JPH10500196A - 負荷の下で切換可能な多段変速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は特に建設機械に利用するための負荷の下で切換可能な多段変速機に関する。切換クラッチ（１７、１８、２３、２６）はそれぞれ固定歯車とルーズ歯車との間に配置されている。非常に大きな回転数で回転するルーズ歯車は多板ディスク（３９）の内側ディスクに結合される。外側ディスクは各切換クラッチのクラッチハウジング内に支持されている。これによってこれらの切換クラッチの液圧式作動に対して利点が生ずる。

Description

【発明の詳細な説明】 負荷の下で切換可能な多段変速機 本発明は、入力軸、カウンタシャフト、逆転セット、カウンタシャフト上に配 置されるとともに速度段切換および方向切換のために選択的にカウンタシャフト に固く結合されるルーズ歯車を備えた切換クラッチ、並びに出力軸上の固定歯車 を備えた従動歯車組を有し、負荷の下で切換可能な多段変速機に関する。 今日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は、負荷切換変速機に液圧式駆動ユニッ トが前置接続されているという特色がある。この変速機の場合、その前置ユニッ トの回転数とトルクとの整合は、液圧式ないし電気・液圧式制御装置を介して実 現される。 採用されている大多数の変速機は他方のグループに属している。即ち、負荷切 換変速機に流体トルクコンバータが前置接続されている。この駆動ユニットによ れば自動車、特に建設機械の運転抵抗が増大した際にトルクを自動的に無段階に 上昇させることができる。この場合、エンジントルクの約３倍に相当する変速機 駆動トルクを発生できる。そのために、このことは変速機ないしコンバータで作 動される乗用車の場合と異なっているので価値がある。ホィールローダーの場合 、例えばショベルが堀り起こす地面の中に押し入れられる。充填物（土）がもぎ 取られて持ち上げられる。荷積みするために走行車は後退し、ショベルが更に持 ち上げられ荷空けされる。トルク変換は、低速で駆動部と従動部との回転数差が 大きい場合に正に大きな効果がある。 コンバータはコンバータ接続クラッチを備えている。このクラッチによれば、 速度段内における大きな回転数の範囲においてかなりの燃料節約が達成させられ る。 個々の速度段における力束は、液圧式に切り換えられる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、特に逆転するために負荷の下で切り換え できねばならず、従って多量のエネルギを受けねばならない。変速機のハウジン グの構造ないし軸の配列は、用途に特別に適合させねばならない。変速機の代表 的な適用は、ダンプカー、ホィールローダー、ショベルカーおよびフォークリフ トへの採用であり、また路上で作動される走行車、例えばクレーン車における採 用である。走行車の形式に応じて、変速機の入力軸と出力軸との間に所定の軸間 距離が必要である。例えば推進軸の屈曲角を小さくしなければならないとき、長 い軸間距離にしなければならない。この場合、変速機は動力分割機（Verteilerg etriebe)としての補助機能を負っている。 フォークリフトの場合、変速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、例えば作業機械の液圧装置に対してエンジン回転数に関係し 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。補助従動装置に対す る動力系に更に潤滑油・切換ポンプが設けられており、このポンプもエンジン回 転数に関係して駆動される。 走行車の構造様式に条件づけられて、変速機が満足すべき課題は非常に異なっ ている。 ドイツ特許第Ａ−１１２９８３８号明細書には、短い軸方向構造長さによって 特色づけられる変速機が記載されている。駆動軸上に固定歯車が存在し、これは 逆転軸上およびカウンタシャフト上の固定歯車と連続的にかみ合っている。