CN104854374A - 无级变速器和包括无级变速器的工程机械 - Google Patents

无级变速器和包括无级变速器的工程机械 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无级变速器(200)，该无级变速器(200)包括：速变器单元(234)，该速变器单元(234)具有速变器输入轴(236)和速变器输出轴(238)；第一行星齿轮组(226)，该第一行星齿轮组(226)具有第一行星构件(228)、第二行星构件(230)和第三行星构件(232)，所述第一行星构件(228)是齿圈和行星架中的一个，所述第二行星构件(230)是所述齿圈和所述行星架中的另一个，并且第三行星构件(232)是太阳轮，其中第一行星齿轮组(226)的第一行星构件(228)以可操作方式连接到变速器输入轴(204)；以及第二行星齿轮组(240)，该第二行星齿轮组(240)具有太阳轮(242)、齿圈(244)和行星架(246)，所述行星架(246)以可操作方式连接到变速器输出轴(258)；其中，所述速变器输入轴(236)以可操作方式连接到所述第一行星齿轮组(226)的第二行星构件(230)；所述速变器输出轴(238)以可操作方式连接到所述第一行星齿轮组(226)的太阳轮(232)，所述第一行星齿轮组(226)的所述太阳轮(232)进一步以可操作方式连接到所述第二行星齿轮组(240)的所述太阳轮(242)，同时在所述变速器输入轴(204)与所述变速器输出轴(258)之间具有可变传动比；并且，所述第二行星齿轮组(240)的所述齿圈(244)能够选择性地连接到所述第一行星齿轮组(226)的所述第二行星构件(230)并能够选择性地连接到所述无级变速器(200)的齿轮箱壳体(250)。

Description

无级变速器和包括无级变速器的工程机械
技术领域
本发明涉及根据权利要求1和23的前序部分所述的无级变速器并涉及包括这种无级变速器的工程机械。
本发明适用于工业建筑机械领域的工程机械，尤其是轮式装载机、平地机和铰接式运输车。虽然在下文中将针对轮式装载机来描述本发明，但本发明不限于这种特定机械，而是还可用在其它重型工程机械中，例如自卸卡车、挖掘机或其它建筑设备。
背景技术
无级变速器是其速比能够在设计的范围内连续变化的变速器。由于能够在最佳速度下或在最佳燃料经济性下实现原动机的操作同时还在变速器的输出轴处提供所需的转速，所以无级变速器是有用的。在无级变速器中，可以获得输出轴转速与输入轴转速之间的为零的速比。这样的无级变速器通常被称为无级变速器。由于存在为零的输出/输入速比，使得能够实现空档功能，其中，当输出轴静止时，输入轴旋转。在许多工业应用环境中(例如，在工程机械的齿轮箱内)空档位置的存在是有用的，例如，因为它可以消除对起动离合器或扭矩变换器的需求。此外，无级变速器便于所包括的用于执行提升操作/或使工程机械转向的液压系统的操作与工程机械的推进分离，因为可以从输入轴处的动力输出装置为液压系统提供动力，而输入轴可以保持运转，同时，连接到推进传动系的输出轴可以保持静止。无级变速器的典型布置包括无级变速单元、速变器单元，该速变器单元具有连接到行星齿轮系统的速变器输入轴和速变器输出轴。
US 7,220,203中公开了无级变速器的一个示例。US 7,220,203中的无级变速器包括分别联接到两个马达/发电机的电池。因此，US7,220,203中的无级变速器是电动无级变速器。而且，该电动无级变速器包括用于从发动机接收动力的输入构件和用于将扭矩传递至例如工程机械车轮的输出构件。而且，该电动无级变速器包括行星齿轮组和多个离合器。相对于US 7,220,203之前已知的现有技术而言，US7,220,203中公开的该电动无级变速器的优点是：所述多个离合器允许另外的固定速比和另外的复合动力分流速比范围。
然而，就例如减少部件数目来降低成本以及优化对速变器单元的利用而言，US 7,220,203中公开的无级变速器需要进一步改进。
发明内容
本发明的目的是提供相对于现有技术方案具有改进的功能性的无级变速器。
根据本发明的第一方面，提供了一种无级变速器，该无级变速器包括：速变器单元，该速变器单元具有速变器输入轴和速变器输出轴；第一行星齿轮组，该第一行星齿轮组具有第一行星构件、第二行星构件和第三行星构件，第一行星构件是齿圈和行星架中的一个，第二行星构件是齿圈和行星架中的另一个，并且第三行星构件是太阳轮，其中，第一行星齿轮组的第一行星构件以可操作方式连接到变速器输入轴；以及第二行星齿轮组，该第二行星齿轮组具有太阳轮、齿圈和行星架，该行星架以可操作方式连接到变速器输出轴；其中，速变器输入轴以可操作方式连接到第一行星齿轮组的第二行星构件；速变器输出轴以可操作方式连接到第一行星齿轮组的太阳轮，第一行星齿轮组的太阳轮进一步以可操作方式连接到第二行星齿轮组的太阳轮，同时在变速器输入轴与变速器输出轴之间具有可变的传动比；并且第二行星齿轮组的齿圈能够选择性地连接到第一行星齿轮组的第二行星构件并能够选择性地连接到无级变速器的齿轮箱壳体。
上述用语“能够选择性地连接”在下文及整个说明书中均应解释为两个或更多个部件被布置成彼此主动连接/断开。当借助于行星齿轮组中的部件讨论“能够选择性地连接”时，除另外描述之外，例如太阳轮与齿圈之间经由行星架的行星轮的连接不应解释为例如太阳轮连接到齿圈，将在下文中进一步讨论这一点。因此，为了将行星齿轮组的部件连接到同一行星齿轮组的另一个部件，为了根据本申请中的对上述用语的期望解释而能够连接到彼此，这两个部件必须以某种方式彼此锁定或锁定到另一个部件。
本发明的优点是：速变器输出轴连接到第一行星齿轮组的太阳轮和第二行星齿轮组的太阳轮，由此提供速变器输出轴的所期望的最大速度，同时在变速器输入轴与变速器输出轴之间具有可变传动比。另外，该无级变速器相对于现有技术方案具有较少的部件，或者更具体地，本发明不需要现有技术中描述的所有离合器。
根据一示例实施例，在第一行星齿轮组的第二行星构件与第二行星齿轮组的齿圈之间可以布置有第一离合器单元，并且在第二行星齿轮组的齿圈与齿轮箱壳体之间可以布置有第二离合器单元。
