RU2195590C1

RU2195590C1 - Planetary gearbox

Info

Publication number: RU2195590C1
Application number: RU2001123799/28A
Authority: RU
Original assignee: Открытое акционерное общество "Чебоксарский завод промышленных тракторов"
Priority date: 2001-08-27
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2002-12-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: invention can be used in multiple-speed gearboxes of vehicles. End face of planetary mechanism carrier engages with synchronization ring of under-drive being provided with cylindrical belt setting radial clearance between ring and carrier, with direct shifted-in, smaller than radial clearance between conical surfaces of synchronization ring and underdrive clutch member. Limiting steps are made on crown gear at each wall from side of locking pins to provide stable clearance between conical surfaces. Such design precludes contacting of conical surfaces of synchronization ring and underdrive clutch member. Additional machining of idle surfaces of synchronization ring and balancing of ring are not required. EFFECT: facilitated manufacture of planetary gearbox. 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в многоступенчатых коробках передач транспортных средств. В тяжелых транспортных средствах планетарную двухступенчатую коробку передач (демультипликатор) подсоединяют к основной коробке передач для увеличения вдвое числа передач. The invention relates to mechanical engineering and can be used in multi-stage gearboxes of vehicles. In heavy vehicles, a planetary two-stage gearbox (demultiplier) is connected to the main gearbox to double the number of gears.

Наиболее близкой к заявленному изобретению является планетарная коробка передач, защищенная патентом РФ 3 1835889 (1). Для поочередного соединения коронной шестерни либо с корпусом, либо с выходным валом эта коробка передач имеет две расположенные по равные стороны от коронной шестерни зубчатые полумуфты с наружными конусами трения и два синхронизирующих кольца с внутренними конусами трения. Одна из полумуфт соединена с корпусом, другая - с выходным валом. Коронная шестерня имеет по торцам два зубчатых венца с внутренними зубьями и аксиально направленные пазы с блокирующими и фиксаторными скосами, а синхронизирующие кольца имеют радиальные выступы, размещенные в указанных пазах. На радиальных выступах выполнены также блокирующие скосы, взаимодействующие в процессе переключения передач с блокирующими скосами пазов коронной шестерни с помощью пружин и упорных штифтов фиксаторов, установленных в тангенциально направленных гнездах радиальных выступов синхронизирующих колец. Головки штифтов взаимодействуют с фиксаторными скосами пазов коронной шестерни. Closest to the claimed invention is a planetary gearbox protected by RF patent 3 1835889 (1). For alternating connection of the ring gear with either the housing or the output shaft, this gearbox has two gear half-couplings located on equal sides from the ring gear with external friction cones and two synchronizing rings with internal friction cones. One of the coupling halves is connected to the housing, the other to the output shaft. The ring gear has two gears with internal teeth and axially directed grooves with locking and locking bevels at the ends, and the synchronizing rings have radial protrusions located in these grooves. The blocking bevels are also made on the radial protrusions, interacting during gear shifting with the blocking bevels of the ring gear grooves using springs and retaining pins of the latches installed in the tangentially directed sockets of the radial protrusions of the synchronizing rings. The heads of the pins interact with the locking bevels of the grooves of the ring gear.

Коронная шестерня подвижна в осевом направлении и связана с механизмом переключения передач. Крайние положения коронной шестерни соответствуют включению либо понижающей передачи при соединении шестерни через полумуфту с корпусом, либо прямой передачи при соединении коронной шестерни через полумуфту с выходным валом. Для переключения передач коронную шестерню перемещают в осевом направлении из одного крайнего положения в другое. The ring gear is axially movable and is connected to a gear shift mechanism. The extreme positions of the ring gear correspond to the inclusion of either a reduction gear when connecting the gear through the coupling half to the housing, or direct gear when connecting the ring gear through the coupling half with the output shaft. To change gears, the ring gear is axially moved from one extreme position to another.

Установка в рабочее положение блокирующих и фиксаторных скосов пазов коронной шестерни относительно блокирующих скосов и фиксаторных штифтов выступов синхронизирующих колец производится за счет ограничения хода колец при упоре их в торцы водила. The locking and fixing bevels of the ring gear grooves are installed in the working position relative to the blocking bevels and the locking pins of the protrusions of the synchronizing rings by limiting the stroke of the rings when they rest against the ends of the carrier.

