CN1016211B - 副轴传动装置 - Google Patents

Abstract

一种副轴传动装置包括一输入轴、一副轴、一输出轴、与输入轴相连的第一和第二圆盘型方向离合器和与副轴和输出轴相连的圆盘型速度离合器装置，用于以预选方式有选择地与多个恒定啮合齿轮相连为履带式拖拉机等车辆提供三种前进和倒退速度。齿轮和离合器从功能上设置成一与一三速机构串接的前进和倒退机构，可以对速度机构改变减速比而不影响前进和倒退机构的减速比。在前进和倒退机构中用一三齿轮系能使倒退速度比相应的前进速度快约20%。

Description

本发明涉及一种用于重型车辆的副轴传动装置，特别涉及一种用于履带式拖拉机或诸如此类车辆的副轴传动装置，它具有利用恒定啮合齿轮装置形成的多种前进和倒退速度以及多个液压驱动旋转圆盘型离合器，并构造和设置得能提供最紧凑的设备并有灵活的减速比。

在每一个操作方向上具有多个速度比的副轴传动装置特别适用于诸如轮式装载机、集材拖拉机和汽车吊的重型车辆的动力传动系统。这些传动装置的优点在于：它们的许多个旋转圆盘型离合器和关联的连续啮合齿轮可以设置在通常平行的若干根轴上，以致能为满足输入轴与输出轴之间的高度差要求而提供相当大的设计灵活性和适应性。

在这一技术领域内可以作为例子例举的是下述的一些美国专利号：由H.S.Krawczyk等人发明的、于1969年2月4日发布的U.S.P3425293;由R.L.Sisson等人发明的、于1975年1月7日发布的U.S.P3858455;由G.P.Grattapaglia发明的、于1982年6月8日发布的U.S.P4333358;由E.Stodt发明的、于1982年7月27日发布的U.S.P4341127;和由T.F.Keenan等人发明的、于1985年6月18日发布的U.S.P4523655。另外，日本东京小松制作所（株）制造了属于这一类的许多令人满意的副轴传动装置，这类装置包括能提供四种前进和倒退速度的机型WA300-1。

这些已有的副轴传动装置的问题之一是：副轴传动装置轴向长度太长。例如，相对于机壳的支撑壁，沿着单根轴轴线排列着两个或甚至更多个转动离合器和多只齿轮，从而使总长度太长。同时，轴、离 合器和齿轮沿径向没有足够靠拢和互套（互联）起来，以致无法形成径向和轴向均紧凑的组件。

其中部分副轴传动装置的另一问题是：齿轮互相连结后，难以做到不影响各个齿轮速度比之间的各档速度比，独立地改变前进速度与倒退速度之间的减速比。此外，还有一些副轴传动装置不能经简单的改动就可以在同一齿轮速度比范围内提供一前进速度与倒退速度之间的比较大的减速比差或提供一比较大的总的级差比。

人们所希望的传动装置的各减速比不仅要提供能最好地满足车辆要求的输出速度范围，而且要能够方便地进行修改使同一基本设备能使用于种种不同的车辆用途上。对于要求在前进工作齿轮中具有较高的拉杆拉力的某些履带式拖拉机用途，最好是使每个倒退时的行车速度要比相应的前进速度约快30%。改变第一前进速度与第一倒档速度之间的相对速度，对它来说应该是轻而易举的事，例如，在不改变各速度级差比，不变更轴的中心轴线和不要求在副轴传动装置中做比置换某些齿轮对更多的改动的情况下就能改变前进速度和倒退速度之间的相对速度。

人们所希望的其他特点还有：可以利用类似规格的旋转离合器件使零件的通用性大大提高，设计和安排齿轮时能避免不希望的高运行速度或离合器板啮合速度，以延长使用寿命，以及希望各构件相对于机壳或机体的安装位置应便于组装或拆卸。

本发明的目的是提供一种结构简单、沿径向和轴向均紧凑的、恒定啮合的副轴传动装置，它能利用最少量的轴、旋转离合器和关联件提供至少三种前进速度和一种、两种或三种倒档速度。最好是，该传动装置的使用寿命要长，并在设计和安排时不管哪一档减速比都能有选择地在前进与倒档速度之间有效地变换速度比，反之亦然。这样，就能提供一能增大零件通用性的传动装置系列，而且使该系列能适应于多种车辆用途。

