JPS60227045A - 変速操向装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は高速装軌車両用の変速操行装置に関する。

〔従来技術とその欠点〕

従来からの車両用無段変速機としては、トルクコンバー
タや静油圧式変速機等が考えられるが、前者は無段階に
変速可能であるが任意の変速比を得ることは難かしく、
また後者は任意の変速比が得られるが、伝達効率が低い
という欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、前述した従来装置の欠点を解消し、無
段階変速が可能で任意の変速比が得られる高速装軌車両
用の変速操向装置を提供するにある。

〔発明の要旨〕

本発明の変速操向装置は、変速部に１対の油圧ユニット
（可変容量型油圧ポンプ、定容量型油圧モータ）と、そ
のリングギヤ、サンギヤを各々連結部材、シャフトによ
り結ばれた遊星歯車装置２組を含む計４組の遊星歯車装
置及び４組のクラッチで構成された変速機構部により無
段階変速を可能とし、かつ上記遊星歯車装置、クラッチ
類を１軸上に１とめ機構の簡素化を図り前記目的を達成
するよう構成したものである。

〔発明の実施例〕

以下第１〜３図を参照して、本発明の一実施例について
説明する。

第１図は実施例の機構説明図、第２図（、）は入出力軸
回転比ｔと変速用油圧ポンプに対する油圧モー／の回転
比、第２図（ｂ）は変速機構部各部回転速度と速度比ｔ
の関係図、第３図は車速Ｔと車両最小旋回半径Ｒｍｉｎ
の関係線図を示す。

第１図において １：入力軸、２：ギヤ、２ａ：ギヤ、３：ギヤ、４：シ
ャフト、５：クラッチ、５ａ：後進クラッチ、５ｂ＝前
進クラツチ、６：シャフト、７：ギヤ、８：ギヤ、９：
シャフト、１０：操向用ポンプ駆動ギヤ、１１：変速用
ポンプ駆動ギヤ、１２：ギヤ、１３：変速用可変容量型
油圧ポンプ、１４：変速用定容量型油圧モータ、１５：
クラッチ、１６：クラッチ、１７：クラッチ、１８：ク
ラッチ、１９：第一遊星歯車装置、１９ａ：リングギヤ
、１９　ｂ　：キャリア、１９Ｃ：サンギヤ、２０：ギ
ヤ、２１：シャフト、２２：第二遊星歯車装置、２２ａ
：リングギヤ、２２ｂ：キャリア、２２Ｃ：サンギヤ、
２３：ギヤ、２４：シャフト、２５：シャツ）、２６：
第三遊星歯車装置、２６ａ：リングギヤ、２６ｂ：キャ
リア、２６ｃ：サンギヤ、２７：第四遊星歯車装置、２
７ａ：リングギヤ、２７ｂ：キャリア、２７ｃ：サンギ
ヤ、２８：連結部材、２９：シャフト、３０：ギヤ、３
１：ギヤ、３２：変速部出力ギヤ、３３：ギヤ、３４：
シャフト、３５：ギヤ、３６：操向用可変容量型油圧ポ
ンプ、３７：操向用定容量型油圧モータ、３８：ギヤ、
３９：ギヤ、４０：シャフト、４１：ギヤ、４２：ギヤ
２．４３：ギヤ、４４：ギヤ、４５ａ：リングギヤ、４
５ｂ：キャリア、４５ｃ：サンギヤ、４６：ギヤ、４７
ａ：リングギヤ、４７ｂ＝キヤリア、４７ｃ：サンギヤ
、４８：右出力軸、４９：左出力軸、５０：サービスブ
レーキ、５１：サービスブレーキ、（なお、図示はしな
いが、ポンプ１３及びモータ１４、ポンプ３６及びモー
タ３７の間はそれぞれ図示しない油路で結ばれている。

