JP2007518946A

JP2007518946A - 多段変速機

Info

Publication number: JP2007518946A
Application number: JP2006549908A
Authority: JP
Inventors: ゲルハルト、ブック; ボルフガング、レブホルツ; ジークフリート、ステュツレ; ミヒャエル、リードハンマー; フーゴー、ブルクハルト; ミヒャエル、ヘルリツェク; ユルゲン、レグナー; ヨッヘン、シュナイダー; ミヒャエル、ティールマン; ローラント、フィッシャー
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2004-01-21
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2024-12-14
Also published as: US20070068294A1; JP4545762B2; KR101096322B1; CN100439754C; DE102004002969A1; EP1706658A1; CN1922417A; US7454991B2; KR20070026374A; EP1706658B1; WO2005071286A1

Abstract

本発明は、入力軸（１）と、複数の副軸（２、３、４、５、６、７）と、出力軸（８）と、を有する切換可能な多段反転変速機に関する。前記副軸（２、３、４、５、６、７）上に、歯車、および／又は、速度段切換あるいは方向切換のために切換クラッチを介して副軸に固く結合できる遊び歯車、が配置されている。伝達比（ギヤ比）が、平歯車段および少なくとも１つの入切可能な遊星歯車段（Ｐ）によって生成される。

Description

本発明は、入力軸と、複数の副軸と、出力軸と、を備え、前記副軸上に、歯車、および／又は、速度段あるいは方向を切り換えるために切換クラッチを介して当該副軸に固く結合可能な遊び歯車が配置されている、特許請求の範囲の請求項１の上位概念部分に記載の、切換可能な多段反転変速機（Wendegetriebe）に関する。

そのような変速機は、通常、ダンプカー、ホイールローダ、パワーショベルおよびフォークリフトに採用され、また、路上で運転される車両、例えばクレーン車にも採用される。その変速機は、一般に、前置接続された流体トルクコンバータを備えた負荷切換変速機である。その負荷切換変速機の場合、自動車例えば建設機械の作業抵抗が増した際に、自動的に無段階にトルクを増大させることができる。この場合、エンジントルクの約３倍の値に相当する変速機出力トルクを発生できる。

冒頭に述べた形式の変速機の個々の速度段におけるパワーフロー（力束）は、切換可能な流体クラッチの組合せによって発生される。そのクラッチは、特にホイールローダにおいて、後進（反転）のために負荷時切換可能であり、従って、多量のエネルギを吸収できる。変速機のケースの構造ないし軸の配置は、用途に応じて適合されねばならない。

本件出願人によるＥＰ０７５９１２９Ｂ１明細書に、少なくとも１つの入力軸と、複数の副軸と、駆動歯車装置を形成する複数の歯車と、前記副軸上に配置された切換クラッチと、を備えた負荷時切換可能な多段反転変速機が記載されている。その切換クラッチは、速度段および方向を切り換えるために選択的に一つの副軸に固く結合できる遊び歯車を備えている。この場合、固定歯車および当該固定歯車に常時かみ合う遊び歯車が前記駆動歯車装置を形成する。また、ある副軸上に配置されて二つの遊び歯車と常時かみ合う固定歯車が出力歯車列を形成し、副軸は固定歯車および遊び歯車によって互いに結合されている。本件出願人によるＥＰ０７９６４００Ｂ１明細書の発明対象は、そのような変速機の異なった形態である。

本発明の課題は、従来技術に比べてより大きな出力を有する切換可能な多段反転変速機を提供することにある。また、本発明に基づく変速機が、良好な効率を有し、頑丈であるようにすることにある。

前記課題は、特許請求の範囲の請求項１の特徴によって解決される。更なる実施の形態及び利点が、下位請求項から明らかとなる。

本発明に応じて、入力軸と、複数の副軸と、出力軸と、を備え、前記副軸上に歯車、および／又は、速度段切換あるいは方向切換のために切換クラッチを介して前記副軸に固く結合可能な遊び歯車が配置され、伝達比が平歯車段および少なくとも１つの入切可能な遊星歯車段によって発生される、負荷時切換可能な変速機が提案される。

