CN104500684B - 一种车辆用十挡液力变速器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车辆用十挡液力变速器，属于机械传动技术领域，包括动力输出装置、闭锁及减振离合器总成、液力变矩器、主轴、主变速箱、副变速箱、第一平行轴和第二平行轴，所述动力输出装置的输出端通过液力变矩器与闭锁及减振离合器总成连接，所述闭锁及减振离合器总成与主轴连接，所述主轴同时与主变速箱和副变速箱连接。本技术方案通过将动力传递路线由七个扭矩传递装置控制，提供了十个前进挡和两个倒挡的转速和扭矩输出，增加了传动比的可选范围；通过采用内置式的齿轮泵，有效节省了液力传动的空间，简化了变速器结构，使变速器结构更加紧凑，并减轻了变速器整机重量。
Description
技术领域
本发明属于机械传动技术领域，涉及一种平行轴传动与行星传动复合的多挡位液力变速器传动机构，尤其是涉及一种车辆用十挡液力变速器。
背景技术
行星式液力变速器传动装置一般由液力变矩器和机械行星齿轮变速箱所构成，其特点是同轴传动，适用于同轴布置、单向输出的机械；且行星齿轮变速箱结构紧凑，单位体积功率密度大，适用于大功率机械和要求布置紧凑的机械和车辆。但是，由于结构限制，行星式液力变速器起步耗油大，结构复杂且挡位较少，不能实现跳挡。随着技术的发展和车辆行驶要求的提高，传统的具有六个前进挡位的车用液力传动装置已满足不了作业设备在某些特定工作环境下的作业需求。例如，很多行走式工程机械设备在低负载状态下为了提高移动的速度，在发动机性能不变的情况下需要传动比更小的超速挡位，而传统的具有六个前进挡位的液力传动装置只有一个超速挡位，且传动比较大，不能满足实际工作的需要。
液力变速器中可得到的前进速度比的数量决定了发动机扭矩范围重复的次数，传统的车用液力传动装置最多只有六个前进挡，速比之间的比阶较大，燃油消耗点难以接近于最有效点，燃油经济性较差，同时也影响了车辆的换挡品质；其次，这种液力传动装置结构复杂，两个旋转离合器采用串联结构，其油泵总成采用外置式的布置方式，使得整机的体积和重量较大，已不能满足现代化作业设备中需要液力传动装置小型化的要求。因此，亟需一种具有更多前进挡位、结构更加紧凑的液力传动装置。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种车辆用十挡液力变速器，达到了降低传动比，提高换挡平稳性和燃油经济性的效果。
本发明是通过如下技术方案予以实现的。
一种车辆用十挡液力变速器，包括动力输出装置、闭锁及减振离合器总成、液力变矩器、主轴、主变速箱、副变速箱、第一平行轴和第二平行轴，所述动力输出装置的输出端通过液力变矩器与闭锁及减振离合器总成连接，所述闭锁及减振离合器总成与主轴连接，所述主轴同时与主变速箱和副变速箱连接；
在所述主变速箱中，主轴上安装有主轴齿轮一、主轴齿轮二、主轴齿轮三和主轴齿轮四，所述主轴齿轮一与离合器三的齿轮三啮合，所述主轴齿轮二与离合器五的齿轮五啮合，所述主轴齿轮三与齿轮二啮合，所述主轴齿轮四一侧与离合器一的齿轮一啮合，另一侧与齿轮四啮合，齿轮四再与齿轮六啮合，在所述齿轮二与齿轮六之间设有选择器；
所述离合器一和离合器三安装在第一平行轴上，并可在第一平行轴上转动，所述离合器二和离合器五安装在第二平行轴上，并可在第二平行轴上转动；
所述第一平行轴末端安装有齿轮九，所述第二平行轴末端安装有齿轮八，齿轮九和齿轮八分别与第一平行轴和第二平行轴键连接；
