專利名稱：液力-機(jī)械傳動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的液力-機(jī)械傳動裝置，其既具有機(jī)械動力支路也具有流體靜壓動力支路，并且本發(fā)明具體涉及用于農(nóng)用拖拉機(jī)中的這種傳送裝置。
液力-機(jī)械傳動裝置是組合了機(jī)械傳動裝置和流體靜壓單元的傳動裝置。雖然機(jī)械傳動裝置比純流體靜壓傳動裝置通常更有效和更可靠，但是它們的缺點是不能無級變速，更昂貴的流體靜壓傳動裝置卻可以。類似地，流體靜壓傳動裝置的主要缺點在于它們比機(jī)械傳動裝置效率更差。流體靜壓傳動裝置一般還需要較大的部件例如較大的泵和馬達(dá)，這樣該傳動裝置體積增大。
為了滿足空間的限制條件，降低成本，提高效率和提供無級變速，已經(jīng)開發(fā)的液力-機(jī)械傳動裝置組合了兩種傳動裝置的最佳特性。液力-機(jī)械傳動裝置一般是分開動力輸入型，其中流體靜壓單元和機(jī)械傳動裝置由車輛發(fā)動機(jī)并行驅(qū)動。在機(jī)械傳動裝置中，流體靜壓輸出動力與來自發(fā)動機(jī)的分開的機(jī)械動力輸入組合以產(chǎn)生多個動力范圍中的液力-機(jī)械輸出動力。在每個范圍內(nèi)，改變流體靜壓單元的行程可以無級地改變速度和扭矩。
雖然液力-機(jī)械傳動裝置在本領(lǐng)域中是公知的，但是大部分傳動裝置有著高的復(fù)雜性。很多液力-機(jī)械傳動裝置還需要附加的齒輪組來提供倒檔。
本發(fā)明的目的是提供一種克服了上述問題并合乎要求的液力-機(jī)械傳動裝置。具體地說，本發(fā)明的目的是提供一種液力-機(jī)械傳動裝置，其具有降低的復(fù)雜性、低的制造成本和良好的效率。
通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的本發(fā)明實現(xiàn)了這些和其他的目的。本發(fā)明更有利的結(jié)構(gòu)和拓展方案從從屬權(quán)利要求中變得明顯。
本發(fā)明的優(yōu)點是提供一種只設(shè)計用于在農(nóng)用拖拉機(jī)中進(jìn)行最佳操作的液力-機(jī)械傳動裝置。農(nóng)用拖拉機(jī)在野外最經(jīng)常運(yùn)行在野外使用速度，或者在公路上最經(jīng)常運(yùn)行在運(yùn)輸速度。野外使用速度的范圍為7-12kph，而運(yùn)輸速度的范圍為36-60kph。因此希望提供一種傳動裝置，其在這兩種最常用的速度下具有其峰值效率。液力-機(jī)械傳動裝置一般在流體靜壓單元輸出接近于零或等于零的速度下在每個傳動裝置檔位具有效率峰值。在這些點處，傳動裝置運(yùn)行得最象機(jī)械傳動裝置并且以機(jī)械傳動裝置的較高效率運(yùn)行。
液力-機(jī)械傳動裝置一般具有一個或多個傳動裝置從一個檔位轉(zhuǎn)換到另一個檔位的換檔點。本發(fā)明的另一個優(yōu)點是這樣構(gòu)制傳動裝置，使得一個或多個換檔點出現(xiàn)在野外使用速度或運(yùn)輸速度之外以便使換檔發(fā)生的次數(shù)減到最小。通過在野外使用速度和運(yùn)輸速度之間設(shè)置單個換檔點，在拖拉機(jī)加速或減速通過換檔點時只遇到這一個換檔點。不太可能的是，拖拉機(jī)連續(xù)運(yùn)行在換檔點速度或接近換檔點速度。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是提供一種傳動裝置，其具有在長度上類似于現(xiàn)有的機(jī)械傳動裝置的物理組件，使其能夠容易地集成到現(xiàn)有的拖拉機(jī)設(shè)計中，對拖拉機(jī)只需作最小的改變。很多現(xiàn)有技術(shù)的液力-機(jī)械傳動裝置沒有將倒檔齒輪組集成到組合式機(jī)械傳動裝置中，而是在組合式機(jī)械傳動裝置的前面或后面具有單獨(dú)的齒輪組以便在前進(jìn)和倒退方向之間轉(zhuǎn)換。這種設(shè)計占據(jù)了更多的空間并且在前進(jìn)和倒退之間轉(zhuǎn)換之前可能需要車輛停止。
