CN111927933A - 一种hmcvt的三排并联行星齿轮传动机构 - Google Patents

一种hmcvt的三排并联行星齿轮传动机构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于液压机械无级变速箱的三排并联行星齿轮传动机构，机械动力从动力输入轴输入，液压动力从马达轴从动齿轮输入，经行星排汇流；最终动力从C1、C2、C3离合器主动齿轮输出，这三个齿轮分别与离合器(C1、C2、C3)从动齿轮组成一对齿轮副；P1行星排、P2行星排、P3行星排采用并联排布，进行液压、机械动力的汇流输出。本发明通过切换换段离合器的结合状态，实现行星排不同动力输出齿轮输出动力到换段离合器，从而实现三段无级变速。本发明解决了传统有级式变速箱的换挡阶跃现象，减少了换挡冲击；对改善拖拉机的燃油经济性和动力性有一定的意义；同时本发明具有结构紧凑，设计灵巧，提高了箱体空间利用率，减少成本等优点。

Description

一种HMCVT的三排并联行星齿轮传动机构
技术领域
本发明属于液压机械传动技术领域，具体涉及一种HMCVT的三排并联行星齿轮传动机构。
背景技术
齿轮是一种轮缘上有齿能连续啮合传递运动和动力的机械元件。齿轮是能互相啮合的有齿的机械零件，齿轮在传动中的应用很早就出现了。
行星齿轮传动的类型分为很多种，按照库德略夫的分类法：可分为行星齿轮传动可分为2K-H、3K和K-H-V三种基本类型，其中K-中心轮，H-转臂，V-输出轴。按照按齿轮啮合方式分类行星齿轮传动又可分为NGW、NW、NN、WW、NGWN和ZUWGW等，其中N-内啮合， W-外啮合，G-内外啮合公用行星齿轮，ZU-锥齿轮。本发明采用的是NGW型，即2个中心轮公用多个行星轮。
HMCVT是基于功率分流原理将机械功率和液压功率以并联的形式进行传动，最终实现高效的无级变速。三排并联行星齿轮机构是将机械动力与液压动力汇流在一起通过三行星排不同构件将动力输出，实现无级变速。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种HMCVT的三排并联行星齿轮传动机构，根据行星排不同构件的将动力输出给多个离合器，通过控制多个离合器的接合状态进而控制行星排构件的动力输出，动力输出模式更加多样化，实现无级变速。解决了传统有级式变速箱的换挡阶跃现象，减少了换挡冲击；对改善拖拉机的燃油经济性和动力性有一定的意义；同时本发明具有结构紧凑，设计灵巧，提高了箱体空间利用率，减少成本等优点。
本发明供一种HMCVT的三排并联行星齿轮传动机构，包括动力输入轴(1)、马达轴从动齿轮(2)、第三离合器C3主动齿轮(4)、第一行星排、第二行星排、第三行星排、三联齿轮(19)、第一离合器C1主动齿轮(18)、第二离合器C2主动齿轮(20)、第三离合器C3 主动齿轮(4)、连接与定位使用的参考标准件。
第一行星排包括第一齿圈(8)、第一行星轮三个(5)、第一太阳轮(3)、第一行星架(7)、第一行星轮轴三个(6)；第一行星轮(5)与第一齿圈(8)、第一太阳轮(3) 分别相互啮合连接在一起，第一行星架(7)与第一行星轮轴(6)之间的配合为松配合，第一行星架(7)通过螺栓与第三离合器C3主动齿轮(4)之间进行刚性紧连接，第一行星轮轴 (6)中其中二个与第三离合器C3主动齿轮(4)之间采用过盈连接，另外一个采用松配合；
第二行星排包括第二齿圈(13)、第二行星轮三个(10)、第二行星架(12)、第二行星轮轴三个(11)；第二行星轮(10)与第二齿圈(13)、三联齿轮(19)分别相互啮合连接在一起，第二行星架(12)与第二行星轮轴(11)之间的配合为松配合，第二行星架 (12)通过螺栓与第一齿圈(8)之间进行刚性紧连接，第二行星轮轴(11)中其中二个与第一齿圈(8)之间采用过盈连接，另外一个采用松配合；
