CN105605204B - 一种功率分流无级变速齿轮箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功率分流无级变速齿轮箱，属于传动齿轮技术领域。包括双向油泵、与动力源联接的一轴、中间轴、左输出半轴、右输出半轴、差速器、行星轴、低速档离合器、高速档离合器、驻车制动离合器和刹车离合器，低速档一级主动齿轮与低速档一级从动齿轮啮合，实现功率分流；低速档二档主动齿轮与低速档二级从动齿轮啮合，实现功率合流。将本发明应用于自走式收获机械设备行走系统或牵引车等工程机械，可实现高、低档两个档位的无级变速动力换档。

Description

一种功率分流无级变速齿轮箱

技术领域

本发明涉及一种功率分流无级变速齿轮箱，属于传动装置技术领域。

背景技术

国内现有的自走式收获机械行走动力系统有两种形式，一种是以内燃机作为动力，另一种是以液压马达作为动力。以内燃机作为动力的自走式收获机械动力大，但内燃机的废气和噪音污染严重；而以液压马达作为动力的自走式收获机械以其良好的环保性能及无级变速性能，正越来越受到重视，产量越来越大。以内燃机作为动力的自走式收获机械，如专利201510700315.1、201510161790.6、201220160530.9等，其动力通过皮带轮、直角传动齿轮箱、增扭器等行星传动设备将动力传到行走系统变速箱变速，经差速器和左右输出半轴、轮边差速齿轮箱将动力传到车轮上，由于其动力传动链长，其机械传动效率比较低。这类变速箱主要是以机械式换档，来达到作业机械在不同工作状态需要的不同行进速度的目的。而以液压马达作为动力的的自走式收获机械，虽然解决了传动链长，效率低的问题，而行走系统的变速齿轮箱仍然是采用机械换档，即采用滑移齿或同步器的结构来实现档位变换，在换档时需先踩离合器，将动力与齿轮箱完全断开，然后再进行换档操作。由于收获机械在工作时，需要在不同的档位间变换，操作者的劳动强度非常大。

基于此，做出本申请。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构紧凑、可靠性好、体积小、重量轻、传动效率高、操作简单的功率分流无级变速动力换档齿轮箱，内置驻车制动系统、液压刹车系统、差速器系统和动力换档系统。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种功率分流无级变速动力换档齿轮箱，包括箱体和箱盖，所述箱体的上方设置操纵阀；该箱体内设置有：一轴、低速档一级主动齿轮、低速档一级从动齿轮、低速档二档主动齿轮、低速档二级从动齿轮、高速档主动齿轮、高速档从动齿轮、中间轴、中间轴齿轮、差速器大齿轮、高速档离合器、低速档离合器、驻车制动离合器、刹车离合器、差速器、左输出半轴、右输出半轴、行星轴、行星架、高速档离合器座、低速档离合器座、刹车底座、驻车制动离合器座；其中：一轴通过花键套与液压马达联接，实现动力的输入；一件低速档一级主动齿轮与三件低速档一级从动齿轮啮合，达到功率分流、一级减速的目的；三件低速档二档主动齿轮与一件低速档二级从动齿轮啮合，达到功率合流、二级减速的目的；高速档主动齿轮与高速档从动齿轮啮合，高速档从动齿轮通过花键联接套装在中间轴上；中间轴齿轮与差速器大齿轮啮合；设置有高速档离合器和低速档离合器，离合器内均设置有液压控制的湿式摩擦片。高速档离合器座与一轴过盈联接；低速档离合器座与行星架通过螺栓联接，高速档离合器通过摩擦片与一轴活动联接，低速档离合器通过摩擦片与行星架活动联接。一轴与低速档一级主动齿轮为整体齿轮轴；低速档一级从动齿轮与低速档二档主动齿轮为过盈联接；低速档二级从动齿轮与高速档主动齿轮、驻车制动离合器座为整体；高速档从动齿轮通过滑动轴承套装在一轴上；高低速档二级从动齿轮与中间轴为花键联接；中间轴齿轮与中间轴为整体齿轮轴；差速器大齿轮与差速器壳体为螺栓联接；刹车底座与左右输出半轴为花键联接。

