JP2004510112A

JP2004510112A - 液圧−機械式トランスミッション

Info

Publication number: JP2004510112A
Application number: JP2002530556A
Authority: JP
Inventors: ジョンソン，ダグラス・レネ; ペッツ，クレイグ・アラン; オッテン，ウルリッヒ
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2001-09-12
Publication date: 2004-04-02
Anticipated expiration: 2021-09-12
Also published as: AU8405801A; EP1325249B1; JP4776144B2; WO2002027214A1; US6440026B1; CN1262774C; CA2344870C; AU2001284058B2; AR042391A1; BR0114175B1; DE60107592T2; CN1466665A; CA2344870A1; DE60107592D1; BR0114175A; EP1325249A1; MXPA03002560A

Abstract

【課題】追加の方向変更歯車セットなしで２０ｋｍ／時〜６０ｋｍ／時の速度範囲に亘って無限に調節可能な速度変化を提供するため、後退遊星歯車セットを含む三つの遊星歯車セットを持つ遊星システム並びに二つのクラッチ及び後退ブレーキを有する液圧−機械式トランスミッションを提供
【解決手段】遊星システムは、固定された機械式及び液圧式の動力入力エレメント（Ｒ２、Ｓ１）、及び固定された出力エレメント（４６）を有する。低速範囲及び高速範囲のクラッチ（ＣＬ、ＣＨ）及び後退ブレーキ（４８）は、動力の流れをトランスミッションを通して異なる経路に沿って差し向け、様々な歯車比を発生する。農業用トラクターが最も多く作動する農場使用速度及び輸送荷重速度でトランスミッション効率を最大にする。三つの遊星歯車セット（３４、３６、３８）は、共通の遊星歯車キャリヤ（２８）に取り付けられる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械式動力部及び液圧式動力部の両方を備えた請求項１に記載の従来技術部分に記載された液圧−機械式トランスミッションに関し、詳細には、農業用トラクターで使用するためのトランスミッションに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液圧−機械式トランスミッションは、機械式トランスミッションを液圧ユニットと組み合わせたトランスミッションである。機械式トランスミッションは、一般的には、純粋に液圧式のトランスミッションよりも効率が高く且つ信頼性が高いけれども、比較的高価な液圧トランスミッションとは異なり、無限に変化できないという欠点がある。同様に、液圧トランスミッションには、機械式トランスミッションよりも効率が低いという大きな欠点がある。更に、液圧トランスミッションは、一般的には、トランスミッションの容量が増大するにつれて、より大きなポンプやモータ等の比較的大型の構成要素を必要とする。
【０００３】
空間上の制限を満たし、費用を軽減し、効率を向上し、無限に変化させることができる速度を提供するため、両トランスミッションの最良の特徴を組み合わせた液圧−機械式トランスミッションが開発された。液圧−機械式トランスミッションは、代表的には、スプリット動力入力型であり、液圧ユニット及び機械式トランスミッションが車輛のエンジンによって平行に駆動される。液圧出力動力を機械式トランスミッションでエンジンからのスプリット機械動力入力と組み合わせ、多数の動力範囲で液圧−機械式出力動力を発生する。各範囲では、液圧ユニットのストロークを変化させることによって速度及びトルクを無限に変化させることができる。
【０００４】
