CN102808903A - 高速车辆用双湿式直接换档机械变速机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高速车辆用双湿式直接换档机械变速机构，属于车辆工程技术领域。本发明将三自由度定轴变速机构与双湿式换档操纵机构相结合，共采用了五个湿式换档离合器与二个湿式换档同步器共七个湿式换档操纵元件，每个湿式换档操纵元件与一组变速齿轮副对应联接，实现变速机构具有九个前进档和一个倒档，通过调整变速机构的输入结构来适应车辆动力装置的纵向布置或横向布置，通过调整变速机构的输出结构来适应履带式车辆或多轮驱动轮式车辆的不同驱动需求。采用双湿式换档操纵元件进行直接换档，保证了变速机构换档过程平稳快速，本发明具有宽传动范围、高传动效率、高功率密度、高可靠性、结构简单等特点。

Description

高速车辆用双湿式直接换档机械变速机构

技术领域

本发明涉及一种应用于高速车辆的机械变速机构，尤其涉及一种高速车辆用双湿式直接换档机械变速机构，属于车辆工程技术领域。

背景技术

传动系统位于动力装置和驱动轮之间，通过控制实现车辆的各种机动功能，具有不可替代的作用。变速机构是传动系统的核心部分，研制具有高传动效率、高功率密度和高可靠性的变速机构一直是车辆工程技术领域的追求目标。未来高机动车辆迫切需求高转速、宽传动范围、高传动效率、高功率密度的先进变速机构。近10年来，在高集成度液力机械传动、电传动、混合驱动传动、机械传动、静液驱动传动等方面都有丰富的研究成果。我国在履带式车辆高集成度液力机械传动方面取得了显著的成果，已经有成熟定型产品投入部队使用；电传动、混合驱动传动、静液驱动传动等方面的研究也正在深入进行，但离产品定型并投入部队使用还有相当的距离。

针对未来高机动车辆对直驶快速性的迫切要求，为了与高转速柴油发动机配合使用，研究输入转速大于4000转每分钟、主轴输出转速大于6000转每分钟的变速机构势在必行。而我国正在工程化的传统高集成度液力机械变速机构的输入转速低于2300转每分钟、主轴输出转速普遍低于3400转每分钟。输入端大功率液力变矩器的安全工作转速限制使得输入转速不能过高，主轴上大功率摩擦元件的线速度限制使得主轴输出转速不能过高，同时，传统高集成度液力机械变速机构由于采用了液力变矩器及其供油系统而使得其传动效率低、体积大。根据国内外在各种传动的发展经验，采用双湿式换档操纵元件进行直接快速换档的机械传动将是未来高机动车辆传动系统的重要发展方向之一。基于当前的技术水平，可预见在未来10～20年，机械传动的传动效率和可靠性将明显优于其它传动型式，随着机械设计和机械制造行业的快速发展，机械传动的系统集成度将会得到显著提高，使得传动系统的功率密度具有可显著提高的巨大潜力。采用多自由度定轴变速原理与双湿式换档操纵机构相结合，构成多自由度可直接换档的机械变速机构，将具有高输入转速、高输出转速、高传动效率、高功率密度和良好的操纵灵活性等优势，对变速机构的加工工艺要求低，适合我国的机械加工水平，可满足未来高机动车辆的需求，对提高我国车辆传动技术具有积极意义。

发明内容

本发明提供一种高速车辆用双湿式直接换档机械变速机构，变速机构具有九个前进档和一个倒档，通过调整变速机构的输入结构来适应车辆动力装置的纵向布置或横向布置，通过调整变速机构的输出结构来适应履带式车辆或多轮驱动轮式车辆的不同驱动需求。

高速车辆用双湿式直接换档机械变速机构，包括七个湿式换档元件、七组变速齿轮副、变速I轴、变速II轴、变速III轴和箱体，七个湿式换档元件包括五个湿式换档离合器和两个湿式换档同步器，五个湿式换档离合器分别是CM湿式换档离合器、CL湿式换档离合器和CH湿式换档离合器、C2湿式换档离合器和C1湿式换档离合器，两个湿式换档同步器分别是CC湿式换档同步器和CR湿式换档同步器；每个湿式换档元件与一组变速齿轮副对应联接；

