RU2287439C2

RU2287439C2 - Block gear box

Info

Publication number: RU2287439C2
Application number: RU2004139177/11A
Authority: RU
Inventors: Владимир Петрович Голощапов (RU); Владимир Петрович Голощапов
Original assignee: Владимир Петрович Голощапов
Priority date: 2004-12-31
Filing date: 2004-12-31
Publication date: 2006-11-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: gear box comprises housing and pinions for transmitting rotation of the driving shaft to the driven shaft. The pinions are interconnected in two blocks and define a gear box of pinion blocks. The pinions of each block are axially aligned and arranged in the order of increasing or decreasing of their outer diameter. Each driving pinion engages only the driven pinion excluding the pinions of the reverse motion that are interconnected through the parasite pinion. The axles of the blocks are the axles of the shafts inside each block. The shafts are parallel. The pinion blocks reciprocate in the housing along the guides. One of the guides has locators. The spline collars of the shafts disengage the operating pinions.

EFFECT: enhanced reliability and prolonged service life.

8 dwg

Description

Изобретение «Блочная коробка переключения передач» (БКПП) названо так потому, что эта КПП (коробка переключения передач) состоит из отдельных блоков шестерен - блок ведущих шестерен и блок ведомых шестерен.The invention “Block gearbox” (BKPP) is so named because this gearbox (gearbox) consists of separate gear units — a drive gear unit and a driven gear unit.

Изобретение может использоваться в любых технических узлах, где требуется вариация скорости вращения и момента вращения какого-либо вала. Основным же назначением данного изобретения является автотранспорт.The invention can be used in any technical units where a variation in the speed of rotation and the moment of rotation of any shaft is required. The main purpose of this invention is vehicles.

Ближайшим аналогом является изобретение - авторское свидетельство СССР SU 26920 А 30.06.1932 г. В существующих КПП для переключения передач применяются различные вилки, каретки, промежуточные и дополнительные валы, что весьма усложняет КПП, понижает их надежность. Кроме того, при некоторых передачах в работе задействуется более чем две шестерни, что увеличивает потерю энергии в КПП. В представляемой работе от всего этого удалось избавиться.The closest analogue is the invention - USSR author's certificate SU 26920 A 06/30/1932. In the existing gearbox for switching gears, various forks, carriages, intermediate and additional shafts are used, which greatly complicates the gearbox, reduces their reliability. In addition, with some gears, more than two gears are involved in operation, which increases the energy loss in the gearbox. In the present work, we managed to get rid of all this.

