CN1083353C - 连续变速式转向系统 - Google Patents

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Abstract

连续变速式转向系统含有一对可连续变速的左、右液压传动箱，各有一个液压泵和一个液压马达；还有一对各具有一个第一中心齿轮、一个第二中心齿轮、一个两级行星齿轮和一个承载件的左、右行星齿轮机构。与发动机相连接的第一传动齿轮一般与左、右第一中心齿轮可操作地连接，固定在左、右液压马达的马达轴上的左、右第二传动齿轮分别与左、右承载件可操作地连接。左、右输出轴分别与左、右第二中心齿轮可操作地连接。因此可增大变速范围并提高低输出性能。

Description

连续变速式转向系统
本发明涉及一种用于在不平路面上行驶的车辆、在雪地上行驶的车辆或其他类型的车辆中带动左、右驱动轮并使驱动轮差动转向的连续变速式转向系统，具体地说，本发明针对连续变速式转向系统的改进，该转向系统含有一对各具有由一个封闭的液压回路互相连接起来的液压泵和液压马达并且可单独变速的左、右连续变速液压传动箱，左、右液压泵的泵轴由发动机同步带动，一对与左、右驱动轮相连接的输出轴分别由左、右液压马达的马达轴带动。
这类连续变速式转向系统是公知的，例如日本公开特许No.7-132743曾经公开过。
在这种连续变速式转向系统中的连续变速液压传动箱中，液压泵的功率或位移是可变的，以便使连续变速传动箱变速，所以可通过从零至最大正值调整液压泵的功率来控制前进的速度比。但是，变速范围是不够的。当使用小尺寸的连续变速液压传动箱时，就难于在低速范围内传输较大的功率，因为流动管道对工作油有阻力，因此低速输出性能必然要降低。
于是，本发明的目的是提供一种连续变速式转向系统，该系统即使在使用小尺寸的连续变速液压传动箱的情况下也具有足够的变速范围，并且具有高的低速输出性能。
为了达到上述目的，按照本发明的第一方面和特征，提供了一种连续变速式转向系统，它含有一对左、右连续变速液压传动箱，每一个传动箱都含有通过封闭液压回路相互连接起来的一个液压泵和一个液压马达，并能单独地变速。左、右液压泵的泵轴由一个发动机同步地驱动，一对与左、右驱动轮相连接的输出轴分别由左、右液压马达的马达轴带动。上述转向系统还含有一对左、右行星齿轮机构和与发动机相连接的传动件，该传动件在工作上共同与上述两个行星齿轮机构的第一传动件相连接，左、右马达轴分别与上述两个行星齿轮机构的第二传动件可操作连接，而左、右输出轴则分别与上述两个机构的第三传动件可操作连接。
按照本发明的第一特征，除了泵隔板的正向转动角度以外，其一部分负向转动角度也起到控制正向总速度比的作用，从而显著增大正向的总速度比。而且，这也保证了即使连续变速液压传动箱处于因工作油流动缓慢而难于传输较大功率的低速范围内，也能够以良好的效率由一条连接传动件与输出轴的机械传动路线机械上传输发动机的较大功率。因此，可以提高低速传动性能，并减小连续变速液压传动箱的尺寸从而减小连续变速式液压转向系统的尺寸。另外，还可通过减小连续变速液压传动箱的传动负荷来减少工作油压力的损耗，从而进一步提高传动效率。
按照本发明的第二方面和特征，上述的左、右行星齿轮机构各含有一个第一中心齿轮、一个带有与上述第一中心齿轮相啮合的齿轮段的两级行星齿轮、一个与第一中心齿轮同心地设置并与两级行星齿轮的其他齿轮段相啮合的第二中心齿轮、和一个支承两级行星齿轮的支承轴的承载件。传动件在工作上共同与左、右第一中心齿轮相连接，左、右马达轴在工作上分别与左、右承载件相连接，左、右输出轴在工作上分别与左、右第二中心齿轮相连接。
按照本发明的第二个特征，每个行星齿轮机构不设置大直径的齿圈，故可减小行星齿轮机构的尺寸。
