CN110023648A - 用于车辆的变速器 - Google Patents

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CN110023648A CN201680091345.XA CN201680091345A CN110023648A CN 110023648 A CN110023648 A CN 110023648A CN 201680091345 A CN201680091345 A CN 201680091345A CN 110023648 A CN110023648 A CN 110023648A
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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的变速器(100)，该变速器包括主变速器装置(900)、变速器壳体(160)、输入轴(136)和输出轴(112)，主变速器装置(900)包括第一行星齿轮组(102)、第二行星齿轮组(104)和第三行星齿轮组(106)，每个行星齿轮组包括第一行星构件、第二行星构件和第三行星构件，所述行星构件为太阳齿轮、行星架和齿圈，所述主变速器装置还包括五个换档元件(138，142，144，146，150)，所述五个换档元件能以两个换档元件相组合的方式接合，以获得六个前进档位级，其中，第一行星齿轮组(102)的齿圈(102R)和第二行星齿轮组(104)的行星架(104P)操作性地彼此连接，第二行星齿轮组(104)的齿圈(104R)和第三行星齿轮组(106)的行星架(106P)操作性地彼此连接，并且第三行星齿轮组(106)的两个行星构件能选择性地彼此连接。

Description

用于车辆的变速器
技术领域
本发明涉及一种车辆的变速器。本发明还涉及包括这种变速器的车辆。本发明适用于车辆，特别是工程机械，例如轮式装载机、铰接式运输车、自卸式卡车等。虽然将主要关于轮式装载机来描述本发明，但它也可适用于其它类型的车辆。
背景技术
关于在建筑工地等处运输重物，通常使用工程机械。工程机械可以用于与道路或隧道建筑、沙坑、矿山、林业和类似环境相关的运输。因此，工程机械经常在没有常规道路的崎岖地形和湿滑地面上以大且重的负载运行。
为了满足其中工程机械频繁运行的场地的期望需求，需要高质量的车辆变速箱。变速箱被布置成根据特定的驾驶场景来调节车辆的速度和牵引力。变速箱包括变速器装置，并且取决于变速箱的具体类型，变速器装置可以包括例如：普通齿轮组，其具有彼此接合连接的圆柱形齿轮；或者行星齿轮组，其包括相应的太阳齿轮、齿圈和行星架；或者具有普通齿轮组及一个或多个行星齿轮组的组合的变速器。
根据现有技术的解决方案，变速器通常被布置成获得多个档位级，前进档位级和倒档档位级。为了获得这些档位级，变速器通常与大量的变速器部件(例如，齿轮、轴和换档元件)相关联。对于许多应用，大量的档位级可能是多余的，因为一些档位级可能很少使用。
因此，期望提供一种变速器装置，其被布置成以减少数量的变速器部件来获得足够数量的档位级。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种变速器，所述变速器被布置成通过使用与现有技术相比减少数量的变速器部件来获得足够数量的档位级。该目的至少部分地通过根据权利要求1所述的变速器来实现。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于车辆的变速器，该变速器包括主变速器装置、变速器壳体、输入轴和输出轴，该主变速器装置包括第一行星齿轮组、第二行星齿轮组和第三行星齿轮组，每个行星齿轮组包括第一行星构件、第二行星构件和第三行星构件，所述行星构件为太阳齿轮、行星架和齿圈，该主变速器装置还包括五个换档元件，所述五个换档元件能够以两个换档元件相组合的方式接合，以获得六个前进档位级，其中，第一行星齿轮组的齿圈和第二行星齿轮组的行星架彼此操作性地连接，第二行星齿轮组的齿圈和第三行星齿轮组的行星架彼此操作性地连接，并且第三行星齿轮组的两个行星构件彼此能选择性地连接。
在下文和整个说明书中，“操作性地连接”的措辞应当被解释为使得其部件固定地彼此连接，即，操作性地彼此连接的部件的旋转速度是相同的。因此，在操作性地彼此连接的部件之间没有布置连接机构等，因此它们在操作期间不会彼此脱离。因此，第一行星齿轮组的齿圈始终连接到第二行星齿轮组的行星架。
此外，在下文和整个说明书中，“能选择性地连接”的措辞应被解释为一个元件在期望的时间点时可连接到另一元件。因此，变速器装置的换档可以通过将元件彼此连接或断开连接来执行。部件可以通过于连接机构/锁定机构选择性地彼此连接，并且可以通过例如控制单元等来控制。当连接机构/锁定机构定位在接合状态时，所述部件彼此连接。