按本发明所提供的一种副轴传动装置包括一上面装有可自由转动的第一和第二齿轮的输入轴，用于将第一和第二齿轮有选择地与输入轴相连的第一和第二方向离合器装置，一与第一齿轮相连的空转的第三齿轮，一具有装在其上并随其转动的第四和第五齿轮并使第四齿轮与空转的第三齿轮相连、第五齿轮与第二齿轮相连的副轴。另外，在副轴上装有可自由转动的一第六齿轮和一第七齿轮，还装有一随副轴转动的第八齿轮。输出轴上装有可随其转动的一第九齿轮和一第十齿轮，还装有一只可在其上自由转动的第十一齿轮，还装有速度离合器装置以将第六、七和第十一齿轮中的一只有选择地与相应的轴相连。第六、七和八齿轮独立地与第九、十和十二齿轮啮合以增大速比的灵活性。

更有利的是，方向副轴传动装置提供三种前进速度和多至三种倒退速度，传动装置的所有齿轮系是彼此独立的，任一齿轮速度比可以改变而不影响其他速度级差比。前进和倒退之间的速度比也可以改变而不影响各速度级差比。两对沿径向靠得很近的圆盘型离合器背对背地沿着输入轴和副轴排列，彼此之间横向偏置，但沿纵向是对齐的，且第五圆盘型离合器沿输出轴的排列与此相似，所以，传动装置十分紧凑。这样，从侧面看传动装置，各离合器几乎成一直线排列而且位于大多数齿轮中间，以获得最紧凑的结构。

图1是按照本发明的三速前进和三速倒档副轴传动装置的展示图，它基本上是侧视剖视的示意图;

图2是表示作为图1所示的副轴传动装置中的一个部分的空转轮（图1中未详细画出）的局部剖视图，和

图3是沿着图1中“Ⅲ-Ⅲ”线剖开的副轴传动装置的示意性的正视图，它表示出各轴轴线的位置、某些齿轮的嵌套布置和展开的图1的切割面。

现参阅图1，副轴传动装置10有一下方输入轴12，一上方输出 轴14和一介于它们之间的、可转动支撑在一机壳或机体18上的副轴16。图2所示的一空转齿轮支撑轴20也可卸地固定于机壳18上，轴12、14、16和20各有互相平行的轴线22、24、26和28，表示这些轴线的相互关系的正视图示于图3。从图3可看出，空转齿轮支撑轴位于输入轴的下方，诸轴线排列成一较紧凑的四边形。

机壳18通常由两件组成，即一从图1中看位于左侧的后部主壳体部分30和一位于右侧的前部盖部分32。前盖部分的前壁34在输入轴22上整体地形成一阶梯孔36，在输出轴24上有一孔38，在中间轴26上有一阶梯孔40，在空转齿轮轴28上有一盲孔42（如图2所示）。空转齿轮支撑轴20的前端装在孔42中，并用一个或多个带螺纹的紧固件或螺栓44（图中画出了其中的一个）将其固定到前壁上。同样地，主壳体部分30的后壁46在输入轴22上整体形成了一阶梯孔48，分别在输出轴24和中间轴26上形成一带一盲端的圆柱形阶梯状坑50和52。机壳一般为圆筒状，在主壳体部分上整体地形成一沿外周边伸展的安装法兰54。利用许多穿过该法兰的带螺纹紧固件或螺栓56，可将传动装置可拆卸地固定连接到一环形的车架件58上。车架件上有一圆筒形通孔59，副轴传动装置10就以枢轴转动方式装在该孔中。另外许多螺纹紧固件或螺栓60将主壳体部分30和前盖部分32牢靠地紧连在一起并用以形成一内室62。

输入轴12有一前部花键部分64，它最好由一发动机和一以通常方式串联的流体动力转矩变换器驱动（图中未画出）。输入轴的前端靠一装在阶梯孔36中的滚柱轴承66可旋转地支撑在前壁34上，而其后端靠一装在阶梯孔48中的滚柱轴承68可旋转地支撑在后壁46上。输入轴还有一与动力输出（PTO）轴（图中未画出）相连的后部花键部分70，用以带动车辆上的辅助设备，如绞盘或诸如此类的设备。当PTO轴不使用时，盖板72可以可拆卸地固定到主壳体部分30上。

