędowym wewnętrznym i napędzany przez silnik liniowy, przy czym trzpień przesuwny zawiera część sterującą do przemieszczania trzpieni załączających i tym samym załączania sprzęgła jednokierunkowego.

Konstrukcja skrzyni biegów według wynalazku ma tę zaletę, że w przeciwieństwie do znanych rozwiązań konstrukcyjnych skrzyń dwusprzęgłowych wymaga sterowania tylko jednym sprzęgłem ciernym. Praca drugiego sprzęgła - tzn. jednokierunkowego - wynika ze specyfiki jego budowy i jego rozłączenie zachodzi w przypadku tej konstrukcji samoczynnie, dokładnie w momencie, gdy sprzęgło cierne zaczyna przenosić cały moment obrotowy. Konstrukcja ta ułatwia istotnie opracowanie algorytmu sterowania pracą skrzyni biegów. Znacznie upraszcza się także algorytm adaptacyjny związany z eksploatacyjnym zużywaniem się sprzęgła. Taka konstrukcja pozwala także na zachowanie stałej, dobrej jakości przełączania biegów w czasie całej eksploatacji pojazdu.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym:

Fig. 1 przedstawia w widoku w przekroju schemat skrzyni biegów według wynalazku;

PL 232 076 B1

Fig. 2 przedstawia w widoku w przekroju schemat skrzyni biegów według wynalazku w trakc ie ruszania pojazdu;

Fig. 3 przedstawia w widoku w przekroju schemat skrzyni biegów według wynalazku w trakcie jazdy na pierwszym biegu;

Fig. 4 przedstawia w widoku w przekroju schemat skrzyni biegów według wynalazku w trakcie przygotowania do zmiany biegu z pierwszego na drugi - etap 1;

Fig. 5 przedstawia w widoku w przekroju schemat skrzyni biegów według wynalazku w trakcie przygotowania do zmiany biegu z pierwszego na drugi - etap 2;

Fig. 6 przedstawia w widoku w przekroju schemat skrzyni biegów według w ynalazku w trakcie zmiany biegu z pierwszego na drugi;

Fig. 7 przedstawia w widoku w przekroju schemat skrzyni biegów według wynalazku w trakcie jazdy na drugim biegu zaraz po zmianie z pierwszego biegu (sprzęgło jednokierunkowe ślizga się); zaś

Fig. 8 przedstawia w widoku w przekroju schemat skrzyni biegów według wynalazku w trakcie jazdy na drugim biegu, przy rozłączonym sprzęgle jednokierunkowym;

Fig. 9 przedstawia w widoku w przekroju A-A z figur 1,2, 3 i 8 sprzęgło jednokierunkowe w stanie rozłączonym;

Fig. 10 przedstawia w widoku w przekroju A-A z figury 4 sprzęgło jednokierunkowe załączone, gdy jego prędkość obrotowa jest taka sama jak koła zamachowego silnika;

Fig. 11 przedstawia w widoku w przekroju A-A z figur 5 i 6 sprzęgło jednokierunkowe załączone, przenoszące moment obrotowy z silnika na wał napędowy wewnętrzny; zaś

Fig. 12 przedstawia w widoku w przekroju A-A z figury 7 sprzęgło jednokierunkowe załączone, pracujące w poślizgu, czyli nie przenoszące momentu obrotowego.

W skrzyni biegów według wynalazku, moment obrotowy z wału korbowego 1 silnika przenoszony jest na koło zamachowe 2, łączone sztywno z wałem korbowym 1, i za pośrednictwem oprawy 3 sprzęgła na tarczę dociskową 4, na którą poprzez rozciętą sprężynę talerzową 7 oddziałuje łożysko dociskowe 9, osadzone na tulei prowadzącej 8.

