專利名稱：適用于大功率車輛的動力換擋變速器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種動力換檔變速器，特別是大功率礦車、裝載機和平地機等工程車輛所用的變速器。
背景技術：
齒輪變速器主要有定軸式和行星式兩種傳動形式。以德國ZF、美國DANA和CLARK公司為代表的企業(yè)，生產(chǎn)的變速器以定軸式為主，以美國ALLISON公司為代表的企業(yè)，生產(chǎn)的變速器以行星式為主。定軸式和行星式二者各有優(yōu)缺點。定軸式變速器的特點在于設計簡單、制造方便、價格便宜；零件形狀簡單，零部件通用性較好，在箱上設置取力口容易；易于實現(xiàn)變軸降，變擋位數(shù)，變速比，其適應性強；結構容易掌握理解，維修方便；齒輪模數(shù)大，變速器橫向尺寸大，結構不緊湊；換擋結合元件受尺寸限制，轉矩容量和熱容往往較小。行星式變速器的特點體現(xiàn)在轉矩傳遞分散在多個行星輪上，齒輪模數(shù)小；單位體積功率密度大，結構緊湊，重量較輕；多擋位行星式變速器通常由多個行星排組成，結構復雜，零件數(shù)目多，技術要求高，制造成本高，維修比較困難；輸入輸出同軸，適于同軸布置單向輸出的機械，如需雙向輸出，需加分動箱；在箱上設置取力口比較困難。工程車輛上通常需要設置變速泵、工作泵、轉向泵等裝置的取力口，并且需要變速器的動力雙向輸出。采用定軸式變速器可以較好地滿足這些要求。如果采用行星式變速器，則需要增加分動箱等裝置。在中小功率的多擋位變速器中，定軸式占主導地位。隨著技術的進步,現(xiàn)代工程車輛朝著大型化方向發(fā)展,發(fā)動機功率越來越大,變速器傳遞的力矩也越來大。例如，載重量達到100噸的礦車，其發(fā)動機功率在500KW以上，要求變速器的最大輸出的力矩高達20000Nm以上。定軸式變速器和行星式變速器都不能很好地滿足大功率工程車輛的要求。定軸式變速箱的每一級動力傳遞都由一對齒輪完成，低速級齒輪強度很難滿足大扭矩輸出要求。行星式變速箱傳遞的力矩由幾個行星齒輪分擔，能夠滿足大扭矩輸出的要求，但又不能很好地滿足取力口設置、軸降、動力雙向輸出等要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的提供一種結構簡單，能夠適應適用于大功率工程車輛的動力換擋變速器。本發(fā)明的技術方案由于定軸式變速器和行星式變速器各有優(yōu)缺點，都不能很好地滿足大功率工程車輛傳動的要求。如果充分利用二者的優(yōu)點，取長補短，則可較好地解決問題。采用定軸輪系和單個行星排組合的技術方案，針對車輛不同的工況，采用不同的傳動方式。高速輕載時動力由定軸輪系直接輸出力矩；低速重載時動力由定軸輪系傳遞到行星排，經(jīng)過行星排減速增扭后輸出。本發(fā)明的內容第一固定齒輪(7 )安裝在輸入軸(I)上，它與第一中間軸(2 )上的第一空套齒輪(8)和第二中間軸(3)上的第四固定齒輪(11)保持常嚙合；第一中間軸(2)上安裝有第一空套齒輪(8)、后退離合器(CR)和第二固定齒輪(9)，第二固定齒輪(9)與第二中間軸(3)上的第二空套齒輪(12)和第四中間軸(5)上的第六固定齒輪(16)保持常嚙合；第二中間軸(3)上安裝有第三固定齒輪(10)、第四固定齒輪(11)、第一前進離合器(Cl)和第二空套齒輪(12)，第三固定齒輪(10)與第三中間軸(4)上的第五固定齒輪(13)保持常嚙合；第三中間軸(4)上安裝有第五固定齒輪(13)、第二前進離合器(C2)和第三空套齒輪(14)，第五固定齒輪(13)同時與第二中間軸(3)上的第三固定齒輪(10)和第四中間軸(5)上的第四空套齒輪(15)保持常嚙合，第三空套齒輪(14)與第四中間軸(5)上的第六固定齒輪(16)保持常嚙合；第四中間軸(5)上安裝有第四空套齒輪(15)、第三前進離合器(C3)和第六固定齒輪(16),第六固定齒輪(16)同時與第一中間軸(2)上的第二固定齒輪(9)和輸出軸(6)上的第五空套齒輪(17)保持常哨合；輸出軸(6)上安裝有輕載離合器(CL)、第五空套齒輪(17)、太陽輪(18)和行星架(20)，第五空套齒輪(17)與太陽輪(18)固連為一個整體，輸出軸(6)與行星架(20)固連為一個整體；內齒圈(21)與機架通過重載離合器(CH)相連。 