本発明によれば、クラッチ状態に依存して、同じ固定歯車で出会う２つのパワーフロー（力束）が生成される。遊星歯車段は、好適には、パワーフロー方向において固定歯車と出力軸との間に配置される。各構成設計に応じて、変速機は４速式変速機あるいは８速式変速機として形成される。

以下、図を参照して、本発明を詳細に説明する。

特にはホイールローダに適用される図１に示された変速機は、入力軸１を有している。この入力軸１上に負荷切換クラッチＫＶ（前進クラッチ）が配置されている。この負荷切換クラッチＫＶを介して、遊び歯車１１５が入力軸１に固く（相対回転不能に）結合可能である。また、入力軸１上に固定歯車１１６が設けられている。この固定歯車１１６は、副軸２の固定歯車２０２に常時かみ合っている。副軸２上に負荷切換クラッチＫＲ（後進クラッチ）が設けられている。この負荷切換クラッチＫＲは遊び歯車１０２を副軸２に対して解除可能に固く結合する。当該遊び歯車１０２および入力軸の遊び歯車１１５は、副軸４上の固定歯車１０４に常時かみ合っている。また、副軸４上に、クラッチＫ２を介して当該副軸４に固く結合できる遊び歯車１１１および固定歯車２０４が設けられている。当該遊び歯車１１１は、別の副軸６上に配置された固定歯車１０６に常時かみ合い、前記固定歯車２０４はその副軸６上に配置された遊び歯車１１３に常時かみ合っている。図１から理解できるように、遊び歯車１１３はクラッチＫ４を介して副軸６に固く結合可能である。

副軸６の固定歯車１０６は、副軸７上に配置された固定歯車１０７に常時かみ合っている。副軸７上に遊び歯車１１７が設けられている。この遊び歯車１１７は、出力軸８上に配置された固定歯車１０８に常時かみ合っている。本発明に基づいて、パワーフロー（力束）方向において固定歯車１０７と出力軸８の固定歯車１０８との間に、入切可能な遊星歯車段Ｐが配置されている。その太陽歯車は副軸７に固く結合されている。この場合、ブレーキＢが設けられている。このブレーキＢは、内ば歯車Ｈを変速機ケースＧに結合する。さらに、クラッチＫを介して、遊星歯車段の二つの構成要素、好適には太陽歯車と内ば歯車、が相互に解除可能に結合可能である。いまブレーキＢが係合されてクラッチＫが解除されるとき、動力は固定歯車１０７から遊星歯車段Ｐを介して遊び歯車１１７に伝達される。これに対して、ブレーキＢが解除されてクラッチＫが係合されるとき、伝達比の変更なしに、動力は固定歯車１０７から遊び歯車１１７に直接伝達される（遊星歯車段がブロック運転で回転する）。

この変速機は４つの前進段と４つの後進段を有している。ここで、前進段用の前進クラッチＫＶないし後進段用の後進クラッチＫＲの係合時において速度段を実現するために、二つのパワーフローにおいて二つの切換要素ずつ交替で作動される。後進クラッチＫＲおよび前進クラッチＫＶは、それらが負荷時に切り換えられ得るので、ホイールローダに課せられた後進要件を満足させる。前進１速に対して、クラッチＫＶのほかに、クラッチＫ２およびブレーキＢが係合され、その場合、歯車１１５、１０４、１１１、１０６、１０７、遊星歯車段、歯車１１７、１０８が、動力を出力軸に伝達する。前進２速は、ブレーキＢおよびクラッチＫ４の係合によって生じ、その場合、動力は歯車１１５、１０４、２０４、１１３、１０６、１０７、遊星歯車段、歯車１１７、１０８によって出力軸に伝達される。前進３速のために、クラッチＫ２およびクラッチＫが係合され、その場合、歯車１１５、１０４、１１１、１０６、１０７、１１７、１０８が、動力を出力軸８に伝達する。前進４速を入れるために、クラッチＫ４およびクラッチＫが係合され、これによって、動力は歯車１１５、１０４、２０４、１１３、１０６、１０７、１１７、１０８を介して出力軸８に伝達される。