Skrzynia biegów według wynalazku wyposażona jest w dwa sprzęgła, przy czym pierwsze z nich (zasadnicze) jest jednotarczowym suchym sprzęgłem ciernym o regulowanej sile docisku, zawierającym tarczę sprzęgłową 6 oraz okładziny cierne 5 i przenoszącym moment obrotowy podczas pracy na wszystkich biegach w normalnych warunkach pracy, tj. ruszania pojazdu, podczas przyspieszania na kolejnych przełożeniach, jazdy ze stałą prędkością oraz hamowania silnikiem, natomiast drugie sprzęgło jest sprzęgłem jednokierunkowym (tzw. wolnobieg) zawierającym korpus 10, trzpienie załączające 14 usytuowane wewnątrz korpusu 10, elementy blokujące 11 sprzęgane z kołem zamachowym 2, sprężyn y dociskowe 12 oraz sprężyny powrotne 13 elementu blokującego 11, które łączą, odpowiednio, trzpienie załączające 14 z elementami blokującymi 11 oraz korpus 10 z elementami blokującymi 11, a także sworznie 15, stanowiące oś obrotu elementu blokującego 11.

Tarcza sprzęgłowa 6 znajduje się pomiędzy tarczą dociskową 4 a kołem zamachowym 2, zaś sprzęgło jednokierunkowe jest usytuowane pomiędzy kołem zamachowym 2 a tarczą sprzęgłową 6. Sprzęgło jednokierunkowe przenosi moment obrotowy z powierzchni walcowej 16 koła zamachowego 2 tylko w trakcie zmiany biegów i bezpośrednio przed nią, kiedy sprzęgło cierne zostaje rozłączone lub pracuje w poślizgu, a silnik generuje moment obrotowy Ms o wartości większej niż moment oporu wynikający z oporów ruchu pojazdu. Każde ze sprzęgieł, w odpowiednim momencie pracy skrzyni biegów, może być sprzęgane z i odbierać napęd z koła zamachowego 2.

Korzystnie, średnica wewnętrzna okładziny ciernej 5 jest większa od średnicy powierzchni walcowej 16 koła zamachowego 2, współpracującej z elementami sprzęgła kłowego, które z kolei odpowiadają za blokowanie tego sprzęgła.

Sprzęgło cierne, a dokładniej jego tarcza sprzęgłowa 6, połączona jest przy pomocy połączenia wielowypustowego 24 z i przenosi napęd na wał napędowy zewnętrzny 18, który jest wydrążony i wyposażony w koło zębate 28 przenoszące dalej napęd na koło zębate 30 pośredniego zasadniczego wału napędowego 25. Sprzęgło jednokierunkowe jest połączone z i przenosi napęd na wał napędowy wewnętrzny 17. Wał napędowy wewnętrzny 17 jest osadzony w łożysku 22 środkującym wał napędowy wewnętrzny 17 w kole zamachowym 2 oraz w łożysku 23, osadzonym w kolei w wale napędowym zewnętrznym 18 i centrującym wał napędowy zewnętrzny 18 względem wału napędowego wewnętrznego 17. Jak widać z załączonych figur, wał napędowy wewnętrzny 17 jest umieszczony w wale napędowym zewnętrznym 18 i oba te wały są współosiowe. Wał napędowy wewnętrzny 17 jest wyposażony

PL 232 076 B1 w koło zębate 29, przenoszące napęd na koło zębate 31 pośredniego pomocniczego wału napędowego 26. Pośredni zasadniczy wał napędowy 25 osadzony w łożyskach 52 oraz pośredni pomocniczy wał napędowy 26 osadzony w łożyskach 54 przenoszą napęd za pomocą osadzonych na nich walcowych kół zębatych (odpowiednio: 32, 33, 34, 35, 36 oraz 42, 43, 44, 45) o zazębieniu zewnętrznym i osadzonych na łożyskach igiełkowych 55. Innymi słowy, koła zębate 32, 33, 34, 35, 36, 42, 43, 44, 45 nie są na stałe sztywno połączone z odpowiednimi pośrednimi wałami napędowymi, lecz są z nimi sprzęgane selektywnie za pomocą synchronizatorów, co zostanie opisane bardziej szczegółowo w dalszej części niniejszego opisu. Znaczy to, że gdy koła zębate 32, 33, 34, 35, 36, 42, 43, 44, 45 nie są sprzęgnięte z odpowiednimi synchronizatorami to mogą się one swobodnie obracać na swoich pośrednich wałach napędowych.