所述齿轮九和齿轮八同时与齿轮七啮合，所述齿轮七与主轴可相对转动，并与副变速箱中的离合器四和离合器七连接；
所述离合器七与齿圈连接，所述离合器四与太阳轮连接，所述太阳轮与齿圈之间通过行星架连接，所述齿圈与离合器六连接。
所述液力变矩器采用单级两相三元件结构，液力变矩器通过其泵轮分别与动力输出装置、摆线齿轮泵连接。
所述摆线齿轮泵为内置式齿轮泵，安装在变速箱内部。
所述闭锁及减振离合器总成的闭锁及减振离合器分别与对应的液力变矩器的涡轮座连接，涡轮座与主轴连接。
所述主轴与主轴上的主轴齿轮一、主轴齿轮四、主轴齿轮三、主轴齿轮二之间均为键连接。
所述离合器一、离合器二、离合器三、离合器四、离合器五、离合器六和离合器七均可操作，离合器一、离合器二、离合器三、离合器四、离合器五其中之一可与离合器六、离合器七其中之一同时闭合。
所述选择器可控制离合器二与齿轮二或齿轮六连接。
本发明的有益效果是：
本发明所述的一种车辆用十挡液力变速器，将动力传递路线由七个扭矩传递装置控制，提供了十个前进挡和两个倒挡的转速和扭矩输出，增加了传动比的可选范围；通过采用内置式的齿轮泵，有效节省了液力传动的空间，简化了变速器结构，使变速器结构更加紧凑，并减轻了变速器整机重量；闭锁及减振离合器通过变矩器与主轴连接，可通过变矩器有选择的输出扭矩，带动主轴差动旋转或同步旋转，提高了发动机的功率利用率，增宽了变速器的功效范围；通过增加液力传动装置速度比的个数，可以使速度比之间的比阶大小趋于合理，提高燃油的经济性，并使操作员在车辆的正常加速过程中基本察觉不到速度比的替换，从而提高了变速器的换挡平稳性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1-闭锁及减震离合器，2-涡轮，3-导轮，4-泵轮，5-动力输出装置，6-摆线齿轮泵，7-主轴齿轮一，8-齿轮三，9-第一平行轴，10-主轴齿轮四，11-齿轮一，12-齿轮九，13-齿轮七，18-齿轮八，19-齿轮六，20-齿轮二，21-选择器，22-齿轮四，23-第二平行轴，24-主轴齿轮三，25-齿轮五，26-主轴齿轮二，A-闭锁及减振离合器总成、B-液力变矩器、C-主变速箱、D-副变速箱，C1-离合器一，C2-离合器二，C3-离合器三，C4-离合器四，C5-离合器五，C6-离合器六，C7-离合器七。
具体实施方式
下面结合附图进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1所示，本发明所述的一种车辆用十挡液力变速器，包括动力输出装置5、闭锁及减振离合器总成A、液力变矩器B、主轴14、主变速箱C、副变速箱D、第一平行轴9和第二平行轴23，所述动力输出装置5的输出端通过液力变矩器B与闭锁及减振离合器总成A连接，所述闭锁及减振离合器总成A与主轴14连接，所述主轴14同时与主变速箱C和副变速箱D连接；在所述主变速箱C中，主轴14上安装有主轴齿轮一7、主轴齿轮二26、主轴齿轮三24和主轴齿轮四10，所述主轴齿轮一7与离合器三C3的齿轮三8啮合，所述主轴齿轮二26与离合器五C5的齿轮五25啮合，所述主轴齿轮三24与齿轮二20啮合，所述主轴齿轮四10一侧与离合器一C1的齿轮一11啮合，另一侧与齿轮四22啮合，齿轮四22再与齿轮六19啮合，在所述齿轮二20与齿轮六19之间设有选择器21；所述选择器21可控制离合器二