在输入轴12中部形成一环状辐板74，利用焊接或诸如此类的方法将一内部花键前筒76和一内部花键后筒77整体地固定到辐板上。筒76和77分别组成第一方向离合器装置78和第二方向离合器装置79的驱动件。更具体地说，第一和第二方向离合器装置分别包括一通常为交错排列的多平板和圆盘型的前进离合器80和一倒档离合器82。例如，前进离合器80包括一环状驱动活塞84，当加压的流体通过轴送到该活塞上时，该环状驱动活塞就可以有选择地移向右方（从图1看），把多片交错的平板和摩擦盘（总的用编号86表示）夹紧到反作用板88上。这样就将一第一齿轮90和一整体相连的外部花键毂92与输入轴12相连并随轴转动。当位于驱动活塞后面的驱动腔96中的流体压力减小时，由于许多压缩弹簧94（图中画出一只）的作用使驱动活塞返回到左侧，此时，前进离合器就被脱开。这样，通过一中间滑动轴承或等效的滚针轴承98可使毂92和第一齿轮90自由地一起在输入轴上转动。

第二齿轮100和一整体相连的外部花键毂102也依靠一滑动轴承或滚针轴承104装在输入轴12上并可自由转动。从图1看，当倒档离合器82的一驱动活塞106移向左方时，第二齿轮100和毂102就与输入轴相连结。这样，前进离合器80和倒档离合器82的驱动就有效地提供了对齿轮90和100中任一个的传动，不用说，把离合器80称为前进离合器，离合器82称为倒退离合器完全是任意的，把它们倒过来分别看作倒退和前进也可以。

如图2所示，一空转的第三齿轮108依靠一对相对的锥形滚柱轴承110用通常的方式可自由转动地装在固定的短轴形支撑轴20上，并且它分别直接与输入轴12上的第一齿轮90和副轴76上的第四齿轮112互相啮合。

现在再回过来看图1。副轴16的前端是支撑在前壁34的阶梯孔40中一滚柱轴承114上。而其后端是支撑在后壁46的阶梯坑52 中的一滚柱轴承116上。第四齿轮112是通过一前部的花键连接件118连结于副轴并随之连续转动，而与第二齿轮100互相啮合的第五齿轮120也类似地通过一后部的花键连接件122连结于副轴并随之转动。第六齿轮128及其齿轮毂130则通过一滑动轴承或滚针轴承132可自由转动地装在副轴的前端上，并且可以通过包括一第一速度离合器134的速度离合器装置133有选择地与之连结并随之转动。第七齿轮136及其齿轮毂138是通过另一滑动轴承或滚针轴承140可自由转动地装在副轴的后端上的。速度离合器装置133包括一第三速度离合器142，它可有选择地直接将第七齿轮136与副轴相连。前部筒143和后部筒144均与一同心设置的副轴辐板145相连，这些筒以一与背对背的前进和倒档离合器80和82的结构类似的方式组成了背对背的第一和第三离合器134、142的一部分。但是，这时在辐板145的外周边上整体地形成了环状的第八齿轮146，以随副轴转动。

上方输出轴14的前端通过一中间花键连接件152由一输出小锥齿轮150间接地可旋转地支撑着。在前壁34上的孔38处可卸地固定有一环状的连接板154，在该连接板内装有一锥形滚柱轴承156，用它来支撑住小锥齿轮的一端。在前壁34的后表面中形成的一盲孔160中装有另一只锥形滚柱轴承158，用它支撑住小锥齿轮的另一端。应该理解的是，输出轴的一端可用多种方式可旋转地支撑在前壁34上而并不偏离本发明的精神。输出轴的另一端支撑在后壁46的阶梯坑50中的一滚柱轴承162上。

第九齿轮164成为输出轴14的前部的整体的一部分，第十齿轮168通过一后部的花键连接件170可卸地连接于输出轴上。第十一齿轮172和外部的花键彀174是通过一滑动轴承或滚针轴承176可自由转动地装在输出轴上的。第十一齿轮和毂利用速度离合器装置133中的第二速度离合器有选择地与输出轴相连。第六齿轮128 与第九齿轮164连续地互相啮合，第七齿轮136与第十齿轮168连续互相啮合，而第八齿轮146与第十一齿轮连续地互相啮合。

