CN111396528B - 拖拉机多段自动无级变速箱 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种拖拉机多段自动无级变速箱,主要由动力输入齿轮、差动行星排、CVT泵、CVT马达、倒挡离合器、双离合离合器、同步器和PTO输入轴组成,双离合离合器包括奇数挡离合器和偶数挡离合器;本发明将双自由度的复式双联差动行星排具有的双功率流合流技术,结合CVT泵和马达的无级调速特性,融合双离合多段式动力换挡传动技术,实现了传动系的平稳换段无顿挫感,零到最高转速的无间断无级变速。
Description
技术领域
本发明属于拖拉机机领域,涉及一种拖拉机多段自动无级变速式变速箱。
背景技术
无级变速传动系具有变速箱速比连续的特点,动力传递平稳,适应性强,可以提供任何条件下使发动机处在最佳经济点或最佳动力点工作。尤其适于对速度精确控制的场合,需要超低速度的场合、拖拉机负载经常变化的场合、对舒适性、经济性要求高的场合,其燃油经济性、动力性、舒适性和排放性能好,能适应拖拉机在各种场合下工作,可实现精细农业所要求的各种功能,有着其它传动系无法比拟的优势,代表着未来高端拖拉机的技术发展方向。
专利公开号:EP1541898A2公布了一种用于车辆尤其是农用拖拉机的CVT变速器,该专利换段结构为三个同步器和两个离合器组成前进四段以及倒挡两段,弊端是轴向距离长,轴的刚度差;两个离合器位于同步器之后,弊端是离合器既要承载低挡时的大扭矩,又要承受高挡时的高转速。
专利申请公布号:CN110145571A公布了一种无动力中断混合动力变速器,输入轴包括第一输入轴及第二输入轴,所述第二输入轴为空心轴套装于所述第一输入轴且所述第一输入轴和第二输入轴能够彼此独立转动,离合器结构为内、外套装离合器,结构复杂,且无倒退挡。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用离合器少,结构简单,效率高,动力无中断的多段自动无级变速式变速箱技术路线方案。
为了实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:拖拉机多段自动无级变速箱,主要由动力输入齿轮、差动行星排、CVT泵、CVT马达、倒挡离合器、双离合离合器、同步器和PTO输入轴组成,双离合离合器包括奇数挡离合器和偶数挡离合器;所述动力输入齿轮分别与差动行星排输入齿轮和CVT泵驱动齿轮轴相啮合;差动行星排输出太阳齿轮轴与偶数挡离合器的驱动齿轮连接,该驱动齿轮与偶数挡离合器的齿轮啮合,偶数挡轴和偶数离合器的输出轴连接,偶数挡轴上各挡位主动齿轮和套装在锥齿轮轴上的从动齿轮对应啮合连接;差动行星排中行星架上的套装齿轮还分别与奇数挡离合器以及倒挡齿轮轴上的齿轮啮合,奇数挡离合器和倒挡离合器位于同一输出轴上,并与奇数挡轴传动连接,奇数挡轴上各挡位主动齿轮和套装在锥齿轮轴上的从动齿轮对应啮合连接,倒挡齿轮轴和倒挡离合器上的齿轮传动连接;所述同步器设有两个,分别对应奇数挡和偶数挡,两个同步器均套装在所述的锥齿轮轴上;所述CVT泵驱动齿轮轴用于将机械流传递至CVT泵,并经CVT马达转换成液压流输出,液压流经齿轮传递给差动行星排的齿圈,并与传递至差动行星排输出太阳齿轮轴的机械流在差动行星排内合流,合流后的机械液压双功率流经两路输出,一路机械液压双功率流通过行星架输出,另一路机械液压双功率流通过差动行星排输出太阳齿轮轴输出;所述CVT泵驱动齿轮轴还通过齿轮机构和PTO输入轴连接。