由此，第一离合器单元可以布置成将第一行星齿轮组的第二行星构件以可控制的方式连接至第二行星齿轮组的齿圈。此外，然后第二行星齿轮组的齿圈也连接到速变器输入轴。另外，第二离合器单元因此允许第二行星齿轮组的齿圈与无级变速器的齿轮箱壳体之间的连接，即，第二行星齿轮组的齿圈能够通过第二离合器单元锁定到无级变速器的齿轮箱壳体。
通过第一离合器单元和第二离合器单元，能够实现无级变速器的第一操作模式和第二操作模式。在第二行星齿轮组的齿圈连接到齿轮箱壳体的情况下，无级变速器将在第一操作模式下工作，在该第一操作模式下中，第二行星齿轮组将作为减速齿轮组工作，从而能够实现第二行星齿轮组上的大传动比。在第二行星齿轮组的齿圈连接到第一行星齿轮组的第二构件的情况下，无级变速器将在第二操作模式下工作，在该第二操作模式中，第一行星齿轮组和第二行星齿轮组将作为一个桥工作，其中速变器输入轴和速变器输出轴既不连接到变速器输入轴也不连接到变速器输出轴。因此，在第一操作模式中，第二行星齿轮组作为减速齿轮组工作，而在第二操作模式中，第二行星齿轮组合并被供应至其太阳轮和齿圈的动力。因此，可以提供一种模式选择布置，该模式选择布置能够利用变速器输入轴与变速器输出轴之间不同的连续可变速比带实现不同的操作模式。
此外，除了离合器单元以外，该模式选择布置可以包括一组致动器。这些致动器可以控制离合器单元的接合和断开。再者，该模式选择布置可以包括用于操作这些致动器的控制单元等。
根据一个示例实施例，第一离合器单元和/或第二离合器单元可以是摩擦盘式离合器单元。
摩擦盘式离合器单元是众所周知的且易于控制。另外，摩擦盘式离合器单元具有如下优点：能够滑移接合，从而提供从断开状态到接合状态的相对均匀且平滑的过渡，反之亦然。摩擦盘式离合器单元可以是湿式摩擦盘式离合器单元或干式摩擦盘式离合器单元。然而，当然也可构想出其它类型的离合器，例如犬齿式离合器。
根据一示例实施例，所述无级变速器还可以包括与速变器输入轴连接的齿轮以及与第一行星齿轮组的第二行星构件连接的齿轮，这些齿轮彼此啮合连接。与第一行星齿轮组的第二行星构件连接的齿轮能够进一步选择性地连接到第二行星齿轮组的齿圈。
其优点在于，通过这些齿轮，速变器输入轴的最大速度可适配于于该速变器单元中使用的各种类型的机械。
根据一示例实施例，所述无级变速器还可以包括第一行星齿轮组连接的太阳轮与的齿轮以及与第二行星齿轮组的太阳轮连接的齿轮；这些齿轮彼此啮合连接。与第一行星齿轮组的太阳轮连接的齿轮可以进一步连接到速变器输出轴。
根据一示例实施例，所述无级变速器还可以包括与第一行星齿轮组的第二行星构件连接的齿轮以及能够选择性地连接到第二行星齿轮组的齿圈的齿轮，其中，这些齿轮彼此啮合连接。
通过布置与第一行星齿轮组的太阳轮连接的齿轮(该齿轮与连接到第二行星齿轮组的太阳轮的齿轮啮合连接)，以及布置与第一行星齿轮组的第二行星构件连接的齿轮(该齿轮与能够选择性地连接到第二行星齿轮组的齿圈的齿轮啮合连接)，提供了第一行星齿轮组与第二行星齿轮组之间的几何水平的差值。由此，与工程机械的车轮相比，该工程机械的原动机可以位于较高的几何水平处。而且，可以通过调节由所提及的齿轮获得的两个齿轮级的传动比来增大挑选第一行星齿轮组和第二行星齿轮组的基础速比的自由度。
根据一示例，能够选择性地连接到第二行星齿轮组的齿圈的上述齿轮可进一步连接到速变器输入轴。根据另一个示例，连接到第一行星齿轮组的第二构件的齿轮可进一步连接到速变器输入轴。
根据一示例实施例，所述无级变速器还可以包括与第一行星齿轮组的太阳轮连接的齿轮以及连接到速变器输出轴的齿轮；这些齿轮彼此啮合连接。连接到速变器输出轴的齿轮可进一步连接到第二行星齿轮组的太阳轮。
根据一示例实施例，所述无级变速器还可以包括被连接到第二行星齿轮组的齿圈的齿轮以及能够可选择性地连接到速变器输入轴的齿轮；这些齿轮彼此啮合连接。能够选择性地连接到速变器输入轴的齿轮可进一步选择性地连接到无级变速器的齿轮箱壳体。
由此，提供了第一行星齿轮组与第二行星齿轮组之间的几何水平上的另外的差值。
根据一示例实施例，第二行星齿轮组的太阳轮、齿圈和行星架中的一个能够选择性地连接到第二行星齿轮组的太阳轮、齿圈和行星架中的另一个。
由此，通过将第二行星齿轮组的部件中的一个简单地选择性地连接到第二行星齿轮组的部件中的另一个，该无级变速器能够用于第三操作模式。在该第三操作模式中，第二行星齿轮组被绕过(by-passed)或者被锁定在一起作为一个直接齿轮，而没有任何传动比的增大/减小，即，第二行星齿轮组的输入与输出的关系是1:1。通过使用第三操作模式，为该无级变速器提供了比第二操作模式更快的模式。因此，当使车辆加速时，以其相继的顺序执行这三个操作模式，即，首先通过第一操作模式，然后通过第二操作模式，最后通过第三操作模式来操作该无级变速器。
应容易理解的是，上述用语“能够选择性地连接”应解释成使得太阳轮、齿圈和行星架中的一个能够被锁定到太阳轮、齿圈和行星架中的另一个。因此，彼此连接的两个部件在它们本身之间不具有相对的速度差。
此外，上述部件、即太阳轮、齿圈和行星架中的一个能够通过例如离合器单元等选择性地连接到太阳轮、齿圈和行星架中的另一个。离合器单元例如可以是摩擦盘式离合器单元或任意其它适当的离合器单元，例如上文关于第一离合器单元和第二离合器单元的描述所描述的那些离合器单元。
根据一示例实施例，第二行星齿轮组的太阳轮能够选择性地连接到第二行星齿轮组的行星架。
由此，离合器单元可以定位在第二行星齿轮组的太阳轮与行星架之间。当将太阳轮连接到行星架时，第二行星齿轮组将被绕过并因此不被加载。
根据一示例实施例，第二行星齿轮组的行星架能够选择性地连接到第二行星齿轮组的齿圈。
由此，离合器单元可以定位在第二行星齿轮组的行星架与齿圈之间。
根据一示例实施例，第二行星齿轮组的太阳轮能够选择性地连接到第二行星齿轮组的齿圈。
由此，离合器单元可以定位在第二行星齿轮组的太阳轮与齿圈之间。供应到太阳轮的动力和供应到齿圈的动力将被合并在一起，然后提供给行星架。
