CN1466665A - 液力-机械传动装置 - Google Patents

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Abstract

一种液力－机械传动装置具有带三个行星齿轮组(34、36、38)的行星轮系(32)，这三个行星齿轮组包括倒档行星齿轮组(38)以及两个离合器(CL、CH)和倒档制动器(48)，以便在－20kph到60kph的速度范围内提供无级可调的速度变化，而无需附加的变向齿轮组。该传动装置具有两个前进速度档和一个倒退速度档。该行星轮系具有固定的机械动力输入元件和流体静压动力输入元件(R2、S1)以及固定的输出元件(46)。低档和高档离合器(CL、CH)以及倒档制动器(48)沿着不同的路径将动力流引导通过传动装置以产生不同的传动比。在农用拖拉机最经常运行所处的野外使用速度和运输公路速度下，传动效率达到最大。三个行星齿轮组(34、36、38)安装在共用行星齿轮支架(28)上。

Description

液力-机械传动装置
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的液力-机械传动装置，其既具有机械动力支路也具有流体静压动力支路，并且本发明具体涉及用于农用拖拉机中的这种传送装置。
液力-机械传动装置是组合了机械传动装置和流体静压单元的传动装置。虽然机械传动装置比纯流体静压传动装置通常更有效和更可靠，但是它们的缺点是不能无级变速，更昂贵的流体静压传动装置却可以。类似地，流体静压传动装置的主要缺点在于它们比机械传动装置效率更差。流体静压传动装置一般还需要较大的部件例如较大的泵和马达，这样该传动装置体积增大。
为了满足空间的限制条件，降低成本，提高效率和提供无级变速，已经开发的液力-机械传动装置组合了两种传动装置的最佳特性。液力-机械传动装置一般是分开动力输入型，其中流体静压单元和机械传动装置由车辆发动机并行驱动。在机械传动装置中，流体静压输出动力与来自发动机的分开的机械动力输入组合以产生多个动力范围中的液力-机械输出动力。在每个范围内，改变流体静压单元的行程可以无级地改变速度和扭矩。
虽然液力-机械传动装置在本领域中是公知的，但是大部分传动装置有着高的复杂性。很多液力-机械传动装置还需要附加的齿轮组来提供倒档。
本发明的目的是提供一种克服了上述问题并合乎要求的液力-机械传动装置。具体地说，本发明的目的是提供一种液力-机械传动装置，其具有降低的复杂性、低的制造成本和良好的效率。
通过根据权利要求1所述的本发明实现了这些和其他的目的。本发明更有利的结构和拓展方案从从属权利要求中变得明显。
本发明的优点是提供一种只设计用于在农用拖拉机中进行最佳操作的液力-机械传动装置。农用拖拉机在野外最经常运行在野外使用速度，或者在公路上最经常运行在运输速度。野外使用速度的范围为7-12kph，而运输速度的范围为36-60kph。因此希望提供一种传动装置，其在这两种最常用的速度下具有其峰值效率。液力-机械传动装置一般在流体静压单元输出接近于零或等于零的速度下在每个传动装置档位具有效率峰值。在这些点处，传动装置运行得最象机械传动装置并且以机械传动装置的较高效率运行。
液力-机械传动装置一般具有一个或多个传动装置从一个档位转换到另一个档位的换档点。本发明的另一个优点是这样构制传动装置，使得一个或多个换档点出现在野外使用速度或运输速度之外以便使换档发生的次数减到最小。通过在野外使用速度和运输速度之间设置单个换档点，在拖拉机加速或减速通过换档点时只遇到这一个换档点。不太可能的是，拖拉机连续运行在换档点速度或接近换档点速度。
本发明的另一个优点是提供一种传动装置，其具有在长度上类似于现有的机械传动装置的物理组件，使其能够容易地集成到现有的拖拉机设计中，对拖拉机只需作最小的改变。很多现有技术的液力-机械传动装置没有将倒档齿轮组集成到组合式机械传动装置中，而是在组合式机械传动装置的前面或后面具有单独的齿轮组以便在前进和倒退方向之间转换。这种设计占据了更多的空间并且在前进和倒退之间转换之前可能需要车辆停止。