すべ てのルーズ歯車は変速機の片側に位置し、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。この公知の変速 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、カウンタシャ フト上のルーズ歯車の支持およびカウンタシャフト自体のルーズ歯車の側におけ る間接的な支持も非常に経費がかかっている。 ドイツ特許第Ａ−２５３５７００号明細書には、摩擦クラッチが二重クラッチ として形成されている変速機が記載されている。この変速機の場合、非常に多数 の速度段数を実現させられるが、カウンタシャフト上に四つまでの歯車および一 つの二重クラッチを収容しなければならないので、軸方向において大きな構造空 間を必要としている。 本発明の目的は、短い軸方向構造長さを有する負荷切換可能な変速機を、摩擦 クラッチおよびカウンタシャフトの軸受の形成に関して改良することにある。 この本発明の目的は、逆転セットが入力軸の固定歯車およびカウンタシャフト 上に支持されたルーズ歯車から形成され、カウンタシャフトの固定歯車および出 力軸上に配置されたルーズ歯車が駆動歯車系を形成し、従動歯車組が出力軸の固 定歯車およびカウンタシャフト上に支持されたルーズ歯車から形成されているこ とによって達成される。本発明に基づく逆転セットは、一連の利点によって特色 づけられる。ルーズ歯車は、それが負荷の下でそのカウンタシャフトに関して相 対回転しないように配置されている。またルーズ歯車は中間歯車としても採用さ れていないので、それは二つのかみ合わせ部から大きな荷重を負荷されない。従 って、少なくともその一つが切換クラッチの多板ディスクの内側に配置されてい る転がり軸受は、小さく寸法づけられる。ルーズ歯車は、切換クラッチが係合さ れている場合に、このルーズ歯車とカウンタシャフトとの相対回転数が零である ときしか負荷の下で回転しない。中間歯車が必要である限りにおいて、これは固 定歯車によって形成される。変速機はコンパクトな構造によって特色づけられる 。カウンタシャフトの支持に対して全部で四つの転がり軸受が設けられ、そのう ちの二つは非常に小さく寸法づけられる。これによってカウンタシャフトのたわ みが小さくなるというほかに、コストが削減される。 １速段に対する切換クラッチに付属された歯車を、ルーズ歯車として形成する ことが有利である。このルーズ歯車は非常に高い回転数で回転するが、切換クラ ッチの有利な配列を許す。このルーズ歯車は、出力軸上の固定歯車とかみ合って いる。この固定歯車もはす歯にされている。その支持のために大きな軸受ベース が利用されるので、発生する縦揺れ力が簡単に受けられる。 ２速段に対する切換クラッチを介して出力軸に固く接続される歯車も、ルーズ 歯車として形成されている。ここでも原理的には上述の利点が当てはまる。 切換クラッチの多板ディスクの内側ディスクがルーズ歯車に結合され、多板デ ィスクの外側ディスクがカウンタシャフトの構成部品であるクラッチハウジング 内に収容されているとき、切換クラッチの特に有利な配列が生ずる。従って、非 常に大きな回転数で回転する歯車は、ルーズ歯車として形成されている。これら は液圧式作動装置のピストン室、および外側ディスクホルダに固く結合されてい ない。この配置構造によって高い切換品質を達成できる。ディスクがふらつきを 起こす危険は少ない。コンパクトな構造の場合に、ルーズ歯車の支持に対してで きるだけ大きな軸受ベース（Lagerbasis）を得るために、各ルーズ歯車が二つの 転がり軸受を介してそれらのカウンタシャフト上に支持されていることが特に有 利である。その一方の転がり軸受は多板ディスクの内側にほぼ中央に配置され、 他方の転がり軸受はかみ合わせ部のほぼ垂直平面内に位置している。 切換クラッチの液圧式作動装置による大きな加速から遠ざけるために、それぞ れ一つのピストンが、クラッチハウジングの環状室の中に移動可能に支持されて いる。クラッチハウジングは、それぞれのカウンタシャフトに固く結合されてい る。ピストンはパッキン、例えばＯリングを介して環状室の中に気密に案内され ている。 ルーズ歯車を大きな負荷から遠ざけるために、これは負荷の下でそのカウンタ シャフトに対して相対回転しない。