CN109764123A - 一种行星齿轮特性参数可变的多模式切换动力传动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种行星齿轮特性参数可变的多模式切换动力传动系统，包括输入构件、输出构件、离合器组件、液压传动总成和行星齿轮总成，所述输入构件与液压传动总成连接，所述输出构件分别与输入构件、行星齿轮总成和液压传动总成连接，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。本发明将液压传动与机械传动相结合，产生了液压机械无级传动，通过液压传动实现无级调速，通过机械传动实现高效传动。
Description
技术领域
本发明涉及传动系统领域或汽车传动领域或者发动机传动领域，特别涉及一种行星齿轮特性参数可变的多模式切换动力传动系统。
背景技术
带有无级变速功能的复合传动方式一直是传动领域的研究热点。无级传动可根据发动机工作状态和路面状况调节传动比，使发动机始终工作在最佳动力性和最佳燃油经济性曲线上，实现发动机、传动系统和负载的匹配，最终实现人-机-环境一体化。
液压传动具有较宽的速比和高功率密度特性，在车辆无级传动的研究中日益受到重视，但也具有平均效率低下，转矩受油压和排量限制的缺点，并且大功率液压件的成本和技术要求较高，因而难以在车辆上直接使用。机械传动具有较高的传动效率，但柔度较低，在启动、换挡和制动等复杂工况下，造成传动系统动力中断。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种行星齿轮特性参数可变的多模式切换动力传动系统，将液压传动与机械传动相接合，产生了液压机械无级传动，这是双流传动的一种方式，通过液压传动实现无级调速，通过机械传动实现高效传动。该传动方式具有传递功率大、运行效率高的优点，又继承了液压传动无级变速的功能，有效地扩展了速比范围，并能够自动适应行驶阻力的变化，实现无级变速，保证发动机工作在最佳工作点，已成为大功率无级传动的主要发展方向。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种行星齿轮特性参数可变的多模式切换动力传动系统，包括输入构件、输出构件、离合器组件、液压传动总成和行星齿轮总成，所述输入构件与液压传动总成连接，所述输出构件分别与输入构件、行星齿轮总成和液压传动总成连接，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，所述离合器组件包括第二离合器，所述第二离合器用于选择性的将液压传动总成连接到输出构件以共同旋转；通过调节液压传动总成的排量比和控制所述第二离合器的接合，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，所述离合器组件包括第三离合器，所述第三离合器用于选择性的将输入构件连接到输出构件以共同旋转；通过控制所述第三离合器的接合，提供输入构件与输出构件之间前进或后退的机械传动。
进一步，所述离合器组件包括第一离合器和接合套组件，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；所述接合套组件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接合套组件的接合，提供输入构件与输出构件之间前进或后退的液压机械传动。
进一步，所述行星齿轮总成包括前行星轮系和后行星轮系，所述前行星轮系和后行星轮系共用齿圈，所述齿圈通过第一离合器与液压传动总成连接；所述接合套组件用于选择性的将所述前行星轮系的太阳轮与输入构件连接或所述后行星轮系的太阳轮与输入构件连接以共同旋转；所述前行星轮系的行星轮和后行星轮系的行星轮通过前行星轮系的行星架连接；所述后行星轮系的行星架与输出构件连接。
进一步，所述接合套组件包括第四离合器和第五离合器，所述第五离合器用于选择性的将所述后行星轮系的太阳轮与输入构件连接；所述第四离合器用于选择性的将所述前行星轮系的太阳轮与输入构件连接以共同旋转。
