CN105189176A - 流体静力和直接驱动传动装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种流体静力传动系。流体静力传动系包括动力源(202)、传动装置部分(210)、流体静力泵(206)、流体静力马达(212)、分动箱(214)、第一轴组件(216)、轴间传动轴(218)和第二轴组件(220)。传动装置部分与动力源驱动地接合。流体静力泵与传动装置部分驱动地接合。流体静力马达与流体静力泵流体连通。分动箱与流体静力马达驱动地接合。轴间传动轴与分动箱和传动装置部分驱动地接合。传动装置部分、流体静力泵、流体静力马达、分动箱和轴间轴形成流体静力传动系的第一动力路径，而传动装置部分和轴间轴形成流体静力传动系的第二动力路径。

Description

流体静力和直接驱动传动装置

优先权要求

本申请要求2013年2月11日提交的美国临时申请第61/763,053号的优先权权益，其全部内容以参见的方式纳入本文。

发明领域

本发明涉及流体静力传动系，并且更具体地说涉及具有直接驱动能力的流体静力传动系。

发明背景

流体静力传动装置使用液压流体来将动力从动力源(例如，内燃机)传递到动力输出(例如，最终驱动器或多个轮子)。流体静力传动装置通常用于农用拖拉机和其它非公路设备，例如，叉车、挖掘机、运土机和其它车辆。流体静力传动装置的主要优点是大范围连续变速、精确控制牵引力和速度以及高机动性。这些优点中的每个都直接涉及车辆生产力。其它优点包括在紧凑尺寸上的高动力性能、与低惯性有关的快速响应、不管负载如何保持受控速度、在低发动机转速时的高牵引力、包装灵活度、动态制动以及车辆反向的简便性。与诸如具有转矩变换器的流体静力传动装置之类的传统解决方案相比，流体静力传动装置可提供改进性能。作为非限制性实例，轮式装载机应用会要求高机动性以及宽转矩速度转换范围。

然而，流体静力传动装置不是没有其缺点。

与传统齿轮传动装置相比，流体静力传动装置往往具有较低总效率、增加的维护费用以及增加的最初投资成本。因此，对流体静力传动装置的给定应用的设计考虑是非常重要。作为非限制性实例，流体静力传动装置设计可聚焦于一个或多个特定的工作模式，诸如提供最大牵引力的低速驱动、变速工作或最大速度工作。设计聚焦在一个工作模式上将提高传动装置的总效率并且传动部件的适当大小设置将导致更成本有效的解决方案。

流体静力传动系能够根据液压泵和液压马达的特性分成很多标准类别。流体静力传动系能够包括定排量泵或变排量泵以及定排量马达或变排量马达。在流体静力传动系之内的常用组合是具有变排量泵和定排量马达的定排量马达配置。在该组合中，输出速度通过改变泵的排量来控制。

为了提高流体静力传动系的多用性，诸如包括高输出能力和宽速度的工作范围，已经开发了流体静力传动系的很多可替代想法来满足这些要求。最简单且最常用的解决方案之一是使用具有串联连接的机械式齿轮箱的流体静力传动装置，并且在图1中示出。车辆102的流体静力传动系100包括动力源104，动力源104通过使用传动装置108与流体静力泵106驱动地接合。辅助泵110也可通过传动装置108与动力源104驱动地接合。流体静力泵106与流体静力马达112流体连通。流体静力马达112与分动箱114驱动地接合，分动箱114与第一传动轴116和第二传动轴118驱动地接合。第一传动轴116与第一轴120驱动地接合，而第二传动轴118与第二轴122驱动地接合。

开发包括直接驱动能力的流体静力传动系将是有利的，该包括直接驱动能力的流体静力传动系提供在高速工作模式下的提高效率的优点，同时保持在低速工作模式下的流体静力驱动的优点。

发明内容

已经出人意料地发现了目前由本发明提供的、包括直接驱动能力的流体静力传动系，该包括直接驱动能力的流体静力传动系提供在高速工作模式下的提高效率的优点，同时保持在低速工作模式下的流体静力驱动的优点。

在一个实施例中，本发明涉及流体静力传动系。流体静力传动系包括动力源、传动装置、流体静力泵、流体静力马达、分动箱、第一轴组件、轴间传动轴和第二轴组件。传动装置部分与动力源驱动地接合。流体静力泵与传动装置部分驱动地接合。流体静力马达与流体静力泵流体连通。分动箱与流体静力马达驱动地接合。第一轴组件与分动箱驱动地接合。轴间传动轴与分动箱和传动装置部分驱动地接合。第二轴组件与轴间传动轴驱动地接合。传动装置部分、流体静力泵、流体静力马达、分动箱和轴间轴形成流体静力传动系的第一动力路径，而传动装置部分和轴间轴形成流体静力传动系的第二动力路径。