） 上記変速操向装置では入力軸１から駆動される可容量型
油圧ポンプとこのポンプと閉回路で結ばれた定容量型油
圧モータとよシなる２組の油圧ポンプモータユニットが
設けられ、そのうち−組の（１３，１４）は変速用、他
の一組（，３６，３７）は操向用として使用されている
。第３及び第４遊星歯車装置２６．２７のサンギヤ２６
ｃ、２７ｃは互いに結合されシャフト２９で結合され、
さらに変速用油圧ポンプモータ（１３，１４）の出力軸
にシャフト２９とギヤ３０．３１′！ｉ−介して結合さ
れ、さらに第３及び第４遊星歯車装置２６゜２７のリン
グギヤ２６ａ、２７ａは部材２８を介して第、１遊星歯
車装置１９のキャリア１９ｂに結合されている。又第４
遊星歯車装置２７のキャリア２７ｂはシャフト２５を介
して第２遊星歯車２２のキャリア２２ｂと結合されてい
る。

エンジンと前進又は後進クラッチ５ｂ、５ａを介して結
合された第１及び第２遊星歯車装置１９゜２２は４つの
クラッチ１５，１６，１７．１８と組合され、４種類の
減速及び直結機構としてシャフト２５の１軸上に設定さ
れ、又入力軸１から第１、第２遊星歯車装置１９，２２
、第３．第４遊星歯車装置２６．２７への連結ギヤ比は
クラッチ１５．１６，１７．１８が順次切換えられモー
ドが変化しても変速部出力ギャ３２の回転速度は連続的
につながるように選ばれている。

次に上記実施例について第１図および第２図によって作
用全説明する。

遊星歯車装置が４個あり、その作用を表す式は等しいの
でまとめて示す。

第１図に示すとお９各遊星歯車装置は何れもサンギヤに
は下添字Ｃがキャリアには下添字すがリングギヤには下
添字ａが附しである。それで各装置に共通に歯数をサン
ギヤ’ｒ　Ｚｃ、キャリヤｚ５リングギヤＺ、単位時間
の回転数をサンギヤＮｃ１キャリアＮｂ　−、リングギ
ヤＮａ１　とする。

次に全体を固定して反対方向にＮｂ回即ち−Ｎ５回廻す
と各々の回転数は表１に示すとおりサンギヤＮ。−Ｎ６
．キャリア０．リングギヤＮａ−Ｎ５となる 表　１ サンギヤ　キャリア　リングギヤ 記　号　ｂ 歯　数　ｚｃ　ｚｂ　ｚａ 回転数　Ｎ。　Ｎ５Ｎａ ｆｆ　Ｎｏ−Ｎｂ０　Ｎａ−Ｎｂ キャリアを固定して考えると、或は云いかえてキャリア
上に乗っている人がみると遊星歯車はアイドラになって
いるから単位時間に遊星歯車とかみ合う歯数はサンギヤ
とリングギヤとで等しいから回転方向を考えて符号をつ
けて（Ｎｃ−Ｎｂ）　Ｚ。＝−（Ｎａ−Ｎｂ）　Ｚａ Ｚｃ １　＋□ Ｚａ リングギアを固定すればＮａ−ｏであるがらＮｂ−□＋
；−Ｎｃ（リングギヤ固定）（２）となる。

以下、入力軸１の回転速度を一定として、変速用可変容
量型油圧ポンプ１３の吐出量を制御し、変速部出力ギャ
３２の回転速度が最大速度になるまでの変速過程（１〜
４モード）と操向用可変容量型油圧Ｉン１３６の吐出量
を制御して行う操向機能を説明する。（ここで、操向用
油圧ポンプ３６の吐出量が００場合には直進の場合で変
速部出力ギャ３２と左右出力軸４８．４９の回転速度は
正比例する）なお入力軸１からの動力の一部はギヤ２　
ａ　％　シャフト９、ギヤ１０，１１．１２’ｉへて変
速用油圧ポンプへ入り、ギヤ１０．３５（５へて操向用
油圧ポンプ３６．３７へ入り残シの動力はクラッチ５、
シャフト６をへてギヤ７又は８へ伝達される。

Ｏ前進或は後進の選択 後進クラッチ５ａ１前進クラツチ５ｂのいづれかを選ん
で係合し後進か前進を選ぶ。入力軸１の回転はいずれの
前後進いづれを選択した場合も軸６に伝はるが回転方向
は異る。