所述差动行星排输入齿轮通过花键与差动行星排输入太阳齿轮轴连接,差动行星排双联行星轮通过轴承套装在行星架的行星轴上,差动行星排双联行星轮上的大齿轮分别与差动行星排齿圈和差动行星排输出太阳齿轮轴相啮合,差动行星排双联行星轮上的小齿轮与差动行星排输入太阳齿轮轴相啮合。
所述的偶数挡轴上固接Ⅱ挡主动齿轮和Ⅳ挡主动齿轮,所述锥齿轮轴上套装Ⅱ挡从动齿轮和Ⅳ挡从动齿轮,Ⅱ挡主动齿轮和Ⅱ挡从动齿轮相啮合,Ⅳ挡主动齿轮和Ⅳ挡从动齿轮相啮合。
所述的同步器通过花键套装在所述锥齿轮轴上,两个同步器分别为S1同步器和S2同步器,Ⅱ挡从动齿轮和Ⅳ挡从动齿轮分别位于S2同步器两侧。
所述奇数挡轴固接Ⅰ挡主动齿轮和Ⅲ挡主动齿轮,所述锥齿轮轴上套装Ⅰ挡从动齿轮和Ⅲ挡从动齿轮,Ⅰ挡主动齿轮和Ⅰ挡从动齿轮相啮合,Ⅲ挡主动齿轮和Ⅲ挡从动齿轮相啮合。
所述的同步器通过花键套装在所述锥齿轮轴上,两个同步器分别为S1同步器和S2同步器,Ⅰ挡从动齿轮和Ⅲ挡从动齿轮分别位于S1同步器两侧。
所述奇数挡轴上固接Ⅰ挡主动齿轮和Ⅲ挡主动齿轮,所述锥齿轮轴上套装Ⅰ挡从动齿轮和Ⅲ挡从动齿轮,Ⅰ挡主动齿轮和Ⅰ挡从动齿轮相啮合,Ⅲ挡主动齿轮和Ⅲ挡从动齿轮相啮合;所述偶数挡轴上固接Ⅱ挡主动齿轮和Ⅳ挡主动齿轮,所述锥齿轮轴上套装Ⅱ挡从动齿轮和Ⅳ挡从动齿轮,Ⅱ挡主动齿轮和Ⅱ挡从动齿轮相啮合,Ⅳ挡主动齿轮和Ⅳ挡从动齿轮相啮合;所述的同步器通过花键套装在所述锥齿轮轴上,两个同步器分别为S1同步器和S2同步器,Ⅰ挡从动齿轮和Ⅲ挡从动齿轮分别位于S1同步器两侧,Ⅱ挡从动齿轮和Ⅳ挡从动齿轮分别位于S2同步器两侧。
所述锥齿轮轴上还固接有四轮驱动主动齿轮,四轮驱动主动齿轮布置在Ⅳ挡从动齿轮一侧。
所述CVT泵驱动齿轮轴包括同轴连接的CVT泵第一驱动齿轮轴与CVT泵第二驱动齿轮轴,且二者均与PTO引回主动齿轮同轴连接,PTO引回主动齿轮与PTO引回从动齿轮啮合,PTO引回从动齿轮与PTO输入轴相连接。
所述CVT泵第二驱动齿轮轴通过惰轮与CVT泵输入齿轮啮合,CVT泵输入齿轮与CVT泵的输入轴连接;CVT马达的输出轴上安装CVT马达输出齿轮,CVT马达输出齿轮通过中间齿轮与差动行星排齿圈上相连的齿轮相啮合。
以上所述CVT泵为用于CVT的液压泵,所述CVT马达为用于CVT的马达。
本发明工作原理是:发动机传来的机械流经分流分为两路机械流,一路机械流传递给差动行星排的输入太阳轮,另一路机械流传递给CVT泵,经CVT马达转换成可无级调速的液压流输出,液压流经齿轮传递给差动行星排的齿圈,机械流与液压流在差动行星排内实现功率合流,合流后的机械液压双功率流通过双离合传动技术经两路输出,通过预先设定的同步器挂接顺序,实现四个挡位间的动力换挡,从而实现从零到最高转速的无间断无级变速。
本发明与现有技术相比,减少了离合器数量,简化了传动系结构,创造性的将双自由度的复式双联差动行星排具有的双功率流合流技术,结合CVT泵和马达的无级调速特性,融合双离合多段式动力换挡传动技术,实现了传动系的平稳换段无顿挫感,零到最高转速的无间断无级变速。双离合多段式动力换挡传动技术使液压泵和马达的功能仅仅是在相应挡位实现无级调速,而不是承担大量的功率流,保证了传动系的较高效率,是拖拉机一种理想的无级变速技术。