当液压油进入高速档离合器油缸时，高速档离合器工作，高速档活塞压紧摩擦片，行星架通过高速档离合器与一轴联接，动力通过一轴、低速档一级主动齿轮、低速档一级从动齿轮、低速档二档主动齿轮、低速档二级从动齿轮、高速档主动齿轮、高速档从动齿轮、中间轴、中间轴齿轮、差速器大齿轮差速器大齿轮、差速器、左右输出半轴输出，实现高速档传动；当液压油进入低速档离合器油缸时，低速档离合器工作，低速档活塞压紧摩擦片，行星架通过低速档离合器与箱体固定，动力通过一轴、低速档一级主动齿轮与三件低速档一级从动齿轮啮合（功率分流、一级减速）、三件低速档二档主动齿轮与低速档二级从动齿轮啮合（功率合流、二级减速）、高速档主动齿轮、高速档从动齿轮、中间轴、中间轴齿轮、差速器大齿轮差速器大齿轮、差速器、左右输出半轴输出，实现高速档传动。左右输出半轴分别与左右轮边减速器联接带动轮胎转动。

驻车制动离合器为常闭式，在碟形弹簧的作用下，驻车制动活塞始终压住摩擦片，设备处于制动状态。当液压油进入驻车制动离合器油缸时，推动驻车制动活塞运动，内外摩擦片分离，设备处于工作状态。

进一步地，为了优化结构、提高适用性，一轴的一端通过圆锥滚子轴承安装在箱体上，一轴的另一端通过圆锥滚子轴承和安装座安装在箱盖上。

进一步地，为了优化结构、提高适用性，中间轴轴的一端通过圆锥滚子轴承安装在箱体上，中间轴的另一端通过圆锥滚子轴承安装在箱盖上。

进一步地，为了优化结构、提高适用性，差速器通过深沟球轴承和轴承座安装在箱体上。

进一步地，为了优化结构、提高适用性，一轴与低速档一级主动齿轮设计制造为一个整体齿轮轴。

进一步地，为了优化结构、提高适用性，差速器大齿轮通过螺钉与差速器壳体联接成一体。

进一步地，为了增加了散热面积，有效地控制了齿轮箱的温度，在箱体的外表面设置了散热筋板。

进一步地，为了优化结构、提高适用性，低速档二级从动齿轮与高速档主动齿轮、驻车制动离合器座设计制造为一个整体结构。

进一步地，为了优化结构、提高适用性，高速档离合器壳体与低速档离合器座设计为一个整体结构。

进一步地，为了优化结构、提高适用性，驻车制动离合器壳体与箱盖设计制造为一个整体结构。

进一步地，为了优化结构、提高适用性，刹车离合器壳体与轴承座设计制造为一个整体结构。

进一步地，为了优化结构、提高适用性，刹车离合器与左右输出半轴为花键联接。

进一步地，为了优化结构、提高适用性，高速档从动齿轮与中间轴为花键联接。

本发明的工作原理和有益效果如下：

（1）由于采用平行轴直齿轮传动，机械式结构将功率分流、然后再合流的传动方式，使得在相同功率和传动比的情况下，可以大减小齿轮箱体积，提高机械效率，降低了生产成本；与液压马达和电液操纵阀配合使用，不仅可以实现档位自动变化和无级变速，还能达到智能化操作的目的。

（2）高速档和低速档两个档位的设置可以在不同的工作状态用不同的档位，使液压马达均在最经济的转速下工作，达到节能环保的目的。本申请中，换档机构采用液压湿式离合器，采用内置、全封闭的形式，外形美观，污染小。与传动统的滑移齿和同步器的换档机构相比，采用本申请的档位结构，在换档时不用切断与动力源间的联接，操作简单、可靠。

（3）动力源采用液压马达，液压马达的输出旋转方向改变，结合本申请的齿轮箱，可以实现前进二档后退二档共四个档位的变化。在一轴的后端设置了双向供油油泵，无论一轴的旋转方向怎样改变，油泵的进出油口不变，有效地保证了齿轮箱的润滑及离合器的工作要求。内置差速器，外形美观，节约空间。