本发明的再一个优点是提供一种传动装置，其中当车辆从倒退方向朝前进方向转换以及反之亦然的时候，可以将速度控制在大约-20kph到60kph的全速范围内的任何地方，而无需操作者进行换档。
本发明的液力-机械传动装置在野外使用速度和运输速度下通过选择传动比实现了高的效率，以便在野外使用速度和运输速度下实现纯机械驱动。传动比这样选择，使得在这些速度下没有流体静压动力或者只有很少流体静压动力被传递。
通过提供带有两个前进速度档的传动装置实现了两个最常用运行速度之外的换档模式的设置，这两个前进速度档为低速档和高速档，在两个档之间有单个换档点。这很好地符合了两个最大效率点的要求。当流体静压单元的可变排量部分处于最大行程角时出现了换档点。这对应于效率最低的点。通过将传动装置的效率最低点定位在野外使用速度和运输速度之间的中间点，车辆运行于效率最低的速度的时间量被减到最少。因此，对于计划的农用拖拉机的工作循环实现了传动效率的优化。
只具有两个前进速度档和单个位于其间的换档点的传动装置的另一个优点在于，传动效率曲线在野外使用速度和运输速度下较为平缓。这提供了在野外和在公路上进行速度选择的提高的灵活性，同时仍保持着相当高的效率。这与具有三个或更多个档位和换档点的传动装置形成对比，在该具有三个或更多个档位和换档点的传动装置中，最大效率的范围处于每个换档点之间的较窄的区段中。
优选的是，液力-机械传动装置具有包括三个行星齿轮组的行星轮系，这三个行星齿轮组包括倒档行星齿轮组以及两个离合器和倒档制动器，以便在-20kph到60kph的速度范围内提供无级可调的速度变化，而无需附加的变向齿轮组。
传动装置的紧凑组件尺寸由传动装置中的许多特征容易地实现。液压泵和马达都沿着传动装置的轴线位于大致相同的位置，因此将该泵和马达所需的传动装置的轴向长度减到最小。为了进一步减小传动装置的尺寸，传动装置中的很多部件用于多个功能以便把传动装置中的离合器和其他部件的数量减到最少。例如，组合式机械传动装置在所有的运行模式中使用中心齿轮作为固定的机械动力输入部件。类似地，对于所有的运行模式，行星环形齿轮是流体静压动力输入部件。还有，单个输出部件用于所有的运行模式中。提供了两个离合器和单个倒档制动器，这两个离合器为低档离合器和高档离合器。在低档模式下，行星齿轮支架通过低档离合器联接到输出部件上。在高档模式下，中心齿轮通过高档离合器联接到输出部件上。在倒档时，倒档制动器被接合以便使环形齿轮止动。这就沿反向驱动了输出部件、中心齿轮。
现在将通过实例并参考附图对本发明以及本发明更有利的拓展方案和结构进行更详细地说明和解释，其中：
图1是本发明的液力-机械传动装置的示意表示；以及
图2是传动效率对车辆速度的图表。
本发明的液力-机械传动装置示意地表示于图1中并且总体上标记为10。传动装置10具有适于联接到发动机14或其他转动动力源并由该发动机或动力源驱动的输入轴12。该传动装置具有包括可变排量泵18和固定排量马达20的流体静压单元16。该泵和马达如线22所示地液力耦合以形成流体静压传动装置。本领域普通技术人员将会认识到该泵和马达都可以是可变排量部件。该泵具有输入轴24，由传动装置输入轴12通过一对齿轮26和27来驱动该输入轴24。
该转动装置包括一具有行星轮系32的组合式机械传动装置30。该行星轮系32包括三个行星齿轮组34、36和38。行星齿轮组具有共用的行星齿轮支架28，该行星齿轮支架28分别承载着行星齿轮组34和36的整体式(一件)行星齿轮P1和P2。支架28还承载着倒档行星齿轮组38的行星齿轮P3和P4。行星齿轮P1和P2整体地形成并且因此一起转动。行星齿轮P2与环形齿轮R2啮合。环形齿轮R2与齿轮40整体形成，与传动装置输入轴12共轴。齿轮40由流体静压单元输出轴44上的驱动齿轮42来驱动。因此环形齿轮R2用作流体静压动力输入元件。机械传动装置30的两个输入部件中只有一个是环形齿轮R2，另一个是中心齿轮S1。这就降低了生产成本。
