CN104088978A - 单行星排汇流液压机械无级变速箱 - Google Patents

单行星排汇流液压机械无级变速箱 Download PDF

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Abstract

一种单行星排汇流液压机械无级变速箱，包括输入轴、轴出轴、机械动力输入轴、太阳轮轴、机械传动总成和液压传动总成，所述液压传动总成包括变量泵和定量马达；输入轴分别通过机械传动总成和液压传动总成将发动机输出的动力进行分流，所述机械动力输入轴与太阳轮轴之间设有单行星排总成，所述太阳轮轴与输出轴之间设有换挡齿轮组；通过单行星排总成将机械传动总成和液压传动总成输出的动力进行汇流，汇流后的动力通过换挡齿轮组经输出轴轴出。本发明在变速箱结构上可以设计得更加紧凑，可以大大缩小整个变速箱的体积，降低变速箱的重量；在传动效率上可以减少中间传动步骤，从而提高整个变速箱的传动效率。

Description

单行星排汇流液压机械无级变速箱
技术领域
该发明涉及一种无级变速箱，特别涉及一种用于拖拉机或者工程车辆的单行星排汇流液压机械无级变速箱。
背景技术
车辆在行驶过程中，其负荷是随路面状况和行驶状态而变化的，特别是对于大马力农用车辆、工程车辆等非道路车辆，它们传递功率大，作业环境恶劣，外界负荷波动频繁，这就要求变速器适时地变化转速和转矩以适应实际负荷的不断变化，保证车辆的动力性和燃油经济性。传统的有级变速箱虽能够通过换挡达到一定的要求，但只能按固定传动比传递功率，无法实现连续变速，若增加挡位，则会加大变速器机械结构的复杂程度，且成本增加，操作困难，严重制约了其性能的提高。
无级变速是车辆理想的传动形式，它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。在车辆行驶过程中，负荷随路面状况和行驶状态不断变化，车辆无级变速可以随外界载荷和道路情况连续改变传动比，使车辆动力系的动力通过无级变速器后与车辆所需的动力达到最佳匹配；同时可以实现车速的连续变化，无换挡阶跃现象，减少了车辆换挡过程的冲击，提高了车辆的舒适性；另外，无级变速可以使发动机在最佳动力性曲线或最佳经济性曲线附近工作，改善了车辆的传动性能，降低了噪声。这在能源短缺、环境污染日益加剧的当时代具有重要意义。
目前大部分液压机械无级变速箱都采用了双行星排汇流液压动力输入和机械动力输入，然后通过中间轴实现动力的汇集以及输出控制的无级变速器，但是双行星排汇流重量体积大，结构复杂，影响效率，并且无法适应现代拖拉机以及工程车辆对通过性的要求。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了满足现代拖拉机以及工程车辆对无级变速箱高传动效率和高可靠性的要求，提供一种结构更加简单紧凑、传动效率更高的单行星排汇流液压机械无级变速箱。
技术方案：一种单行星排汇流液压机械无级变速箱, 包括输入轴、轴出轴、机械动力输入轴、太阳轮轴、机械传动总成和液压传动总成，所述机械传动总成包括前进后退档接合套、前进档齿轮传动副和后退档齿轮传动副；所述液压传动总成包括变量泵和定量马达；输入轴分别通过机械传动总成和液压传动总成将发动机输出的动力进行分流，所述机械动力输入轴与太阳轮轴之间设有单行星排总成，所述太阳轮轴与输出轴之间设有换挡齿轮组；所述机械传动总成输出的动力通过机械动力输入轴传至单行星排总成，液压传动总成输出的动力通过太阳轮轴传至单行星排总成，通过单行星排总成将机械传动总成和液压传动总成输出的动力进行汇流，汇流后的动力通过换挡齿轮组经输出轴轴出。本发明通过输入轴、轴出轴、机械动力输入轴和太阳轮轴四根主要的传动轴实现了整个无级变速的过程，在变速箱结构上可以设计得更加紧凑，可以大大缩小整个变速箱的体积，降低变速箱的重量；在传动效率上可以减少中间传动步骤，从而提高整个变速箱的传动效率。
原理：前进后退档接合套与输入轴前进档齿轮传动副接合时，车辆前进；与输入轴后退档齿轮传动副接合时，车辆后退。
