具有差速转向的机械液压变速器的制作方法

xiaoxiao2020-7-22  3

专利名称:具有差速转向的机械液压变速器的制作方法
技术领域
本发明涉及一种传动装置,更具体地说,涉及一种具有差速转向的机械液压变速器。
背景技术
有一些滑移转向车辆需要有变速器能够向车辆的两侧提供单独而受控的输出速度,以便使车辆转向。这些车辆包括滑移转向装载机、履带式拖拉机和履带式装载机、履带式农用拖拉机、沥青铺路机及多用途机械。所述车辆可用轮子或履带,如果用轮子,则车轮可用几何尺寸固定或者可变的轮子。许多所述车辆在车辆两侧均有一液压传动设置,每一液压传动装置各自有单独的速度控制用作转向,一般称之双路变速器。所述双路变速器必须互相协调去实现控制转向和前进或倒退。
为了增加这些车辆的功效,前进方向的输出速度应渐增。由于用轮子的车辆具有短轴距,例如滑移转向装载机,随着速度提高,控制转向功能便需要更精确。双路变速器已不可能对这些高速的车辆进行必要的控制。
为了减低运行成本,高效操作变得更为重要。紧凑的尺寸对于安装是很重要的。
因此,本发明的主要目的是提供一种具有差速转向的机械液压变速器,其可为车速逐渐提高提供有效转向控制,尤其是对用轮子的车辆如滑移转向装载机来说。
本发明更进一步的目的是提供一种具有差速转向的机械液压变速器,其可满足高效、袖珍和低成本的要求。
所述及其它目的对本领域的技术人员是非常明显。

发明内容
一变速器具有一HMT(机械液压变速器),其与HST(液压传动装置)平行,两者均驱动两个用于前进/倒退和差速转向的行星齿轮。通过具有与由独立离合器所限定的两或三个机械动力传输平行的第一HST建立两或三种模式的HMT。其中一离合器设有一反速度齿轮产生反向输出速度。四元件行星齿轮将平行传输汇合并把变速和扭矩传递到输出轴。所述差速转向由两个与HMT和第二HST的输出连接的行星齿轮而产生。所述行星齿轮在一连接动力传输上设有一反速度齿轮。第二HST通过使其中一输出轴加速和使另一输出轴减速来控制输出轴之间的差速。


图1为具有横向发动机的滑移装载机的平面示意图;图2为具有纵向配置的发动机的滑移装载机的平面示意图;图3A和3B分别为两模式和三模式HMT中,变速器的平均输出速度对输出扭矩和平均输出速度对HSTF-部件的速度;图4为HMT电路和具有共轴离合器元件和多组转向行星齿轮的示意图;图5为图4变速器的方框图;图6A和6B分别为行星齿轮的正视图和剖示图;图7A和7B为另一行星齿轮与图6A和6B相似的视图;图8为HMT电路和具有平行轴行星齿轮和平行转向行星齿轮元件的示意图;和图9为图8变速器的方框图。
具体实施例供本发明的变速器用的车辆为工程车,其具有高机动性,如逆向转动和疾驰转弯。大部份车辆还要求连续前进到倒退的周期性变化。车速范围中的比率最好是全程连续,以便为使驾驶员或待做的工作给予有最大的灵活性,变速器的输出传动装置一般配置在靠近轮子或履带并与轮子或履带传动装置紧密结合。根据车辆的需要其可以是齿轮或链传动。发动机可在车辆行驶的方向纵向配置或为调节空间或重量分布而横向配置。车辆的最大输出速度可根据车辆的任务而变化。在倒退中所要求的最大扭矩可比前进为低。
机械液压变速器的特征在于液压传动装置的动力传输与机械传动装置的动力传输平行配置,以降低通过液压部份的平均动力传输,使工作效率提高。机械动力传输一般包括行星齿轮组,其在变速器的输入端或输出端汇集动力传输。
平行的动力传输的建立使输出速度范围或扭矩比减少,以便进一步减少传递的液压动力。然而,这需要用多重范围或”模式”来实现变速器的额定扭矩和速度范围。多模式能有提高效率和有时有减低成本的效果。除了效率和成本外,每一模式中的输出速度范围/扭矩比的量值也对相对于HST的大小的输入动力容量有影响。对于相同大小的液压装置来说,比率越小则输入的动力越大。很明显,多模式可使模式比更小或变速器传动比更大或两者一起发生。所述关系的建立为有一种设计通用的结构提供了可能性,该结构可适应市场对动力输入、比率范围和效率的多种要求。