В БКПП два вала - ведущий и ведомый. Валы расположены параллельно друг другу. На каждом валу имеется шлицевой пояс. Шлицевые пояса имеют диаметр больше диаметра вала и установлены так, чтобы не иметь ни вращательного, ни поступательного движения относительно вала. Они могут быть выполнены заодно с валом. Шлицевые пояса расположены параллельно друг другу на одном уровне. Каждый шлицевой пояс оборудованы двумя синхронизаторами вращения, по одному на каждую сторону. Валы имеют круглое сечение. Диаметр вала несколько меньше внутреннего диаметра шестерен. В БКПП два блока шестерен - блок ведущих шестерен и блок ведомых шестерен. Шестерни каждого блока расположены соосно одна за другой в порядке возрастания или убывания внешнего диаметра шестерни, имея между собой некоторый зазор. Валы, как ведущий, так и ведомый, проходят внутри блока шестерен. Каждый вал проходит внутри своего блока. Ось вала является осью блока шестерен. Ось ведущего вала у блока ведущих шестерен, ось ведомого вала у блока ведомых шестерен. Каждая ведущая шестерня находится в зацеплении только с одной ведомой шестерней, за исключением шестерни заднего хода, соединенной с ведомой шестерней через паразитную шестерню. Внутренний диаметр всех шестерен одинаковый и имеет шлицевую поверхность, по размерам равную шлицевому поясу валов. Шестерни со своими подшипниками устанавливаются в монолитное основание, общее для шестерен обоих блоков. Это основание может быть выполнено из пластмассы. Оно жестко крепится в коробке блоков шестерен. Шестерни на своих местах должны свободно вращаться в своих подшипниках. Осевое перемещение любой шестерни возможно только в составе всей коробки блоков шестерен. Коробка блоков шестерен вместе с валами помещается в коробке переключения передач. Они устанавливаются так, что валы имеют только возможность вращения, а коробка блоков шестерен может двигаться только поступательно вдоль оси валов по своим направляющим в ту или обратную сторону. Переключение передач производится с помощью поступательного движения коробки блоков шестерен в одну или обратную сторону вдоль оси валов. При этом шлицевые пояса валов выходят из зацепления с работающими шестернями, а соответствующая пара шестерен ведущего и ведомого блока надвигается на шлицевые пояса своего вала. В заявке представлены следующие чертежи:There are two shafts in BKPP - master and slave. The shafts are parallel to each other. Each shaft has a slotted belt. Splined belts have a diameter greater than the diameter of the shaft and are installed so as to have neither rotational nor translational motion relative to the shaft. They can be made integral with the shaft. Splined belts are parallel to each other at the same level. Each slotted belt is equipped with two rotation synchronizers, one on each side. The shafts have a circular cross section. The diameter of the shaft is slightly smaller than the internal diameter of the gears. In BKPP two blocks of gears - a block of driving gears and a block of driven gears. The gears of each block are arranged coaxially one after another in ascending or descending order of the outer diameter of the gear, having a certain gap between them. The shafts, both the master and the follower, pass inside the gear block. Each shaft passes inside its block. The shaft axis is the axis of the gear unit. The axis of the drive shaft at the block of driving gears, the axis of the drive shaft at the block of driven gears. Each pinion gear is meshed with only one driven gear, with the exception of the reverse gear connected to the driven gear via a spurious gear. The inner diameter of all gears is the same and has a splined surface, equal in size to the splined belt of shafts. Gears with their bearings are installed in a monolithic base, common to the gears of both blocks. This base can be made of plastic. It is rigidly attached to the gearbox box. Gears in their places should rotate freely in their bearings. Axial movement of any gear is possible only as part of the entire gearbox box. The gearbox box together with the shafts is placed in the gearbox. They are installed so that the shafts have only the possibility of rotation, and the gearbox can only move progressively along the axis of the shafts along its guides in one direction or the other. Gear shifting is carried out with the help of translational motion of the gearbox box in one or the opposite direction along the shaft axis. At the same time, the splined belt zones of the shafts disengage from the working gears, and the corresponding pair of gears of the driving and driven unit slides over the splined belts of its shaft. The application contains the following drawings:

Фиг.1 - схема расположения агрегатов в БКПП. Вид сверху без крышки.Figure 1 - arrangement of units in BKPP. Top view without a cover.

Фиг.2 - схема расположения агрегатов в БКПП. Вид А-А.Figure 2 - arrangement of units in BKPP. View AA.

Фиг.3 - схема расположения агрегатов в БКПП. Вид В-В.Figure 3 - arrangement of units in BKPP. View BB.

Фиг.4 - схема расположения агрегатов в БКПП. Крепление шестерни с подшипниками к корпусу блока шестерен.Figure 4 - arrangement of units in BKPP. Fastening gears with bearings to the gear block housing.

Фиг.5 - схема БКПП с автоматическим управлением.Figure 5 - scheme BKPP with automatic control.

Фиг.6 - схема БКПП с дистанционным управлением.6 is a diagram of BKPP with remote control.

Фиг.7 - схема БКПП с электрическим управлением.Fig. 7 is a circuit diagram of an electric control gearbox.

Фиг.8 - схема БКПП с ручным управлением.Fig is a diagram of manual gearbox with manual control.