液圧−機械式トランスミッションは当該技術分野で周知であるが、多くのトランスミッションには、高度に複雑であるという欠点がある。多くの液圧−機械式トランスミッションは、更に、後退範囲を提供する追加の歯車セットを必要とする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述の問題点を解決し且つ所望を満たす液圧−機械式トランスミッションを提供することである。詳細には、本発明の目的は、複雑さが低く、製造費用が低く、効率がよい液圧−機械式トランスミッションを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
これらの及び他の目的は、本発明によって請求項１に従って達成される。本発明のこの他の有利な構成及び発展は、従属項から明らかである。
【０００７】
本発明の利点は、農業用トラクターで最適に作動するように独特に設計された液圧−機械式トランスミッションを提供することである。農業用トラクターは、最も多くの場合、農場で農場使用速度で、又は道路上で輸送速度で作動する。農場使用速度が時速７ｋｍ乃至時速１２ｋｍの範囲内にあるのに対し、輸送速度は時速３６ｋｍ乃至時速６０ｋｍの範囲内にある。かくして、これらの二つの最も一般的に使用される速度にピーク効率を持つトランスミッションを提供するのが望ましい。液圧−機械式トランスミッションは、代表的には、液圧ユニット出力がほぼゼロ又はゼロである場合の速度で各トランスミッションシフト範囲に効率のピークを有する。これらの点で、トランスミッションは、ほとんど機械式トランスミッションのように、機械式トランスミッションよりも高い効率で作動する。
【０００８】
液圧−機械式トランスミッションは、代表的には、トランスミッションが一つの範囲から別の範囲までシフトするシフト点を一つ又はそれ以上有する。本発明の別の利点は、シフトが行われる機会を最少にするために一つ又はそれ以上のシフト点が農場使用速度又は輸送速度の外側にあるようにトランスミッションを形成することである。一つのシフト点を農場使用速度と輸送速度との間に置くことによって、トラクターをシフト点を通って加速するとき又は減速するにだけ、シフト点に遭遇する。トラクターをシフト点速度で又はシフト点速度の近くで連続的に作動することはほとんどない。
【０００９】
本発明の別の利点は、現存の機械式トランスミッションと長さが同じであり、そのため、トラクターに対する変更を最少にして現存のトラクター設計に容易に一体化できる物理的パッケージを持つトランスミッションを提供することである。多くの従来技術の液圧−機械式トランスミッションは、組み合わせ機械式トランスミッションに後退ギヤが一体化されておらず、その代わり、前進方向と後退方向との間でシフトを行うために組み合わせ機械式トランスミッションの前又は後に別の歯車セットが設けられている。このような設計は、多くの空間をとり、前進と後退との間でシフトを行う前に停止を行う必要がある。
【００１０】
本発明の更に別の利点は、約−２０ｋｍ／時乃至６０ｋｍ／時の全速度範囲のどこでも、車輛が後退方向から前進方向に移行するとき又はその逆の移行が行われるときにオペレータがシフトを行う必要なしに速度を指令できるトランスミッションを提供することである。
【００１１】
本発明の液圧−機械式トランスミッションは、農場で使用する場合に純粋な機械式駆動を行うため、及び輸送速度を達成するため、歯車比を選択することによって、農場での使用における高い効率を達成し且つ高い輸送速度を達成する。歯車比は、これらの速度で液圧動力が全く又はほとんど伝達されないように選択される。
【００１２】
シフトモードを二つの最も一般的な作動速度の外に置くことは、一つのシフト点が間にある二つの前進速度範囲、即ち低速範囲及び高速範囲をトランスミッションに提供することによって行われる。これは、二つの最大効率点についての所望に良好に対処する。シフト点は、液圧ユニットの可変行程容積部分が最大行程角度にある場合に起こる。これは、最少効率点と対応する。トランスミッションの最少効率点を農場使用速度と輸送速度との間の中間点に配置することによって、車輛が最少効率速度で作動する時間の量が最少になる。かくして、トランスミッション効率が、所期の農業用トラクターデューティーサイクルについて最適化される。