液压机械传动时，输入轴分别通过机械传动总成和液压传动总成将发动机输出的动力进行分流，液压动力经输入轴驱动变量泵，变量泵输出流量经连接管道调节定量马达的转速，定量马达转速经液压动力输出轴齿轮副到达太阳轮轴，驱动单行星排总成上的太阳轮，所述机械传动总成输出的动力通过机械动力输入轴传至单行星排总成，液压传动总成输出的动力通过太阳轮轴传至单行星排总成，通过单行星排总成将机械传动总成和液压传动总成输出的动力进行汇流，汇流后的动力通过换挡齿轮组经输出轴轴出。
优选项，所述单行星排总成包括太阳轮、行星架、齿圈、汇流动力输出轴、行星排第一离合器、行星排第二离合器、行星排三级离合器和行星排四级离合器；当所述行星排第一离合器和行星排第二离合器接合，机械动力通过齿圈输入，液压动力通过太阳轮输入，汇流后的动力通过行星架至汇流动力输出轴输出至换挡齿轮组，此时行星排正向传动；当所述行星排第三离合器和行星排第四离合器接合，机械动力通过行星架输入，液压动力通过太阳轮输入，汇流后的动力通过齿圈至汇流动力输出轴输出至换挡齿轮组，此时行星排负向传动；；随着变量泵的排量比的变化以及通过选择行星排第一离合器和行星排第二离合器同时接合还是行星排三级离合器和行星排四级离合器同时接合，从而实现行星排正向传动与负向传动的切换，最终实现无级变速。
优选项，为了满足复杂工况避免起步平稳，所述太阳轮轴上设有纯液压传动离合器，所述输出轴上设有纯液压传动齿轮副。纯液压起步时，发动机动力经输入轴驱动变量泵，变量泵输出流量经连接管道调节定量马达的转速，定量马达转速传至太阳轮轴，此时纯液压传动离合器接合，动力经纯液压传动齿轮副传至输出轴输出。纯液压传动时，行星排第一离合器、行星排第二离合器、行星排第三离合器和行星排第四离合器切断动力传输。
优选项，所述换挡齿轮组包括低档位离合器、中档位离合器和高档位离合器，本发明还包括与所述汇流动力输出轴联动并且受低档位离合器、中档位离合器和高档位离合器控制的Ⅰ级齿轮副、Ⅱ级齿轮副、Ⅲ级齿轮副和Ⅳ级齿轮副。
前进Ⅰ档时将低档位离合器接合，使从汇流动力输出轴输出的动力经Ⅰ级齿轮副、Ⅱ级齿轮副、Ⅲ级齿轮副，从输出轴输出。
前进Ⅱ档时将中档位离合器接合，使从汇流动力输出轴输出的动力经Ⅲ级齿轮副，从输出轴输出；前进Ⅲ档时将液压机械传动高档位离合器接合，使从汇流动力输出轴输出的动力经Ⅳ级齿轮副，从输出轴输出。
后退档仅需将前进后退档接合套与后退档齿轮传动副接合，将液压机械传动中档位离合器接合，使从汇流动力输出轴输出的动力经Ⅲ级齿轮副，从输出轴输出。
有益效果：1、纯液压档动力传递不经过行星排，延长了变速器的使用寿命，提高了效率，可通过纯液压档齿轮副的设计，满足复杂工况，并且对变速区段齿轮对的设计减小了约束；2、减小了变速箱的尺寸和重量，提高了系统的效率；3、对变速箱参数的设计考虑了液压系统效率的问题，更加实用，液压系统采取了电液比例控制闭环回路，更好的实现了平稳换挡和自动调节传动比；4、前进挡与后退档，纯液压档和液压机械档可平稳换挡，不同液压机械档位换挡时，只要准确把握换挡时间，亦可实现平稳换挡；5、结构简单，操作方便。
附图说明
图1为本发明的结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种单行星排汇流液压机械无级变速箱, 包括输入轴1、轴出轴2、机械动力输入轴3、太阳轮轴4、机械传动总成5和液压传动总成6，所述机械传动总成5包括前进后退档接合套51、前进档齿轮传动副52和后退档齿轮传动副53；所述液压传动总成6包括变量泵61和定量马达62；输入轴1分别通过机械传动总成5和液压传动总成6将发动机输出的动力进行分流，所述机械动力输入轴3与太阳轮轴4之间设有单行星排总成7，所述太阳轮轴4与输出轴2之间设有换挡齿轮组8；所述机械传动总成5输出的动力通过机械动力输入轴3传至单行星排总成7，液压传动总成6输出的动力通过太阳轮轴4传至单行星排总成7，通过单行星排总成7将机械传动总成5和液压传动总成6输出的动力进行汇流，汇流后的动力通过换挡齿轮组8经输出轴2轴出。本发明通过输入轴1、轴出轴2、机械动力输入轴3和太阳轮轴4四根主要的传动轴实现了整个无级变速的过程，在变速箱结构上可以设计得更加紧凑，可以大大缩小整个变速箱的体积，降低变速箱的重量；在传动效率上可以减少中间传动步骤，从而提高整个变速箱的传动效率。