按照本发明的第三个方面和特征，左、右行星齿轮机构分别含有一个中心齿轮、一个与中心齿轮相啮合的行星齿轮、一个支承行星齿轮的支承轴的承载件、和一个与中心齿轮同心地设置并与行星齿轮相啮合的齿圈。传动件在工作上共同与左、右中心齿轮相连接，左、右马达轴分别与左、右齿圈可操作连接，左、右输出轴分别与左、右承载件可操作连接。
按照本发明的第三个特征，每个行星齿轮机构具有一个大直径的齿圈，但其中心齿轮可以是单个的，行星齿轮可以是一个简单的单级型的，因此，可以减小该机构的轴向尺寸。
从下面结合附图对本发明的最佳实施例的说明中将可更加了解本发明的上述的和其他的目的、特征和优点，附图中：
图1是一辆装有本发明第一实施例的连续变速式转向系统的在不平地面上行驶的车辆的侧视图；
图2是上述的在不平地面上行驶的车辆的平面图；
图3是沿图1中的3-3线的剖视图；
图4是沿图3中的4-4线的剖视图；
图5是沿图4中的5-5线的剖视图；
图6是沿图4中的6-6线的剖视图；
图7是沿图6中的7-7线的剖视图；
图8是左、右连续变速液压传动箱的液压回路的示意图；
图9是说明连续变速式转向系统中泵隔板的角度和总速度比的特征图；
图10是类似于图6但它是按照本发明第二实施例的剖视图；
图11是沿图10中的11-11线的剖视图；
图12是沿图10中的12-12线的剖视图；
图13是与图5相类似但它是按照本发明第三实施例的剖视图。
下面参考附图通过本发明的具体实施例说明本发明。
首先结合图1～9说明本发明的第一实施例。请看图1～3，可在不平地面上行驶的车辆的框架F由一个矩形的主框架Fm和一对通过前、后两个横向构件1f和1r与主框架Fm相连接的左、右侧框架Fs、Fs组成。向后倾斜的传动箱2位于并固定在后横向构件1r与每一个侧框架Fs之间。发动机E和由该发动机E驱动的本发明的连续变速式转向系统安装并支承在主框架Fm上，驾驶员座椅S安装在罩着发动机E的主框架上。支承转向盘H的转向盘柱管3牢牢地固定在座椅S的前面。在每一个侧框架Fs的后部安装有一个驱动轮4，而从动轮5则安装在其前部。在每一侧框架Fs的中部安装有多个导向轮6，设有履带7包住驱动轮4、从动轮5与导向轮6。
连续变速式转向系统Ts具有左、右两个输出轴81和82，它们通过一对左、右钩接头10、10分别与支承在同一侧的传动箱2的前部的传动轴9相连接。从动轴12支承在传动箱2的下部并与同一侧的驱动轮4相连接。连接传动轴9和从动轴12的链式传动机构13设置在传动箱2之内。因此，如果左、右两侧的输出轴81和82同时转动的话，其转动便能通过左、右两侧的链式传动机构13、13传递给左、右两侧的驱动轮4、4，从而带动左、右履带7、7而使车辆向前或向后行驶。通过使左、右两侧输出轴81和82的转速产生差异可使左、右两侧履带7、7以不同的速度行驶，从而使车辆向左或向右转向。
上述的连续变速式转向系统Ts含有一个固定到主框架Fm上的变速箱14和一对安装在变速箱14左、右两侧的连续变速液压传动箱T1和T2。变速箱14由位于垂直于输出轴81和82的轴线的平面上的、互相分开的左半箱141和右半箱142组成，左半箱141和右半箱142由螺栓在它们的开端处彼此隔开地连接起来。左半箱141的外侧之下半部明显地向外凸出而形成一个台阶15，而右半箱142的外侧在整个区域内都是平的。因此，变速箱14在其上部分具有一个较窄的部位14a，而在其下部分则具有一个较宽的部位14b，台阶15则位于这两部位之间。两个连续变速的传动箱T1和T2安装在上述的较窄部位14a的左、右侧。