本发明是基于以下见解：通过提供上述主变速器装置来获得用于实现前进档位的有利的变速器。因此，优点是需要少量的变速器部件(例如仅三个行星齿轮组和五个换档元件)来获得六个前进档位。而且，由于六个前进档位中的每一个仅需要两个换档元件被接合，所以对于每个前进档位需要激活少量的换档元件。此外，当执行一级换档以及执行二级换档时，仅需要一个换档元件从脱离状态转换到接合状态，并且仅需要一个换档元件从接合状态转换到脱离状态。“一级换档”应被理解为是指从一个档位级换档到下一个即将到来的后继档位级，例如，从第一档位级换档到第二档位级。另一方面，“二级换档”应被理解为是指执行排除下一个即将到来的后继档位级的换档，例如，从第一档位级换档到第三档位级。
又一个优点是，主变速器装置可以连接到合适的附加的变速器装置，用于实现倒档档位。因此，主变速器装置仅获得前进档位，并且根据该变速器的特定预期用途，可以使用用于倒档档位的合适的附加的变速器。因此，主变速器装置可以用作可以与多个附加的变速器装置结合使用的基本上通用的前进档位变速器装置。
根据示例性实施例，第三行星齿轮组的太阳齿轮和齿圈可以选择性地彼此连接。因此，动力可以经由第三行星齿轮组的行星架从输入轴传递到第二行星齿轮组的齿圈，而没有第三行星齿轮组中的动力再循环。
根据示例性实施例，第三行星齿轮组的太阳齿轮和行星架可以选择性地彼此连接。因此，通过绕过第三行星齿轮组，动力可以经由第三行星齿轮组的行星架从输入轴传递到第二行星齿轮组的齿圈。
根据示例性实施例，第三行星齿轮组的行星架和齿圈可以选择性地彼此连接。
根据示例性实施例，所述五个换档元件可以包括两个锁定机构和三个连接机构。
“锁定机构”应被解释为一种例如将一个行星齿轮组的行星构件锁定到变速器壳体的换档元件。因此，当锁定机构定位在接合状态时，与其连接的行星构件保持不动。另一方面，“连接机构”应被解释为一种例如将两个行星构件彼此连接或将行星构件连接到变速器的输入轴或输出轴的换档元件。因此，当连接机构定位在接合状态时，连接机构的相应侧上的构件以相同的旋转速度旋转。锁定机构和连接机构也可以定位在滑动状态，从而在与其连接的构件之间获得相对旋转速度。
根据示例性实施例，所述变速器可以包括附加的变速器装置，该附加的变速器装置被操作性地连接到第一行星齿轮组、第二行星齿轮组和第三行星齿轮组中的一个行星齿轮组，以用于获得至少一个倒档档位级。
由此，获得用于变速器的至少一个倒档档位。如上所述，主变速器装置可以用作基本上通用的前进档位变速器装置，其在这里被补充了倒档档位功能。
根据示例性实施例，所述附加的变速器装置可以操作性地连接到输入轴。由此，附加的变速器装置在输入轴与主变速器装置之间连接在输入轴的下游。由此，与主变速器装置下游的位置相比，附加的变速器装置可以暴露于较低的扭矩水平。因此，优点是可以使附加的变速器装置的部件的尺寸更小。
根据示例性实施例，附加的变速器装置可以包括第四行星齿轮组，该第四行星齿轮组包括太阳齿轮、行星架和齿圈，其中，第四行星齿轮组和第三行星齿轮组操作性地彼此连接。
因此，附加的变速器装置由与主变速器装置类似的结构形成，并且可以优选与主变速器装置同轴布置。因此，第四行星齿轮组与第三行星齿轮组之间的互连可以相对简单地实现。
根据示例性实施例，第四行星齿轮组的太阳齿轮和输入轴可以操作性地彼此连接。
根据示例性实施例，第三行星齿轮组的太阳齿轮和输入轴可以选择性地彼此连接。因此，可以绕过第四行星齿轮组来获得前进档位级。替代地，可以通过将第四行星齿轮组锁定为牢固旋转单元来获得前进档位级。
根据示例性实施例，第四行星齿轮组的齿圈和所述变速器壳体可以选择性地彼此连接。
根据示例性实施例，第四行星齿轮组的行星架和第三行星齿轮组的太阳齿轮可以操作性地彼此连接。
根据示例性实施例，第四行星齿轮组的行星架和变速器壳体可以选择性地彼此连接。
根据示例性实施例，第四行星齿轮组的齿圈和第三行星齿轮组的太阳齿轮可以操作性地彼此连接。
根据示例性实施例，第四行星齿轮组的齿圈和第三行星齿轮组的齿圈可以操作性地彼此连接。
根据示例性实施例，附加的变速器装置可以包括另一换档元件，其中，第二行星齿轮组的行星架和所述变速器壳体可以通过所述另一换档元件而选择性地彼此连接。
由此，可通过简单地将另一换档元件添加到主变速器装置来获得倒档档位。因此，所述另一换档元件被布置成对于倒档档位级而定位在接合状态，而对于前进档位级而定位在脱离状态。而且，所述另一换档元件的位置使得它可以在接合之前被同步。因此，所述另一换档元件可以被设计为互锁换档元件。这种互锁换档元件优选是齿式离合器。
根据示例性实施例，第三行星齿轮组的太阳齿轮和所述输入轴可以操作性地彼此连接。
根据示例性实施例，所述附加的变速器装置可以操作性地连接到输出轴。
由此，可以使用另一替代的附加的变速器装置来获得倒档档位。因此，优点是增加了到达所述附加的变速器装置的位置时的选择自由度。
根据示例性实施例，所述附加的变速器装置可以包括被布置成啮合连接且布置在相应的径向分开的变速器轴上的多个齿轮，其中，所述附加的变速器装置包括另外一对换档元件，该另外一对换档元件分别连接到变速器轴中的相应一个变速器轴，用于获得前进档位和倒档档位。
优点是可以获得变速器的输入轴和输出轴之间的高度差，这使得该变速器适用于例如轮式装载机。
根据示例性实施例，第一行星齿轮组的行星架和所述输出轴可以操作性地彼此连接。
根据示例性实施例，第一行星齿轮组的太阳齿轮和第二行星齿轮组的太阳齿轮可以操作性地彼此连接。
