CN109751381B - 一种多功能无级变速传动装置 - Google Patents

一种多功能无级变速传动装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种多功能无级变速传动装置，包括输出构件、输入构件、液压传动总成、行星齿轮总成、离合器组件和制动器组件；所述输入构件分别与液压传动总成和行星齿轮总成连接，所述行星齿轮总成通过换档组件与输出构件连接，所述离合器组件分别将所述输入构件和液压传动总成连接到行星齿轮总成，所述制动器组件和所述离合器组件提供输入构件与输出构件之间连续前进或后退的传动比。通过调节液压传动总成的排量比和选择性控制所述离合器组件和制动器组件的结合，提供输入构件与输出构件之间前进或后退的传动方式。本发明能够满足低速作业和高速运行要求的传动装置，并在各传动方式切换的过程中，实现无级变速。

Description

一种多功能无级变速传动装置
技术领域
本发明涉及自动变速装置领域，特别涉及一种多功能无级变速传动装置。
背景技术
车辆的变速传动装置对车辆动力性、燃油经济性和生产效率起决定性作用，无级变速由于其克服车辆传动过程的动力中断，具有良好的运用前景。
液压传动的优点在于增加传动系统的柔性化，缺点在于传动效率较低；机械传动具有效率高和技术成熟等优点，但难以实现无动力中断档位切换；液压机械传动作为一种双流传动方式，可较好地实现高效无级变速。
传统的单模式传动装置难以完全适应各类工况，且难以在起步时实现柔性启动，在作业时实现无级调速，在转场时实现高效传动的功能。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种多功能无级变速传动装置，能够满足低速作业和高速运行的要求，并在各传动方式切换的过程中，实现无级变速。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种多功能无级变速传动装置，包括输出构件、输入构件、液压传动总成、行星齿轮总成、离合器组件和制动器组件；所述输入构件分别与液压传动总成和行星齿轮总成连接，所述行星齿轮总成通过换档组件与输出构件连接，所述离合器组件分别将所述输入构件和液压传动总成连接到行星齿轮总成，所述制动器组件和所述离合器组件提供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，通过调节液压传动总成的排量比和选择性控制所述离合器组件和制动器组件的接合，提供输入构件与输出构件之间前进或后退的传动方式包括：液压传动、机械传动和液压机械传动。
进一步，所述制动器组件包括第一制动器，所述第一制动器用于选择性的将所述行星齿轮总成的太阳轮连接到固定件；所述离合器组件包括第一离合器，所述第一离合器用于选择性的将液压传动总成连接到行星齿轮总成以共同旋转；通过调节液压传动总成的排量比和控制所述第一制动器和第一离合器的接合，提供输入构件与输出构件之间前进或后退的液压传动。
进一步，所述离合器组件还包括第二离合器，所述第二离合器用于选择性的将输入构件连接到行星齿轮总成以共同旋转；通过调节液压传动总成的排量比和控制所述第一离合器和第二离合器的接合，提供输入构件与输出构件之间前进的液压机械传动。
进一步，所述离合器组件还包括第二离合器和第三离合器，所述第二离合器用于选择性的将输入构件连接到行星齿轮总成以共同旋转；所述第三离合器用于选择性的将行星齿轮总成的太阳轮连接到行星齿轮总成的行星架以共同旋转；所述制动器组件包括第二制动器，所述第二制动器用于选择性的将所述行星齿轮总成的齿圈连接到固定件；通过调节液压传动总成的排量比和控制所述第二离合器、第三离合器和第二制动器的接合，提供输入构件与输出构件之间前进或后退的机械传动。
进一步，接合所述第二离合器和第二制动器、接合所述第二离合器和第三离合器，分别提供输入构件与输出构件之间前进各自相异的机械传动方式。
进一步，所述换档组件包括若干不同转速的档位，每一个不同转速的档位通过一个离合器与输出构件接合。
