CN111734792A - 工程机械动力换挡变速箱 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工程机械动力换挡变速箱，包括箱体，还包括输入轴S‑in、中间轴S‑1、中间轴S‑2、中间轴S‑3、中间轴S‑4、中间轴S‑5和输出轴S‑out，各轴上设置有固定齿轮和/或通过离合器安装有浮动齿轮，一部分轴上采用单离合器的结构，一部分轴上采用双离合器的结构。该工程机械动力换挡变速箱通过单离合器结构与双离合器结构的结合设计，能够实现前进8挡/后退4挡，并且在不改变箱体结构的情况下，只需减少部分部件，能够实现前进6挡/后退3挡及前进4挡/后退4挡，满足不同主机对不同挡位和速比的需求，且轴的数量少，整体占用空间小，速比可在0.5～8区间内灵活调整。

Description

工程机械动力换挡变速箱
技术领域
本发明涉及工程机械变速箱技术领域，特别涉及一种定轴式的工程机械动力换挡变速箱。
背景技术
工程机械变速箱可分为齿轮轴线固定的定轴式变速箱和部分齿轮轴线旋转的行星式变速箱。定轴式变速箱适用于需要轴降的动力机械，参与传动的齿轮对较多，比较容易变挡位数，形成系列化产品，并且定轴式变速箱结构简单，加工与装配精度容易保证，造价较低。行星式变速箱动力输入输出位于同一轴线，结构复杂紧凑、功率密度大，适用于同轴布置、单向输出、要求布置紧凑的动力机械，但加工、装配精度要求高，故障率相对较高。对于中低速负荷作业频率较高的工程机械，特别要求可靠、耐用，故较多采用定轴式变速箱。
虽然两种变速箱在结构上差别较大，但是它们都是利用液压操纵的换挡离合器的结合与合并，并与操纵元件协调匹配来完成换挡的。根据传动轴上离合器布置的数量，可分为单离合器结构与双离合器结构，单离合器结构指传动轴上只布置一个换挡离合器，双离合器结构指传动轴上对称布置两个换挡离合器。单离合器结构设计简单，制造与维修方便，但对于相同挡位数的变速箱，单离合器结构变速箱轴的数量多，占用空间大。双离合器结构相对复杂，对于相同挡位数的变速箱，双离合器结构变速箱轴的数量少，结构紧凑，所需空间小，但轴的长度更长。
现有的换挡离合器最多只能实现前进6挡/后退3挡，同时可以通过控制不同离合器的结合方式，实现前进5挡/后退3挡、前进4挡/后退3挡以及前进3挡/后退3挡等，速比范围一般在0.6～6之间。
对于特殊机械如平地机而言，需要前进8挡、速比在0.5～8之间来满足不同工况要求，目前技术方案不能满足挡位及速比要求。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种工程机械动力换挡变速箱，通过单离合器结构与双离合器结构的结合设计，能够实现前进8挡/后退4挡，并且在不改变箱体结构的情况下，只需减少部分部件，能够实现前进6挡/后退3挡及前进4挡/后退4挡，满足不同主机对不同挡位和速比的需求。