本發(fā)明的再一個優(yōu)點是提供一種傳動裝置，其中當(dāng)車輛從倒退方向朝前進(jìn)方向轉(zhuǎn)換以及反之亦然的時候，可以將速度控制在大約-20kph到60kph的全速范圍內(nèi)的任何地方，而無需操作者進(jìn)行換檔。
本發(fā)明的液力-機(jī)械傳動裝置在野外使用速度和運(yùn)輸速度下通過選擇傳動比實現(xiàn)了高的效率，以便在野外使用速度和運(yùn)輸速度下實現(xiàn)純機(jī)械驅(qū)動。傳動比這樣選擇，使得在這些速度下沒有流體靜壓動力或者只有很少流體靜壓動力被傳遞。
通過提供帶有兩個前進(jìn)速度檔的傳動裝置實現(xiàn)了兩個最常用運(yùn)行速度之外的換檔模式的設(shè)置，這兩個前進(jìn)速度檔為低速檔和高速檔，在兩個檔之間有單個換檔點。這很好地符合了兩個最大效率點的要求。當(dāng)流體靜壓單元的可變排量部分處于最大行程角時出現(xiàn)了換檔點。這對應(yīng)于效率最低的點。通過將傳動裝置的效率最低點定位在野外使用速度和運(yùn)輸速度之間的中間點，車輛運(yùn)行于效率最低的速度的時間量被減到最少。因此，對于計劃的農(nóng)用拖拉機(jī)的工作循環(huán)實現(xiàn)了傳動效率的優(yōu)化。
只具有兩個前進(jìn)速度檔和單個位于其間的換檔點的傳動裝置的另一個優(yōu)點在于，傳動效率曲線在野外使用速度和運(yùn)輸速度下較為平緩。這提供了在野外和在公路上進(jìn)行速度選擇的提高的靈活性，同時仍保持著相當(dāng)高的效率。這與具有三個或更多個檔位和換檔點的傳動裝置形成對比，在該具有三個或更多個檔位和換檔點的傳動裝置中，最大效率的范圍處于每個換檔點之間的較窄的區(qū)段中。
優(yōu)選的是，液力-機(jī)械傳動裝置具有包括三個行星齒輪組的行星輪系，這三個行星齒輪組包括倒檔行星齒輪組以及兩個離合器和倒檔制動器，以便在-20kph到60kph的速度范圍內(nèi)提供無級可調(diào)的速度變化，而無需附加的變向齒輪組。
傳動裝置的緊湊組件尺寸由傳動裝置中的許多特征容易地實現(xiàn)。液壓泵和馬達(dá)都沿著傳動裝置的軸線位于大致相同的位置，因此將該泵和馬達(dá)所需的傳動裝置的軸向長度減到最小。為了進(jìn)一步減小傳動裝置的尺寸，傳動裝置中的很多部件用于多個功能以便把傳動裝置中的離合器和其他部件的數(shù)量減到最少。例如，組合式機(jī)械傳動裝置在所有的運(yùn)行模式中使用中心齒輪作為固定的機(jī)械動力輸入部件。類似地，對于所有的運(yùn)行模式，行星環(huán)形齒輪是流體靜壓動力輸入部件。還有，單個輸出部件用于所有的運(yùn)行模式中。提供了兩個離合器和單個倒檔制動器，這兩個離合器為低檔離合器和高檔離合器。在低檔模式下，行星齒輪支架通過低檔離合器聯(lián)接到輸出部件上。在高檔模式下，中心齒輪通過高檔離合器聯(lián)接到輸出部件上。在倒檔時，倒檔制動器被接合以便使環(huán)形齒輪止動。這就沿反向驅(qū)動了輸出部件、中心齒輪。
現(xiàn)在將通過實例并參考附圖對本發(fā)明以及本發(fā)明更有利的拓展方案和結(jié)構(gòu)進(jìn)行更詳細(xì)地說明和解釋，其中

圖1是本發(fā)明的液力-機(jī)械傳動裝置的示意表示；以及圖2是傳動效率對車輛速度的圖表。
本發(fā)明的液力-機(jī)械傳動裝置示意地表示于圖1中并且總體上標(biāo)記為10。傳動裝置10具有適于聯(lián)接到發(fā)動機(jī)14或其他轉(zhuǎn)動動力源并由該發(fā)動機(jī)或動力源驅(qū)動的輸入軸12。該傳動裝置具有包括可變排量泵18和固定排量馬達(dá)20的流體靜壓單元16。該泵和馬達(dá)如線22所示地液力耦合以形成流體靜壓傳動裝置。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會認(rèn)識到該泵和馬達(dá)都可以是可變排量部件。該泵具有輸入軸24，由傳動裝置輸入軸12通過一對齒輪26和27來驅(qū)動該輸入軸24。
