CN103453104B - 四段式液压机械复合传动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于动力传动技术领域，具体涉及一种无级传动装置。一种四段式液压机械复合传动装置，其技术方案是，本发明包括输入轴和输出轴、行星传动部件、固定轴齿轮传动部件、液压调速部件、换段操纵部件和惰轮；本发明以一个拉维娜行星机构为基础，充分利用多轴式固定轴齿轮和同步器，合理衔接分速汇矩、分速汇速、分矩汇速三种分流模式，形成四段式连续无级变速传动结构，具有结构简单、体积小等优点，此外本发明还可以实现倒挡和六个固定挡的纯机械传动工况。
Description
技术领域
本发明属于动力传动技术领域，具体涉及一种无级传动装置。
背景技术
车辆传动系统是车辆推进系统的重要组成部分，其性能对整个车辆的动力性、燃油经济性、排放以及可靠性都有极大的影响。多段液压机械连续无级传动系统具有较宽的无级调速范围、良好的起步特性和较高的传动效率等优点，可以根据路面状况，优化发动机工作状态，使车辆获得最佳的行驶性能，能够适应车辆经济性、动力性和舒适性的要求，是一种理想的传动形式。这在能源短缺，环境污染日益加剧的21世纪具有重要意义。
目前国外关于多段液压机械连续无级传动系统的研究主要是以两段式为主，关于四段式的发明较少，而且关于四段式的方案至少以三个行星排为基础来构造，导致整个系统结构较为复杂，这对于提高系统效率，减轻系统的体积与重量较为不利。
发明内容
本发明的目的是：为弥补现有技术的不足，提供一种四段式液压机械复合传动装置，形成四段式连续无级变速传动结构，具有结构简单、体积小等优点。
本发明的技术方案是：一种四段式液压机械复合传动装置，它包括输入轴、输出轴、行星传动部件、固定轴齿轮传动部件、液压调速部件、换段操纵部件、惰轮A和惰轮B；其中，
行星传动部件为拉维娜行星机构；
换段操纵部件包括：同步器S1、同步器S2、同步器S3、同步器S4；
液压调速部件包括：调速元件H1和调速元件H2；
固定轴齿轮传动部件包括：固定轴齿轮A、固定轴齿轮B、固定轴齿轮C、固定轴齿轮D、固定轴齿轮E、固定轴齿轮F、固定轴齿轮G、固定轴齿轮H、固定轴齿轮I、固定轴齿轮J、固定轴齿轮K和固定轴齿轮L；
整体连接关系为：输入轴的一端连接发动机，另一端通过同步器S1与固定轴齿轮A、固定轴齿轮L相连；固定轴齿轮A通过固定轴齿轮B连接与拉维娜行星机构的小太阳轮连接以及固定轴齿轮C连接；固定轴齿轮L与拉维娜行星机构的行星架连接；固定轴齿轮C与调速元件H2连接；调速元件H1通过固定轴齿轮D与固定轴齿轮E连接；拉维娜行星机构的大太阳轮通过同步器S4与拉维娜行星机构的齿圈、变速箱壳体相连，同时拉维娜行星机构的大太阳轮与固定轴齿轮H、固定轴齿轮E、惰轮A连接；固定轴齿轮E与固定轴齿轮G连接；拉维娜行星机构的齿圈与固定轴齿轮I连接；惰轮A与固定轴齿轮F连接；固定轴齿轮K通过同步器S2与固定轴齿轮I、固定轴齿轮H相连，固定轴齿轮K通过同步器S3与固定轴齿轮G、固定轴齿轮F相连，固定轴齿轮K通过惰轮B与固定轴齿轮J相连；固定轴齿轮J与输出轴相连。
本发明的有益效果是：（1）本发明利用一个拉维娜行星机构和多个固定轴齿轮构造具有三分流模式的四段式液压机械连续无级传动装置，能够实现较大范围的无级变速，且结构简单。
（2）本发明具有分速汇矩、分速汇速、分矩汇速三种分流模式，在车辆的起步阶段采用分速汇矩分流模式，具有较好的起步特性，且整个装置中无需设计起步离合器，使车辆具有较好的牵引能力。