ルーズ歯車が中間歯車として採用されず、従 ってかみ合わせ部だけで回転することが荷重にとって有利である。 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実施例の 説明から理解できる。 第１図は２速変速機の歯車列の概略図、および 第２図は第１図における変速機の切換クラッチの縦断面図である。 第１図には、負荷切換可能な変速機１の歯車列の概略図が示されている。これ は流体トルクコンバータが前置接続された２速変速機であり、これは特に重量建 築機械に当てはまる。 流体トルクコンバータのポンプインペラ３は、概略的に示されたエンジン４に 駆動結合されている。ポンプインペラ３の従動軸５上には、歯車６が固定して配 置されている。これはカウンタシャフト７上に同様に固定して配置された歯車８ に、破線の接続部９で示されているようにかみ合い接続されている。歯車６、８ およびカウンタシャフト７は補助従動装置を形成しており、この補助従動装置で 例えばオイルポンプあるいはパワーテイクアウトシャフトがエンジン回転数に関 係して駆動される。 流体トルクコンバータのタービンランナ１０は、入力軸１１に固く結合されて いる。入力軸１１の図示右端側には、固定歯車１２が配置されている（入力軸１ １は分かり易くする理由から図面において破断して示されている）。固定歯車１ ２はルーズ歯車１３、１４にかみ合い接続されている。ルーズ歯車１３、１４は それぞれカウンタシャフト１５、１６上に支持されている。 ルーズ歯車１３は切換クラッチ１７を介して、ルーズ歯車１４は切換クラッチ １８を介してカウンタシャフト１５ないしカウンタシャフト１６に固く接続され る。固定歯車１２および選択的にカウンタシャフト１５ないし１６に接続される ルーズ歯車１３、１４によって、逆転セット１９が形成されている。 逆転セット１９は、切換クラッチ１７、１８と関連して変速機の出力軸２０の 回転方向の逆転を許している。この理由から切換クラッチ１７、１８は方向クラ ッチとも呼ばれる。 流体トルクコンバータ２は、一方向クラッチを介して支持されているステータ ３３を備えている。 カウンタシャフト様式における変速機は、カウンタシャフト１５、１６並びに 出力軸２０の他に、もう一つのカウンタシャフト２１を有している。このカウン タシャフト２３上に、切換クラッチ２３を介してこのカウンタシャフト２１に固 く接続されるルーズ歯車２２が回転可能に支持されている。切換クラッチ２３は １速段に対する速度段切換クラッチである。 ルーズ歯車２２は、変速機１の出力軸２０の固定歯車２４に連続的にかみ合っ ている。 更に出力軸２０上には、切換クラッチ２６を介して出力軸２０に固く連結され るルーズ歯車２５が回転可能に支持されている。切換クラッチ２６は２速段に対 する変速段切換クラッチを形成している。 この配置構造は固定歯車２７、２８、２９を備えている。固定歯車２７はカウ ンタシャフト１５に、固定歯車２８はカウンタシャフト１６に、固定歯車２９は カウンタシャフト２１にそれぞれ固く結合されている。 固定歯車２９は、ルーズ歯車２５にかみ合い接続されている。固定歯車２７、 ２８、２９並びにルーズ歯車２５は、駆動歯車系３０を形成している。ルーズ歯 車２２および固定歯車２４は、従動歯車組３１を形成している。 １速段が投入されている場合、動力はカウンタシャフト２１および（切換クラ ッチ２３の係合状態において）ルーズ歯車２２を介して出力軸２０の固定歯車２ ４に伝わる。この場合、前進走行方向用の切換クラッチ１７あるいは後退走行方 向用の切換クラッチ１８が係合されている。２速段に対する速度段切換クラッチ （切換クラッチ２６）は解除されている。 ２速段が投入されている場合、切換クラッチ２３は解除され、切換クラッチ２ ６が係合されている。駆動動力は駆動歯車系３０を介して出力軸２０に伝わる。 従ってこの変速機１によれば、二つの前進段および二つの後進段が切り換えさ れる。次の関係が存在する。 上述した歯車列は、各カウンタシャフト１５、１６、２０、２１上にそれぞれ 唯一の切換クラッチ１７、１８、２３、２６、唯一のルーズ歯車１３、１４、２ ２、２５および唯一の固定歯車２７、２８、２９、２４が配置されていることを 示している。