一种无级变速传动装置的制作方法

本实用新型涉及牵引车辆变速传动系统技术领域，特别是指一种液压机械无级变速传动装置。

背景技术：

目前国内牵引车辆大部分都是机械式换档，如滑移齿轮换挡、啮合套换挡、同步器换挡，机械式换挡的牵引车辆操作复杂，换挡过程需要切断动力，传动比不连续，导致油耗高、作业效率低。也有部分牵引车辆采用动力换挡，这种换挡方式换挡过程中动力连续，操作也较简单，但是换挡传动比仍然不连续，无法根据车辆负荷选择合适的传动比，油耗仍偏高，而且传动系复杂。

有些牵引车辆传动部分使用静液压无级变速器，这种牵引车辆虽然可无级变速，但是传动效率低，只适合小型牵引车辆使用。现有采用功率合流无级变速的牵引车辆，工作原理是使用液压和机械传动来分别传递动力，其传动比可以无级调节，但这种牵引车辆传动系复杂，多个无级变速段之间传动比变化范围有间隔或重叠，导致无级变速平顺性差，控制系统复杂，另外关键零部件(大排量液压无级变速器、控制系统等)受国外制约。

技术实现要素：

本实用新型提出一种无级变速传动装置，解决了现有技术中牵引车辆无级变速结构复杂的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：无级变速传动装置，包括变速箱箱体(5)，所述变速箱箱体(5)内通过轴承(6)安装有输入轴(3)，所述输入轴(3)的前端通过第一离合器(2)连接有发动机(1)；

所述变速箱箱体(5)内还安装有液压无级变速器(4)，所述液压无级变速器(4)包括变量泵(4.1)、定量马达(4.2)和无级调速摇臂(4.3)，所述变速箱箱体(5)内通过轴承(6)还安装有变量泵连接轴(16)和定量马达连接轴(17)，所述变量泵连接轴(16)、定量马达连接轴(17)分别与所述变量泵 (4.1)、定量马达(4.2)的轴头连接，所述变量泵连接轴(16)上固定有与其同步旋转的第二齿轮(19)，所述定量马达连接轴(17)上固定有与其同步旋转的第三齿轮(20)；

所述输入轴(3)上固定有与其同步旋转的第一齿轮(18)，所述第一齿轮 (18)与第二齿轮(19)相啮合；

所述输入轴(3)上通过轴承(6)安装有固定为一体的行星架(14)和第四齿轮(21)，所述第四齿轮(21)与第三齿轮(20)相啮合，所述行星架(14) 上设有多个沿其周向布置的双联行星轮轴(13)，所述双联行星轮轴(13)上套有双联行星轮(12)，所述双联行星轮(12)上加工有第五齿轮(22)和第七齿轮(24)，所述第五齿轮(22)与固定于所述输入轴(3)上的第六齿轮(23) 相啮合；

所述变速箱箱体(5)内通过轴承(6)还安装有行星轮系输出轴(7)，所述行星轮系输出轴(7)的前端固定有与所述第七齿轮(24)相啮合的第八齿轮 (25)。

作为一种优选的实施方式，所述变速箱箱体(5)内通过轴承(6)还安装有与行星轮系输出轴(7)平行的变速箱输出轴(9)，所述行星轮系输出轴(7) 与变速箱输出轴(9)之间安装有区段变速机构(15)。

作为一种优选的实施方式，所述区段变速机构(15)包括高速档、低速档和倒档；

所述高速档包括相啮合的第九齿轮(26)和第十齿轮(27)，所述第九齿轮 (26)固定于所述行星轮系输出轴(7)上，所述第十齿轮(27)通过轴承(6) 套设在所述变速箱输出轴(9)上；

所述低速档包括相啮合的第十一齿轮(28)和第十二齿轮(29)，所述第十一齿轮(28)固定于所述行星轮系输出轴(7)上，所述第十二齿轮(29)通过轴承(6)套设在所述变速箱输出轴(9)上；

所述倒档包括固定于行星轮系输出轴(7)上的第十三齿轮(30)，以及通过轴承(6)套设在变速箱输出轴(9)上的第十四齿轮(31)，还包括通过轴承(6)安装在变速箱箱体(5)内的惰轮轴(43)，所述惰轮轴(43)上固定有与第十三齿轮(30)、第十四齿轮(31)同时啮合的第十六齿轮(33)；