（3）本发明具有六个机械挡。当液压路相对分流功率较大时，可以采用机械挡以消除液压路功率损失，提高系统整体效率。
（4）通过合理匹配后传动比，分速汇矩模式与分速汇速模式在中低车速区间可以获得较高的传动效率；在高速区，系统处于分矩汇速模式，即使系统的调速路功率分流比随车速增加有所提高，但可保持在合理的范围内，系统仍然能获得可观的传动效率。
（5）各段分流模式的衔接转换可以不切断动力衔接，车辆动力性提高。
（6）换段时，换段操纵部件基本无滑摩地结合与分离，摩擦副可选取静摩擦系数，结构设计大大减小体积和重量，使用过程中，可靠性也可大幅提高。
（7）本发明可以根据路面状况和发动机工作状态使车辆处于最佳的行驶状态，使发动机在最佳动力性曲线或最佳经济特性曲线附近工作，改善车辆的燃油经济性，降低噪音。
附图说明
图1为本发明结构简图；
图2为本发明中各传动轴的径向布置形式示意图；
图3为四段分流模式的动力特性与系统输出速比的变化关系曲线；
图4为六个机械挡的动力特性曲线；
图5为调速元件H1、调速元件H2的转速与系统输出速比的变化关系曲线；
图6为调速元件H1，H2的排量比与系统输出速比的变化关系曲线；
图7为调速元件功率与系统输出速比的变化关系曲线。
其中：1-输入轴，2-固定轴齿轮A，3-拉维娜行星机构行星架，4-固定轴齿轮B，5-固定轴齿轮C，6-调速元件H1，7-调速元件H2，8-固定轴齿轮D，9-拉维娜行星机构齿圈，10-固定轴齿轮E，11-同步器S4，12-惰轮A，13-固定轴齿轮F，14-同步器S3,15-固定轴齿轮G，16-固定轴齿轮H，17-同步器S2，18-固定轴齿轮I，19-固定轴齿轮J，20-惰轮B，21-固定轴齿轮K，22-输出轴，23-固定轴齿轮L，24-同步器S1。
具体实施方式
参见附图1，一种四段式液压机械复合传动装置，它包括输入轴、输出轴、行星传动部件、固定轴齿轮传动部件、液压调速部件、换段操纵部件、惰轮A和惰轮B惰轮；其中，
行星传动部件为拉维娜行星机构；
换段操纵部件包括：同步器S1、同步器S2、同步器S3、同步器S4；
液压调速部件包括：调速元件H1和调速元件H2；
固定轴齿轮传动部件包括：固定轴齿轮A、固定轴齿轮B、固定轴齿轮C、固定轴齿轮D、固定轴齿轮E、固定轴齿轮F、固定轴齿轮G、固定轴齿轮H、固定轴齿轮I、固定轴齿轮J、固定轴齿轮K和固定轴齿轮L；
参见附图2，整体连接关系为：输入轴的一端连接发动机，另一端通过同步器S1与固定轴齿轮A、固定轴齿轮L相连；固定轴齿轮A通过固定轴齿轮B连接与拉维娜行星机构的小太阳轮连接以及固定轴齿轮C连接；固定轴齿轮L与拉维娜行星机构的行星架连接；固定轴齿轮C与调速元件H2连接；调速元件H1通过固定轴齿轮D与固定轴齿轮E连接；拉维娜行星机构的大太阳轮通过同步器S4与拉维娜行星机构的齿圈、变速箱壳体相连，同时拉维娜行星机构的大太阳轮与固定轴齿轮H、固定轴齿轮E、惰轮A连接；固定轴齿轮E与固定轴齿轮G连接；拉维娜行星机构的齿圈与固定轴齿轮I连接；惰轮A与固定轴齿轮F连接；固定轴齿轮K通过同步器S2与固定轴齿轮I、固定轴齿轮H相连，固定轴齿轮K通过同步器S3与固定轴齿轮G、固定轴齿轮F相连，固定轴齿轮K通过惰轮B与固定轴齿轮J相连；固定轴齿轮J与输出轴相连。
上述方案中，调速元件H1和调速元件H2均可采用液压变量泵,通过闭式液压传动回路和双向变量控制的方式实现本发明的液压无级调速。
参见附图3，本发明能够实现的四段式连续分流工况分别为：第一段——分速汇矩段；第二段——分速汇矩段；第三段——分速汇速段；第三段——分矩汇速段。此外本发明还可以实现倒挡分速汇矩工况和六个固定挡的纯机械传动工况。