後進段のためにクラッチＫＲが係合される。この場合、後進１速はクラッチＫ２およびブレーキＢの係合によって生じ、動力が入力軸１から、歯車１１６、２０２、１０２、１０４、１１１、１０６、１０７、遊星歯車段、歯車１１７、１０８を介して出力軸８に伝達される。後進２速はクラッチＫ４およびブレーキＢの係合によって生じ、その場合、動力は歯車１１６、２０２、１０２、１０４、２０４、１１３、１０６、１０７、遊星歯車段、歯車１１７、１０８を介して出力軸８に伝達される。本発明に基づいて、後進３速はクラッチＫ２およびクラッチＫの係合によって切り換えられ、その場合、動力は歯車１１６、２０２、１０２、１０４、１１１、１０６、１０７、１１７、１０８を介して出力軸８に伝達される。また、後進４速のために、クラッチＫ４およびクラッチＫが係合され、その場合、歯車１１６、２０２、１０２、１０４、２０４、１１３、１０６、１０７、１１７、１０８が動力を出力軸８に伝達する。

即ち、本発明によれば、クラッチ状態に依存して、２つのパワーフローが発生可能である。これらのパワーフローは同じ固定歯車１０７で出会う。この固定歯車１０７は出力軸８上には配置されていない。

クラッチＫＶおよびＫＲを、入力軸１上に配置される二つの同期装置あるいはかみ合いクラッチＳＶおよびＳＲに置き換え、且つ、対応する歯車およびクラッチを有するもう二つの副軸３、５を加えることによって、特にはダンプカーに適用される８速式変速機が有利に生ずる。

そのような変速機は図２の対象である。それに応じて、この８速式変速機は、図１に示された変速機とは、副軸２上に切換要素が配置されず、入力軸上に前進クラッチＫＶの代わりに（前進段用ないし後進段用であって、車両停止時に切り換えられ得る）２つの同期装置あるいはかみ合いクラッチＳＶ、ＳＲが配置されている点で、相違している。その同期装置あるいはかみ合いクラッチ（かみ合い部）は、複式あるいは単式の同期装置として、あるいはかみ合いクラッチ（Klauen）として、形成され得る。また、別の副軸３が設けられている。この副軸３は、２つの固定歯車１０３、２０３と、副軸３上に設けられたクラッチＫ１を介して副軸３に固く結合できる遊び歯車１１０と、を有している。その場合、固定歯車１０３は入力軸１の遊び歯車１１５に常時かみ合っている。

さらに、別の副軸５が設けられている。この副軸５は、副軸３の遊び歯車１１０に常時かみ合う固定歯車１０５と、副軸５上に設けられたクラッチＫ３を介して副軸５に固く結合できる遊び歯車１１２と、を有している。その場合、遊び歯車１１２は副軸３の固定歯車２０３に常時かみ合い、固定歯車１０５は副軸７上に配置された固定歯車１０７に常時かみ合っている。

８つの前進段および８つの後進段を実現するために、前進段用の前進クラッチＳＶないし後進段用の後進クラッチＳＲの係合時、二つのパワーフローにおいて二つの切換要素ずつ交替で作動される。この場合、図１における変速機の１速は２速に相当し、図１における変速機の２速は４速に相当し、図１における変速機の３速は６速に相当し、図１における変速機の４速は８速に相当する。

それに応じて、前進１速は前進クラッチＳＶ、クラッチＫ１およびブレーキＢの係合によって生じ、動力は歯車１１５、１０３、１１０、１０５、１０７、遊星歯車段、歯車１１７、１０８によって伝達される。前進２速のために、クラッチＫ２およびブレーキＢが係合され、その場合、歯車１１５、１０４、１１１、１０６、１０７、遊星歯車段、歯車１１７、１０８が動力を出力軸８に伝達する。前進３速において、クラッチＫ３およびブレーキＢが係合され、動力が歯車１１５、１０３、２０３、１１２、１０５、１０７、遊星歯車段、歯車１１７、１０８によって伝達される。前進４速はブレーキＢおよびクラッチＫ４の係合によって生じ、動力は歯車１１５、１０４、２０４、１１３、１０６、１０７、遊星歯車段、歯車１１７、１０８によって出力軸に伝達される。５速においては、クラッチＫ１およびクラッチＫが係合され、その場合、動力は歯車１１５、１０３、１１０、１０５、１０７、１１７、１０８によって出力軸８に伝達される。前進６速のために、図２によれば、クラッチＫ２およびクラッチＫが係合され、その場合、歯車１１５、１０４、１１１、１０６、１０７、１１７、１０８が動力を出力軸８に伝達する。また、前進７速はクラッチＫ３およびクラッチＫの係合によって生じ、動力は歯車１１５、１０３、２０３、１１２、１０５、１０７、１１７、１０８によって伝達される。前進８速を入れるために、クラッチＫ４およびクラッチＫが係合され、これによって、動力が歯車１１５、１０４、２０４、１１３、１０６、１０７、１１７、１０８を介して出力軸８に伝達される。