該轉(zhuǎn)動裝置包括一具有行星輪系32的組合式機(jī)械傳動裝置30。該行星輪系32包括三個行星齒輪組34、36和38。行星齒輪組具有共用的行星齒輪支架28，該行星齒輪支架28分別承載著行星齒輪組34和36的整體式(一件)行星齒輪P1和P2。支架28還承載著倒檔行星齒輪組38的行星齒輪P3和P4。行星齒輪P1和P2整體地形成并且因此一起轉(zhuǎn)動。行星齒輪P2與環(huán)形齒輪R2嚙合。環(huán)形齒輪R2與齒輪40整體形成，與傳動裝置輸入軸12共軸。齒輪40由流體靜壓單元輸出軸44上的驅(qū)動齒輪42來驅(qū)動。因此環(huán)形齒輪R2用作流體靜壓動力輸入元件。機(jī)械傳動裝置30的兩個輸入部件中只有一個是環(huán)形齒輪R2，另一個是中心齒輪S1。這就降低了生產(chǎn)成本。
傳動裝置輸入軸12還驅(qū)動第一行星齒輪組34的中心齒輪S1，由此中心齒輪S1是機(jī)械動力輸入元件。中心齒輪S1與行星齒輪P1嚙合。行星齒輪組36包括與行星齒輪P2嚙合的中心齒輪S2。
兩個離合器選擇性地將行星輪系的元件聯(lián)接到機(jī)械傳動裝置輸出軸46，該離合器為一個低檔離合器CL和一個高檔離合器CH。該軸46是圍繞著輸入軸12的套管軸，該輸入軸12延伸通過整個傳動裝置以便以農(nóng)用拖拉機(jī)的公知的方式驅(qū)動未示出的動力輸出裝置和/或驅(qū)動其他的車輛部件例如液壓泵。低檔離合器CL可被接合以便將支架28聯(lián)接到輸出軸46上，用于低速前進(jìn)檔。高檔離合器CH可被接合以便將中心齒輪S2聯(lián)接到輸出軸46上，用于高速前進(jìn)檔。
輸出軸46固定到中心齒輪S3上。環(huán)形齒輪R3選擇性地由倒檔制動器48止動。這使環(huán)形齒輪R3的轉(zhuǎn)動停止并且使中心齒輪S3沿反向轉(zhuǎn)動，用于倒退速度檔。當(dāng)應(yīng)用倒檔制動器48時，低檔和高檔離合器CL和CH都脫離接合，由此中心齒輪S3驅(qū)動輸出軸46。
機(jī)械傳動裝置的輸出軸46與齒輪50整體形成，該齒輪50又與偏置軸54上的齒輪52相嚙合。偏置軸54聯(lián)接到拖拉機(jī)的差速驅(qū)動軸56上以便將液力-機(jī)械傳動裝置10聯(lián)接到負(fù)載上。
傳動裝置10以三個檔位進(jìn)行操作，即，倒檔、低速前進(jìn)檔和高速前進(jìn)檔。每個檔位使用的單獨(dú)路徑通過機(jī)械傳動裝置到達(dá)輸出軸46，這導(dǎo)致了每個檔位的唯一傳動比。
傳動效率表示于圖2中。低速前進(jìn)檔在野外使用的速度范圍7-12kph時具有峰值效率，而高速前進(jìn)檔在運(yùn)輸速度范圍40-45kph的附近具有峰值效率。
本發(fā)明不應(yīng)局限于上述實施例，而是應(yīng)該僅由權(quán)利要求書限制。
權(quán)利要求
1.一種液力-機(jī)械傳動裝置，其包括適于連接到轉(zhuǎn)動動力源(14)上的輸入軸(12)；適于連接到負(fù)載上的輸出軸(46)；由輸入軸(12)驅(qū)動并具有輸出部件(44)的流體靜壓單元(16)；具有行星輪系(32)的機(jī)械傳動裝置(30)，該機(jī)械傳動裝置(30)具有一對輸入元件(R2、S1)，一個輸入元件(R2)聯(lián)接到流體靜壓單元輸出部件(44)上以便由該輸出部件驅(qū)動，以及一個輸入元件(S1)聯(lián)接到輸入軸(12)上并由該輸入軸連續(xù)地驅(qū)動，該機(jī)械傳動裝置(30)將兩種輸入組合到單個液力-機(jī)械動力輸出部件(46)上，機(jī)械傳動裝置(30)具有帶三個行星齒輪組(34、36、38)的行星輪系(32)，這三個行星齒輪組包括倒檔行星齒輪組(38)、低檔離合器(CL)、高檔離合器(CH)和倒檔制動器(48)，由此傳動裝置(30)具有兩個前進(jìn)速度檔和一個倒退速度檔，以便在全速倒退和全速前進(jìn)之間進(jìn)行無級變速調(diào)節(jié)；其特