本发明提供一种工程机械动力换挡变速箱，包括箱体，还包括输入轴S-in、中间轴S-1、中间轴S-2、中间轴S-3、中间轴S-4、中间轴S-5和输出轴S-out，所述输入轴S-in上设置有固定齿轮Z1、通过离合器CF1安装的浮动齿轮Z2及通过离合器CR安装的浮动齿轮Z3，所述中间轴S-1上设置有固定齿轮Z16，所述中间轴S-2上设置有固定齿轮Z5、固定齿轮Z6及通过离合器CF2安装的浮动齿轮Z4，所述中间轴S-3上设置有换挡齿轮组，所述中间轴S-4上设置有固定齿轮Z10、通过离合器C3安装的浮动齿轮Z8及通过离合器C4安装的浮动齿轮Z9，所述中间轴S-5上设置有固定齿轮Z13、通过离合器C1安装的浮动齿轮Z11及通过离合器C2安装的浮动齿轮Z12，所述输出轴S-out上设置有固定齿轮Z14和固定齿轮Z15；所述固定齿轮Z1与所述浮动齿轮Z4相啮合，所述浮动齿轮Z2与所述固定齿轮Z5相啮合，所述浮动齿轮Z3与所述固定齿轮Z16相啮合，所述固定齿轮Z16与所述固定齿轮Z6相啮合，所述固定齿轮Z6与所述换挡齿轮组相啮合，所述换挡齿轮组与所述固定齿轮Z10相啮合，所述换挡齿轮组与所述固定齿轮Z13相啮合，所述浮动齿轮Z8与所述固定齿轮Z14相啮合，所述固定齿轮Z14与所述浮动齿轮Z11相啮合，所述浮动齿轮Z9与所述固定齿轮Z15相啮合，所述固定齿轮Z15与所述浮动齿轮Z12相啮合；前进挡模式下，所述离合器CF1和所述离合器CF2中的一者处于结合状态，且所述离合器C1、所述离合器C2、所述离合器C3和所述离合器C4中的一者处于结合状态；后退挡模式下，所述离合器CR处于结合状态，且所述离合器C1、所述离合器C2、所述离合器C3和所述离合器C4中的一者处于结合状态。
可选地，前进挡模式下，所述离合器CF1和所述离合器C1处于结合状态时，实现前进1挡；所述离合器CF2和所述离合器C1处于结合状态时，实现前进2挡；所述离合器CF1和所述离合器C2处于结合状态时，实现前进3挡；所述离合器CF2和所述离合器C2处于结合状态时，实现前进4挡；所述离合器CF1和所述离合器C3处于结合状态时，实现前进5挡；所述离合器CF2和所述离合器C3处于结合状态时，实现前进6挡；所述离合器CF1和所述离合器C4处于结合状态时，实现前进7挡；所述离合器CF2和所述离合器C4处于结合状态时，实现前进8挡；后退挡模式下，所述离合器CR和所述离合器C1处于结合状态时，实现后退1挡；所述离合器CR和所述离合器C2处于结合状态时，实现后退2挡；所述离合器CR和所述离合器C3处于结合状态时，实现后退3挡；所述离合器CR和所述离合器C4处于结合状态时，实现后退4挡。
可选地，所述换挡齿轮组包括固定齿轮Z7，所述固定齿轮Z7与所述固定齿轮Z6相啮合，所述固定齿轮Z7与所述固定齿轮Z10相啮合，所述固定齿轮Z7与所述固定齿轮Z13相啮合。
可选地，所述换挡齿轮组包括同轴安装的固定齿轮Z7和固定齿轮Z17，所述固定齿轮Z7与所述固定齿轮Z6相啮合，所述固定齿轮Z17与所述固定齿轮Z10相啮合，所述固定齿轮Z17与所述固定齿轮Z13相啮合。
可选地，所述换挡齿轮组包括同轴安装的固定齿轮Z7、固定齿轮Z17和固定齿轮Z18，所述固定齿轮Z7与所述固定齿轮Z6相啮合，所述固定齿轮Z17与所述固定齿轮Z10相啮合，所述固定齿轮Z18与所述固定齿轮Z13相啮合。
可选地，所述离合器C1、所述离合器C2、所述离合器C3与所述离合器C4中的一者不参与传动时，该变速箱用于实现前进6挡/后退3挡。
可选地，所述离合器CF1或所述离合器CF2不参与传动时，该变速箱用于实现前进4挡/后退4挡。