附图说明
图1为本拖拉机多段自动无级变速箱的传动原理简图;
图中标记:1、动力输入齿轮,2、差动行星排输入齿轮,3、CVT泵第一驱动齿轮轴,4、中间齿轮,5、CVT马达输出齿轮,6、CVT泵输入齿轮,7、惰轮,8、CVT泵第二驱动齿轮轴,9、差动行星排齿圈,10、差动行星排输入太阳齿轮轴,11、差动行星排双联行星轮,12、行星架,13、差动行星排输出太阳齿轮轴,14、K1离合器,15、倒挡齿轮轴,16、倒挡从动齿轮,17、KR离合器,18、四轮驱动主动齿轮,19、K2离合器驱动齿轮,20、K2离合器,21、Ⅱ/Ⅳ挡轴,22、Ⅳ挡主动齿轮,23、Ⅳ挡从动齿轮,24、Ⅱ挡主动齿轮,25、Ⅱ挡从动齿轮,26、Ⅰ/Ⅲ挡轴,27、Ⅲ挡主动齿轮,28、Ⅲ挡从动齿轮,29、Ⅰ挡主动齿轮,30、Ⅰ挡从动齿轮,31、锥齿轮轴,32、S1同步器,33、S2同步器,34、PTO引回主动齿轮,35、PTO引回从动齿轮,36、CVT泵,37、CVT马达,38、PTO输入轴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明,但并不作为对发明做任何限制的依据。
参照附图所示,拖拉机多段自动无级变速传动系主要包括动力输入齿轮1、差动行星排输入齿轮2、CVT泵第一驱动齿轮轴3、中间齿轮4、CVT马达输出齿轮5、CVT泵输入齿轮6、惰轮7、CVT泵第二驱动齿轮轴8、差动行星排齿圈9、差动行星排输入太阳齿轮轴10、差动行星排双联行星轮11、行星架12、差动行星排输出太阳齿轮轴13、K1离合器14、倒挡齿轮轴15、倒挡从动齿轮16、KR离合器17、四轮驱动主动齿轮18、K2离合器驱动齿轮19、K2离合器20、Ⅱ/Ⅳ挡轴21、Ⅳ挡主动齿轮22、Ⅳ挡从动齿轮23、Ⅱ挡主动齿轮24、Ⅱ挡从动齿轮25、Ⅰ/Ⅲ挡轴26、Ⅲ挡主动齿轮27、Ⅲ挡从动齿轮28、Ⅰ挡主动齿轮29、Ⅰ挡从动齿轮30、锥齿轮轴31、S1同步器32、S2同步器33、PTO引回主动齿轮34、PTO引回从动齿轮35、CVT泵36、CVT马达37。其中,K1离合器14为奇数挡离合器,K2离合器20为偶数挡离合器,KR离合器17为倒挡离合器。通过差动行星排实现机械液压双功率流合流以及通过双离合实现四个挡位的连续不间断动力换挡,实现全程无级变速。
动力输入齿轮1与发动机输出端连接,动力输入齿轮1分别与差动行星排输入齿轮2和CVT泵第一驱动齿轮轴3相啮合,差动行星排输入齿轮2通过花键与差动行星排输入太阳齿轮轴10连接,差动行星排双联行星轮11通过轴承套装在行星架12上的行星轴上,差动行星排双联行星轮11上的大齿轮分别与差动行星排齿圈9和差动行星排输出太阳齿轮轴13相啮合,差动行星排双联行星轮11上的小齿轮与差动行星排输入太阳齿轮轴10相啮合。
差动行星排输出太阳齿轮轴13与K2离合器驱动齿轮19相连接,K2离合器驱动齿轮19与K2离合器20的齿轮相啮合,Ⅱ/Ⅳ挡轴21与K2离合器20的输出轴相连接,Ⅳ挡主动齿轮22和Ⅱ挡主动齿轮24固接在Ⅱ/Ⅳ挡轴21上,Ⅱ挡主动齿轮24与套装在锥齿轮轴31上的Ⅱ挡从动齿轮25相啮合,Ⅳ挡主动齿轮22与套装在锥齿轮轴31上的Ⅳ挡从动齿轮23相啮合。
