CN109723788B - 一种变速传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变速传动装置，包括输入构件；输出构件；液压传动总成；后行星齿轮总成，输出构件与后行星齿轮总成连接以共同旋转；所述前行星齿轮总成与后行星齿轮总成、液压传动总成与前行星齿轮总成连接以共同旋转；第一离合器和第二离合器，其分别用于选择性的将所述输入构件连接到前行星齿轮总成以共同旋转；第一制动器、第二制动器、第三制动器、第一离合器和第二离合器和第三离合器选择性的结合，提供了输入构件与输出构件之间连续前进或后退的传动比。本发明可通过离合器、制动器的切换和液压系统排量比的调节在液压传动、液压机械传动和机械传动间进行切换。

Description

一种变速传动装置

技术领域

本发明涉及变速箱领域或者汽车无级调速领域，特别涉及一种变速传动装置。

背景技术

变速器的主要作用在于减速增矩，并扩大转速和转矩的变化范围，使发动机、变速器和行走系统组成的负荷驱动系统处于最佳工作状态，对提高工程车辆的动力性、燃油经济性和生产效率具有举足轻重的地位。

变速器按传动方式的不同分为有级变速器和无级变速器。无级变速器按操作方式及传动形式的不同可分为机械式无级变速器、电动式无级变速器和流体式无级变速器。机械式无级变速器优点在于技术成熟，效率较高；缺点在于耐久性差，可靠性低。电动式无级变速器优点在于易控制，传动效率高；缺点在于质量大，成本高。流体式无级变速器分为液力式和液压式两种。液力式无级变速器的优点在于自动调节，适应性强；缺点在于传动效率低，难以控制。液压式无级变速器的优点在于可正反向变速，承载能力强，缺点在于传动效率低，对液压件要求高。将不同类型变速器优化组合，可以发挥其优点，摈弃其缺点。就机械传动和液压传动而言，应当有两种复合传动方案：串联和并联。当液压系统与机械系统串联，无级调速完全由液压系统实现，这类系统虽效率不佳，但随着液压元件制造工艺水平的提高，传动效率还有进一步提升的潜力，加之液压系统传递功率大，仍取得了一定应用，但是耐久性差，可靠性低。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种变速传动装置，可通过切换离合器、制动器和调节液压系统排量比，使得变速传动装置在液压传动、液压机械传动和机械传动间进行切换；由液压传动实现起步和倒退，由液压机械传动实现无级变速，由机械传动实现高效运输；液压机械传动有两个档位可供选择，以适应不同的工况。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种变速传动装置，包括

输入构件；

输出构件；

液压传动总成，所述输入构件与液压传动总成连接以共同旋转；

后行星齿轮总成；所述输出构件与后行星齿轮总成连接以共同旋转；

前行星齿轮总成；所述前行星齿轮总成与后行星齿轮总成、液压传动总成与前行星齿轮总成连接以共同旋转；

第一制动器，用于选择性的将所述前行星齿轮总成连接到固定件；

第二制动器，用于选择性的将所述后行星齿轮总成连接到固定件；

离合器，用于选择性的将所述输入构件连接到前行星齿轮总成以共同旋转；

第三离合器和第三制动器，用于选择性的将液压传动总成连接到前行星齿轮总成以共同旋转；

其中，第一制动器、第二制动器、第三制动器、离合器和第三离合器选择性的接合，提供了输入构件与输出构件之间连续前进或后退的传动比。

进一步，所述液压传动总成包括变量泵、定量马达和第三离合器；所述输入构件与变量泵连接；所述变量泵用于提供定量马达动力；所述定量马达与前行星齿轮总成连接以共同旋转；所述定量马达与前行星齿轮总成之间设有第三离合器。

进一步，所述后行星齿轮总成包括后第一行星轮系和第二制动器；所述第二制动器用于选择性的将所述第一行星轮系的行星架连接到固定件；

所述前行星齿轮总成包括第二行星轮系、第一离合器、第二离合器和第一制动器；所述第一制动器用于选择性的将所述第二行星轮系的齿圈连接到固定件；所述第二离合器用于选择性的将所述输入构件连接到所述第二行星轮系的行星架以共同旋转；所述第一离合器用于选择性的将所述输入构件连接到所述第二行星轮系的齿圈以共同旋转。

进一步，所述液压传动总成输出端连接所述第二行星轮系的太阳轮，所述第二行星轮系的齿圈与第一行星轮系的太阳轮连接；所述第二行星轮系的行星架与第一行星轮系的行星架连接；第一行星轮系的齿圈与输出构件连接。