如图4和5所示，左右两个连续变速传动箱T1和T2的结构是相同的，并且其位置是对称的。每一个连续变速传动箱T1和T2含有一个彼此分开的、栓接到相应的半箱141、142的外侧上的分配板16、一个栓接到分配板16上的壳体17和安装在壳体17内的一个液压泵18和一个液压马达19。液压泵18由一个穿过上述的分配板16的泵轴20和一个与泵轴20由花键接合从而使其可转动和滑动到与分配板16紧密接合的泵液压缸21组成。在上述的泵液压缸中可滑动地安装有许多泵柱塞，它们围绕泵轴20呈环形排列，泵隔板23与泵柱塞22的外端相毗邻，隔板支架25通过止推轴承24支承泵隔板23的背部，而它本身则通过一对轴线垂直于泵轴20的轴线的耳轴26支承在壳体17上，因此，泵隔板23能够在一个最大的倾斜位置(向前的顶端位置)与另一个最大的倾斜位置(向后的顶端位置)之间摆动，中间经过一个垂直于泵轴20的垂直位置(中点位置)。变速杆(未示出)分别固定在左、右隔板支架25的耳轴26的外端，它可以被转动，与转向盘H和调节每一个泵隔板23的角度的控制杆(未示出)的操作相配合而操作。
液压马达19含有穿过分配板16的马达轴27和由花键与马达轴27相接合而使其可转动和滑动到与分配板16形成紧密配合的马达液压缸28。在马达液压缸28中可滑动地安装许多马达柱塞29，它们围绕马达轴27呈环形排列，马达隔板30与马达柱塞29的外端相毗邻。当马达隔板30相对于马达轴27倾斜一定的角度时，其背面由止推轴承31支承在壳体17上。
如图8所示，每一连续变速传动箱T1和T2中的液压泵18和液压马达19通过封闭的液压回路32互相连接起来。在封闭的液压回路32中，设置了一个旁路33，将封闭液压回路32中的高压区和低压区互相连接起来，设在旁路33中的减压阀40由人工开启和关闭。工作油补充泵35与液压泵18相连接，并由液压泵18的泵轴20带动。工作油补充泵35将工作油从储油槽36中泵出，并将其送入分别通过单向阀38、38与封闭液压回路32中的高压区和低压区相连接的供油管37中。必要时，可通过互相平行的减压阀40和进油阀41使供油管37与储油槽36相连接。
如果液压泵18在泵隔板23成正向倾斜且减压阀40处于关闭状态时启动，则工作油按图中实线箭头所示的方向在封闭液压回路32流动。因此，液压马达19的马达轴27按正常方向转动，且当前的液压泵18的功率对液压马达19的功率的比作为变速比。相反，如果泵隔板23以负方向倾斜，则工作油在封闭液压回路32中按虚线所示箭头的方向流动，故马达轴27以相反方向转动。如果此时在封闭液压回路32中出现漏油，则对应于电流低压区的单向阀38或39打开，从而允许要补充的工作油由工作油补充泵35进入封闭液压回路32中。当供油管37中的压力升高到给定值或更高时，减压阀40打开，以防止供油管37中的压力过度升高。如果封闭液压回路32中的高压区和低压区由于发动机刹车而突然反向且工作油补充泵35将工作油缓慢地供给低压区时，进油阀41能够打开而将油从储油槽36吸入低压区，从而防止空气被吸入封闭液压回路32中。
再参见图5，封闭液压回路32、工作油补充泵35、供油管37、单向阀40和进气阀41都设置在分配板16上。
储油槽36由变速箱14的左半箱141与右半箱142之间的区域形成。在每一分配板16之内侧安装有一个滤油器42，它浸在储油槽36内而盖住工作油补充泵35和进油阀41的入口，从而使供入工作油补充泵35和进油阀41中的工作油受到过滤。
每一个泵轴20和每一个马达轴27都是平行于输出轴81、82而设置的。左、右泵轴20的外端各从壳体17向外凸出，并由发动机E的曲轴Ea通过皮带传动机构11带动。
左、右泵轴20、20在较窄部位14a内通过第一传动齿轮45(传动件)的轮毂同轴地互相连接。左、右马达轴27、27同轴地设置以形成相互的转动关系，第二传动齿轮46、46在较窄的部位14a内分别固定到左、右马达轴27上。另外，与马达轴27相平行的空转轴47也支承在上述的较窄部位内。因此，(1)与第二传动齿轮46、46相啮合的左、右空转齿轮48和49、(2)位于左、右空转齿轮48和49之间、与第一传动齿轮45相啮合的、带有较大直径部位50a的中央台阶型空转齿轮50都安装在空转轴47上。
