JP3716937B2 - 負荷下で切換可能な多段逆転機 - Google Patents

Description

本発明は、入力軸、中間軸、駆動歯車組を形成する歯車、中間軸上に配置され速度段および方向を切り換えるために選択的に中間軸に固く結合できるルーズ歯車を備えた切換クラッチ並びに少なくとも一つの固定歯車を備えた従動歯車系を持った負荷下で切換可能な多段逆転機に関する。
今日において採用されている建設機械の場合、主に二つのグループに分けられる変速機が利用されている。その一方のグループの特徴は、負荷切換変速機に静液圧式駆動ユニットが前置されていることである。この変速機の場合、その前置駆動ユニットの回転数・トルクの整合は液圧式ないし電気・液圧式制御装置によって実現される。
採用されている変速機のほとんどは、他方のグループ即ち流体トルクコンバータが前置接続されている負荷切換変速機に属している。自動車例えば建設機械の作動抵抗が増大した際、その流体トルクコンバータによって自動的にトルクが無段階に上昇させられる。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駆動トルクを発生できる。このことは、これが乗用車の場合と異なり変速機ないしトルクコンバータで行われるので重要である。ホィールローダーの場合に例えばショベルが掘り出すべき地面の中に押し込まれる。詰め込み物（土）がもぎ取られ、持ち上げられる。荷積みするために走行車が後進され、ショベルがもっと持ち上げられ、荷空けされる。トルク変換は正に低速の際および駆動部と従動部との大きな回転数差において非常に効果がある。
トルクコンバータは橋渡しクラッチ（一方向クラッチ）によって補完されている。このクラッチによって速度段の内部における高い回転数の範囲において燃費がかなり節約される。
個々の速度段における力束は液圧式に切換可能なクラッチの組合せによって形成される。これらのクラッチは特に後進するために負荷の下で切り換えでき、従って多量のエネルギを受ける。変速機のハウジング構造ないし軸の配置は用途に特別に合わせねばならない。逆転機に対する代表的な用途は、ダンプカー、ホィールローダー、エクスキャベーター(Excavator)およびフォークリフトであるが、路面を走行する走行車例えばクレーン車にも採用できる。走行車の形式に応じて変速機の入力軸と出力軸との間の所定の軸間距離が必要である。例えばプロペラシャフトの屈曲角度が小さくされねばならないとき、長い軸間距離は控えねばならない。この場合、逆転機は動力分割変速機としての補助的な機能を負っている。
フォークリフトの場合、逆転機は唯一の出力軸しか有していない。空間的な関係のために小さな軸間距離が必要である。
たいていの場合、例えば作動機械の液圧装置に対してエンジンの回転数に関係して駆動される少なくとも一つの補助従動装置が必要である。補助従動装置への動力伝達系に更に、同様にエンジン回転数に関係して駆動される潤滑油・多段ポンプが設けられている。
走行車の構造様式によって、逆転機が満足しなければならない課題は非常に異なっている。
ドイツ特許第Ａ−１１２９８３８号明細書において、僅かな軸方向構造長さによって特色づけられる逆転機が知られている。その駆動軸上に固定歯車が存在し、この固定歯車は逆転軸上および中間軸上の固定歯車に常にかみ合っている。すべてのルーズ歯車は変速機の片側に存在し、互いに常にかみ合っている。ルーズ歯車と固定歯車との間にそれぞれ摩擦クラッチが配置されている。この公知の逆転機の場合、摩擦クラッチの構造的な構成、特に多板ディスクの配置、中間軸上におけるルーズ歯車の支持およびルーズ歯車の側における中間軸自体の間接的な支持は非常に経費がかかる。