因此，其优点在于，通过简单地提供另外的离合器单元，使得能够实现该无级变速器的第三操作模式。
根据一示例实施例，该无级变速器还可以包括能够选择性地连接到第一行星齿轮组的太阳轮的齿轮以及连接到第二行星齿轮组的齿圈的齿轮；这些齿轮彼此啮合连接。连接到第二行星齿轮组的齿圈的齿轮能够进一步选择性地连接到第一行星齿轮组的第二行星构件并且能够选择性地连接到无级变速器的齿轮箱壳体。
由此，另一齿轮组被布置在第二行星齿轮组的太阳轮与齿圈之间。该另一齿轮组，以及具有与第二行星齿轮组的太阳轮连接的齿轮和与第一行星齿轮组的太阳轮及速变器输出轴连接的齿轮的齿轮组，使得能够实现第二行星齿轮组的太阳轮与第二行星齿轮组的齿圈之间的固定转速比。因此，离合器单元等可以定位在该另一齿轮组与速变器输出轴之间。由此，该另一组齿轮，以及具有与第二行星齿轮组的太阳轮连接的齿轮和与第一行星齿轮组的太阳轮及速变器输出轴连接的齿轮的齿轮组，使得能够选择第二行星齿轮组的太阳轮与第二行星齿轮组的齿圈之间的传动比。因此，第二行星齿轮组的上述1:1关系可以被调节成使得提供另一个传动比，或根据需要而保持1:1的关系。因此，提高了选择第二行星齿轮组的输入与输出之间的传动比的灵活性。因此，以上描述(即，第二行星齿轮组的部件之间的连接)应被解释为不允许所连接的部件之间的相对运动的连接，不完全适用于本发明的该示例实施例，这是因为，如所描述的，借助于中间齿轮可以进行相对运动。
根据一示例实施例，速变器单元可以具有设有速变器输入轴的第一液压机和设有速变器输出轴的第二液压机，第一液压机和第二液压机器彼此液压地连接。
根据一示例实施例，速变器单元可以具有设有速变器输入轴的第一电机和设有速变器输出轴的第二电机，第一电机和第二电机彼此电连接。
根据本发明的第二方面，提供了一种无级变速器，该无级变速器包括：速变器单元，该速变器单元具有速变器输入轴和速变器输出轴；第一行星齿轮组，该第一行星齿轮组具有第一行星构件、第二行星构件和第三行星构件，其中，第一行星齿轮组的第一行星构件以可操作方式连接到变速器输入轴；和第二行星齿轮组，该第二行星齿轮组具有第一行星构件、第二行星构件和第三行星构件，第二行星齿轮组的第三行星构件以可操作方式连接到变速器输出轴；其中，速变器输入轴以可操作方式连接到第一行星齿轮组的第二行星构件；速变器输出轴以可操作方式连接到第一行星齿轮组的第三行星构件，第一行星齿轮组的第三行星构件进一步以可操作方式连接到第二行星齿轮组的第一行星构件；第二行星齿轮组的第二行星构件能够选择性地连接到第一行星齿轮组的第二行星构件并能够选择性地连接到无级变速器的齿轮箱壳体，并且其中，第二行星齿轮组的第一构件、第二构件和第三构件中的一个能够选择性地连接到第二行星齿轮组的第一构件、第二构件和第三构件中的另一个。
本发明的该第二方面的效果和特征在很大程度上类似于上文针对本发明的第一方面描述的那些。
根据一示例实施例，第二行星齿轮组的第一行星构件能够选择性地连接到第二行星齿轮组的第二行星构件。
根据一示例实施例，第二行星齿轮组的第一行星构件能够选择性地连接到第二行星齿轮组的第三行星构件。
根据一示例实施例，第二行星齿轮组的第二行星构件能够选择性地连接到第二行星齿轮组的第三行星构件。
根据一示例实施例，第一行星齿轮组的第一行星构件可以是齿圈和行星架中的一个，第一行星齿轮组的第二行星构件可以是齿圈和行星架中的另一个，而第三行星构件可以是太阳轮。
根据一示例实施例，第二行星齿轮组的第一行星构件可以是太阳轮，第二行星构件可以是齿圈，而第三行星构件可以是行星架。
根据一示例实施例，速变器单元可以具有设有速变器输入轴的第一液压机和设有速变器输出轴的第二液压机，该第一液压机和第二液压机器彼此液压地连接。
根据一示例实施例，速变器单元可以具有设有速变器输入轴的第一电机和设有速变器输出轴的第二电机，该第一电机和第二电机彼此电连接。
根据本发明的第三方面，提供了一种工程机械，该工程机械包括针对本发明的第一方面和第二方面的上述无级变速器中的一个。
本发明的该第三方面的效果和特征在很大程度上类似于上文针对本发明的第一方面和第二方面描述的那些。
当研究所附权利要求和下列描述时，本发明的进一步的特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员将意识到，在不脱离本发明的范围的情况下，本发明中的不同特征可以相互组合以产生与下文描述的实施例不同的实施例。例如，上文对本发明的不同优点的说明仅针对在前进方向上驱动车辆的情形来描述，当在倒档方面提供无级变速器时，即，当工程机械向后行驶时，本发明的各实施例当然也是适用的。
附图说明
通过对本发明的例示性实施例的下列说明性而非限制性的详细描述，将更好地理解本发明的上述及另外的目的、特征和优点，其中：
图1是示出轮式装载机形式的工程机械的示例实施例的侧视图，该轮式装载机具有用于装载操作的铲斗以及用于操作铲斗且使轮式装载机转向的液压系统；
图2a示出了根据本发明示例实施例的无级变速器的示意图；
图2b示出了图2a中描绘的示例实施例的更详细图示；
图3a示出了根据本发明示例实施例的无级变速器的示意图；
图3b示出了图3a中描绘的示例实施例的更详细图示；
图4a示出了根据本发明示例实施例的无级变速器的示意图；
图4b示出了图4a中描绘的示例实施例的更详细图示；
图5a示出了根据本发明示例实施例的无级变速器的示意图；
图5b示出了图5a中描绘的示例实施例的更详细图示；
图6a-6c示出了用于实现无级变速器的第三操作模式的本发明的示例性实施例；
图7a示出了用于实现无级变速器的第三操作模式的另一示例实施例的示意图；
图7b示出了图7a中描绘的示例实施例的更详细图示；并且
图8示意性地出示了用于根据三个示例性操作模式来操作无级变速器的实施例。
具体实施方式
现在，将在下文中参考附图更充分地描述本发明，在附图中，示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明能够以许多不同的形式被实施且不应解释为仅限于本文所阐述的实施例；而是，这些实施例是为了彻底性和完整性而被提供的。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。
