CN113623369A - 变速器及包括其的作业机械 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变速器及包括其的作业机械。所述变速器包括：第一轴(20)及安装在其上的第一固定齿轮(Z4)、第一空套齿轮(Z2)和第一离合器(C1)；第二轴(30)及安装在其上的第二固定齿轮(Z3)、第二空套齿轮(Z5)和第二离合器(C2)。第一固定齿轮与第二空套齿轮常啮合，第一空套齿轮与第二固定齿轮常啮合。第一离合器选择性地接合或分离以使得第一空套齿轮(Z2)与第一轴(20)接合或脱开，第二离合器选择性地接合或分离以使得第二空套齿轮(Z5)与第二轴(30)接合或脱开。

Description

变速器及包括其的作业机械
技术领域
本发明属于作业机械领域，具体来说涉及一种用于作业机械的变速器。
背景技术
诸如装载机、挖掘机、平地机之类的作业机械能够在动力源(如发动机、电动机等)的驱动下借助于行走装置(如车轮或履带)行走到期望位置以进行相关作业。由于动力源的动力特性与作业机械的负载特性并不能完全地匹配，因此需要在动力源和行走装置之间设置变速器。此外，变速器还可以提供空挡，以便在动力源工作时也能够切断动力源与行走装置之间的动力连接。
目前已知具有不同结构的多种类型的变速器。然而，并没有一种变速器能够适用于所有的动力源和作业机械使用环境。因此，根据动力源的具体类型以及作业机械的使用环境，需要提供结构简单可靠和使用便利的具有针对性的变速器。
发明内容
结合发明人在该领域的研究和实际经验，在此提出以下改进的技术方案以实现上述和/或其它技术目的。
一种用于作业机械的变速器，包括：第一轴；固定安装在所述第一轴上的第一固定齿轮；空套安装在所述第一轴上的第一空套齿轮；第一离合器，所述第一离合器构造成选择性地接合或分离以使得所述第一空套齿轮与所述第一轴接合或脱开；第二轴；固定安装在所述第二轴上并与所述第一空套齿轮常啮合的第二固定齿轮；空套安装在所述第二轴上并与所述第一固定齿轮常啮合的第二空套齿轮；和第二离合器，所述第二离合器构造成选择性地接合或分离以使得所述第二空套齿轮与所述第二轴接合或脱开。
根据一种示例性构型，所述变速器还包括离合器控制装置，所述离合器控制装置配置成根据作业机械的运行工况或作业机械操作员的指令将所述第一和第二离合器控制为使得在所述变速器工作时它们两者中的至多一者接合。
根据一种示例性构型，所述第一固定齿轮与所述第二空套齿轮的齿数比设定成不同于所述第一空套齿轮与所述第二固定齿轮的齿数比。
根据一种示例性构型，所述变速器还包括构造成接收输入至所述变速器的动力的输入轴和固定安装在所述输入轴上并构造成将该动力传递给所述第一轴的输入齿轮。
根据一种示例性构型，所述变速器还包括固定安装在所述第一轴上并与所述输入齿轮常啮合的第一传动齿轮。
根据一种示例性构型，所述变速器还包括构造成将动力从所述变速器输出的输出轴和固定安装在所述输出轴上并构造成接收从所述第二轴输出的动力的输出齿轮。
根据一种示例性构型，所述变速器还包括固定安装在所述第二轴上并与所述输出齿轮常啮合的第二传动齿轮。
根据一种示例性构型，所述第一离合器和/或所述第二离合器构造为多片式离合器或牙嵌式离合器。
本发明还涉及一种作业机械，其包括动力源和接收来自所述动力源的动力的如上所述的变速器。
根据一种示例性构型，所述动力源包括电动机。
在本发明中，如同本领域惯常使用的描述那样，齿轮“固定安装”在轴上指的是齿轮例如通过花键连接等可拆卸的方式或者直接通过焊接等不可拆卸的方式连接到轴上，从而达到这样的传动连接：轴和齿轮以相同的角速度同步旋转。换言之，在变速器的正常工作过程中，轴旋转一定会带动齿轮旋转，齿轮旋转也一定会带动轴旋转；即，在轴和齿轮之间不存在相对转动。
与“固定安装”相对应的连接方式是齿轮“空套安装”在轴上。也就是说，齿轮通过例如轴承元件可相对于轴旋转地支承在轴上，从而使得当轴旋转的时候，齿轮可以不随之以相同的速度旋转，因此也就无法传递动力；或者当齿轮旋转时，也无法带动轴旋转来传递动力。