（4）差速器在保证向左右输出半轴传递动力的同时，允许左右输出半轴以不同的转速旋转，满足两边车轮尽可能以纯滚的形式作不等距行驶，保证转弯时整机平稳，减少轮胎与地面的摩擦。

（5）本齿轮箱采用模块化组合方式设计，所有部件均可单独拆分有利于备件的整体装配和维修更换；在箱体的外表面增加了散热筋板，增加了散热面积，有效地控制了齿轮箱的温度。

附图说明

图1为本申请齿轮箱的主视图；

图2为本申请齿轮箱的侧视图；

图3为本申请齿轮箱的俯视图；

图4为本申请齿轮箱的剖面结构示意图；

图5为本申请齿轮箱的液压原理示意图。

其中标号：1. 箱体；1a. 散热筋板；2. 箱盖；2a. 安装座；3. 双向油泵；4. 一轴；4a. 低速档一级主动齿轮；4b. 低速档一级从动齿轮；4c. 低速档二档主动齿轮；4d. 低速档二级从动齿轮；5. 中间轴；5a. 高速档主动齿轮；5b. 高速档从动齿轮；5c. 中间轴齿轮；6. 左输出半轴；7. 右输出半轴；8. 差速器；8a. 差速器大齿轮；9. 低速档离合器；9a.低速档活塞；9b. 低速档返回弹簧；10. 高速档离合器；10a. 高速档活塞；10b. 高速档返回弹簧；11. 行星架；11a. 行星轴；12. 驻车制动离合器；12a. 驻车制动活塞；12b. 驻车制动返回弹簧；12c. 驻车底座；13. 刹车离合器；13a. 刹车活塞；13b. 刹车返回弹簧；13c. 轴承座；13d. 刹车底座。

具体实施方式

实施例1

本实施例一种功率分流无极变速动力换档齿轮箱，结合图1至图4，包括箱体1和箱盖2，箱体1和箱盖2沿纵向剖分，结合图4，在箱体1的顶面装有操纵阀，在一轴4的一端装有双向油泵3，该装有双向油泵3的一端称为一轴4的后端，而一轴4的另一端即前端通过花键套与动力源液压马达联接；左输出半轴6和右输出半轴7通过花键套与左右轮边减速器联接；一轴4通过两只圆锥滚子轴承一端安装于箱体1上，另一端通过安装座2a安装在箱盖2上，同时低速档一级主动齿轮4a与一轴4设计制造成一个整体，高速档离合器座10通过热套过盈与一轴4联接；行星架11、低速档离合器座与衬套用螺栓联接，并通过两件深沟球轴承安装在一轴4和箱体1上，衬套空套在一轴4上；三件低速档一级从动齿轮4b分别与三件低速档二档主动齿轮4c热套过盈联接，并通过滚针轴承和行星轴11a安装在行星架11上；低速二级从动齿轮4d、高速档主动齿轮5a、驻车制动离合器座12为一个整体结构，低速档离合器9的壳体与箱体1用螺栓联接固定。

中间轴5通过两只锥滚子轴承一端安装于箱体1上，另一端安装在箱盖2上，高速档主动齿轮5a通过花键与中间轴5联接。中间轴齿轮5a与中间轴5为一个整体结构。箱盖2与驻车制动离合器5的壳体为一个整体结构。

差速器8通过两只深沟球轴承通过轴承座13c安装于箱体1和箱盖2上，差速器大齿轮8a通过螺栓固定在差速器8的壳体上，左输出半轴6通过两件沟球轴承安装于轴承座13c上，此时左输出半轴6的一端通过花键与差速器8中的行星齿轮联接，左输出半轴6的另一端通过花键套与左轮边减速器联接；右输出半轴7通过两件深沟球轴承安装于轴承座13c上，右输出半轴7的一端通过花键与差速器8中的行星齿轮联接，右输出半轴7的另一端通过花键套与右轮边减速器联接。