В данной конструкции так же, как и в других конструкциях планетарных коробок передач (2) и синхронизаторов, синхронизирующие кольца со стороны, противоположной включенной передаче, опираются при вращении на конические поверхности зубчатых полумуфт и постоянно трутся о них, что естественно приводит к износу конических поверхностей при их холостой (нерабочей) прокрутке. Особенно данный нежелательный эффект проявляется в планетарных коробках передач, которые имеют большие диаметры конических поверхностей, необходимые дня высокой мощности синхронизатора и большие разности оборотов между коническими поверхностями. Так, при включенной прямой передаче, когда полумуфта понижающей передачи, соединенная с корпусом, не вращается, а синхронизирующее кольцо вращается вместе с выходным валом, скорость вращения которого может превышать 3000 об/мин, относительные окружные скорости вращения конических поверхностей имеют большие величины. В существующих планетарных коробках передач они достигают величин 40 м/с и более. При таких окружных скоростях даже при малых величинах дисбаланса синхронизирующего кольца происходит интенсивный износ, а иногда и пригорание конических поверхностей, что приводит к отказам в работе синхронизатора, снижению ресурса его работы. Для уменьшения этого нежелательного явления требуется точная механическая обработка всех (в том числе и нерабочих) поверхностей синхронизирующего кольца или точная балансировка колец. Однако даже эти операции полностью не исключают износа конических поверхностей при их нерабочей прокрутке. In this design, as well as in other designs of planetary gearboxes (2) and synchronizers, the synchronizing rings from the side opposite the engaged gear are supported upon rotation on the conical surfaces of the gear coupling halves and constantly rub against them, which naturally leads to wear of the conical surfaces at their idle (non-working) scrolling. Especially this undesirable effect is manifested in planetary gearboxes, which have large diameters of the conical surfaces, necessary for the day of high power synchronizer and large differences in speed between the conical surfaces. So, when direct gear is engaged, when the half-clutch of the lower gear connected to the housing does not rotate, and the synchronizing ring rotates together with the output shaft, the rotation speed of which can exceed 3000 rpm, the relative circumferential speeds of rotation of the conical surfaces are large. In existing planetary gearboxes they reach values of 40 m / s and more. At such peripheral speeds, even at small imbalance values of the synchronizing ring, intense wear occurs, and sometimes burning of conical surfaces leads to failure of the synchronizer, and a decrease in the resource of its operation. To reduce this undesirable phenomenon, precise machining of all (including non-working) surfaces of the synchronizing ring or exact balancing of the rings is required. However, even these operations do not completely exclude the wear of conical surfaces during their non-working scrolling.