进一步，所述行星齿轮总成为单行星轮系，所述接合套组件包括第六离合器、第七离合器、第八离合器和第九离合器；所述第六离合器用于选择性的将所述单行星轮系的前行星架与输入构件连接；所述第七离合器用于选择性的将所述单行星轮系的太阳轮与输入构件连接；所述第八离合器用于选择性的将所述单行星轮系的太阳轮与输出构件连接；所述第九离合器用于选择性的将所述单行星轮系的后行星架与输出构件连接；接合所述的第一离合器、第六离合器和第八离合器，接合所述的第一离合器、第七离合器和第九离合器，分别提供输入构件与输出构件之间前进或后退各自相异的液压机械传动方式。
进一步，所述液压传动总成与行星齿轮总成设有液压换挡机构，用于提供液压传动总成与行星齿轮总成之间不同传动比；所述输入构件与行星齿轮总成设有机械换挡机构，用于提供输入构件与行星齿轮总成之间不同传动比。
进一步，通过调节液压传动总成的排量比，实现输入构件与输出构件之间的前进或后退传动方式之间的切换。
进一步，还包括动力输出总成，所述输入构件通过轮系与动力输出总成连接。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的行星齿轮特性参数可变的多模式切换动力传动系统，将液压传动与机械传动相接合，产生了液压机械无级传动，这是双流传动的一种方式，通过液压传动实现无级调速，通过机械传动实现高效传动。
2.本发明所述的行星齿轮特性参数可变的多模式切换动力传动系统，传动方式具有传递功率大、运行效率高的优点，又继承了液压传动无级变速的功能，有效地扩展了速比范围，并能够自动适应行驶阻力的变化，实现无级变速，保证发动机工作在最佳工作点，已成为大功率无级传动的主要发展方向。
3.本发明所述的行星齿轮特性参数可变的多模式切换动力传动系统，在液压传动、液压机械传动和机械传动间进行多模式切换的动力传动系统，使得液压传动用于起步作业，液压机械传动用于田间作业，机械传动用于运输作业，并可通过控制行星齿轮接合套以调节行星齿轮特性参数，选择不同的液压机械传动档位连接液压传动档位和机械传动档位的多功能变速传动装置。
附图说明
图1为本发明实施例1的原理图。
图2为本发明所述的行星齿轮特性参数可变的多模式切换动力传动系统调速特性曲线。
图3为本发明实施例2的原理图。
图4为本发明实施例3的原理图。
图5为本发明实施例4的原理图。
图中：
1-主离合器；2-输入轴；3-前进后退档总成；3-1-倒档增速主动齿轮；3-2-倒档增速从动齿轮；3-3-带花键套的换挡齿轮；3-4-倒档惰轮；3-5-倒档减速主动齿轮；4-液压传动总成；4-1-液压动力输入齿轮副；4-2-变量泵；4-3-定量马达；4-4-第十离合器；4-5-第一液压换挡齿轮副；4-6-第十一离合器；4-7-第二液压换挡齿轮副；4-8-第一过渡轴；4-9-液压换挡机构输出轴；5-行星齿轮总成；5-1-行星齿轮接合套；5-2-行星齿轮输入齿轮副；5-3-第一离合器；5-4-行星齿轮共用齿圈；5-5-行星齿轮前太阳轮；5-6-行星齿轮前行星架；5-7-行星齿轮后太阳轮；5-8-行星齿轮后行星架；5-9-第三离合器；5-10-液压动力输出齿轮副；5-11-第二离合器；5-12-第四离合器；5-13-第五离合器；5-14-第六离合器；5-15-第七离合器；5-16-第八离合器；5-17-第九离合器；5-18-第一机械换挡齿轮副；5-19-第十二离合器；5-20-第二机械换挡齿轮副；5-21-第十三离合器；5-22-第二过渡轴；5-23-机械换挡机构输出轴；6-输出轴；7-中间轴；8-动力输出总成；8-1-动力输出齿轮副；8-2-动力输出轴。
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。
实施例1，如图1所示，本发明所述的行星齿轮特性参数可变的多模式切换动力传动系统，包括主离合器1、输入轴2、前进后退档总成3、中间轴7、液压传动总成4、行星齿轮总成5、输出轴6和动力输出总成8；所述主离合器1用于连接动力源与输入轴2。