“空套安装”在轴上的齿轮一般与“离合器”配合使用。“离合器”能够选择性地接合或分离，以使齿轮与轴相应地接合或脱开。当齿轮与轴接合时，其工作状态如同齿轮“固定安装”到轴上那样；当齿轮与轴脱开时，其工作状态如同齿轮“空套安装”在轴上那样。在变速器的工作过程中，通过控制离合器的接合或分离来改变空套安装在轴上的齿轮与该轴之间的连接关系，从而实现传动关系的建立或取消。
附图说明
参照附图描述本发明的示例性实施例，其中：
图1示出了根据本发明一个实施例的变速器及其上下游部件的结构示意图。
图2示出了图1所示的变速器的一个挡位的传动关系图。
图3示出了图1所示的变速器的另一个挡位的传动关系图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。
参见图1，根据本发明的变速器设置在作业机械的动力源之后，行走装置之前。在图示的实施例中，作业机械采用电动机M作为动力源。此外，动力源还可以是例如汽油机、柴油机等的内燃机。行走装置可以是图1中示意性示出的车轮6。
变速器具有壳体50，在壳体50内设置有四根例如相互平行布置的齿轮轴，各齿轮轴通过轴承等支承元件可旋转地支承在变速器的壳体50上，并且在各个齿轮轴上根据需要设置有不同数量的齿轮。
从图1中可以看出，在最上方的齿轮轴是输入轴10。输入轴10构造成接收输入至变速器的动力，例如，可通过图1所示的联轴器4从电动机M的输出轴接收动力。在输入轴10上固定安装有输入齿轮Z0。在图1中最下方的齿轮轴是输出轴40。输出轴40构造成将经变速的动力从变速器输出，例如输出至车轮6。在输出轴40与车轮6的传动链上的合适位置处还可以设置有制动器3。在输出轴40上固定安装有输出齿轮Z7。
作为根据本发明的变速器的主要改进方面之一，在输入轴10和输出轴40之间设置有两根中间轴，为方便描述，将与输入轴10存在直接传动连接的中间轴称为第一轴20，将与输出轴40存在直接传动连接的中间轴称为第二轴30。
从图1中可以看出，在第一轴20上设置有三个齿轮Z1、Z2和Z4以及第一离合器C1。齿轮Z1固定安装在第一轴20上，并且与输入轴上的输入齿轮Z0处于常啮合状态。由此，第一轴20可接收来自输入轴10的输入动力。在下文中，将齿轮Z1称为“第一传动齿轮”。齿轮Z2、Z4中的一者固定安装在第一轴20上，另一者则空套安装在第一轴20上。如同上文已经解释的那样，空套安装在第一轴上的齿轮可以通过离合器的选择性接合或分离而与第一轴相应地接合或脱开。
更具体地，在图1所示的实施例中，齿轮Z2空套安装在第一轴20上，并且与第一离合器C1配合，从而能够根据第一离合器C1的接合或分离而与第一轴相应地接合或脱开。齿轮Z4固定安装在第一轴20上。在下文中，将齿轮Z2称为“第一空套齿轮”，将齿轮Z4称为“第一固定齿轮”。作为替代实施方式，也可以是齿轮Z2固定安装在第一轴上，而齿轮Z4空套安装在第一轴上并与第一离合器C1配合。
在第二轴30上也设置有三个齿轮Z6、Z3和Z5以及第二离合器C2。齿轮Z6固定安装在第二轴30上，并且与输出轴40上的输出齿轮Z7处于常啮合状态。由此，第二轴30可向输出轴40输出动力。在下文中，将齿轮Z6称为“第二传动齿轮”。齿轮Z3、Z5中的一者固定安装在第二轴30上，另一者则空套安装在第二轴30上。如同上文已经解释的那样，空套安装在第二轴上的齿轮可以通过离合器的选择性接合或分离而与第二轴相应地接合或脱开。
更具体地，在图1所示的实施例中，齿轮Z5空套安装在第二轴30上，并且与第二离合器C2配合，从而能够根据第二离合器C2的接合或分离而与第二轴相应地接合或脱开。齿轮Z3固定安装在第二轴30上。在下文中，将齿轮Z5称为“第二空套齿轮”，将齿轮Z3称为“第二固定齿轮”。作为替代实施方式，也可以是齿轮Z5固定安装在第二轴上，而齿轮Z3空套安装在第二轴上并与第二离合器C2配合。