Усовершенствование, реализованное в заявляемом изобретении, направлено на повышение ресурса и безотказности работы коробки передач при сниженной трудоемкости ее изготовления. Непосредственный технический результат, достигаемый при осуществлении этого усовершенствования, заключается в полном исключении соприкосновения конических поверхностей синхронизирующего кольца и зубчатой полумуфты понижающей передачи за счет создания на торце водила цилиндрического пояска, на который опирается синхронизирующее кольцо, и ограничении осевого перемещения синхронизирующего кольца в сторону зубчатой полумуфты понижающей передачи. Данное техническое решение полностью исключает износы конических поверхностей при их холостой прокрутке. При этом не требуется дополнительная механическая обработка нерабочих поверхностей синхронизирующего кольца и его балансировка. The improvement implemented in the claimed invention is aimed at increasing the resource and reliability of the gearbox with reduced laboriousness of its manufacture. The immediate technical result achieved by this improvement consists in the complete exclusion of the contact between the conical surfaces of the synchronization ring and the gear half coupling of the reduction gear due to the creation of a cylindrical belt on the end face of the carrier on which the synchronization ring rests, and the axial movement of the synchronization ring in the direction of the gear half coupling reduces transmission. This technical solution completely eliminates the wear of conical surfaces during their idle scrolling. In this case, additional mechanical processing of non-working surfaces of the synchronizing ring and its balancing are not required.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что планетарная коробка передач, содержащая корпус, входной вал, выходной вал, связанный с водилом, торцы которого являются ограничителями хода синхронизирующих колец, планетарный механизм с подвижной в осевом направлении коронной шестерней, имеющей на торцах зубчатые венцы с внутренними зубьями и аксиально направленные пазы, две зубчатые полумуфты с наружными конусами трения, одна из которых соединена с корпусом, а другая - с выходным валом, два синхронизирующих кольца с внутренними конусами трения и радиальными выступами на наружной поверхности, размещенными в упомянутых пазах коронной шестерни, а также подпружиненные в тангенциальном направлении упорные штифты фиксаторов, отличается от вышеописанной известной коробки передач тем, что торец водила, взаимодействующий с синхронизирующим кольцом понижающей передачи, имеет цилиндрический поясок, обеспечивающий радиальный зазор между кольцом и водилом в положении включенной прямой передачи, меньший радиального зазора между коническими поверхностями зубчатой полумуфты понижающей передачи и синхронизирующего кольца, а стенки аксиальных пазов коронной шестерни со стороны фиксаторного скоса имеют уступы, ограничивающие осевое перемещение синхронизирующего кольца в сторону губчатой полумуфты понижающей передачи. The essence of the claimed invention lies in the fact that a planetary gearbox containing a housing, an input shaft, an output shaft connected to a carrier, the ends of which are limiters of the synchronization rings, a planetary mechanism with an axially movable ring gear having gear crowns with internal teeth and axially directed grooves, two gear half-couplings with external friction cones, one of which is connected to the housing, and the other to the output shaft, two synchronizing rings with internal friction cones and radial protrusions on the outer surface located in the mentioned grooves of the ring gear, as well as tangentially fixed stop pins of the clamps, differs from the above-known known gearbox in that the carrier end interacting with the synchronizing ring of the lower gear has a cylindrical girdle providing the radial clearance between the ring and the carrier in the position of the included direct transmission, smaller than the radial clearance between the conical surfaces of the gear floor ufty downshift and the synchronizer ring and the walls of the axial grooves of the ring gear side are miter detent ledges restricting axial movement of the synchronizer ring toward coupling half spongy downshift.

На фиг. 1 показана планетарная коробка передач в положении включенной понижающей передачи; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - планетарная коробка передач в положении включенной прямой передачи; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.3. In FIG. 1 shows a planetary gearbox in a downshift position; figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3 - planetary gearbox in the position of the included direct transmission; figure 4 is a section bB in figure 3.

В корпусе 1 установлен входной вал 2 с солнечной шестерней 3, выходной вал 4 с водилом 5, имеющим на торце цилиндрический поясок 6, коронная шестерня 7, находящаяся в зацеплении с сателлитами 8, зубчатая полумуфта понижающей передачи 9, жестко связанная с корпусом 1, зубчатая полумуфта прямой передачи 10, соединенная с водилом 5 и через него с выходным валом 4, а также два синхронизирующих кольца 11 и 12. In the housing 1, an input shaft 2 with a sun gear 3, an output shaft 4 with a carrier 5, having a cylindrical girdle 6 at the end, a ring gear 7, meshed with the satellites 8, a gear reduction gear coupling 9, rigidly connected to the housing 1, is installed a direct coupling half-coupling 10 connected to a carrier 5 and through it with an output shaft 4, as well as two synchronizing rings 11 and 12.

Коронная шестерня 7 имеет у торцев зубчатые венцы 13 и 14 и аксиально направленные пазы 15 и 16. Пазы выполнены ступенчатыми со скошенными блокирующими уступами 17 и 18 по одной стенке пазов и скошенными фиксаторными уступами 19 и 20 и ограничительными уступами 21 на другой стенке паза. The crown gear 7 has gear teeth 13 and 14 and axially directed grooves 15 and 16 at the ends. The grooves are made stepwise with beveled blocking ledges 17 and 18 along one groove wall and beveled locking ledges 19 and 20 and restrictive ledges 21 on the other groove wall.

Коронная шестерня установлена подвижно в осевом направлении и через вилку 20 связана с механизмом переключения (не показан). The ring gear is mounted movably in the axial direction and through a fork 20 is connected to a switching mechanism (not shown).