所述前进后退档总成3包括倒档增速主动齿轮3-1、倒档增速从动齿轮3-2、带花键套的换挡齿轮3-3、倒档惰轮3-4和倒档减速主动齿轮3-5；倒档增速主动齿轮3-1与倒档增速从动齿轮3-2啮合，所述倒档增速主动齿轮3-1与输入轴2连接；所述倒档惰轮3-4和倒档减速主动齿轮3-5啮合，所述倒档增速从动齿轮3-2与倒档减速主动齿轮3-5一体共同旋转；所述带花键套的换挡齿轮3-3可以实现输入轴2与中间轴7之间的相同或相反转向。
所述液压传动总成4包括液压动力输入齿轮副4-1、变量泵4-2和定量马达4-3；所述中间轴7通过液压传动输入齿轮副4-1与变量泵4-2连接；所述变量泵4-2用于提供定量马达4-3动力。
所述行星齿轮总成5包括行星齿轮接合套5-1、行星齿轮输入齿轮副5-2、第一离合器5-3、行星齿轮共用齿圈5-4、行星齿轮前太阳轮5-5、行星齿轮前行星架5-6、行星齿轮后太阳轮5-7、行星齿轮后行星架5-8、第三离合器5-9、液压动力输出齿轮副5-10和第二离合器5-11；所述定量马达4-3输出轴可通过行星齿轮输入齿轮副5-2连接行星齿轮共用齿圈5-4；所述第一离合器5-3用于选择性将定量马达4-3输出轴连接到行星齿轮共用齿圈5-4以共同旋转；所述定量马达4-3输出轴还可通过液压动力输出齿轮副5-10连接输出轴6；所述第二离合器5-11用于选择性将定量马达4-3输出轴连接到输出轴6以共同旋转；所述行星齿轮共用齿圈5-4、行星齿轮前太阳轮5-5、行星齿轮前行星架5-6和前行星轮构成前行星轮系；所述行星齿轮共用齿圈5-4、行星齿轮后太阳轮5-7、行星齿轮后行星架5-8和后行星轮构成后行星轮系，所述后行星轮与前行星轮通过行星齿轮前行星架5-6连接；所述行星齿轮后行星架5-8与输出轴6连接；所述行星齿轮接合套5-1用于选择性的将所述行星齿轮前太阳轮5-5与中间轴7连接或所述行星齿轮后太阳轮5-7与中间轴7连接以共同旋转。第三离合器5-9用于选择性的将行星齿轮总成5连接到输出轴6以共同旋转。所述中间轴7与第三离合器5-9连接。
所述动力输出总成8包括动力输出齿轮副8-1和动力输出轴8-2。所述动力输出齿轮副8-1用于连接动力输出轴10-2与输入轴2。
如图2所示，通过调节液压传动总成4的排量比和选择性控制所述第一离合器5-3、第二离合器5-11、第三离合器5-9和行星齿轮接合套5-1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，以下仅以前进档位为例进行说明，后退档位参照以上说明，同理可得。
当接合第二离合器5-11时，记为F1(H)，传动方式为液压传动。发动机动力经输入轴2、中间轴7，传递到液压传动总成4，定量马达4-3输出的动力经液压动力输出齿轮副5-10，从输出轴6输出。
当接合第一离合器5-3，且行星齿轮接合套5-1将所述行星齿轮前太阳轮5-5与中间轴7连接时，记为F2(HM)，传动方式为液压机械传动；发动机动力经输入轴2，传递到中间轴7分为两路，一路经液压传动总成4、行星齿轮输入齿轮副5-2，传递到行星齿轮共用齿圈5-4；另一路经行星齿轮前太阳轮5-5，与传动到行星齿轮共用齿圈5-4的液压功率流相汇合，从输出轴6输出。
当接合第一离合器5-3，且行星齿轮接合套5-1将所述行星齿轮后太阳轮5-7与中间轴7连接时，记为F3(HM)，传动方式为液压机械传动；发动机动力经输入轴2，传递到中间轴7分为两路，一路经液压传动总成4、行星齿轮输入齿轮副5-2，传递到行星齿轮共用齿圈5-4；另一路经行星齿轮后太阳轮5-7，与传动到行星齿轮共用齿圈5-4的液压功率流相汇合，从输出轴6输出。
当接合第三离合器5-9时，记为F4(M)，传动方式为机械传动。发动机动力经输入轴2、中间轴7，传递到行星齿轮总成5，由于行星齿轮5固连，动力最终直接从输出轴6输出。
表1主要元件工作示意图
表1中，S表示带花键套的换挡齿轮3-3；C1表示第一离合器5-3；C2表示第二离合器5-11；C3表示第三离合器5-9；T为行星齿轮接合套5-1，K1表示行星齿轮接合套5-1将所述行星齿轮前太阳轮5-5与中间轴7连接，K2表示行星齿轮接合套5-1将所述行星齿轮后太阳轮5-7与中间轴7连接。