现在参照图1，示出了工程机械101，这里，工程机械101呈具有器具102的轮式装载机的形式。术语“器具”旨在包括使用液压技术的任一种工具，例如布置在轮式装载机上的铲斗、叉或抓持工具或布置在铰接式运输车上的车斗。所图示的器具包括铲斗103，该铲斗103布置在臂单元104上，该臂单元104用于提升铲斗103和使铲斗103下降，此外，铲斗103能够相对于臂单元104倾斜或枢转。轮式装载机101设有包括至少一个液压机(未示出)的液压系统。该液压机可以是液压泵，但优选的是，该液压机可以作为液压泵以及作为液压马达工作，该液压马达带有液压流体的反向流动。具有上述两种功能的这种液压机可以用作泵，以便为液压系统提供液压流体，例如用于提升铲斗以及使铲斗倾斜，并且，具有上述两种功能的这种液压机可以用作液压马达，以便例如在器具102的下降操作期间回收能量。在图1所示的示例实施例中，该液压系统包括用于操作臂单元104的两个液压缸105a、105b和用于使铲斗103相对于臂单元104倾斜的液压缸106。此外，该液压系统包括布置在轮式装载机的相反侧上的两个液压缸107a、107b，用于通过前车身部分108和后车身部分109的相对运动而使轮式装载机转向。换句话说，该工程机械是通过转向缸107a、107b进行车架转向。
工程机械101还设有原动机(例如内燃机)以及传动系，该传动系具有用于为工程机械101的驱动轮112供应动力的齿轮箱。
该齿轮箱是无级变速器，它相对于有级齿轮箱而言具有多个优点。例如，能够独立于原动机的转速来控制工程机械101的速度。如果无级变速器具有包括如下模式的转速范围，则可以省略传统上在工程机械中所使用的扭矩变换器：在该模式中，在扭矩能够从输入轴传递到输出轴的同时，独立于齿轮箱的输入轴的转速，齿轮箱的输出轴的转速为零或接近于零(通常被称为带有空档的无级变速器(IVT))。该表述“零或接近于零”是指输出轴的转速为零或大小为每分钟几转。
通过gauge无级变速器和空档功能，对于所有的车辆速度，液压系统的操作都能够与工程机械的推进分离。此外，当工程机械保持静止时，该液压系统可以由原动机驱动，而无需使用任何离合器使原动机相对于传动系断开。
现在转到图2a-2b，示出了根据本发明示例实施例的无级变速器200。前进-后退齿轮单元202被添加到无级变速器200，该前进-后退齿轮单元202被添加到无级变速器200的变速器输入轴204。前进-后退齿轮单元202包括输入轴206，该输入轴206具有第一齿轮208，该第一齿轮208与连接到中间轴212的第二齿轮210啮合连接。此外，前进离合器单元214连接到中间轴212。前进离合器单元214进一步连接到第三齿轮216，该第三齿轮216与第四齿轮218啮合连接。此外，后退离合器单元224连接到前进-后退齿轮单元202的输入轴206。第五齿轮220能够通过后退离合器单元224选择性地连接到前进-后退齿轮单元202的输入轴206。第五齿轮220也与第四齿轮218啮合连接。当前进离合器单元214被接合时，车辆在前进方向上行驶，而当后退离合器单元224被接合时，车辆在后退方向上行驶。因此，该前进离合器单元214和后退离合器单元224不能同时被接合。
本发明主要涉及无级变速器200。对于本文中所描述的所有实施例，前进-后退齿轮单元202或多或少是相同的，因此将在下面的文本中省略。
现在，将变速器输入轴204联接到第一行星齿轮组226。更具体地，变速器输入轴204联接到第一行星齿轮组226的第一行星构件228。在所描述的图2a和2b的示例实施例中，第一行星构件228是第一行星齿轮组226的齿圈。此外，第一行星齿轮组226还包括第二行星构件230和第三行星构件232。在所示的示例实施例中，第二行星构件230是第一行星齿轮组226的行星架，而第三行星构件232是太阳轮。然而，应该指出的是，尽管第一行星构件228、第二行星构件230和第三行星构件232分别被示出为齿圈、行星架和太阳轮，但当然也可构想出其它构造。由此，行星架可以构成第一行星构件228，而齿圈可以构成第二行星构件230等。
此外，如图2b中所描绘的，第一行星齿轮组226的第二行星构件230(在该示例实施例中为行星架)包括两个行星轮。由此，所述行星轮中的一个与太阳轮啮合连接，而所述行星轮中的另一个与齿圈啮合连接。所述行星轮也可以彼此啮合连接。
此外，无级变速器200包括速变器单元234，速变器单元234具有速变器输入轴236和速变器输出轴238。速变器单元234可以是液压型或电动型的，液压型的速变器单元234包括设有速变器输入轴236的第一液压机233和设有速变器输出轴238的第二液压机235，该第一液压机233和第二液压机235彼此液压连接，电动型的速变器单元234包括设有速变器单元234的输入轴236的第一电机和设有速变器单元234的输出轴238的第二电机，该第一电机和第二电机彼此电连接。
更进一步，无级变速器200还包括第二行星齿轮组240。第二行星齿轮组240包括第一行星构件242、第二行星构件244和第三行星构件246。在图2a和2b中描绘的图示的示例实施例中，第一行星构件242是太阳轮，第二行星构件244是齿圈，而第三行星构件246是行星架。然而，当然可以构想出该第二行星齿轮组的其它部置方式，例如第二行星构件244由行星架构成，第三行星构件246由齿圈构成等。为了简化文本的可理解性，在下文和在整个余下的描述中，第一行星构件242将被称为太阳轮242，第二行星构件将被称为齿圈244，而第三行星构件将被称为行星架246。
最后，无级变速器200包括第一离合器单元252和第二离合器单元248。第一离合器单元252被构造为将第一行星齿轮组226的行星架230选择性地连接到第二行星齿轮组240的齿圈244。第一离合器单元252也将第二行星齿轮组240的齿圈244选择性地连接到速变器输入轴236。第二离合器单元248被定位在第二行星齿轮组240的齿圈244与无级变速器200的齿轮箱壳体250之间。