ドイツ特許第Ａ−２５３５７００号明細書において、摩擦クラッチが二重クラッチとして形成されている逆転機が知られている。この逆転機の場合、非常に多数の速度段数が実現させられるが、中間軸上に四つまでの歯車および一つの二重クラッチを収納しなければならないので、軸方向に大きな構造空間を必要とする。
本発明の目的は、短い軸方向構造長さにおいて、駆動伝達比、可能な速度段数および必要な軸間距離に関して種々の形態を許すような負荷切換可能な逆転機を提供することにある。
この本発明の目的は、各中間軸上に唯一の切換クラッチが配置され、固定歯車およびこれに常にかみ合っているルーズ歯車が駆動歯車組を形成し、もう一つの固定歯車がルーズ歯車と共に駆動歯車組から切り離された駆動系を形成し、中間軸上に配置されている固定歯車が二つのルーズ歯車に常にかみ合い従動歯車系を形成し、中間軸が動力分割歯車組を形成する固定歯車およびルーズ歯車によって互いに結合されていることによって達成される。
本発明に基づく逆転機は多くの点において利点を有する。即ち各中間軸に対して唯一の切換クラッチが設けられている。これによって、６速形逆転機の場合でも軸方向構造長さが短くなる。中間軸はその短い構造長さに基づいてたわみが小さくなる。この中間軸は両側が問題なしに逆転機ハウジング内において転がり軸受で支持される。採用されるルーズ歯車はそれぞれ唯一の歯かみ合い部を有し、これは遊び歯車として利用されない。一定した軸間距離によって条件づけられて、前進方向クラッチと後進方向クラッチとの間の駆動歯車組の伝達比は変化できない。それにもかかわらずもう一つの方向クラッチおよび又は速度段切換クラッチに関して異なった伝達比を実現する方式を得るために、入力軸上にもう一つの固定歯車が設けられている。この固定歯車は、上述の切換クラッチに付属されているルーズ歯車に常にかみ合い接続されている。従って駆動歯車組の入力歯車の歯数の切り離しが行われるので、異なった伝達比が生ずる。
構造的に有利な実施態様は請求の範囲第２項から第５項から理解できる。
本発明にとって重要な他の特徴並びにそれにより生ずる利点は、以下の負荷切換可能な逆転機の複数の実施例の説明から理解できる。
図は負荷切換可能な逆転機１の歯車列を示している。これは最大六つの前進段と三つの後進段とを有する逆転機である。概略的に図示されているエンジン２が逆転機の入力軸３を駆動する。入力軸３は流体トルクコンバータ５のポンプインペラ４に固く結合されている。流体トルクコンバータのタービンランナ６は駆動動力を入力軸３に対して同心的に位置する中空軸７に伝達する。
流体トルクコンバータ５は一方向クラッチを介して支持されているステータ８によって完全にされている。
中空軸７上に駆動歯車組１２の入力歯車を形成している固定歯車１１が固定して配置されている。駆動歯車組１２にルーズ歯車１３、１４が数えられる。固定歯車１１はこれらのルーズ歯車１３、１４に常にかみ合っている。ルーズ歯車１３、１４はそれぞれ中間軸１６、１７上に支持されている。
ルーズ歯車１３に切換クラッチ１９が付属され、ルーズ歯車１４に切換クラッチ２０が付属されている。
中空軸７上にもう一つの固定歯車９が固定して配置され、これはルーズ歯車１５に常にかみ合っている。
ルーズ歯車１５は中間軸１８上に支持されている。これには切換クラッチ２１が付属されている。
両固定歯車１１、９によって駆動歯車組１２と並んで、固定歯車９およびルーズ歯車１５から成る独立した駆動歯車組が形成されている。一定の軸間距離において、切換クラッチ１９と切換クラッチ２０との間の駆動歯車組１２の内部において伝達比は変更できない。独立した駆動歯車組は、切換クラッチ２１に関して駆動歯車組１２の伝達比と無関係な異なった伝達比を形成する可能性を与える。それに従って切換クラッチ２０を作動するために、駆動歯車組１２の固定歯車１１の歯数の切り離しが生ずる。