征在于，三個行星齒輪組(34、36、38)安裝在共用行星齒輪支架(28)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液力-機(jī)械傳動裝置，其特征在于，每個行星齒輪組(34、36、38)包括至少一個行星齒輪(P1、P2、P3)，由此行星齒輪(P1、P2、P3)安裝在同一轉(zhuǎn)動軸線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液力-機(jī)械傳動裝置，其特征在于，三個行星齒輪組中的第一和第二行星齒輪組(34、36)具有彼此固定的行星齒輪(P1)和(P2)并且由此以相同的速度轉(zhuǎn)動。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項或多項所述的液力-機(jī)械傳動裝置，其特征在于，行星齒輪支架(28)通過低檔離合器(CL)選擇性地聯(lián)接到輸出軸(46)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項或多項所述的液力-機(jī)械傳動裝置，其特征在于，三個行星齒輪組(34、36、38)包括與第一中心齒輪(S1)嚙合的第一行星齒輪(P1)，與第二中心齒輪(S2)和環(huán)形齒輪(R2)嚙合的第二行星齒輪(P2)，以及其中第一和第二行星齒輪(P1、P2)彼此固定并且由此以相同的速度轉(zhuǎn)動。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項或多項所述的液力-機(jī)械傳動裝置，其特征在于，一個輸入元件是聯(lián)接到輸入軸(12)上并由該輸入軸驅(qū)動的第一中心齒輪(S1)，以及另一個輸入元件是聯(lián)接到流體靜壓輸出部件(44)上并由該輸出部件驅(qū)動的環(huán)形齒輪(R2)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項或多項所述的液力-機(jī)械傳動裝置，其特征在于，第二中心齒輪(S2)通過高檔離合器(CH)選擇性地聯(lián)接到輸出軸(46)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項或多項所述的液力-機(jī)械傳動裝置，其特征在于，三個行星齒輪組(34、36、38)包括聯(lián)接到輸出軸(46)上的第三中心齒輪(S3)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項或多項所述的液力-機(jī)械傳動裝置，其特征在于，環(huán)形齒輪(R3)選擇性地聯(lián)接成由倒檔制動器(48)止動。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的液力-機(jī)械傳動裝置，其特征在于，當(dāng)環(huán)形齒輪(R3)聯(lián)接成被止動時，第三中心齒輪(S3)和輸出軸(46)被反向驅(qū)動。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項或多項所述的液力-機(jī)械傳動裝置，其特征在于，其還包括具有第三中心齒輪(S3)和環(huán)形齒輪(R3)的倒檔第三行星齒輪組(38)，第三中心齒輪(S3)固定到輸出軸(46)上，以及支架(28)通過低檔離合器(CL)聯(lián)接到第三中心齒輪(S3)上并且第二行星齒輪組(36)的第二中心齒輪(S2)通過高檔離合器(CH)聯(lián)接到中心齒輪(S3)上；以及倒檔制動器(48)，該倒檔制動器選擇性地使環(huán)形齒輪(R3)止動以便沿反向驅(qū)動中心齒輪(S3)，而高檔和低檔離合器(CL、CH)脫離接合，由此該傳動裝置提供了反向驅(qū)動。