多模式的HMT’s通过重新使用液压元件和连接到不同的机械之间来实现。如果是机械液压模式,所述机械元件便是行星齿轮。模式通常这样安排以致于在模式改变时没有比率改变,为了有连续速度或扭矩传递。此外,通常使液压传动装置在自完全正移位到完全负移位的中心作往复运动,以便完全利用所装置的液压动力。
差速转向变速器有两个输入和两个输出。其中一输入提供平均车速,另一输入用于转向以及每一输出均在车侧的一边提供动力。所述差速转向的输入通常由一侧减速和在另一侧加速来调整车辆两边相对的速度。差速转向的速度通常由液压传动装置驱动。前进/倒退速度的输入则可用任何形式的变速器驱动。
参照图1,发动机1的曲轴与车辆行驶的方向成横向配置。小型车辆的变速器71与发动机平行装配并由皮带77驱动。变速器71在有足够空间的车辆中则可直接装配到发动机上。所述变速器的输出轴16-1和16-2各自受驾驶员控制并与驱动系统和轮子连接。在图示的情况下,轴16-1驱动齿轮组75-1/75-2/75-3,其再以同一速度驱动轮子73-1和73-2。轴16-2驱动齿轮组76-1/76-2/76-3并以相同速度驱动轮子73-3和73-4。有一些车辆会用链组或不同的齿轮排列驱动轮子。参照图2,发动机1的曲轴与车辆行驶的方向平行地配置。所述变速器71的内部有一驱动直角并其直接安装在发动机上。如所述的横向例子,变速器的输出连接轮子。
图3A所示为变速器的平均输出速度和扭矩和图3B所示为输出速度对HST F-部件速度。图中所示为HMT的两模式和三模式。模式的数目和扭矩与速度的准确比例应为车辆所需的结果。所有模式是机械液压式并具有一分开的动力传输。前进模式1和倒退模式的速度均从零速开始并速度不断加快直到达到液压装置的极限。这使前进/倒退的周期连续,同时维护连续的速度和扭矩控制。由于前进模式1和倒退模式是分开的机械液压模式,倒退中所需的最大扭矩并不与前进的最大扭矩相同。如果需要较高的前进速度,模式1完成后加入模式2上其也是连续的。液压传动装置的F-部件37(图3B)在模式之间的速度上是连续的和在每一模式的开始和完成时达到额定的设计速度。
图4所示为变速器的电路和具有四元件行星齿轮和同轴离合器及转向行星齿轮组的构件的示意图。
HMT部份中的主件组有液压传动装置51和四元件行星齿轮汇集器49,其包括环80、环84、恒星齿轮82和承架99及三个离合器22、23和24。
差速转向行星齿轮46和50在转向时起作用。在机械液压式的起动模式中,离合器22在前进模式1啮合,使发动机的动力传输到恒星齿轮82。发动机1通过轴38连接齿轮组2/10和液压传动装置51。可是当V-部件37和F-部件36两者在最大位移和相同速度时,则没有传递任何动力。当驾驶员和程序控制逻辑指令时,一控制器使V-部件37的位移趋于一较小的值。要注意,动力是通过齿轮组8/9传递到环80和通过轴38到恒星齿轮82再传递到行星齿轮49从而产生平行的动力传输。动力从两条途径到行星齿轮81/83-1、81/83-2和81/83-3,再传递到承架99、齿轮组95/96和输出16-1、16-2。由于HST 51控制环80的速度,在输出16-1、16-2上可控制变速。当V-部件37被推向零点移位时,F-部件36慢下来和齿轮组9/8的转动也慢下来,使承架99和输出16-1、16-2加速。当V-部件37的冲程通过零点,随后达到逆向的极限,承架99持续加速和输出轴16-1和16-2在模式1中达到前进速度的极限。控制器中存在的对V-部件的冲程控制逻辑可为任何类型,如美国专利5,560,203中所述类型。
为倒退行驶,离合器23被啮合。以相同公称速度下的环84和齿轮89,在输出速度为零下进行这种啮合,则转向与发动机转向相反。在这种条件下,V-部件37的全冲程均处于正方向。输入轴38驱动齿轮组2/14/15/20/89,使动力传输经环84到行星齿轮和经HST 51到环80,从而建立平行的动力传输。当离合器22脱离啮合,恒星齿轮82空转,以防止动力传输。所述控制器使V-部件37的冲程从完全正向到完全逆向位移,首先使F-部件36的速度减到零,然后使它增加到逆向全速,从而使承架99和输出16-1、16-2反向加速。在以F-部件36的变速调节环80的速度和以输入38的固定速度确定环84的速度的情况下,输出速度由V-部件37控制在零和其反向的最大值之间。V-部件37的冲程控制逻辑是与前进模式1一致。