Koła zębate 28, 30 i koła zębate 29, 31 tworzą przekładnie zębate łączące pośrednie wały napędowe z wałem napędowym zewnętrznym 18 i wałem napędowym wewnętrznym 17.

W wale napędowym wewnętrznym 17 jest umieszczony trzpień przesuwny 19, który jest napędzany przez silnik liniowy 21. Trzpień przesuwny 19 zawiera część sterującą 20 do przemieszczania trzpieni załączających 14 i tym samym załączania sprzęgła jednokierunkowego.

Wał wyjściowy 27 skrzyni biegów osadzony jest w łożyskach 53. Na wale wyjściowym 27 osadzone są na stałe koła zębate 37, 38, 39, 40 oraz 41 (liczba kół zębatych na wale wyjściowym 27 odpowiada liczbie biegów w skrzyni biegów).

Napęd z pośredniego zasadniczego wału napędowego 25 przenoszony jest na koła zębate 32, 33, 34, 35, 36 za pośrednictwem synchronizatorów 46, 47, 48. Z kolei napęd z pośredniego pomocniczego wału napędowego 26 przenoszony jest na koła zębate 42, 43, 44, 45 za pomocą synchronizatorów 49, 50. Synchronizatory 46, 47, 48, 49, 50 są osadzone na odpowiednich wałach za pomocą połączeń wielowypustowych 51. Załączenie wybranego synchronizatora powoduje, że wybrane koło zębate obraca się w sposób sztywny z danym pośrednim wałem napędowym, co dalej powoduje przeniesienie momentu obrotowego na, osadzone w sposób trwały, określone koło zębate wału wyjściowego 27 i dalej na mechanizm różnicowy i koła napędowe.

W skrócie, pośredni zasadniczy wał napędowy 25 łączy ze sobą wał napędowy zewnętrzny 18 i wał wyjściowy 27, zaś pośredni pomocniczy wał napędowy 26 łączy ze sobą wał napędowy wewnętrzny 17 i wał wyjściowy 27.

Koła zębate 37, 38, 39, 40, 41 są osadzone na wale wyjściowym 27 w sposób trwały. Określone pary kół zębatych są zazębione na stałe, i tak: koło zębate 37 dla biegu pierwszego jest stale zazębione z kołami zębatymi 32 i 42, koło zębate 38 jest stale zazębione z kołami zębatymi 33 i 43, koło zębate 39 jest stale zazębione z kołami zębatymi 34 i 44, koło zębate 40 jest stale zazębione z kołami zębatymi 35 i 45, zaś koło zębate 41, odpowiadające najwyższemu biegowi skrzyni biegów do jazdy do przodu pojazdu, jest zazębione tylko z kołem zębatym 36 na pośrednim zasadniczym wale napędowym 25. Tak utworzone zestawy kół 32, 37, 42; 33, 38, 43; 34, 39, 44; 35, 40, 45; 36, 41 łączą w sobie koła zębate odpowiedzialne za jeden i ten sam bieg skrzyni biegów do jazdy do przodu, odpowiednio od pierwszego do ostatniego. Koła zębate 32, 33, 34, 35, 36 odpowiadają wszystkim biegom skrzyni biegów według wynalazku do jazdy do przodu pojazdu, od pierwszego do ostatniego, zaś koła zębate 42, 43, 44, 45 odpowiadają biegom od pierwszego do przedostatniego biegu najwyższego do jazdy do przodu. Innymi słowy, pośredni pomocniczy wał napędowy 26 jest pozbawiony koła zębatego dla najwyższego/ostatniego biegu do jazdy do przodu pojazdu.

W przedstawionym przykładzie wykonania, koła zębate 32, 37, 42 odpowiadają pierwszemu biegowi, koła zębate 33, 38, 43 odpowiadają drugiemu biegowi itd., i są one rozmieszone w tej kolejności na swoich wałach, patrząc od strony wału korbowego 1 silnika. Oczywiście, kolejność tę można bez problemu odwrócić, tzn. najpierw zestawy kół zębatych dla biegu ostatniego, a na końcu zestawy kół zębatych dla biegu pierwszego, patrząc od strony wału korbowego 1 silnika.