根据示例性实施例，第一行星齿轮组的太阳齿轮和所述变速器壳体可以选择性地彼此连接。
根据示例性实施例，第二行星齿轮组的太阳齿轮和所述变速器壳体可以选择性地彼此连接。
根据示例性实施例，第二行星齿轮组的行星架和第三行星齿轮组的齿圈可以选择性地彼此连接。
根据示例性实施例，第三行星齿轮组的齿圈和变速器壳体可以选择性地彼此连接。
根据示例性实施例，第三行星齿轮组的太阳齿轮和第二行星齿轮组的行星架可以选择性地彼此连接。
根据本发明的第二方面，提供了一种包括原动机和变速箱的车辆，其中，该变速箱包括根据上面关于第一方面描述的示例性实施例中的任一个实施例的变速器。
第二方面的效果和特征很大程度上类似于上面关于第一方面描述的效果和特征。
当研究所附权利要求和以下描述时，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，本发明的不同特征可以组合，以创建除了下面描述的实施例之外的实施例。
定义
行星齿轮组中的不同构件的旋转速度之间的关系根据以下等式来定义：
其中，
ωS是太阳齿轮的旋转速度；
ωP是行星架的旋转速度；
ωR是齿圈的旋转速度；以及
R是行星齿轮组的固定传动比。
如本文中所使用的，用于行星齿轮组的表述“固定传动比”R被定义为在行星架不动的情形中、太阳齿轮的旋转速度与齿圈的旋转速度之比，即：
对于单行星齿轮
以及
对于双行星齿轮
其中，
zR是齿圈的齿数；并且
zS是太阳齿轮的齿数。
以类似的方式，用于变速器的表述“传动比”应被理解为表示变速器的输入轴的转数除以变速器的输出轴的转数。此外，表述“级比”应被理解为是指将变速器的一个档位的传动比除以相邻档位的传动比时获得的商。
附图说明
通过以下对本发明的示例性实施例的说明性和非限制的性详细描述，将更好地理解本发明的上述及其它目的、特征和优点，其中：
图1是示出了轮式装载机形式的工程机械的侧视图。
图2示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的变速器；
图3示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的变速器；
图4示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的变速器；
图5示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的变速器；
图6示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的变速器；并且
图7示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的变速器。
具体实施方式
现在，将在下文中参考附图更全面地描述本发明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文阐述的实施例；而是，提供这些实施例是为了彻底性和完整性。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。
图1是示出了装载车1形式的工程机械的示例性实施例的侧视图，该装载车1具有用于装载操作的器具2。图1中描绘的装载车1为铰接轮式装载机的形式。术语“器具”旨在包括任何类型的液压操作工具，例如布置在装载车1上的铲斗、铲叉或抓持工具。图1中所示的器具2包括铲斗3，该铲斗布置在装载单元组件4上，用于提升和降低铲斗3。铲斗3也可以相对于装载单元组件4倾斜或枢转。装载车1设置有包括至少一个液压机械(未示出)的液压系统，例如液压泵。装载车1还包括：液压提升缸5，用于装载单元组件4的提升操作；以及液压倾斜缸6，用于使铲斗3相对于装载单元组件4倾斜。此外，该液压系统包括转向缸7a、7b，用于通过前单元8和后单元9围绕铰接接头装置12的大致竖直几何轴线10的相对运动来使装载车1转弯。前单元8和后单元9包括各自的一对地面接合构件20、22。在示例性实施例中，地面接合构件20、22是相应的一对车轮。换句话说，装载车1通过转向缸7a、7b进行车架转向。
现在转到图2，其示意性地示出了根据示例性实施例的变速器100，其适用于上述轮式装载机1。变速器100包括主变速器装置900，该主变速器装置被布置成获得前进档位级，如下面将进一步描述的。该主变速器装置包括：第一行星齿轮组102，其包括太阳齿轮102S、行星架102P和齿圈102R；第二行星齿轮组104，其包括太阳齿轮104S、行星架104P和齿圈104R；以及第三行星齿轮组106，其包括太阳齿轮106S、行星架106P和齿圈106R。变速器100还包括：输入轴136，其用于接收来自工程机械1的原动机(未示出)的旋转运动/扭矩；以及输出轴112，其用于向工程机械1的驱动轮提供旋转运动/扭矩。输出轴112也可以连接到所谓的“低输出轴变速器”(drop box)。