На чертежах обозначены:In the drawings are indicated:

1- корпус БКПП, 2 - коробка блоков шестерен, 3 - шестерня, 4 - основание блоков шестерен, 5 - ведущий вал, 6 - ведомый вал, 7 - направляющая, 8 - фиксатор, 9 - шлицевой пояс, 10 - подшипник вала, 11 - подшипник шестерни, 12 - силовой цилиндр переключения передач, 13 - емкость для рабочей жидкости, 14 - силовой цилиндр сцепления, 15 - рычаг переключения передач, 16 - хомут крепления шестерни к основанию, 17 синхронизаторы вращения, Т - тахометр, К1, К 2, К 3, К 4, К 5, К 6, К 7, К 8 - контакты, Н рабочий насос автоматики КПП, M1 - электродвигатель сцепления, М2 - электродвигатель КПП, С - сцепление, Д - двигатель автомобиля, К - коммутатор сигналов, ВК - включатель БКПП. Фиг.1, 2, 3 состоят из: корпуса 1, коробки блоков шестерен 2, в которую входят шестерни 3, вращающиеся в подшипниках 11, крепящиеся с помощью хомутов 16 к основанию блоков шестерен 4; ведущего 5 и ведомого 6 валов; направляющих 7, по которым движется при переключениях блок шестерен; фиксаторов 8, фиксирующих положение блока шестерен на каждой передаче; двух шлицевых поясов 9 с синхронизаторами 17, по одному шлицевому поясу на каждом валу; подшипников 10, в которых вращается каждый вал; подшипников 11, в которых вращаются шестерни. Кроме того, для работы БКПП в автоматическом режиме и режиме дистанционного управления переключением передач необходимы: рабочий насос автоматики КПП «Н», емкость с рабочей жидкостью 13 (она же сливная емкость), силовой цилиндр переключения передач 12; силовой цилиндр сцепления 14.1 - BKPP case, 2 - gear box, 3 - gear, 4 - base of gear blocks, 5 - drive shaft, 6 - driven shaft, 7 - guide, 8 - retainer, 9 - splined belt, 10 - shaft bearing, 11 - gear bearing, 12 - gear shift cylinder, 13 - reservoir for working fluid, 14 - clutch slave cylinder, 15 - gear shift lever, 16 - gear mounting clamp to the base, 17 rotation synchronizers, T - tachometer, K1, K 2 , K 3, K 4, K 5, K 6, K 7, K 8 - contacts, N working gearbox automation pump, M1 - clutch motor, M2 - gearbox electric motor, C - ss captured, D - a vehicle engine, K - signal switch VC - FAB switch. Figure 1, 2, 3 consist of: a housing 1, a box of gear blocks 2, which includes gears 3 rotating in bearings 11, fastened with clamps 16 to the base of the gear blocks 4; drive 5 and driven 6 shafts; guides 7, along which the gear block moves when switching; clamps 8, fixing the position of the gear block in each gear; two splined belts 9 with synchronizers 17, one splined belt on each shaft; bearings 10 in which each shaft rotates; bearings 11 in which the gears rotate. In addition, for the BKPP to operate in automatic mode and in the remote control mode for gear shifting, the following are necessary: an automatic gearbox working pump “N”, a container with a working fluid 13 (it is also a drain tank), a shift gear cylinder 12; clutch master cylinder 14.

При работе БКПП в автоматическом режиме, фиг.5, сигнал на переключение передачи поступает от тахометра «Т» или от какого либо другого устройства, регистрирующего обороты двигателя.When the gearbox is in automatic mode, figure 5, the signal for shifting the gear comes from the tachometer "T" or from any other device that records engine speed.