限られた数の構成要素によって、各カウンタシャフト１５、１６、 ２０、２１の非常に短い軸方向構造長さが生ずる。カウンタシャフト１５、１６ 、２０、２１は、それぞれ二つの転がり軸受３２によって支持されている。 切換クラッチ１７、１８、２３、２６は、それぞれルーズ歯車と固定歯車との 間に、共通の垂直平面内に位置して配置されている。この処置も変速機の短い軸 方向構造長さに貢献する。 騒音レベルを低くするために、ルーズ歯車１３、１４、２２、２５ないし固定 歯車２７、２８、２９は、はす歯にされている。好適には、大きな傾斜角度の歯 が採用されている。カウンタシャフトが軸方向に短い構造をしていることによっ て、大きな曲げ荷重は生じない。 第２図には第１図における変速機１の詳細が示されている。第１図における歯 車列において、上側に位置する切換クラッチ１７（前進走行用の方向クラッチ） が見えている。入力軸１１の固定歯車１２が一部見えている。カウンタシャフト １５は、転がり軸受３２を介して変速機ハウジング３４内に支持されている。変 速機ハウジング３４は、概略的に示されているポンプインペラ３の範囲において カバー３５によって閉じられている。 ルーズ歯車１３は、二つの転がり軸受３６、３７を介してカウンタシャフト１ ５上に回転可能に支持されている。これらの両軸受の特に一方の転がり軸受３６ は、小さく寸法づけられている。 転がり軸受３６は、多板ディスク３９に対して内側で中央に位置している。転 がり軸受３７は、ルーズ歯車１３をその歯が存在する垂直平面内で支持している 。 切換クラッチ１７のクラッチハウジング３８は、カウンタシャフト１５の構造 部品および多板ディスク３９の外側ディスクホルダである。この多板ディスクの 内側ディスクは、中空歯車１３のディスクホルダによって支持されている。多板 ディスク３９は、それ自体公知のように液圧作動式のピストン４０によって係合 方向に付勢される。それを作動するために、環状室４１に油を導入するための通 路４２が延びている。 環状室４１が無圧であるとき、ピストン４０はばね４３によって図示の出発位 置に移動される。 ピストン４０をクラッチハウジング３８に対して密封するために、内側Ｏリン グ４４および外側Ｏリング４５が採用されている。 他の切換クラッチの構成および他のルーズ歯車の支持も、上述の構造様式に相 応している。 上述したように、駆動歯車系３０は固定歯車２７、２８、２９から形成されて いる。２速段に対する速度段切換クラッチ（切換クラッチ２６）に付属された歯 車は、固定歯車２９とかみ合っているルーズ歯車２５として形成されている。１ 速段に対する速度段切換クラッチ（切換クラッチ２３）に付属されたルーズ歯車 ２２は、出力軸２０の大きな固定歯車２４にかみ合っている。 ルーズ歯車１３、１４、２２、２５は、それらが支持されているカウンタシャ フトに関して、負荷の下でそれらが相対回転しないように有利に配置されている 。また、これらのルーズ歯車は中間歯車として採用されていないので、それらは 二つのかみ合わせ部から大きな荷重を負荷されない。従って、少なくともその一 つが切換クラッチの多板ディスクの内側に配置されている転がり軸受は、小さく 寸法づけられる。その場合、これらのルーズ歯車は、ルーズ歯車とそのカウンタ シャフトとの相対回転数が零であるときしか負荷の下で回転しない。これはその 切換クラッチが係合されているときに当てはまる。これは中間歯車が必要である 限りにおいて、例えば２速段が投入されている場合に、固定歯車２９が当てはま るような固定歯車によって形成される。ルーズ歯車を支持するための小さく寸法 づけられている転がり軸受の利点は、負荷の下で回転するカウンタシャフトが、 転がり軸受３２を介して変速機ハウジング３４に回転可能に支持されるような別 の有利な効果を発揮する。ここでは組み込み空間は制限されない。これは総合し てコンパクトな構造、カウンタシャフトに対して必要な全部で四つの軸受のうち の二つについての、コスト削減およびカウンタシャフトの僅かなたわみを意味す る。 