液压传动实现起步柔和，液压机械传动实现无级调速，机械传动实现高效传动，以适应不同工况。换挡过程可有以下三种方式：
1.F1(H)→F2(HM)→F4(M)；
2.F1(H)→F3(HM)→F4(M)；
3.F1(H)→F2(HM)→F3(HM)→F4(M)。
前两种方式可实现全过程无级变速，第三种方式在F2(HM)切换到F3(HM)时，产生动力中断，但可扩大马达输出转速和转矩的覆盖范围，进而减少液压件的规格，也可起到在输出轴速度提高而转矩下降时，减少马达的负载转矩的作用。
实施例2，如图3所示，所述行星齿轮接合套5-1可以用第四离合器5-12和第五离合器5-13代替，所述第五离合器5-13用于选择性的将所述后行星轮系的太阳轮与输入构件连接；所述第四离合器5-12用于选择性的将所述前行星轮系的太阳轮与输入构件连接以共同旋转。只需同时切换第四离合器5-12和第五离合器5-13即可达到实施例1中行星齿轮接合套5-1切换的目的，且更具精确性。
实施例3，如图4所示，所述行星齿轮总成5为单行星轮系，所述接合套组件包括第六离合器5-14、第七离合器5-15、第八离合器5-16和第九离合器5-17；所述第六离合器5-14用于选择性的将所述单行星轮系的前行星架与中间轴7连接；所述第七离合器5-15用于选择性的将所述单行星轮系的太阳轮与中间轴7连接；所述第八离合器5-16用于选择性的将所述单行星轮系的太阳轮与输出轴6连接；所述第九离合器5-17用于选择性的将所述单行星轮系的后行星架与输出轴6连接；接合所述的第一离合器5-3、第六离合器5-14和第八离合器5-16提供输入轴2与输出轴6之间液压机械传动方式：F2(HM)。接合所述的第一离合器5-3、第七离合器5-15和第九离合器5-17，提供输入轴2与输出轴6之间液压机械传动方式：F3(HM)。
实施例4，如图5所示，所述液压传动总成4与行星齿轮总成5设有液压换挡机构，用于提供液压传动总成4与行星齿轮总成5之间不同传动比；液压换挡机构包括第十离合器4-4、第一液压换挡齿轮副4-5、第十一离合器4-6、第二液压换挡齿轮副4-7、第一过渡轴4-8和液压换挡机构输出轴4-9；所述定量马达4-3输出轴与第一过渡轴4-8之间分别设有不同传动比的第一液压换挡齿轮副4-5和第二液压换挡齿轮副4-7，所述第一过渡轴4-8与液压换挡机构输出轴4-9连接；所述液压换挡机构输出轴4-9用于传递动力到输出轴6或行星齿轮总成5。所述第十离合器4-4和第十一离合器4-6用于传递定量马达4-3输出轴与第一过渡轴4-8之间不同的传动比。
所述输入构件与行星齿轮总成5设有机械换挡机构，用于提供输入构件与行星齿轮总成5之间不同传动比。机械换挡机构包括第一机械换挡齿轮副5-18、第十二离合器5-19、第二机械换挡齿轮副5-20、第十三离合器5-21、第二过渡轴5-22和机械换挡机构输出轴5-23；所述中间轴7与第二过渡轴5-22之间分别设有不同传动比的第一机械换挡齿轮副5-18和第二机械换挡齿轮副5-20，机械换挡机构输出轴5-23与第二过渡轴5-22连接；所述机械换挡机构输出轴5-23用于传递动力到行星齿轮总成5。所述第十二离合器5-19和第十三离合器5-21用于传递中间轴7与第二过渡轴5-22之间不同的传动比。
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)
1.一种行星齿轮特性参数可变的多模式切换动力传动系统，其特征在于，包括输入构件、输出构件、离合器组件、液压传动总成(4)和行星齿轮总成(5)，所述输入构件与液压传动总成(4)连接，所述输出构件分别与输入构件、行星齿轮总成(5)和液压传动总成(4)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(4)连接到行星齿轮总成(5)，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。