所述单行星排总成7包括太阳轮71、行星架72、齿圈73、汇流动力输出轴74、行星排第一离合器75、行星排第二离合器76、行星排三级离合器77和行星排四级离合器78；当所述行星排第一离合器75和行星排第二离合器76接合，机械动力通过齿圈73输入，液压动力通过太阳轮71输入，汇流后的动力通过行星架72至汇流动力输出轴74输出至换挡齿轮组8，此时行星排正向传动；当所述行星排第三离合器77和行星排第四离合器78接合，机械动力通过行星架72输入，液压动力通过太阳轮71输入，汇流后的动力通过齿圈73至汇流动力输出轴74输出至换挡齿轮组8，此时行星排负向传动；随着变量泵61的排量比的变化以及通过选择行星排第一离合器75和行星排第二离合器76同时接合还是行星排三级离合器77和行星排四级离合器78同时接合，从而实现行星排正向传动与负向传动的切换，最终实现无级变速。
为了满足复杂工况避免起步平稳，所述太阳轮轴4上设有纯液压传动离合器9，所述输出轴2上设有纯液压传动齿轮副10。
前进后退档接合套51与前进档齿轮传动副52接合，并通过输入轴前进档同步器锁环将其锁定，车辆前进；前进后退档接合套51与后退档齿轮传动副53接合，并通过输入轴后退档同步器锁环将其锁定，车辆后退。
纯液压起步时，行星排第一离合器75、行星排第二离合器76、行星排三级离合器77和行星排四级离合器78均不接合，机械动力中断传递。发动机动力经输入轴1的液压动力输入轴齿轮副驱动变量泵61，变量泵61输出流量经连接管道调节定量马达62的转速，定量马达62转速经液压动力输出轴齿轮副传输到达太阳轮轴4，此时纯液压传动离合器9接合，动力经纯液压传动齿轮副10，从输出轴2输出。输出速度可达7.7km/h，在2.0km/h即可挂入液压机械档。
液压机械传动时，当行星排第一离合器75和行星排第二离合器76接合时，机械动力通过齿圈73输入，液压动力通过太阳轮71输入，汇流后的动力通过行星架72至汇流动力输出轴74输出至换挡齿轮组8，此时变量泵61排量比从-1变化到1。当行星排第三离合器77和行星排第四离合器78接合时，机械动力通过行星架72输入，液压动力通过太阳轮71输入，汇流后的动力通过齿圈73至汇流动力输出轴74输出至换挡齿轮组8，此时变量泵61排量比从-1变化到1。
液压动力经输入轴1的液压动力输入轴齿轮副驱动变量泵61，变量泵61输出流量经连接管道调节定量马达62的转速，定量马达62转速经液压动力输出轴齿轮副传输到达太阳轮轴4，液压动力经太阳轮71输入，与行星架72传递的机械动力，汇流至齿圈73，或者与齿圈73传递的机械动力，汇流至行星架72，经汇流动力输出轴74输出。
随着变量泵61的排量比的变化以及通过选择行星排第一离合器75和行星排第二离合器76同时接合还是行星排三级离合器77和行星排四级离合器78同时接合，从而实现行星排正向传动与负向传动的切换，最终实现无级变速。
前进Ⅰ档是将低档位离合器81接合，使从汇流动力输出轴74输出的动力经Ⅰ级齿轮副11、Ⅱ级齿轮副12、Ⅲ级齿轮副13，从输出轴2输出，该档的输出速度达2.0km/h～5.4 km/h。
前进Ⅱ档是将中档位离合器82接合，使从汇流动力输出轴74输出的动力经Ⅲ级齿轮副13，从输出轴2输出，该档的输出速度达4.7km/h～12.7 km/h。
前进Ⅲ档是将液压机械传动高档位离合器83接合，使从汇流动力输出轴74输出的动力经Ⅳ级齿轮副14，从输出轴2输出，该档的输出速度达11.1km/h～30.9 km/h。
后退档仅需将前进后退档接合套51与后退档齿轮传动副53接合，并通过输入轴后退档同步器锁环将其锁定，将液压机械传动中档位离合器82接合，使从汇流动力输出轴74输出的动力经Ⅲ级齿轮副13，从输出轴2输出，该档的输出速度达-10.0km/h～-3.0km/h。
发动机的动力,通过输入轴1输出端花键将发动机部分动力向后传递给拖拉机后动力输出轴。