C2与齿轮二20或齿轮六19连接；所述离合器一C1和离合器三C3安装在第一平行轴9上，并可在第一平行轴9上转动，所述离合器二C2和离合器五C5安装在第二平行轴23上，并可在第二平行轴23上转动；所述第一平行轴9末端安装有齿轮九12，所述第二平行轴23末端安装有齿轮八18，齿轮九12和齿轮八18分别与第一平行轴9和第二平行轴23键连接；所述齿轮九12和齿轮八18同时与齿轮七13啮合，所述齿轮七13与主轴14可相对转动，并与副变速箱D中的离合器四C4和离合器七C7连接；所述离合器七C7与齿圈15连接，所述离合器四C4与太阳轮17连接，所述太阳轮17与齿圈15之间通过行星架16连接，所述齿圈15与离合器六C6连接。
在简化变速器结构的基础上，通过采用新型的液力变速器传动结构形式，可实现十个前进挡和两个倒挡的动力输出，并使整机结构更紧凑。
液力变矩器B采用传统的单级两相三元件结构，液力变矩器B的泵轮4分别与发动机、摆线齿轮泵6连接，通过花键驱动内置摆线齿轮泵6为整个液力变速器提供动力油和润滑油，这种内置式油泵位于变速箱内部，可以有效节约液力传动装置的空间。
闭锁及减振离合器1与液力变矩器B的涡轮座连接，涡轮座与主轴14连接，在闭锁工况下，系统提供的压力油可以推动闭锁及减振离合器活塞，实现发动机和涡轮2的刚性连接，使涡轮2与发动机达到同步旋转，同时涡轮座通过持续连接带动主轴14同步旋转，这提高了发动机的功率利用率，增宽了功效范围。当负荷较大时，闭锁及减振离合器活塞可以脱开，变矩器会在变矩工况下工作。
主轴14与主轴上的主轴齿轮一7、主轴齿轮四10、主轴齿轮三24、主轴齿轮二26均为键连接，将动力传递到第一平行轴9的共轴齿轮齿轮三8、齿轮一11和第二平行轴23的共轴齿轮齿轮六19、齿轮二20、齿轮五25，上述共轴齿轮通过轴承与平行轴相连，并可通过离合器一C1、离合器二C2、离合器三C3和离合器五C5控制与平行轴连接固定。通过离合器控制，使得与第一平行轴9持续连接的齿轮九12和与第二平行轴23持续连接的齿轮八18其中之一将动力传递到齿轮七13，然后传递到离合器C4、离合器C7以及行星轮系的太阳轮17；当离合器一C1、离合器二C2、离合器三C3、离合器五C5都不工作时，离合器四C4工作，直接将动力由主轴14传递到离合器C7以及行星轮系的太阳轮17。同时，通过控制离合器六C6和离合器七C7之一工作，使行星轮系的齿圈15固定或具有和齿轮13相同的转速。由行星轮系工作原理可知，此时行星架将有一个固定的输出。
当离合器二C2工作，同时离合器六C6和离合器七C7中有一个工作时，第二平行轴23的共轴齿轮齿轮六19和齿轮二20通过手动选择，有且只有一个和选择器21连接并将动力传递到第二平行轴23。当选择齿轮六19时为前进挡，而选择齿轮二20时，由于主轴齿轮10与齿轮六19之间多出一个外啮合齿轮四22，当齿轮四22与主轴齿轮10与齿轮六19同时啮合时，输出转速方向调转，为倒挡。
上述七个离合器可以有选择地以两个离合器同时工作，在动力输入装置与输出装置之间建立十个前进挡和两个倒挡。通过适当的选择外啮合齿轮的齿数比和行星轮系的特性参数，可实现多种速比和速比跨度。
所述离合器一C1、离合器二C2、离合器三C3、离合器五C5可有选择的闭合，与其所在的平行轴连接固定，以传递动力。
所述离合器四C4可操作，可以有选择的将主轴14和行星齿轮组的太阳轮17连接。
所述离合器六C6可操作，可选择是否将行星齿轮组的齿圈15固定。