所述变速箱输出轴(9)上还安装有第一啮合套(40)和第二啮合套(41)，所述第一啮合套(40)位于第十齿轮(27)的一侧，用于实现第十齿轮(27) 与变速箱输出轴(9)的连接，所述第二啮合套(41)位于第十四齿轮(31)与第十二齿轮(29)之间，用于实现第十四齿轮(31)或第十二齿轮(29)与变速箱输出轴(9)的连接。

作为一种优选的实施方式，所述区段变速机构包括固定在行星轮系输出轴 (7)上的第十九齿轮(36)，以及空套在行星轮系输出轴(7)上的第二十齿轮 (37)和第二十一齿轮(38)，所述行星轮系输出轴(7)上还设有位于第二十齿轮(37)和第二十一齿轮(38)之间的第三啮合套(42)，所述第三啮合套(42) 用于实现第二十齿轮(37)或第二十一齿轮(38)与行星轮系输出轴(7)的连接；

所述变速箱输出轴(9)上通过轴承(6)依次套设有第二十二齿轮(39)、第十八齿轮(35)和第十七齿轮(34)，所述第十八齿轮(35)和第十七齿轮(34) 固定为一体，所述第二十二齿轮(39)与第十九齿轮(36)相啮合，所述第十八齿轮(35)与第二十齿轮(37)相啮合，所述变速箱箱体(5)内通过轴承(6) 还安装有惰轮轴(43)，所述惰轮轴(43)上固定有与第二十一齿轮(38)、第十七齿轮(34)同时啮合的第十五齿轮(32)；

所述变速箱输出轴(9)上还安装有位于第二十二齿轮(39)与第十八齿轮 (35)之间的湿式离合器，所述湿式离合器包括固定在变速箱输出轴(9)上的离合器壳(44)，所述离合器壳(44)内设有前后布置的第二离合器(45)和第三离合器(46)，所述第二离合器(45)用于实现第二十二齿轮(39)与变速箱输出轴(9)的连接，所述第三离合器(46)用于实现第十八齿轮(35)与变速箱输出轴(9)的连接。

作为一种优选的实施方式，所述行星轮系输出轴(7)为中空结构，所述输入轴(3)的后端通过花键套(10)连接有贯穿所述行星轮系输出轴(7)内部的动力输出传动轴(8)。

采用了上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的动力输出传动轴与发动机的飞轮同轴线，与现有机械式换挡牵引车辆传动系结构布置相同，变速箱结构布置简化；

2、本实用新型采用双联行星轮来传递动力，相比于常规行星轮结构，取消了外齿圈，行星轮结构体积小，结构紧凑；

3、本实用新型使用履带收获机广泛使用的液压无级变速器，结构简单、成本低工作可靠；

4、本实用新型的无级变速操作只需要控制液压无级变速器的变量泵的偏角，即可实现车辆速度从零到最大速度，操作简单、故障率低；

5、本实用新型使用多个机械档位作为区段变速部分，使得该无级变速传动装置可以在任何速度下高效率的工作，同时可以实现倒挡功能，成本低；

6、本实用新型使用一个机械档位来选择工作模式，使用湿式离合器来切换可用的档位，使得切换过程不中断动力，切换过程速度快，提高工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构原理示意图；