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或后退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传动方式之间切换具体为：
通过液压传动总成的排量比反向增大，使液压传动转换为机械传动；
在机械传动基础上，通过液压传动总成的排量比增大，使液压机械传动无级切换机械传动。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的多功能无级变速传动装置，可实现液压传动、机械传动和液压机械传动间的切换，以适应不同工况下的传动要求。
2.本发明所述的多功能无级变速传动装置，结构简单，操作方便，减小了传动系统的体积和重量，增加了传动系统的效率。
3.本发明所述的多功能无级变速传动装置，使用液压传动起步，增加了传动系统的柔性化。
4.本发明所述的多功能无级变速传动装置，使用液压机械传动连接两个机械传动，实现无动力中断的无级变速功能。
附图说明
图1为本发明所述的多功能无级变速传动装置原理图。
图2为本发明所述的多功能无级变速传动装置调速特性曲线。
图中：
1-输入轴；2-液压传动总成；2-1-液压动力输入齿轮副；2-2-变量泵；2-3-定量马达；2-4-第一离合器；2-5-液压动力输出齿轮副；3-行星齿轮总成；3-1-第二制动器；3-2-齿圈；3-3-行星架；3-4-太阳轮；3-5-第三离合器；4-中间轴；5-换档组；5-1-前进档Ⅰ级齿轮副；5-2-前进档Ⅱ级齿轮副；5-3-前进档Ⅲ级齿轮副；5-4-过渡齿轮副；5-5-第四离合器；5-6-第五离合器；5-7-第六离合器；6-输出轴；7-机械传动总成；7-1-机械传动轴；7-2第二离合器；7-3-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，本发明所述的多功能无级变速传动装置，包括输入轴1、液压传动总成2、机械传动总成7、行星齿轮总成3、中间轴4、换档组5和输出轴6；
所述液压传动总成2包括液压动力输入齿轮副2-1、变量泵2-2、定量马达2-3、第一离合器2-4和液压动力输出齿轮副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通过液压动力输出齿轮副2-5与行星齿轮总成3连接以共同旋转；所述定量马达2-3与液压动力输出齿轮副2-5之间设有第一离合器2-4。
所述行星齿轮总成3包括第二制动器3-1、齿圈3-2、行星架3-3、太阳轮3-4和第三离合器3-5。齿圈3-2、行星架3-3和太阳轮3-4组成行星轮系，所述第二制动器3-1用于选择性的将所述齿圈3-2连接到固定件；所述第三离合器3-5用于选择性的将所述太阳轮3-4的输入轴与中间轴4连接，所述中间轴4与行星架3-3连接。
所述机械传动总成7包括机械传动轴7-1、第二离合器7-2和第一制动器7-3；输入轴1直接与机械传动轴7-1连接，第二离合器7-2用于选择性的将机械传动轴7-1连接到太阳轮3-4的输入轴以共同旋转；所述第一制动器7-3用于选择性的将所述太阳轮3-4的输入轴连接到固定件。
输入轴1通过液压传动总成2和机械传动总成7将发动机动力进行分流，机械传动轴7-1与中间轴4间设有行星齿轮总成3，中间轴4和输出轴6间设有换档组5；液压传动总成2输出的动力通过齿圈3-2传至行星齿轮总成3，机械传动总成7输出的动力通过机械传动轴7-1传至行星齿轮总成3，通过行星齿轮总成3将液压传动总成2和机械传动总成7输出的动力进行汇流，汇流后的动力通过换档组5，经输出轴6输出。
中间轴4与输出轴6通过换档组5进行连接，当接合第四离合器5-5，中间轴4输出的动力经前进档Ⅰ级齿轮副5-1，前进档Ⅱ级齿轮副5-2，前进档Ⅲ级齿轮副5-3传递到输出轴6；接合第五离合器5-6，中间轴4输出的动力经前进档Ⅰ级齿轮副5-1传递到输出轴6；接合第六离合器5-7，中间轴4输出的动力经过渡齿轮副5-4传递到输出轴6。