切換クラッチ１９が係合された場合、ルーズ歯車１３は中間軸１６に固く接続される。切換クラッチ２０が作動されると、ルーズ歯車１４は中間軸１７に連結される。切換クラッチ２１が係合された場合、ルーズ歯車１５と中間軸１８との固い結合が生ずる。切換クラッチ１９、２０、２１が逆転機１の出力軸２２の回転方向の逆転を許す。この理由から切換クラッチ１９、２０、２１は方向クラッチとも呼ばれる。
逆転機は、中間軸１６、１７、１８並びに出力軸２２のほかに他の中間軸２３、２４、２５を有している。
中間軸１６上にルーズ歯車１３のそばに固定歯車２６が配置されている。固定歯車２６は中間軸２４の固定歯車２７に常にかみ合っている。固定歯車２６が遊び歯車の機能を負っている。中間軸２５上にルーズ歯車２８が支持され、このルーズ歯車２８は中間軸２４の固定歯車２７にかみ合っている。ルーズ歯車２８に切換クラッチ２９が付属され、この切換クラッチ２９を介してルーズ歯車２８が中間軸２５に固く接続される。
中間軸２４上にルーズ歯車３０が回転可能に支持されている。このルーズ歯車３０は他の切換クラッチ３１によって固定歯車２７に固く結合できる。
切換クラッチ３１が係合された場合、駆動動力がルーズ歯車３０を介して中間軸２５の固定歯車３２に流れる。
逆転機の出力軸２２上に、中間軸２５の固定歯車３２に常に伝動接続されている固定歯車３３が配置されている。
ルーズ歯車３０および固定歯車３２、３３が従動歯車組３４を形成している。
固定歯車２６、２７およびルーズ歯車２８は動力分割歯車組３５に数えられる。この動力分割歯車組３５は中間軸１７のもう一つの固定歯車３６、中間軸１８の二つの固定歯車３７、３８および中間軸２３の一つの固定歯車３９によって完全にされている。
中間軸２３上にルーズ歯車４０が存在し、このルーズ歯車４０は切換クラッチ４１を介して中間軸２３に固く接続される。ルーズ歯車４０は固定歯車３２に常にかみ合っている。これは線４２によって示されている。従ってルーズ歯車４０は従動歯車組３４に数えられる。
固定歯車２７は動力分割歯車組３５の固定歯車３７にかみ合っている。これは線４３によって明らかにされている。中間軸１８のルーズ歯車１５は固定歯車９にかみ合っている。これは線１０によって明らかにされている。
切換クラッチ４１、３１、２９は上述の方向クラッチと並んで速度段の切り換えに使用され、速度段クラッチと呼ばれる。各速度段においてそれぞれ一つの方向クラッチおよび一つの速度段クラッチが係合される。
逆転機の上述した構成から、中間軸１６、１７がそれぞれ駆動歯車組１２の一つのルーズ歯車１３、１４および動力分割歯車組３５の一つの固定歯車２６、３６を有していることが理解できる。
切換クラッチ２１は方向・速度段切換クラッチである。中間軸１８上にルーズ歯車１５と並んで動力分割歯車組の固定歯車３７、３８が支持されている。方向クラッチ１９、２０、２１の一つが作動された際に動力分割歯車組３５の全歯車の回転数および回転方向が規定される。
中間軸２３、２４、２５上に切換クラッチ４１、３１、２９（速度段クラッチ）が配置され、これらの中間軸２３、２４、２５は動力分割歯車組３５の一つの固定歯車３９、２７および一つのルーズ歯車２８並びに従動歯車組３４のルーズ歯車４０、３０および固定歯車３２を受けている。逆転機１が４速段モードで駆動されるとき、次の関係が生ずる。
速度段 切り換えられるクラッチ
１ １９と４１
２ １９と３１
３ １９と２９
４ ２１と２９
１Ｒ ２０と４１
２Ｒ ２０と３１
３Ｒ ２０と２９
切換クラッチ１９、２１がいわゆるスプリット(Split)・クラッチとして採用される６速段モードに対しては、次の関係が生ずる。