所述离合器七C7可操作，可以有选择的将行星齿轮组的太阳轮17与齿圈15连接。
所述闭锁及减振离合器总成A与主轴14持续连接。
液力变矩器B的泵轮4一端与动力输出装置5的输出端连接，当发动机转速较低时，液力变矩器B处于变矩工况，发动机的输出功率经传动油作用后由变矩器涡轮2吸收，然后由主轴14输出；当发动机转速较高时，液力变矩器B处于闭锁工况，闭锁及减振离合器1活塞在压力油作用下与涡轮座连接，发动机和涡轮2形成刚性连接，发动机提供的功率经涡轮座直接传递给主轴14，发动机与主轴14实现同步旋转，从而提高了液力变速器在高转速状态下的效率，增宽了功效范围。主轴14与主变速箱C内的主轴齿轮一7、主轴齿轮二26、主轴齿轮三24、主轴齿轮四10相连接，当离合器一C1、离合器二C2、离合器三C3、离合器五C5其中之一结合时，扭矩被传递到副变速箱D处输出，通过控制不同离合器结合即可实现不同传动比的扭矩传递。
1、空挡，离合器六C6在摆线齿轮泵6提供的压力油作用下结合，行星轮系齿圈15制动。由于离合器一C1、离合器二C2、离合器三C3、离合器四C4、离合器五C5处于分离状态，由主轴14输出的扭矩不能传递给行星变速箱D，整个变速箱无功率输出，实现空挡状态。
2、一挡，离合器一C1和离合器六C6在摆线齿轮泵6提供的压力油作用下结合，行星轮系齿圈15制动。由主轴14输出的扭矩通过与其通过花键连接的主轴齿轮四10传递给第一平行轴9上的齿轮一11，然后通过离合器一C1传递给与第一平行轴9通过花键连接的齿轮九12，再由齿轮九12传递给齿轮七13，接着传递给副变速箱D中行星轮系的太阳轮17，最后由行星架16将扭矩输出，实现一挡状态。
3、二挡，离合器二C2和离合器六C6在摆线齿轮泵6提供的压力油作用下结合，选择器21选择F，行星轮系齿圈15制动。由主轴14输出的扭矩通过与其键连接的主轴齿轮三24传递给第二平行轴23上的齿轮二20，然后通过离合器二C2传递给与第二平行轴23键连接的齿轮八18，再由齿轮八18传递给齿轮七13，接着传递给副变速箱D中行星轮系的太阳轮17，最后由行星架16将扭矩输出，实现二挡状态。
4、三挡，离合器三C3和离合器六C6在摆线齿轮泵6提供的压力油作用下结合，行星轮系齿圈15制动。由主轴14输出的扭矩通过与其键连接的齿轮7传递给第一平行轴9上的齿轮三8，然后通过离合器三C3传递给与第一平行轴9键连接的齿轮九12，再由齿轮九12传递给齿轮七13，接着传递给副变速箱D中行星轮系的太阳轮17，最后由行星架16将扭矩输出，实现三挡状态。
5、四挡，离合器四C4和离合器六C6在摆线齿轮泵6提供的压力油作用下结合，行星轮系齿圈15制动。由主轴14输出的扭矩通过离合器四C4直接传递给副变速箱D中行星轮系的太阳轮17，最后由行星架16将扭矩输出，实现四档状态。
6、五挡，离合器五C5和离合器六C6在摆线齿轮泵6提供的压力油作用下结合，行星轮系齿圈15制动。由主轴14输出的扭矩通过与其键连接的主轴齿轮二26传递给第二平行轴23上的齿轮五25，然后通过离合器五C5传递给与第二平行轴23键连接的齿轮八18，再由齿轮八18传递给齿轮七13，接着传递给副变速箱D中行星轮系的太阳轮17，最后由行星架16将扭矩输出，实现五挡状态。