Claims (4)

1.一种单行星排汇流液压机械无级变速箱, 包括输入轴（1）、轴出轴（2）、机械动力输入轴（3）、太阳轮轴（4）、机械传动总成（5）和液压传动总成（6），所述机械传动总成（5）包括前进后退档接合套（51）、前进档齿轮传动副（52）和后退档齿轮传动副（53）；所述液压传动总成（6）包括变量泵（61）和定量马达（62）；输入轴（1）分别通过机械传动总成（5）和液压传动总成（6）将发动机输出的动力进行分流，其特征在于：所述机械动力输入轴（3）与太阳轮轴（4）之间设有单行星排总成（7），所述太阳轮轴（4）与输出轴（2）之间设有换挡齿轮组（8）；所述机械传动总成（5）输出的动力通过机械动力输入轴（3）传至单行星排总成（7），液压传动总成（6）输出的动力通过太阳轮轴（4）传至单行星排总成（7），通过单行星排总成（7）将机械传动总成（5）和液压传动总成（6）输出的动力进行汇流，汇流后的动力通过换挡齿轮组（8）经输出轴（2）轴出。
2.根据权利要求1所述的单行星排汇流液压机械无级变速箱，其特征在于：所述单行星排总成（7）包括太阳轮（71）、行星架（72）、齿圈（73）、汇流动力输出轴（74）、行星排第一离合器（75）、行星排第二离合器（76）、行星排三级离合器（77）和行星排四级离合器（78）；当所述行星排第一离合器（75）和行星排第二离合器（76）接合，机械动力通过齿圈（73）输入，液压动力通过太阳轮（71）输入，汇流后的动力通过行星架（72）至汇流动力输出轴（74）输出至换挡齿轮组（8），此时行星排正向传动；当所述行星排第三离合器（77）和行星排第四离合器（78）接合，机械动力通过行星架（72）输入，液压动力通过太阳轮（71）输入，汇流后的动力通过齿圈（73）至汇流动力输出轴（74）输出至换挡齿轮组（8），此时行星排负向传动；随着变量泵（61）的排量比的变化以及通过选择行星排第一离合器（75）和行星排第二离合器（76）同时接合还是行星排三级离合器（77）和行星排四级离合器（78）同时接合，从而实现行星排正向传动与负向传动的切换，最终实现无级变速。
3.根据权利要求1所述的单行星排汇流液压机械无级变速箱，其特征在于：所述太阳轮轴（4）上设有纯液压传动离合器（9），所述输出轴（2）上设有纯液压传动齿轮副（10）。
4. 根据权利要求2所述的单行星排汇流液压机械无级变速箱，其特征在于：所述换挡齿轮组（8）包括低档位离合器（81）、中档位离合器（82）和高档位离合器（83），还包括与所述汇流动力输出轴（74）联动并且受低档位离合器（81）、中档位离合器（82）和高档位离合器（83）控制的Ⅰ级齿轮副（11）、Ⅱ级齿轮副（12）、Ⅲ级齿轮副（13）和Ⅳ级齿轮副（14）；前进Ⅰ档时将低档位离合器（81）接合，使从汇流动力输出轴（74）输出的动力经Ⅰ级齿轮副（11）、Ⅱ级齿轮副（12）、Ⅲ级齿轮副（13），从输出轴（2）输出；前进Ⅱ档时将中档位离合器（82）接合，使从汇流动力输出轴（74）输出的动力经Ⅲ级齿轮副（13），从输出轴（2）输出；前进Ⅲ档时将液压机械传动高档位离合器（83）接合，使从汇流动力输出轴（74）输出的动力经Ⅳ级齿轮副（14），从输出轴（2）输出；后退档仅需将前进后退档接合套（51）与后退档齿轮传动副（53）接合，将液压机械传动中档位离合器（82）接合，使从汇流动力输出轴（74）输出的动力经Ⅲ级齿轮副（13），从输出轴（2）输出。
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