变速I轴、变速II轴和变速III轴在箱体内部由下至上水平布置，变速I轴上自左至右依次布置CH主动齿轮、CH湿式换档离合器、CL湿式换档离合器、倒档主动齿轮、低速档主动齿轮、被动锥齿轮、CM湿式换档离合器、CM主动齿轮；CH主动齿轮与CH湿式换档离合器的被动部分采用花键直接联接，CH主动齿轮与位于变速II轴的CH被动齿轮直接啮合；CH湿式换档离合器与CL湿式换档离合器集成设计于一体，共用一个离合器缸套；倒档主动齿轮和低速档主动齿轮组成共轴的双联齿轮，该双联齿轮与CL湿式换档离合器的被动部分采用花键直接联接；倒档主动齿轮与位于变速III轴的倒档被动齿轮直接啮合；低速档主动齿轮与位于变速II轴的低速档被动齿轮直接啮合；被动锥齿轮与主动锥齿轮直接啮合；CM湿式换档离合器的被动部分与CM主动齿轮采用花键直接联接，CM主动齿轮与位于变速II轴的CM被动齿轮直接啮合。

变速II轴上自左至右依次布置CH被动齿轮、低速档被动齿轮、爬坡档主动齿轮、C1主动齿轮、C1湿式换档离合器、C2湿式换档离合器、C2主动齿轮、CM被动齿轮；C2湿式换档离合器和C1湿式换档离合器集成设计于一体，共用一个离合器缸套；C1主动齿轮与C1湿式换档离合器的被动部分采用花键直接联接，C1主动齿轮与位于变速III轴的C1被动齿轮直接啮合；C2湿式换档离合器的被动部分与C2主动齿轮采用花键直接联接，C2主动齿轮与位于变速III轴上的C2被动齿轮直接啮合；

变速III轴上自左至右依次布置左汇流行星排HL、倒档被动齿轮、CR湿式换档同步器、CC湿式换档同步器、爬坡档被动齿轮、C1被动齿轮、C2被动齿轮和右汇流行星行排HR26；倒档被动齿轮与CR湿式换档同步器的主动部分采用花键直接联接；CC被动齿轮与CC湿式换档同步器的主动部分采用花键直接联接；左汇流大齿轮位于左汇流行星排HL左侧、通过花键联接左汇流行星排HL的太阳齿轮，左动力输出轴与左汇流行星排HL的行星架采用花键直接联接；右汇流大齿轮位于右汇流行星行排HR右侧、通过花键联接右汇流行星行排HR的太阳齿轮，右动力输出轴与右汇流行星行排HR的行星架采用花键直接联接。

发动机横向布置或采用多轮驱动轮式车辆时，机构中没有被动锥齿轮与主动锥齿轮；采用多轮驱动轮式车辆时，变速III轴上自左至右依次布置倒档被动齿轮、CR湿式换档同步器、CC湿式换档同步器、爬坡档被动齿轮、C1被动齿轮和C2被动齿轮。

有益效果：本发明运用三自由度定轴变速原理与双湿式换档操纵机构相结合，构成的双湿式机械变速机构的传动范围可达12以上，变速主轴的最大输出转速可大于6000转每分钟，可优异地满足车辆的变速需求。采用的双湿式换档操纵元件进行直接换档，保证了综合传动换档过程平稳快速柔和、起步平顺，可显著提高车辆的机动性；所采用的定轴式机械变速机构具有高传动效率、高功率密度、高可靠性等特点，并且加工工艺性比多自由度多排行星变速机构简单，具有较好的通用化和系列化基础，成本低且变型能力强，可满足高速履带式车辆和高速多轮驱动轮式车辆的不同驱动需求。

附图说明

图1是本发明的高速车辆发动机纵向布置用双湿式直接换档机械变速机构传动简图。

图2是本发明的高速车辆发动机横向布置用双湿式直接换档机械变速机构传动简图。

图3是本发明的高速多轮驱动轮式车辆用双湿式直接换档机械变速机构传动简图。

其中：1.主动锥齿轮，2.被动锥齿轮，3.C1主动齿轮，4.低速档主动齿轮，5.倒档主动齿轮，6.CL湿式换档离合器，7.CH湿式换档离合器，8.CH主动齿轮，9.变速I轴，10.低速档被动齿轮，11.爬坡档主动齿轮，12.变速II轴，13.CH被动齿轮，14.左动力输出轴，15.左汇流大齿轮，16.左汇流行星排HL，17.变速III轴，18.倒档被动齿轮，19.CR湿式换档同步器，20.CC湿式换档同步器，21.爬坡档被动齿轮，22.C1被动齿轮，23.C1湿式换档离合器，24.C2湿式换档离合器，25.C2被动齿轮，26.右汇流行星排HR，27.右汇流大齿轮，28.右动力输出轴，29.CM被动齿轮，30.C2主动齿轮，31.变速机构箱体，32.CM主动齿轮，33.CM湿式换档离合器。