行星架12上的套装齿轮分别与K1离合器14和倒挡齿轮轴15上的齿轮相啮合,K1离合器14和KR离合器17位于同一输出轴上并与Ⅰ/Ⅲ挡轴26相连接,Ⅲ挡主动齿轮27和Ⅰ挡主动齿轮29固接在Ⅰ/Ⅲ挡轴26上,Ⅰ挡主动齿轮29与套装在锥齿轮轴31上的Ⅰ挡从动齿轮30相啮合, Ⅲ挡主动齿轮27与套装在锥齿轮轴31上的Ⅲ挡从动齿轮28相啮合,倒挡齿轮轴15与倒挡从动齿轮16相连接,倒挡从动齿轮16与KR离合器17上的齿轮相啮合。
S1同步器32和S2同步器33通过花键套装在锥齿轮轴31上,Ⅲ挡从动齿轮28和Ⅰ挡从动齿轮30分别位于S1同步器32两侧,Ⅳ挡从动齿轮23和Ⅱ挡从动齿轮25分别位于S2同步器33两侧,四轮驱动主动齿轮18固接在锥齿轮轴31上,布置在Ⅳ挡从动齿轮23旁。
CVT泵第一驱动齿轮轴3与CVT泵第二驱动齿轮轴8和PTO引回主动齿轮34相连接,CVT泵第二驱动齿轮轴8通过惰轮7 与CVT泵输入齿轮6相啮合,CVT泵输入齿轮6与CVT泵36的输入轴相连接,CVT马达37的输出轴与CVT马达输出齿轮5相连接,CVT马达输出齿轮5通过中间齿轮4与差动行星排齿圈9相连的齿轮相啮合,PTO引回主动齿轮34与PTO引回从动齿轮35相啮合,PTO引回从动齿轮35与PTO输入轴38相连接。
机械液压双功率流合流实施方式: 发动机传来的机械流传递给动力输入齿轮1,然后通过与动力输入齿轮1同时啮合的差动行星排输入齿轮2和CVT泵第一驱动齿轮轴3分流成两路机械流,一路机械流经差动行星排输入齿轮2传递给与其连接的差动行星排输入太阳齿轮轴10;另一路机械流经CVT泵第一驱动齿轮轴3传递给CVT泵第二驱动齿轮轴8,CVT泵第二驱动齿轮轴8通过与之啮合的惰轮7将机械流传递给CVT泵输入齿轮6,CVT泵输入齿轮6与CVT泵输入轴相连接,将机械流传递给CVT泵,机械流经CVT马达转换成可无级调速的液压流输出给与其相连接的CVT马达输出齿轮5,CVT马达输出齿轮5通过中间齿轮4将液压流传递给与差动行星排齿圈9,差动行星排输入太阳齿轮轴10处的机械流与差动行星排齿圈9处的液压流在差动行星排内实现功率合流,合流后的机械液压双功率流经两路输出,一路机械液压双功率流通过行星架12输出,另一路机械液压双功率流通过差动行星排输出太阳齿轮轴13输出。
多段式动力换挡传动技术实施方式:在差动行星排合流后的机械液压双功率流一路通过与行星架12相连接的齿轮传递给K1离合器14的主动端,K1离合器14的从动端与Ⅰ/Ⅲ挡轴26相连接,Ⅲ挡主动齿轮27和Ⅰ挡主动齿轮29位于Ⅰ/Ⅲ挡轴26上并与其固定连接,当K1离合器14结合后,机械液压双功率流通过K1离合器14的从动端传递给Ⅰ/Ⅲ挡轴26,进而传递给Ⅲ挡主动齿轮27和Ⅰ挡主动齿轮29,当S1同步器32位于中间空挡位置时,机械液压双功率流不进行传递,当S1同步器32挂接Ⅰ挡从动齿轮30时,机械液压双功率流通过Ⅰ挡主动齿轮29传递给Ⅰ挡从动齿轮30,进而传递给锥齿轮轴31,此时为Ⅰ挡;同理,当S1同步器32挂接Ⅲ挡从动齿轮28时,机械液压双功率流通过Ⅲ挡主动齿轮27传递给Ⅲ挡从动齿轮28,进而传递给锥齿轮轴31,此时为Ⅲ挡。