当根据附图阅读时，本发明的各个方面对本领域的技术人员来说从以下优选实施例的详细描述中将变得显而易见。

附图说明

当根据附图考虑时，以上及本发明的其它优点对本领域的技术人员来说从以下详细描述中将变得显而易见，附图中：

图1是现有技术已知的流体静力传动系的示意图，流体静力传动系示出在车辆内；

图2是根据本发明实施例的流体静力传动系的示意图，流体静力传动系示出在车辆内；以及

图3是图2所示的流体静力传动系的示意图。

具体实施方式

应该理解，除了明确指定相反的地方外，本发明可假设各种可替代方向及步骤顺序。还应该理解，附图中所示及以下说明书中所述的具体设备和过程是本文限定的发明性想法的简单示例性实施例。因此，除非权利要求书明确指出，否则关于所公开的实施例的具体尺寸、方向或其它物理特征不理解应为限制性。

图2示出了设置在车辆201内的流体静力传动系200。

流体静力传动系200包括与主传动装置部分204驱动地接合的动力源202。流体静力泵206、辅助泵208以及辅助传动装置部分210与主传动装置部分204驱动地接合。流体静力泵206与流体静力马达212流体连通。流体静力马达212与分动箱214驱动地接合，分动箱214与第一轴216和轴间传动轴218驱动地接合。轴间传动轴218也与辅助传动装置部分210和第二轴220驱动地接合。流体静力传动系200可以在流体静力模式或直接驱动模式下工作。图3还示出了流体静力传动系200。

动力源202施加动力到流体静力传动系200的主传动装置部分204。动力源202例如是内燃机；然而，应当理解，动力源202可包括电动机或其它旋转输出源。应当理解，动力源202可以是包括内燃机和电动机两者的混合动力源。此外，应当理解，动力源202可包括如本领域已知的输出比调整装置。

主传动装置部分204有助于动力从动力源202传递到流体静力泵206、辅助泵208和辅助传动装置部分210。主传动装置部分204包括至少可旋转布置在壳体228中的主齿轮222、主输出齿轮224(takeoffgear)和辅助输出齿轮226；然而，应当理解，主传动装置部分203可包括不同数量的齿轮，并且主传动装置部分203可构造成以任何方式将动力分配给齿轮224、226。主传动装置部分204通常直接联接到动力源202；然而，主传动装置部分204也可以联接到车辆201的其它部分。此外，应当理解，主传动装置部分204可包括如本领域已知的离合器(未示出)，该离合器用于减小和中断从动力源202传递到主传动装置部分204的旋转力。主齿轮222是与动力源202的输出230配合的斜齿正齿轮；然而，应当理解，主齿轮222可以是另一类型的齿轮。主齿轮222通过多个轴承(未示出)可旋转地支承在壳体228内。主齿轮22与主输出齿轮224和辅助输出齿轮226驱动地接合。

主输出齿轮224是与流体静力泵206驱动地接合的斜齿正齿轮；然而，应当理解，主输出齿轮224可以是另一类型的齿轮。主输出齿轮224通过多个轴承(未示出)可旋转地支承在壳体228内。如上所述，主输出齿轮224与主齿轮222和辅助传动装置部分210驱动地接合。

辅助输出齿轮226是与辅助泵206驱动地接合的斜齿正齿轮；然而，应当理解，辅助输出齿轮226可以是另一类型的齿轮。辅助输出齿轮226通过多个轴承(未示出)可旋转地支承在壳体228内。如上所述，辅助输出齿轮226与主齿轮222驱动地接合。

流体静力泵206是具有改变其排量的可动斜盘(未示出)的液压轴向活塞泵。然而，应当理解，流体静力泵206可以是任何其它类型的变排量泵。如上所述，流体静力泵206通过主传动装置部分204与动力源202驱动配合。流体静力泵206通过至少两个流体管路232与流体静力马达2012流体连通。当流体静力泵206通过主输出齿轮224与动力源202驱动地接合时，流体静力泵206的驱动部分总是沿与动力源2002相同的方向旋转。通过流体静力泵206的流向通过调整流体静力泵206的斜盘(swashplate)的角度来改变。当流体静力传动系200在流体静力模式下工作时，正向和反向通过调整流体静力泵206的斜盘的角度来设置。

辅助泵208是定排量液压泵。然而，应当理解，辅助泵208可以是另一类型的液压泵，诸如变排量液压泵。辅助泵208通过辅助输出齿轮226与动力源驱动地接合。辅助泵208与车辆201的辅助装置(未示出)流体连通。

