[go: up one dir, main page]

RU2805899C1 - Shaft-planetary hybrid transmission - Google Patents

Shaft-planetary hybrid transmission Download PDF

Info

Publication number
RU2805899C1
RU2805899C1 RU2022118370A RU2022118370A RU2805899C1 RU 2805899 C1 RU2805899 C1 RU 2805899C1 RU 2022118370 A RU2022118370 A RU 2022118370A RU 2022118370 A RU2022118370 A RU 2022118370A RU 2805899 C1 RU2805899 C1 RU 2805899C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gearbox
shaft
epicycle
brake
planetary
Prior art date
Application number
RU2022118370A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Роман Юрьевич Добрецов
Александр Георгиевич Семенов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича"
Application granted granted Critical
Publication of RU2805899C1 publication Critical patent/RU2805899C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: mechanical engineering.
SUBSTANCE: shaft-planetary hybrid transmission contains a multi-mode shaft gearbox, including an input shaft, with the possibility of its connection with the engine. It also has at least two intermediate shafts parallel to the input shaft, an output gear mechanism, a gearbox output shaft parallel to the intermediate shafts, gears and gear shift clutches, and disc friction controls. A simple summing planetary gear mechanism with clutch function is installed at the entrance to the gearbox. Its sun gear is connected to the input shaft of the gearbox. The carrier is equipped with brake T0 and is configured to communicate with the said engine. The epicycle is equipped with brake T1 and is configured to communicate with an additional motor. At the gearbox output, an additional gearbox is installed in the form of a controlled stepped planetary mechanism based on simple planetary gear sets, the sun gears of which are combined and connected to the gearbox output shaft. The epicycle of the first row and the carrier of the subsequent rows are combined and brought out as output shaft X. The carrier of the first row is equipped with brake TR. The epicycle of each subsequent row is equipped with brake - T2, T3,…, and the epicycle of the last row is connected with output shaft X indirectly through clutch - C3 or C4.
EFFECT: improved performance of the transmission and the vehicle as a whole.
2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к трансмиссиям с вальными коробками перемены передач (КПП) семейств «Ромашка» и «Конфигурация», главным образом безрельсовых наземных транспортных средств - гусеничных и колесных машин.The invention relates to transmissions with shaft-type gearboxes of the “Romashka” and “Configuration” families, mainly for trackless ground vehicles - tracked and wheeled vehicles.

Актуальными вопросами для гусеничных и колесных машин различного назначения являются обеспечение количества режимов (в том числе передач в КПП), достаточного для прямолинейного движения в широком спектре эксплуатационных условий, и применение гибридных силовых установок, главным образом в сочетании двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и тягового электрического двигателя, а лучше - обратимой электрической машины (ОЭМ).Current issues for tracked and wheeled vehicles for various purposes are the provision of a number of modes (including gears in the gearbox) sufficient for straight-line movement in a wide range of operating conditions, and the use of hybrid power plants, mainly in a combination of an internal combustion engine (ICE) and traction an electric motor, or better yet, a reversible electric machine (REM).

Среди путей улучшения технико-эксплуатационных и тактико-технических характеристик (ТЭХ, ТТХ) транспортных машин по этим направлениям - применение многорежимных КПП, предпочтительно с преселективным управлением, например, [1. Шувалов Е.А. Повышение работоспособности трансмиссий тракторов. П.: Машиностроение. Ленингр. отд. 1986 - 126 с, ил. - С. 1-10, 14, рис. 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.10; 2. RU 00131781, МПК B60K 17/32, 27.05.2000; RU 2419007, МПК F16H 3/083, F16H 37/04, 20.05.2011; RU 2167772, МПК B60K 17/00, B60K 17/08, 27.05.2001; 3. RU 2657483, МПК F16H 3/095, F16H 3/097, 14.06.2018 «18-скоростная механическая вальная коробка передач, преимущественно для трактора»]; семейства КПП «Ромашка» [4. RU 2658474, МПК F16H 3/095, F16H 3/097, 21.06.2018, «Многовальная коробка передач «Ромашка»; 5. RU 2691678, МПК F16H 3/093, F16H 37/02, 17.06.2019, «20-режимная однопоточная вальная коробка передач «Конфигурация-20»»; 6. RU 2691506, МПК F16H 3/093, F16H 3/093, 14.06.2019 «24-режимная однопоточная вальная коробка передач «Конфигурация-24»; 7. RU 2723206, МПК F16H 37/04, F16H 3/087, 09.06.2020, «Преселективная коробка передач «Ромашка-3Ф» для трансмиссий транспортных средств»];Among the ways to improve the technical, operational and tactical-technical characteristics (TEC, TTX) of transport vehicles in these areas is the use of multi-mode gearboxes, preferably with preselective control, for example, [1. Shuvalov E.A. Improving the performance of tractor transmissions. P.: Mechanical engineering. Leningr. dept. 1986 - 126 p., ill. - P. 1-10, 14, fig. 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.10; 2. RU 00131781, IPC B60K 17/32, 05/27/2000; RU 2419007, IPC F16H 3/083, F16H 37/04, 05/20/2011; RU 2167772, MPK B60K 17/00, B60K 17/08, 05/27/2001; 3. RU 2657483, MPK F16H 3/095, F16H 3/097, 06/14/2018 “18-speed mechanical shaft transmission, mainly for tractors”]; “Romashka” checkpoint family [4. RU 2658474, MPK F16H 3/095, F16H 3/097, 06/21/2018, “Romashka” multi-shaft gearbox; 5. RU 2691678, MPK F16H 3/093, F16H 37/02, 06/17/2019, “20-mode single-flow shaft gearbox “Configuration-20””; 6. RU 2691506, MPK F16H 3/093, F16H 3/093, 06/14/2019 “24-mode single-flow shaft gearbox “Configuration-24”; 7. RU 2723206, MPK F16H 37/04, F16H 3/087, 06/09/2020, “Preselective gearbox “Romashka-3F” for vehicle transmissions”];