机械液压双功率流另一路通过差动行星排输出太阳齿轮轴13传递给K2离合器驱动齿轮19,进而传递给与之相啮合的K2离合器20的主动端,K2离合器20的从动端与Ⅱ/Ⅳ挡轴21相连接,Ⅳ挡主动齿轮22和Ⅱ挡主动齿轮24位于Ⅱ/Ⅳ挡轴21上并与其固定连接,当K2离合器结合时,机械液压双功率流通过K2离合器20的从动端传递给Ⅱ/Ⅳ挡轴21,进而传递给Ⅳ挡主动齿轮22和Ⅱ挡主动齿轮24,当S2同步器33位于中间空挡位置时,机械液压双功率流不进行传递,当S2同步器33挂接Ⅱ挡从动齿轮25时,机械液压双功率流通过Ⅱ挡主动齿轮24传递给Ⅱ挡从动齿轮25,进而传递给锥齿轮轴31,此时为Ⅱ挡;同理,当S2同步器33挂接Ⅳ挡从动齿轮23时,机械液压双功率流通过Ⅳ挡主动齿轮22传递给Ⅳ挡从动齿轮23,进而传递给锥齿轮轴31,此时为Ⅳ挡。
通过预先设定的同步器挂接顺序,可以实现四个挡位间的依次自动换挡。
倒挡的实施方式:在差动行星排合流后的机械液压双功率流一路通过与行星架12相连接的齿轮传递给K1离合器14的主动端外,同时还传递给与行星架12相连接的齿轮同时啮合的倒挡齿轮轴15,倒挡从动齿轮16与倒挡齿轮轴15相连接,同时倒挡从动齿轮16与KR离合器17的主从端相连接,倒挡从动齿轮16的从动端与K1离合器14的从动端为共用,故当KR离合器17结合后,机械液压双功率流通过KR离合器17的从动端传递给Ⅰ/Ⅲ挡轴26,进而传递给Ⅲ挡主动齿轮27和Ⅰ挡主动齿轮29,当S1同步器32位于中间空挡位置时,机械液压双功率流不进行传递,当S1同步器32挂接Ⅰ挡从动齿轮30时,机械液压双功率流通过Ⅰ挡主动齿轮29传递给Ⅰ挡从动齿轮30,进而传递给锥齿轮轴31,此时为倒挡Ⅰ挡;同理,当S1同步器32挂接Ⅲ挡从动齿轮28时,机械液压双功率流通过Ⅲ挡主动齿轮27传递给Ⅲ挡从动齿轮28,进而传递给锥齿轮轴31,此时为倒挡Ⅲ挡。
四驱驱动的实施方式:四轮驱动主动齿轮18位于锥齿轮轴31上并与其固定连接,作为四驱驱动动力齿轮,传递到锥齿轮轴31上的机械液压双功率流通过四轮驱动主动齿轮18传递给四驱机构,从而实现拖拉机的四轮驱动。
PTO驱动的实施方式:PTO引回主动齿轮34与CVT泵第一驱动齿轮轴3相连接,PTO引回从动齿轮35与PTO输入轴38相连接。PTO引回主动齿轮34与PTO引回从动齿轮35相互啮合,发动机机械流通过动力输入齿轮1以及CVT泵第一驱动齿轮轴3传递给PTO引回主动齿轮34,然后传递给PTO引回从动齿轮35,进而将机械流传递给PTO输入轴38。
应当说明的是:以上所述仅为本发明的优先实施例而已,并不用于限制本发明的全部内容,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行形式上的修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,比如轴承的型式及调整方式,零件的定位方式等。凡在本发明的思路启示之内所作出的形式修改、等同替换等,均应包含在本发明的权利保护范围之内。
Claims (2)