○モード１ クラッチ１５を係合すると第１遊星歯車装置のリングギ
ヤ１９ａが固定される。入力は歯車７から歯車２０を経
てサンギヤ１９ｅに伝わる。前に記した遊星歯車装置一
式（１）ヲ第１遊星歯車装置１９に適用しこの場合のρ
をρ１とすると Ｎ１９１．はキャリア１９ｂの回転速度、Ｎ１９ａはリ
ングギヤ１９ａの回転速度、Ｎ１９ｏはサンギヤ１９ｃ
の回転速度である。前記のとおりリングギヤ１９ａ固定
であるからＮ１９ａ＝０、故に 第１図に示すとおりキャリア１９ｂは２８により構造上
第３遊星歯車装置２６のリングギヤ２６ａおよび第４遊
星歯車装置２７のリングギヤ２７ａと１俸給合になって
いるので でＮ２６８は一定である。

変速用油ポンプ１３の吐出量を制御して変速用油圧モー
タ１４の回転数を変化させるとこれは歯車３０と軸２９
によりサンギヤ２６ｃおよびサンギヤ２７ｃに伝えられ
るからＮ２６ｃｍ法Ｎ２６ａ　にできる。

ここにρ３は第３遊星歯車装置２６についての歯数比、
即ち歯車２６ｃと歯車２６ａの歯数比であり、Ｎ２６ｃ
は歯車２６ｃの回転速度、Ｎ２６ａは歯車２６ａの回転
速度である。

（１）式を第３遊星歯車装置２６に適用すると上記Ｎ２
６ｏを代入すると キャリヤ２６ｂは出力歯車３２に構造上直結であるから
出力歯車３２の回転速度Ｎ６２＝０、即ち停止の場合で
ある。

第２図中のｅ−０，α＝η１の点がこの状態に対応する
。但し なお上記油ポンプと油圧モータの回転方向が同じ時α〉
０之が逆のときα〈０とする。

上記停′止状態−１５−ら油ポンプ１３の吐出量を制御
してαをη１→０−η′ｉに変化させるにしたがい、油
圧モータ１４により歯車３１．３０、軸２９を経て駆動
される歯車２６ｃの速さＮ２６ｃおよびＮ２７ｃは第２
図で点ｂ１→点ｂ２と増加する。

Ｎ２６ｂは上記（３）式のとおシでその右辺のＮ２６１
Ｌは前記のとおり一定であるからＮ２６ｂはＮ２６ｃの
増加につれて増加して第２図ｃ１→ｃ２に無段階に増加
する。キャリア２６ｂは出力歯車３２に直結であるから
出力歯車３２の回転速度は第２図のｃ１→ｃ２に無段階
に増加する。α＝−η２に至るとｅ　＝　ｅｊ□でモー
ドｌの限界で次のモードへの切換点モする。

クラッチ１５を開き同時にクラ、チ１６を係合すると次
のモードになる。なおＮ２６ａ（二Ｎ２７ａ）の変化曲
線ｄ１→ｄ２はｔが増加しても一定値を保つ。

○モード２ クラッチ１６の係合により歯車２２ａは固定になり且入
力軸１の動力は歯車８→２３を経て第２遊星歯車装置２
２の歯車２２Ｃ（サンギヤ）に入る。

キャリア２２ｂの回転速度は第１遊星歯車装置１９のキ
ャリア１９ｂと同様に計算され、その回転速度Ｎ２２５
は 上記のとおシ歯２２ａは固定でＮ２２８−ＯＮ２２５は
一定になシ、これが軸２５をとおして第４遊星歯車装置
２７のキャリア２７ｂに伝わる。

変速用油ボン７’１３の吐出量を制御してαを一η２→
０→η１と変えるに従い油圧モータ１４の出力歯車３１
の回転速度が変化し歯車３０．３１、軸２９により之に
連結されている第３遊星歯車装置２６の歯車２６ｃ（サ
ンギヤ）の回転速度Ｎ２６゜第４遊星歯車装置２７の歯
車２７ｃ（サンギヤ）の回転速度Ｎ２７ｃは第２図のｂ
２→ｂ、と減少する。