进一步，通过调节液压传动总成的排量比和选择性控制所述第一制动器、第三制动器、第一离合器、第二离合器与第三离合器的接合，用于提供了输入构件与输出构件之间前进的传动方式：液压传动、机械传动和液压机械传动。

进一步，接合所述第一制动器和第三离合器，输入构件与输出构件之间前进的传动方式为液压传动；

接合所述第一离合器和第三制动器，输入构件与输出构件之间前进的传动方式为机械传动Ⅰ；

接合所述第二离合器和第三制动器，输入构件与输出构件之间前进的传动方式为机械传动Ⅱ；

接合所述第一离合器和第二离合器，输入构件与输出构件之间前进的传动方式为机械传动Ⅲ；

接合所述第一制动器和第二离合器，输入构件与输出构件之间前进的传动方式为机械传动Ⅳ；

接合所述第一离合器和第三离合器，输入构件与输出构件之间前进的传动方式为液压机械传动Ⅰ；

接合所述第二离合器和第三离合器，输入构件与输出构件之间前进的传动方式为液压机械传动Ⅱ。

进一步，通过调节液压传动总成的排量比，使输入构件与输出构件之间前进的传动方式之间切换。

进一步，所述输入构件与输出构件之间前进的传动方式之间切换具体为：

通过液压传动总成的排量比增大，使液压传动转换为机械传动；

在机械传动基础上，使通过液压传动总成的排量比为0，使机械传动无级切换液压机械传动在液压机械传动基础上，通过液压传动总成的排量比增大，使液压机械传动转换为机械传动。

进一步，通过调节液压传动总成的排量比和选择性控制所述第一制动器、第二制动器、第一离合器与第三离合器的接合，用于提供了输入构件与输出构件之间连续后退的2种传动方式：液压反向传动和机械反向传动。

进一步，接合所述第一制动器和第三离合器，输入构件与输出构件之间连续后退的传动方式为液压反向传动；

接合所述第二制动器和第一离合器，输入构件与输出构件之间连续后退的传动方式为机械反向传动；

通过调节液压传动总成的排量比，使输入构件与输出构件之间连续后退的2种传动方式之间无级切换。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的变速传动装置，通过控制4个离合器、3个制动器和液压系统排量比可在5个机械档位，2个液压档位和2个液压机械档位间进行切换，在倒档和前进挡中低档位实现无级变速，设置1机械档位用于高速运输作业，适用于不同的工况。

2.本发明所述的变速传动装置，仅需接合第四离合器，即可使变速传动装置输出动力以驱动其它工作装置。

3.本发明所述的变速传动装置，结构紧凑、操作方便，传动齿轮数目较少，增加了传动效率。

附图说明

图1为本发明所述的变速传动装置的结构图。

图2为本发明所述的变速传动装置的调速曲线示意图。

图中：

1-输入轴；2-液压传动总成；2-1-液压传动输入齿轮副；2-2-变量泵；2-3-定量马达；2-4-液压传动输出齿轮副；2-5-第三离合器；3-中间轴机构；3-1-中间轴；3-2-第三制动器；4-输出轴机构；4-1-输出齿轮副；4-2-输出轴；5-后行星齿轮总成；5-1-后行星齿轮太阳轮；5-2-后行星齿轮行星架；5-3-后行星齿轮齿圈；5-4-第二制动器；6-辅助动力输出总成；6-1-辅助动力输出齿轮副；6-2-第四离合器；6-3-辅助动力输出轴；7-前行星齿轮总成；7-1-前行星齿轮齿圈；7-2-前行星齿轮行星架；7-3-前行星齿轮太阳轮；7-4-第二离合器；7-5-第一离合器；7-6-第一制动器。

具体实施方式

下面接合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明所述的变速传动装置，包括输入轴1、液压传动总成2、中间轴机构3、输出轴机构4、后行星齿轮总成5、动力输出总成6和前行星齿轮总成7；

所述液压传动总成2包括液压传动输入齿轮副2-1、变量泵2-2、定量马达2-3、液压传动输出齿轮副2-4和第三离合器2-5；所述输入轴1通过液压传动输入齿轮副2-1与变量泵2-2连接；所述变量泵2-2用于提供定量马达2-3动力；所述定量马达2-3通过液压传动输出齿轮副2-4与中间轴机构3连接以共同旋转；所述液压传动输出齿轮副2-4上设有第三离合器2-5。

所述中间轴机构3包括中间轴3-1和第三制动器3-2；所述中间轴3-1与前行星齿轮总成7的前行星齿轮太阳轮7-3连接，所述第三制动器3-2用于将中间轴3-1连接到固定件；