参见图6和7，平行于空转轴47的结合轴51和一对左、右输出轴81和82都支承在变速箱14的较宽部位14b上。右侧的接合输入齿轮52固定在接合轴51上并与右空转齿轮49相啮合。液压缸轴54也是可转动地安装在结合轴51上，它的右端带有一个与中央空转齿轮50的直径较小的齿轮部位50b相啮合的中央结合输入齿轮53。左侧的结合输入齿轮55可转动地安装在液压缸轴54上并与左空转齿轮48相啮合。在液压缸轴54的左端做出一个中央结合输出齿轮56。左结合输出齿轮57以花键与结合轴51的左端相连接，并且以台阶状与右结合输入齿轮52做成整体。
中央从动齿轮59可转动地安装在右输出轴82上、并与中央结合输出齿轮56相啮合。中央从动齿轮59、右结合输出齿轮58和右输出轴82通过右行星齿轮机构602互相连接，而中央从动齿轮59、左接合输出轴57和左输出轴81则通过左行星齿轮机构601互相连接。
左、右行星齿轮机构601和602是对称的，因此，下面只说明左行星齿轮机构601。第一中心齿轮61与中央从动齿轮59的轮毂的左端做成整体，第二中心齿轮62以花键与左输出轴81相连接。有多个两级行星齿轮63与第一和第二中心齿轮61和62相啮合并包围它们。多根可转动地安装有行星齿轮63的支承轴64的一端支承在承载齿轮65a上，承载齿轮65a则可转动地安装在左输出轴81上，并与左结合输出齿轮57相啮合，支承轴64的另一端则可转动地支承在承载板65b上，该承载板65b又可转动地支承在中央从动齿轮59的轮毂上。承载件65由承载齿轮65a与承载板65b组成。
右行星齿轮机构602的第一中心齿轮61与中央从动齿轮59的轮毂的右端做成整体。
左、右输出轴81和82通过滚珠轴承66、66支承在上述的较宽部位14b的左、右侧壁上，这两个轴的相对端部则通过滚针轴承67互相配合。
下面说明本发明的实施例的工作。发动机E工作时，其功率通过皮带传动机构11同时传给左、右连续变速传动箱T1和T2的泵轴20、20，再传给左、右液压泵18、18和第一传动齿轮45。
传给左、右液压泵18、18的功率根据泵隔板23的角度通过相应的液压泵18、18和相应的液压马达19、19的配合来改变速度，并传给左、右第二传动齿轮46、46。传给左第二传动齿轮46的功率被减小，并通过左空转齿轮48、左结合输入齿轮55和右结合输出齿轮58传给右行星齿轮机构602的承载件65。传给右第二传动齿轮46的功率被减小，并通过右空转齿轮49、右结合输入齿轮52、结合轴51和左结合输出齿轮57传给左行星齿轮机构601的承载件65。
另一方面，传给第一传动齿轮45的功率被减小，并通过中央空转齿轮50、中央结合输入齿轮53、液压缸轴54、中央结合输出齿轮56和中央从动齿轮59传到左、右行星齿轮机构601和602的第一中心齿轮61、61。
因此，在每一行星齿轮机构601和602中，第二中心齿轮62的转动速度和转动方向(也就是输出轴81、82的转动速度和转动方向)由第一中心齿轮61和承载件65的转动状态并通过两级行星齿轮63来决定。
下面结合图9说明连续变速式转向系统Ts中的泵隔板23的角度与总速度比之间的关系。
在图9中，横坐标轴表示总速度比e，纵坐标轴表示泵隔板23的角度α。
(1)总速度比e＝b时
这种情况出现在泵隔板处在角度α等于0时，由于α＝0，故液压泵18的功率为零，因此，液压马达19不工作。并且，第二传动齿轮46保持在停止状态。因此，发动机E传给泵轴20的总的功率被减小，并且通过第一传动齿轮45的传动路线传给行星齿轮机构601、602的第一中心齿轮61，而后进一步减小，并通过两级行星齿轮63沿正方向传给第二中心齿轮62而以低速沿向前的方向驱动输出轴81、82。
(2)总速度比处于e＝b～c的范围内时