Полумуфты 9 и 10 имеют наружные конуса трения 22, 23; синхронизирующие кольца 11, 12 снабжены внутренними конусами 24, 25, а на наружной поверхности имеют радиальные выступы 26, 27, размещенные в пазах 15,16 коронной шестерни. Выступы 26, 27 имеют блокирующие скосы 28, 29, выполненные на торцах, обращенных к коронной шестерне, а также тангенциально направленные цилиндрические гнезда 30, 31. С помощью пружин 32, 33 и упорных штифтов фиксаторов 34, 35, установленных в гнездах 30, 31, синхронизирующие кольца 11, 12 подпружинены в окружном направлении относительно коронной шестерни 7. The coupling halves 9 and 10 have external friction cones 22, 23; the synchronizing rings 11, 12 are provided with inner cones 24, 25, and on the outer surface have radial protrusions 26, 27 located in the grooves 15.16 of the ring gear. The protrusions 26, 27 have locking bevels 28, 29, made on the ends facing the crown gear, as well as tangentially directed cylindrical sockets 30, 31. Using the springs 32, 33 and the stop pins of the latches 34, 35 installed in the sockets 30, 31 , the synchronizing rings 11, 12 are spring-loaded in the circumferential direction relative to the ring gear 7.

Коробка передач работает следующим образом. The gearbox operates as follows.

При включенной понижающей передаче (см. фиг.1) коронная шестерня 7 занимает крайнее левое положение. Зубчатый венец 13 коронной шестерни взаимодействует с зубчатым венцом 36 полумуфты 9, которая связана с корпусом 1, благодаря чему коронная шестерня 7 также соединяется с корпусом. Крутящий момент передается от входного вала 2 и связанной с ним солнечной шестерни 3 на водило 5 и далее на выходной вал 4. When the downshift is engaged (see Fig. 1), the ring gear 7 occupies the leftmost position. The ring gear 13 of the crown gear interacts with the ring gear 36 of the coupling half 9, which is connected to the housing 1, whereby the ring gear 7 is also connected to the housing. Torque is transmitted from the input shaft 2 and the associated sun gear 3 to the carrier 5 and then to the output shaft 4.

Передаточное число понижающей передачи i=1+Z8/Z3, где Z3 и Z8 - число зубьев солнечной и коронной шестерен соответственно. Reduction gear ratio i = 1 + Z8 / Z3, where Z3 and Z8 are the number of teeth of the sun and crown gears, respectively.

В описанном положении (см. также фиг.2) радиальные выступы 26 синхронизирующего кольца 11 находятся в глубине пазов 15 коронной шестерни 7, а аналогичные синхронизирующего кольца 12 - в начальной расширенной части пазов 16. In the described position (see also FIG. 2), the radial protrusions 26 of the synchronizing ring 11 are located in the depths of the grooves 15 of the ring gear 7, and similar synchronizing rings 12 are in the initial expanded part of the grooves 16.