ТЭХ упомянутых КПП [1, 2], при всех своих положительных свойствах и востребованности в прошлом, настоящем и будущем автотракторостроения, в текущем столетии уже не удовлетворяют современным запросам потребителей (требованиям заказчика) и уровню развития трансмиссий тяговых транспортных средств, к каковым относятся трактора. Это касается и компоновочных проблем. В частности, расширяется практика применения дисковых фрикционных элементов управления (переключения передач) [8. RU 2167772, МПК B60K 17/00, B60K 17/08, 27.05.2001], [3], существенно повышающих плавность переключения и являющихся инструментом реализации принципа безразрывности переключения передач в КП (несмотря на такие недостатки, как несколько большие габариты, стоимость, повышенные требования к условиям работы).The technical characteristics of the mentioned gearboxes [1, 2], with all their positive properties and demand in the past, present and future of the automotive and tractor industry, in the current century no longer satisfy the modern needs of consumers (customer requirements) and the level of development of transmissions of traction vehicles, which include tractors. This also applies to layout problems. In particular, the practice of using disc friction controls (gear shifting) is expanding [8. RU 2167772, MPK B60K 17/00, B60K 17/08, 05/27/2001], [3], which significantly increase the smoothness of shifting and are a tool for implementing the principle of seamless gear shifting in the gearbox (despite such disadvantages as somewhat larger dimensions, cost, increased requirements for working conditions).

Что касается гибридных силовых приводов и, соответственно, гибридных трансмиссий [9. Гибридная трансмиссия - URL: https://wiki.zr.ru/ Гибридная_трансмиссия. (дата обращения: 10.05.2022)], то именно редукторная их часть зачастую оказывается плохо приспособлена для этих целей.As for hybrid power drives and, accordingly, hybrid transmissions [9. Hybrid transmission - URL: https://wiki.zr.ru/ Hybrid_transmission. (date of access: 05/10/2022)], then it is their gear part that often turns out to be poorly suited for these purposes.

Наиболее близким по назначению и совокупности существенных конструктивных признаков к заявляемому устройству аналогом (прототипом) является (в обозначениях, адаптированных заявителем к заявляемому устройству) трансмиссия наземного транспортного средства (ТС) на базе вальной коробки перемены передач (КПП) семейств «Ромашка» и «Конфигурация», содержащей многорежимную вальную коробку перемены передач, включающую входной вал, с возможностью его связи с двигателем, по меньшей мере два параллельных входному промежуточных вала, выходной зубчатый механизм и выходной вал коробки перемены передач, параллельный промежуточным, зубчатые колеса и муфты переключения передач, установленные на валах, а также дисковые фрикционные элементы управления, с возможностью связи выходного вала коробки перемены передач с устройствами дополнительной редукции, реверсирования, поворота и торможения ведущих колес или иных приводных элементов [5. RU 2691678, МПК F16H 3/093, F16H 37/02, 17.06.2019].The closest analogue (prototype) in terms of purpose and set of essential design features to the claimed device is (in the designations adapted by the applicant to the claimed device) a ground vehicle (VV) transmission based on a shaft gearbox (Gearbox) of the "Romashka" and "Configuration" families ", containing a multi-mode shaft gearbox, including an input shaft with the possibility of its connection with the engine, at least two intermediate shafts parallel to the input, an output gear mechanism and an output shaft of the gearbox parallel to the intermediate ones, gear wheels and gear shift clutches installed on the shafts, as well as disc friction control elements, with the ability to connect the output shaft of the gearbox with devices for additional reduction, reversal, rotation and braking of the drive wheels or other drive elements [5. RU 2691678, IPC F16H 3/093, F16H 37/02, 06/17/2019].

Прототип подробно описан и защищен указанным патентом в части КПП, поскольку именно она выступает предметом изобретения в источнике информации [5]. В то же время, объект защиты - КПП - не вырван из контекста: в описании и сути технического решения имеется «ненавязчивое присутствие», наряду с двигателем (силовой установкой), других неотъемлемых составных агрегатов, в совокупности с КПП составляющих трансмиссию, как энергетическую взаимосвязь двигателя с исполнительным элементом (для ТС это ведущие колеса), а именно -дополнительного редуктора между валом двигателя и входным валом КПП, устройства управления поворотом в том или ином виде (здесь это не принципиально), остановочные тормоза и бортовые редукторы при ведущих колесах.The prototype is described in detail and protected by the specified patent in the part of the gearbox, since it is this that is the subject of the invention in the source of information [5]. At the same time, the object of protection - the gearbox - is not taken out of context: in the description and essence of the technical solution there is an “unobtrusive presence”, along with the engine (power unit), of other integral components, together with the gearbox making up the transmission, as an energy relationship engine with an actuator (for a vehicle these are drive wheels), namely an additional gearbox between the engine shaft and the input shaft of the gearbox, a steering control device in one form or another (this is not important here), stopping brakes and final drives at the drive wheels.

Технический результат использования прототипа [5] - расширение компоновочных возможностей КПП за счет многовариантности выбора конфигурации совокупности осей всех валов в поперечном сечении коробки, сообразно компоновке и/или агрегатированию моторно-трансмиссионного отделения и ТС в целом, с обеспечением плотной компоновки. Что особенно важно с позиций совместного монтажа и, особенно, агрегатирования КПП с двигателем. А это определяет улучшение ТЭХ / ТТХ ТС.The technical result of using the prototype [5] is the expansion of the layout capabilities of the gearbox due to the multivariate choice of configuration of the set of axes of all shafts in the cross section of the box, in accordance with the layout and/or aggregation of the engine-transmission compartment and the vehicle as a whole, ensuring a tight layout. What is especially important from the standpoint of joint installation and, especially, aggregation of the gearbox with the engine. And this determines the improvement of the technical characteristics / performance characteristics of the vehicle.