【００１３】
二つの前進速度範囲及びこれらの速度範囲間の単一のシフト点を持つトランスミッションの別の利点は、トランスミッション効率曲線が、農場での使用速度及び輸送速度で比較的平らであるということである。これにより、比較的高い効率を維持したまま、農場での及び道路上での速度選択における融通性が向上する。これは、三つ又はそれ以上のシフト範囲及びシフト点を持ち、最大効率領域が各シフト点間で狭幅の帯域をなすトランスミッションとは対照的である。
【００１４】
好ましくは液圧−機械式トランスミッションは、後退遊星歯車セットを二つのクラッチ及び後退ブレーキとともに有する三つの遊星歯車セットを含む遊星システムを有し、追加の方向変更歯車セットなしで−２０ｋｍ／時乃至６０ｋｍ／時の速度範囲に亘って無限に調節可能な速度変化を提供する。
【００１５】
トランスミッションは、その多くの特徴により、パッケージの大きさがコンパクトにされている。液圧ポンプ及びモータは、両方とも、トランスミッションの軸線に沿ってほぼ同じ位置に配置されており、かくしてポンプ及びモータに必要なトランスミッションの軸線方向長さを最小にする。トランスミッションの大きさを更に小さくするため、トランスミッションの多くの構成要素を多くの機能について使用し、トランスミッションのクラッチ及び他の構成要素の数を最少にする。例えば、組み合わせ機械式トランスミッションは、全ての作動モード中、太陽歯車を固定機械動力入力として使用する。同様に、リング歯車は、全ての作動モードについて液圧動力入力である。更に、全ての作動モードで単一の出力部材を使用する。低速範囲クラッチ及び高速範囲クラッチの二つのクラッチ、及び一つの後退ブレーキが設けられている。低速範囲モードでは、遊星歯車キャリヤが低速範囲クラッチによって出力に連結されている。高速範囲モードでは、太陽歯車が高速範囲クラッチによって出力に連結されている。後退時には、後退ブレーキが係合し、リング歯車を接地する。これにより、出力及び太陽歯車を後退方向に駆動する。
【００１６】
本発明、及び本発明のこの他の有利な発展及び構成を添付図面を参照して以下に例として詳細に説明する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の液圧−機械式トランスミッションを図１に概略に示し、その全体に参照番号１０を付す。トランスミッション１０は、エンジン１４又は他の回転動力源に連結され且つこれによって駆動されるようになった入力シャフト１２を有する。トランスミッションは、可変行程容積ポンプ１８及び定行程容積モータ２０を含む液圧ユニット１６を有する。ポンプ及びモータは、線２２によって示すように液圧で連結され、液圧トランスミッションを形成する。当業者は、ポンプ及びモータの両方が可変行程容積構成要素であってもよいということを理解するであろう。ポンプは、一対の歯車２６及び２７を介してトランスミッション入力シャフト１２によって駆動される入力シャフト２４を有する。
【００１８】
トランスミッションは、遊星システム３２を持つ組み合わせ機械式トランスミッション３０を含む。遊星システム３２は、遊星歯車セット３４、３６、及び３８を含む。これらの遊星歯車セットは、共通の遊星歯車キャリヤ２８を有する。このキャリヤは、遊星歯車セット３４及び３６の夫々の一体の（一部品をなした）遊星歯車Ｐ１及びＰ２を支持する。キャリヤ２８は、更に、後退遊星歯車セット３８の遊星歯車Ｐ３及びＰ４を支持する。遊星歯車Ｐ１及びＰ２は、一体成形されており、及びかくして一緒に回転する。遊星歯車Ｐ２はリング歯車Ｒ２と噛み合う。リング歯車Ｒ２は、トランスミッション入力シャフト１２と同軸の歯車４０と一体成形されている。歯車４０は、液圧ユニット出力シャフト４４の駆動歯車４２によって駆動される。かくして、リング歯車Ｒ２は、液圧動力入力エレメントとして役立つ。機械式トランスミッション３０の二つの入力部材の一方がリング歯車Ｒ２であり、他方の入力部材が太陽歯車Ｓ１である。これにより、製造費が引き下げられる。