现在，下面将描述图2a和2b中描绘的无级变速器200的上述部件之间的互连。如上所述，变速器输入轴204联接到第一行星齿轮组226的齿圈228，即，来自工程机械101的原动机的扭矩经由上述前进-后退齿轮单元202被接收到第一行星齿轮组226的齿圈228。第一行星齿轮组226的太阳轮232还进一步连接到速变器输出轴238并且连接到第二行星齿轮组240的太阳轮242。因此，速变器输出轴238还联接到第二行星齿轮组240的太阳轮242。
此外，第一行星齿轮组226的行星架230经由包括彼此啮合连接的齿轮254、256的齿轮级而联接到速变器输入轴236。由此，第一行星齿轮组226和速变器输入轴236定位在齿轮箱中的彼此不同的水平处。然而，应该指出的是，在图2a和2b中描绘的实施例不限于使用齿轮254、256。而且，如上所述，第一行星齿轮组226的行星架230能够通过第一离合器单元252选择性地连接到第二行星齿轮组240的齿圈244。第二行星齿轮组240的齿圈244还能够通过第二离合器单元248选择性地连接到无级变速器200的齿轮箱壳体250。最后，在所描述的示例实施例中，第二行星齿轮组240的行星架246经由两个齿轮级而联接到变速器输出轴258。
利用上述第一离合器单元252和第二离合器单元248，无级变速器200能够在第一操作模式和第二操作模式中运行。当将第二行星齿轮组240的齿圈244连接到齿轮箱壳体250，即接合第二离合器单元248时，无级变速器200在第一操作模式下操作，并且第二行星齿轮组240将作为减速齿轮组工作，从而能够实现第二行星齿轮组240上的大传动比。另一方面，当接合第一离合器单元252，即，将第二行星齿轮组240的齿圈244选择地连接到第一行星齿轮组226的行星架230并连接到速变器输入轴236时，无级变速器200在第二操作模式下运行。在第二操作模式下，第二行星齿轮组240合并被供应到太阳轮242和齿圈244的动力。下面将关于图8的描述来进一步说明操作模式的进一步描述。
现在转向图3a和3b，示出了根据本发明的无级变速器200的另一个示例实施例。图3a-3b中描绘的实施例与图2a-2b中描绘的实施例之间的差别是在第一行星齿轮组226的太阳轮232与第二行星齿轮组240的太阳轮242之间布置有齿轮级302。齿轮级302包括彼此啮合连接的一对齿轮301和303。一个齿轮301连接到第一行星齿轮组226的太阳轮232并连接到速变器输出轴238。另一个齿轮303连接到第二行星齿轮组240的太阳轮242。
此外，图3a-3b中描绘的实施例与图2a-2b中描绘的实施例之间的另一个差别是在第一行星齿轮组226的第二行星构件230与速变器输入轴236及第一离合器单元252之间布置有另一个齿轮级306。在图3a-3b中描绘的示例性实施例中，第二行星构件230是齿圈。第一行星齿轮组226的第一行星构件228是行星架。所述齿轮级包括彼此啮合连接的一对齿轮305和307。一个齿轮307经由关于图2a-2b描述的上述齿轮256连接到速变器输入轴236，并能够通过第一离合器单元252选择性地连接到第二行星齿轮组240的齿圈244。对于图3a-3b中描绘的实施例，齿轮307和254是同一个齿轮。另一个齿轮305连接到第一行星齿轮组226的齿圈230。更进一步地，在图3a-3b的所描绘的实施例中，变速器输出轴258仅设有一个齿轮级，而不是图2a-2b所描绘的实施例的情形中的两个齿轮级。
现在参考图4a和4b，示出了根据本发明的无级变速器200的又一个示例实施例。在图4a-4b中描绘的实施例中，先前被连接至第一行星齿轮组226的齿圈230的齿轮305现在进一步将经由上文关于图2a-2b的描述所描述的齿轮256连接到速变器输入轴236。在图4a-4b所示的实施例中，齿轮305和齿轮254是同一个齿轮。此外，先前被连接到速变器输入轴的齿轮307现在仅能够通过第一离合器单元252选择性地连接到第二行星齿轮组240的齿圈244。
通过提供图3a-4b所示的齿轮组302和306，在第一行星齿轮组226与第二行星齿轮组240之间可以设置几何水平的差。此外，通过这两个齿轮组302、306，可以提供对第一行星齿轮组226和第二行星齿轮组240的基础速比的调节。
现在转向图5a-5b，示出了根据本发明的无级变速器200的又一示例实施例。与图3a-3b中描绘的实施例相比，图5a-5b中描绘的实施例包括齿轮级502，该齿轮级502位于第二行星齿轮组240的齿圈244与第一离合器单元252和第二离合器单元248之间。齿轮级502包括彼此啮合连接的两个齿轮501、503，其中，一个齿轮501连接到第二行星齿轮组240的齿圈244，另一个齿轮503能够选择性地连接到速变器输入轴236以及齿轮箱壳体250。然而，应该指出的是，齿轮503可定位成使得它不能选择性地连接到齿轮箱壳体250。在这种情况下，第二行星齿轮组240的齿圈244能够选择性地直接连接到齿轮箱壳体250。
此外，图5a-5b中描绘的实施例还包括齿轮级506，该齿轮级506位于第一行星齿轮组226的太阳轮232与速变器输出轴238及第二行星齿轮组240的太阳轮242之间。齿轮级506包括彼此啮合连接的两个齿轮505、507。一个齿轮505连接到第一行星齿轮组226的太阳轮232，另一个齿轮507连接到速变器输出轴238并经由上文关于图3a-3b的描述所描述的齿轮级302而连接到第二行星齿轮组240的太阳轮242。
最后，在图5a-5b所描绘的示例性实施例中，关于图3a-4b描述的齿轮级306被如图3a-3b所示地定位。因此，一个齿轮305连接到第一行星齿轮组226的齿圈230，另一个齿轮307连接到速变器输入轴236并能够经由第一离合器单元252选择性地连接到第二行星齿轮组240的齿圈244。但是，应该指出的是，齿轮级306可同样如图4a-4b所示地定位。此外，不存在布置于变速器输出轴258上的齿轮级。因此，第二行星齿轮组240的行星架246构成了图5a-5b中描绘的实施例的变速器输出轴258。由此，与其它所描述的示例性实施例相比，可以简化第二行星齿轮组240的轴承布置。