第三行星排包括第三齿圈(17)、第三行星轮三个(14)、第三行星架(16)、第三行星轮轴三个(15)；所述第三行星轮(14)的数量采用3个，与第三齿圈(17)、三联齿轮(19)分别相互啮合连接在一起，第三行星架(16)与第三行星轮轴(15)之间的配合为松配合，第三行星架(16)通过螺栓与第二齿圈(13)之间进行刚性紧连接，第三行星轮轴(15)中其中二个与第二齿圈(13)之间采用过盈连接，另外一个采用松配合。
作为本发明的进一步技术发明方案，动力输入轴(1)与第一行星排齿圈(8)、泵轴主动齿轮通过花键连接来进行动力分流；动力输入轴(1)的动力由发动机的输入，其中动力输入轴与发动机曲轴用一扭转减振器刚性连接在一起。
进一步的，马达轴从动齿轮(2)为液压流动力的输出齿轮，与第一太阳轮(3)通过花键连接，将动力传递给所述第一太阳轮(3)，马达轴从动齿轮(2)利用卡簧来进行轴向定位。
进一步的，第一太阳轮(3)径向进油孔结合面采用环形油道，以此来更加准确地进油。
进一步的，第一行星架(7)通过螺栓与第三离合器C3主动齿轮(4)之间进行刚性紧连接，第一行星轮轴(6)中其中二个与第三离合器C3主动齿轮(4)之间采用过盈连接，另外一个采用松配合，以此达到所述第一行星轮轴(6)的传递扭矩、承受载荷与定位三方面作用。
进一步的，第一齿圈(8)传递的机械动力与所述第一太阳轮(3)所传递的液压动力通过三行星排汇流输出。
进一步的，第一行星架(7)、第三离合器C3主动齿轮(4)、第一行星架外接套筒(9)、第二齿圈(13)、第三行星架(16)组为五合一体化结构，具体为：第一行星架(7)与第三离合器C3主动齿轮(4)之间用螺栓连接，拆卸方便，定心能力强；第三离合器C3主动齿轮 (4)与第一排行星架外接套筒(9)之间采用焊接，加工方便，工艺简单；第一排行星架外接套筒(9)与第二齿圈(13)之间采用连接键进行连接，方式简单，并且具有自动调心功能；第二齿圈(13)与第三行星架(16)之间采用螺栓连接；第三行星架(16)与第三离合器C3 主动齿轮(4)通过2个深沟球轴承来承受整个五合一零件的重量，其中第三离合器C3主动齿轮(4)通过第一行星架(7)传递过来的动力最终传递到C3离合器；五个零件通过三种连接方式有效地连接在了一起，结构紧凑，且装配起来与其他零件互不干涉。
进一步的，三联齿轮(19)为第二太阳轮与第三太阳轮做成的一体化结构，其减少零件数量，降低装配难度，第三太阳轮与第二离合器C2主动齿轮(20)之间采用花键连接，第二离合器C2主动齿轮(20)传递三联齿轮(19)的动力到第二离合器C2，最终通过动力输出轴输出。
进一步的，第一离合器C1主动齿轮(18)与第三齿圈(17)的连接方式为焊接，其中第一离合器C1主动齿轮(18)传递第三齿圈(17)的动力到第一离合器C1，此结构加工简单、容易装配。
本发明将三行星排并联结合，并通过三行星排上不同构件合理的与三个离合器主动齿轮通过花键、焊接与螺栓不同连接方式连接在一起，通过不同离合器的接合切换不同构件的动力输出，使得整个三排并联行星齿轮传动机构结构紧凑、设计灵巧，改善了装配难度，提高了液压机械无极变速箱箱体内部的空间利用率，改善了拖拉机的作业效率，提高了拖拉机的燃油经济性。
附图说明
图1为本发明的零件结构装配示意图
图2本发明HM1前进段动力传递路线示意图
图3本发明HM1倒退段动力传递路线示意图
图4本发明HM2前进段动力传递路线示意图
图5本发明HM2倒退段动力传递路线示意图
图6本发明HM3前进段动力传递路线示意图
图7本发明HM3倒退段动力传递路线示意图
具体实施方式
请参阅图1，本实例提供一种HMCVT的三排并联行星齿轮传动机构，包括输入轴1、马达轴从动齿轮2、第三离合器C3主动齿轮4、第一行星排、第二行星排、第三行星排、三联齿轮19、第一离合器C1主动齿轮18、第二离合器C2主动齿轮20、第三离合器C3主动齿轮4、连接与定位使用的参考标准件。
第一行星排包括第一齿圈8、第一行星轮三个5、第一太阳轮3、第一行星架7、第一行星轮轴三个6，第一行星轮5与第一齿圈8、第一太阳轮3分别相互啮合连接在一起；
第二行星排包括第二齿圈13、第二行星轮10三个、第二行星架12、第二行星轮轴11三个，第二行星轮10与第二齿圈13、三联齿轮19分别相互啮合连接在一起；