当流体静力传动系200被置于直接驱动模式下时，辅助传动装置部分210有助于动力从动力源202传递到轴间传动轴218。主传动装置部分204包括至少可旋转地设置在壳体240中的输入齿轮234、齿轮选择部分236以及输出齿轮238；然而应当理解辅助传动装置部分210可包括有助于传动比选择的另一布置。辅助传动装置部分210通常直接联接到主传动装置部分204；然而，应当理解，辅助传动装置部分210也可联接到车辆201的另一部分或者主传动装置部分204和辅助传动装置部分210可以是一体的。组合的主传动装置部分204和辅助传动装置部分210可被称为长轴吊距(longdrop)传动装置。

输入齿轮234是与主输出齿轮224驱动地接合的斜齿正齿轮；然而，应当理解输入齿轮234可以是另一类型的齿轮或输入齿轮234可与主齿轮222驱动地接合。输入齿轮234通过多个轴承(未示出)可旋转地支承在壳体240内。

齿轮选择部分236包括多个离合器(未示出)和多个传动比(未示出)。作为非限制性实例，齿轮选择部分236可包括三个离合器和三个传动比；然而，应当理解，齿轮选择部分236可包括另一数量的离合器和传动比。作为另一非限制性实例，齿轮选择部分236可包括两个正向传动比和一个反向传动比；然而，应当理解，齿轮选择部分236可具有另一传动比结构。如上所述，齿轮选择部分236与输入齿轮234驱动地接合。此外，齿轮选择部分236与输出齿轮238驱动地接合。

输出齿轮238是与齿轮选择部分236和轴间传动轴218驱动地接合的斜齿正齿轮；然而，应该理解，输出齿轮可以是另一类型的齿轮。输出齿轮238通过多个轴承(未示出)可旋转地支承在壳体240内。

流体静力马达212是定排量液压马达。然而，应当理解，流体静力马达212可以是另一类型的液压马达，诸如变排量液压马达。流体静力马达212与分动箱214驱动地接合。流体静力马达212通过流体管路232与流体静力泵206流体连通。

当传动系200被置于流体静力驱动模式下时，分动箱214有助于流体静力马达212、第一轴216和轴间传动轴218之间驱动地接合。分动箱214包括可旋转设置在壳体244中的分动箱离合器243以及至少一个传动比242；然而，应当理解，分动箱214可包括有助于流体静力马达212、第一轴216和轴间传动轴218之间驱动地接合的另一布置。当分动箱离合器243被置于脱开位置时，分动箱214从轴间传动轴218驱动脱开。分动箱214联接到邻近第一轴216的、车辆201的一部分。

第一轴216是与分动箱214驱动地接合的轴组件。第一轴216有助于分动箱214与工作表面(未示出)之间驱动地接合，车辆201在该工作平面上工作。通常，第一轴216包括至少差动器(未示出)、至少两个轴部分(未示出)、一对轮毂(未示出)和一对轮子(未示出)。此外，第一轴216可包括多个联轴节和车辆悬架系统的至少一部分。第一轴216可被称为车辆201的前轴。

轴间传动轴218是与分动箱214、辅助传动装置部分210的输出齿轮238以及第二轴220驱动地接合的轴组件。轴间传动轴218可包括与至少一个联轴节连接的多个细长构件，或者轴间传动轴218可包括单个细长构件。轴间传动轴218包括第一端部246、中间部分248和第二端部250。第一端部246与分动箱214驱动地接合。第一端部246可通过多个花键与传动箱214驱动地接合；然而，应当理解，第一端部246可以以另一方式与传动箱214驱动地接合。中间部分248包括径向从其延伸的啮合部分(geared，带齿部分)252，啮合部分252与辅助传动装置部分210的输出齿轮238驱动地接合；然而，应该理解，中间部分248可以另一方式与辅助传动装置部分210的输出齿轮238驱动地接合。第二端部250与第二轴220驱动地接合。第二端部250可通过多个花键与第二轴220驱动地接合；然而，应当理解，第二端部250可以以另一方式与第二轴220驱动地接合。

第二轴220是与轴间传动轴218的第二端部250驱动地接合的轴组件。第二轴220有助于轴间传动轴218的第二端部250与工作表面之间驱动地接合，车辆201在该工作表面上工作。通常，第二轴220包括至少差动器(未示出)、至少两个轴部分(未示出)、一对轮毂(未示出)和一对轮子(未示出)。此外，第二轴220可包括多个联轴节和车辆悬架系统的至少一部分。第二轴220可被称为车辆201的后轴。

在使用中，流体静力传动系200可以在流体静力模式或直接驱动模式下工作。

在流体静力模式下，流体静力传动系200使用流体静力泵206和流体静力马达212在低速下工作。如上所述，通过调整流体静力泵206的斜盘的角度，向分动箱214提供正向和反向，分动箱214通过分动箱离合器243和轴间传动轴218与第一轴216和第二轴220驱动地接合。在流体静力模式下，齿轮选择部分236从辅助传动装置部分210的输出齿轮238驱动脱开。