在图2中描绘的示例性实施例中，主变速器装置900的行星齿轮组102、104、106的不同构件(即，太阳齿轮、行星架和齿圈)是根据下文构造的。应该容易理解的是，下面描述的不同构件彼此连接，要么直接连接(即，操作性地连接)，要么经由连接机构连接(即，可选择性地连接)。这些构件可以通过例如连接器元件而彼此操作性地连接。这种连接器元件例如可以是实心轴、中空轴或鼓、或者用于将两个构件彼此连接的其它合适元件，这些元件是本领域技术人员已知的。因此，下面没有给出关于将这些构件彼此连接的装置的明确说明。
第一行星齿轮组102的行星架102P操作性地连接到变速器100的输出轴112，即，行星架102P始终直接连接到变速器100的输出轴112。此外，第一行星齿轮组102的齿圈102R操作性地连接到第二行星齿轮组104的行星架104P。第一行星齿轮组102的齿圈102R也能选择性地连接到第三行星齿轮组106的太阳齿轮106S以及通过第二连接机构144连接到变速器100的输入轴136。第一行星齿轮组102的太阳齿轮102S操作性地连接到第二行星齿轮组104的太阳齿轮104S。此外，第一行星齿轮组102的太阳齿轮102S和第二行星齿轮组104的太阳齿轮104S能够通过第一锁定机构142选择性地连接到变速器100的变速器壳体160。因此，第一锁定机构142在被接合时首先降低相应的太阳齿轮102S、104S的旋转速度，然后将相应的太阳齿轮102S、104S锁定到变速器壳体160。
第二行星齿轮组104的齿圈104R操作性地连接到第三行星齿轮组106的行星架106P。此外，第二行星齿轮组104的行星架104P也能通过第一连接机构146选择性地连接到第三行星齿轮组106的齿圈106R。
第三行星齿轮组106的太阳齿轮106S操作性地连接到输入轴136。第三行星齿轮组106的齿圈106R能通过第二锁定机构138选择性地连接到变速器壳体160。因此，第二锁定机构138在被接合时首先降低齿圈106R的旋转速度，然后将齿圈106R锁定到变速器壳体160。此外，输入轴136能通过第三连接机构150选择性地连接到第三行星齿轮组106的齿圈106R。因此，第三行星齿轮组106的太阳齿轮106S和齿圈106R能通过第三连接机构150选择性地彼此连接。
应该容易理解的是，第三连接机构150也可以同样地定位在第三行星齿轮组106的太阳齿轮106S和行星架106P之间以及在第三行星齿轮组106的行星架106P和齿圈106R之间。这对于下面关于图3至图7描述的实施例也是有效的。然而，下面将关于图2中描绘的实施例进行描述，即，第三行星齿轮组106的太阳齿轮106S和齿圈106R能通过第三连接机构150选择性地彼此连接。
根据图2中描绘的示例，变速器100适于采用下面的表1中所示的档位。在下面的表1中以及对于本公开的其余的表，锁定机构被简单地表示为“制动器”，而连接机构被简单地表示为“离合器”。标记有黑点的单元表示接合状态，且空白单元表示脱离状态。这些表还示出了用于各种档位的可由变速器100获得的传动比和级比(steps)的非限制性示例。根据对于下面的所有表有效的非限制性示例性实施例，第一行星齿轮组102的固定传动比可以是-2.871，用于第二行星齿轮组104的固定传动比可以是-1.754，并且用于第三行星齿轮组106的固定传动比可以是-1.737。
表1–用于图2中的实施例的不同前进档位的换档图。
从表1中可以看出，图2中的变速器100包括六个前进档位级F1-F6，其中，这六个档位级中的每一个均是通过将换档元件中的两个换档元件定位在接合状态而获得的。档位的切换优选可以通过一级换档或二级换档来执行。一级换档应被理解为是指从一个档位向下一个即将到来的后继档位执行换档，例如，从第一档位级换档到第二档位级，从第二档位级换档到第三档位级、从第三档位级换档到第二档位级，等等。二级换档应被理解为是指排除下一个即将到来的后继档位级来执行换档，例如，从第一档位级换档到第三档位级、从第二档位级换档到第四档位级、从第三档位级换档到第一档位级，等等。
如从表1可以看出的，一级换档仅包括所述连接机构和锁定机构的单次换档，即，当执行一级换档时，仅一个所述连接机构/锁定机构从接合状态转换到脱离状态，并且仅一个所述连接机构/锁定机构从脱离状态转换到接合状态。作为示例，当从第一档位级换档到第二档位级时，仅第二锁定机构138从接合状态变为脱离状态，并且仅第一连接机构146从脱离状态变为接合状态。同样，二级换档也仅包括所述连接机构和锁定机构的单次换档。
因此，由于在换档期间仅少量的连接机构/锁定机构需要启用/停用，所以该变速器装置的优点是提高可换档性。具体而言，在一级换档期间以及在二级换档期间，仅发生单次换档。
如上所述，主变速器装置900采用用于变速器100的前进档位级。因此，参考图3至图7来描述连接到主变速器装置900的附加的变速器装置200、300、400、500、600，这些附加的变速器装置200、300、400、500、600用于也获得倒档档位级。
首先参考图3，其示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的变速器100。如能够看见的，变速器100包括附加的变速器装置200，该附加的变速器装置200操作性地连接到主变速器装置900。附加的变速器装置200包括行星齿轮组，也被称为第四行星齿轮组108。第四行星齿轮组108包括太阳齿轮108S、行星架108P和齿圈108R。行星架108P支撑多个行星齿轮(未示出)。这里，优选使用一组双行星齿轮，用于引起第四行星齿轮组108的正的固定传动比。附加的变速器装置200还包括呈第三锁定机构140形式的另一换档元件140以及呈第四连接机构148形式的附加换档元件148。