如果需要第二前进模式,则改变模式及使离合器22和24移位。在V-部件37完全逆向冲程的位置中,使行星齿轮49的环84和环82的公称速度相同。当离合器24啮合,动力由输入轴38传递到环84和动力通过HST 51传递到环80。恒星齿轮82空转。所述控制器使V-部件37的冲程从完全逆向到完全正向位移地和输出速度通过承架99及齿轮组95/96传递到轴16-1和16-2并在前进模式2达到最高的输出速度。V-部件37的冲程控制逻辑与前进模式1和倒退模式一致。
要注意,从发动机传递到轮子的动力从完全逆向到完全正向的速度均以连续比率变化,即使变速器在零速和大约一半的前进速度中改变模式。传动比可以不同以便适应HMT的不同的扭矩/速比范围。
也要注意,行星齿轮49有四件可转动的动力元件但只有一组行星轴。这可以由其具有一带复式行星的标准三元件行星齿轮并使一额外的元件与行星齿轮啮合来实现。详情请参阅图6A和6B。环80、行星齿轮81/83、恒星齿轮82和承架99组成一复式行星齿轮,其具有三元件以及在环80和恒星齿轮82之间的负比率为1∶1。负比率的定义是在承架固定时一元件与另一元件反向转动。再加入环84的第四元件使环84/恒星齿轮82与80/82的比率不同并处于逆向。
所述差速转向部份由HST 52和行星齿轮50和46构成。行星齿轮50和46相似和在环79和88之间的负比率为1∶1。环79-1和79-2以与环88-1和88-2相同的比率连接,除了一是正而另一是负之外。当以HMT的输出95/96将速度施加在承架87-1上时,行星齿轮50在环79-1和88-1上施加相等的扭矩。输出轴16-1和16-2的速度取决于行星齿轮46的动作。在直线向前行驶中,F-部件98处于零速,其锁住齿轮组91/90和承架87-2。由于承架87-2被锁住,环79-2和88-2被强迫以相同速度逆向动作。因为所述的环也在反向转动时以相同的比率与输出轴16-1和16-2连接,两条轴16被强迫以相同的速度和方向下动作,使车辆直线行驶。当V-部件97的冲程为单向,F-部件98转动齿轮组91/90和转动承架87-2。这要求环79-2和88-2在速度快慢及方向上的变化要与承架相等。结果是在其中一轴16-1或16-2加速并在另一轴作等量减速使车辆转向。HST 52换向使输出轴的差速速度换向。应当注意,这种行星齿轮的配置效果使HMT的输入控制平均输出速度和使HST的输入控制差速输出速度。
行星齿轮50和46有两个环79及88、两个行星齿轮89但没有恒星齿轮。所述行星齿轮除了其装配在一可转动的部件上之外作为担当倒档中间齿轮。行星齿轮50和46的图样细节参阅图7A和7B。环79和88大小相同和装配在同一中心线上。各环分别与其中一行星齿轮啮合。两个相啮合的行星齿轮89-1和89-2配置在承架87上,又围绕环79/88的中心线转动。如果承架的转动速度一定,环79以相同速度转动但与环88的转向相反的负比率为1∶1。
图5所示为图4变速器的方框图,其包括四元件的HMT行星齿轮和同轴离合器及多组转向行星齿轮。两或三模式的HMT由具有HST 51建立,HST 51与由离合器22、23或24所限定的两或三个交变的机械动力传输平行。离合器23有一速度反向齿轮14产生反向的输出速度。四元件行星齿轮49汇集平行动力传输和把连续的变速和扭矩传递到输出齿轮组95/96。所述差速转向由与HMT输出95/96和HST 52串联的行星齿轮50和46实现。所述行星齿轮在一动力传输连接中有一速度反向齿轮93。HST 52通过多组行星齿轮配置的相互作用使一输出轴加速和使另外一输出轴减速从而控制输出轴16-1和16-2之间的差速转向。