Этот сигнал поступает на коммутатор сигналов «К». С коммутатора сигналы идут на включатель насоса «ВК», электрический клапан «ЭК1», на электрические клапаны «ЭК3», «ЭК4»* и на подвижный контакт «К1» штока силового цилиндра 14 сцепления. Включатель включает насос, в клапане ЭК1 открывается напорная магистраль и закрывается сливная магистраль. Рабочая жидкость под давлением через открытый клапан ЭК1 поступает в силовой цилиндр 14 сцепления. Срабатывают клапаны ЭК3 и ЭК4. Шток силового цилиндра 14 сцепления выдвигается. Когда шток выдвинется на величину, достаточную для размыкания сцепления (сцепление выключается), подвижный контакт К1 штока замыкает на контакт К2 цепей; на включение клапана ЭК2, на закрытие напорной магистрали клапана ЭК1 и на фиксаторы 8 коробки блоков шестерен. От клапана ЭК2 отходят две магистрали. Одна магистраль с клапаном ЭК3 идет на выдвижение штока силового цилиндра переключения передач (повышение скорости), другая с клапаном ЭК4 - на вдвижение штока (понижение скорости). Для повышения скорости в клапане ЭК2 открывается магистраль, идущая к клапану ЭК3, и закрывается магистраль, идущая к ЭК4. В клапане ЭК3, сработавшем ранее, уже открылась напорная магистраль и закрылась сливная магистраль, в клапане же ЭК4, сработавшем ранее вместе с ЭК3, открыта сливная магистраль и закрыта магистраль напорная. Фиксаторы коробки блоков шестерен 8 освобождают коробку блоков шестерен от фиксации. Рабочая жидкость поступает под поршень цилиндра переключения передач 12 и выдвигает его. Рабочая жидкость, которая находилась над поршнем, через открытую сливную магистраль клапана ЭК4 поступает в сливную емкость 13. Выдвигаясь, шток, который укреплен на крышке корпуса 1 («электрический клапан» далее будет писаться «клапан») БКПП, через шкворень, укрепленный на корпусе блоков шестерен, толкает коробку блоков шестерен по направляющим 7 в одну сторону (пусть она будет называться «вперед»). Шестерни 3, находящиеся в зацеплении с шлицевыми поясами, выходят из зацепления, а на шлицевые пояса надвигается следующая пара шестерен с большим, чем у предыдущей пары, передаточным числом. Таким образом, происходит повышение скорости. Для понижения скорости в клапане ЭК2 открывается магистраль, идущая к клапану ЭК4, и закрывается магистраль, идущая к клапану ЭК3. В клапане ЭК4 открывается напорная магистраль и закрывается магистраль сливная. В клапане ЭК3 закрывается напорная магистраль и открывается магистраль сливная. Рабочая жидкость от клапана ЭК2 идет по напорной магистрали клапана ЭК4 и поступает в надпоршневое пространство, задвигая шток. Из под поршня жидкость через сливную магистраль клапана ЭК3 поступает в сливную емкость 13. Шток, двигаясь в другую сторону (обозначим ее названием «назад»), двигает за собой коробку блоков шестерен. Шестерни, бывшие в зацеплении с шлицевыми поясами, выходят из зацепления, а на шлицевые пояса надвигается следующая пара шестерен, передаточное число которых меньше передаточного числа предыдущей пары. Происходит понижение скорости. Для фиксации коробки блоков шестерен в нижнюю направляющую 7 встроены фиксаторы 8. При достижении коробкой блоков шестерен фиксатора, он фиксирует коробку блоков шестерен, заблокировав ее движение. Сигнал от фиксатора поступает в коммутатор сигналов. Он дает команду выключателю ВК на отключение насоса, обесточивает клапаны. У клапана ЭК1 открывается сливная магистраль и рычаг сцепления под воздействием пружины давит на шток силового цилиндра. Рабочая жидкость из под поршня через сливную магистраль клапана ЭК1 вытесняется в сливную емкость и, таким образом, поршень силового цилиндра сцепления устанавливается в исходное положение (сцепление включается). Так же работает схема БКПП, в которой рабочим телом является воздух. Только вместо насоса в ней будет баллон с воздухом, а вместо включателя воздушный клапан. Схема автоматического управлением переключением передач, в которой переключение передач происходит под воздействием электричества фиг.7, отличается от вышеописанных тем, что роль силовых цилиндров в ней выполняют реверсные электродвигатели с резьбовым выходным валом, а роль штока выполняет резьбовая втулка, которая при вращении вала двигается вперед или в обратную сторону, двигая, таким образом, или рычаг сцепления, или коробку блоков шестерен. Так же работает БКПП и при дистанционном управлении переключением передач фиг.6. Разница только в том, что сигнал на переключение передач в коммутатор сигналов приходит не от тахометра данного двигателя, а от устройства, не связанного с данным двигателем (с головного тягача, например).This signal is fed to the signal switch "K". From the switch, the signals go to the VK pump switch, the EK1 electric valve, to the EK3, EK4 electric valves * and to the movable contact "K1" of the clutch actuator rod 14. The switch turns on the pump, in the valve EK1 the pressure line opens and the drain line closes. The working fluid under pressure through an open valve EC1 enters the clutch master cylinder 14. Valves EK3 and EK4 are triggered. The clutch master cylinder 14 extends. When the stem extends by an amount sufficient to open the clutch (the clutch disengages), the movable contact K1 of the rod closes to the contact K2 of the chains; to turn on the EK2 valve, to close the pressure line of the EK1 valve and to the latches 8 of the gearbox box. Two lines depart from the EC2 valve. One line with an EC3 valve is used to extend the rod of the shift cylinder (increase in speed), another with an EC4 valve is used to move the rod (decrease of speed). To increase the speed in the valve EK2 opens the line going to the valve EK3, and closes the line going to the EK4. In the EK3 valve, which worked earlier, the pressure line has already opened and the drain line has closed, in the EK4 valve, which worked earlier with the EK3, the drain line is opened and the pressure line is closed. The latches of the gearbox box 8 release the gearbox box from locking. The working fluid flows under the piston of the gear shift cylinder 12 and advances it. The working fluid, which was above the piston, through the open drain line of the EC4 valve enters the drain tank 13. Advancing, the rod, which is mounted on the cover of the housing 1 (“electric valve” will be written below “valve”) BKPP, through the pin mounted on the housing blocks of gears, pushes the box of blocks of gears along the guides 7 in one direction (let it be called "forward"). The gears 3 engaged with the splined belts disengage, and the next pair of gears with a gear ratio greater than that of the previous pair is slid on the splined belts. Thus, an increase in speed occurs. To reduce the speed in the valve EK2 opens the line going to the valve EK4, and closes the line going to the valve EK3. The pressure line opens in the EK4 valve and the drain line closes. In the EK3 valve, the pressure line closes and the drain line opens. The working fluid from the EK2 valve goes along the pressure line of the EK4 valve and enters the supra-piston space, pushing the rod. From under the piston, fluid through the drain line of the EC3 valve enters drain tank 13. The rod, moving in the opposite direction (denoted by its name “back”), moves a box of gear blocks behind it. The gears that were meshed with the splined belts disengage, and the next pair of gears is approaching the splined belts, the gear ratio of which is less than the gear ratio of the previous pair. There is a decrease in speed. To fix the box of gear blocks in the lower guide 7, latches are built-in 8. When the box reaches the gear block blocks, it fixes the gear block box, blocking its movement. The signal from the latch enters the signal switch. He gives a command to the VK switch to turn off the pump, de-energizes the valves. At the EK1 valve, the drain line opens and the clutch lever presses the rod of the power cylinder under the influence of a spring. The working fluid from under the piston through the drain line of valve EC1 is displaced into the drain tank and, thus, the piston of the clutch master cylinder is set to its original position (clutch engages). The BKPP scheme also works in which the working fluid is air. Only instead of the pump, there will be an air cylinder in it, and instead of a switch, an air valve. The automatic gear shift control scheme, in which the gear shift occurs under the influence of electricity of Fig. 7, differs from the above in that the role of the power cylinders in it is played by reverse electric motors with a threaded output shaft, and the threaded sleeve, which moves forward when the shaft rotates, acts as a rod or in the opposite direction, thus moving either the clutch lever or the gearbox box. BKPP also works with remote control gear shifting Fig.6. The only difference is that the signal for shifting gears to the signal switch does not come from the tachometer of a given engine, but from a device not connected to this engine (from a head tractor, for example).