第三行星排包括第三齿圈17、第三行星轮14三个、第三行星架16、第三行星轮轴15三个；第三行星轮与第三齿圈17、三联齿轮19分别相互啮合连接在一起。
动力输入轴1与第一行星排齿圈8、泵轴主动齿轮通过花键连接来进行动力分流，动力输入轴1的动力由发动机的输入，其中动力输入轴1与发动机曲轴用一扭转减振器刚性连接在一起。
马达轴从动齿轮2为液压流动力的输出齿轮，与第一太阳轮3通过花键连接，将动力传递给第一太阳轮3，马达轴从动齿轮2利用卡簧来进行轴向定位。
第一太阳轮3径向进油孔结合面采用环形油道，以此来更加准确地进油。
第一行星架7通过螺栓与第三离合器C3主动齿轮4之间进行刚性紧连接，第一行星轮轴6中其中二个与第三离合器C3主动齿轮4之间采用过盈连接，另外一个采用松配合，以此达到所述第一行星轮轴6的传递扭矩、承受载荷与定位三方面作用。
第一齿圈8传递的机械动力与所述第一太阳轮3所传递的液压动力通过三行星排汇流输出。
进一步的，第一行星架7、第三离合器C3主动齿轮4、第一行星架外接套筒9、第二齿圈13、第三行星架16组为五合一体化结构，具体为：第一行星架7与第三离合器C3主动齿轮4之间用螺栓连接，拆卸方便，定心能力强；第三离合器C3主动齿轮4与第一排行星架外接套筒9之间采用焊接，加工方便，工艺简单；第一排行星架外接套筒9与第二齿圈13 之间采用连接键连接，连接方式简单，并且具有自动调心功能；第二齿圈13与第三行星架 16之间采用螺栓连接；第三行星架16与第三离合器C3主动齿轮4通过深沟球轴承来承受整个五合一零件的重量，其中第三离合器C3主动齿轮4通过第一行星架7传递过来的动力最终传递到C3离合器；五个零件通过三种连接方式有效地连接在了一起，结构紧凑，且装配起来与其他零件互不干涉。
三联齿轮19为第二太阳轮与第三太阳轮做成的一体化结构，其减少零件数量，降低装配难度，第三太阳轮与第二离合器C2主动齿轮20之间采用花键连接，第二离合器C2主动齿轮20传递三联齿轮19的动力到第二离合器C2，最终通过动力输出轴输出。
第一离合器C1主动齿轮18与第三齿圈17的连接方式为焊接，其中第一离合器C1主动齿轮18传递第三齿圈17的动力到第一离合器C1，此结构加工简单、容易装配。
如表1所示，表示为在不同工作段，离合器的接合状态。
Figure BSA0000210842140000031
表1、各段位离合器工作状态表
根据图2-图7所示，各部件的状态及动力传递路线如下：
HMCVT第一段，C1离合器工作，C2、C3离合器不工作，此时三行星排同时工作，发动机动力通过动力输入轴输入，分为二股，一股直接传递给第一齿圈，另一股传递到泵控马达系统，再通过马达轴从动齿轮传递给第一太阳轮，液压动力与机械动力在第一行星排汇流；动力由第一行星架输出给第二齿圈，同时第一齿圈与第二行星架之间通过螺栓连接，第一齿圈带着第二行星架转动，第二齿圈动力与第二行星架动力汇流在第二行星排，由第二太阳轮输出；第二太阳轮与第三太阳轮做成一体式结构，因此第二太阳轮带动第三太阳轮转动，第二齿圈与第三行星架为前圈后架结构，第二齿圈带动这第三行星架转动，第三行星架动力与第三太阳轮动力汇流在第三行星排，最后由第三齿圈传递给C1离合器；最终动力从动力输出轴输出，CV、CR离合器分别控制前进段和倒退段，此时实现了HMCVT的HM1段。
HMCVT第二段，C2离合器工作，C1、C3离合器不工作，此时第一、第二行星排工作，第三行星排空转，发动机动力通过动力输入轴输入，分为二股，一股直接传递给第一齿圈，另一股传递到泵控马达系统，再通过马达轴从动齿轮传递给第一太阳轮，液压动力与机械动力在第一行星排汇流；动力由第一行星架输出给第二齿圈，同时第一齿圈与第二行星架之间通过螺栓连接，第一齿圈带着第二行星架转动，第二齿圈动力与第二行星架动力汇流在第二行星排，由第二太阳轮输出到C2离合器；最终动力从动力输出轴输出，CV、CR离合器分别控制前进段和倒退段，此时实现了HMCVT的HM2段。