图9为HMT的方框图,其有平行轴的HMT行星齿轮和用作差速转向的平行动力传输的行星齿轮。所述两或三模式的HMT由具有HST 51建立,HST 51与由离合器25、26或27所限定的两或三个交变的机械动力传输平行。离合器27有一速度反向齿轮67产生反向输出速度。由连续连接三元件行星齿轮中的两个元件的四元件的行星齿轮69/70,汇集平行动力传输和把连续的变速及扭矩传递到两条输出轴16。所述差速转向由与HMT输出11/54和HST 52平行的行星齿轮53-1和53-2实现。所述行星齿轮在一动力传输连接上有一速度反向齿轮62。HST 52通过使一输出轴加速和另一平行的行星齿轮减速从而在输出轴16-1和16-2之间控制所述的差速速度。
图8所示为主件组,其为液压传动装置51、三元件行星齿轮69由环3、恒星齿轮5和承架6组成、三元件行星齿轮70由环32、恒星齿轮34和承架35组成及三个离合器25、26和27。行星齿轮69和70在齿轮组19/18和7/11上互相连结,其在分开转动的两条轴上构成四个独立的行星齿轮元件。当转向时,差速转向行星齿轮53-1和53-2和液压转向HST 52起作用。在机械液压式的起动模式中,使离合器25在前进模式1中啮合,从而使发动机的动力传输到恒星齿轮5。发动机1通过连接齿轮组64/65和66/10的轴38与液压传动装置51连接,然而由于V-部件37和F-部件36两者在最大的位移及以相同的速度,故而没有传递任何动力。当驾驶员和程序控制逻辑作指令时,一控制器使V-部件37的位移冲程到一较小的值。要注意,动力通过恒星齿轮34传递到行星齿轮69/70和通过齿轮组64/65到恒星齿轮5,从而建立平行的动力传输。动力经所述两条传输传递到承架6、齿轮组7/11/54和输出16。由于HST 51控制恒星齿轮34的速度,所以在输出16可变速。当V-部件37的冲程向零点位移,F-部件36慢下来,使承架6和输出16加速。当V-部件37冲程通过零点,然后到逆向的最大值,承架6持续加速和输出轴16-1及16-2达到模式1前进速度的最高值。控制器中存在的V-部件的冲程控制逻辑可以是任何类型以及可如专利5,560,203中所述的种类。
离合器27在倒退行驶中被啮合。这时,输出速度为零,承架35和齿轮18的公称速度相同,与输入转动反向。在这种条件下,V-部件37完全正向冲程。齿轮组64/65/66/67/68被输入轴38驱动使动力能够通过承架35传输到行星齿轮70,并通过HST 51传输到恒星齿轮34,从而建立一平行的动力传输。当离合器25脱离,恒星齿轮5空转以防止动力传输到行星齿轮69。所述控制器使V-部件37的冲程从完全正位移到完全负位移,首先使F-部件36的速度减到零,然后加速到逆向全速而导致环32和输出16反向加速。以F-部件36的可变速度调节恒星齿轮34的速度和以输入38的固定的速度确定承架35的速度,将输出速度控制在零和它的反向最大值之间。V-部件37的冲程控制逻辑与前进模式1一致。
如果需要第二前进模式,模式被改变和离合器25和26被移位。在V-部件37的完全负冲程位置中,行星齿轮69的环3和恒星齿轮5的公称速度相同。当离合器26啮合,从输入轴38上来的动力传递到承架35和动力通过HST 51传递到恒星齿轮34。所述控制器使V-部件37的冲程从完全负位移到完全正位移和输出速度通过环32及齿轮组11/54传递到轴16-1和16-2以及输出速度达到前进模式2的最大值。V-部件37的冲程控制逻辑和前进模式1和反向模式是一致。
要注意,连续动力从发动机传递到轮子,以连续比率变化从完全逆向到完全正向的速度,即使变速器在零速和大约一半的前进速度中改变模式。传动比可以不同以便HMT中的不同的扭矩/速比范围。
行星齿轮69/70(图8)有四件独立的动力元件分别在两条转动轴上。其是这样实现的,即设有两个常规的三元件行星齿轮和连续地使每一行星齿轮的两个元件与齿轮啮合。在行星齿轮的轴之间所选择的比率使F-部件36直接连接到恒星齿轮34,大约是输入速度的三倍。当离合器27的工作速度大约是F-部件速度的1/3,所述组合也使离合器27有正常速度和扭矩。