В двигателе с ручным управлением переключением передач, фиг.8, переключение передач происходит силовым воздействием на рычаг переключения передач 15. Итак, расположив шестерни коробки передач блоками в коробке, добились возможности унифицировать их, так как шестерни имеют одинаковые внутренние диаметры и одинаковые диаметры шейки под подшипник, в котором вращается шестерня. Если сделать изменение передаточного числа Δi одинаковым для всех передач, то шестерни могут быть взаимозаменяемыми. Так, например, взаимозаменяемыми могут быть ведущая шестерня первой и ведомая шестерня последней передач и т.д. Избавив шестерни от необходимости осевого перемещения, приобретаем возможность применения подшипников качения для каждой шестерни, что улучшит работу КПП и увеличит срок ее службы. Переключение передач движением коробки блоков шестерен освобождает от необходимости пользоваться вилками переключения, которые имеют свои недостатки. Применив блочное расположение шестерен, приобрели возможность переключать передачи усилием, направленным по одной линии. Движение блоков шестерен при переключение только по одной линии упрощает возможность автоматизации процесса переключения передач или применения дистанционного управления переключением передач.In the engine with manual gearshift control, Fig. 8, the gearshift is effected by the force on the gearshift lever 15. So, by arranging the gears of the gearbox in blocks in the box, we managed to unify them, since the gears have the same inner diameters and the same neck diameters under bearing in which the gear rotates. If you make the change in the gear ratio Δi the same for all gears, then the gears can be interchangeable. So, for example, the leading gear of the first gear and the driven gear of the last gear, etc. can be used interchangeably. Having eliminated the need for axial movement of the gears, we gain the ability to use rolling bearings for each gear, which will improve the performance of the gearbox and increase its service life. Gear shifting by moving the gearbox box eliminates the need to use shift forks, which have their drawbacks. Applying the block arrangement of gears, they acquired the ability to shift gears with an effort directed along one line. The movement of the gear blocks when shifting along only one line simplifies the possibility of automating the gear shifting process or using remote gear shifting control.