由此，上文关于图2a-5b的描述涉及根据本发明的无级变速器的不同实施例。尽管已在不同实施例中不同地描述和定位了齿轮级，但当然也可构想出其它构造和替代。另外，关于图2a-5b描绘和描述的实施例使得无级变速器能够在第一操作模式和第二操作模式下进行操作。然而，通过略微修改该无级变速器，还可以提供第三操作模式。
因此，现在参考图6a-6c，其示出了三个不同的示例实施例，用于为上文关于图2a-5b的描述所描述的无级变速器200提供第三操作模式。因此，图6a-6c的示例实施例适用于本发明的所有之前描述的示例性实施例。
首先转到图6a，第二行星齿轮组240的太阳轮242能够通过离合器单元602选择性地连接到第二行星齿轮组240的行星架246。由此，可以将第二行星齿轮组240锁定在一起，从而提供太阳轮242与行星架246之间的1:1的传动比。因此，在这种情况下，第二行星齿轮组240被绕过(by-passed)。
另一方面，在图6b中，第二行星齿轮组240的太阳轮242能够通过离合器单元604选择性地连接到第二行星齿轮组240的齿圈244。由此，可以孔昂第二行星齿轮组240锁定在一起，从而提供太阳轮242与齿圈244之间的1:1的传动比。
最后，在图6c中，第二行星齿轮组240的齿圈244能够通过离合器单元606选择性地连接到第二行星齿轮组240的行星架246。由此，可以将第二行星齿轮组240锁定在一起，从而提供齿圈244与行星架246之间的1:1的传动比。
利用图6a-6c中描绘的实施例，第二行星齿轮组240被锁定在一起或者被绕过，从而不使用第二行星齿轮组240作为减速齿轮，这使得对于第三操作模式而言，能够为该无级变速器提供增大的输出速度。下面将关于图8的描述提供对第三操作模式的进一步描述。
图7a-7b中示出了用于提供第三操作模式的无级变速器的另一示例实施例。图7a-7b中描绘的实施例或多或少是图5a-5b中描绘的实施例的变型。通过在第二行星齿轮组240的齿圈244与行星齿轮组240的太阳轮242之间提供离合器单元702，可以通过选择性地接合离合器单元702来提供上述第三操作模式。另外，在第二行星齿轮组240的齿圈244与离合器单元702之间布置有齿轮级704。齿轮级704包括彼此啮合连接的一对齿轮703和705。一个齿轮703能够选择性地连接到速变器输出轴238、第一行星齿轮组226的太阳轮232和第二行星齿轮组240的太阳轮242。相应的行星齿轮组226、240的太阳轮232、242之间的连接经由上述齿轮级506、302来实现。另一个齿轮705连接到第二行星齿轮组240的齿圈244并连接到第一离合器单元252和第二离合器单元248。
因此，图7a-7b中描绘的实施例与图6b中描绘的实施例的主要差别在于第二行星齿轮组240的太阳轮242和齿圈244能够经由齿轮级302、704选择性地连接。由此，如果不同地选择齿轮级302、704的传动比，则可以在第二行星齿轮组240的太阳轮242与齿圈244之间提供相对运动。另外，当如图7a-7b中描绘的在离合器单元702与太阳轮242之间增加齿轮级302时，轴的旋转方向在齿轮级302的每侧上是不同的。因此，适合于在第二行星齿轮组240的太阳轮242与齿圈244之间提供另一齿轮级704，使得旋转方向被改变两次。此外，在该示例实施例中，齿轮705和齿轮501是同一齿轮。
现在，转到图8，描绘了示出三种操作模式的曲线图。该曲线图的x轴802表示速变器速比。速变器速比是速变器输出轴238的转速与速变器输入轴236的转速之比，即ω238/ω236。另一方面，该曲线图的y轴804表示齿轮箱的总速比。该齿轮箱的总速比是变速器输出轴258的转速与变速器输入轴204的转速之比，即ω258/ω204。图8示出了当速变器速比为正时的示例，这是图3a-3b、图5a-5b和图7a-7b中描绘的实施例中的情形。另一方面，对于图2a-2b和图4a-4b中描绘的实施例，速变器速比以相同的方式变化，但是是负的。
在第一操作模式806下，第二行星齿轮组240的齿圈244通过第二离合器单元248连接到齿轮箱壳体250。第一离合器单元252处于断开状态。速变器速比802以及总速比804连续地增大。使用该第一操作模式806，直至速变器速比802是无穷大，这意味着速变器输入轴236是静止的，即，第一离合器单元252上的相对速度为零或接近于零。
当速变器速比802已经达到无穷大时，无级变速器200被布置成从第一操作模式806转换到第二操作模式808。由此，如上所述，第一离合器单元252被定位成处于接合状态下，而第二离合器单元248被定位成处于断开状态下。因此，在第二操作模式808下，第二行星齿轮组240的齿圈244连接到第一行星齿轮组226的第二行星构件230并连接到速变器输入轴236。第一操作模式806与第二操作模式808之间的转换同步进行，并且速变器速比802以及总速比804在该转换前后具有相同的值。现在，在第二操作模式808下，速变器速比802连续减小，而总速比804连续增大。而且，可以使用第二操作模式808直至速变器速比802已经达到零水平或接近于零，或可以使用第二操作模式808直至速变器速比802已经减小到与第三操作模式812的交点810为止。如果从作业过程开始就使用第三操作模式812(即不是以第一操作模式806)开始，则交点810被定义为第三操作模式812的曲线与第二操作模式808的曲线相交的点。如果从第二操作模式808到第三操作模式812的转换在交点810处进行，则该转换同步进行，而如果当速变器速比已经达到零或接近于零时从第二操作模式808转换到第三操作模式812，则存在由标记814所示的非同步模式转换。在后一种情况下，速变器速比802在该转换前后将具有不同的值。非同步模式转换814的优点是速变器单元中将存在较小的损耗，这是因为与第三操作模式812的开始时相比，在第二操作模式808的结尾处，经过速变器单元的动力的量很少。