Однако прототип имеет ряд несовершенств и в нем недостаточно полно используется технический потенциал повышения целого ряда свойств и характеристик. Так, у прототипа можно отметить:However, the prototype has a number of imperfections and does not fully utilize the technical potential for improving a number of properties and characteristics. So, the prototype can be noted:

- недостаточно широкие компоновочные возможности КПП и недостаточную компактность;- insufficiently wide layout capabilities of the gearbox and insufficient compactness;

- проблемы динамики транспортного средства при работе ДВС в режиме максимальной экономичности, а значит - ограниченное использование такого режима;- problems of vehicle dynamics when the internal combustion engine operates in maximum efficiency mode, which means limited use of this mode;

- проблемы обеспечения полного реверса трансмиссии;- problems of ensuring full transmission reverse;

- проблемы обеспечения рекуперации;- problems of ensuring recovery;

- проблемы реализации режима «пуск ДВС»; и др.- problems of implementing the “ICE start” mode; and etc.

Техническая проблема (задача), на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в устранении указанных недостатков прототипа и, соответственно, в разработке компактной гибридной трансмиссии с расширенными ТЭХ / ТТХ.The technical problem (task) to which the claimed invention is aimed is to eliminate the indicated shortcomings of the prototype and, accordingly, to develop a compact hybrid transmission with extended technical characteristics / performance characteristics.

Гибридная трансмиссия, построенная на базе новых многовальных КПП, к которым относится и упомянутое семейство КПП «Ромашка» [4-7], позволила бы рациональнее использовать технический потенциал этих агрегатов. Причем без существенного усложнения системы управления агрегатами.A hybrid transmission, built on the basis of new multi-shaft gearboxes, which includes the mentioned “Romashka” gearbox family [4-7], would make it possible to more rationally use the technical potential of these units. Moreover, without significantly complicating the unit control system.

Решение поставленной проблемы достигается тем, что в вально-планетарной гибридной трансмиссии, содержащей многорежимную вальную коробку перемены передач, включающую входной вал, с возможностью его связи с двигателем, по меньшей мере два параллельных входному промежуточных вала, выходной (вальный) зубчатый механизм и выходной вал коробки перемены передач, параллельный промежуточным, зубчатые колеса и муфты переключения передач, установленные на валах, а также дисковые фрикционные элементы управления, с возможностью связи выходного вала коробки перемены передач с устройствами дополнительной редукции, реверсирования, поворота и торможения ведущих колес или иных приводных элементов, согласно заявляемому изобретению, на входе в коробку перемены передач установлен простой суммирующий планетарный зубчатый механизм с функцией сцепления, солнечная шестерня которого связана с входным валом коробки перемены передач, водило снабжено тормозом Т0 и выполнено с возможностью связи с упомянутым двигателем, эпицикл снабжен тормозом T1 и выполнен с возможностью связи с дополнительным двигателем, с образованием, таким образом, двух входных звеньев трансмиссии, а на выходе коробки перемены передач установлена дополнительная коробка передач в виде управляемого ступенчатого планетарного механизма на базе, по меньшей мере одного простого планетарного ряда, солнечные шестерни которых, при количестве рядов два и более, объединены и связаны с выходным валом коробки перемены передач, эпицикл первого ряда и водила последующих рядов объединены и выведены в качестве выходного вала X, водило первого ряда снабжено тормозом TR, эпицикл каждого последующего ряда снабжен тормозом - Т2, Т3, … а эпицикл последнего ряда связан с выходным валом X опосредованно через фрикцион - С3 или С4 в зависимости от порядкового номера фрикциона в перечне фрикционных элементов управления после упомянутых тормозов.The solution to this problem is achieved by the fact that in a shaft-planetary hybrid transmission containing a multi-mode shaft gearbox, including an input shaft with the possibility of its connection with the engine, at least two intermediate shafts parallel to the input, an output (shaft) gear mechanism and an output shaft gearboxes, parallel to intermediate gearboxes, gear wheels and gearshift clutches mounted on shafts, as well as disc friction control elements, with the ability to connect the output shaft of the gearbox with devices for additional reduction, reversal, rotation and braking of the drive wheels or other drive elements, according to the claimed invention, at the entrance to the gearbox there is a simple summing planetary gear mechanism with a clutch function, the sun gear of which is connected to the input shaft of the gearbox, the carrier is equipped with a brake T 0 and is configured to communicate with the said engine, the epicycle is equipped with a brake T 1 and is configured to communicate with an additional engine, thus forming two input transmission links, and at the output of the gearbox, an additional gearbox is installed in the form of a controlled stepped planetary mechanism based on at least one simple planetary gear set, the sun gears of which , when there are two or more rows, combined and connected to the output shaft of the gearbox, the epicycle of the first row and the carrier of subsequent rows are combined and output as the output shaft X, the carrier of the first row is equipped with a brake TR , the epicycle of each subsequent row is equipped with a brake - T 2 , T 3 , ... and the epicycle of the last row is connected to the output shaft X indirectly through the clutch - C 3 or C 4 , depending on the serial number of the clutch in the list of friction control elements after the mentioned brakes.

Решение поставленной проблемы достигается также за счет дополнительного конструктивного признака (при сформулированной выше основной совокупности признаков): входные звенья - водило и эпицикл упомянутого входного планетарного механизма могут быть выполнены с возможностью связи, соответственно, с двигателем внутреннего сгорания и с тяговым электрическим двигателем или обратимой электрической машиной (это существенно расширяет возможности «гибридизации» трансмиссии, соответствующие ей возможности шасси ТС).The solution to the problem posed is also achieved due to an additional design feature (with the main set of features formulated above): the input links - the carrier and the epicycle of the mentioned input planetary mechanism can be made with the ability to communicate, respectively, with an internal combustion engine and with a traction electric motor or reversible electric machine (this significantly expands the possibilities of “hybridization” of the transmission, corresponding to the capabilities of the vehicle chassis).