基本上，方向离合器80和82、齿轮对100-120和齿轮系90-108-112形成了一前进和倒退机构179，它们是串连地置于齿轮离合器134、142和178的前面，齿轮对128-164、136-168和146-172形成了一三速机构181。

在结构上，第一、二和三速度离合器134、178和142同方向离合器80和82在结构上是类似的，所以在此不再详述。但是，其中许多单个零件的规格是相同的，这样有利地提高了元件的通用性。例如，所有的速度离合器采用了规格相同的离合器板、圆盘和活塞。方向离合器则采用了通用的较大直径尺寸的平板、圆盘的活塞。

在操作时，如沿着图3中的输入轴22看去，输入轴12被车辆的发动机和转矩变换器带动沿顺时针方向转动。假设希望用第一前进速度档，驾驶员就控制车辆，用液压驱动前进离合器80和第一速度离合器134，使离合器的多块交替的平板和圆盘夹紧在一起。这时，就使第一齿轮90连到输入轴12上，第六齿轮128连到副轴16上。因此，输出轴14通过三齿轮系90-108-112和齿轮对128-164以较低速转动。这里需注意的是：在此时的传动中，互啮合齿轮90-108-112形成三齿轮系。如图3中用字母A表示的箭头所示，输出轴14是逆时针转动的。

为了使副轴传动装置10从第一前进速度调到第二前进速度，只要脱开第一速度离合器134而啮合第二速度离合器178即可。以这样的方式，减速比减小了，利用三齿轮系90-108-112和齿轮对146-172，输出轴14以较高的速度同样逆时针转动。

第二速度离合器178脱开，第三速度离合器142啮合以从第二前进速度状态移到第三前进速度状态。这样，通过三齿轮系90-108-112和齿轮对136-168，进一步减小了减速比，加速了输出轴 14。

在第一倒档速度状态，只有倒档离合器82和第一速度离合器134啮合。由此，经过齿轮对100-120和128-164将转矩传递到输出轴14上。如图3中用字母B表示的虚线箭头所示，由于动力链中未包括空转第三齿轮108，所以输出轴顺时针转动。

啮合离合器82和178，就可以实现第二速度倒退，这时，转矩是通过齿轮对100-120和146-172传递的。啮合离合器82和142，就获得了第三速度倒退，这时，通过齿轮对100-120和136-168，带动输出轴14。

下表是副轴传动装置的一实施例所获得的齿轮齿数和相应的减速比：

齿轮齿数

第一齿轮    90∶36齿

第二齿轮    100∶54齿

第三齿轮    108∶37齿

第四齿轮    112∶45齿

第五齿轮    120∶52齿

第六齿轮    128∶38齿

第七齿轮    136∶60齿

第八齿轮    146∶50齿

第九齿轮    164∶62齿

第十齿轮    168∶40齿

第十一齿轮    172∶50齿

齿轮减速比

前进    倒退

第一齿轮    -2.04    1.57

第二齿轮    -1.25    0.96级差比1.63

第三齿轮    -0.83    0.64级差比1.50

（总级差比）    （2.45）    （2.45）

副轴传动装置10的一特点是：速度齿轮对128-164形成了一与它们同心且垂直于轴线22、24和26的第一平面，速度齿轮对136-168形成了一与它们同心且平行于第一平面180的第二平面182，所有五个离合器80、82、134、178和142沿轴向基本上位于这两个平面之间。三齿轮系90-108-112沿轴向位于传动装置的前部的平面180、182的外侧，而方向齿轮对100-120沿轴向位于传动装置的后部的平面的外侧，以取得平衡。此外，齿轮对146-172沿轴向位于这两个平面之间。这样就使传动装置沿轴向十分紧凑。与此同时，背对背的离合器80-82和134-142沿径向上十分靠拢而在纵向上是对齐的，第二速度离合器178沿径向靠拢而沿纵向与之对齐。参阅图3中齿轮的位置可以理解，沿着轴方向看出，背对背离合器对80-82和134-142及离合器178组成了一紧凑的三角形。