用于爬坡工况时，使用分速汇矩模式：同步器S1结合右侧的固定轴齿轮L，同步器S2结合右侧的固定轴齿轮H，同步器S3与同步器S4不工作；拉维娜行星机构的小太阳轮与通过固定轴齿轮C与调速元件H2相连，拉维娜行星机构的大太阳轮通过固定轴齿轮E、固定轴齿轮D与调速元件H1相连；发动机的功率从拉维娜行星机构的行星架输入，在固定轴齿轮E上汇流后通过固定轴齿轮H输出。为实现输出轴转速的增加，即实现输出速比的增加，调速元件H1与调速元件H2排量比分别按照图6中点线和点划线所示范围变化。
用于起步和低速工况时，使用分速汇矩模式：同步器S1结合右侧的固定轴齿轮L，同步器S3结合左侧的固定轴齿轮G，同步器S2与同步器S4不工作；拉维娜行星机构的小太阳轮与通过固定轴齿轮C与调速元件H2相连，拉维娜行星机构的大太阳轮固定轴齿轮E、固定轴齿轮D与调速元件H1相连；发动机的功率从拉维娜行星机构的行星架输入，在固定轴齿轮E上汇流后通过固定轴齿轮G输出。
用于中高速工况时，使用分速汇速模式：同步器S1结合右侧的固定轴齿轮L，同步器S2结合左侧的固定轴齿轮I，同步器S3与同步器S4不工作；拉维娜行星机构的小太阳轮与通过固定轴齿轮C与调速元件H2相连，拉维娜行星机构的大太阳轮固定轴齿轮E、固定轴齿轮D与调速元件H1相连；拉维娜行星机构的行星架输入，在拉维娜行星机构的齿圈上汇流后通过固定轴齿轮I输出。
用于高速工况时，使用分矩汇速模式：同步器S1结合左侧的固定轴齿轮A，同步器S2结合左侧的固定轴齿轮I，同步器S3与同步器S4不工作；拉维娜行星机构的小太阳轮与通过固定轴齿轮C与调速元件H2相连，拉维娜行星机构的大太阳轮固定轴齿轮E、固定轴齿轮D与调速元件H1相连；发动机的功率从固定轴齿轮A输入，在固定轴齿轮B处分流，在拉维娜行星机构的齿圈上汇流后通过固定轴齿轮I输出。
上述三种情况用于一般的行驶工况。起步时，调速元件H1与调速元件H2排量比分别按照图6中实线和虚线所示第一段范围内变化；在该段末端，达到第一个纯机械点，调速元件H27的转速为0。此时，进入分速汇速段，调速元件H16与调速元件H27排量比分别按照图6中实线和虚线所示第二段范围内继续连续变化，即可实现系统输出速比的继续增加，从而实现了输出轴转速的继续增加；分速汇速段末端，达到第二个纯机械点，调速元件H16转速为0，此时进入分矩汇速段，为实现输出轴转速的继续增加，调速元件H16调速元件H27量比可分别按照图6中实线和虚线所示第三段范围内连续变化，直至该段末端，车辆达到最高行驶车速。
用于倒驶工况时，使用分速汇矩模式：同步器S1结合右侧的固定轴齿轮L，同步器S3结合右侧的固定轴齿轮F，同步器S2与同步器S4不工作。
参见附图4，当同步器S1和同步器S2结合右侧，同步器S4结合左侧，同步器S3不工作时实现纯机械挡工况中的固定档1；
当同步器S1结合右侧，同步器S3和同步器S4结合左侧，同步器S2不工作时实现纯机械挡工况中的固定档2；
当同步器S1结合右侧，同步器S2和同步器S3结合左侧，同步器S4不工作时实现纯机械挡工况中的固定档3；
当同步器S1结合右侧，同步器S2和同步器S4结合左侧，同步器S3不工作时实现纯机械挡工况中的固定档4；
当同步器S1和同步器S4结合右侧，同步器S2结合左侧，同步器S3不工作时装置实现纯机械挡工况中的固定档5；
当同步器S1、同步器S2和同步器S4结合左侧，同步器S3不工作时实现纯机械挡工况中的固定档6。
下表为以上各工况操作元件操纵简表。
表中，RANGE——表示无级传动段，GEAR表示机械挡；“左”和“右”表示同步器啮合的方向。