Среди известных устройств и способов не обнаружены такие, совокупность существенных признаков которых совпадала бы с заявленной. В то же время, именно за счет последней достигается новый технический результат в соответствии с проблемой.Among the known devices and methods, no such devices have been found whose set of essential features would coincide with those declared. At the same time, it is due to the latter that a new technical result is achieved in accordance with the problem.

Четкое разграничение ограничительной и отличительной частей приведенных совокупностей существенных признаков, отражающее результаты сравнительного анализа заявляемого устройства с прототипом, соотносятся с мировым уровнем новизны технического решения. Мировой уровень новизны - первый из триады признаков (критериев) изобретения.A clear delineation of the restrictive and distinctive parts of the given sets of essential features, reflecting the results of a comparative analysis of the claimed device with the prototype, correlates with the world level of novelty of the technical solution. The world level of novelty is the first of a triad of features (criteria) of an invention.

Далее, совокупности отличительных существенных признаков заявляемой гибридной трансмиссии не является простой суммой известных технических результатов применения порознь известных компонентов устройства. Имеет место «сверхэффект» (в патентоведческом значении этого термина), который не был очевидным для специалиста из достигнутого уровня техники (разумеется, до рассмотрения заявляемого технического решения). С целым спектром дополнительных технико-эксплуатационных возможностей. Это убедительно демонстрирует изобретательский уровень разработки как второй из триады квалификационных признаков изобретения.Further, the totality of distinctive essential features of the proposed hybrid transmission is not a simple sum of the known technical results of using individually known components of the device. There is a “super-effect” (in the patent meaning of this term), which was not obvious to a specialist from the achieved level of technology (of course, before considering the proposed technical solution). With a whole range of additional technical and operational capabilities. This convincingly demonstrates the inventive level of development as the second of the triad of qualifying features of an invention.

Третий квалификационный признак, - промышленная применимость, - также неоспорим и вытекает, прежде всего, из того же накопленного опыта проектирования, производства и эксплуатации (практического использования) двух- и трехстепенных планетарных зубчатых механизмов, фрикционных элементов и систем управления трансмиссиями и их составными частями.The third qualification, industrial applicability, is also undeniable and stems, first of all, from the same accumulated experience in the design, production and operation (practical use) of two- and three-degree planetary gear mechanisms, friction elements and control systems for transmissions and their components.

Заявляемая трансмиссия пояснена на чертежах фиг. 1, 2:The inventive transmission is illustrated in the drawings of Figs. 12:

- на фиг. 1 показана упрощенная кинематическая схема первого частного случая (примера) вально-планетарной гибридной трансмиссии, где СМ0 - входной суммирующий планетарный зубчатый механизм; КПП - коробка перемены передач; СМкпп - выходной планетарный зубчатый механизм (трехзвенник); ДКП - дополнительная коробка передач; 0, 0*, 0кпп, Хкпп, X - входные и выходные звенья; 1,…, n - параллельные промежуточные валы (на фиг. видны два таких вала - нижний и верхний); M1 … Мn - муфты переключения передач в КПП; k1,2,R - кинематические параметры планетарных механизмов; T0,1,2,R - дисковые фрикционные элементы управления (тормоза); С3 - дисковый фрикционный элемент управления (муфта) на выходном звене X;- in fig. Figure 1 shows a simplified kinematic diagram of the first particular case (example) of a shaft-planetary hybrid transmission, where CM 0 is the input summing planetary gear mechanism; Gearbox - gearbox; SM gearbox - output planetary gear mechanism (three-link); DKP - additional gearbox; 0, 0*, 0 gearbox , Х gearbox , X - input and output links; 1,…, n - parallel intermediate shafts (two such shafts are visible in the figure - lower and upper); M 1 ... M n - gearshift clutches in the gearbox; k 1,2,R - kinematic parameters of planetary mechanisms; T 0,1,2,R - disc friction controls (brake); C 3 - disc friction control element (clutch) on the output link X;

- на фиг. 2 - схема второго частного случая (примера) вально-планетарной гибридной трансмиссии а трехрядной ДКП, где (в дополнение к обозначениям на фиг. 1) Т3 - дисковый фрикционный элемент управления (тормоз); С4 - дисковый фрикционный элемент управления (муфта) на выходном звене X (аналогичен С3 на фиг. 1).- in fig. 2 is a diagram of the second special case (example) of a shaft-planetary hybrid transmission and a three-row DCT, where (in addition to the designations in Fig. 1) T 3 is a disc friction control element (brake); C 4 - disc friction control element (clutch) on the output link X (similar to C 3 in Fig. 1).

Вально-планетарная гибридная трансмиссия содержит многорежимную вальную коробку перемены передач (КПП) с параллельными валами, включая входной вал 0кпп, с возможностью его связи с двигателем (обычно внутреннего сгорания - ДВС), по меньшей мере два промежуточных вала, параллельных входному валу 0кпп (всего 1…n параллельных валов в общем случае, показаны 1 и n), выходной зубчатый механизм (СМкпп), выходной вал Хкпп КПП, параллельный промежуточным валам 1...n, зубчатые колеса и муфты M1...Мn переключения передач (зубчатые, зубчатые с синхронизаторами или в виде индивидуальных дисковых фрикционных муфт при зубчатых колесах), установленные на промежуточных валах, а также дисковые фрикционные элементы управления (тормоза, конкретно обозначенные далее по тексту и на фигуре). С возможностью связи выходного вала Хкпп КПП с устройствами дополнительной редукции, реверсирования, поворота и торможения ведущих колес или иных приводных элементов, характерных, в частности, для наземных транспортных средств (ТС).The shaft-planetary hybrid transmission contains a multi-mode shaft gearbox (Gearbox) with parallel shafts, including the input shaft 0 gearbox , with the possibility of its connection with the engine (usually internal combustion - internal combustion engine), at least two intermediate shafts parallel to the input shaft 0 gearbox (a total of 1...n parallel shafts in the general case, 1 and n are shown), output gear mechanism (SM), output shaft of the manual transmission, parallel to the intermediate shafts 1...n, gear wheels and clutches M1...Mn gear shift ( gear, gear with synchronizers or in the form of individual disc friction clutches with gears) mounted on intermediate shafts, as well as disc friction controls (brakes, specifically designated below in the text and in the figure). With the possibility of connecting the output shaft X of the gearbox with devices for additional reduction, reversal, rotation and braking of the drive wheels or other drive elements, characteristic, in particular, of land vehicles (TS).