【００１９】
トランスミッション入力シャフト１２は、更に、第１遊星ギヤセット３４の太陽歯車Ｓ１を駆動し、これによって、太陽歯車Ｓ１は、機械式動力入力エレメントである。太陽歯車Ｓ１は、遊星歯車Ｐ１と噛み合う。遊星歯車セット３６は、遊星歯車Ｐ２と噛み合う太陽歯車Ｓ２を含む。
【００２０】
二つのクラッチ即ち低速範囲クラッチＣＬ及び高速範囲クラッチＣＨが遊星システムのエレメントを機械式トランスミッション出力シャフト４６に選択的に連結する。シャフト４６はスリーブシャフトであり、このスリーブシャフトは、動力取り出し部（図示せず）を駆動するため、及び／又は液圧ポンプ等の車輛の他の構成要素を農業用トラクター等で周知の方法で駆動するため、トランスミッション全体を通って延びる入力シャフト１２を取り囲む。低速範囲クラッチＣＬは、低速前進範囲について、キャリヤ２８を出力シャフト４６に連結するために係合できる。高速範囲クラッチＣＨは、高速前進範囲について、太陽歯車Ｓ２を出力シャフト４６に連結するために係合できる。
【００２１】
出力シャフト４６は、太陽歯車Ｓ３に固定されている。リング歯車Ｒ３は、後退ブレーキ４８によって選択的に接地される。これにより、リングギヤＲ３の回転を停止し、後退速度範囲について太陽歯車Ｓ３を後退方向に回転する。後退ブレーキ４８を掛けると、低速範囲クラッチＣＬ及び高速範囲クラッチＣＨの両方が係合解除し、これによって太陽歯車Ｓ３が出力シャフト４６を駆動する。
【００２２】
機械式トランスミッションの出力シャフト４６は歯車５０と一体成形されており、この歯車は、オフセットシャフト５４に設けられた歯車５２と噛み合う。オフセットシャフト５４は、液圧−機械式トランスミッション１０を負荷に連結するため、トラクターのディファレンシャル駆動シャフト５６に連結される。
トランスミッション１０は三つの範囲、即ち後退範囲、低速前進範囲、及び高速前進範囲で作動する。各範囲は、トランスミッションを通って出力シャフト４６に至る別個の経路を使用し、その結果、各範囲についての歯車比が独特のものとなる。
【００２３】
トランスミッションの効率を図２に示す。低速前進範囲は、７−１２ｋｍ／時の農場使用速度範囲にピーク効率があるのに対し、高速前進範囲は、４０−４５ｋｍ／時の輸送速度範囲近くにピーク効率がある。
【００２４】
本発明は、上述の実施例に限定されるべきではなく、特許請求の範囲のみによって限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の液圧−機械式トランスミッションの概略図である。
【図２】
トランスミッションの効率を車輛速度に対して示すグラフである。
【符号の説明】
１０　液圧−機械式トランスミッション
１２　入力シャフト
１４　エンジン
１６　液圧ユニット
１８　可変行程容積ポンプ
２０　定行程容積モータ
２２　線
２４　入力シャフト
２６、２７　歯車
２８　遊星歯車キャリヤ
３０　機械式トランスミッション
３２　遊星システム
３４、３６、３８　遊星歯車セット
４０　歯車
４２駆動歯車
４４　液圧ユニット出力シャフト
４６　機械式トランスミッション出力シャフト
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４　遊星歯車
Ｒ２　リング歯車
Ｓ１、Ｓ２　太陽歯車
ＣＬ　低速範囲クラッチ
ＣＨ　高速範囲クラッチ

Claims

回転動力源（１４）に連結されるようになった入力シャフト（１２）、
負荷に連結されるようになった出力シャフト（４６）、
前記入力シャフト（１２）によって駆動される、出力（４４）を持つ液圧ユニット（１６）、