现在，通过接合上文关于图6a-7b描述的离合器单元602、604、606、702并断开第一离合器单元252来提供第三操作模式812。如上所述，当速变器速比802为零或接近于零时或者当速变器速比下降到交点810时可以实现这些操作。在第三操作模式812下，速变器速比802以及总速比804连续增大。
虽然已经关于描述齿轮的特定组合描述了本发明，但在其它构造中，对不同齿轮的使用可以相互组合，在研究本申请时，这对本领域技术人员而言是清楚的。另外，本公开主要是针对使工程机械在前进方向上行驶而提出的，由此，应该容易理解，本发明同样也适用于后退行驶。因此，本发明的示例实施例的以上描述和附图将被视为本发明的非限制性示例，并且，其保护范围由所附权利要求限定。权利要求中的任何附图标记不应解释为限制其范围。

Claims (31)

1.一种无级变速器(200)，包括：
-速变器单元(234)，所述速变器单元(234)具有速变器输入轴(236)和速变器输出轴(238)；
-第一行星齿轮组(226)，所述第一行星齿轮组(226)具有第一行星构件(228)、第二行星构件(230)和第三行星构件(232)，所述第一行星构件(228)是齿圈和行星架中的一个，所述第二行星构件(230)是所述齿圈和所述行星架中的另一个，并且所述第三行星构件(232)是太阳轮，其中所述第一行星齿轮组(226)的所述第一行星构件(228)以可操作方式连接到变速器输入轴(204)；以及
-第二行星齿轮组(240)，所述第二行星齿轮组(240)具有太阳轮(242)、齿圈(244)和行星架(246)，所述行星架(246)以可操作方式连接到变速器输出轴(258)；其中：
-所述速变器输入轴(236)以可操作方式连接到所述第一行星齿轮组(226)的所述第二行星构件(230)；
-所述速变器输出轴(238)以可操作方式连接到所述第一行星齿轮组(226)的所述太阳轮(232)，所述第一行星齿轮组(226)的所述太阳轮(232)进一步以可操作方式连接到所述第二行星齿轮组(240)的所述太阳轮(242)，同时在所述变速器输入轴(204)与所述变速器输出轴(258)之间具有可变传动比；并且
-所述第二行星齿轮组(240)的所述齿圈(244)能够选择性地连接到所述第一行星齿轮组(226)的所述第二行星构件(230)并能够选择性地连接到所述无级变速器(200)的齿轮箱壳体(250)。
2.根据权利要求1所述的无级变速器(200)，其中，在所述第一行星齿轮组(226)的所述第二行星构件(230)与所述第二行星齿轮组(240)的所述齿圈(244)之间布置有第一离合器单元(252)，并且，在所述第二行星齿轮组(240)的所述齿圈(244)与所述齿轮箱壳体(250)之间布置有第二离合器单元(248)。
3.根据权利要求2所述的无级变速器(200)，其中，所述第一离合器单元(252)和/或所述第二离合器单元(248)是摩擦盘式离合器单元。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的无级变速器(200)，还包括被连接到所述速变器输入轴(236)的齿轮(256)以及被连接到所述第一行星齿轮组(226)的所述第二行星构件(230)的齿轮(254)，所述齿轮(254、256)彼此啮合连接。
5.根据权利要求4所述的无级变速器(200)，其中，被连接到所述第一行星齿轮组(226)的所述第二行星构件(230)的所述齿轮(254)还能够选择性地连接到所述第二行星齿轮组(240)的所述齿圈(244)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的无级变速器(200)，还包括被连接到所述第一行星齿轮组(226)的所述太阳轮(232)的齿轮(301)以及被连接到所述第二行星齿轮组(240)的所述太阳轮(242)的齿轮(303)，所述齿轮(301、303)彼此啮合连接。
7.根据权利要求6所述的无级变速器(200)，其中，被连接到所述第一行星齿轮组(226)的所述太阳轮(232)的所述齿轮(301)进一步连接到所述速变器输出轴(238)。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的无级变速器(200)，还包括被连接到所述第一行星齿轮组(226)的所述第二行星构件(230)的齿轮(305)以及能够选择性地连接到所述第二行星齿轮组(240)的所述齿圈(244)的齿轮(307)，所述齿轮(305、307)彼此啮合连接。
9.根据权利要求8所述的无级变速器(200)，其中，能够选择性地连接到所述第二行星齿轮组(240)的所述齿圈(244)的所述齿轮(307)进一步连接到所述速变器输入轴(236)。
10.根据权利要求8所述的无级变速器(200)，其中，被连接到所述第一行星齿轮组(226)的所述第二行星构件(230)的所述齿轮(305)进一步被连接到所述速变器输入轴(236)。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的无级变速器(200)，还包括被连接到所述第一行星齿轮组(226)的所述太阳轮(232)的齿轮(505)以及被连接到所述速变器输出轴(238)的齿轮(507)，所述齿轮(505、507)彼此啮合连接。
12.根据权利要求11所述的无级变速器(200)，其中，被连接到所述速变器输出轴(238)的所述齿轮(507)进一步连接到所述第二行星齿轮组(240)的所述太阳轮(242)。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的无级变速器(200)，还包括被连接到所述第二行星齿轮组(240)的所述齿圈(244)的齿轮(501)以及能够选择性地连接到所述速变器输入轴(236)的齿轮(503)，所述齿轮(501、503)彼此啮合连接。