如图3中可见，附加的变速器装置200操作性地连接到第三行星齿轮组106，并且布置在变速器100的输入轴136与主变速器装置900之间。具体而言，第四行星齿轮组108的太阳齿轮108S操作性地连接到输入轴136。行星架108P能通过第四连接机构148选择性地连接到输入轴136。第四行星齿轮组108的行星架108P也操作性地连接到第三行星齿轮组106的太阳齿轮106S。最后，第四行星齿轮组108的齿圈108R能通过第三锁定机构140选择性地连接到变速器壳体160。因此，第三锁定机构140在被接合时首先降低齿圈108R的旋转速度，然后将齿圈108R锁定到变速器壳体160。
图3中的变速器100适于采用如下面的表2和表3中所示的档位级。表2和表3中所示的传动比和级比应该被视为非限制性示例。
表2-用于图3中的实施例的不同前进档位的换档图。
表3-用于图3中的实施例的不同倒档档位的换档图。
如从表2和表3中可见，图3中描绘的变速器100采用六个前进档位级F1-F6和六个倒档档位级R1-R6。根据表2中描绘的非限制性示例，用于前进档位级F1-F6的传动比和级比类似于上面表1中描绘的传动比和级比。这是由于以下事实：对于每个前进档位级而言，第三锁定机构140定位在脱离状态，且第四连接机构148定位在接合状态，从而导致在附加的变速器装置200上的1:1传动比。
此外，对于每个倒档档位级R1-R6而言，第三锁定机构140定位在接合状态，且第四连接机构148定位在脱离状态。因此，附加的变速器装置200被布置成用于实现倒档档位级R1-R6。作为非限制性示例，第四行星齿轮组108的固定传动比可以被选择为+2，从而导致在附加的变速器装置200上的1:-1的传动比。由此，用于倒档档位级R1-R6的传动比的绝对值将与用于前进档位级F1-F6的相同。
关于一级换档和二级换档，关于图2和表1的描述给出的相同论述对于图3和表2、表3中描绘的实施例也是有效的。
现在参考图4，其示意性地示出了根据本发明的另一示例性实施例的变速器100。如所能看见的，变速器100包括附加的变速器装置300，该附加的变速器装置300操作性地连接到主变速器装置900。附加的变速器装置300包括如上面关于图3的说明而描述的第四行星齿轮组108。然而，现在使用一组单行星齿轮，从而导致第四行星齿轮组108的负的固定传动比。附加的变速器装置300还包括第三锁定机构140和第四连接机构148。
如图4中可见，附加的变速器装置300操作性地连接到第三行星齿轮组106，并且布置在变速器100的输入轴136与主变速器装置900之间。具体而言，第四行星齿轮组108的太阳齿轮108S操作性地连接到输入轴136。第四行星齿轮组108的太阳齿轮108S还能通过第四连接机构148选择性地连接到第三行星齿轮组106的太阳齿轮106S。因此，输入轴136也能通过第四连接机构148选择性地连接到第三行星齿轮组106的太阳齿轮106S。此外，第四行星齿轮组108的行星架108P能通过第三锁定机构140选择性地连接到变速器壳体160。因此，第三锁定机构140在被接合时首先降低行星架108P的旋转速度，然后将行星架108P锁定到变速器壳体160。最后，第四行星齿轮组108的齿圈108R操作性地连接到第三行星齿轮组106的太阳齿轮106S。
图4中的变速器100适于采用下面的表4和表5中所示的档位级。表4和表5中所示的传动比和级比应被视为非限制性示例。
表4-用于图4中的实施例的不同前进档位的换档图。
表5-用于图4中的实施例的不同倒档档位的换档图。
如在表4和表5中可见，图4中描绘的变速器100采用六个前进档位级F1-F6和六个倒档档位级R1-R6。根据表4中描绘的非限制性示例，用于前进档位F1-F6的传动比和级比类似于上面表1中描绘的那些。此外，对于每个倒档档位级R1-R6而言，第三锁定机构140定位在接合状态，且第四连接机构148定位在脱离状态。因此，附加的变速器装置300被布置成用于实现倒档档位级R1-R6。作为非限制性示例，第四行星齿轮组108的固定传动比可以被选择为-1.6785，从而导致第二倒档档位级R2具有与第一前进档位级F1相同的绝对传动比。在这种情况下，用于倒档档位级R1-R6的级比与用于前进档位级F1-F6的相同。
关于一级换档和二级换档，关于图2和表1的描述给出的相同论述对于图4和表4、表5中描绘的实施例也是有效的。
现在参考图5，其示意性地示出了根据本发明的另一示例性实施例的变速器100。如所能看见的，变速器100包括附加的变速器装置400，该附加的变速器装置400操作性地连接到主变速器装置900。附加的变速器装置400包括第四行星齿轮组108，其具有如上文关于图4的说明而描述的一组单行星齿轮。附加的变速器装置400还包括第三锁定机构140和第四连接机构148。