两件刹车底座13d分别与左输出半轴6和右输出半轴7通过花键联接，刹车离合器13的壳体与轴承座13c为一个整体结构。

在使用过程中，车辆起动前先将液压油导入驻车制动离合器12油缸，驻车制动活塞12a克服驻车制动返回弹簧12b（本申请中选用碟形弹簧）的作用向右移动，内外摩擦片分离，车辆失去驻车制动功能；当车辆停止需要驻车制动时，只要将导入驻车制动离合器12油缸的液压油切断并泄漏回油箱，驻车制动活塞12a在驻车制动返回弹簧12b的作用下向左移动，内外摩擦片结合，实现车辆驻车制动。动力源通过花键套与齿轮箱一轴4相连接，带动一轴4转动，通过一轴4带动双向油泵3工作，在液压操纵系统内形成压力油。

当操纵阀在“高速档”位置时，液压操纵系统将高速档离合器10的油缸工作油导入，推动高速档活塞10a克服高速档返回弹簧10b的作用将摩擦片压紧，行星架11、通过高速档离合器10的外壳、高速档离合器座与一轴4联接，动力经低速档一级主动齿轮4a、低速档一级从动齿轮4b、低速档二级主动齿轮4c、低速档二级从动齿轮4d，再经高速档主动齿轮5a与高速档从动齿轮5b啮合减速传递到中间轴5，再经中间轴齿轮5c与差速器大齿轮8a啮合减速到差速器8的壳体，再经差速器8的行星齿轮传递到左输出半轴6和右输出半轴7输出。当液压操纵阀回到“停”位置时，高速档离合器10的油缸工作油经液压阀直接回油箱，高速档活塞10a在高速档返回弹簧10b的作用下向左移动，行星架11与一轴4脱开，处于自由状态不传递动力。

当液压操纵阀在“低速档”位置时，液压操纵系统将低速档离合器9的油缸工作油导入，推动低速档活塞9a克服低速档返回弹簧9b的作用将摩擦片压紧，行星架11通过低速档离合器座、低速档离合器壳体与箱体1联接固定。低速一级主动齿轮4a与三件低速档一级从动齿轮4b啮合减速到三件低速档二档主动齿轮4c、三件低速档二档主动齿轮4c与低速二级从动齿轮4d啮合减速到高速档主动齿轮5a，经高速档主动齿轮5a与高速档从动齿轮5b啮合减速到中间轴5，经中间轴齿轮5c与差速器大齿轮8a啮合减速到差速器8的壳体，再经差速器8的行星齿轮传递到左输出半轴6和右输出半轴7输出。当液压操纵阀回到“停”位置时，低速档离合器9油缸工作油经液压阀直接回油箱，低速档活塞9a在低速档返回弹簧9b的作用下向左移动，行星架11与箱体1脱开，处于自由状态不传递动力。

当动力源液压马达的输出旋转方向改变，就可以实现倒退高速档、低速档

结合图5，本齿轮箱液压工作原理具体分析如下：本齿轮箱为液压操纵，当油泵Y2工作后，机油从齿轮箱经粗器Y1通过滤清器Y3后（滤清器Y3上同时并联有一个旁通阀Y4），一路油进入操纵阀Y6（在滤清器Y3和操纵阀Y6之间的管路上设有工作压力表Y5），通过操纵阀Y6导入相应的离合器Y11/Y12的油缸，待离合器油缸内充满液压油，且工作油压升到设定值后(出厂时，离合器Y11/Y12的油缸上均连接有润滑压力表Y13，用于检测油压)，另一路油自工作压力阀Y7处溢出，一部分再通过到各润滑点管路Y14分配至各润滑点，另一部分经润滑压力阀Y10溢出回箱体油池。润滑油压力可由润滑压力阀10调节；当操纵阀在“停”位置时，工作压力阀Y7使系统压力保持在较低的初始压力范围（0.18-0.3Mpa）；当操纵阀在“高速档”、“低速档”位置时，即有一路压力油经节流阀Y9导至工作压力阀Y7的控制端（在节流阀Y9上并联有单向阀Y8），使系统压力从初使压力状态递升到1.3-1.5Mpa。

与现有技术相比，本申请所提供的技术方案中，内置液压湿式离合器进行换档操作，具有功率分流、功率合流的传动结构，使在相同功率和传动比的情况，整机体积大减小。同时具有高速档和低速档两个档位，保证不管设备机械在什么工作状态下，动力源（液压马达）均能在最经济的额定转速下动转，达到节能环保的目的。内置驻车制动装置和液压刹车装置。本齿轮箱结构简单、换档可靠、操作方便，模块化结构设计。与电液操纵阀配合使用，可以实现自动换档，达到智能化的目的。