На входе в КПП установлен простой суммирующий планетарный зубчатый механизм (СМ0). Его солнечная шестерня связана с входным валом 0кпп КПП, водило снабжено тормозом Т0 и выполнено с возможностью связи с упомянутым двигателем (здесь - ДВС), эпицикл снабжен тормозом T1 и выполнен с возможностью связи с дополнительным двигателем, с образованием, таким образом, двух входных звеньев трансмиссии (на фигуре - крайние слева).A simple summing planetary gear mechanism (SM 0 ) is installed at the entrance to the gearbox. Its sun gear is connected to the input shaft 0 of the gearbox, the carrier is equipped with a brake T 0 and is configured to communicate with the mentioned engine (here - internal combustion engine), the epicycle is equipped with a brake T 1 and is configured to communicate with an additional engine, thus forming two input links of the transmission (in the figure - on the far left).

На выходе КПП установлена дополнительная коробка передач (ДКП) в виде управляемого ступенчатого планетарного механизма на базе, по меньшей мере одного простого планетарного ряда (рекомендуется на базе двух-трех таких рядов, как это показано в примерах по фиг. 1 и 2). Так в примере по фиг. 1 - с двумя рядами, по фиг. 2 - с тремя рядами. Солнечные шестерни этих рядов (при количестве рядов два и более) объединены и связаны с выходным валом Хкпп КПП. Эпицикл первого ряда и водила последующих рядов (второго в примере по фиг. 1, или второго и третьего в примере по фиг. 2) объединены и выведены в качестве выходного вала X. Водило первого ряда снабжено тормозом TR. Эпицикл каждого последующего ряда снабжен тормозом - Т2 в двухрядной ДКП (по фиг. 1) или Т2, Т3 в трехрядной ДКП (по фиг. 2). Эпицикл последнего ряда связан с выходным валом X опосредованно через фрикцион - С3 в двухрядной ДКП (по фиг. 1) или С4 в трехрядной ДКП (по фиг. 2), то есть в зависимости от порядкового номера фрикциона С в перечне фрикционных элементов управления после упомянутых тормозов.At the output of the gearbox, an additional gearbox (DCT) is installed in the form of a controlled stepped planetary mechanism on the basis of at least one simple planetary gearset (it is recommended on the basis of two or three such rows, as shown in the examples in Fig. 1 and 2). So in the example of FIG. 1 - with two rows, according to Fig. 2 - with three rows. The sun gears of these rows (if there are two or more rows) are combined and connected to the output shaft X of the gearbox . The epicycle of the first row and the carrier of subsequent rows (the second in the example of Fig. 1, or the second and third in the example of Fig. 2) are combined and output as the output shaft X. The carrier of the first row is equipped with a brake T R . The epicycle of each subsequent row is equipped with a brake - T 2 in a two-row DCT (according to Fig. 1) or T 2 , T 3 in a three-row DCT (according to Fig. 2). The epicycle of the last row is connected to the output shaft X indirectly through the clutch - C 3 in a two-row DCT (according to Fig. 1) or C 4 in a three-row DCT (according to Fig. 2), that is, depending on the serial number of clutch C in the list of friction control elements after the mentioned brakes.

Входные звенья, а именно водило и эпицикл входного планетарного механизма СМ0, могут быть выполнены (рекомендуется) с возможностью связи, соответственно, с ДВС и с тяговым электрическим двигателем (ТЭД) или (что более предпочтительно) с обратимой электрической машиной (ОЭМ).The input links, namely the carrier and the epicycle of the input planetary mechanism SM 0 , can be made (recommended) with the ability to communicate, respectively, with the internal combustion engine and with the traction electric motor (TED) or (more preferably) with a reversible electric machine (REM).

Первый планетарный ряд ДКП может быть выполнен (рекомендуется) с кинематическим параметром kR из диапазона [-3, -2]: kR=-3…-2. В этом случае передаточное отношение на выходном валу X увеличивается по модулю в 2…3 раза по сравнению со значением на звене Хкпп - выходе из КПП.The first planetary gear set of the DCT can be made (recommended) with a kinematic parameter k R from the range [-3, -2]: k R = -3…-2. In this case, the gear ratio on the output shaft X increases in absolute value by 2…3 times compared to the value on the gearbox link X - the output from the gearbox.

При наличии двух промежуточных валов можно получить три режима работы: базовую гамму передач плюс дополнительные (пониженные) передачи плюс задний ход. Вариант с тремя валами позволяет рациональнее использовать объем и получить в итоге до двенадцати передач прямого хода и шести передач заднего хода.If there are two intermediate shafts, you can get three operating modes: a basic range of gears plus additional (lower) gears plus reverse. The option with three shafts allows you to use the volume more rationally and ultimately get up to twelve forward gears and six reverse gears.