後進１速は同期装置、クラッチＫ１およびブレーキＢの係合によって生じ、その場合、動力は歯車１１６、２０２、１０２、１０４、１１５、１０３、１１０、１０５、１０７、遊星歯車段、歯車１１７、１０８によって出力軸８に伝達される。後進２速はクラッチＫ２およびブレーキＢの係合によって生じ、動力は入力軸１から歯車１１６、２０２、１０２、１０４、１１１、１０６、１０７、遊星歯車段、歯車１１７、１０８によって出力軸８に伝達される。後進３速においては、クラッチＫ３およびブレーキＢが係合され、これによって、動力は歯車１１６、２０２、１０２、１０４、１１５、１０３、２０３、１１２、１０５、１０７、遊星歯車段、歯車１１７、１０８を介して伝達される。後進４速はクラッチＫ４およびブレーキＢの係合によって生じ、その場合、動力は歯車１１６、２０２、１０２、１０４、２０４、１１３、１０６、１０７、遊星歯車段、歯車１１７、１０８を介して出力軸８に伝達される。

さらに、後進５速はクラッチＫ１およびクラッチＫの係合によって生じ、その場合、動力は歯車１１６、２０２、１０２、１０４、１１５、１０３、１１０、１０５、１０７、１１７、１０８によって伝達される。本発明に基づいて、後進６速はクラッチＫ２およびクラッチＫの係合によって生じ、その場合、動力は歯車１１６、２０２、１０２、１０４、１１１、１０６、１０７、１１７、１０８を介して出力軸８に伝達される。７速においては、クラッチＫ３およびクラッチＫが係合され、動力が歯車１１６、２０２、１０２、１０４、１１５、１０３、２０３、１１２、１０５、１０７、１１７、１０８によって伝達される。また、後進８速のために、クラッチＫ４およびクラッチＫが係合され、この場合、歯車１１６、２０２、１０２、１０４、２０４、１１３、１０６、１０７、１１７、１０８が動力を出力軸８に伝達する。

遊星歯車段の伝達比は、好適には、前記８速段における４速−５速切換によって、ないし、図１の変速機の４速段における２速−３速切換によって、同じステップ比が得られるように選択されている。固定歯車７までの各パワーフローに、それぞれ１つのクラッチが関与されている。

図３において、副軸７に対する特に有利な軸受装置が示されている。遊星歯車段Ｐを有する副軸７に対して、従来、高価な軸受が必要であって、力を伝達するために、４つの軸受個所で変速機ケース壁が軸受に関連づけられていた。本発明によれば、軸受は、変速機ケースにおける軸受個所を省くことができるように、配置される。

副軸７は、変速機ケース内における軸受Ａ０７および中空軸１７内における軸受Ｂ０７で支持されている。半径方向力は、一方では、軸受Ａ０７によって直接変速機ケースに伝達され、他方では、軸受Ｂ０７によって軸受Ｂ１７を介して変速機ケースに伝達される。中空軸１７は、軸受Ａ１７で副軸７上に支持され、且つ、軸受Ｂ１７で変速機ケース内に支持されている。これは図から理解できる。軸受Ａ１７の半径方向力は、軸受Ａ０７および軸受Ｂ０７によって按分的に軸受Ｂ１７を介して変速機ケースに伝達され、軸受Ｂ１７の半径方向力は、変速機ケースで直接支持される。

さらに、軸方向力は、副軸７から軸受Ａ１７を介して中空軸１７に、並びに、中空軸１７から軸受Ａ０７を介して副軸７に、伝達され得る。従って、軸方向力は、常に、軸受Ａ０７および軸受Ｂ１７によって変速機ケースで支持され得る。軸受Ｂ１７の作用線（Wirklinie）内への軸受Ｂ０７の配置によって、軸受装置に追加的な傾き力は作用しない。