1.拖拉机多段自动无级变速箱,其特征在于:包括动力输入齿轮(1)、差动行星排、CVT泵(36)、CVT马达(37)、倒挡离合器、双离合离合器、同步器和PTO输入轴(38),双离合离合器包括奇数挡离合器和偶数挡离合器;所述动力输入齿轮(1)分别与差动行星排输入齿轮(2)和CVT泵驱动齿轮轴相啮合;差动行星排输出太阳齿轮轴(13)与偶数挡离合器的驱动齿轮连接,该驱动齿轮与偶数挡离合器的齿轮啮合,偶数挡轴和偶数挡离合器的输出轴连接,偶数挡轴上各挡位主动齿轮和套装在锥齿轮轴(31)上的从动齿轮对应啮合连接;差动行星排中行星架(12)上的套装齿轮还分别与奇数挡离合器以及倒挡齿轮轴(15)上的齿轮啮合,奇数挡离合器和倒挡离合器位于同一输出轴上,并与奇数挡轴传动连接,奇数挡轴上各挡位主动齿轮和套装在锥齿轮轴(31)上的从动齿轮对应啮合连接,倒挡齿轮轴(15)和倒挡离合器上的齿轮传动连接;所述同步器设有两个,分别对应奇数挡和偶数挡,两个同步器均套装在所述的锥齿轮轴(31)上;所述CVT泵驱动齿轮轴用于将机械流传递至CVT泵(36),并经CVT马达(37)转换成液压流输出,液压流经齿轮传递给差动行星排齿圈(9),并与传递至差动行星排输出太阳齿轮轴(13)的机械流在差动行星排内合流,合流后的机械液压双功率流经两路输出,一路机械液压双功率流通过行星架(12)输出,另一路机械液压双功率流通过差动行星排输出太阳齿轮轴(13)输出;所述CVT泵驱动齿轮轴还通过齿轮机构和PTO输入轴连接;
所述差动行星排输入齿轮(2)通过花键与差动行星排输入太阳齿轮轴(10)连接,差动行星排双联行星轮(11)通过轴承套装在行星架(12)的行星轴上,差动行星排双联行星轮(11)上的大齿轮分别与差动行星排齿圈(9)和差动行星排输出太阳齿轮轴(13)相啮合,差动行星排双联行星轮(11)上的小齿轮与差动行星排输入太阳齿轮轴(10)相啮合;
所述奇数挡轴固接Ⅰ挡主动齿轮(29)和Ⅲ挡主动齿轮(27),所述锥齿轮轴(31)上套装Ⅰ挡从动齿轮(30)和Ⅲ挡从动齿轮(28),Ⅰ挡主动齿轮(29)和Ⅰ挡从动齿轮(30)相啮合,Ⅲ挡主动齿轮(27)和Ⅲ挡从动齿轮(28)相啮合;所述的偶数挡轴上固接Ⅱ挡主动齿轮(24)和Ⅳ挡主动齿轮(22),所述锥齿轮轴(31)上套装Ⅱ挡从动齿轮(25)和Ⅳ挡从动齿轮(23),Ⅱ挡主动齿轮(24)和Ⅱ挡从动齿轮(25)相啮合,Ⅳ挡主动齿轮(22)和Ⅳ挡从动齿轮(23)相啮合;所述的同步器通过花键套装在所述锥齿轮轴(31)上,两个同步器分别为S1同步器(32)和S2同步器(33),Ⅰ挡从动齿轮(30)和Ⅲ挡从动齿轮(28)分别位于S1同步器(32)两侧,Ⅱ挡从动齿轮(25)和Ⅳ挡从动齿轮(23)分别位于S2同步器(33)两侧;
所述CVT泵驱动齿轮轴包括同轴连接的CVT泵第一驱动齿轮轴(3)与CVT泵第二驱动齿轮轴(8),且二者均与PTO引回主动齿轮(34)同轴连接,PTO引回主动齿轮(34)与PTO引回从动齿轮(35)啮合,PTO引回从动齿轮(35)与PTO输入轴(38)相连接;
所述CVT泵第二驱动齿轮轴(8)通过惰轮(7)与CVT泵输入齿轮(6)啮合,CVT泵输入齿轮(6)与CVT泵(36)的输入轴连接;CVT马达(37)的输出轴上安装CVT马达输出齿轮(5),CVT马达输出齿轮(5)通过中间齿轮(4)与差动行星排齿圈(9)上相连的齿轮相啮合。
2.根据权利要求1所述的拖拉机多段自动无级变速箱,其特征在于:所述锥齿轮轴(31)上还固接有四轮驱动主动齿轮(18),四轮驱动主动齿轮(18)布置在Ⅳ挡从动齿轮(23)一侧。
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