W przedstawionym przykładzie wykonania przełożenie pomiędzy kołami zębatymi 28 i 30, a także kołami zębatymi 29 i 31 jest takie samo. Co więcej, przełożenia pomiędzy kołami zębatymi 32, 33, 34, 35 osadzonymi na pośrednim zasadniczym wale napędowym 25 a kołami zębatymi 37, 38, 39, 40 na wale wyjściowym 27 są takie same co korespondujące przełożenia pomiędzy odpowiednimi kołami zębatymi 42, 43, 44, 45 osadzonymi na pośrednim pomocniczym wale napędowym 26 a kołami zębatymi 37, 38, 39, 40 na wale wyjściowym 27 dla każdego z biegów. Jednakże, wynalazek nie jest ograniczony tylko do takiej konfiguracji. Bardziej ogólnie, ważne jest, aby iloczyny przełożeń dla danego biegu pomiędzy wałami napędowymi 17, 18 a wałem wyjściowym 27 (za pośrednictwem odpowiednich pośred

PL 232 076 B1 nich wałów napędowych i ich kół zębatych) były takie same. Na przykład, dla danego biegu, w tym przykładzie dla biegu pierwszego, iloczyn przełożenia pomiędzy kołami zębatymi 28, 30 i przełożenia pomiędzy kołami zębatymi 32, 37 musi być taki sam jak iloczyn przełożenia pomiędzy kołami zębatymi 29, 31 i przełożenia pomiędzy kołami zębatymi 42, 37, mimo że przełożenie pomiędzy kołami zębatymi 28, 30 może być odmienne względem przełożenia pomiędzy kołami zębatymi 29, 31 itd. To samo odnosi się odpowiednio dla kolejnych zestawów kół dla wyższych biegów. Jeszcze bardziej ogólnie, ważne jest aby dla danego biegu przełożenie całkowite (za pośrednictwem pośredniego zasadniczego wału napędowego 25) pomiędzy wałem napędowym zewnętrznym 18 a wałem wyjściowym 27 było takie same jak przełożenie całkowite (za pośrednictwem pośredniego pomocniczego wału napędowego 26) pomiędzy wałem napędowym wewnętrznym 17 a wałem wyjściowym 27 dla tego samego biegu.

Ponieważ skrzynia biegów według wynalazku ma za zadanie zapewnić nieprzerwane przenoszenie momentu obrotowego z silnika na koła napędowe w trakcie zmiany biegu na wyższy, dla biegów do jazdy do przodu na pośrednim pomocniczym wale napędowym 26 znajduje się zawsze o jedno koło zębate mniej niż na pośrednim zasadniczym wale napędowym 25. W opisywanym przypadku jest to pięć biegów. Oczywiście, w innych przykładach wykonania, specjalista w danej dziedzinie techniki będzie mógł zastosować dowolną liczbę biegów przez proste dodanie lub odjęcie odpowiedniej ilości kół zębatych na pośrednich wałach napędowych i na wale wyjściowym.

Należy zauważyć, że w trakcie pracy skrzyni biegów według wynalazku i procesu przełączania biegów sterowane jest tylko sprzęgło cierne, natomiast sprzęgło jednokierunkowe, dzięki swojej specyfice pracy nie wymaga żadnego sterowania, gdyż jego rozłączanie przebiega samoczynnie.