作为图1中示例性示出的实现方式，两个离合器C1、C2均采用多片式离合器的形式，包括固定安装在第一轴或第二轴上的第一组摩擦片和固定安装在相应的第一或第二空套齿轮的轴向突出部上并能与第一组摩擦片选择性地摩擦接合的第二组摩擦片。进一步地，所述多片式离合器可为液压控制式的，第一离合器C1的工作状态(接合或分离)可以通过第一控制阀V1来切换，第二离合器C2的工作状态(接合或分离)可以通过第二控制阀V2来切换。在本发明中，第一和第二控制阀V1、V2可以视为根据本发明的变速器中的“离合器控制装置”的至少一部分。或者，第一离合器C1和第二离合器C2中的一者或两者也可采用本领域技术人员熟知的牙嵌式离合器的形式。
此外，从图1中还可以看出，在变速器中还可设置有传感器，以便对齿轮或者轴的转速进行检测。示例性地，可以设置传感器1来检测输入轴上的输入齿轮Z0的转速，可以设置传感器2来检测第二轴30上的第二传动齿轮Z6的转速。当然，也可以设置其它传感器来检测其它齿轮的转速，例如可以设置另外的传感器来检测输出轴上的输出齿轮Z7的转速。
在此需要说明的是，图1仅仅是用于表示变速器内部的连接和传动关系的示意图，而并非沿着一个平面的剖视图。也就是说，虽然从图1中看四根齿轮轴是从上向下依次排列，但是这不代表在实际的结构中它们必须均位于同一平面内，而是可以分别位于与纸面平行的多个平面内。另外，虽然在图示的实施例中专门设置了用于接收输入动力的输入轴10和用于向外输出动力的输出轴40，但这不是必须的，也可设想直接利用第一轴20来接收变速器的输入动力并且/或者直接利用第二轴30来向外输出经变速器变速后的动力。
工业实用性
以上已经结合图1对根据本发明的变速器的示例性结构以及可行的替代实施方式进行了清楚完整的说明。下面结合图2和图3对该变速器的运行方式进行说明。为简明起见，在图2和3中仅示出了变速器中与动力传递相关的元件。
根据本发明的变速器的变速操作可通过利用离合器控制装置控制第一离合器C1和第二离合器C2的接合或分离而实现。离合器控制装置可配置成根据作业机械的运行工况将所述第一和第二离合器自动地控制为使得在变速器工作时它们两者中的至多一者接合，在这种情况下即实现了一种自动变速器。或者，离合器控制装置也可配置成根据作业机械操作员的指令(如通过手动换挡操作体现出的换挡指令)来进行对第一和第二离合器的上述控制。如上所述，在第一和第二离合器为液压控制的多片式离合器的情况下，离合器控制装置可包括第一和第二控制阀V1、V2。
在图2中，离合器控制装置进行控制而使得第一离合器C1不接合(分离)，第二离合器C2接合。因此，当动力源(如电动机M)的动力由输入轴10输入时，输入轴上的输入齿轮Z0随输入轴10旋转，进而带动与之常啮合的第一传动齿轮Z1旋转，第一轴20随之同步旋转。由于第一离合器C1不接合，因此第一轴20的旋转动力不会通过第一离合器C1传递给第一空套齿轮Z2，而是仅直接传递给第一固定齿轮Z4，进而传递至与之常啮合的第二空套齿轮Z5。由于第二离合器C2接合，因此第二空套齿轮Z5能够通过第二离合器C2将动力传递给第二轴30，进而带动第二固定齿轮Z6旋转，最后带动与齿轮Z6常啮合的输出齿轮Z7以及输出轴40旋转。本领域技术人员能够理解，在第二轴30旋转时，固定安装在其上的第二固定齿轮Z3及与齿轮Z3常啮合的第一空套齿轮Z2也会随之旋转，但由于第一离合器C1处于分离状态，故第一空套齿轮Z2的旋转不会通过第一离合器C1影响到第一轴20的旋转。图2中的多个箭头示出了上述的动力传递路径，并且可通过设计该动力传递路径中的各个彼此啮合的齿轮副(齿轮副Z0和Z1、齿轮副Z4和Z5、以及齿轮副Z6和Z7)的齿数比来设定通过该动力传递路径实现的变速器速比或挡位。根据需要，该挡位的变速比可以设计为落在3.5-3.8的范围内，用作变速器的低挡。
在图3中，离合器控制装置进行控制而使得第一离合器C1接合，第二离合器C2不接合(分离)。因此，当动力源(如电动机M)的动力由输入轴10输入时，输入轴上的输入齿轮Z0随输入轴10旋转，进而带动与之常啮合的第一传动齿轮Z1旋转，第一轴20随之同步旋转。由于第一离合器C1接合，因此第一轴20的旋转动力能够通过第一离合器C1传递给第一空套齿轮Z2，进而传递给与之常啮合的第二固定齿轮Z3。由于第二固定齿轮Z3固定安装在第二轴30上，因此能够将动力直接传递给第二轴30，进而带动同样固定安装在第二轴30上的第二传动齿轮Z6旋转，最后带动与之常啮合的输出齿轮Z7以及输出轴40旋转。