如图5中可见，附加的变速器装置400操作性地连接到第三行星齿轮组106，并且布置在变速器100的输入轴136与主变速器装置900之间。具体而言，第四行星齿轮组108的太阳齿轮108S操作性地连接到输入轴136。第四行星齿轮组108的太阳齿轮108S也能通过第四连接机构148选择性地连接到第三行星齿轮组106的太阳齿轮106S。因此，输入轴136也能通过第四连接机构148选择性地连接到第三行星齿轮组106的太阳齿轮106S。此外，第四行星齿轮组108的行星架108P能通过第三锁定机构140选择性地连接到变速器壳体160。因此，第三锁定机构140在被接合时首先降低行星架108P的旋转速度，然后将行星架108P锁定到变速器壳体160。第四行星齿轮组108的齿圈108R操作性地连接到第三行星齿轮组106的齿圈106R。
图5中的变速器100适于采用如下面的表6和表7中所示的档位级。表6和表7中所示的传动比和级比应被视为非限制性示例。
表6-用于图5中的实施例的不同前进档位的换档图。
表7-用于图5中的实施例的不同倒档档位的换档图。
如表6和表7中可见，图5中描绘的变速器100采用七个前进档位级F1-F7和五个倒档档位级R1-R5。根据表6中描绘的非限制性示例，用于前六个前进档位级F1-F6的传动比和级比类似于上面的表1中描绘的那些。然而，与图2至图4中描绘的变速器相比，图5中的变速器100采用另一个第七前进档位级F7，该第七前进档位级F7的传动比低于第六前进档位级F6的传动比。第三锁定机构140对于前六个档位级F1-F6而言定位在脱离状态，并且对于第七档位级F7而言定位在接合状态。因此，在图5中描绘的示例性实施例中，第三锁定机构140可以用于提供另一个前进档位级。第四连接机构148对于所有七个前进档位级F1-F7而言定位在接合状态。
此外，第三锁定机构140对于所有五个倒档档位级R1-R5而言定位在接合状态。第四连接机构148对于前四个倒档档位级R1-R4而言定位在脱离状态，并且对于第五倒档档位级R5而言定位在接合状态。作为非限制性示例，第四行星齿轮组108的固定传动比可以被选择为-2.2635，从而导致第一倒档档位级R1具有与第一前进档位级F1相同的绝对传动比。
关于一级换档和二级换档，关于图2和表1的描述给出的相同论述对于图5和表6、表7中描绘的实施例中的大多数换档也是有效的。然而，当执行从第二倒档档位级R2到第四倒档档位级R4(或者反过来)的二级换档时，发生双换档。这是由于第一锁定机构142和第三连接机构150从接合状态变为脱离状态，并且第一连接机构146和第二连接机构144从脱离状态变为接合状态。
现在参考图6，其示意性地示出了根据本发明的另一示例性实施例的变速器100。如所能看见的，变速器100包括附加的变速器装置500，该附加的变速器装置500操作性地连接到主变速器装置900。更详细地，附加的变速器装置500包括第三锁定机构140形式的附加换档元件140。第三锁定机构140布置在第二行星齿轮组104的行星架104P与变速器壳体160之间。因此，第三锁定机构140将第二行星齿轮组104的行星架104P选择性地连接到变速器壳体160。与其它换档元件相比，第三锁定机构140暴露于相对高的扭矩负载，且因此可以优选被设计为互锁换档元件，如图6所示。此外，第一连接机构146的换档元件半部146'也连接到第三锁定机构140。
图6中的变速器100适于采用如下面的表8中所示的档位级。表8中所示的传动比和级比应被视为非限制性示例。
表8-用于图6中的实施例的不同档位的换档图。
从表8中可见，图6中描绘的变速器100采用六个前进档位级F1-F6和两个倒档档位级R1-R2。因此，图6中描绘的变速器100的优点在于：通过六个换档元件，可获得多个前进档位级F1-F6和倒档档位级R1-R2。这六个换档元件包括三个连接机构和三个锁定机构。
此外，并且如表8中描绘的，图6中的变速器100在从任一前进档位级换档到第一倒档档位级R1时使用同步档位级R1**。因此，当从前进档位级换档到第一倒档档位级R1时，通过接合该同步档位级R1**来启动换档。这通过将第二锁定机构138和第一连接机构146定位在接合/滑动状态而其余的锁定机构140、142和连接机构144、150定位在脱离状态来执行。此后，当第三锁定机构140被同步(即，第二行星齿轮组104的行星架104P的旋转速度为零或接近于零)时，第三锁定机构140可以定位在接合状态。如表8中的括号所示，当第一倒档档位级R1已经被接合时，第二锁定机构138可以维持在接合状态或者定位在脱离状态。将第二锁定机构138维持在接合状态可以在以第一倒档档位级R1驱动车辆时减少第三锁定机构140中的任何可能的晃动，尤其是对于来自原动机的低扭矩负载。
由于第三锁定机构140在接合在第一倒档档位级R1之前被同步，所以第三锁定机构140可以被设计为互锁换档元件，优选被设计为齿式离合器。使用齿式离合器是有利的，因为扭矩主要通过齿式离合器的两个半部之间的法向力传递。因此，与例如摩擦换档元件相比，互锁换档元件更耐用。而且，当互锁换档元件脱离时，发生较低的阻力损失(dragloss)。
关于一级换档和二级换档，关于图2和表1的描述给出的相同论述对于图6和表8中描绘的实施例也是有效的。