可选地，所述输入轴S-in的轴心线、所述中间轴S-1的轴心线与所述中间轴S-2的轴心线在垂直于所述输入轴S-in的轴心线的平面内的投影的连线呈三角形，所述中间轴S-3的轴心线、所述中间轴S-4的轴心线、所述中间轴S-5的轴心线与所述输出轴S-out的轴心线在垂直于所述中间轴S-3的轴心线的平面内的投影的连线呈四边形。
本发明的技术方案的有益效果：本发明旨在提供一种工程机械动力换挡变速箱，其通过单离合器结构与双离合器结构的结合设计，能够实现前进8挡/后退4挡，并且在不改变箱体结构的情况下，只需减少部分部件，能够实现前进6挡/后退3挡及前进4挡/后退4挡，满足不同主机对不同挡位和速比的需求，且轴的数量少，整体占用空间小。
附图说明
图1为本发明的工程机械动力换挡变速箱的前进8挡/后退4挡模式下的传动示意图一；
图2为图1中的结构的各轴端面示意图；
图3为本发明的工程机械动力换挡变速箱的前进8挡/后退4挡模式下的传动示意图二；
图4为本发明的工程机械动力换挡变速箱的前进8挡/后退4挡模式下的传动示意图三；
图5为本发明的工程机械动力换挡变速箱的前进6挡/后退3挡模式下的传动示意图；
图6为本发明的工程机械动力换挡变速箱的前进4挡/后退4挡模式下的传动示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
参考图1至图2，本发明的工程机械动力换挡变速箱，包括箱体，还包括输入轴S-in、中间轴S-1、中间轴S-2、中间轴S-3、中间轴S-4、中间轴S-5和输出轴S-out，输入轴S-in上设置有固定齿轮Z1、通过离合器CF1安装的浮动齿轮Z2及通过离合器CR安装的浮动齿轮Z3，中间轴S-1上设置有固定齿轮Z16，中间轴S-2上设置有固定齿轮Z5、固定齿轮Z6及通过离合器CF2安装的浮动齿轮Z4，中间轴S-3上设置有换挡齿轮组，中间轴S-4上设置有固定齿轮Z10、通过离合器C3安装的浮动齿轮Z8及通过离合器C4安装的浮动齿轮Z9，中间轴S-5上设置有固定齿轮Z13、通过离合器C1安装的浮动齿轮Z11及通过离合器C2安装的浮动齿轮Z12，输出轴S-out上设置有固定齿轮Z14和固定齿轮Z15；固定齿轮Z1与浮动齿轮Z4相啮合，浮动齿轮Z2与固定齿轮Z5相啮合，浮动齿轮Z3与固定齿轮Z16相啮合，固定齿轮Z16与固定齿轮Z6相啮合，固定齿轮Z6与换挡齿轮组相啮合，换挡齿轮组与固定齿轮Z10相啮合，换挡齿轮组与固定齿轮Z13相啮合，浮动齿轮Z8与固定齿轮Z14相啮合，固定齿轮Z14与浮动齿轮Z11相啮合，浮动齿轮Z9与固定齿轮Z15相啮合，固定齿轮Z15与浮动齿轮Z12相啮合；前进挡模式下，离合器CF1和离合器CF2中的一者处于结合状态，且离合器C1、离合器C2、离合器C3和离合器C4中的一者处于结合状态；后退挡模式下，离合器CR处于结合状态，且离合器C1、离合器C2、离合器C3和离合器C4中的一者处于结合状态。
更具体地，前进挡模式下：
离合器CF1和离合器C1处于结合状态时，输入轴S-in带动浮动齿轮Z2转动，带动固定齿轮Z5转动，带动固定齿轮Z6转动，带动固定齿轮Z7转动，带动固定齿轮Z13转动，带动浮动齿轮Z11转动，带动固定齿轮Z14转动，动力输出，实现前进1挡；