При переключении на прямую передачу коронная шестерня 7 посредством вилки 20 перемещают вправо. При этом вместе с коронной шестерней 7 благодаря воздействию ее уступов 20 на фиксаторные штифты 35 синхронизирующего кольца 12 перемещается вправо и синхронизирующее кольцо 12. При дальнейшем движении коронной шестерни 7 зубчатый венец 13 расцепляется с венцом 26 зубчатой полумуфты 9, освобождая коронную шестерню 7, т.е. позволяя ей вращаться относительно общей оси планетарного механизма. Затем конус трения 25 кольца 12 упирается в конус трения 23 полумуфты 10. Осевое перемещение кольца 12 прекращается и благодаря разности окружных скоростей на кольце возникает момент трения, прижимающий радиальные выступы 27 кольца к боковым стенкам пазов 16 коронной шестерни, а блокирующие скосы 18 коронной шестерни встречаются с блокирующими скосами 29 синхронизирующего кольца 12. Для дальнейшего перемещения ее вправо необходимо, чтобы она развернулась в окружном направлении относительно синхронизирующего кольца. Однако в результате взаимного трения конусов этому препятствует синхронизирующий момент трения. Коронная шестерня получает возможность дальнейшего осевого перемещения только после выравнивания (синхронизации) угловых скоростей синхронизирующего кольца 12 и зубчатой полумуфты 10. Как только угловые скорости выравнятся и момент трения снизится до 0, начинается дальнейшее движение коронной шестерни. При этом ее блокирующие скосы 18 переместятся по скосам 29 синхронизирующего кольца, развернув кольцо относительно коронной шестерни. Радиальные выступы переместятся в глубь пазов 16, а штифты 35 сдвинутся в глубь гнезда 16 (см. фиг.3, 4). Зубчатый венец 14 коронной шестерни войдет в зацепление с зубчатым венцом 37 полумуфты 10, соединенной с водилом 5. Планетарный ряд блокируется и все детали планетарного механизма, за исключением зубчатой полумуфты понижающей передачи, будут вращаться с одинаковыми оборотами, равными оборотам солнечной шестерни 3 (входного вала 2). При этом передаточное отношение коробки передач равно 1 (прямая передача). When switching to direct transmission, the ring gear 7 is moved to the right by means of a fork 20. In this case, together with the ring gear 7, due to the action of its ledges 20 on the locking pins 35 of the synchronization ring 12, the synchronization ring 12 also moves to the right. With the further movement of the ring gear 7, the ring gear 13 disengages from the ring 26 of the ring coupling half, releasing the ring gear 7, t. e. allowing it to rotate about the common axis of the planetary gear. Then the friction cone 25 of the ring 12 abuts against the friction cone 23 of the coupling half 10. The axial movement of the ring 12 is stopped and due to the difference in peripheral speeds on the ring, a friction moment arises, pressing the radial protrusions 27 of the ring against the side walls of the grooves 16 of the ring gear, and the blocking bevels 18 of the ring gear meet with blocking bevels 29 of the synchronizing ring 12. For further movement to the right, it is necessary that it unfolds in the circumferential direction relative to the synchronizing ring. However, as a result of mutual friction of the cones, the synchronizing moment of friction prevents this. The ring gear gets the possibility of further axial movement only after alignment (synchronization) of the angular velocities of the synchronizing ring 12 and the gear half coupling 10. As soon as the angular velocities are equalized and the friction moment decreases to 0, further movement of the ring gear begins. At the same time, its blocking bevels 18 will move along the bevels 29 of the synchronizing ring, deploying the ring relative to the crown gear. The radial protrusions will move into the depths of the grooves 16, and the pins 35 will move into the depths of the nests 16 (see Figs. 3, 4). The ring gear 14 of the ring gear will mesh with the ring gear 37 of the coupling half 10 connected to the carrier 5. The planetary gear is locked and all parts of the planetary gear, with the exception of the gear reduction gear coupling, will rotate at the same speed equal to the speed of the sun gear 3 (input shaft 2). In this case, the gear ratio is 1 (direct transmission).

С началом перемещения коронной шестерни 7 вправо всесте с ней под воздействием сил трения перемещается также и левое синхронизирующее кольцо 11, при этом его радиальные выступы 26 остаются в глубине пазов 15 до тех пор, пока кольцо 11 своим торцем не упрется в торец 38 водила и не прекратит свое осевое перемещение. При дальнейшем движении коронной шестерни вправо пазы 15 шестерни переместятся относительно выступов 26 кольца 11 и выступы сместятся в расширенную часть паза, минуя уступы 17 и 19. В этом положении фиксаторные штифты 34 будут находиться в канавке между фиксаторными 19 и ограничительными 21 уступами, что исключает возможность перемещения синхронизирующего кольца 11 в сторону зубчатой полумуфты понижающей передачи 9. В этом положении синхронизирующее кольцо будет находиться над цилиндрическим пояском 6 водила, диаметр которого выбран из условия D1-D<D2-D3, где D - диаметр центрирующего пояска водила; D1 - меньший диаметр конуса синхронизирующего кольца; D2 и D3 - диаметры конусов синхронизирующего кольца и губчатой полумуфты понижающей передачи в одной из плоскостей вращения. With the beginning of the movement of the ring gear 7 to the right, the left synchronizing ring 11 also moves to the right under the influence of friction forces, while its radial protrusions 26 remain in the depth of the grooves 15 until the ring 11 abuts against the end 38 of the carrier and will stop its axial movement. With further movement of the crown gear to the right, the grooves 15 of the gear will move relative to the protrusions 26 of the ring 11 and the protrusions will move into the widened part of the groove, bypassing the ledges 17 and 19. In this position, the locking pins 34 will be in the groove between the locking 19 and the restrictive 21 ledges, which excludes the possibility the movement of the synchronization ring 11 in the direction of the gear half coupling of the reduction gear 9. In this position, the synchronization ring will be located above the cylindrical belt 6 of the carrier, the diameter of which is selected from the condition D1-D <D2-D3, where D is the diameter of the carrier centering belt; D1 is the smaller diameter of the cone of the synchronizing ring; D2 and D3 are the diameters of the cones of the synchronizing ring and the spongy half-coupling of the reduction gear in one of the planes of rotation.