传动装置输入轴12还驱动第一行星齿轮组34的中心齿轮S1，由此中心齿轮S1是机械动力输入元件。中心齿轮S1与行星齿轮P1啮合。行星齿轮组36包括与行星齿轮P2啮合的中心齿轮S2。
两个离合器选择性地将行星轮系的元件联接到机械传动装置输出轴46，该离合器为一个低档离合器CL和一个高档离合器CH。该轴46是围绕着输入轴12的套管轴，该输入轴12延伸通过整个传动装置以便以农用拖拉机的公知的方式驱动未示出的动力输出装置和/或驱动其他的车辆部件例如液压泵。低档离合器CL可被接合以便将支架28联接到输出轴46上，用于低速前进档。高档离合器CH可被接合以便将中心齿轮S2联接到输出轴46上，用于高速前进档。
输出轴46固定到中心齿轮S3上。环形齿轮R3选择性地由倒档制动器48止动。这使环形齿轮R3的转动停止并且使中心齿轮S3沿反向转动，用于倒退速度档。当应用倒档制动器48时，低档和高档离合器CL和CH都脱离接合，由此中心齿轮S3驱动输出轴46。
机械传动装置的输出轴46与齿轮50整体形成，该齿轮50又与偏置轴54上的齿轮52相啮合。偏置轴54联接到拖拉机的差速驱动轴56上以便将液力-机械传动装置10联接到负载上。
传动装置10以三个档位进行操作，即，倒档、低速前进档和高速前进档。每个档位使用的单独路径通过机械传动装置到达输出轴46，这导致了每个档位的唯一传动比。
传动效率表示于图2中。低速前进档在野外使用的速度范围7-12kph时具有峰值效率，而高速前进档在运输速度范围40-45kph的附近具有峰值效率。
本发明不应局限于上述实施例，而是应该仅由权利要求书限制。

Claims (17)

1.一种液力-机械传动装置，其包括：
适于连接到转动动力源(14)上的输入轴(12)；
适于连接到负载上的输出轴(46)；
由输入轴(12)驱动并具有输出部件(44)的流体静压单元(16)；
具有行星轮系(32)的机械传动装置(30)，该机械传动装置(30)具有一对输入元件(R2、S1)，一个输入元件(R2)联接到流体静压单元输出部件(44)上以便由该输出部件驱动，以及一个输入元件(S1)联接到输入轴(12)上并由该输入轴连续地驱动，该机械传动装置(30)将两种输入组合到单个液力-机械动力输出部件(46)上，机械传动装置(30)具有带三个行星齿轮组(34、36、38)的行星轮系(32)，这三个行星齿轮组包括倒档行星齿轮组(38)、低档离合器(CL)、高档离合器(CH)和倒档制动器(48)，由此传动装置(30)具有两个前进速度档和一个倒退速度档，以便在全速倒退和全速前进之间进行无级变速调节；
其特征在于，三个行星齿轮组(34、36、38)安装在共用行星齿轮支架(28)上。
2.根据权利要求1所述的液力-机械传动装置，其特征在于，每个行星齿轮组(34、36、38)包括至少一个行星齿轮(P1、P2、P3)，由此行星齿轮(P1、P2、P3)安装在同一转动轴线上。
3.根据权利要求1或2所述的液力-机械传动装置，其特征在于，三个行星齿轮组中的第一和第二行星齿轮组(34、36)具有彼此固定的行星齿轮(P1)和(P2)并且由此以相同的速度转动。
4.根据前述权利要求中一项或多项所述的液力-机械传动装置，其特征在于，行星齿轮支架(28)通过低档离合器(CL)选择性地联接到输出轴(46)。
5.根据前述权利要求中一项或多项所述的液力-机械传动装置，其特征在于，三个行星齿轮组(34、36、38)包括与第一中心齿轮(S1)啮合的第一行星齿轮(P1)，与第二中心齿轮(S2)和环形齿轮(R2)啮合的第二行星齿轮(P2)，以及其中第一和第二行星齿轮(P1、P2)彼此固定并且由此以相同的速度转动。