В приведенных примерах реализации изобретения (см. фиг. 1 и 2) в качестве базовой КПП, напомним, использована известная КПП (авторского семейства «Ромашка») Поэтому повторять подробное описание устройства и работы редукторной части КПП нецелесообразно, тем более это не составляет предмет изобретения, достаточно ссылки на прототип [5], аналог [6] и др. Остановимся на особенностях представленного примера реализации (в основном по фиг. 1, поскольку отличие второго примера от первого примера невелики) и, главное, на особенностях работы дополнительно введенных узлов и элементов - СМ0, ДКП, фрикционных элементов управления Т0,1,2,3,R и С3, С4.In the given examples of implementation of the invention (see Fig. 1 and 2), we recall that a well-known gearbox (from the author’s family “Romashka”) was used as a basic gearbox. Therefore, it is not advisable to repeat a detailed description of the design and operation of the gearbox part of the gearbox, especially since this is not the subject of the invention , a reference to the prototype [5], analogue [6], etc. is enough. Let us dwell on the features of the presented example of implementation (mainly according to Fig. 1, since the differences between the second example and the first example are small) and, most importantly, on the features of the operation of additionally introduced nodes and elements - SM 0 , DKP, friction control elements T 0,1,2,3,R and C 3 , C 4 .

Кинематические параметры планетарных механизмов k1,2,3,R (см. фиг. 1) задают (выбирают, рассчитывают), исходя из теории и практики синтеза и проектирования планетарных передач.The kinematic parameters of planetary mechanisms k 1,2,3,R (see Fig. 1) are set (selected, calculated) based on the theory and practice of synthesis and design of planetary gears.

Для некоторых тягово-транспортных машин двенадцати передач прямого хода недостаточно. Возможен вариант добавления в ДКП еще одного (третьего) планетарного ряда со своими элементами управления (см. второй пример на фиг. 2), что даст дополнительную группу пониженных передач. Например, характерный для трансформирующего механизма диапазон изменения передаточных отношений от 0,97 до 11,33 (см. [10. Теория и расчет трактора «Кировец» / Е.А. Шувалов и др. Под общей ред. А.В. Бойкова. - Л., «Машиностроение», 1980. - 208 с.]) может быть равномерно перекрыт восемнадцатью передачами, разбитыми по геометрической прогрессии со знаменателем 1,13, а двенадцатью передачами - со знаменателем 1,25.For some traction and transport vehicles, twelve forward gears are not enough. It is possible to add another (third) planetary gear set with its own controls to the DCT (see the second example in Fig. 2), which will provide an additional group of low gears. For example, the range of changes in gear ratios characteristic of a transforming mechanism is from 0.97 to 11.33 (see [10. Theory and calculation of the Kirovets tractor / E.A. Shuvalov et al. Under the general editorship of A.V. Boykov. - L., “Mechanical Engineering”, 1980. - 208 p.]) can be evenly covered by eighteen gears, divided according to a geometric progression with a denominator of 1.13, and twelve gears with a denominator of 1.25.

Заявляемое устройство (на примере устройства по фиг. 1) работает следующим образом.The inventive device (using the example of the device in Fig. 1) works as follows.

Фрикционный элемент управления (тормоз) T1 выполняет роль сцепления, если буксует при трогании ТС с места на ДВС при отключенном ТЭД. Трогаться лучше на ТЭД. В это время ДВС уже запущен и работает на холостом ходу. Дальнейшая работа происходит при нормально-выключенном T1.The friction control element (brake) T 1 acts as a clutch if it slips when the vehicle starts moving on the internal combustion engine with the traction motor turned off. It’s better to start on the TED. At this time, the internal combustion engine is already running and idling. Further work occurs with T1 normally switched off.

От двигателя(ей) (ДВС и/или ТЭД и/или ОЭМ, с учетом суммирования в планетарном трехзвенном ряду СМ0, через ведущий вал 0кпп, поток мощности направляется к одному из подключенных соответствующей муфтой М параллельных промежуточных валов (см. принцип построения схем КПП семейства «Ромашка» в прототипе [5]). В КПП происходит редукция в соответствии с включенной передачей. С КПП мощность снимается через выходной (вальный) механизм СМКПП, на выходной вал КПП - Xкпп и сразу или опосредованно (например, карданной передачи в другом частном примере) поступает на солнечные шестерни ДКП. Работа же последней определяется положением «местных» элементов управления - Т2, С3 и TR.From the engine(s) (ICE and/or TED and/or OEM, taking into account the summation in the planetary three-link series SM 0 , through the drive shaft 0 of the gearbox , the power flow is directed to one of the parallel intermediate shafts connected by the corresponding coupling M (see construction principle diagrams of the gearbox of the "Romashka" family in the prototype [5]). In the gearbox, reduction occurs in accordance with the gear engaged. From the gearbox, power is removed through the output (shaft) mechanism SM gearbox , to the output shaft of the gearbox - X gearbox and immediately or indirectly (for example, cardan transmission in another particular example) is supplied to the sun gears of the DCP.The operation of the latter is determined by the position of the “local” control elements - T 2 , C 3 and TR .

Передачи прямого хода реализуются при использовании тормоза T2 (группа пониженных передач) или муфты С3 (группа основных передач). Передачи заднего хода получают при включении тормоза TR.Forward gears are implemented using brake T 2 (low gear group) or clutch C 3 (main gear group). Reverse gears are obtained when the brake T R is applied.

Полный реверс осуществляется на передачах прямого хода за счет смены направления вращения ТЭД. Это можно сделать только в режиме электродвижения.Full reverse is carried out in forward gears due to a change in the direction of rotation of the TED. This can only be done in electric propulsion mode.

В примере (модификации трансмиссии), где вал 0 подключен к ДВС, а вал 0* - к ТЭД или ОЭМ, ДВС работает в режиме максимальной экономичности (минимальный удельный расход топлива).In the example (transmission modification), where shaft 0 is connected to the internal combustion engine, and shaft 0* to the TED or OEM, the internal combustion engine operates in maximum efficiency mode (minimum specific fuel consumption).

При ОЭМ торможение ТС сопровождается рекуперацией энергии.In OEM, vehicle braking is accompanied by energy recovery.