所述后行星齿轮总成5包括后行星齿轮太阳轮5-1、后行星齿轮行星架5-2、后行星齿轮齿圈5-3和第二制动器5-4；所述后行星齿轮太阳轮5-1、后行星齿轮行星架5-2、后行星齿轮齿圈5-3构成行星轮系，所述第二制动器5-4用于选择性的将所述后行星齿轮行星架5-2连接到固定件；

所述前行星齿轮总成7包括前行星齿轮齿圈7-1、前行星齿轮行星架7-2、前行星齿轮太阳轮7-3、第一离合器7-5、第二离合器7-4和第一制动器7-6；所述前行星齿轮齿圈7-1、前行星齿轮行星架7-2、前行星齿轮太阳轮7-3构成行星轮系，所述第一制动器7-6用于选择性的将所述前行星齿轮齿圈7-1连接到固定件；所述第二离合器7-4用于选择性的将所述输入构件连接到所述前行星齿轮行星架7-2以共同旋转；所述第一离合器7-5用于选择性的将所述输入构件连接到所述前行星齿轮齿圈7-1以共同旋转。

所述液压传动总成2输出端通过中间轴3-1连接所述前行星齿轮太阳轮7-3，所述前行星齿轮齿圈7-1与后行星齿轮太阳轮5-1连接；所述前行星齿轮行星架7-2与后行星齿轮行星架5-2连接；后行星齿轮齿圈5-3与输出轴机构4连接。所述输出轴机构4包括输出齿轮副4-1和输出轴4-2。

所述辅助动力输出总成6包括辅助动力输出齿轮副6-1、第四离合器6-2和辅助动力输出轴6-3；输入轴1通过辅助动力输出齿轮副6-1与辅助动力输出轴6-3连接，所述第四离合器6-2用于接合或者分离输入轴1与辅助动力输出轴6-3。

如图2和表1所示，通过调节液压传动总成2的排量比和选择性控制所述第一制动器7-6、第三制动器3-2、第一离合器7-5、第二离合器7-4与第三离合器2-5的接合，用于提供了输入构件与输出构件之间连续前进的7种传动方式：液压传动、机械传动Ⅰ、机械传动Ⅱ、机械传动Ⅲ、机械传动Ⅳ、液压机械传动Ⅰ和液压机械传动Ⅱ。

为了方便描述和表示方便，图2和表1中的字母代表的含义如下：

C₁为第一离合器7-5；C₂为第二离合器7-4；C₃为第三离合器2-5；C₄为第四离合器6-2；B₁为第一制动器7-6；B₂为第二制动器5-4；B₃为第三制动器3-2；

液压传动：当接合C₃和B₁时，为液压传动，记为F(H)。传递到输入轴1的发动机动力经液压传动输入齿轮副2-1驱动变量泵2-2，进而带动定量马达2-3转动，从定量马达2-3输出的动力经液压传动输出齿轮副2-4传递到中间轴3-1，经液压路传递的动力从前行星齿轮太阳轮7-3输入，再从前行星齿轮行星架7-2输出到后行星齿轮行星架5-2，继而经后行星齿轮齿圈5-3、输出齿轮副4-1，从输出轴4-2输出。此时液压系统排量比为正值

机械传动Ⅰ：在F(H)基础上，控制液压系统排量比达到0.5时，分离C₃和B₁，接合C₁和B₃，为机械传动Ⅰ档，记为F1(M)。传递到输入轴1的发动机动力经前行星齿轮齿圈7-1传递到后行星齿轮太阳轮5-1，经前行星齿轮行星架7-2传递到后行星齿轮行星架5-2，混合动力经后行星齿轮齿圈5-3、输出齿轮副4-1，从输出轴4-2输出。此后，系统自动调节液压系统排量比，使之为0。

液压机械传动Ⅰ：在F1(M)档，且液压系统排量比为0的基础上，可切换到液压机械传动Ⅰ档，记为F1(HM)。此时分离B₃，接合C₃，此刻C₁和C₃均接合。传递到输入轴1的发动机动力分为两路，一路经液压传动总成2传递到前行星齿轮太阳轮7-3，一路直接传递到前行星齿轮齿圈7-1，混合动力经前行星齿轮行星架7-2传递到后行星齿轮行星架5-2，传递到前行星齿轮齿圈7-1的动力经后行星齿轮太阳轮5-1，与传递到后行星齿轮行星架5-2的动力汇流至后行星齿轮齿圈5-3，继而经输出齿轮副4-1，从输出轴4-2输出。