离合器CF2和离合器C1处于结合状态时，输入轴S-in带动浮动齿轮Z1转动，带动浮动齿轮Z4转动，带动固定齿轮Z6转动，带动固定齿轮Z7转动，带动固定齿轮Z13转动，带动浮动齿轮Z11转动，带动固定齿轮Z14转动，动力输出，实现前进2挡；
离合器CF1和离合器C2处于结合状态时，输入轴S-in带动浮动齿轮Z2转动，带动固定齿轮Z5转动，带动固定齿轮Z6转动，带动固定齿轮Z7转动，带动固定齿轮Z13转动，带动浮动齿轮Z12转动，带动固定齿轮Z15转动，动力输出，实现前进3挡；
离合器CF2和离合器C2处于结合状态时，输入轴S-in带动浮动齿轮Z1转动，带动浮动齿轮Z4转动，带动固定齿轮Z6转动，带动固定齿轮Z7转动，带动固定齿轮Z13转动，带动浮动齿轮Z12转动，带动固定齿轮Z15转动，动力输出，实现前进4挡；
离合器CF1和离合器C3处于结合状态时，输入轴S-in带动浮动齿轮Z2转动，带动固定齿轮Z5转动，带动固定齿轮Z6转动，带动固定齿轮Z7转动，带动固定齿轮Z10转动，带动浮动齿轮Z8转动，带动固定齿轮Z14转动，动力输出，实现前进5挡；
离合器CF2和离合器C3处于结合状态时，输入轴S-in带动浮动齿轮Z1转动，带动浮动齿轮Z4转动，带动固定齿轮Z6转动，带动固定齿轮Z7转动，带动固定齿轮Z10转动，带动浮动齿轮Z8转动，带动固定齿轮Z14转动，动力输出，实现前进6挡；
离合器CF1和离合器C4处于结合状态时，输入轴S-in带动浮动齿轮Z2转动，带动固定齿轮Z5转动，带动固定齿轮Z6转动，带动固定齿轮Z7转动，带动固定齿轮Z10转动，带动浮动齿轮Z9转动，带动固定齿轮Z15转动，动力输出，实现前进7挡；
离合器CF2和离合器C4处于结合状态时，输入轴S-in带动浮动齿轮Z1转动，带动浮动齿轮Z4转动，带动固定齿轮Z6转动，带动固定齿轮Z7转动，带动固定齿轮Z10转动，带动浮动齿轮Z9转动，带动固定齿轮Z15转动，动力输出，实现前进8挡；
后退挡模式下：
离合器CR和离合器C1处于结合状态时，输入轴S-in带动浮动齿轮Z3转动，带动固定齿轮Z16转动，带动固定齿轮Z6转动，带动固定齿轮Z7转动，带动固定齿轮Z13转动，带动浮动齿轮Z11转动，带动固定齿轮Z14转动，动力输出，实现后退1挡；
离合器CR和离合器C2处于结合状态时，输入轴S-in带动浮动齿轮Z3转动，带动固定齿轮Z16转动，带动固定齿轮Z6转动，带动固定齿轮Z7转动，，带动固定齿轮Z13转动，带动浮动齿轮Z12转动，带动固定齿轮Z15转动，动力输出，实现后退2挡；
离合器CR和离合器C3处于结合状态时，输入轴S-in带动浮动齿轮Z3转动，带动固定齿轮Z16转动，带动固定齿轮Z6转动，带动固定齿轮Z7转动，带动固定齿轮Z10转动，带动浮动齿轮Z8转动，带动固定齿轮Z14转动，动力输出，实现后退3挡；
离合器CR和离合器C4处于结合状态时，输入轴S-in带动浮动齿轮Z3转动，带动固定齿轮Z16转动，带动固定齿轮Z6转动，带动固定齿轮Z7转动，带动固定齿轮Z10转动，带动浮动齿轮Z9转动，带动固定齿轮Z15转动，动力输出，实现后退4挡。