本發(fā)明的優(yōu)點及積極效果定軸輪系與單個行星排組合，高速輕載時動力由定軸輪系直接輸出，低速重載時動力由定軸輪系經(jīng)行星排輸出。既具有定軸輪系結構簡單、設置取力口容易、軸降改變方便、動力雙向輸出的優(yōu)點，又具有行星式變速器能夠適應大扭矩輸出的優(yōu)點。能夠很好地滿足大功率工程車輛的需要。


圖I傳動路線。圖2端面投影。圖3拓撲結構。
具體實施例方式適用于大功率車輛的動力換擋變速器的傳動路線如圖I所，由一個定軸輪系和一個行星排組成。定軸輪系由以下零部件組成輸入軸(I)、第一中間軸(2)、第二中間軸(3)、第三中間軸(4)、第四中間軸(5)、輸出軸(6)、第一前進離合器(Cl)、第二前進離合器(C2)、第三前進離合器(C3)、后退離合器(CR)、輕載離合器(CL)、第一空套齒輪(8)，第二空套齒輪(12)、第三空套齒輪(14)、第四空套齒輪(15)、第五空套齒輪(17)、第一固定齒輪(7)、第二固定齒輪(9)、第三固定齒輪(10)、第四固定齒輪(11)、第五固定齒輪(13)、第六固定齒輪(16)。行星排由太陽輪(18)、行星輪(19)、行星架(20)、內齒圈(21)、重載離合器(CH)和輸出軸(6)組成。變速器中所有離合器都是摩擦離合器。所有軸上的固定齒輪與軸連為一個整體，軸與固定齒輪沒有相對運動關系。所有軸上的空套齒輪與軸之間不能相對移動，但可以相對轉動。輸入軸(I)上有第一固定齒輪(7)，第一固定齒輪(7)同時與第一中間軸(2)上的第一空套齒輪(8)和第二中間軸(3)上的第二固定齒輪保持常嚙合。第一中間軸(2)上有第一空套齒輪(8)、后退離合器(CR)和第二固定齒輪(9)。第一空套齒輪(8)和輸入軸(I)上的第一固定齒輪(7)保持常哨合,第二固定齒輪(9)同時與第二中間軸(3)上的第二空套齒輪(12)和第四中間軸(5)上的第六固定齒輪(16)保持常嚙合。第一中間軸(2)與第一空套齒輪(8)通過后退離合器(CR)相連，當后退離合器(CR)閉合時，第一中間軸(2)與第一空套齒輪(8)固連為一個整體，二者沒有相對運動。當后退離合器(CR)斷開時，第一空套齒輪(8)可以繞第一中間軸(2)自由轉動。第二中間軸(3)上有第三固定齒輪(10)、第四固定齒輪(11)、第一前進離合器(Cl)和第二空套齒輪(12)。第三固定齒輪(10)與第三中間軸(4)上的第五固定齒輪(13)保持常嚙合，第四固定齒輪(11)與輸入軸(I)上的第一固定齒輪(7)保持常嚙合，第二空套齒輪(12)與第一中間軸(2)上和第二固定齒輪(9)保持常嚙合。第二中間軸(3)與第二空套齒輪(12)通過第一前進離合器(Cl)相連，當?shù)谝磺斑M離合器(Cl)閉合時，第二中間軸
(3)與第二空套齒輪(12)固連為一個整體，二者沒有相對運動。當?shù)谝磺斑M離合器(Cl)斷開時，第二空套齒輪(12)可以繞第二中間軸(3)自由轉動。第三中間軸(4)上有第五固定齒輪(13)、第二前進離合器(C2)和第三空套齒輪
(14)。第五固定齒輪(13)同時與第二中間軸(3)上第三固定齒輪(10)和第四中間軸(5)上的第四空套齒輪(15)保持常嚙合，第三空套齒輪(14)與第四中間軸(5)上的第六固定齒輪