机械传动Ⅱ：在F(H)档基础上，控制液压系统排量比达到0.83时，分离C₃和B₁，接合C₂和B₃，为机械传动Ⅱ档，记为F2(M)。传递到输入轴1的发动机动力经前行星齿轮行星架7-2传递到后行星齿轮行星架5-2，经前行星齿轮齿圈7-1传递到后行星齿轮太阳轮5-1，混合动力经后行星齿轮齿圈5-3、输出齿轮副4-1，从输出轴4-2输出。此后，系统自动调节液压系统排量比，使之为0。

液压机械传动Ⅱ：在F2(M)档，且液压系统排量比为0的基础上，可切换到液压机械传动Ⅱ档，记为F2(HM)。此时分离B₃，接合C₃，此刻C₂和C₃均接合。传递到输入轴1的发动机动力分为两路，一路经液压传动总成2传递到前行星齿轮太阳轮7-3，一路直接传递到前行星齿轮行星架7-2，混合动力经前行星齿轮齿圈7-1传递到后行星齿轮太阳轮5-1，传递到前行星齿轮行星架7-2的动力经后行星齿轮行星架5-2，与传递到后行星齿轮太阳轮5-1的动力汇流至后行星齿轮齿圈5-3，继而经输出齿轮副4-1，从输出轴4-2输出。

机械传动Ⅲ：在F1(HM)档基础上，当液压系统排量比为1时，分离C₃，接合C₂，切换至机械传动Ⅲ档，记为F3(M)。在F2(HM)档基础上，当液压系统排量比为1时，分离C₃，接合C₁，切换至机械传动Ⅲ档，也记为F3(M)。即不管在F1(HM)档基础上还是在F2(HM)档基础上切换到机械传动Ⅲ档，需要接合C₁和C₂。此时，前行星齿轮总成7和后行星齿轮总成5都固连为一体。传递到输入轴1的发动机动力经前行星齿轮总成7、后行星齿轮总成5、输出齿轮副4-1，从输出轴4-2输出，此即直接档。

机械传动Ⅳ：当接合C₂和B₁时，为机械传动Ⅳ档，记为F4(M)。传递到输入轴1的发动机动力经前行星齿轮行星架7-2传递到后行星齿轮行星架5-2，再经后行星齿轮齿圈5-3、输出齿轮副4-1，从输出轴4-2输出，此即超速档。

如图2和表1所示，通过调节液压传动总成2的排量比和选择性控制所述B1、B2、C1与C3的接合，用于提供输入构件与输出构件之间后退的2种传动方式：液压反向传动和机械反向传动。

液压反向传动：当接合C3和B1时，为液压倒档，记为R(H)。传动方式同液压传动，此时液压系统排量比为负值。

机械反向传动：当接合C1和B2时，为机械倒档，记为R(M)。在R(H)基础上，控制液压系统排量比达到1时，分离C3和B1，接合C1和B2，为机械倒档，记为R(M)。传递到输入轴1的发动机动力经前行星齿轮齿圈7-1传递到后行星齿轮太阳轮5-1，经后行星齿轮齿圈5-3、输出齿轮副4-1，从输出轴4-2输出。

此外，当接合C₄时，传递到输入轴1的发动机动力经辅助动力输出齿轮副6-1，从辅助动力输出轴6-3输出，以驱动其它工作装置。

表1变速传动装置主要元件工作示意图

注：“▲”代表元件处于接合状态。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种变速传动装置，其特征在于，包括

输入构件；

输出构件；

液压传动总成(2)，所述输入构件与液压传动总成(2)连接以共同旋转；

后行星齿轮总成(5)；所述输出构件与后行星齿轮总成(5)连接以共同旋转；

前行星齿轮总成(7)；所述前行星齿轮总成(7)与后行星齿轮总成(5)、液压传动总成(2)与前行星齿轮总成(7)连接以共同旋转；

第一制动器(7-6)，用于选择性的将所述前行星齿轮总成(7)连接到固定件；

第二制动器(5-4)，用于选择性的将所述后行星齿轮总成(5)连接到固定件；

离合器(7-4，7-5)，用于选择性的将所述输入构件连接到前行星齿轮总成(7)以共同旋转；

第三离合器(2-5)和第三制动器(3-2)，用于选择性的将液压传动总成(2)连接到前行星齿轮总成(7)以共同旋转；

其中，第一制动器(7-6)、第二制动器(5-4)、第三制动器(3-2)、离合器(7-4，7-5)和第三离合器(2-5)选择性的接合，提供了输入构件与输出构件之间连续前进或后退传动比的多种动力输出方式。