Claims

Block gearbox, consisting of a housing in which the rotation of the drive shaft is transmitted to the driven shaft using gears, varying the speed of rotation of the latter by changing the gear ratio, the gears are connected in two blocks and form a box of gear blocks, the gears of each block are arranged coaxially one after another in order increasing or decreasing of the outer diameter, each pinion gear is meshed with only one driven gear, with the exception of the reverse gears connected via a spurious gear , the axes of the blocks are the axes of the shafts located inside each block, the block of the driving gears is the axis of the drive shaft, the block of the driven gears is the axis of the driven shaft, the shafts are parallel to each other, gear shifting is performed using the translational movement of the gearbox block box in the gearbox forward or backward parallel to the axis of the shafts, characterized in that each shaft has its own slotted belt, equipped with two rotation synchronizers, the shaft diameter is slightly smaller than the inner diameter of the splined belt, slot girdle belts are located on the same level, the inner diameter of all gears having a splined surface that ensures gears mesh with splined shaft belts is the same, gears with their bearings are installed in the base, the base is placed in the gearbox box, the translational movement of the gearbox box in the gearbox housing gears is carried out along guides, one of which has clamps, while the spline shafts of the shafts disengage from the working gears, and the corresponding Dr. gears master and slave units coming on toothed belt of his shaft.