速度段 切り換えられるクラッチ
１ １９と４１
２ ２１と４１
３ １９と３１
４ ２１と３１
５ １９と２９
６ ２１と２９
１Ｒ ２０と４１
２Ｒ ２０と３１
３Ｒ ２０と２９
符号の説明
１ 逆転機
２ エンジン
３ 入力軸
４ ポンプインペラ
５ トルクコンバータ
６ タービンランナ
７ 中空軸
８ ステータ
９ 固定歯車
１０ 線
１１ 固定歯車
１２ 駆動歯車組
１３ ルーズ歯車
１４ ルーズ歯車
１５ ルーズ歯車
１６ 中間軸
１７ 中間軸
１８ 中間軸
１９ 切換クラッチ
２０ 切換クラッチ
２１ 切換クラッチ
２２ 出力軸
２３ 中間軸
２４ 中間軸
２５ 中間軸
２６ 固定歯車
２７ 固定歯車
２８ ルーズ歯車
２９ 切換クラッチ
３０ ルーズ歯車
３１ 切換クラッチ
３２ 固定歯車
３３ 固定歯車
３４ 従動歯車組
３５ 動力分割歯車組
３６ 固定歯車
３７ 固定歯車
３８ 固定歯車
３９ 固定歯車
４０ ルーズ歯車
４１ 切換クラッチ
４２ 線
４３ 線

Claims (5)

1. 負荷下で切換可能な多段逆転機（１）であって、
   第１の入力側固定歯車（１１）および第２の入力側固定歯車（９）を有した、エンジン（２）によって駆動される入力軸（７）と；
   出力側固定歯車（３３）を有した出力軸（２２）と；
   第１の中間軸（１６）と；
   第２の中間軸（１７）と；
   第３の中間軸（１８）と；
   第４の中間軸（２３）と；
   第５の中間軸（２４）と；
   第６の中間軸（２５）と；
   前記第１の中間軸（１６）上に一つだけ設けられた第１の切換クラッチ（１９）と；
   前記第２の中間軸（１７）上に一つだけ設けられた第２の切換クラッチ（２０）と；
   前記第３の中間軸（１８）上に一つだけ設けられた第３の切換クラッチ（２１）と；
   前記第４の中間軸（２３）上に一つだけ設けられた第４の切換クラッチ（４１）と；
   前記第５の中間軸（２４）上に一つだけ設けられた第５の切換クラッチ（３１）と；
   前記第６の中間軸（２５）上に一つだけ設けられた第６の切換クラッチ（２９）と；
   前記第１の切換クラッチ（１９）により前記第１の中間軸（１６）に接続されて一体に回転する状態と前記第１の中間軸（１６）に対して空転する状態とを選択的に切換可能な、前記第１の入力側固定歯車（１１）と常に噛み合っている、前記第１の中間軸（１６）に一つだけ設けられた第１のルーズ歯車（１３）と；
   前記第２の切換クラッチ（２０）により前記第２の中間軸（１７）に接続されて一体に回転する状態と前記第２の中間軸（１７）に対して空転する状態とを選択的に切換可能な、前記第１の入力側固定歯車（１１）と常に噛み合っている、前記第２の中間軸（１７）に一つだけ設けられた第２のルーズ歯車（１４）と；
   前記第３の切換クラッチ（２１）により前記第３の中間軸（１８）に接続されて一体に回転する状態と前記第３の中間軸（１８）に対して空転する状態とを選択的に切換可能な、前記第２の入力側固定歯車（９）と常に噛み合っている、前記第３の中間軸（１８）に一つだけ設けられた第３のルーズ歯車（１５）と；
   前記第４の切換クラッチ（４１）により前記第４の中間軸（２３）に接続されて一体に回転する状態と前記第４の中間軸（２３）に対して空転する状態とを選択的に切換可能な、前記第４の中間軸（２３）に一つだけ設けられた第４のルーズ歯車（４０）と；
   前記第５の切換クラッチ（３１）により前記第５の中間軸（２４）に接続されて一体に回転する状態と前記第５の中間軸（２４）に対して空転する状態とを選択的に切換可能な、前記第４のルーズ歯車（４０）と常に噛み合っている、前記第５の中間軸（２４）に一つだけ設けられた第５のルーズ歯車（３０）と；