W celu zachowania przejrzystości figur nie przedstawiono na nich kół zębatych dla biegu wstecznego, koła zębate przedstawione na pośrednim zasadniczym wale napędowym 25, pośrednim pomocniczym wale napędowym 26 i wale wyjściowym 27 są kołami zębatymi dla biegów służących do jazdy pojazdu do przodu. Oczywistym jest, że skrzynia biegów według wynalazku może zawierać dodatkowe koła zębate dla biegu wstecznego. W takim przypadku koło zębate biegu wstecznego jest osadzone na pośrednim zasadniczym wale napędowym 25, zaś odbiorcze koło zębate jest osadzone na wale wyjściowym 27. W celu zapewnienia odwrócenia obrotów dla biegu wstecznego, pomiędzy kołem zębatym pośredniego zasadniczego wału napędowego 25 a odpowiednim kołem zębatym wału wyjściowego 27 jest usytuowane dodatkowe koło zębate. Taki zestaw kół zębatych dla biegu wstecznego może znajdować się zarówno od strony koła zębatego dla biegu pierwszego, jak i dla koła zębatego dla biegu ostatniego.

W innym, szczególnym przykładzie wykonania wynalazku, nieprzedstawionym na rysunku, pośredni pomocniczy wał napędowy 26 może stanowić przedłużenie wału napędowego wewnętrznego 17, czyli skrzynia biegów według wynalazku nie posiada kół zębatych 29, 31. Można powiedzieć, że przełożenie pomiędzy wałem napędowym wewnętrznym 17 a pośrednim pomocniczym wałem napędowym 26 wynosi 1. Oczywiście, warunek identyczności przełożeń całkowitych dla par wał napędowy wewnętrzny 17 - wał wyjściowy 27 i wał napędowy zewnętrzny 18 - wał wyjściowy 27 musi być nadal spełniony przez dobór odpowiednich przełożeń kół zębatych. Taka konstrukcja zmienia przestrzenne położenie wału wyjściowego 27, ale jednocześnie znacznie upraszcza budowę skrzyni biegów według wynalazku, zaś zasada działania pozostaje bez zmian. Wymagane jest jednak, ze względu na konieczność zachowania jednakowego kierunku obrotu wałów pośrednich, aby pośredni zasadniczy wał napędowy 25 był napędzany przez wał napędowy zewnętrzny 18 poprzez przekładnię łańcuchową, która nie odwraca kierunku obrotów, jak ma to miejsce dla przekładni zębatej.

W jeszcze innym korzystnym przykładzie wykonania wynalazku, przekładnie zębate przekazujące napęd z wału napędowego zewnętrznego 18 na pośredni zasadniczy wał napędowy 25 oraz z wału napędowego wewnętrznego 17 na pośredni pomocniczy wał napędowy 26 maja taką samą wartość przełożenia wynoszącą 1. W takim przypadku, z kołami zębatymi 37, 38, 39, 40 osadzonymi w sposób trwały na wale wyjściowym współpracują koła zębate pośredniego zasadniczego wału napędowego i pośredniego pomocniczego wału napędowego, które posiadają taka samą liczbę zębów.

Zasada działania skrzyni biegów według wynalazku jest przedstawiona poniżej. W trakcie ruszania, patrz Fig. 2, załączony jest synchronizator 46 biegu pierwszego (koła zębate 32, 37) na pośrednim zasadniczym wale napędowym 25. Pozostałe synchronizatory 47, 48 pośredniego zasadniczego wału napędowego 25 oraz synchronizatory 49, 50 pośredniego pomocniczego wału napędowego 26 pozostają rozłączone. Elementy blokujące 11 sprzęgła jednokierunkowego pozostają w położeniu spoczynkowym (nie przenoszą momentu obrotowego Ms silnika, patrz Fig. 9). Układ sterujący przesuwa łożysko dociskowe 9 w kierunku koła zamachowego 2 i wywiera siłę na rozciętą sprężynę talerzową 7, która oddziałuje na tarczę dociskową 4 i dociska okładziny 5 tarczy sprzęgłowej 6 do koła zamachowego 2. Samochód

PL 232 076 B1 zaczyna ruszać. Gdy prędkość obrotowa n_s wału korbowego 1 silnika i tarczy sprzęgłowej 6 wyrównają się następuje całkowite załączenie sprzęgła ciernego, patrz Fig. 3, samochód dalej przyspiesza.