图5给出了连续工况下调速元件H1，调速元件H2转速随输出速比的变化曲线。图6给出了调速元件H1，调速元件H2的排量比与系统输出速比的变化关系曲线。系统输出速比为输出轴转速与发动机转速之比。图7给出了在爬坡段和连续工况下液压元件功率随速比的变化关系曲线。
以上计算相对应的传动装置及整车参数如下所示：
Claims (8)
1.一种四段式液压机械复合传动装置，其特征是，它包括输入轴(1)、输出轴(22)、行星传动部件、固定轴齿轮传动部件、液压调速部件、换段操纵部件、惰轮A(12)和惰轮B(20)；其中，
所述行星传动部件为拉维娜行星机构；
所述换段操纵部件包括：同步器S1(24)、同步器S2(17)、同步器S3(14)、同步器S4(11)；
所述液压调速部件包括：调速元件H1(6)和调速元件H2(7)；
所述固定轴齿轮传动部件包括：固定轴齿轮A(2)、固定轴齿轮B(4)、固定轴齿轮C(5)、固定轴齿轮D(8)、固定轴齿轮E(10)、固定轴齿轮F(13)、固定轴齿轮G(15)、固定轴齿轮H(16)、固定轴齿轮I(18)、固定轴齿轮J(19)、固定轴齿轮K(21)和固定轴齿轮L(23)；
整体连接关系为：所述输入轴(1)的一端连接发动机，另一端通过所述同步器S1(24)与所述固定轴齿轮A(2)、所述固定轴齿轮L(23)相连；所述固定轴齿轮A(2)通过所述固定轴齿轮B(4)分别与所述拉维娜行星机构的小太阳轮以及所述固定轴齿轮C(5)连接；所述固定轴齿轮L(23)与所述拉维娜行星机构的行星架(3)连接；所述固定轴齿轮C(5)与所述调速元件H2(7)连接；所述调速元件H1(6)通过所述固定轴齿轮D(8)与所述固定轴齿轮E(10)连接；所述拉维娜行星机构的大太阳轮通过所述同步器S4(11)与所述拉维娜行星机构的齿圈(9)、变速箱壳体相连，同时所述拉维娜行星机构的大太阳轮与所述固定轴齿轮H(16)、所述固定轴齿轮E(10)、所述惰轮A(12)连接；所述固定轴齿轮E(10)与所述固定轴齿轮G(15)连接；所述拉维娜行星机构的齿圈(9)与所述固定轴齿轮I(18)连接；所述惰轮A(12)与所述固定轴齿轮F(13)连接；所述固定轴齿轮K(21)通过所述同步器S2(17)与所述固定轴齿轮I(18)、所述固定轴齿轮H(16)相连，所述固定轴齿轮K(21)通过所述同步器S3(14)与所述固定轴齿轮G(15)、固定轴齿轮F(13)相连，所述固定轴齿轮K(21)通过所述惰轮B(20)与所述固定轴齿轮J(19)相连；所述固定轴齿轮J(19)与所述输出轴(22)相连。
2.如权利要求1所述的一种四段式液压机械复合传动装置，其特征在于：所述调速元件H1(7)和所述调速元件H2(6)均采用液压变量泵。
3.如权利要求1或2所述的一种四段式液压机械复合传动装置，其特征在于，用于爬坡工况时，使用分速汇矩模式：所述同步器S1(24)结合右侧的所述固定轴齿轮L(23)，所述同步器S2(17)结合右侧的所述固定轴齿轮H(16)，所述同步器S3(14)与所述同步器S4(11)不工作；所述拉维娜行星机构的小太阳轮与通过所述固定轴齿轮C(5)与所述调速元件H2(7)相连，所述拉维娜行星机构的大太阳轮通过所述固定轴齿轮E(10)、所述固定轴齿轮D(8)与所述调速元件H1(6)相连；发动机的功率从所述拉维娜行星机构的行星架(3)输入，在所述固定轴齿轮E(10)上汇流后通过所述固定轴齿轮H(16)输出。