При включенном фрикционном элементе Т0 вал 0 и, соответственно, вал ДВС заторможен и ТС работает в режиме электродвижения - от ТЭД или от ОЭМ в режиме ТЭД.When the friction element T 0 is turned on, shaft 0 and, accordingly, the internal combustion engine shaft is inhibited and the vehicle operates in electric propulsion mode - from the electric motor or from the OEM in the electric motor mode.

Пуск ДВС, при необходимости, осуществляют от ТЭД или ОЭМ в режиме ТЭД при нормально-выключенных фрикционных элементах Т0 и T1. При этом тормоза Т2 и TR. включены одновременно (ДКП заблокирована), а в КПП включен один из элементов управления.The internal combustion engine is started, if necessary, from the electric motor or OEM in the electric motor mode with the friction elements T 0 and T 1 normally switched off. In this case, the brakes are T 2 and T R. are turned on simultaneously (DCT is locked), and one of the control elements is turned on in the gearbox.

В первом и втором примерах (см. фиг. 1 и 2) фрикцион С3 и C4 соответственно, в сочетании с тормозом Т2 и Т3 соответственно, дополнительно расширяют возможности устройства.In the first and second examples (see Fig. 1 and 2), clutch C 3 and C 4 , respectively, in combination with brake T 2 and T 3 , respectively, further expand the capabilities of the device.

Использование принципа контролируемого буксования [11. Замкнутые системы управления поворотом гусеничных машин / Ю.В. Галышев [и др.] // «Научно-технические ведомости СПбГПУ». №3, т. 2, 2014. - С. 201-209] позволит достичь высокой плавности работы.Using the principle of controlled slipping [11. Closed-loop control systems for turning tracked vehicles / Yu.V. Galyshev [etc.] // “Scientific and Technical Gazette of St. Petersburg State Polytechnic University”. No. 3, vol. 2, 2014. - P. 201-209] will allow achieving high smoothness of operation.

Применение ОЭМ и накопителей энергии большой емкости дает возможность отказаться от тягового электрогенератора (ТЭГ), наличие которого обычно подразумевается в «гибридных» схемах. В этом случае ОЭМ работает в режиме генератора, например, при равномерном движении ТС и рекуперации, но используется как двигатель на прочих режимах.The use of OEM and high-capacity energy storage devices makes it possible to abandon the traction electric generator (TEG), the presence of which is usually implied in “hybrid” circuits. In this case, the OEM operates in generator mode, for example, during uniform vehicle motion and recuperation, but is used as a motor in other modes.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет:Thus, the claimed device allows:

- расширить компоновочные возможности КПП за счет многовариантности выбора конфигурации совокупности всех валов в поперечном сечении КПП, сообразно компоновке и/или агрегатированию моторно-трансмиссионного отделения и машины в целом;- expand the layout capabilities of the gearbox due to the multi-variant selection of the configuration of the set of all shafts in the cross-section of the gearbox, in accordance with the layout and/or aggregation of the engine-transmission compartment and the machine as a whole;

- обеспечить, при многорежимности устройства (в том числе широкой гамме передаточных отношений), высокую компактность в осевом направлении, короткие и, соответственно, жесткие валы, удобство автоматизации управления трансмиссией;- ensure, with a multi-mode device (including a wide range of gear ratios), high compactness in the axial direction, short and, accordingly, rigid shafts, ease of automation of transmission control;

- обеспечить плавное и преселективное переключение передач (режимов работы трансмиссии);- ensure smooth and selective gear shifting (transmission operating modes);

- обеспечить динамику транспортного средства при работе ДВС в режиме максимальной экономичности;- ensure vehicle dynamics when the internal combustion engine is operating in maximum efficiency mode;

- обеспечить полный реверс трансмиссии;- ensure complete transmission reverse;

- обеспечить рекуперацию при торможении транспортного средства;- provide recuperation when braking the vehicle;

- обеспечить дополнительный режим - электродвижения транспортного средства, за счет дополнительного элемента управления То, посредством которого можно останавливать вал отключенного ДВС;- provide an additional mode - electric propulsion of the vehicle, due to the additional control element To, through which you can stop the shaft of the disconnected internal combustion engine;

- осуществлять пуск ДВС посредством электродвигателя или ОЭМ.- start the internal combustion engine using an electric motor or OEM.

Все это определяет улучшение ТЭХ или ТТХ ТС, заметное расширение возможностей трансмиссии и всего транспортного средства.All this determines the improvement of the technical characteristics or performance characteristics of the vehicle, a noticeable expansion of the capabilities of the transmission and the entire vehicle.

Claims (2)