当泵隔板23的角度沿正向从零增大时，液压泵18沿正向驱动液压马达19，结果，由发动机E供给泵轴20的一部分功率通过液压泵18、液压马达19和第二传动齿轮46的传动路线沿正方向传给行星齿轮机构601、602的承载件65而沿正方向驱动两级行星齿轮63的支承轴64。因此，来自第一中心齿轮61的正方向转动和来自承载件65的正方向转动都加到第二中心齿轮62上，结果，总速度比e随着沿正方向的角度α的增大而增大，从而使输出轴81、82的转速增高。
(3)总速度比处于e＝b～a的范围内时
当泵隔板23的角度沿反方向从零增大时，液压泵18沿反方向驱动液压马达19，结果，由发动机E供给泵轴20的一部分功率通过液压泵18、液压马达19和第二传动齿轮46的传动路线沿反方向传给行星齿轮机构601、602的承载件65而沿反方向驱动两级行星齿轮63的支承轴64。因此，来自第一中心齿轮61的正方向转动和来自承载件65的反方向转动都加到第二中心齿轮62上，结果，总速度比e随着沿反方向的角度α的增大而减小，并在a点上变为0。这就处在一个减速比为无穷大的状态，并且输出轴81和82停止转动。
(4)总速度比处于e＝a～d的范围内时
当泵隔板23的角度α从点a沿反方向进一步增大时，由承载件65加到第二中心齿轮62上的转速高于由第一中心齿轮61沿正方向加到第二中心齿轮62的转速，因此，总速度比e从0沿反方向增大，并沿反方向驱动输出轴81和82。
用这种办法，不仅泵隔板23的正方向角度，而且其一部分反方向的角度都可用来控制正方向的总速度比，因此，沿正方向的总速度比可显著增大。这就保证了：即使连续变速液压传动箱T1和T2处于低速范围(此时工作油的流动被减缓，故很难传输大的功率)，发动机E的大的功率也能以高的效率从第一传动齿轮45的传动路线机械上传给输出轴81和82。这样，即使使用小尺寸的连续变速液压传动箱T1和T2，也能够保证良好的低速传动性能。
连续变速液压传动箱T1和T2中传动负荷的降低可减小传动箱T1和T2中工作油压的降低，因此，能够进一步提高传动效率。
此外，当总速度比处于e＝b～a的范围内，并且处于输出轴81和82沿正向转动的状态时，每一个连续变速液压传动箱T1和T2的马达轴27便反转，因此，由于行驶阻力而使液压马达19以增大的速度沿反向驱动。也就是说，液压马达19起到一个泵的作用，而液压泵18则起到一个马达的作用，但是，在这种情况下，负荷是相当小的。因此，在封闭液压回路32中所产生的液压被降到低于正常的传动液压，并且功率的损耗也相应地减小。因此，在低速范围内的传动效率可进一步提高。
另一方面，如果在车辆行驶时向右或向左转动转向盘H，便会出现操作上与这种转动转向盘H有关的左、右隔板23、23间的转动角度差，从而使左、右马达轴27、27间产生转动速度差而使第二传动齿轮46、46间产生转动速度差，因此，左、右输出轴81和82能够进行差动工作而使车辆向左或向右转向。
在本实施例的情况下，左、右行星齿轮机构601和602没有大直径的齿圈，因此，尺寸较小。
图10～12示出本发明的第二实施例，它与前一个实施例的不同在于左、右行星齿轮机构601和602的排列。即使在第二实施例中，左、右行星齿轮机构601和602的结构也是沿侧向对称排列的，因此，这里仅说明左侧的齿轮机构601。左侧行星齿轮机构601含有一个在中央从动齿轮59的轮毂上做出的中心齿轮70、多个围绕中心齿轮70并与其相啮合的行星齿轮71、一个由花键与左输出轴81相连接同时又支承行星齿轮71的支承轴72的承载件73和一个与多个行星齿轮71相啮合并包围行星齿轮71的齿圈74。可转动地安装在左输出轴81上并与左结合输出齿轮57相啮合的左从动齿轮751与齿圈74同轴连接并与其相啮合。在这一实施例中，为了限制齿圈74的轴向移动，在齿圈74的内圆周中形成的环形槽76中安置了多个栓接到左从动齿轮751上的支承板77。其它的结构与前一实施例相似，因此，在图10～12中相应于前一实施例的部位和零件以相同的标号表示。