遊星歯車システム（３２）を持つ機械式トランスミッション（３０）であって、一対の入力エレメント（Ｒ２、Ｓ１）を有し、一つの入力エレメント（Ｒ２）が液圧ユニット出力（４４）に連結されてこのユニット出力により駆動され、一つの入力エレメント（Ｓ１）が前記入力シャフト（１２）に連結されてこの入力シャフトによって駆動され、前記機械式トランスミッション（３０）は、二つの入力を組み合わせて単一の液圧−機械式動力出力（４６）にし、三つの遊星歯車セット（３４、３６、３８）を備えた遊星システム（３２）を持つ前記機械式トランスミッション（３０）は、後退遊星歯車セット（３８）、低速範囲クラッチ（ＣＬ）、高速範囲クラッチ（ＣＨ）、及び後退ブレーキ（４８）を含み、これによって前記トランスミッション（３０）は、全速後退と全速前進との間で無限に変化できる速度調節を行うため二つの前進速度範囲及び一つの後退速度範囲を有する、機械式トランスミッション（３０）を含む、液圧−機械式トランスミッションにおいて、
前記三つの遊星歯車セット（３４、３６、３８）は、共通の遊星歯車キャリヤ（２８）に取り付けられている、液圧−機械式トランスミッション。
請求項１に記載の液圧−機械式トランスミッションにおいて、前記遊星歯車セット（３４、３６、３８）の各々は、少なくとも一つの遊星歯車（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）を含み、これによって前記遊星歯車（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）は同じ回転軸線に取り付けられている、液圧−機械式トランスミッション。
請求項１に記載の液圧−機械式トランスミッションにおいて、前記三つの遊星歯車セットの第１及び第２の遊星歯車セット（３４、３６）は、第１及び第２の遊星歯車（Ｐ１、Ｐ２）を有し、これらの遊星歯車は互いに固定され、これによって同じ速度で回転する、液圧−機械式トランスミッション。
請求項１、２、又は３に記載の液圧−機械式トランスミッションにおいて、前記遊星歯車キャリヤ（２８）は、前記低速範囲クラッチ（ＣＬ）を通して前記出力シャシー（４６）に選択的に連結される、液圧−機械式トランスミッション。
請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の液圧−機械式トランスミッションにおいて、前記三つの遊星歯車セット（３４、３６、３８）は、第１太陽歯車（Ｓ１）と噛み合う第１遊星歯車（Ｐ１）、第２太陽歯車（Ｓ２）と噛み合う第２遊星歯車（Ｐ２）、及びリング歯車（Ｒ２）を含み、前記第１及び第２の遊星歯車（Ｐ１、Ｐ２）は互いに固定されており、これによって同じ速度で回転する、液圧−機械式トランスミッション。
請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の液圧−機械式トランスミッションにおいて、一方の入力エレメントは、前記入力シャフト（１２）連結されてこのシャフトによって駆動される第１太陽歯車（Ｓ１）であり、他方の入力エレメントは、前記液圧出力（４４）に連結されてこの出力によって駆動されるリング歯車（Ｒ２）である、液圧−機械式トランスミッション。
請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の液圧−機械式トランスミッションにおいて、第２太陽歯車（Ｓ２）は、高速範囲クラッチ（ＣＨ）を介して前記出力シャフト（４６）に選択的に連結される、液圧−機械式トランスミッション。
請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の液圧−機械式トランスミッションにおいて、前記三つの遊星歯車セット（３４、３６、３８）は、前記出力シャフト（４６）に連結された第３太陽歯車（Ｓ３）を含む、液圧−機械式トランスミッション。
請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の液圧−機械式トランスミッションにおいて、リング歯車（Ｒ３）は、後退ブレーキ（４８）によって地面に選択的に連結される、液圧−機械式トランスミッション。
請求項９に記載の液圧−機械式トランスミッションにおいて、前記リング歯車（Ｒ３）が地面に連結されたとき、第３太陽歯車（Ｓ３）及び前記出力シャフト（４６）が後退で駆動される、液圧−機械式トランスミッション。
請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載の液圧−機械式トランスミッションにおいて、