图2为本实用新型第一个无级变速工作段功率传递示意图；

图3为本实用新型第二个无级变速工作段功率传递示意图；

图4为第一种区段变速机构的结构示意图；

图5为第二种区段变速机构的结构示意图；

图中：1-发动机；2-第一离合器；3-输入轴；4-液压无级变速器；4.1-变量泵；4.2-定量马达；4.3-无级调速摇臂；5-变速箱箱体；6-轴承；7-行星轮系输出轴；8-动力输出传动轴；9-变速箱输出轴；10-花键套；11-花键；12-双联行星轮；13-双联行星轮轴；14-行星架；15-区段变速机构；16-变量泵连接轴；17-定量马达连接轴；18-第一齿轮；19-第二齿轮；20-第三齿轮；21-第四齿轮；22-第五齿轮；23-第六齿轮；24-第七齿轮；25-第八齿轮；26-第九齿轮； 27-第十齿轮；28-第十一齿轮；29-第十二齿轮；30-第十三齿轮；31-第十四齿轮；32-第十五齿轮；33-第十六齿轮；34-第十七齿轮；35-第十八齿轮；36-第十九齿轮；37-第二十齿轮；38-第二十一齿轮；39-第二十二齿轮；40-第一啮合套；41-第二啮合套；42-第三啮合套；43-惰轮轴；44-离合器壳；45-第二离合器；46-第三离合器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，为本实用新型无级变速传动装置的结构原理图，为便于描述，将图中的左端定义为前，右端定义为后，其包括发动机1、液压无级变速器4、行星架14、双联行星轮12等，发动机1的后端安装有第一离合器2，第一离合器2的后端安装有输入轴3，输入轴3通过轴承6支撑安装在变速箱箱体5上，并可围绕自身轴线旋转。输入轴3上依次安装有第一齿轮18、第六齿轮23和花键套10。第一齿轮18与第二齿轮19啮合，可将输入轴3的动力传递给第二齿轮19；第六齿轮23与第五齿轮22啮合，可将输入轴3的动力传递给第五齿轮 22；花键套10与动力输出传动轴8连接，可将输入轴3的动力传递给动力输出传动轴8。

液压无级变速器(也称作HST)4包括变量泵4.1、定量马达4.2和无级调速摇臂4.3，液压无级变速器4的工作原理是：通过控制无级调速摇臂4.3来改变变量泵4.1的偏角大小和偏向，可以控制定量马达4.2的转速和旋转方向，定量马达4.2转速和变量泵4.1转速的比值在-1到1之间无级变化。当变量泵 4.1的偏角与定量马达4.2的偏角相同时(此状态定义变量泵4.1的偏角为负)，其旋转方向相反；当变量泵4.1的偏角为零时，定量马达4.2的转速为零。本实用新型所使用的液压无级变速器4在履带收割机是普遍使用，其原理为公知技术，不再做详细描述。液压无级变速器4安装在变速箱箱体5的内部前端，位于输入轴3的正下方。

变量泵连接轴16通过两个轴承6支撑安装在变速箱箱体5上，并可围绕自身轴线旋转。变量泵连接轴16上面安装有第二齿轮19，变量泵连接轴16前端加工有花键11，可以和变量泵4.1的轴头连接传递动力。

定量马达连接轴17通过两个轴承6支撑安装在变速箱箱体5上，并可围绕自身轴线旋转。定量马达连接轴17上面安装有第三齿轮20，定量马达连接轴 17前端加工有花键11，可以和定量马达4.2的轴头连接传递动力。行星架14 通过两个轴承6安装在变速箱箱体5内部，并可围绕自身轴线旋转。行星架14 前端安装有第四齿轮21，第四齿轮21与第三齿轮20啮合，行星架14后端围绕其轴线均布安装有多个双联行星轮轴13，双联行星轮轴13将双联行星轮12空套安装在行星架14上，并可围绕其自身轴线旋转。双联行星轮12上加工有第五齿轮22和第七齿轮24，第五齿轮22与第六齿轮23啮合，第七齿轮24与第八齿轮25啮合，用来传递动力。行星轮系输出轴7前端加工有第八齿轮25，行星轮系输出轴7上从前往后依次安装有多个轴承6，这些轴承6将行星轮系输出轴7支撑安装在变速箱箱体5上，并可围绕自身轴线旋转。而且行星轮系输出轴7是中空结构，动力输出传动轴8穿过行星轮系输出轴7的内部，将发动机1 的动力传递给变速箱后方的动力输出变速部分。变速箱输出轴9通过两个轴承6 支撑安装在变速箱箱体5上，并可围绕自身轴线旋转。行星轮系输出轴7和变速箱输出轴9上安装有区段变速机构15，用于将行星轮系输出轴7传递过来的动力再进一步变速后，通过变速箱输出轴9传递给驱动行走机构来驱动牵引车辆行走。