駆動歯車系３０は、流体トルクコンバータ２のタービンランナ１０に連結され ており、従ってタービンランナと一緒に加速ないし減速される。逆転切換の際に 、タービンランナと一緒の駆動歯車系３０の加速は非常に大きい。ピストン（例 えば切換クラッチ１７のピストン４０）を含めたクラッチハウジング（例えば切 換クラッチ１７のクラッチハウジング３８）は、次の理由からこの加速を受けな いようにしなければならない。即ち、ピストンの加速はＯリング４４、４５の摩 擦によって引き受けられ、詳しくは補助的なかみ合い連動が節約されるが、ピス トンがクラッチハウジング内でそれが新たな回転方向にないしクラッチハウジン グ の回転数に加速されるか減速されるまで回転するので、Ｏリングが非常に急速に 摩耗する危険がある。この欠点を避けるために、次のような配置構造が提案され る。 第１図における歯車列から明らかなように、タービンに結合されている歯車が ルーズ歯車としてカウンタシャフト上に支持されている。これにより、上述した 両Ｏリングを介してのピストンの単純な連動原理が、ここで述べた欠点を余儀な くされることなしに実現される。強く加速された構造部品の全体質量は非常に小 さく、これによって大きな合力の発生が避けられる。 １速段と２速段との変速比は、従動歯車組３１によって実現される。１速段に 対する速度段切換クラッチに付属されたルーズ歯車２２は、２速段が投入されて いる場合（切換クラッチ２６が係合されている場合）非常に大きな回転数で回転 する。従動歯車組のこの歯車のルーズ歯車としての選択は、それが切換クラッチ ２３のクラッチハウジング（ピストン室）、従って多板ディスクの外側ディスク ホルダに結合されないという利点を有する。これによってこれらの構造部品は、 ２速段が投入されている場合にルーズ歯車２２の大きな回転数を与えられること もない。 切換クラッチを係合する際、多板ディスクへのピストンの押圧力は環状室内に おける液圧で決定される。トルクをゆっくりと形成するために、この圧力は精確 に制御される。ピストン環状室内における圧油の回転によって、この制御圧力に 回転圧力が重畳される。切換品質へのこの不利な影響を小さくするために、クラ ッチハウジングの回転数はできるだけ小さくされねばならない。更に、多板ディ スクの外側ディスクは、内側ディスクよりもディスクがふらつきやすい。従って クラッチハウジング（外側ディスクホルダ）の回転数も低くされねばならない。 上述した理由から、非常に大きな回転数が与えられる歯車はルーズ歯車として 形成されている。これらはクラッチハウジング、従ってその都度の環状室（ピス トン室）および相応して外側ディスクホルダに固く接続されていない。非常に単 純な構造にも拘わらず、本発明に基づく変速機によれば、高い切換品質について 課せられた課題が満足される。ディスクがふらつきを起こす危険は少なくなる。 従動歯車組３１に数えられる歯車が、ルーズ歯車２２であるカウンタシャフト ２１と異なって、出力軸２０の場合には従動歯車は固定歯車２４である。 出力軸２０のルーズ歯車２５および固定歯車２４のいわば交換配置は、はじめ に予想されるように不利ではなく次の利点を伴って生ずる。即ち、固定歯車２４ が非常に大きな直径をしている場合、騒音発生を小さくするために選択されたは す歯により生ずる縦揺れモーメントが大きい。選択された堅固な軸構造の場合、 固定歯車２４に対する軸受ベースが大きい。これによってこの縦揺れモーメント は非常に良好に支持される。この固定歯車２４と出力軸の従動フランジとの接続 はルーズ歯車の場合よりも構造的に単純に形成されている。この理由から切換ク ラッチ２３ないし２６は上述したようにユニバーサル継手（Kreuz）の上に配置 されている。 符号の説明 １ 変速機 ２ トルクコンバータ ３ ポンプインペラ ４ エンジン ５ 従動軸 ６ 歯車 ７ カウンタシャフト ８ 歯車 ９ 結合部 １０ タービンランナ １１ 入力軸 １２ 固定歯車 １３ ルーズ歯車 １４ ルーズ歯車 １５ カウンタシャフト １６ カウンタシャフト １７ 切換クラッチ １８ 切換クラッチ １９ 逆転セット ２０ 出力軸 ２１ カウンタシャフト ２２ ルーズ歯車 ２３ 切換クラッチ ２４ 固定歯車 ２５ ルーズ歯車 ２６ 切換クラッチ ２７ 固定歯車 ２８ 固定歯車 ２９ 固定歯車 ３０ 駆動歯車系 ３１ 従動歯車組 ３２ 転がり軸受 ３３ ステータ ３４ 変速機ハウジング ３５ カバー ３６ 転がり軸受 ３７ 転がり軸受 ３８ クラッチハウジング ３９ 多板ディスク ４０ ピストン ４１ 環状室 ４２ 通路 ４３ ばね ４４ Ｏリング ４５ Ｏリング