如图2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离合器2-4、第二离合器7-2、第三离合器3-5、第四离合器5-5、第五离合器5-6、第六离合器5-7、第一制动器7-3和第二制动器3-1的接合，提供输入构件与输出构件之间前进或后退的传动方式包括：液压传动、机械传动和液压机械传动。
如表1，以下以前进档位和后退档位为例进行说明：
当第一离合器2-4和第二离合器7-2处于分离状态，车辆处于怠速状态，此时无动力输出。
当第二离合器7-2和第三离合器3-5接合，第二制动器3-1、第一制动器7-3、第一离合器2-4、第四离合器5-5、第五离合器5-6和第六离合器5-7分离时，发动机动力经中间轴4输出以驱动其它装置，此为动力输出模式。
当第一离合器2-4、第六离合器5-7和第一制动器7-3接合时，记为F1，传动方式为液压传动。发动机动力经输入轴1传递到液压传动总成2，定量马达2-3输出的动力经液压动力输出齿轮副2-5输入行星齿轮总成3的齿圈3-2，由于第一制动器7-3接合使太阳轮3-4固定，通过行星架3-3输出动力到中间轴4，接合第六离合器5-7，中间轴4输出的动力经过渡齿轮副5-4传递到输出轴6。变量泵在正排量上运行时，车辆运行在前进Ⅰ档，排量比从0变化到-0.3，速度从0km/h变化到2.86km/h。
当第二离合器7-2、第四离合器5-5和第二制动器3-1接合，记为F2，传动方式为机械传动。输入轴1通过机械传动轴7-1将发动机动力传递到行星齿轮总成3的太阳轮3-4，由于第二制动器3-1接合使齿圈3-2固定，通过行星架3-3输出动力到中间轴4；接合第四离合器5-5，中间轴4输出的动力经前进档Ⅰ级齿轮副5-1，前进档Ⅱ级齿轮副5-2，前进档Ⅲ级齿轮副5-3传递到输出轴6；车辆运行在前进Ⅱ档，此时车速保持2.86km/h不变。
当第一离合器2-4、第二离合器7-2和第五离合器5-6接合，记为F3，传动方式为液压机械传动。输入轴1通过液压传动总成2和机械传动总成7将发动机动力进行分流，液压传动总成2输出的动力通过齿圈3-2传至行星齿轮总成3，机械传动总成7输出的动力通过机械传动轴7-1传至行星齿轮总成3，通过行星齿轮总成3将液压传动总成2和机械传动总成7输出的动力进行汇流，汇流后的动力通过换档组5，接合第五离合器5-6，中间轴4输出的动力经前进档Ⅰ级齿轮副5-1传递到输出轴6；车辆运行在前进Ⅲ档，排量比从-0.3变化到1，速度从2.86km/h变化到40km/h。
当第二离合器7-2、第三离合器3-5和第五离合器5-6接合，记为F4，传动方式为机械传动。输入轴1通过机械传动轴7-1直接将发动机动力传递中间轴4，接合第五离合器5-6，中间轴4输出的动力经前进档Ⅰ级齿轮副5-1传递到输出轴6；车辆运行在前进Ⅳ档，此时车速保持40km/h不变。
当第一离合器2-4、第六离合器5-7和第一制动器7-3接合时，记为R1，传动方式为液压后退传动。此时变量泵在负排量上运行时，车辆运行在后退Ⅰ档，排量比从0变化到0.4，速度从0km/h变化到-2.86km/h。
当第二离合器7-2、第六离合器5-7和第二制动器3-1接合，记为R2，传动方式为机械后退传动。输入轴1通过机械传动轴7-1将发动机动力传递到行星齿轮总成3的太阳轮3-4，由于第二制动器3-1接合使齿圈3-2固定，通过行星架3-3输出动力到中间轴4；接合第六离合器5-7，中间轴4输出的动力经过渡齿轮副5-4传递到输出轴6。车辆运行在后退Ⅱ档，此时车速保持-2.86km/h不变。
表1主要元件工作示意表
档位 C<sub>1</sub> C<sub>2</sub> C<sub>3</sub> C<sub>4</sub> C<sub>5</sub> C<sub>6</sub> B<sub>1</sub> B<sub>2</sub>
F1 ● ○ ○ ○ ○ ● ● ○
F2 ○ ● ○ ● ○ ○ ○ ●
F3 ● ● ○ ○ ● ○ ○ ○