本实用新型的无级变速传动装置的工作原理是：液压无级变速器4可以无级调速，但传动效率较低，故通过上述结构将动力分成两路进行传动，一路通过机械路(如第六齿轮23、第五齿轮22、双联行星轮12)进行传递，另一路通过液压路(如第一齿轮18、第二齿轮19、液压无级变速器4、第三齿轮20、第四齿轮21、行星架14、双联行星轮12)进行传递。双联行星轮12将两路动力合并之后通过第七齿轮24传给第八齿轮25，完成无级变速传动过程。由于机械路传动效率高，但是不能无级调速；液压路传动效率较低，但可以无级调速，本实用新型中的液压无级变速器4只传递一部分动力，故整个传动系功率损失的较少，传动效率较高。

具体工作过程如下所述：

无级变速传动装置的第一个无级变速工作段：当液压无级变速器4的变量泵4.1偏角从负最大角度逐渐变为零，此时液压无级变速器4的定量马达4.2 的旋转方向与变量泵4.1的旋转方向相反，此时功率传递情况如图2所示。发动机1的动力p1通过第一离合器2传递给输入轴3，输入轴3上的动力p6由第六齿轮23→第五齿轮22，进而传递给双联行星轮12。双联行星轮12将一部分动力传递给行星架14，此部分动力p4由第四齿轮21→第三齿轮20→定量马达 4.2→变量泵4.1→第二齿轮19→第一齿轮18传递给输入轴3，此部分动力p4 为循环功率，此状态下牵引车辆传动系传递效率较第二无级变速工作段(后面详细描述)低。双联行星轮12将另一部分动力p7通过第七齿轮24→第八齿轮 25传递给行星轮系输出轴7。在此工作段中，行星轮系输出轴7的转速从零，无级变化到该工作状态的最大值。此段中动力p7≈p1，p7≈p6-p4，符合能量守恒定律，该装置可以正常工作。

当变量泵4.1偏角为零时，此时定量马达4.2转速为零，此时液压无级变速器4不传递功率，即p4≈0，所有功率通过机械齿轮传递，此时本实用新型的传动装置传递效率最高。

无级变速传动装置的第二个无级变速工作段：当液压无级变速器4的变量泵4.1偏角从零度逐渐变为正最大偏角，此时液压无级变速器4的定量马达4.2 的旋转方向与变量泵4.1的旋转方向相同，此时功率传递情况如图3所示。发动机1的动力p1通过第一离合器2传递给输入轴3，输入轴3上的动力p1由第一齿轮18、第六齿轮23分为两路进行传递。一部分动力p4通过第一齿轮18→第二齿轮19→变量泵4.1→定量马达4.2→第三齿轮20→第四齿轮21→行星架 14传递给双联行星轮12，另一部分动力p6通过第六齿轮23→第五齿轮22传递给双联行星轮12。双联行星轮12将两部分动力合流为动力p7，然后通过第七齿轮24→第八齿轮25传递给行星轮系输出轴7。在此工作段中，行星轮系输出轴7的转速从第一个无级变速工作段的最大值无级变化到第二个无级变速工作段的最大值。此段中动力p7≈p1，p7≈p6+p4，符合能量守恒定律，该装置可以正常工作。在此工作状态下，没有出现功率循环的情况，整个传动系统较上一个工作状态传动效率高。

实施例一：

如图4所示，作为本实用新型的一种扩展使用，解决了该无级变速传动装置无法在所有工作工况条件下发挥最大的效率，以及无法改变传动方向的问题。在区段变速机构15部分设计有多个档位，使该传动装置可以在任何工况下高效率的传递动力。该区段变速机构15包括一个高速档H(由第九齿轮26、第十齿轮27啮合传动构成)、一个低速档L(由第十一齿轮28、第十二齿轮29啮合传动构成)和一个倒挡R(由第十三齿轮30、第十六齿轮33啮合，同时第十六齿轮33、第十四齿轮31啮合构成)。行星轮系输出轴7中部从前向后依次安装有第九齿轮26、第十三齿轮30和第十一齿轮28。变速箱输出轴9中部从前向后依次空套安装有第十齿轮27、第十四齿轮31和第十二齿轮29，其分别由轴承6 支撑在变速箱输出轴9上。第一啮合套40安装在变速箱输出轴9上，位于第十齿轮27后方，其向前移动可以将第十齿轮27固定在变速箱输出轴9上。第二啮合套41安装在变速箱输出轴9上，位于第十四齿轮31和第十二齿轮29之间，其向前移动可以将第十四齿轮31固定在变速箱输出轴9上，向后移动可以将第十二齿轮29固定在变速箱输出轴9上。惰轮轴43通过两个轴承6支撑安装在变速箱箱体5上，并可围绕自身轴线旋转，惰轮轴43中部安装有第十六齿轮33，用来与第十三齿轮30和第十四齿轮31啮合传动。