具体实施方式

当双湿式机械变速机构应用于发动机纵向布置的高速履带式车辆时，如图1所示，直驶动力输入由主动锥齿轮1经被动锥齿轮2后传递至变速I轴9中间；当双湿式机械变速机构应用于发动机横向布置的高速履带式车辆时，如图2所示，直驶动力输入直接由变速I轴9右端输入；当双湿式机械变速机构应用于高速履带式车辆时，如图1和图2所示，双湿式机械变速机构具有与转向动力输入机构相联接的左汇流大齿轮15、左汇流行星排HL16、右汇流大齿轮27和右汇流行星行排HR26；当应用于高速轮式车辆时，如图3所示，双湿式机械变速机构在图2的基础上去掉左汇流大齿轮15、左汇流行星排HL16、右汇流大齿轮Z1827和右汇流行星行排HR26等机构，双湿式直驶变速机构变成了单功率流的三自由度机械变速机构。

双湿式机械变速机构主要由七个湿式换档元件、七组变速齿轮副、变速I轴9、变速II轴12、变速III轴17和箱体31等组成。变速I轴上自右至左分别布置了CM湿式换档离合器33、CL湿式换档离合器6和CH湿式换档离合器7，变速II轴12上自右至左分别布置了C2湿式换档离合器24和C1湿式换档离合器23，变速III轴17自右至左分别布置了CC湿式换档同步器20和CR湿式换档同步器19。双湿式机械变速机构的湿式换档操纵元件与档位的逻辑关系如表1所示，变速机构的每个档位需要同时结合如表1所示的两个湿式换档操纵元件来实现。双湿式机械变速机构共有九个前进档和一个倒档，其中九个前进档中包括六个常用档位和爬一档、爬二档、爬三档等三个爬坡档。双湿式机械变速机构的各档动力传递路线如表2所示，在直驶动力按照表2所列的档位传递路线传递至变速III轴17后，将等速分配到左汇流行星排HL16和右汇流行星行排HR26，最后分别经左动力输出轴14和右动力输出轴28后输出，分别驱动车辆两侧行走机构，实现车辆直驶。图3所示的机械变速机构的动力传递路线在经变速III轴17后，等速传递至车辆两侧行走机构，实现车辆直驶。

表1双湿式机械变速机构湿式换档操纵元件与档位的逻辑关系

表中：●代表该湿式换档操纵元件结合

表2双湿式机械变速机构的各档动力传递路线表

双湿式机械变速机构由当前档位换至相邻的目标档位的过程中，先使在当前档位中变速I轴9上处于结合状态的湿式换档离合器的结合油压卸荷，使湿式换档离合器处于分离状态，将动力输入切断，与此同时，通过对结合油压的卸荷控制使变速II轴12或变速III轴17上在当前档位中处于结合状态的湿式换档元件分离，将对应的湿式换档元件与变速II轴12或变速III轴17之间的动力切断，使得双湿式机械变速机构处于空档状态，随后，通过对结合油压的建压控制使变速II轴12或变速III轴17上在目标档位的湿式离合器结合，最后，通过对结合油压的建压控制使变速I轴9上在目标档位的湿式离合器结合，恢复动力传递。经过上述换档过程，实现双湿式机械变速机构由当前档位切换到相邻的目标档位，切换过程中的湿式换档元件的结合控制均通过操纵液压系统进行缓冲控制和时序控制。

为提高机构结构的紧凑性，CL湿式换档离合器6和CH湿式换档离合器13集成设计于一体，C2湿式换档离合器24和C1湿式换档离合器23集成设计于一体，CC湿式换档同步器20和CR湿式换档同步器19集成设计于一体；采用双湿式换档元件进行直接换档，使得双湿式机械变速机构的最高输入转速可超过4000转每分钟，作为变速机构主轴的变速III轴17上采用CC湿式换档同步器20和CR湿式换档同步器19的结构，利于降低湿式换档元件的最大线速度，使得变速III轴17的最高输出转速能够可靠运行在6000转每分钟以上。

Claims (5)