HMCVT第二段，C3离合器工作，C1、C2离合器不工作，此时第一行星排工作，第二、三行星排空转，发动机动力通过动力输入轴输入，分为二股，一股直接传递给第一齿圈，另一股传递到泵控马达系统，再通过马达轴从动齿轮传递给第一太阳轮，液压动力与机械动力在第一行星排汇流；动力由第一行星架输出给C3离合器主动齿轮；最终动力从动力输出轴输出，CV、CR离合器分别控制前进段和倒退段，此时实现了HMCVT的HM3段。
根据分析的动力传递路线，下文具体讲述汇流机构传动比计算方法。
第一段：C1离合器结合，由第三齿圈作为最终汇流机构的输出。
对于第一行星排，液压动力从s1输入，机械动力从r1输入，汇流后c1输出。(s1代表第一太阳轮，r1代表第一齿圈，c1代表第一行星架，ne代表输入的转速，e代表排量比)
ns1+k1nr1-(1+k1)nc1＝0，nr1＝ne，
Figure BSA0000210842140000041
因此：
Figure BSA0000210842140000042
对于第二行星排，液压r2输入，机械c2输入，汇流后从s2。(s2代表第二太阳轮，r2代表第二齿圈，c2代表第二行星架)
ns2+k2nr2-(1+k2)nc2＝0，nc1＝nr2，nc1＝nr2
因此：
Figure BSA0000210842140000043
对于第三行星排，液压c3输入，机械s3输入，汇流后从r3。(s3代表第三太阳轮，r3代表第三齿圈，c3代表第三行星架)
ns3+k3nr3-(1+k3)nc3＝0，nc3＝nr2＝nc1，ns3＝ns2
因此：
Figure BSA0000210842140000051
所以：第一段的总传动比为：
Figure BSA0000210842140000052
以此类推：第二段的总传动比为：
Figure BSA0000210842140000053
第三段总传动比为：
Figure BSA0000210842140000054
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种HMCVT的三排并联行星齿轮传动机构，其特征在于，包括动力输入轴(1)、马达轴从动齿轮(2)、第三离合器C3主动齿轮(4)、第一行星排、第二行星排、第三行星排、三联齿轮(19)、第一离合器C1主动齿轮(18)、第二离合器C2主动齿轮(20)、第三离合器C3主动齿轮(4)、连接与定位使用的参考标准件；
所述动力输入轴(1)与所述第一行星排齿圈(8)、泵轴主动齿轮通过花键连接来进行动力分流；
所述马达轴从动齿轮(2)为液压流动力的输出齿轮，与所述第一太阳轮(3)通过花键连接，将动力传递给所述第一太阳轮(3)；
所述第一行星排包括第一齿圈(8)、第一行星轮(5)、第一太阳轮(3)、第一行星架(7)、第一行星轮轴(6)；所述第一行星轮(5)的数量采用3个，与所述第一齿圈(8)、第一太阳轮(3)分别相互啮合连接在一起，所述第一行星架(7)与第一行星轮轴(6)之间的配合为松配合，所述第一行星架(7)通过螺栓与所述第三离合器C3主动齿轮(4)之间进行刚性紧连接，所述第一行星轮轴(6)中其中二个与所述第三离合器C3主动齿轮(4)之间采用过盈连接，另外一个采用松配合；
所述第二行星排包括第二齿圈(13)、第二行星轮(10)、第二行星架(12)、第二行星轮轴(11)；所述第二行星轮(10)的数量采用3个，与所述第二齿圈(13)、三联齿轮(19)分别相互啮合连接在一起，所述第二行星架(12)与第二行星轮轴(11)之间的配合为松配合，所述第二行星架(12)通过螺栓与所述第一齿圈(8)之间进行刚性紧连接，所述第二行星轮轴(11)中其中二个与所述第一齿圈(8)之间采用过盈连接，另外一个采用松配合；
所述第三行星排包括第三齿圈(17)、第三行星轮(14)、第三行星架(16)、第三行星轮轴(15)；所述第三行星轮(14)的数量采用3个，与所述第三齿圈(17)、三联齿轮(19)分别相互啮合连接在一起，所述第三行星架(16)与第三行星轮轴(15)之间的配合为松配合，所述第三行星架(16)通过螺栓与所述第二齿圈(13)之间进行刚性紧连接，所述第三行星轮轴(15)中其中二个与所述第二齿圈(13)之间采用过盈连接，另外一个采用松配合；