Przed zmianą biegu na drugi, synchronizator 49 pośredniego pomocniczego wału napędowego 26 zostaje załączony z kołem zębatym 42 pośredniego pomocniczego wału napędowego 26, patrz Fig. 4. W tym przypadku, przełożenie pary kół zębatych 42 i 37 oraz przełożenie 32 i 37 są takie same, dlatego prędkość obrotowa pośredniego pomocniczego wału napędowego 26 wyrównuje się z prędkością obrotową pośredniego zasadniczego wału napędowego 25. Następnie elektryczny silnik liniowy 21 przesuwa trzpień przesuwny 19 w stronę koła zamachowego 2, co powoduje jednocześnie przesunięcie części sterującej 20 trzpienia przesuwnego 19, co powoduje dalej rozsunięcie/wysunięcie trzpieni załączających 14 sprzęgła jednokierunkowego i dociśnięcie elementów blokujących 11 poprzez sprężyny dociskowe 12 do powierzchni walcowej 16 koła zamachowego 2. To przesunięcie powoduje załączenie sprzęgła jednokierunkowego, patrz Fig. 10, które ma taką samą prędkość obrotową nsprz jak silnik ns.

Następnie rozpoczyna się proces zmiany biegu na wyższy (w tym przypadku drugi - patrz Fig. 5). Sprzęgło cierne zostaje rozłączone, a łożysko dociskowe 9 oddala się od koła zamachowego 2 do położenia spoczynkowego, w którym sprzęgło cierne nie przenosi momentu obrotowego Ms silnika. Teraz cały moment obrotowy Ms silnika, który ma większą wartość niż moment oporu na sprzęgle jednokierunkowym Msprz, jest przekazywany na wał wyjściowy 27 skrzyni biegów przez załączone sprzęgło jednokierunkowe pracujące z taką samą prędkością obrotową nsprz jak silnik ns, patrz Fig. 11, i pośredni pomocniczy wał napędowy 26. Ponieważ w tym przypadku koło zębate 42 ma taką samą średnicę jak koło zębate 32, to silnik zwiększa swoją prędkość obrotową ns w sposób ciągły, ciągłe jest też przyspieszenie liniowe samochodu. Następnie następuje przesunięcie synchronizatora 46 na pośrednim zasadniczym wale napędowym 25 w prawo i załączenie koła zębatego 33 biegu drugiego. W tym czasie napęd z silnika na koła jest dalej przenoszony przez sprzęgło jednokierunkowe i pośredni pomocniczy wał napędowy 26. Po załączeniu biegu drugiego na pośrednim zasadniczym wale napędowym 25, tarcza sprzęgłowa 6 obraca się z mniejszą prędkością obrotową niż koło zamachowe 2, gdyż drugi bieg ma mniejszą wartość przełożenia niż pierwszy. Zmiana biegu następuje w rzeczywistości w momencie załączenia sprzęgła ciernego, patrz Fig. 6, co następuje w sposób następujący: układ sterujący przesuwa łożysko dociskowe 9 z coraz większą siłą w kierunku koła zamachowego 2. Na tym etapie sprzęgło cierne pracuje w poślizgu. W tej chwili moment obrotowy Ms z silnika jest przenoszony równocześnie przez sprzęgło jednokierunkowe i pracujące w poślizgu sprzęgło cierne. Siła na tarczy dociskowej 4 narasta do chwili, gdy moment oporu ze strony sprzęgła ciernego (a wynikający z bezwładności pojazdu) jest równy momentowi obrotowemu Ms silnika. Gdy moment oporu pochodzący od sprzęgła ciernego wzrośnie do wartości momentu oporu Msprz sprzęgła jednokierunkowego, to całość momentu obrotowego jest wtedy przekazywana przez sprzęgło cierne, które pracuje w poślizgu, gdyż prędkość obrotowa ns koła zamachowego jest większa niż prędkość obrotowa tarczy sprzęgłowej 6. W tym momencie następuje chwilowe przymknięcie przepustnicy w celu zmniejszenia prędkości obrotowej Ms silnika, a co za tym idzie koła zamachowego 2 i wyrównanie jej z prędkością obrotową tarczy sprzęgłowej 6. Wtedy następuje całkowite załączenie sprzęgła ciernego, patrz Fig. 7, a sprzęgło jednokierunkowe pracuje jako wolnobieg i nie przenosi momentu obrotowego, tzn. elementy blokujące 11 ślizgają się po powierzchni walcowej 16 koła zamachowego 2, patrz Fig. 12. Samochód dalej zwiększa prędkość na biegu drugim. W momencie, gdy cały moment obrotowy Ms jest przenoszony przez sprzęgło cierne, to sprzęgło jednokierunkowe, które ma większą prędkość obrotową nsprz niż silnik ns i pracuje w poślizgu, może zostać rozłączone, a synchronizator 49 przesunięty do położenia spoczynkowego, tj. gdy nie jest załączony żaden bieg na pośrednim pomocniczym wałku napędowym 26. Załączenie kolejnych biegów przebiega analogicznie do opisanej powyżej zmiany z biegu pierwszego na drugi. Oczywiście, zakładana praca układu jest możliwa tylko wtedy, gdy moment obrotowy Ms silnika jest większy niż moment oporu wynikający z sił przeciwdziałających ruchowi pojazdu, co ma miejsce w trakcie przyspieszania pojazdu.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Skrzynia biegów dla pojazdu mechanicznego, zawierająca:

   koło zamachowe (2);

   wał napędowy zewnętrzny (18) i wał napędowy wewnętrzny (17), przy czym wał napędowy wewnętrzny (17) jest współosiowy z i umieszczony wewnątrz wału napędowego zewnętrznego (18);

   PL 232 076 B1 dwa sprzęgła sprzęgane z kołem zamachowym (2), przy czym pierwsze sprzęgło jest sprzęgłem ciernym i jest osadzone na wale napędowym zewnętrznym (18), zaś drugie sprzęgło jest osadzone na wale napędowym wewnętrznym (17); wał wyjściowy (27), na którym jest osadzonych na stałe wiele kół zębatych (37, 38, 39, 40, 41);

   pośredni zasadniczy wał napędowy (25), który łączy ze sobą wał napędowy zewnętrzny (18) i wał wyjściowy (27), przy czym na pośrednim zasadniczym wale napędowym (25) jest osadzonych wiele kół zębatych (32, 33, 34, 35, 36), które mogą się swobodnie obracać na pośrednim zasadniczym wale napędowym (25), zaś liczba tych kół zębatych (32, 33, 34, 35, 36) jest równa liczbie kół zębatych (37, 38, 39, 40, 41) na wale wyjściowym (27);

   pośredni pomocniczy wał napędowy (26), który łączy ze sobą wał napędowy wewnętrzny (17) i wał wyjściowy (27), przy czym na pośrednim pomocniczym wale napędowym (26) jest osadzonych wiele kół zębatych (42, 43, 44, 45), które mogą się swobodnie obracać na pośrednim pomocniczym wale napędowym (26), zaś liczba tych kół zębatych (42, 43, 44, 45) jest o jeden mniejsza niż liczba kół zębatych (32, 33, 34, 35, 36) na pośrednim zasadniczym wale napędowym (25), które odpowiadają za biegi do jazdy do przodu pojazdu; oraz wiele synchronizatorów (46, 47, 48, 49, 50), osadzonych zarówno na pośrednim zasadniczym wale napędowym (25) jak i na pośrednim pomocniczym wale napędowym (26), które to synchronizatory (46, 47, 48, 49, 50) są elementami sprzęgającymi selektywnie koła zębate (32, 33, 34, 35, 36; 42, 43, 44, 45) z odpowiednim spośród pośredniego zasadniczego wału napędowego (25) i pośredniego pomocniczego wału napędowego (26);

   znamienna tym, że sprzęgło osadzone na wale napędowym wewnętrznym (17) jest sprzęgłem jednokierunkowym; koła zębate (32, 33, 34, 35, 36) osadzone na pośrednim zasadniczym wale napędowym (25) obejmują wszystkie koła zębate związane z biegami do jazdy do przodu pojazdu, zaś koła zębate (42, 43, 44, 45) osadzone na pośrednim pomocniczym wale napędowym (26) obejmują koła zębate związane z biegami do jazdy do przodu pojazdu od biegu pierwszego do biegu przedostatniego;