Claims (7)

1.一种功率分流无级变速齿轮箱，其特征在于：包括双向油泵、与动力源联接的一轴、中间轴、左输出半轴、右输出半轴、差速器、行星轴、低速档离合器、高速档离合器、驻车制动离合器和刹车离合器，一轴为齿轮轴，其上设置有低速档一级主动齿轮，低速档一级主动齿轮与低速档一级从动齿轮啮合，实现功率分流；低速档一级从动齿轮与低速档二档主动齿轮过盈连接，低速档二档主动齿轮通过行星轴固定在行星架上，低速档二档主动齿轮与低速档二级从动齿轮啮合，实现功率合流；低速档二级从动齿轮与高速档主动齿轮构成双联齿轮，并空套在一轴上，高速档主动齿轮与高速档从动齿轮啮合，且高速档从动齿轮套装在中间轴上；中间轴为齿轮轴，其上设置有中间轴齿轮；差速器上连接有差速器大齿轮，且差速器大齿轮与中间主动齿轮啮合连接；高速档离合器和低速档离合器均与一轴连接，双向油泵位于一轴后端，并与低速档离合器、高速档离合器以及驻车制动离合器相连通，双向油泵中的液压油进入高速档离合器、低速档离合器或驻车制动离合器，来实现高速档、低速档以及制动的调整；左输出半轴和右输出半轴分列于差速器两侧，而刹车离合器则固定在左输出半轴和右输出半轴上；

所述的高速档离合器内设置有高速档活塞和液压控制的高速摩擦片；双向油泵与高速档离合器连通时，液压油进入高速档离合器的油缸，推动高速档活塞压紧高速摩擦片，动力通过低速档一级主动齿轮、低速档一级从动齿轮、低速档二档主动齿轮、低速档二级从动齿轮传递到高速档主动齿轮、差速器大齿轮、差速器，并经左输出半轴、右输出半轴输出，实现高速档传动；所述的高速档离合器内还设置有高速档返回弹簧，高速档返回弹簧与高速档活塞配合；

所述的低速档离合器内设置有低速档活塞、低速档返回弹簧和液压控制的低速摩擦片；双向油泵与低速档离合器连通时，液压油进入低速档离合器的油缸，推动低速档活塞压紧低速摩擦片，低速档一级主动齿轮与低速档一级从动齿轮啮合，实现分流减速，再经低速档二档主动齿轮与低速档二级从动齿轮的啮合，完成合流减速，再经高速档主动齿轮、高速档从动齿轮、中间轴、中间轴齿轮、差速器大齿轮、差速器，由左输出半轴、右输出半轴输出，实现低速档传动。

2.如权利要求1所述的一种功率分流无级变速齿轮箱，其特征在于：所述的低速档离合器内还设置有低速档返回弹簧，低速档返回弹簧与低速档活塞配合。

3.如权利要求1所述的一种功率分流无级变速齿轮箱，其特征在于：所述的驻车制动离合器内设置有驻车制动活塞、液压控制的驻车制动摩擦片；驻车制动活塞始终压住摩擦片，设备处于制动状态；双向油泵与驻车制动离合器连通时，液压油进入驻车制动离合器的油缸，推动驻车制动活塞动作，驻车制动摩擦片处于分离状态，此时为工作状态。

4.如权利要求3所述的一种功率分流无级变速齿轮箱，其特征在于：所述的驻车制动离合器内还设置有碟形弹簧，碟形弹簧与低速档活塞配合。

5.如权利要求1所述的一种功率分流无级变速齿轮箱，其特征在于：所述的驻车制动摩擦片为常闭式。

6.如权利要求1所述的一种功率分流无级变速齿轮箱，其特征在于：所述的一轴、中间轴和差速器位于箱体内，箱体外表面则设在有散热筋板。

7.如权利要求1所述的一种功率分流无级变速齿轮箱，其特征在于：所述的低速档二级从动齿轮与高速档主动齿轮、驻车制动离合器的底座为整体式结构。