两块并合式机壳18的结构和它的孔36、38、40、42、48以及坑50和52，能使基本上同时方便地将轴12、14、16和20以及装在这些轴上的关联件组装起来，机壳的结构提供了许多流体通道，用来将加压流体送入到驱动离合器的活塞上以及通过轴12、14和16（未详细画出）将冷却和润滑流体送入到离合器和轴承上。

副轴传动装置10的其中一个主要特点是：对速度齿轮对128-164、136-168和146-172中的任一对都可改变减速比而并不影响方向齿轮对100-120或三齿轮系90-108-112的减速比， 当与离合器一起考虑时，其中速度齿轮对128-164、136-168和146-172以及方向齿轮对100-120或三齿轮系90-108-112分别组成了一三速机构和一方向机构。这样，副轴传动装置10提供了速度之间和前进与倒退之间设计的灵活性，这样，它能方便地改动以满足多种车辆用途之需要而不用改变轴22、24、26和28的位置或改动机壳18。例如，上述Komatsu    WA300-1型的结构就不是十分紧凑，且在兼顾总的速度比和前进与倒退之间所希望的级差比方面受到较多的限制。

从前面的叙述，可以清楚地理解到恒定啮合的副轴传动装置10结构简单而结实，十分紧凑。前进和倒退机构179位于三速机构181前面并独立于三速机构181，以及有一个较低的输入轴12和一较高的输出轴14，这些都成为本发明的传动装置的特点。三齿轮系90-108-112提供了比其他许多设计方法高20%以上的、前进与倒退之间的较大的速比所必需的减速能力。这样，就提供了尤其为履带式拖拉机用途所要求的、在前进齿轮中的高牵引杆性能及倒档齿轮中的高行车速度。

通过仔细研究诸附图、本说明书的内容及所附的权利要求，相信能进一步了解本发明其它构思、目的和优点。

Claims (7)

1、一种副轴传动装置(10)，它具有一带有可自由转动地装在其上的第一和第二齿轮(90)，(100)的输入轴(12)；一用于将第一齿轮有选择地与输入轴相连的第一方向离合器装置(78)；一用于将第二齿轮有选择地与输入轴相连的第二方向离合器装置(79)；一与第一齿轮啮合的空转的第三齿轮(108)；一带有与其相连并随之连接转动的第四和第五齿轮(112)，(120)以及可自由转动地装在其上的第六和第七齿轮(128)，(136)的副轴(16)，第四齿轮与空转的第三齿轮啮合，第五齿轮与第二齿轮啮合；一用于将第六齿轮有选择地与副轴相连的第一速度离合器装置(134)；一用于将第七齿轮有选择地与副轴相连的第三速度离合器装置(142)；一带有与其相连并随之连接转动的第九和第十齿轮(164)，(168)的输出轴(14)，第六和第九齿轮啮合并限定一垂直于诸轴的第一平面(180)，第七和第十齿轮啮合并限定一与第一平面平行的第二平面(182)，其特征在于，一第八齿轮(146)与副轴相连并随之连接转动；一第十一齿轮(172)装在输出轴上并可自由转动并与第八齿轮啮合；一第二速度离合器(178)将第十一齿轮有选择地与输出轴相连；第八和第十一齿轮和第二速度离合器位于第一和第二平面之间。

2、如权利要求1所述的副轴传动装置（10），其特征在于，第二速度离合器（178）位于第九和第十齿轮（164），（168）之间。

3、如权利要求2所述的副轴传动装置（10），其特征在于，第八齿轮（146）位于第一和第三速度离合器（134），（142）之间。

4、如权利要求3所述的副轴传动装置（10），其特征在于，第一和第三速度离合器（134），（142）背对背地位于第八齿轮（146）两侧，该第八齿轮形成用于第一和第三速度离合器（134），（142）的传动件。

5、如权利要求4所述的副轴传动装置（10），其特征在于，第一和第二方向离合器（78），（79），和第一，第二和第三速度离合器（134），（178），（142）均沿轴向位于两平面（180），（182）之间。

6、如权利要求5所述的副轴传动装置（10），其特征在于，第一，第三和第四齿轮（90），（108），（112）均沿轴向位于两平面（180），（182）之外侧。

7、如权利要求6所述的副轴传动装置（10），其特征在于，第二和第五齿轮（100），（120）均沿轴向位于两平面（180），（182）之外侧。

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