在直接驱动模式下，流体静力传动系200通过辅助传动装置部分210、轴间传动轴218和第二轴220在较高速度下工作。通过脱开分动箱离合器243并且使齿轮选择部分236与辅助传动装置部分210的输出齿轮238接合，动力源202与第二轴220驱动地接合。

流体静力传动系200的一个优点是将主传动装置部分204和辅助传动装置部分210布置成使得机械连接以基本垂直的方式从动力源202提供到轴间传动轴218。流体静力传动系200占据的车辆201内的空间等于或小于传统的流体动力传动装置，这相对于传统的流体静力传动系是显著的进步。当流体静力传动系200在直接驱动模式下工作时，与流体静力模式相比，流体静力传动系200的总效率由于辅助传动装置部分210构造成用于低转矩、高速应用而高得多。因此，辅助传动装置部分210的负荷要求下降，并且因此辅助传动装置部分210的成本也下降。此外，流体静力传动系200工作的直接驱动模式也可以允许制造商消除对一个以上的流体静力马达的需求或者将辅助传动装置210简化成两速结构，进一步降低流体静力传动系200的成本。

流体静力传动系200提供很多优于简单的流体静力传动装置和流体动力传动装置的优点。流体静力传动系200提供具有高牵引力的形式的改进性能来发动包含传动系200的车辆。此外，不管辅助装置使用的功率如何，仍保持在低速下的最大牵引力。流体静力传动系200将在低速下的连续可变能力、提供高机动性、精确速度控制以及速度可变性(例如，转矩速度转换范围)提供给车辆。流体静力传动系200也通过使流体静力泵206的流动反向简化了使车辆方向反向。流体静力传动系200由于直接驱动模式而提供了在高速下的鲁棒性(稳固性)和高效率。流体静力传动系200通过选择最佳工作模式提供了降低的燃料消耗，这通过由于车辆的性能和机动性提高而生产率提高来进一步支持。最后，流体静力传动系200因将流体静力马达212邻近第一轴216放置而提供了包装灵活的优点，其中，给部件定位提供更大的灵活性。

根据专利法的规定，已在认为是代表其较佳实施例的实施例中描述了本发明。然而，应该注意，本发明可除如具体所示和所述外实践而不偏离其精神或范围。

Claims (10)

1.一种流体静力传动系，包括：

动力源；

与所述动力源驱动地接合的传动装置部分；

与所述传动装置部分驱动地接合的流体静力泵；与所述流体静力泵流体连通的流体静力马达；

与所述流体静力马达驱动地接合的分动箱；

与所述分动箱驱动地接合的第一轴组件；

与所述分动箱和所述传动装置部分驱动地接合的轴间传动轴；

与所述轴间驱动轴驱动地接合的第二轴组件；其中，所述传动装置部分、所述流体静力泵、所述流体静力马达、所述分动箱和所述轴间轴形成所述流体静力传动系的第一动力路径，而所述传动装置部分和所述轴间轴形成所述流体静力传动系的第二动力路径。

2.如权利要求1所述的流体静力传动系，其特征在于：所述传动装置部分包括主传动装置部分和辅助传动装置部分，所述主传动装置部分与所述流体静力泵驱动地接合，而所述辅助传动装置部分与所述轴间传动轴驱动地接合。

3.如权利要求2所述的流体静力传动系，其特征在于：所述辅助传动装置部分包括至少三个离合器和三个传动比。

4.如权利要求1所述的流体静力传动系，其特征在于：所述分动箱包括用于将所述分动箱从所述轴间传动轴驱动上脱开的分动箱离合器。

5.如权利要求1所述的流体静力传动系，其特征在于：所述轴间传动轴包括与所述分动箱驱动地接合的第一端部、与所述传动装置部分驱动地接合的中间部分以及与所述第二轴组件驱动地接合的第二端部。

6.如权利要求5所述的流体静力传动系，其特征在于：所述轴间传动轴的所述中间部分包括从其径向延伸的带齿部分。

7.如权利要求1所述的流体静力传动系，其特征在于：所述流体静力泵是变排量流体静力泵，而所述流体静力马达是定排量流体静力马达。

8.如权利要求2所述的流体静力传动系，其特征在于：所述主传动装置部分包括与所述动力源、所述流体静力马达和所述第二传动装置部分驱动地接合的主输出齿轮。

9.如权利要求2所述的流体静力传动系，其特征在于：所述主传动装置部分和所述辅助传动装置部分以基本垂直的方式布置。

10.如权利要求1所述的流体静力传动系，其特征在于：还包括与所述动力源驱动地接合的辅助泵。