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項或多項所述的液力-機(jī)械傳動裝置，其特征在于，倒檔第三行星齒輪組(38)具有兩組行星齒輪(P3、P4)，這些組的其中之一的行星齒輪(P3)與第一和第二行星齒輪組(34、36)的行星齒輪(P1、P2)成一線，使得每個行星齒輪組(34、36、38)的行星齒輪(P1、P2、P3)安裝在同一轉(zhuǎn)動軸線上。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項或多項所述的液力-機(jī)械傳動裝置，其特征在于，由傳動裝置輸入軸(12)通過第一對齒輪(26、27)連續(xù)地驅(qū)動流體靜壓單元輸入軸(24)；并且其中機(jī)械傳動裝置具有由流體靜壓單元輸出軸(44)通過第二對齒輪(40、42)驅(qū)動的第一流體靜壓輸入元件(R2)，機(jī)械傳動裝置還具有由傳動裝置輸入軸(12)驅(qū)動的第二輸入元件(S1)以作為行星齒輪組的機(jī)械動力輸入。
14.根據(jù)權(quán)利要求14所述的液力-機(jī)械傳動裝置，其特征在于，第一和第二對齒輪中的每對的一個齒輪(26、40)與傳動裝置輸入軸(12)共軸。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的液力-機(jī)械傳動裝置，其特征在于，三個行星齒輪組(34、36、38)包括中心齒輪(S1、S2、S3)、環(huán)形齒輪(R2、R3)和與第一中心齒輪(S1)嚙合的第一行星齒輪(P1)，與第二中心齒輪(S2)和環(huán)形齒輪(R2)嚙合的第二行星齒輪(P2)，與第三中心齒輪(S3)嚙合的第三行星齒輪(P3)以及與環(huán)形齒輪(R3)和第三行星齒輪(P3)嚙合的第四行星齒輪(P4)。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的液力-機(jī)械傳動裝置，其特征在于，支架(28)通過用于低速前進(jìn)檔的低檔離合器(CL)選擇性地聯(lián)接到傳動裝置輸出部件(46)，并且第二中心齒輪(S2)通過用于高速前進(jìn)檔的高檔離合器(CH)聯(lián)接到傳動裝置輸出部件(46)，當(dāng)速度從低速前進(jìn)檔提高到高速前進(jìn)檔時，低檔離合器(CL)脫離接合并且高檔離合器(CH)被接合以便從低速前進(jìn)檔轉(zhuǎn)換到高速前進(jìn)檔。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的液力-機(jī)械傳動裝置，其特征在于，低檔和高檔離合器(CL、CH)產(chǎn)生了低的和高的前進(jìn)運(yùn)行速度范圍，其中傳動裝置(10)在每個范圍內(nèi)具有峰值效率，由此傳動裝置(10)可適用于農(nóng)用拖拉機(jī)中，該拖拉機(jī)具有與傳動裝置(10)的兩個效率峰值相匹配的兩個主要運(yùn)行速度。
全文摘要
一種液力－機(jī)械傳動裝置具有帶三個行星齒輪組(34、36、38)的行星輪系(32)，這三個行星齒輪組包括倒檔行星齒輪組(38)以及兩個離合器(CL、CH)和倒檔制動器(48)，以便在－20kph到60kph的速度范圍內(nèi)提供無級可調(diào)的速度變化，而無需附加的變向齒輪組。該傳動裝置具有兩個前進(jìn)速度檔和一個倒退速度檔。該行星輪系具有固定的機(jī)械動力輸入元件和流體靜壓動力輸入元件(R2、S1)以及固定的輸出元件(46)。低檔和高檔離合器(CL、CH)以及倒檔制動器(48)沿著不同的路徑將動力流引導(dǎo)通過傳動裝置以產(chǎn)生不同的傳動比。在農(nóng)用拖拉機(jī)最經(jīng)常運(yùn)行所處的野外使用速度和運(yùn)輸公路速度下，傳動效率達(dá)到最大。三個行星齒輪組(34、36、38)安裝在共用行星齒輪支架(28)上。
文檔編號F16H47/00GK1466665SQ01816239
公開日2004年1月7日 申請日期2001年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月26日
發(fā)明者D·R·約翰遜, C·A·皮茨, U·奧藤, D R 約翰遜, 皮茨 申請人:迪爾公司