1.高速车辆用双湿式直接换档机械变速机构，其特征在于包括七个湿式换档元件、七组变速齿轮副、变速I轴(9)、变速II轴(12)、变速III轴(17)和箱体(31)，变速I轴(9)、变速II轴(12)和变速III轴(17)在箱体(31)内部由下至上水平布置；七个湿式换档元件包括五个湿式换档离合器和两个湿式换档同步器，五个湿式换档离合器分别是CM湿式换档离合器(33)、CL湿式换档离合器(6)和CH湿式换档离合器(7)、C2湿式换档离合器(24)和C1湿式换档离合器(23)，两个湿式换档同步器分别是CC湿式换档同步器(20)和CR湿式换档同步器(19)；每个湿式换档元件与一组变速齿轮副对应联接。

2.如权利要求1所述的高速车辆用双湿式直接换档机械变速机构，其特征在于所述变速I轴(9)上自左至右依次布置CH主动齿轮(8)、CH湿式换档离合器(13)、CL湿式换档离合器(6)、倒档主动齿轮(5)、低速档主动齿轮(4)、被动锥齿轮(2)、CM湿式换档离合器(33)、CM主动齿轮(32)；CH主动齿轮(8)与CH湿式换档离合器(13)的被动部分采用花键联接，CH主动齿轮(8)与位于变速II轴(12)的CH被动齿轮(13)啮合；CH湿式换档离合器(13)与CL湿式换档离合器(6)共用一个离合器缸套；倒档主动齿轮(5)和低速档主动齿轮(4)组成共轴的双联齿轮，该双联齿轮与CL湿式换档离合器的被动部分采用花键联接；倒档主动齿轮(5)与位于变速III轴(17)的倒档被动齿轮(18)啮合；低速档主动齿轮(4)与位于变速II轴(12)的低速档被动齿轮(10)啮合；被动锥齿轮(2)与主动锥齿轮(1)啮合；CM湿式换档离合器(33)的被动部分与CM主动齿轮(32)采用花键联接，CM主动齿轮(32)与位于变速II轴(12)的CM被动齿轮(29)啮合。

3.如权利要求1所述的高速车辆用双湿式直接换档机械变速机构，其特征在于所述变速II轴(12)上自左至右依次布置CH被动齿轮(13)、低速档被动齿轮(10)、爬坡档主动齿轮(11)、C1主动齿轮(3)、C1湿式换档离合器(23)、C2湿式换档离合器(24)、C2主动齿轮(30)、CM被动齿轮(29)；C2湿式换档离合器(24)和C1湿式换档离合器(23)共用一个离合器缸套；C1主动齿轮(3)与C1湿式换档离合器(23)的被动部分采用花键联接，C1主动齿轮(3)与位于变速III轴(17)的C1被动齿轮(22)啮合；C2湿式换档离合器(24)的被动部分与C2主动齿轮(30)采用花键联接，C2主动齿轮(30)与位于变速III轴(17)上的C2被动齿轮(25)啮合。

4.如权利要求1所述的高速车辆用双湿式直接换档机械变速机构，其特征在于所述变速III轴(17)上自左至右依次布置左汇流行星排HL(16)、倒档被动齿轮(18)、CR湿式换档同步器(19)、CC湿式换档同步器(20)、爬坡档被动齿轮(21)、C1被动齿轮(22)、C2被动齿轮(25)和右汇流行星行排HR(26)；倒档被动齿轮(18)与CR湿式换档同步器(19)的主动部分采用花键联接；CC被动齿轮(21)与CC湿式换档同步器(20)的主动部分采用花键联接；左汇流大齿轮(15)位于左汇流行星排HL(16)左侧、通过花键联接左汇流行星排HL(16)的太阳齿轮，左动力输出轴(14)与左汇流行星排HL(16)的行星架采用花键联接；右汇流大齿轮(27)位于右汇流行星行排HR(26)右侧、通过花键联接右汇流行星行排HR(26)的太阳齿轮，右动力输出轴(28)与右汇流行星行排HR(26)的行星架采用花键联接。

5.如权利要求1所述的高速车辆用双湿式直接换档机械变速机构，其特征在于发动机横向布置或采用多轮驱动轮式车辆时，机构中没有被动锥齿轮(22)与主动锥齿轮(1)；采用多轮驱动轮式车辆时，变速III轴(17)上自左至右依次布置倒档被动齿轮(18)、CR湿式换档同步器(19)、CC湿式换档同步器(20)、爬坡档被动齿轮(21)、C1被动齿轮(22)和C2被动齿轮(25)。

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