7、六挡，离合器一C1和离合器七C7在摆线齿轮泵6提供的压力油作用下结合。由主轴14输出的扭矩通过与其键连接的主轴齿轮四10传递给第一平行轴9上的齿轮一11，然后通过离合器一C1传递给与第一平行轴9键连接的齿轮九12，再由齿轮九12传递给齿轮七13，接着传递给副变速箱D中行星轮系的太阳轮17，行星轮系齿圈15在离合器七C7结合时与齿轮七13具有相同转速，行星轮系作为整体一起转动，最后由行星架16将扭矩输出，实现六挡状态。
8、七挡，离合器二C2和离合器七C7在摆线齿轮泵6提供的压力油作用下结合，选择器21选择F。由主轴14输出的扭矩通过与其键连接的主轴齿轮三24传递给第二平行轴23上的齿轮二20，然后通过离合器二C2传递给与第二平行轴23键连接的齿轮八18，再由齿轮八18传递给齿轮七13，接着传递给副变速箱D中行星轮系的太阳轮17，行星轮系齿圈15在离合器七C7作用下与齿轮七13具有相同转速，行星轮系作为整体一起转动，最后由行星架16将扭矩输出，实现七挡状态。
9、八挡，离合器三C3和离合器七C7在摆线齿轮泵6提供的压力油作用下结合。由主轴14输出的扭矩通过与其键连接的主轴齿轮一7传递给第一平行轴9上的齿轮三8，然后通过离合器三C3传递给与第一平行轴9键连接的齿轮九12，再由齿轮九12传递给齿轮七13，接着传递给副变速箱D中行星轮系的太阳轮17，行星轮系齿圈15在离合器七C7作用下与齿轮七13具有相同转速，行星轮系作为整体一起转动，最后由行星架16将扭矩输出，实现八挡状态。
10、九挡，离合器四C4和离合器七C7在摆线齿轮泵6提供的压力油作用下结合。由主轴14输出的扭矩通过离合器四C4直接传递给副变速箱D行星轮系的太阳轮17，行星轮系齿圈15在离合器七C7作用下与太阳轮17具有相同转速，行星轮系作为整体一起转动，最后由行星架16将扭矩输出，实现九挡状态。
11、十挡，离合器五C5和离合器七C7在摆线齿轮泵6提供的压力油作用下结合。由主轴14输出的扭矩通过与其键连接的主轴齿轮二26传递给第二平行轴23上的齿轮五25，然后通过离合器五C5传递给与第二平行轴23键连接的齿轮八18，再由齿轮八18传递给齿轮七13，接着传递给副变速箱D中行星轮系的太阳轮17，行星轮系齿圈15在离合器七C7作用下与齿轮七13具有相同转速，行星轮系作为整体一起转动，最后由行星架16将扭矩输出，实现十挡状态。
12、一倒挡，离合器二C2和离合器六C6在摆线齿轮泵6提供的压力油作用下结合，选择器21选择R，行星轮系齿圈15制动。由主轴14输出的扭矩通过与其持续连接的主轴齿轮四10传递给齿轮四22，再传递给第二平行轴23上的齿轮六19，然后通过离合器二C2传递给与第二平行轴23键连接的齿轮八18，再由齿轮八18传递给齿轮七13，接着传递给副变速箱D中行星轮系的太阳轮17，最后由行星架16将扭矩输出，由于传动系统比二挡多了一个外啮合齿轮22，实现了第一倒挡功能。
13、二倒挡，离合器二C2和离合器七C7在摆线齿轮泵6提供的压力油作用下结合，选择器21选择R。由主轴14输出的扭矩通过与主轴键连接的主轴齿轮四10传递给齿轮四22，再传递给第二平行轴23上的齿轮六19，然后通过离合器二C2传递给与第二平行轴23键连接的齿轮八18，再由齿轮八18传递给齿轮七13，接着传递给副变速箱D中行星轮系的太阳轮17，行星轮系齿圈15在离合器七C7作用下与齿轮七13具有相同转速，行星轮系作为整体一起转动，最后由行星架16将扭矩输出，由于传动系统比七挡多了一个外啮合齿轮22，实现了第二倒挡功能。
表1本发明实现各挡位时离合器的结合情况
注：●表示离合器结合，F表示选择器选择F，R表示选择器选择R。