   koła zębate (32, 33, 34, 35; 42, 43, 44, 45) pośredniego zasadniczego wału napędowego (25), jak i pośredniego pomocniczego wału napędowego (26) odpowiadające ze ten sam bieg do jazdy do przodu pojazdu są zazębione z tym samym kołem zębatym (37, 38, 39, 40) wału wyjściowego (27);

   a wartość przełożenia całkowitego pomiędzy wałem napędowym zewnętrznym (18) a wałem wyjściowym (27) jest równa wartości przełożenia całkowitego pomiędzy wałem napędowym wewnętrznym (17) a wałem wyjściowym (27) dla każdego zestawu kół zębatych (32, 37, 42; 33, 38, 43; 34, 39, 44; 35, 40, 45) odpowiedzialnych za ten sam bieg do jazdy do przodu pojazdu.
2. 2. Skrzynia biegów według zastrz. 1, znamienna tym, że zarówno pośredni zasadniczy wał napędowy (25), jak i pośredni pomocniczy wał napędowy (26) są połączone z, odpowiednio, wałem napędowym zewnętrznym (18) i wałem napędowym wewnętrznym (17) za pomocą przekładni zębatych (28, 30; 29, 31).
3. 3. Skrzynia biegów według zastrz. 1, znamienna tym, że pośredni zasadniczy wał napędowy (25) jest połączony z wałem napędowym zewnętrznym (18) za pomocą przekładni łańcuchowej, zaś pośredni pomocniczy wał napędowy (26) stanowi przedłużenie wału napędowego wewnętrznego (17).
4. 4. Skrzynia biegów według dowolnego spośród zastrz. poprzednich, znamienna tym, że dla danego biegu do jazdy do przodu pojazdu wartość przełożenia pomiędzy kołem zębatym (32, 33, 34, 35) pośredniego zasadniczego wału napędowego (25) a odpowiadającym kołem zębatym (37, 38, 39, 40) wału wyjściowego (27) jest taka sama jak wartość przełożenia pomiędzy korespondującym kołem zębatym (42, 43, 44, 45), dla tego samego biegu do jazdy do przodu pojazdu i należącego do pośredniego pomocniczego wału napędowego (26), a odpowiednim kołem zębatym (37, 38, 39, 40) wału wyjściowego (27).
5. 5. Skrzynia biegów według dowolnego spośród zastrzeżeń poprzednich, znamienna tym, że na pośrednim zasadniczym wale napędowym (25), jak i na wale wyjściowym (27) są usytuowane dwa dodatkowe koła zębate dla biegu wstecznego, po jednym na każdym wale, zaś pomiędzy tymi dwoma dodatkowymi kołami zębatymi jest usytuowane i zazębione z nimi trzecie koło zębate w celu odwracania kierunku obrotów.

   PL 232 076 B1
6. 6. Skrzynia biegów według dowolnego spośród zastrz. poprzednich, znamienna tym, że sprzęgło cierne zawiera tarczę sprzęgłową (6) i okładziny cierne (5) i jest połączone z wałem napędowym zewnętrznym (18) za pomocą połączenia wielowypustowego (24).
7. 7. Skrzynia biegów według dowolnego spośród zastrz. poprzednich, znamienna tym, że sprzęgło jednokierunkowe zawiera korpus (10), trzpienie załączające (14) usytuowane wewnątrz korpusu (10), elementy blokujące (11) sprzęgane z kołem zamachowym (2), sprężyny dociskowe (12) łączące trzpienie załączające (14) z elementami blokującymi (11) oraz sprężyny powrotne (13) łączące elementy blokujące (11) z korpusem (10), zaś skrzynia biegów zawiera ponadto trzpień przesuwny (19), umieszczony w wale napędowym wewnętrznym (17) i napędzany przez silnik liniowy (21), przy czym trzpień przesuwny (19) zawiera część sterującą (20) do przemieszczania trzpieni załączających (14) i tym samym załączania sprzęgła jednokierunkowego.