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 入力軸（１１）、カウンタシャフト（１５、１６、２０、２１）、逆転 セット（１９）、カウンタシャフト（１５、１６、２０、２１）上に配置された 速度段切換および方向切換のために選択的にカウンタシャフト（１５、１６、２ ０、２１）に固く結合されるルーズ歯車（１３、１４、２２、２５）を備えた切 換クラッチ（１７、１８、２３、２６）、並びに出力軸（２０）上の固定歯車（ ２４）を備えた従動歯車組（３１）を有している負荷の下で切換可能な多段変速 機（１）において、 逆転セット（１９）が入力軸（１１）上の固定歯車（１２）およびカウンタシ ャフト（１５、１６）上に支持されたルーズ歯車（１３、１４）から形成され、 カウンタシャフト（１５、１６、２１）の固定歯車（２７、２８、２９）および 出力軸（２０）上に配置されたルーズ歯車（２５）が駆動歯車系（３０）を形成 し、従動歯車組が出力軸（２０）の固定歯車（２４）およびカウンタシャフト（ ２１）上に支持されたルーズ歯車（２２）から形成されていることを特徴とする 負荷の下で切換可能な多段変速機。 ２． ルーズ歯車（２２）が１速段に対する切換クラッチ（２３）を介してカ ウンタシャフト（２１）に固く接続されることを特徴とする請求の範囲第１項記 載の変速機。 ３． ルーズ歯車（２５）が２速段に対する切換クラッチ（２６）を介して出 力軸（２０）に固く接続されることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に 記載の変速機。 ４． 切換クラッチ（１７、１８、２３、２５）の多板ディスク（３９）の内 側ディスクがルーズ歯車（１３、１４、２２、２５）に結合され、多板ディスク （３９）の外側ディスクがカウンタシャフト（１５、１６、２０、２１）の構成 部品であるクラッチハウジング内に収容されていることを特徴とする請求の範囲 第１項記載の変速機。 ５． 各ルーズ歯車（１３、１４、２２、２５）が二つの転がり軸受を介して それらのカウンタシャフト（１５、１６、２０、２１）上に支持され、一方の転 がり軸受（３６）が多板ディスク（３９）の内側でほぼ中央に配置され、他方の 転がり軸受（３７）が切換クラッチ（１７、１８、２３、２５）の縦断面に関し てルーズ歯車（１３、１４、２２、２５）のほぼ垂直平面内に位置していること を特徴とする請求の範囲第４項記載の変速機。 ６． 切換クラッチ（１７、１８、２３、２５）を作動するためにそれぞれ一 つのピストン（４０）がそれぞれのカウンタシャフト（１５、１６、２０、２１ ）の構造部品であるクラッチハウジング（３８）の環状室（４１）の中に移動可 能に支持され、ピストン（４０）がパッキン（４４、４５）を介して環状室（４ １）の中に気密に案内されていることを特徴とする請求の範囲第５項記載の変速 機。 ７． 出力軸（２０）上に配置された固定歯車（２４）がはす歯にされている ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の変速機。 ８． ルーズ歯車（１３、１４、２２、２５）が負荷の下でそのカウンタシャ フト（１５、１６、２１、２０）に対して相対回転しないことを特徴とする請求 の範囲第１項記載の変速機。 ９． ルーズ歯車（１３、１４、２２、２５）がかみ合わせで回転することを 特徴とする請求の範囲第１項記載の変速機。 １０． 切換クラッチ（１７、１８、２３、２６）がそれぞれルーズ歯車（１３ 、１４、２２、２５）と固定歯車（２７、２８、２９、２５）との間で変速機の 縦断面に関して共通の垂直平面内に位置していることを特徴とする請求の範囲第 １項記載の変速機。