(16)保持常嚙合。第三中間軸(4)與第三空套齒輪(14)通過第二前進離合器(C2)相連，當?shù)诙斑M離合器(C2)閉合時，第三中間軸(4)與第三空套齒輪(14)固連為一個整體，二者沒有相對運動。當?shù)诙斑M離合器(C2)斷開時，第三空套齒輪(14)可以繞第三中間軸(4)自由轉動。第四中間軸(5)上有第四空套齒輪(15)、第三前進離合器(C3)和第六固定齒輪
(16)。第四空套齒輪(15)與第三中間軸(4)上的第五固定齒輪(13)保持常嚙合，第六固定齒輪(16)同時與第二固定齒輪(9)、第三空套齒輪(14)和第五空套齒輪(17)保持常嚙 合。第四中間軸(5)與第四空套齒輪(15)通過第三前進離合器(C3)相連，當?shù)谌斑M離合器(C3)閉合時，第四中間軸(5)與第四空套齒輪(15)固連為一個整體，二者沒有相對運動。當?shù)谌斑M離合器(C3)斷開時，第四空套齒輪(15)可以繞第四中間軸(5)自由轉動。輸出軸(6)上有輕載離合器(CL)、第五空套齒輪(17)、太陽輪(18)和行星架(20)。第五空套齒輪(17)與第四中間軸(5)上的第六固定齒輪(16)保持常嚙合。太陽輪(18)空套在輸出軸(6)上，它可以相對輸出軸(6)轉動但不能移動。太陽輪(18)與第五空套齒輪
(17)固連為一個整體，二者不能相對運動。行星架(20)與輸出軸(6)固連為一個整體，二者不能相對運動。輸出軸(6)與第五空套齒輪(17)通過輕載離合器(CL)相連，當輕載離合器(CL)閉合時，輸出軸(6)與第五空套齒輪(17)固連為一個整體，二者沒有相對運動。當輕載離合器(CL)斷開時，第五空套齒輪(17)可以繞輸出軸(6)自由轉動。行星排由中心輪(18)、行星輪(19)、行星架(20)、內齒圈(21)和重載離合器(CH)組成。中心輪(18)空套在輸出軸上，并與第五空套齒輪(17)固連為一個整體。行星架(20)與輸出軸(6)固連為一個整體。內齒圈(21)與機架通過重載離合器(CH)相連，當重載離合器(CH)閉合時，內齒圈(21)被固定在機架上不能運動。當重載離合器(CH)斷開時，內齒圈可以相對機架自由轉動。本發(fā)明所述的變速器可以實現(xiàn)前進六個擋位和后退兩個擋位。前進一、二、三擋和后退一擋為低速重載擋位，前進四、五、六擋和后退二擋為高速輕載擋位?，F(xiàn)分別以前進一擋和前進六擋為例，介紹變速器的傳動路線。變速器處于前進一擋時，第一前進離合器(Cl)和重載離合器(CH)閉合，其余離合器斷開。動力傳遞路線為輸入軸(1)，第一固定齒輪(7)，第四固定齒輪(11)，第一前進離合器(Cl)，第二空套齒輪(12)，第二固定齒輪(9)，第六固定齒輪(16)，第五空套齒輪(17)，太陽輪(18)，行星輪(19)，行星架(20)，輸出軸(6)。變速器處于前進六擋時，第三前進離合器(C3)和輕載離合器(CL)閉合，其余離合器斷開。動力傳遞路線為輸入軸(1)，第一固定齒輪(7)，第四固定齒輪(11)，第三固定齒輪(10)，第五固定齒輪(13)，第四空套齒輪(15)，第三前進離合器(C3)，第四中間軸(5)，第六固定齒輪(16),第五空套齒輪(17),輕載離合器(CL),輸出軸(6)。在任何一個擋位，只有兩個離合器閉合，其余離合器均斷開。變速器工作于不同擋
位時，離合器的狀態(tài)如下表所示。每一擋位的動力傳遞路線不再詳述。
權利要求