更具体地，换挡齿轮组包括固定齿轮Z7，固定齿轮Z7与固定齿轮Z6相啮合，固定齿轮Z7与固定齿轮Z10相啮合，固定齿轮Z7与固定齿轮Z13相啮合输入轴S-in的轴心线、中间轴S-1的轴心线与中间轴S-2的轴心线在垂直于输入轴S-in的轴心线的平面内的投影的连线呈三角形，中间轴S-3的轴心线、中间轴S-4的轴心线、中间轴S-5的轴心线与输出轴S-out的轴心线在垂直于中间轴S-3的轴心线的平面内的投影的连线呈四边形。
另外，在另一实施例中，如图3所示，换挡齿轮组包括同轴安装的固定齿轮Z7和固定齿轮Z17，固定齿轮Z7与固定齿轮Z6相啮合，固定齿轮Z17与固定齿轮Z10相啮合，固定齿轮Z17与固定齿轮Z13相啮合，该方案能够扩大速比的调节范围。
再者，再一个实施例中，如图4所示，换挡齿轮组包括同轴安装的固定齿轮Z7、固定齿轮Z17和固定齿轮Z18，固定齿轮Z7与固定齿轮Z6相啮合，固定齿轮Z17与固定齿轮Z10相啮合，固定齿轮Z18与固定齿轮Z13相啮合，该方案能够进一步扩大速比的调节范围，可在0.5～8区间内灵活调整。
该变速箱实现前进6挡/后退3挡的方案：参见图5，其在图1所示的结构上删除了离合器C2和浮动齿轮Z12，不改变各轴的位置，来实现前进6挡/后退3挡的功能，当然，在其他实施例中也可以采用删除离合器C1和浮动齿轮Z11，或者删除离合器C3和浮动齿轮Z8，或者删除离合器C4和浮动齿轮Z9，来实现前进6挡/后退3挡的功能。
该变速箱实现前进4挡/后退4挡的方案：参见图6，其在图1所述的结构上删除了离合器CF2和浮动齿轮Z4，不改变各轴的位置，来实现前进4挡/后退4挡的功能，当然，在其他实施例中也可以采用删除离合器CF1和浮动齿轮Z2，来实现前进4挡/后退4挡的功能。
以上，本发明的变速箱，前进挡位均由两个离合器闭合和四次齿轮啮合实现，后退挡位均由两个离合器闭合和五次齿轮啮合实现。
综上，本技术方案的工程机械动力换挡变速箱，其设计为单离合器结构与双离合器结构的结合设计，能够实现前进8挡/后退4挡，并且在不改变箱体内各轴的位置的情况下，只需减少部分部件，能够实现前进6挡/后退3挡及前进4挡/后退4挡，满足不同主机对不同挡位和速比的需求，且轴的数量少，整体占用空间小。
以上具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.工程机械动力换挡变速箱，包括箱体，其特征在于，还包括：
输入轴S-in，其上设置有固定齿轮Z1、通过离合器CF1安装的浮动齿轮Z2及通过离合器CR安装的浮动齿轮Z3；
中间轴S-1，其上设置有固定齿轮Z16；
中间轴S-2，其上设置有固定齿轮Z5、固定齿轮Z6及通过离合器CF2安装的浮动齿轮Z4；
中间轴S-3，其上设置有换挡齿轮组；
中间轴S-4，其上设置有固定齿轮Z10、通过离合器C3安装的浮动齿轮Z8及通过离合器C4安装的浮动齿轮Z9；
中间轴S-5，其上设置有固定齿轮Z13、通过离合器C1安装的浮动齿轮Z11及通过离合器C2安装的浮动齿轮Z12；
输出轴S-out，其上设置有固定齿轮Z14和固定齿轮Z15；
所述固定齿轮Z1与所述浮动齿轮Z4相啮合，所述浮动齿轮Z2与所述固定齿轮Z5相啮合，所述浮动齿轮Z3与所述固定齿轮Z16相啮合，所述固定齿轮Z16与所述固定齿轮Z6相啮合，所述固定齿轮Z6与所述换挡齿轮组相啮合，所述换挡齿轮组与所述固定齿轮Z10相啮合，所述换挡齿轮组与所述固定齿轮Z13相啮合，所述浮动齿轮Z8与所述固定齿轮Z14相啮合，所述固定齿轮Z14与所述浮动齿轮Z11相啮合，所述浮动齿轮Z9与所述固定齿轮Z15相啮合，所述固定齿轮Z15与所述浮动齿轮Z12相啮合；