1. Вально-планетарная гибридная трансмиссия, содержащая многорежимную вальную коробку перемены передач, включающую входной вал, с возможностью его связи с двигателем, по меньшей мере два параллельных входному промежуточных вала, выходной зубчатый механизм и выходной вал коробки перемены передач, параллельный промежуточным, зубчатые колеса и муфты переключения передач, установленные на валах, а также дисковые фрикционные элементы управления, с возможностью связи выходного вала коробки перемены передач с устройствами дополнительной редукции, реверсирования, поворота и торможения ведущих колес или иных приводных элементов, отличающаяся тем, что на входе в коробку перемены передач установлен простой суммирующий планетарный зубчатый механизм с функцией сцепления, солнечная шестерня которого связана с входным валом коробки перемены передач, водило снабжено тормозом Т0 и выполнено с возможностью связи с упомянутым двигателем, эпицикл снабжен тормозом Т1 и выполнен с возможностью связи с дополнительным двигателем, с образованием, таким образом, двух входных звеньев трансмиссии, а на выходе коробки перемены передач установлена дополнительная коробка передач в виде управляемого ступенчатого планетарного механизма на базе простых планетарных рядов, солнечные шестерни которых, при количестве рядов два и более, объединены и связаны с выходным валом коробки перемены передач, эпицикл первого ряда и водила последующих рядов объединены и выведены в качестве выходного вала X, водило первого ряда снабжено тормозом TR, эпицикл каждого последующего ряда снабжен тормозом - Т2, Т3,…, а эпицикл последнего ряда связан с выходным валом X опосредованно через фрикцион - С3 или С4 в зависимости от порядкового номера фрикциона в перечне фрикционных элементов управления после упомянутых тормозов.1. Shaft-planetary hybrid transmission containing a multi-mode shaft gearbox, including an input shaft with the possibility of its connection with the engine, at least two intermediate shafts parallel to the input, an output gear mechanism and a gearbox output shaft parallel to the intermediate shafts, gears and gear shift clutches mounted on the shafts, as well as disc friction control elements, with the ability to connect the output shaft of the gearbox with devices for additional reduction, reversal, rotation and braking of the drive wheels or other drive elements, characterized in that at the entrance to the gearbox there is a change gears, a simple summing planetary gear mechanism with a clutch function is installed, the sun gear of which is connected to the input shaft of the gearbox, the carrier is equipped with a brake T0 and is configured to communicate with the mentioned engine, the epicycle is equipped with a brake T1 and is configured to communicate with an additional engine, forming , thus, two input links of the transmission, and at the output of the gearbox, an additional gearbox is installed in the form of a controlled stepped planetary mechanism based on simple planetary gears, the sun gears of which, when there are two or more rows, are combined and connected to the output shaft of the gearbox gears, the epicycle of the first row and the carrier of the subsequent rows are combined and output as the output shaft X, the carrier of the first row is equipped with a TR brake, the epicycle of each subsequent row is equipped with a brake - T2, T3,..., and the epicycle of the last row is connected to the output shaft X indirectly through the clutch - C3 or C4 depending on the serial number of the clutch in the list of friction control elements after the mentioned brakes. 2. Трансмиссия по п. 1, отличающаяся тем, что входные звенья - водило и эпицикл упомянутого входного планетарного механизма выполнены с возможностью связи, соответственно, с двигателем внутреннего сгорания и с тяговым электрическим двигателем или обратимой электрической машиной.2. The transmission according to claim 1, characterized in that the input links - the carrier and the epicycle of the said input planetary mechanism - are configured to communicate, respectively, with an internal combustion engine and with a traction electric motor or a reversible electric machine.
RU2022118370A 2022-07-05 Shaft-planetary hybrid transmission RU2805899C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2805899C1 true RU2805899C1 (en) 2023-10-24

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2831555C1 (en) * 2024-05-28 2024-12-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Курганский государственный университет" Shaft-planetary gearbox 7r2+3∑

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4074592A (en) * 1976-04-29 1978-02-21 Caterpillar Tractor Co. Direct drive transmission with hydraulically actuated forward and reverse clutches
SU1181903A1 (en) * 1984-04-21 1985-09-30 Институт проблем надежности и долговечности машин АН БССР Gearbox
SU1504111A1 (en) * 1988-02-22 1989-08-30 Институт проблем надежности и долговечности машин АН БССР Change speed gear
RU2126507C1 (en) * 1994-03-05 1999-02-20 Гер Янг Тай Plant with combined drive and differential joint (versions)
US8506450B2 (en) * 2009-01-27 2013-08-13 Honda Motor Co., Ltd. Hybrid vehicle

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4074592A (en) * 1976-04-29 1978-02-21 Caterpillar Tractor Co. Direct drive transmission with hydraulically actuated forward and reverse clutches
SU1181903A1 (en) * 1984-04-21 1985-09-30 Институт проблем надежности и долговечности машин АН БССР Gearbox
SU1504111A1 (en) * 1988-02-22 1989-08-30 Институт проблем надежности и долговечности машин АН БССР Change speed gear
RU2126507C1 (en) * 1994-03-05 1999-02-20 Гер Янг Тай Plant with combined drive and differential joint (versions)
US8506450B2 (en) * 2009-01-27 2013-08-13 Honda Motor Co., Ltd. Hybrid vehicle

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2831555C1 (en) * 2024-05-28 2024-12-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Курганский государственный университет" Shaft-planetary gearbox 7r2+3∑

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6966860B2 (en) Automatic transmission for motor vehicles
JP5465715B2 (en) Continuously variable transmission for vehicle drivetrain
US8083631B2 (en) Planetary gear type gearbox
US5385064A (en) Dual clutch countershaft automatic transmission
US20110239820A1 (en) Power transmission device for hybrid vehicle
US20150211607A1 (en) Transmission for hybrid vehicle
US20110239819A1 (en) Transmission for hybrid vehicle
JP2008540941A (en) Transmission having a countershaft separable in a direct gear
US11072230B2 (en) Transmission for a hybrid drive arrangement, hybrid drive arrangement, vehicle, method for operating the hybrid drive arrangement, computer program and storage medium
RU2508486C1 (en) Automotive multiple-speed gearbox
Yoon et al. Conceptual design of economic hybrid vehicle system using clutchless geared smart transmission
JP2017193320A (en) Driving device for vehicle
JP2017197107A (en) Automobile driving device
JP2017154511A (en) Driving device for vehicle
US20220009339A1 (en) Hybridized double clutch transmission arrangement
RU2805899C1 (en) Shaft-planetary hybrid transmission
Siddique et al. Technical trend of the power shift transmission (PST) of agricultural tractor
RU2462632C2 (en) Automotive gearbox
RU2656938C1 (en) Ground vehicle on-board lubrication and hydraulic control systems pumping station
JP2017193260A (en) Driving device for vehicle
CN104389999B (en) Three-speed wire-controlled automatic transmission for electric vehicles
Salamandra Transmissions with three power-flows for trucks and tractors
KR101322562B1 (en) Hydrostatic mechanical transmission
RU230555U1 (en) Hybrid dual-flow transmission of a transport and technological vehicle
CN113983140B (en) Large-torque hydraulic mechanical combined type comprehensive transmission device and vehicle