2.根据权利要求1所述的变速传动装置，其特征在于，所述液压传动总成(2)包括变量泵(2-2)、定量马达(2-3)和第三离合器(2-5)；所述输入构件与变量泵(2-2)连接；所述变量泵(2-2)用于提供定量马达(2-3)动力；所述定量马达(2-3)与前行星齿轮总成(7)连接以共同旋转；所述定量马达(2-3)与前行星齿轮总成(7)之间设有第三离合器(2-5)。

3.根据权利要求1所述的变速传动装置，其特征在于，所述后行星齿轮总成(5)包括后第一行星轮系和第二制动器(5-4)；所述第二制动器(5-4)用于选择性的将所述第一行星轮系的行星架连接到固定件；

所述前行星齿轮总成(7)包括第二行星轮系、第一离合器(7-5)、第二离合器(7-4)和第一制动器(7-6)；所述第一制动器(7-6)用于选择性的将所述第二行星轮系的齿圈连接到固定件；所述第二离合器(7-4)用于选择性的将所述输入构件连接到所述第二行星轮系的行星架以共同旋转；所述第一离合器(7-5)用于选择性的将所述输入构件连接到所述第二行星轮系的齿圈以共同旋转。

4.根据权利要求3所述的变速传动装置，其特征在于，所述液压传动总成(2)输出端连接所述第二行星轮系的太阳轮，所述第二行星轮系的齿圈(7-1)与第一行星轮系的太阳轮连接；所述第二行星轮系的行星架与第一行星轮系的行星架连接；第一行星轮系的齿圈与输出构件连接。

5.根据权利要求1-4任一项所述的变速传动装置，其特征在于，通过调节液压传动总成(2)的排量比和选择性控制所述第一制动器(7-6)、第三制动器(3-2)、第一离合器(7-5)、第二离合器(7-4)与第三离合器(2-5)的接合，用于提供了输入构件与输出构件之间前进的传动方式：液压传动、机械传动和液压机械传动。

6.根据权利要求5所述的变速传动装置，其特征在于，

接合所述第一制动器(7-6)和第三离合器(2-5)，输入构件与输出构件之间前进的传动方式为液压传动；

接合所述第一离合器(7-5)和第三制动器(3-2)，输入构件与输出构件之间前进的传动方式为机械传动Ⅰ；

接合所述第二离合器(7-4)和第三制动器(3-2)，输入构件与输出构件之间前进的传动方式为机械传动Ⅱ；

接合所述第一离合器(7-5)和第二离合器(7-4)，输入构件与输出构件之间前进的传动方式为机械传动Ⅲ；

接合所述第一制动器(7-6)和第二离合器(7-4)，输入构件与输出构件之间前进的传动方式为机械传动Ⅳ；

接合所述第一离合器(7-5)和第三离合器(2-5)，输入构件与输出构件之间前进的传动方式为液压机械传动Ⅰ；

接合所述第二离合器(7-4)和第三离合器(2-5)，输入构件与输出构件之间前进的传动方式为液压机械传动Ⅱ。

7.根据权利要求6所述的变速传动装置，其特征在于，通过调节液压传动总成(2)的排量比，使输入构件与输出构件之间前进的传动方式之间切换。

8.根据权利要求6所述的变速传动装置，其特征在于，所述输入构件与输出构件之间前进的传动方式之间切换，具体为：

通过液压传动总成(2)的排量比增大，使液压传动转换为机械传动；

在机械传动基础上，使通过液压传动总成(2)的排量比为0，使机械传动无级切换液压机械传动；在液压机械传动基础上，通过液压传动总成(2)的排量比增大，使液压机械传动转换为机械传动。

9.根据权利要求1-4任一项所述的变速传动装置，其特征在于，通过调节液压传动总成(2)的排量比和选择性控制所述第一制动器(7-6)、第二制动器(5-4)、第一离合器(7-5)与第三离合器(2-5)的接合，用于提供了输入构件与输出构件之间连续后退的2种传动方式：液压反向传动和机械反向传动。

10.根据权利要求9所述的变速传动装置，其特征在于，

接合所述第一制动器(7-6)和第三离合器(2-5)，输入构件与输出构件之间连续后退的传动方式为液压反向传动；

接合所述第二制动器(5-4)和第一离合器(7-5)，输入构件与输出构件之间连续后退的传动方式为机械反向传动；

通过调节液压传动总成(2)的排量比，使输入构件与输出构件之间连续后退的2种传动方式之间无级切换。

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