现在最后参考图7，其示意性地示出了根据本发明的另一示例性实施例的变速器100。如所能看见的，变速器100包括附加的变速器装置600，该附加的变速器装置600操作性地连接到主变速器装置900。具体而言，附加的变速器装置600布置在主变速器装置900的下游。因此，附加的变速器装置600操作性地连接在主变速器装置900的输出轴112'与变速器100的输出轴112之间。主变速器装置900的输出轴112'可以优选对应于上面关于图2描绘和描述的输出轴112。
附加的变速器装置600(也可被称为低输出轴变速器)包括多个齿轮602、604、606、608、610、612、多个径向分开的变速器轴112'、614、615、616(其中，轴615对应于输出轴112)以及另外一对换档元件680、690。另外一对换档元件680、690被布置为相应的连接机构。所述另外一对换档元件680、690中的一个是前进换档元件680，而另一个是倒档换档元件690。
如图7中可见，附加的变速器600包括布置在主变速器装置900的输出轴112'上的第一齿轮602、布置在第一变速器轴614上且与第一齿轮602啮合连接的第二齿轮612、布置在输出轴112上的第三齿轮606以及布置在第二变速器轴616上的第四齿轮608。附加的变速器装置600还包括第五齿轮604和第六齿轮610。第五齿轮604布置成与第三齿轮606啮合连接并且连接到前进换档元件680，该前进换档元件680进而操作性地连接到第一变速器轴614。第六齿轮610布置成与第二齿轮612啮合连接并且连接到倒档换档元件690，该倒档换档元件690操作性地连接到第二变速器轴616。
通过图7中的附加的变速器装置600，变速器100也设置有倒档档位级。通过分别接合前进换档元件680和倒档换档元件690来采用前进档位级和倒档档位级。具体而言，在前进档位级期间，前进换档元件680定位在接合状态，并且倒档换档元件690定位在脱离状态。因此，主变速器装置900的输出轴112'经由第一齿轮602和第二齿轮612连接到第一变速器轴614。而且，操作性地连接到第一变速器轴614的前进换档元件680连接到第五齿轮604。因此，第一变速器轴614经由第三齿轮606和第五齿轮604连接到变速器100的输出轴112。
在倒档档位级期间，倒档换档元件690定位在接合状态，并且前进换档元件680定位在脱离状态。因此，主变速器装置900的输出轴112'经由第一齿轮602、第二齿轮612和第六齿轮610以及倒档换档元件690连接到第二变速器轴616。第二变速器轴616进而经由第三齿轮606和第四齿轮608连接到变速器100的输出轴112。
由于另外一对齿轮被布置成处于啮合连接以用于倒档档位级，所以与前进档位级相比，变速器100的输出轴112的旋转方向对于倒档档位级是相反的。具体而言，与前进档位级相比，对于倒档档位级再改变一次旋转方向。
应该可以理解的是，本发明不限于上文描述的且在附图中示出的实施例；而是，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求的范围内进行许多改变和修改。例如，尽管主要关于轮式装载机描述了本发明，但应该可以理解的是，本发明同样适用于任何类型的车辆。此外，还应该理解的是，图2至图6中描绘的实施例可以相对于低输出轴变速器布置在输出轴的下游，这可以特别适用于轮式装载机应用。

Claims (27)

1.一种用于车辆的变速器(100)，所述变速器包括主变速器装置(900)、变速器壳体(160)、输入轴(136)和输出轴(112)，所述主变速器装置(900)包括第一行星齿轮组(102)、第二行星齿轮组(104)和第三行星齿轮组(106)，所述第一行星齿轮组、所述第二行星齿轮组和所述第三行星齿轮组中的每一个均包括第一行星构件、第二行星构件和第三行星构件，所述行星构件为太阳齿轮、行星架和齿圈，所述主变速器装置还包括五个换档元件(138，142，144，146，150)，所述五个换档元件能以两个换档元件相组合的方式接合，以获得六个前进档位级，其特征在于，所述第一行星齿轮组(102)的齿圈(102R)和所述第二行星齿轮组(104)的行星架(104P)被操作性地彼此连接，所述第二行星齿轮组(104)的齿圈(104R)和所述第三行星齿轮组(106)的行星架(106P)被操作性地彼此连接，并且所述第三行星齿轮组(106)的两个行星构件能选择性地彼此连接。
2.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述第三行星齿轮组(106)的太阳齿轮(106S)和齿圈(106R)能选择性地彼此连接。
3.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述第三行星齿轮组(106)的太阳齿轮(106S)和行星架(106P)能选择性地彼此连接。