右从动齿轮752可转动地安装在右输出轴82上，并与右行星齿轮机构602的齿圈74相啮合。
在本实施例中，虽然含有大直径的齿圈74，但是，中心齿轮70可以是单个的，而且行星齿轮71可以采用简单的单级形式。因此可减小行星齿轮机构601和602的轴向尺寸，甚至还可使其轴向尺寸小于上一实施例。
图13示出本发明的第三实施例，在这一实施例中，由发动机E驱动的输入轴80通过轴承81支承在变速箱14的较窄部位14a的上壁上，一对位于较窄部位14a之内的互相啮合的伞齿轮82和83由花键与输入轴80和泵轴20之一相连接。其它的结构与上述第一实施例相似，因此，在图13中，与第一实施例相对应的部位或零件以相同的标号表示。
虽然上面已对本发明的实施例进行了详细的说明，但是必须明白，本发明不限于上述的实施例，在不违背权利要求中规定的本发明的精神和范围的情况下，可实施各种各样的实施例。

Claims (3)

1.一种由发动机(E)驱动的连续变速式转向系统，含有：
(a)一对可连续变速的左、右液压传动箱(T1，T2)，每一个上述传动箱(T1，T2)含有一个封闭的液压回路(32)、一个带有输出轴(27)的液压马达(19)和一个带有输入轴(20)的液压泵(18)，其中，上述的左、右液压泵的上述输入轴由发动机同步地带动；
(b)左、右驱动轮(4)；
(c)与上述左、右驱动轮相连接的左、右输出轴(81，82)，其中，上述的输出轴分别由上述的左、右液压马达的输出轴带动。
其特征在于所述的转向系统还包括：
(d)一对分别具有第一、第二和第三传动件(61，63，65；70，73，74)的左、右行星齿轮机构(601，602)；
(e)一个与发动机相连接并与上述行星齿轮机构的上述第一传动件(61，70)相连接的、用于将动力从发动机传输到上述第一传动件的传动件(45)；
(f)其中，上述的左、右马达轴(27)在工作上与上述相应的行星齿轮机构的上述第二传动件(65、74)相连接，以便将动力传输给它，而上述的左、右输出轴(81，82)在工作上与上述相应的行星齿轮机构的上述第三传动件(63，73)相连接；
(9)每个上述的左、右行星齿轮机构(601，602)的上述第一至第三传动件中的一个传动件是第一中心齿轮(70)，上述第一至第三传动件中的另一个传动件是一个具有与上述第一中心齿轮相啮合的齿轮段(63a)的两级行星齿轮(71)，一个第二中心齿轮(62)与上述第一中心齿轮同轴地设置，并与上述的两级行星齿轮的其他齿轮段(63b)相啮合，上述第一至第三传动件中的最后一个传动件是一个用于支承上述两级行星齿轮的支承轴(64)的承载件(65)，并且，上述的传动件(45)在工作上共同与上述的左、右第一中心齿轮(61)相连接，上述的左、右马达轴(27)在工作上分别与上述的左、右承载件(65)相连接，上述的左、右输出轴(81，82)分别与上述的左、右第二中心齿轮可操作连接。
2.按照权利要求1所述的连续变速式转向系统，其特征在于所述的这对左、右液压传动箱(T1，T2)分别安装在一个变速箱(14)的上部分的左、右侧，所述的这对左、右行星齿轮机构(601，602)设在所述的变速箱(14)的下部分，和在所述的变速箱(14)的上部分内，所述的传动件(45)与所述的左、右液压泵(18)的所述的泵轴(20)同轴地连接。
3.按照权利要求1所述的连续变速式转向系统，其特征在于所述的左、右第一中心齿轮(70)设在可工作地与所述的传动件(45)连接的一个中央从动齿轮(59)的左、右端，所述的两级行星齿轮(63)与所述的第一和第二中心齿轮(61，62)啮合以便围住所述的第一和第二中心齿轮，和所述的左、右承载件(65)分别可转动地支承在所述的左和右输出轴(81，82)上。
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