F4 ○ ● ● ○ ● ○ ○ ○
R1 ● ○ ○ ○ ○ ● ● ○
R2 ○ ● ○ ○ ○ ● ○ ●
注：●代表离合器或制动器的接合，○代表离合器或制动器的分离。
表1中，C1表示第一离合器2-4；C2表示第二离合器7-2；C3表示第三离合器3-5；C4表示第四离合器5-5；C5表示第五离合器5-6；C6表示第六离合器5-7；B1表示第一制动器7-3；B2表示第二制动器3-1。
图2所示，车辆运行在前进Ⅲ档即F3时，采用液压机械传动，连接前进Ⅱ档即F2和前进Ⅳ档即F4这两个机械档位，以保证传动系统的无动力中断无级变速。通过液压传动总成2的排量比反向增大，使F1转换为F2；在F2基础上，通过液压传动总成2的排量比增大，使F3无级切换F4。
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 (1)

1.一种多功能无级变速传动装置，其特征在于，包括输出构件、输入构件、液压传动总成（2）、行星齿轮总成（3）、离合器组件和制动器组件；所述输入构件分别与液压传动总成（2）和行星齿轮总成（3）连接，所述行星齿轮总成（3）通过换档组件（5）与输出构件连接，所述离合器组件分别将所述输入构件和液压传动总成（2）连接到行星齿轮总成，所述制动器组件和所述离合器组件提供输入构件与输出构件之间连续前进或后退的传动比；通过调节液压传动总成（2）的排量比和选择性控制所述离合器组件和制动器组件的接合，提供输入构件与输出构件之间前进或后退的传动方式包括：液压传动、机械传动和液压机械传动；
所述制动器组件包括第一制动器（7-3）和第二制动器（3-1），所述第一制动器（7-3）用于选择性的将所述行星齿轮总成（3）的太阳轮连接到固定件；所述第二制动器（3-1）用于选择性的将所述行星齿轮总成（3）的齿圈连接到固定件；
所述离合器组件包括第一离合器（2-4）、第二离合器（7-2）和第三离合器（3-5），所述第一离合器（2-4）用于选择性的将液压传动总成（2）连接到行星齿轮总成（3）以共同旋转；所述第二离合器（7-2）用于选择性的将输入构件连接到行星齿轮总成（3）以共同旋转；所述第三离合器（3-5）用于选择性的将行星齿轮总成（3）的太阳轮连接到行星齿轮总成（3）的行星架以共同旋转；通过调节液压传动总成（2）的排量比和控制所述第一制动器（7-3）和第一离合器（2-4）的接合，提供输入构件与输出构件之间前进或后退的液压传动；通过调节液压传动总成（2）的排量比和控制所述第一离合器（2-4）和第二离合器（7-2）的接合，提供输入构件与输出构件之间前进的液压机械传动；通过控制所述第二离合器（7-2）、第三离合器（3-5）和第二制动器（3-1）的接合，提供输入构件与输出构件之间前进或后退的机械传动；
接合所述第二离合器（7-2）和第二制动器（3-1）、接合所述第二离合器（7-2）和第三离合器（3-5），分别提供输入构件与输出构件之间前进各自相异的机械传动方式；
所述换档组件（5）包括若干不同转速的档位，每一个不同转速的档位通过一个离合器与输出构件接合；
当第一离合器（2-4）、第六离合器（5-7）和第一制动器（7-3）接合时，传动装置为前进方向的液压传动，在前进方向的液压传动基础上，通过液压传动总成（2）的排量比反向增大和通过接合第二离合器（7-2）、第四离合器（5-5）和第二制动器（3-1），使前进方向的液压传动转换为前进方向的第一机械传动；在前进方向的第一机械传动基础上，通过接合第一离合器（2-4）、第二离合器（7-2）和第五离合器（5-6），使前进方向的第一机械传动转换为前进方向的液压机械传动；在前进方向的液压机械传动基础上，通过液压传动总成（2）的排量比反向减小到0后再正向增大和通过接合第二离合器（7-2）、第三离合器（3-5）和第五离合器（5-6），使前进方向的液压机械传动转换为前进方向的第二机械传动。
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