本発明に基づく実施の形態において、出力段は中央差動装置（Laengsdifferential）で（遮断可能にも）形成できる。

本発明に基づく構想によって、良好な効率を有し大きな動力を伝達できるこの変速機は、ダンプカーやホイールローダに利用される。有利には、この変速機構造によって、高い部品同一性が得られ、大多数の必要部品は、負荷切換クラッチＫＶおよびＫＲを除いて、同一構造にできる。

勿論、各構造的形態、特には副軸と歯車と遊星歯車段と切換要素とのそれら自体並びにそれら相互のあらゆる空間的配置も、技術的に意味ある限りにおいて、たとえそれらの形態が図や詳細な説明の項に詳しく示されていなくとも、請求項に記載されているような変速機の機能に影響を与えることなしに、本件の特許請求の範囲の保護範囲に含まれる。

特にホイールローダに適用される本発明に基づく変速機の歯車配列の概略図。特にダンプカーに適用される本発明に基づく変速機の歯車配列の概略図。遊星歯車段を有する軸に対する軸受装置の有利な実施の形態の断面図。

Claims

入力軸（１）と、
複数の副軸（２、３、４、５、６、７）と、
出力軸（８）と、
を備え、
前記副軸（２、３、４、５、６、７）上に、歯車、および／又は、速度段切換あるいは方向切換のために切換クラッチを介して副軸に固く結合できる遊び歯車、が配置されている、という切換可能な多段反転変速機において、
伝達比が、平歯車段および少なくとも１つの入切可能な遊星歯車段（Ｐ）によって生成される
ことを特徴とする切換可能な多段変速機。
前記クラッチおよび／又は同期装置および／又はかみ合いクラッチの切換状態に依存して、二つのパワーフロー（力束）が発生可能であり、
これらのパワーフローは、それぞれ、同一の固定歯車（１０７）で出会い、
当該固定歯車（１０７）は出力軸（８）上には配置されていない
ことを特徴とする請求項１に記載の変速機。
入切可能な遊星歯車段は、パワーフロー方向において、固定歯車（１０７）と出力軸（８）との間に配置されている
ことを特徴とする請求項２に記載の変速機。
各パワーフローにおいて、固定歯車（１０７）までに、それぞれ１つのクラッチが関与されている
ことを特徴とする請求項３に記載の変速機。
４つの副軸（２、４、６、７）を有しており、
入力軸（１）上に負荷切換クラッチ（ＫＶ）が配置されており、
当該負荷切換クラッチ（ＫＶ）を介して遊び歯車（１１５）が入力軸（１）に対して固く結合可能であり、
入力軸（１）上に固定歯車（１１６）が設けられ、
当該固定歯車（１１６）は副軸（２）の固定歯車（２０２）に常時かみ合っており、
副軸（２）上に負荷切換クラッチ（ＫＲ）が設けられ、
当該負荷切換クラッチ（ＫＲ）は遊び歯車（１０２）を副軸（２）に対して解除可能に固く結合しており、
前記遊び歯車（１０２）および前記遊び歯車（１１５）は、副軸（４）上の固定歯車（１０４）に常時かみ合っており、
副軸（４）上に、クラッチ（Ｋ２）を介して当該副軸（４）に対して固く結合可能な遊び歯車（１１１）及び固定歯車（２０４）が設けられ、
前記遊び歯車（１１１）は、他の副軸（６）上に配置された固定歯車（１０６）に常時かみ合っており、
前記固定歯車（２０４）は、前記副軸（６）上に配置されてクラッチ（Ｋ４）を介して前記副軸（６）に対して固く結合可能な遊び歯車（１１３）に常時かみ合っており、
前記副軸（６）の固定歯車（１０６）は、副軸（７）上に配置された固定歯車（１０７）に常時かみ合っており、
前記副軸（７）上に遊び歯車（１１７）が設けられ、
当該遊び歯車（１１７）は、出力軸（８）上に配置された固定歯車（１０８）に常時かみ合っており、