Claims (7)
1.一种车辆用十挡液力变速器，包括动力输出装置(5)、闭锁及减振离合器总成(A)、液力变矩器(B)、主轴(14)、主变速箱(C)、副变速箱(D)、第一平行轴(9)和第二平行轴(23)，其特征在于：所述动力输出装置(5)的输出端通过液力变矩器(B)与闭锁及减振离合器总成(A)连接，所述闭锁及减振离合器总成(A)与主轴(14)连接，所述主轴(14)同时与主变速箱(C)和副变速箱(D)连接；
在所述主变速箱(C)中，主轴(14)上安装有主轴齿轮一(7)、主轴齿轮二(26)、主轴齿轮三(24)和主轴齿轮四(10)，所述主轴齿轮一(7)与离合器三(C3)的齿轮三(8)啮合，所述主轴齿轮二(26)与离合器五(C5)的齿轮五(25)啮合，所述主轴齿轮三(24)与齿轮二(20)啮合，所述主轴齿轮四(10)一侧与离合器一(C1)的齿轮一(11)啮合，另一侧与齿轮四(22)啮合，齿轮四(22)再与齿轮六(19)啮合，在所述齿轮二(20)与齿轮六(19)之间设有选择器(21)；
所述离合器一(C1)和离合器三(C3)安装在第一平行轴(9)上，并可在第一平行轴(9)上转动，离合器二(C2)和离合器五(C5)安装在第二平行轴(23)上，并可在第二平行轴(23)上转动；
所述第一平行轴(9)末端安装有齿轮九(12)，所述第二平行轴(23)末端安装有齿轮八(18)，齿轮九(12)和齿轮八(18)分别与第一平行轴(9)和第二平行轴(23)键连接；
所述齿轮九(12)和齿轮八(18)同时与齿轮七(13)啮合，所述齿轮七(13)与主轴(14)可相对转动，并与副变速箱(D)中的离合器四(C4)和离合器七(C7)连接；
所述离合器七(C7)与齿圈(15)连接，所述离合器四(C4)与太阳轮(17)连接，所述太阳轮(17)与齿圈(15)之间通过行星架(16)连接，所述齿圈(15)与离合器六(C6)连接。
2.根据权利要求1所述的一种车辆用十挡液力变速器，其特征在于：所述液力变矩器(B)采用单级两相三元件结构，液力变矩器(B)通过其泵轮(4)分别与动力输出装置(5)、摆线齿轮泵(6)连接。
3.根据权利要求2所述的一种车辆用十挡液力变速器，其特征在于：所述摆线齿轮泵(6)为内置式齿轮泵，安装在变速箱内部。
4.根据权利要求1所述的一种车辆用十挡液力变速器，其特征在于：所述闭锁及减振离合器总成(A)的闭锁及减振离合器(1)分别与对应的液力变矩器(B)的涡轮座连接，涡轮座与主轴(14)连接。
5.根据权利要求1所述的一种车辆用十挡液力变速器，其特征在于：所述主轴(14)与主轴上的主轴齿轮一(7)、主轴齿轮四(10)、主轴齿轮三(24)、主轴齿轮二(26)之间均为键连接。
6.根据权利要求1所述的一种车辆用十挡液力变速器，其特征在于：所述离合器一(C1)、离合器二(C2)、离合器三(C3)、离合器四(C4)、离合器五(C5)、离合器六(C6)和离合器七(C7)均可操作，离合器一(C1)、离合器二(C2)、离合器三(C3)、离合器四(C4)、离合器五(C5)其中之一可与离合器六(C6)、离合器七(C7)其中之一同时闭合。
7.根据权利要求1所述的一种车辆用十挡液力变速器，其特征在于：所述选择器(21)可控制离合器二(C2)与齿轮二(20)或齿轮六(19)连接。
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