6.根据前述权利要求中一项或多项所述的液力-机械传动装置，其特征在于，一个输入元件是联接到输入轴(12)上并由该输入轴驱动的第一中心齿轮(S1)，以及另一个输入元件是联接到流体静压输出部件(44)上并由该输出部件驱动的环形齿轮(R2)。
7.根据前述权利要求中一项或多项所述的液力-机械传动装置，其特征在于，第二中心齿轮(S2)通过高档离合器(CH)选择性地联接到输出轴(46)。
8.根据前述权利要求中一项或多项所述的液力-机械传动装置，其特征在于，三个行星齿轮组(34、36、38)包括联接到输出轴(46)上的第三中心齿轮(S3)。
9.根据前述权利要求中一项或多项所述的液力-机械传动装置，其特征在于，环形齿轮(R3)选择性地联接成由倒档制动器(48)止动。
10.根据权利要求9所述的液力-机械传动装置，其特征在于，当环形齿轮(R3)联接成被止动时，第三中心齿轮(S3)和输出轴(46)被反向驱动。
11.根据前述权利要求中一项或多项所述的液力-机械传动装置，其特征在于，其还包括：
具有第三中心齿轮(S3)和环形齿轮(R3)的倒档第三行星齿轮组(38)，第三中心齿轮(S3)固定到输出轴(46)上，以及支架(28)通过低档离合器(CL)联接到第三中心齿轮(S3)上并且第二行星齿轮组(36)的第二中心齿轮(S2)通过高档离合器(CH)联接到中心齿轮(S3)上；以及
倒档制动器(48)，该倒档制动器选择性地使环形齿轮(R3)止动以便沿反向驱动中心齿轮(S3)，而高档和低档离合器(CL、CH)脱离接合，由此该传动装置提供了反向驱动。
12.根据前述权利要求中一项或多项所述的液力-机械传动装置，其特征在于，倒档第三行星齿轮组(38)具有两组行星齿轮(P3、P4)，这些组的其中之一的行星齿轮(P3)与第一和第二行星齿轮组(34、36)的行星齿轮(P1、P2)成一线，使得每个行星齿轮组(34、36、38)的行星齿轮(P1、P2、P3)安装在同一转动轴线上。
13.根据前述权利要求中一项或多项所述的液力-机械传动装置，其特征在于，由传动装置输入轴(12)通过第一对齿轮(26、27)连续地驱动流体静压单元输入轴(24)；并且其中机械传动装置具有由流体静压单元输出轴(44)通过第二对齿轮(40、42)驱动的第一流体静压输入元件(R2)，机械传动装置还具有由传动装置输入轴(12)驱动的第二输入元件(S1)以作为行星齿轮组的机械动力输入。
14.根据权利要求14所述的液力-机械传动装置，其特征在于，第一和第二对齿轮中的每对的一个齿轮(26、40)与传动装置输入轴(12)共轴。
15.根据前述权利要求中任一项所述的液力-机械传动装置，其特征在于，三个行星齿轮组(34、36、38)包括中心齿轮(S1、S2、S3)、环形齿轮(R2、R3)和与第一中心齿轮(S1)啮合的第一行星齿轮(P1)，与第二中心齿轮(S2)和环形齿轮(R2)啮合的第二行星齿轮(P2)，与第三中心齿轮(S3)啮合的第三行星齿轮(P3)以及与环形齿轮(R3)和第三行星齿轮(P3)啮合的第四行星齿轮(P4)。
16.根据前述权利要求中任一项所述的液力-机械传动装置，其特征在于，支架(28)通过用于低速前进档的低档离合器(CL)选择性地联接到传动装置输出部件(46)，并且第二中心齿轮(S2)通过用于高速前进档的高档离合器(CH)联接到传动装置输出部件(46)，当速度从低速前进档提高到高速前进档时，低档离合器(CL)脱离接合并且高档离合器(CH)被接合以便从低速前进档转换到高速前进档。
17.根据前述权利要求中任一项所述的液力-机械传动装置，其特征在于，低档和高档离合器(CL、CH)产生了低的和高的前进运行速度范围，其中传动装置(10)在每个范围内具有峰值效率，由此传动装置(10)可适用于农用拖拉机中，该拖拉机具有与传动装置(10)的两个效率峰值相匹配的两个主要运行速度。
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