14.根据权利要求13所述的无级变速器(200)，其中，能够选择性地连接到所述速变器输入轴(236)的所述齿轮(503)还能够选择性地连接到所述无级变速器(200)的所述齿轮箱壳体(250)。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的无级变速器(200)，其中，所述第二行星齿轮组(240)的所述太阳轮(242)、所述齿圈(244)和所述行星架(246)中的一个能够选择性地连接到所述第二行星齿轮组(240)的所述太阳轮(242)、所述齿圈(244)和所述行星架(246)中的另一个。
16.根据权利要求15所述的无级变速器(200)，其中，所述第二行星齿轮组(240)的所述太阳轮(242)能够选择性地连接到所述第二行星齿轮组(240)的所述行星架(246)。
17.根据权利要求15所述的无级变速器(200)，其中，所述第二行星齿轮组(240)的所述行星架(246)能够选择性地连接到所述第二行星齿轮组(240)的所述齿圈(244)。
18.根据权利要求15所述的无级变速器(200)，其中，所述第二行星齿轮组(240)的所述太阳轮(242)能够选择性地连接到所述第二行星齿轮组(240)的所述齿圈(244)。
19.根据权利要求18所述的无级变速器(200)，还包括能够选择性地连接到所述第一行星齿轮组(226)的所述太阳轮(232)的齿轮(703)以及被连接到所述第二行星齿轮组(240)的所述齿圈(244)的齿轮(705)，所述齿轮(703、705)彼此啮合连接。
20.根据权利要求19所述的无级变速器(200)，其中，被连接到所述第二行星齿轮组(240)的所述齿圈(244)的所述齿轮(705)还能够选择性地连接到所述第一行星齿轮组(226)的所述第二行星构件(230)并能够选择性地连接到所述无级变速器(200)的所述齿轮箱壳体(250)。
21.根据前述权利要求中的任一项所述的无级变速器(200)，其中，所述速变器单元(234)具有设有所述速变器输入轴(236)的第一液压机(233)和设有所述速变器输出轴(238)的第二液压机(235)，所述第一液压机(233)和所述第二液压机(235)彼此液压地连接。
22.根据权利要求1-20中的任一项所述的无级变速器(200)，其中，所述速变器单元(234)具有设有所述速变器输入轴(236)的第一电机和设有所述速变器输出轴(238)的第二电机，所述第一电机和所述第二电机彼此电连接。
23.一种无级变速器(200)，包括：
-速变器单元(234)，所述速变器单元(234)具有速变器输入轴(236)和速变器输出轴(238)；
-第一行星齿轮组(226)，所述第一行星齿轮组(226)具有第一行星构件(228)、第二行星构件(230)和第三行星构件(232)，其中所述第一行星齿轮组(226)的所述第一行星构件(228)以可操作方式连接到变速器输入轴(204)；和
-第二行星齿轮组(240)，所述第二行星齿轮组(240)具有第一行星构件(242)、第二行星构件(244)和第三行星构件(246)，所述第二行星齿轮组(240)的所述第三行星构件(246)以可操作方式连接到变速器输出轴(258)；其中：
-所述速变器输入轴(236)以可操作方式连接到所述第一行星齿轮组(226)的所述第二行星构件(230)；
-所述速变器输出轴(238)以可操作方式连接到所述第一行星齿轮组(226)的所述第三行星构件(232)，所述第一行星齿轮组(226)的所述第三行星构件(232)进一步以可操作方式连接到所述第二行星齿轮组(240)的所述第一行星构件(242)；
-所述第二行星齿轮组(240)的所述第二行星构件(244)能够选择性地连接到所述第一行星齿轮组(226)的所述第二行星构件(230)并能够选择性地连接到所述无级变速器(200)的齿轮箱壳体(250)，并且其中，
-所述第二行星齿轮组(240)的所述第一构件(242)、所述第二构件(244)和所述第三构件(246)中的一个能够选择性地连接到所述第二行星齿轮组(240)的所述第一构件(242)、所述第二构件(244)和所述第三构件(246)中的另一个。
24.根据权利要求23所述的无级变速器(200)，其中，所述第二行星齿轮组(240)的所述第一行星构件(242)能够选择性地连接到所述第二行星齿轮组(240)的所述第二行星构件(244)。
25.根据权利要求23所述的无级变速器(200)，其中，所述第二行星齿轮组(240)的所述第一行星构件(242)能够选择性地连接到所述第二行星齿轮组(240)的所述第三行星构件(246)。
26.根据权利要求23所述的无级变速器(200)，其中，所述第二行星齿轮组(240)的所述第二行星构件(244)能够选择性地连接到所述第二行星齿轮组(240)的所述第三行星构件(246)。
27.根据权利要求23-26中的任一项所述的无级变速器(200)，其中，所述第一行星齿轮组(226)的所述第一行星构件(228)是齿圈和行星架中的一个，所述第一行星齿轮组(226)的所述第二行星构件(230)是所述齿圈和所述行星架中的另一个，并且所述第三行星构件(232)是太阳轮。
28.根据权利要求23-27中的任一项所述的无级变速器(200)，其中，所述第二行星齿轮组(240)的所述第一行星构件(242)是太阳轮，所述第二行星构件(244)是齿圈，并且所述第三行星构件(246)是行星架。
29.根据权利要求23-28中的任一项所述的无级变速器(200)，其中，所述速变器单元(234)具有设有所述速变器输入轴(236)的第一液压机(233)和设有所述速变器输出轴(238)的第二液压机(235)，所述第一液压机(233)和所述第二液压机(235)彼此液压地连接。
30.根据权利要求23-28中的任一项所述的无级变速器(200)，其中，所述速变器单元(234)具有设有所述速变器输入轴(236)的第一电机和设有所述速变器输出轴(238)的第二电机，所述第一电机和所述第二电机彼此电连接。
31.一种工程机械(101)，所述工程机械(101)包括根据权利要求1-22中的任一项或权利要求23-30中的任一项所述的无级变速器。
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