4.如权利要求1或2所述的一种四段式液压机械复合传动装置，其特征在于，用于起步和低速工况时，使用分速汇矩模式：所述同步器S1(24)结合右侧的所述固定轴齿轮L(23)，所述同步器S3(14)结合左侧的所述固定轴齿轮G(15)，所述同步器S2(17)与所述同步器S4(11)不工作；所述拉维娜行星机构的小太阳轮与通过所述固定轴齿轮C(5)与所述调速元件H2(7)相连，所述拉维娜行星机构的大太阳轮所述固定轴齿轮E(10)、所述固定轴齿轮D(8)与所述调速元件H1(6)相连；发动机的功率从所述拉维娜行星机构的行星架(3)输入，在所述固定轴齿轮E(10)上汇流后通过所述固定轴齿轮G(15)输出。
5.如权利要求1或2所述的一种四段式液压机械复合传动装置，其特征在于，用于中高速工况时，使用分速汇速模式：所述同步器S1(24)结合右侧的所述固定轴齿轮L(23)，所述同步器S2(17)结合左侧的所述固定轴齿轮I(18)，所述同步器S3(14)与所述同步器S4(11)不工作；所述拉维娜行星机构的小太阳轮与通过所述固定轴齿轮C(5)与所述调速元件H2(7)相连，所述拉维娜行星机构的大太阳轮所述固定轴齿轮E(10)、所述固定轴齿轮D(8)与所述调速元件H1(6)相连；所述拉维娜行星机构的行星架(3)输入，在所述拉维娜行星机构的齿圈(9)上汇流后通过所述固定轴齿轮I(18)输出。
6.如权利要求1或2所述的一种四段式液压机械复合传动装置，其特征在于，用于高速工况时，使用分矩汇速模式：所述同步器S1(24)结合左侧的所述固定轴齿轮A(2)，所述同步器S2(17)结合左侧的所述固定轴齿轮I(18)，所述同步器S3(14)与所述同步器S4(11)不工作；所述拉维娜行星机构的小太阳轮与通过所述固定轴齿轮C(5)与所述调速元件H2(7)相连，所述拉维娜行星机构的大太阳轮所述固定轴齿轮E(10)、所述固定轴齿轮D(8)与所述调速元件H1(6)相连；发动机的功率从所述固定轴齿轮A(2)输入，在所述固定轴齿轮B(4)处分流，在所述拉维娜行星机构的齿圈(9)上汇流后通过所述固定轴齿轮I(18)输出。
7.如权利要求1或2所述的一种四段式液压机械复合传动装置，其特征在于，用于倒驶工况时，使用分速汇矩模式：所述同步器S1(24)结合右侧的所述固定轴齿轮L(23)，所述同步器S3(14)结合右侧的所述固定轴齿轮F(13)，所述同步器S2(17)与所述同步器S4(11)不工作。
8.如权利要求1或2所述的一种四段式液压机械复合传动装置，其特征在于，当所述同步器S1(24)和所述同步器S2(17)结合右侧，所述同步器S4结合左侧，所述同步器S3(14)不工作时实现纯机械挡工况中的固定档1；
当所述同步器S1(24)结合右侧，所述同步器S3(14)和所述同步器S4(11)结合左侧，所述同步器S2(17)不工作时实现纯机械挡工况中的固定档2；
当所述同步器S1(24)结合右侧，所述同步器S2(17)和所述同步器S3(14)结合左侧，所述同步器S4(11)不工作时实现纯机械挡工况中的固定档3；
当所述同步器S1(24)结合右侧，所述同步器S2(17)和所述同步器S4(11)结合左侧，所述同步器S3(14)不工作时实现纯机械挡工况中的固定档4；
当所述同步器S1(24)和所述同步器S4(11)结合右侧，所述同步器S2(17)结合左侧，所述同步器S3(14)不工作时装置实现纯机械挡工况中的固定档5；
当所述同步器S1(24)、所述同步器S2(17)和所述同步器S4(11)结合左侧，所述同步器S3(14)不工作时实现纯机械挡工况中的固定档6。
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