4.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述第三行星齿轮组(106)的行星架(106P)和齿圈(106R)能选择性地彼此连接。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的变速器，其特征在于，所述五个换档元件包括两个锁定机构(138，142)和三个连接机构(144，146，150)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的变速器，其特征在于，所述变速器包括附加的变速器装置(200，300，400，500，600)，所述附加的变速器装置被操作性地连接到所述第一行星齿轮组(102)、所述第二行星齿轮组(104)和所述第三行星齿轮组(106)中的一个行星齿轮组，用于获得至少一个倒档档位级。
7.根据权利要求6所述的变速器，其特征在于，所述附加的变速器装置(200，300，400)被操作性地连接到所述输入轴(136)。
8.根据权利要求6或7所述的变速器，其特征在于，所述附加的变速器装置(200，300，400)包括第四行星齿轮组(108)，所述第四行星齿轮组包括太阳齿轮(108S)、行星架(108P)和齿圈(108R)，其中，所述第四行星齿轮组(108)和所述第三行星齿轮组(106)被操作性地彼此连接。
9.根据权利要求8所述的变速器，其特征在于，所述第四行星齿轮组(108)的太阳齿轮(108S)和所述输入轴(136)被操作性地彼此连接。
10.根据权利要求8或9所述的变速器，其特征在于，所述第三行星齿轮组(106)的太阳齿轮(106S)和所述输入轴(136)能选择性地彼此连接。
11.根据权利要求8-10中的任一项所述的变速器，其特征在于，所述第四行星齿轮组(108)的齿圈(108R)和所述变速器壳体(160)能选择性地彼此连接。
12.根据权利要求8-11中的任一项所述的变速器，其特征在于，所述第四行星齿轮组(108)的行星架(108P)和所述第三行星齿轮组(106)的太阳齿轮(106S)被操作性地彼此连接。
13.根据权利要求8-10中的任一项所述的变速器，其特征在于，所述第四行星齿轮组(108)的行星架(108P)和所述变速器壳体(160)能选择性地彼此连接。
14.根据权利要求8-10或13中的任一项所述的变速器，其特征在于，所述第四行星齿轮组(108)的齿圈(108R)和所述第三行星齿轮组(106)的太阳齿轮(106S)被操作性地彼此连接。
15.根据权利要求8-10或13中的任一项所述的变速器，其特征在于，所述第四行星齿轮组(108)的齿圈(108R)和所述第三行星齿轮组(106)的齿圈(106R)被操作性地彼此连接。
16.根据权利要求6所述的变速器，其特征在于，所述附加的变速器装置(500)包括另一换档元件(140)，其中，所述第二行星齿轮组(104)的行星架(104P)和所述变速器壳体(160)能通过所述另一换档元件(140)而选择性地彼此连接。
17.根据权利要求6或16中的任一项所述的变速器，其特征在于，所述第三行星齿轮组(106)的太阳齿轮(106S)和所述输入轴(136)被操作性地彼此连接。
18.根据权利要求6所述的变速器，其特征在于，所述附加的变速器装置(600)被操作性地连接到所述输出轴(112)。
19.根据权利要求18所述的变速器，其特征在于，所述附加的变速器装置(600)包括布置成啮合连接且布置在相应的径向分开的变速器轴(614，615，616)上的多个齿轮(604，606，608，610，612)，其中，所述附加的变速器装置(600)包括另外一对换档元件(680，690)，所述另外一对换档元件分别连接到所述变速器轴(614，616)中的相应一个，用于获得前进档位和倒档档位。
20.根据前述权利要求中的任一项所述的变速器，其特征在于，所述第一行星齿轮组(102)的行星架(102P)和所述输出轴(112，112')被操作性地彼此连接。
21.根据前述权利要求中的任一项所述的变速器，其特征在于，所述第一行星齿轮组(102)的太阳齿轮(102S)和所述第二行星齿轮组(104)的太阳齿轮(104S)被操作性地彼此连接。
22.根据前述权利要求中的任一项所述的变速器，其特征在于，所述第一行星齿轮组(102)的太阳齿轮(102S)和所述变速器壳体(160)能选择性地彼此连接。
23.根据前述权利要求中的任一项所述的变速器，其特征在于，所述第二行星齿轮组(104)的太阳齿轮(104S)和所述变速器壳体(160)能选择性地彼此连接。
24.根据前述权利要求中的任一项所述的变速器，其特征在于，所述第二行星齿轮组(104)的行星架(104P)和所述第三行星齿轮组(106)的齿圈(106R)能选择性地彼此连接。
25.根据前述权利要求中的任一项所述的变速器，其特征在于，所述第三行星齿轮组(106)的齿圈(106R)和所述变速器壳体(160)能选择性地彼此连接。
26.根据前述权利要求中的任一项所述的变速器，其特征在于，所述第三行星齿轮组(106)的太阳齿轮(106S)和所述第二行星齿轮组(104)的行星架(104P)能选择性地彼此连接。
27.一种包括原动机和变速箱的车辆，其中，所述变速箱包括根据前述权利要求中的任一项所述的变速器。
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