このとき と一定である。

第４遊星歯車装置２７についても ρ４Ｎ２７ｃ＋Ｎ２７ａ＝（ｌ＋ｐ４）Ｎ２７ｂρ４は
第４遊星歯車装置２７の歯車２７ｃ１歯数と歯車２７ａ
の歯数の比である。この式において上記のとお”Ｎ２７
ｂ一定であるから右辺一定、ｂ２→ｂ３と減少するので
Ｎ２７ｃは減少する。従ってＮ２７ａは第２図ｄ２→ｄ
３のとおシ増加する。

一方策３遊星歯車装置２６と第４遊星歯車装置２７につ
いて上記のとおシ次の式が成立つρ３Ｎ２６ｃ＋Ｎ２６
ａ−（１＋ρ３）Ｎ２６ｂρ４Ｎ２７ｃ＋Ｎ２７ａ＝（
１＋ｐ４）Ｎ２７ｂ且構造上”２６ｃ　＝　Ｎ２７ｃ　
’　Ｎ２６ａ　＝Ｎ２７ａ依って上の４式からＮ２６ａ
　”２７ａ　”消去すると上記のとおりＮ２７ｂ一定で
あるから右辺第１項は一定である。ρ４−ρ３〉０に作
っておけば第２項の絶対値は減少する。よってＮ２６．
は第２図のｃ２→Ｃ６に増加する。キャリア２６ｂは出
力歯車３２に直結であるから出力歯車３２の回転速度は
Ｃ’　２横ｓに増加する。

α＝η１に達するとｅ＝０２．てこのモードの限界で次
のモードへの換点がある。

クラッチ１６を開き同時にクラッチ１８を係合しモード
３になる。

０モード３ クラッチ１Ｂの係合によシ歯車１９ａ（リングギヤ）キ
ャリア１９ｂ歯車１９ｃ（サンギヤ）は１体回転になシ
且入力軸１の動力は歯車η１→２０を経て第１遊星歯車
装置１９に入シ歯車１９ｃ（サンギヤ）を駆動する。よ
って１体になったＮ１９ａ・Ｎ１９ｂ　”１９゜は一定
速度になる。キャリア１９ｂと歯車２６ａ歯車２７ａは
構造上直結であるからＮ２６ａは一定になシ第２図ｄ３
→ｄ４一定である。

油ポンプ１３の吐出量を制御してαをη、→０→η２に
変化させるに従い、油圧モータ１４の出力歯車３１０回
転速度が増加し、Ｎ２６ｃ＝Ｎ２７ｃは第２図ｂ３→ｂ
４と増加する。

Ｎ２６ａ　一定、Ｎ２６ｃ増加により ρ３Ｎ２６ｃ＋Ｎ２６ａ＝０＋へ）Ｎ２６ｂの示すとお
シＮ２６ｂは第２図ｃ３→ｃ４に増加する。

前記のとおシキャリア２６ｂは出力歯車３２に直結であ
るから出力歯車３２の回転速度は第２図ｃ３→ｃ４に無
段階増加する。

第２図に示すとおシα；−η２でｅ　＝　ｅ、となシモ
ード３の限界で次のモードへの切換点である。

クラッチ１８を開き同時にクラッチ１７を係合しモード
４となる。

○モード４ クラッチ１７の保合によシ動力は歯車８→２３を経て第
２遊星歯車装置に入シ且歯車２２ａキャリア２２ｂ歯車
２２ｃが１体となる。したがって、キャリア２７ｂの回
転速度Ｎ２７ｂはＮ２７ｂ＝Ｎ２□。

一定となる。第３遊星歯車装置には前記のとおシ式（４
）が成立っている。油ポンプ１３の吐出量を制御してα
を一η２→０→η１に変化させるとＮ２６ｃは第２図ｂ
４→ｂ５に減少する。Ｎ２７ｂは一定、Ｎ２６ｃ減少で
上の（４）式の示すとおシＮ２６ｂは第２図でｃ４→ｃ
５に増加する。キャリア２６ｂは前記のとおシ出力歯車
３２に直結であるから出力歯車の回転速度がｃ４→ｃ５
と無段階に増す。