前进挡模式下，所述离合器CF1和所述离合器CF2中的一者处于结合状态，且所述离合器C1、所述离合器C2、所述离合器C3和所述离合器C4中的一者处于结合状态；
后退挡模式下，所述离合器CR处于结合状态，且所述离合器C1、所述离合器C2、所述离合器C3和所述离合器C4中的一者处于结合状态。
2.如权利要求1所述的工程机械动力换挡变速箱，其特征在于，
前进挡模式下，所述离合器CF1和所述离合器C1处于结合状态时，实现前进1挡；所述离合器CF2和所述离合器C1处于结合状态时，实现前进2挡；所述离合器CF1和所述离合器C2处于结合状态时，实现前进3挡；所述离合器CF2和所述离合器C2处于结合状态时，实现前进4挡；所述离合器CF1和所述离合器C3处于结合状态时，实现前进5挡；所述离合器CF2和所述离合器C3处于结合状态时，实现前进6挡；所述离合器CF1和所述离合器C4处于结合状态时，实现前进7挡；所述离合器CF2和所述离合器C4处于结合状态时，实现前进8挡；
后退挡模式下，所述离合器CR和所述离合器C1处于结合状态时，实现后退1挡；所述离合器CR和所述离合器C2处于结合状态时，实现后退2挡；所述离合器CR和所述离合器C3处于结合状态时，实现后退3挡；所述离合器CR和所述离合器C4处于结合状态时，实现后退4挡。
3.如权利要求1所述的工程机械动力换挡变速箱，其特征在于，所述换挡齿轮组包括固定齿轮Z7，所述固定齿轮Z7与所述固定齿轮Z6相啮合，所述固定齿轮Z7与所述固定齿轮Z10相啮合，所述固定齿轮Z7与所述固定齿轮Z13相啮合。
4.如权利要求1所述的工程机械动力换挡变速箱，其特征在于，所述换挡齿轮组包括同轴安装的固定齿轮Z7和固定齿轮Z17，所述固定齿轮Z7与所述固定齿轮Z6相啮合，所述固定齿轮Z17与所述固定齿轮Z10相啮合，所述固定齿轮Z17与所述固定齿轮Z13相啮合。
5.如权利要求1所述的工程机械动力换挡变速箱，其特征在于，所述换挡齿轮组包括同轴安装的固定齿轮Z7、固定齿轮Z17和固定齿轮Z18，所述固定齿轮Z7与所述固定齿轮Z6相啮合，所述固定齿轮Z17与所述固定齿轮Z10相啮合，所述固定齿轮Z18与所述固定齿轮Z13相啮合。
6.如权利要求1所述的工程机械动力换挡变速箱，其特征在于，所述离合器C1、所述离合器C2、所述离合器C3与所述离合器C4中的一者不参与传动时，该变速箱用于实现前进6挡/后退3挡。
7.如权利要求1所述的工程机械动力换挡变速箱，其特征在于，所述离合器CF1或所述离合器CF2不参与传动时，该变速箱用于实现前进4挡/后退4挡。
8.如权利要求1所述的工程机械动力换挡变速箱，其特征在于，所述输入轴S-in的轴心线、所述中间轴S-1的轴心线与所述中间轴S-2的轴心线在垂直于所述输入轴S-in的轴心线的平面内的投影的连线呈三角形，所述中间轴S-3的轴心线、所述中间轴S-4的轴心线、所述中间轴S-5的轴心线与所述输出轴S-out的轴心线在垂直于所述中间轴S-3的轴心线的平面内的投影的连线呈四边形。
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