パワーフロー方向において、前記固定歯車（１０７）と出力軸（８）の前記固定歯車（１０８）との間に、入切可能な遊星歯車段（Ｐ）が配置されており、その太陽歯車が前記副軸（７）に固く結合されている
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の変速機。
遊星歯車段（Ｐ）を切り換えるために、
遊星歯車段（Ｐ）の内ば歯車（Ｈ）を変速機ケース（Ｇ）に結合するブレーキ（Ｂ）と、
遊星歯車段（Ｐ）の二つの構成要素を解除可能に互いに結合するクラッチ（Ｋ）と、
が設けられている
ことを特徴とする請求項５に記載の変速機。
前記クラッチ（Ｋ）によって、太陽歯車が内ば歯車に、あるいは太陽歯車が遊星歯車キャリヤ（Ｓｔｅｇ）に、あるいは太陽歯車が内ば歯車および遊星歯車キャリヤに、結合可能である
ことを特徴とする請求項６に記載の変速機。
前記ブレーキ（Ｂ）が係合され前記クラッチ（Ｋ）が解除される際、動力は前記固定歯車（１０７）から遊星歯車段（Ｐ）を介して前記遊び歯車（１１７）に伝達され、
前記ブレーキ（Ｂ）が解除され前記クラッチ（Ｋ）が係合される際、動力は前記固定歯車（１０７）から前記遊び歯車（１１７）に伝達比の変更なしに伝達される
ことを特徴とする請求項６または７に記載の変速機。
４つの前進段および４つの後進段を有し、クラッチ（ＫＶ）ないしクラッチ（ＫＲ）の係合時、前進１速ないし後進１速がクラッチ（Ｋ２）およびブレーキ（Ｂ）の係合によって生じ、前進２速ないし後進２速がクラッチ（Ｋ４）およびブレーキ（Ｂ）の係合によって生じ、前進３速ないし後進３速がクラッチ（Ｋ２）およびクラッチ（Ｋ）の係合によって生じ、前進４速ないし後進４速がクラッチ（Ｋ４）およびクラッチ（Ｋ）の係合によって生じる
ことを特徴とする請求項８に記載の変速機。
更に２つの副軸（３、５）が設けられ、
その一方の副軸（３）は、２つの固定歯車（１０３、２０３）と、当該副軸（３）上に設けられたクラッチ（Ｋ１）を介して当該副軸（３）に固く結合可能な遊び歯車（１１０）と、を有し、前記固定歯車（１０３）は入力軸（１）の遊び歯車（１１５）に常時かみ合っており、
他方の副軸（５）は、前記副軸（３）の遊び歯車（１１０）に常時かみ合っている固定歯車（１０５）と、当該副軸（５）上に設けられたクラッチ（Ｋ３）を介して当該副軸（５）に固く結合可能な遊び歯車（１１２）と、を有し、当該遊び歯車（１１２）は前記副軸（３）の固定歯車（２０３）に常時かみ合っており、前記固定歯車（１０５）は副軸（７）上に配置された固定歯車（１０７）に常時かみ合っており、
副軸（２）上には切換要素（ＫＲ）が配置されず、
入力軸（１）上に、クラッチ（ＫＶ）の代わりに、二つの同期装置ないしかみ合い部（ＳＶ、ＳＲ）が配置されている
ことを特徴とする請求項８に記載の変速機。
８つの前進段および８つの後進段を有し、同期装置あるいはかみ合い部（ＳＶないしＳＲ）の係合時、前進１速ないし後進１速がクラッチ（Ｋ１）およびブレーキ（Ｂ）の係合によって生じ、前進２速ないし後進２速がクラッチ（Ｋ２）およびブレーキ（Ｂ）の係合によって生じ、前進３速ないし後進３速がクラッチ（Ｋ３）およびブレーキ（Ｂ）の係合によって生じ、前進４速ないし後進４速がクラッチ（Ｋ４）およびブレーキ（Ｂ）の係合によって生じ、前進５速ないし後進５速がクラッチ（Ｋ１）およびクラッチ（Ｋ）の係合によって生じ、前進６速ないし後進６速がクラッチ（Ｋ２）およびクラッチ（Ｋ）の係合によって生じ、前進７速ないし後進７速がクラッチ（Ｋ３）およびクラッチ（Ｋ）の係合によって生じ、前進８速ないし後進８速がクラッチ（Ｋ４）およびクラッチ（Ｋ）の係合によって生じる
ことを特徴とする請求項１０に記載の変速機。