1.一種適用于大功率車輛的動力換擋變速器，它包括一個定軸輪系和一個行星排，定軸輪系由輸入軸(I)、第一中間軸(2)、第二中間軸(3)、第三中間軸(4)、第四中間軸(5)、輸出軸(6)、第一前進離合器(Cl)、第二前進離合器(C2)、第三前進離合器(C3)、后退離合器(CR)、輕載離合器(CL)、第一空套齒輪(8)，第二空套齒輪(12)、第三空套齒輪(14)、第四空套齒輪(15)、第五空套齒輪(17)、第一固定齒輪(7)、第二固定齒輪(9)、第三固定齒輪(10)、第四固定齒輪(11)、第五固定齒輪(13)、第六固定齒輪(16)組成，行星排由太陽輪(18)、行星輪(19)、行星架(20)、內齒圈(21)和重載離合器(CH)組成，其特征在于所有離合器都是摩擦離合器；所有軸上的固定齒輪與軸連為一個整體，軸與固定齒輪沒有相對運動關系；所有軸上的空套齒輪與軸之間不能相對移動，但可以相對轉動；第一固定齒輪(7)安裝在輸入軸(I)上,它與第一中間軸(2)上的第一空套齒輪(8)和第二中間軸(3)上的第四固定齒輪(11)保持常嚙合；第一中間軸(2)上安裝有第一空套齒輪(8)、后退離合器(CR)和第二固定齒輪(9)，第二固定齒輪(9)與第二中間軸(3)上的第二空套齒輪(12)和第四中間軸(5)上的第六固定齒輪(16)保持常嚙合；第二中間軸(3)上安裝有第三固定齒輪(10)、第四固定齒輪(11)、第一前進離合器(Cl)和第二空套齒輪(12)，第三固定齒輪(10)與第三中間軸(4)上的第五固定齒輪(13)保持常嚙合；第三中間軸(4)上安裝有第五固定齒輪(13)、第二前進離合器(C2)和第三空套齒輪(14)，第五固定齒輪(13)同時與第二中間軸(3 )上的第三固定齒輪(10 )和第四中間軸(5 )上的第四空套齒輪(15 )保持常嚙合，第三空套齒輪(14)與第四中間軸(5)上的第六固定齒輪(16)保持常嚙合；第四中間軸(5)上安裝有第四空套齒輪(15)、第三前進離合器(C3)和第六固定齒輪(16)，第六固定齒輪(16)同時與第一中間軸上的第二固定齒輪(9)和輸出軸(6)上的第五空套齒輪(17)保持常嚙合；輸出軸(6)上安裝有輕載離合器(CL)、第五空套齒輪(17)、太陽輪(18)和行星架(20)，第五空套齒輪(17)與太陽輪(18)固連為一個整體，輸出軸(6)與行星架(20)固連為一個整體；內齒圈(21)與機架通過重載離合器(CH)相連。
2.根據(jù)權利要求I所述的適用于大功率車輛的動力換擋變速器，其特征在于將變速器沿軸線方向投影，并將投影圖上有直接運動傳遞關系的兩根軸的軸心用線段相連，可以得到變速器的拓撲結構圖，它的拓撲結構為一個三角形、一個四邊形和一條線段的組合，三角形的三個頂點分別是輸入軸(I)、第一中間軸(2)和第二中間軸(3)的軸線投影，四邊形的四個頂點分別是第一中間軸(2)、第二中間軸(3)、第三中間軸(4)和第四中間軸(5)的軸線投影，線段的兩個頂點分別是第四中間軸(5)和輸出軸(6)的軸線投影。
3.根據(jù)權利要求I所述的適用于大功率車輛的動力換擋變速器，其特征在于變速器共有六個前進擋和兩個后退擋，重載離合器(CH)參與工作的擋位為前進一、二、三擋和后退一擋，輕載離合器參與工作的擋位為前進四、五、六擋和后退二擋。
4.根據(jù)權利要求I所述的適用于大功率車輛的動力換擋變速器，其特征在于所有離合器均為摩擦離合器，可以在不切斷發(fā)動機動力的情況下?lián)Q擋。
全文摘要
本發(fā)明提供一種適用于大功率車輛的動力換擋變速器，特別適用于大功率礦車、平地機、裝載機等工程車輛。本發(fā)明所提供的變速器由一個定軸輪系和一個行星輪系組成，有效地利用了二者的優(yōu)點。車輛處于高速輕載工況時，動力由定軸輪系輸出；車輛處于低速重載工況時，動力由定軸輪系傳至行星輪系，然后經(jīng)行星輪系輸出。本發(fā)明所述的變速器能夠實現(xiàn)六個前進擋和兩個后退擋，具有結構簡單，可實現(xiàn)大功率、大扭矩輸出的優(yōu)點。
文檔編號F16H57/023GK102797810SQ20121031843
公開日2012年11月28日 申請日期2012年9月3日 優(yōu)先權日2012年9月3日
發(fā)明者李華, 姚進 申請人:四川大學