当选择高速挡H时，通过控制第一啮合套40向前移动，将第十齿轮27连接到变速箱输出轴9上，此时车辆在高速前进，且可无级变速。

当选择低速挡L时，通过控制第二啮合套41向后移动，将第十二齿轮29 连接到变速箱输出轴9上，此时车辆在低速前进，且可无级变速。

当选择倒挡R时，通过控制第二啮合套41向前移动，将第十四齿轮31连接到变速箱输出轴9上，此时车辆倒退行驶，且可无级变速。

实施例二：

由于牵引车辆的使用工况可以分为运输工况和作业工况，运输工况下很少会用到倒挡，作业工况下几乎不会用到高速挡。

如图5所示，作为本实用新型的另一种扩展使用，区段变速机构15设计了两种作业模式：运输模式或作业模式，在运输模式下，通过湿式离合器(第二离合器45、第三离合器46)来切换低速与高速；在作业模式下，通过湿式离合器(第二离合器45、第三离合器46)来切换低速与倒挡。由于第二离合器45、第三离合器46切换档位时传动系不需要切断动力，换挡时间短，作业效率更高。

此扩展使用的具体实现方法如下：行星轮系输出轴7中部安装有第十九齿轮36，第十九齿轮36后面是第二十齿轮37，第二十齿轮37空套在行星轮系输出轴7上，第二十齿轮37后面是第三啮合套42，第三啮合套42安装在行星轮系输出轴7上，第三啮合套42后面是第二十一齿轮38，第二十一齿轮38空套在行星轮系输出轴7上，第三啮合套42向前移动可以将第二十齿轮37固定在行星轮系输出轴7上，此时传动装置在运输模式下工作，第三啮合套42向后移动可以将第二十一齿轮38固定在行星轮系输出轴7上，此时传动装置在作业模式下工作。

变速箱输出轴9中部空套安装有第二十二齿轮39，由轴承6支撑在变速箱输出轴9上。第十八齿轮35和第十七齿轮34固定安装在一起，空套在变速箱输出轴9上，由轴承6支撑。离合器壳44固定安装在变速箱输出轴9上，位于第二十二齿轮39和第十八齿轮35之间。离合器壳44内部前后分别有第二离合器45和第三离合器46，第二离合器45工作时，可以将第二十二齿轮39固定在变速箱输出轴9上，第三离合器46工作时，可以将第十八齿轮35固定在变速箱输出轴9上。

当选择运输模式、第二离合器45结合时，行星轮系输出轴7的动力通过第十九齿轮36→第二十二齿轮39→第二离合器45→离合器壳44传递到变速箱输出轴9，此时车辆在低速前进，且可无级变速。第二离合器45分离、第三离合器46结合时，行星轮系输出轴7的动力通过第三啮合套42→第二十齿轮37→第十八齿轮35传递到变速箱输出轴9，此时车辆在高速前进，且可无级变速。

当选择作业模式、第二离合器45结合时，行星轮系输出轴7的动力通过第十九齿轮36→第二十二齿轮39→第二离合器45→离合器壳44传递到变速箱输出轴9，此时车辆在低速前进，且可无级变速。第二离合器45分离、第三离合器46结合时，行星轮系输出轴7的动力通过第三啮合套42→第二十一齿轮38 →第十五齿轮32→第十七齿轮34传递到变速箱输出轴9，此时车辆在倒退，且可无级变速。

综上，本实用新型的无级变速传动装置结构简单、使用方便，可以在任何速度下高效率的工作，具有很好的实用性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。