第３太陽歯車（Ｓ３）及びリング歯車（Ｒ３）を持ち、前記第３太陽歯車（Ｓ３）は前記出力シャフト（４６）に固定されており、前記キャリヤ（２８）は、低速度範囲クラッチ（ＣＬ）を介して前記第３太陽歯車（Ｓ３）に連結されており、第２遊星歯車セット（３６）の第２太陽歯車（Ｓ２）が高速度範囲クラッチ（ＣＨ）を介して前記第３太陽歯車（Ｓ３）に連結されている、後退第３遊星歯車セット（３８）、及び
前記リング歯車（Ｒ３）を選択的に接地し、前記低速度範囲クラッチ（ＣＬ）及び前記高速度範囲クラッチ（ＣＨ）が係合解除された状態で前記太陽歯車（Ｓ３）を後退方向に駆動し、これによって前記トランスミッションが後退方向駆動を提供する、後退ブレーキ（４８）を更に含む、液圧−機械式トランスミッション。
請求項１乃至１１のうちのいずれか一項に記載の液圧−機械式トランスミッションにおいて、前記後退第３遊星歯車セット（３８）は二セットの遊星歯車（Ｐ３、Ｐ４）を有し、これらのセットのうちの一方の遊星歯車（Ｐ３）は、第１及び第２の遊星歯車セット（３４、３６）の遊星歯車（Ｐ１、Ｐ２）と整列し、そのため、各遊星歯車セット（３４、３６、３８）の遊星歯車（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）は同じ回転軸線上に取り付けられる、液圧−機械式トランスミッション。
請求項１乃至１２のうちのいずれか一項に記載の液圧−機械式トランスミッションにおいて、前記液圧ユニット入力シャフト（２４）は、トランスミッション入力シャフト（１２）によって第１歯車対（２６、２７）を介して連続的に駆動され、第１液圧入力エレメント（Ｒ２）を持つ前記機械式トランスミッションは、液圧ユニット出力シャフト（４４）によって第２歯車対（４０、４２）を介して駆動され、前記機械式トランスミッションは、前記トランスミッション入力シャフト（１２）によって駆動される第２入力エレメント（Ｓ１）を前記遊星歯車セットへの機械的動力入力として更に有する、液圧−機械式トランスミッション。
請求項１４に記載の液圧−機械式トランスミッションにおいて、前記第１及び第２の歯車対の各々の一方の歯車（２６、４０）は、前記トランスミッション入力シャフト（１２）と同軸である、液圧−機械式トランスミッション。
請求項１乃至１４のうちのいずれか一項に記載の液圧−機械式トランスミッションにおいて、前記三つの遊星歯車セット（３４、３６、３８）は、太陽歯車（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）、リング歯車（Ｒ２、Ｒ３）、及び第１太陽歯車（Ｓ１）と噛み合う第１遊星歯車（Ｐ１）、第２太陽歯車（Ｓ２）及びリング歯車（Ｒ２）と噛み合う第２遊星歯車（Ｐ２）、第３太陽歯車（Ｓ３）と噛み合う第３遊星歯車（Ｐ３）、リング歯車（Ｒ３）及び第３遊星歯車（Ｐ３）と噛み合う第４遊星歯車（Ｐ４）を含む、液圧−機械式トランスミッション。
請求項１乃至１５のうちのいずれか一項に記載の液圧−機械式トランスミッションにおいて、前記キャリヤ（２８）は、低速前進範囲用の低速度範囲クラッチ（ＣＬ）によって前記トランスミッション出力（４６）に選択的に連結され、第２太陽歯車（Ｓ２）は、高速前進範囲用の高速度範囲クラッチ（ＣＨ）によって前記トランスミッション出力（４６）に連結され、速度が低速前進範囲から高速前進範囲まで上昇するとき、前記低速度範囲クラッチ（ＣＬ）が係合解除され且つ前記高速度範囲クラッチ（ＣＨ）が係合し、低速前進範囲から高速前進範囲にシフトする、液圧−機械式トランスミッション。
請求項１乃至１７のうちのいずれか一項に記載の液圧−機械式トランスミッションにおいて、前記低速度範囲及び高速度範囲のクラッチ（ＣＬ、ＣＨ）は、低速前進作動範囲から高速前進作動範囲を発生し、前記トランスミッション（１０）は各範囲内にピーク効率を有し、これによって前記トランスミッション（１０）は、前記トランスミッション（１０）の二つの効率ピークと適合した二つの主要な作動速度を持つ農業用トラクターでの使用に適合できる、液圧−機械式トランスミッション。