При таком исполнении радиальный зазор между синхронизирующим кольцом и цилиндрическим пояском водила, которые вращаются с одинаковыми угловыми скоростями, меньше радиального зазора между коническими поверхностями кольца и полумуфты. При появлении сил от дисбаланса синхронизирующее кольцо смещается радиально в пределах зазора между кольцом и водилом, кольцо опирается на центрирующий поясок водила и прекращает радиальное перемещение. При этом между коническими поверхностями кольца и полумуфты остается гарантированный радиальный зазор, равный величине (D2-D3)=(D1-D). Таким образом, соприкосновение и износ конических поверхностей, имеющих большие разности окружных скоростей, исключены. With this design, the radial clearance between the synchronizing ring and the carrier’s cylindrical belt, which rotate at the same angular speeds, is less than the radial clearance between the conical surfaces of the ring and the coupling half. When forces from imbalance appear, the synchronizing ring moves radially within the gap between the ring and the carrier, the ring rests on the carrier's centering belt and stops the radial movement. In this case, between the conical surfaces of the ring and the coupling half there remains a guaranteed radial clearance equal to the value of (D2-D3) = (D1-D). Thus, the contact and wear of conical surfaces having large differences in peripheral speeds are excluded.

Стабильность радиального зазора между коническими поверхностями обеспечивается невозможностью перемещения синхронизирующего кольца в сторону зубчатой полумуфты за счет ограничительного уступа 21. The stability of the radial clearance between the conical surfaces is ensured by the inability to move the synchronizing ring towards the gear half coupling due to the restrictive ledge 21.

Процесс обратного переключения на понижающую передачу происходит аналогичным образом. В положении включенной понижающей передачи коронная шестерня 7 и синхронизирующее кольцо 12 через муфту понижающей передачи соединены с корпусом 1 и поэтому не вращаются. Радиальные силы от дисбаланса синхронизирующего кольца отсутствуют, в связи с этим выполнять цилиндрический поясок на правом торце водила нет необходимости. The downshift process is similar. In the downshift position, the ring gear 7 and the synchronizing ring 12 are connected to the housing 1 through the downshift clutch and therefore do not rotate. There are no radial forces from the imbalance of the synchronizing ring; therefore, it is not necessary to carry out a cylindrical belt at the right end of the carrier.

Источники информации:
1. Патент РФ 1835889 МПК F 16 Н 3/44.Sources of information:
1. RF patent 1835889 IPC F 16 N 3/44.

2. 2. Патент ЕПВ 0239555 МПК F 16 Н 3/44. 2. 2. Patent EPO 0239555 IPC F 16 H 3/44.

Claims

A planetary gearbox comprising a housing, input and output shafts, a planetary gear with an axially movable ring gear having gear teeth with internal teeth and axially directed grooves having one beveled shoulder on each wall, two gear coupling halves with friction cones of which one is connected to the housing, and the other to the input or output shaft, two synchronizing rings with friction cones and radial protrusions placed in said grooves of the ring gear and having blocks slanting bevels made on the ends facing the crown gear, as well as tangentially directed cylindrical nests in which springs and stop pins of the clamps are located, characterized in that the carrier end interacting with the synchronizing ring of the reduction gear has a cylindrical belt providing a radial clearance between ring and carrier in the position of the included direct gear, smaller radial clearance between the conical surfaces of the synchronizing ring and the half coupling of the lower gear, and the walls axial grooves of the ring gear on the side of the retaining pins of the clamps have restrictive ledges, providing a stable gap between the conical surfaces of the ring and the coupling half.