所述第三离合器C3主动齿轮(4)与所述行星架外接套筒(9)之间连接方式为焊接，所述第三离合器C3主动齿轮(4)由2个深沟球轴承支撑定位；所述第一离合器C1主动齿轮(18)与所述第三齿圈(17)之间连接方式为焊接，所述第一离合器C1主动齿轮(18)由2个深沟球轴承支撑定位；所述第二离合器C2主动齿轮(20)与所述三联齿轮(19)之间用花键连接，所述第二离合器C2主动齿轮(20)利用卡簧(24)和挡板(21)进行轴向定位。
所述连接与定位所使用的标准件包括圆锥滚子轴承(22)一个、滚针轴承(23)两个、卡簧(24)两个、卡簧(25)两个、深沟球轴承(26)三个、滚针轴承(27)十八个、连接螺栓(28)三个、连接螺栓(29)三个、平面推力轴承(30)一个、平面推力轴承(31)一个、连接螺栓(32)三个、深沟球轴承(34)两个、卡簧(33)两个、卡簧(35)两个、滚针轴承(36)两个、平面推力轴承(37)一个。
2.根据权利要求1所述的一种HMCVT的三排并联行星齿轮传动机构，其特征在于：所述动力输入轴(1)的动力由发动机输入，其中所述动力输入轴(1)与发动机曲轴用一扭转减振器刚性连接在一起。
3.根据权利要求1所述的一种HMCVT的三排并联行星齿轮传动机构，其特征在于：所述马达轴从动齿轮(2)与所述第一太阳轮(3)采用渐开线花键连接传递动力，所述马达轴从动齿轮(2)利用卡簧来进行轴向定位。
4.根据权利要求1所述的一种HMCVT的三排并联行星齿轮传动机构，其特征在于：所述第一太阳轮(3)径向进油孔结合面采用环形油道，以此来更加准确地进油。
5.根据权利要求1所述的一种HMCVT的三排并联行星齿轮传动机构，其特征在于：所述第一行星架(7)通过螺栓与所述第三离合器C3主动齿轮(4)之间进行刚性紧连接，所述第一行星轮轴(6)中其中二个与第三离合器C3主动齿轮(4)之间采用过盈连接，另外一个采用松配合，以此达到所述第一行星轮轴(6)的传递扭矩、承受载荷与定位三方面作用。
6.根据权利要求1所述的一种HMCVT的三排并联行星齿轮传动机构，其特征在于：所述第一齿圈(8)传递的机械动力与所述第一太阳轮(3)所传递的液压动力通过三行星排汇流输出。
7.根据权利要求1所述的一种HMCVT的三排并联行星齿轮传动机构，其特征在于：所述第一行星架(7)、第三离合器C3主动齿轮(4)、第一行星架外接套筒(9)、第二齿圈(13)、第三行星架(16)组为五合一体化结构，具体为：所述第一行星架(7)与所述第三离合器C3主动齿轮(4)之间用螺栓连接，拆卸方便，定心能力强；所述第三离合器C3主动齿轮(4)与第一排行星架外接套筒(9)之间采用焊接，加工方便，工艺简单；所述第一排行星架外接套筒(9)与第二齿圈(13)之间采用连接键方式进行连接，连接方式简单，并且具有自动调心功能；所述第二齿圈(13)与第三行星架(16)之间采用螺栓连接；第三行星架(16)与第三离合器C3主动齿轮(4)通过深沟球轴承来承受整个五合一零件的重量，其中第三离合器C3主动齿轮(4)通过所述第一行星架(7)传递过来的动力最终传递到C3离合器；五个零件通过三种连接方式有效地连接在了一起，结构紧凑，且装配起来与其他零件互不干涉。
8.根据权利要求1所述的一种HMCVT的三排并联行星齿轮传动机构，其特征在于：所述三联齿轮(19)为第二太阳轮与第三太阳轮做成的一体化结构，其减少零件数量，降低装配难度，第三太阳轮与所述第二离合器C2主动齿轮(20)之间采用花键连接，所述第二离合器C2主动齿轮(20)传递所述三联齿轮(19)的动力到第二离合器C2，最终通过动力输出轴输出。
9.根据权利要求1所述的一种HMCVT的三排并联行星齿轮传动机构，其特征在于：所述第一离合器C1主动齿轮(18)与所述第三齿圈(17)的连接方式为焊接，其中所述第一离合器C1主动齿轮(18)传递所述第三齿圈(17)的动力到第三离合器C3，此结构加工简单、容易装配。
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