2.根据权利要求1所述的行星齿轮特性参数可变的多模式切换动力传动系统，其特征在于，通过调节液压传动总成(4)的排量比和选择性控制所述离合器组件的接合，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。
3.根据权利要求2所述的行星齿轮特性参数可变的多模式切换动力传动系统，其特征在于，所述离合器组件包括第二离合器(5-11)，所述第二离合器(5-11)用于选择性的将液压传动总成(4)连接到输出构件以共同旋转；通过调节液压传动总成(4)的排量比和控制所述第二离合器(5-11)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。
4.根据权利要求2所述的行星齿轮特性参数可变的多模式切换动力传动系统，其特征在于，所述离合器组件包括第三离合器(5-9)，所述第三离合器(5-9)用于选择性的将行星齿轮总成(5)连接到输出构件以共同旋转；通过控制所述第三离合器(5-9)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。
5.根据权利要求2所述的行星齿轮特性参数可变的多模式切换动力传动系统，其特征在于，所述离合器组件包括第一离合器(5-3)和接合套组件，所述第一离合器(5-3)用于选择性的将液压传动总成(4)连接到行星齿轮总成(5)以共同旋转；所述接合套组件用于选择性的将输入构件连接到行星齿轮总成(5)以共同旋转；通过调节液压传动总成(4)的排量比和控制所述第一离合器(5-3)和接合套组件的接合，提供输入构件与输出构件之间前进或后退的液压机械传动。
6.根据权利要求5所述的行星齿轮特性参数可变的多模式切换动力传动系统，其特征在于，所述行星齿轮总成(5)包括前行星轮系和后行星轮系，所述前行星轮系和后行星轮系共用齿圈，所述齿圈通过第一离合器(5-3)与液压传动总成(4)连接；所述接合套组件用于选择性的将所述前行星轮系的太阳轮与输入构件连接或所述后行星轮系的太阳轮与输入构件连接以共同旋转；所述前行星轮系的行星轮和后行星轮系的行星轮通过前行星轮系的行星架连接；所述后行星轮系的行星架与输出构件连接。
7.根据权利要求6所述的行星齿轮特性参数可变的多模式切换动力传动系统，其特征在于，所述接合套组件包括第四离合器(5-12)和第五离合器(5-13)，所述第五离合器(5-13)用于选择性的将所述后行星轮系的太阳轮与输入构件连接；所述第四离合器(5-12)用于选择性的将所述前行星轮系的太阳轮与输入构件连接以共同旋转。
8.根据权利要求5所述的行星齿轮特性参数可变的多模式切换动力传动系统，其特征在于，所述行星齿轮总成(5)为单行星轮系，所述接合套组件包括第六离合器(5-14)、第七离合器(5-15)、第八离合器(5-16)和第九离合器(5-17)；所述第六离合器(5-14)用于选择性的将所述单行星轮系的前行星架与输入构件连接；所述第七离合器(5-15)用于选择性的将所述单行星轮系的太阳轮与输入构件连接；所述第八离合器(5-16)用于选择性的将所述单行星轮系的太阳轮与输出构件连接；所述第九离合器(5-17)用于选择性的将所述单行星轮系的后行星架与输出构件连接；接合所述的第一离合器(5-3)、第六离合器(5-14)和第八离合器(5-16)，接合所述的第一离合器(5-3)、第七离合器(5-15)和第九离合器(5-17)，分别提供输入构件与输出构件之间前进或后退各自相异的液压机械传动方式。
9.根据权利要求1-8任一项所述的行星齿轮特性参数可变的多模式切换动力传动系统，其特征在于，所述液压传动总成(4)与行星齿轮总成(5)设有液压换挡机构，用于提供液压传动总成(4)与行星齿轮总成(5)之间不同传动比；
所述输入构件与行星齿轮总成(5)设有机械换挡机构，用于提供输入构件与行星齿轮总成(5)之间不同传动比。
10.根据权利要求2所述的行星齿轮特性参数可变的多模式切换动力传动系统，其特征在于，通过调节液压传动总成(4)的排量比，实现输入构件与输出构件之间的前进或后退传动方式之间的切换。
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