利用HST 52和简单的行星齿轮53-1及53-2便可实现差速转向。行星齿轮53-1和53-2相似和在环56和恒星齿轮59之间为一负比率。所述环56-1和56-2以相同的比率连接到F-部件98,除了其中之一是正而另一是负之外。当HMT的输出11/54在恒星齿轮59-1和59-2施加速度,由于所述行星齿轮的比率相同,承架58-1和58-2也被施加相等的扭矩。环56-1和56-2的转动决定输出轴16-1和16-2的速度。在直线向前行驶中,F-部件98速度为零,锁住齿轮组55/60和61/62/63,也锁住环56-1和56-2。在环被锁住和恒星齿轮互相连接之下,承架58-1和58-2被强迫以同一方向和相同速度工作,使车辆直线行驶。当V-部件97的冲程在一方向,F-部件98转动齿轮组55/60及61/62/63和以等速但反向地转动环56-1和56-2。然后,因其效果是其中一轴16-1或16-2加速和另一轴以等量减速,使车辆转向。HST 52的反向使输出轴的差速速度反向。应当注意,所述行星齿轮配置的效果使HMT的输入控制平均输出速度和使HST的输入控制差速输出速度。
因此可见,本发明将至少实现上述的所有目的。
权利要求
1.一种在车辆两侧至少有两个轮子的车辆,其装有一台发动机,其特征在于其还装有一台有两输出轴的变速器,用于驱动车辆的每一侧、一变速器的机械液压部份,其能调节平均车速及一液压传动部份,其能为车辆转向而调节左右差速输出轴的速度。
2.根据权利要求1所述的车辆,其特征在于所述变速器以与车辆纵向轴的横向配置。
3.一种变速器,其特征在于所述变速器具有一输入和两输出,设有控制平均输出速度的第一部分,其包括与至少一行星齿轮和两离合器平行的第一HST以及控制差速输出速度和具有第二HST的第二部分,第一部份还具有第一和第二操作模式。
4.根据权利要求3所述的变速器,其特征在于所述第一操作模式以零速前进开始和第二操作模式以零速反向开始。
5.一种机械液压变速器(HMT),其特征在于所述的变速器具有一用作动力汇集装置的单组合四元件行星齿轮系统,其包括一恒星齿轮、两个环和一承架以及最多三个行星齿轮的中心线。
6.根据权利要求5所述的变速器,其特征在于离合器配置在一单独的中心线上和与所述的四元件行星齿轮同轴地配置在一起。
7.一种机械液压变速器(HMT),其特征在于所述变速器设有一用作动力汇集装置的四元件行星齿轮,其包括二旋转中心线上的第一和第二行星齿轮,每一行星齿轮各有第一、第二和第三齿轮件并以一传动比在每一行星齿轮的两个驱动元件上传动地连接在一起。
8.根据权利要求7所述的变速器,其特征在于第三输入的从动离合器与第一行星齿轮的第二齿轮元件连接,其还与第二行星齿轮的第一元件啮合。
9.一种差速变速器,其特征在于所述变速器具有第一和第二输入端、一与第二输入端连接的HST、第一和第二行星齿轮,其各有第一、第二及第三元件,第一行星齿轮在第一元件上与第一输入端连接和第二行星齿轮在第一元件上与第二输入端连接,所述行星齿轮在第二元件上互相连接并在反向传动时在第三元件上互相连接,平均输出速度由第一输入端控制和差速输出则经第二输入端由HST控制。
10.根据权利要求9所述的变速器,其特征在于所述第一元件是承架、所述第二和第三元件是环及所述每一行星齿轮具有两个行星,两者可互相驱动连接并且每一行星均与不同的环连接。
全文摘要
一种具有HMT的变速器,其与HST平行,两者均驱动两个用作前进/倒退和差速转向的行星齿轮。一种有两或三模式的HMT通过具有与由独立离合器所限定的两或三条机械动力传输平行的第一HST建立。其中一离合器设有速度反向齿轮产生反向输出速度。四元件行星齿轮将平行传输汇集并把变速及扭矩传递到两输出轴。所述差速转向由两个与HMT和第二HST的输出连接的行星齿轮而产生。所述行星齿轮在一连接动力传输上设有一速度反向齿轮。第二HST通过使其中一输出轴加速和使另一输出轴减速来控制输出轴之间的差速。
文档编号F16H48/10GK1502494SQ20031011636
公开日2004年6月9日 申请日期2003年11月21日 优先权日2002年11月22日
发明者F·W·波尔曼, F W 波尔曼 申请人:沙厄-丹福丝股份有限公司

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