α＝η１に至シｅ＝ｅｍａＸでこの変速装置の上限であ
る。

依ってｅ＝ｏからｅ＝ｅｍａＸまで無段階に変速できる
。

○操向機能 本発明の操向変速装置には操向シャフト３４の両端に遊
星歯車機構４−１．４’Ｊが設置され、その外側には出
力軸４８．４９’ｅ介して装置車両のスゾロケットヲそ
れぞれ駆動している。この操向シャフト３４は変速機出
力歯車３λよシ駆動されている。前記モード１からモー
ド４の各状態で操向用油圧ポンプ３６の吐出量を制御し
操向用油圧モータ３７の回転速度を変化させると、サン
ギヤ４５ｃ、４７ｃは互いに逆方向に回転するため、出
力軸４８．４９に回転速度差が生じこれによシ旋回が可
能となる。

なお第３図で従来の操向装置は各変速段における車速■
に対し車両最小旋回半径Ｒｒｒ１１ｎは一定であったが
、本発明の実施例では車速Ｖに対する車両最小旋回半径
ＲＩｎｉ。が１直線上に変化する。

〔発明の効果〕

本発明の操向変速装置は次のような効果を有している、 （１）前進、後進いずれの方向ともに無段変速が可能と
なる。

（２）入力軸回転速度が一定でも出力軸回転速度を任意
に変えられる。これによりエンジンの最小燃費運転等の
最適運転や出力軸に加わる負荷トルクが変動しても、出
力軸回転速度も一定とする車速一定運転が可能となる。

（３）　部材間相対回転速度Ｏの状態でクラッチ係合、
解放操作を行うため、クラッチ保護の目的で通常行われ
るクラッチ油圧漸増操作が不要となり、また各クラッチ
板の寿命を延ばすことが可能となる。

（４）上記変速操向機において、無段変速機能を持たせ
たことにより、車両の最小旋回半径Ｒｎ１ｉｎと車速Ｖ
の関係が第３図内Ｌ１の如く直線状になる。従来の無段
変速機能を持たない変速操向機においては、Ｒｍｌｎと
■の関係はＬ２にて示されるような段階状となる場合が
多く、変速段かに１→に１＋。

になると同車速Ｖ１に対しＲｍｉ□に段差が生じていた
が、この段差をなくすことにより、あるＶに対する最適
な”ｍｉｎの選択が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の実施例で第１図は機構説明
図、第２図（、）は入出力軸回転比ｅと変速用油圧ポン
プに対する油圧モータの回転比αとの関係線図、第２図
（ｂ）は前記ｔと各部回転速度との関係線図、第３図は
車速Ｖと車両最小旋回半径−ｉｎの関係線図Ｚ”ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力軸から駆動される可変容量型油圧ポンプとこの油圧
   ポンプと閉回路で結ばれた定容量型油圧モータとよシな
   る２組の油圧ポンプモータユニットが設けられ、−組（
   １３，１４）は変速用地の一組（３６，３７）は操向用
   とし；第３及び第４遊星歯車装置（２６，２７）のサン
   ギヤ（２６ｃ。 ２７ｃ）は相互にシャツ）（２９）で結合され変速用油
   圧ポンプモータ（１３，１４）の出力軸にシャフト（２
   ９）とギヤ（３０，３１）を介して接続され：又第３及
   び第４遊星歯車装置（２６゜２７）のリングギヤ（２６
   ａ、２７ａ）は部材（２８）’！ｉ＝通じて第１遊星歯
   車装置（１９）のキャリア（ｘ９ｂ）に結合され；第４
   遊星歯車装置（２７）のキャリア（２７ｂ）はシャフト
   （２５）を介して第２遊星歯車（２２）のキャリア（２
   ２ｂ）とｓ台金され：第１及び第２遊星歯車装置（１９
   ，２２）と４つのクラッチ（１５，１６，１７，１８）
   よりなる４種類の減速及び直結機構がシャツ）　（２５
   ）の１軸上に設けられ一入力軸（１）から第１．第２遊
   星歯車装置（１９，２２）、第３．第４遊星歯車装置（
   ２６，２７）への連結ギヤ比はクラッチ（１５，１６，
   １７，１８）が順次切換えられモードが変っても変速部
   出力ギヤ（３２）の回転速度は連続的につながるように
   選ばれていることを特徴とする光速操向装置。