   前記第６の切換クラッチ（２９）により前記第６の中間軸（２５）に接続されて一体に回転する状態と前記第６の中間軸（２５）に対して空転する状態とを選択的に切換可能な、前記第６の中間軸（２５）に一つだけ設けられた第６のルーズ歯車（２８）と；
   前記第１の中間軸（１６）と一体に回転する第１の固定歯車（２６）と；
   前記第２の中間軸（１７）と一体に回転する第２の固定歯車（３６）と；
   前記第３の中間軸（１８）とそれぞれ一体に回転する、前記第２の固定歯車（３６）と常に噛み合っている第３の固定歯車（３７）、および第４の固定歯車（３８）と；
   前記第４の中間軸（２３）と一体に回転する、前記第４の固定歯車（３８）と常に噛み合っている第５の固定歯車（３９）と；
   前記第５の中間軸（２４）と一体に回転する、前記第１の固定歯車（２６）および前記第３の固定歯車（３７）のそれぞれと常に噛み合っている、第６の固定歯車（２７）と；
   前記第６の中間軸（２５）と一体に回転する、前記第４のルーズ歯車（４０）、前記第５のルーズ歯車（３０）、前記出力側固定歯車（３３）のそれぞれと常に噛み合っている、第７の固定歯車（３２）と；
   を備え、
   前記第１の入力側固定歯車（１１）と、この第１の入力側固定歯車（１１）と常に噛み合っている前記第１および第２のルーズ歯車（１３，１４）とが第１の駆動歯車組（１２）を形成し、
   前記第２の入力側固定歯車（９）と、この第２の入力側固定歯車（９）と常に噛み合っている前記第３のルーズ歯車（１５）とが第２の駆動歯車組を形成し、
   前記出力側固定歯車（３３）と常に噛み合っている前記第７の固定歯車（３２）、および前記第７の固定歯車（３２）と常に噛み合っている前記第４および第５のルーズ歯車（３０，４０）が従動歯車組（３４）を形成し、
   前記第６のルーズ歯車（２８）および前記第１、第２、第３，第４、第５および第６の固定歯車（２６，３６，３７，３８，３９，２７）が動力分割歯車組（３５）を形成し、
   前記第１乃至第６の切換クラッチ（１９，２０，２１，４１，３１，２９）を選択的に作動させて、前記第１の駆動歯車組（１２）若しくは前記第２の駆動歯車組から前記動力分割歯車組（３５）および前記従動歯車組（３４）を介して前記出力側固定歯車（３３）へと異なる経路で駆動力を伝達できるように構成されていることを特徴とする負荷下で切換可能な多段逆転機（１）。
2. 前記第３の切換クラッチ（２１）が、方向クラッチあるいはまた速度段切換クラッチとして採用されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の負荷下で切換可能な多段逆転機（１）。
3. 前記第３の切換クラッチ（２１）が前記第３のルーズ歯車（１５）と共に前記第３の中間軸（１８）上に配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の負荷下で切換可能な多段逆転機（１）。
4. 前記第３の中間軸（１８）が前記動力分割歯車組（３５）のうちの前記第３および第４の二つの固定歯車（３７、３８）を有していることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項に記載の負荷下で切換可能な多段逆転機（１）。
5. 前記第３のルーズ歯車（１５）に付属されている前記第３の切換クラッチ（２１）が４速段を投入するために使用されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項に記載の負荷下で切換可能な多段逆転機（１）。

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