本领域技术人员能够理解，在第一轴20旋转时，固定安装在其上的第一固定齿轮Z4及与齿轮Z4常啮合的第二空套齿轮Z5也会随之旋转，但由于第二离合器C2处于分离状态，故第二空套齿轮Z5的旋转不会通过第二离合器C2影响到第二轴30的旋转。图3中的多个箭头示出了上述的动力传递路径，并且可通过设计该动力传递路径中的各个彼此啮合的齿轮副(齿轮副Z0和Z1、齿轮副Z2和Z3、以及齿轮副Z6和Z7)的齿数比来设定通过该动力传递路径实现的变速器速比或挡位。根据需要，该挡位的变速比可以设计为落在1-1.1的范围内，用作变速器的高挡。可以看出，只要将齿轮副Z4和Z5的齿数比设定成不同于齿轮副Z2和Z3的齿数比，即可实现变速器的具有不同变速比的上述两个挡位。
顺便指出，本领域技术人员容易理解，当离合器控制装置控制第一离合器C1和第二离合器C2两者都不接合(分离)时，变速器将被置于空挡。
上文描述的仅仅是有关本发明的精神和原理的示例性实施方式。本领域技术人员可以明白，在不背离所述精神和原理的前提下，可以对所描述的示例做出各种变化，这些变化及其各种等同方式均被本领域技术人员所预想到，并落入由本发明的权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种用于作业机械的变速器，包括：
第一轴(20)；
固定安装在所述第一轴上的第一固定齿轮(Z4)；
空套安装在所述第一轴上的第一空套齿轮(Z2)；
第一离合器(C1)，所述第一离合器构造成选择性地接合或分离以使得所述第一空套齿轮(Z2)与所述第一轴(20)接合或脱开；
第二轴(30)；
固定安装在所述第二轴上并与所述第一空套齿轮(Z2)常啮合的第二固定齿轮(Z3)；
空套安装在所述第二轴上并与所述第一固定齿轮(Z4)常啮合的第二空套齿轮(Z5)；和
第二离合器(C2)，所述第二离合器构造成选择性地接合或分离以使得所述第二空套齿轮(Z5)与所述第二轴(30)接合或脱开。
2.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，
还包括离合器控制装置(V1，V2)，所述离合器控制装置配置成根据作业机械的运行工况或作业机械操作员的指令将所述第一和第二离合器(C1，C2)控制为使得在所述变速器工作时它们两者中的至多一者接合。
3.根据权利要求1或2所述的变速器，其特征在于，
所述第一固定齿轮(Z4)与所述第二空套齿轮(Z5)的齿数比设定成不同于所述第一空套齿轮(Z2)与所述第二固定齿轮(Z3)的齿数比。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的变速器，其特征在于，
还包括构造成接收输入至所述变速器的动力的输入轴(10)和固定安装在所述输入轴上并构造成将该动力传递给所述第一轴(20)的输入齿轮(Z0)。
5.根据权利要求4所述的变速器，其特征在于，
还包括固定安装在所述第一轴(20)上并与所述输入齿轮(Z0)常啮合的第一传动齿轮(Z1)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的变速器，其特征在于，
还包括构造成将动力从所述变速器输出的输出轴(40)和固定安装在所述输出轴上并构造成接收从所述第二轴(30)输出的动力的输出齿轮(Z7)。
7.根据权利要求6所述的变速器，其特征在于，
还包括固定安装在所述第二轴(30)上并与所述输出齿轮(Z7)常啮合的第二传动齿轮(Z6)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的变速器，其特征在于，
所述第一离合器(C1)和/或所述第二离合器(C2)构造为多片式离合器或牙嵌式离合器。
9.一种作业机械，其特征在于包括动力源和接收来自所述动力源的动力的根据权利要求1至8中任一项所述的变速器。
10.根据权利要求9所述的作业机械，其特征在于，
所述动力源包括电动机(M)。
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