一种高效四自由度综合传动装置的制作方法

1.本发明属于履带车辆传动技术领域，具体涉及一种高效四自由度综合传动装置，尤其涉及一种7前3倒液力机械综合传动装置，集成液压无级转向和液机联合制动的传动装置。


背景技术：

2.传动系统是影响车辆的机动性、可靠性指标的核心部件。履带传动装置往往具有直驶、转向、加速、制动和辅助功率等多路功率流输出等多种要求，这就需要传动装置能够将众多功能部件包含液力变矩器、液力减速器等液力元件，油泵、转向泵马达等液压元件，齿轮、轴、轴承等轴系机械零件集成化。履带车辆的底盘空间往往比较狭小，传统的履带车辆传动装置采用t字形布局，主要满足发动机纵置布局，难以满足整机结构变型灵活调整需求。当前重型履带车辆变速机构的最高档传动比一般为1，转速范围有限，需要开发多个档位的传动方案，增加传动范围，改善履带车辆的燃油经济性和换档平顺性。


技术实现要素：

3.本发明提供一种高效四自由度综合传动装置，要解决的技术问题是：。
4.为了解决以上技术问题，本发明提供了一种高效四自由度综合传动装置，其特征在于：包括液力变矩器18，行星变速机构，风扇液粘调速部件，换挡液压操纵部件，液压无级转向部件，液机联合制动部件；设有主轴s1、传动轴s2和零轴s3；风扇液粘调速部件包括1个液粘离合器c4；主轴s1上设有液力变矩器、换挡液压操纵部件、行星变速机构、液机联合制动部件以及位于两侧的汇流行星排；主轴s2上设有多个直齿轮组，发动机通过直齿轮传递将动力从侧面输入到主轴s2上，动力随后经过主轴s2上的不同直齿轮组实现动力分流；其中第一路发动机动力传递至液力变矩器的变矩器泵轮上，能量最终通过涡轮轴传递到换挡液压操纵部件的离合器输入端；第二路传递到液粘离合器c4的主动端，然后经过两个锥齿轮实现动力传递到散热风扇；第三路经液压调速回路pm传递到转向零轴s3，然后动力分别经直齿轮传递到主轴s2两侧的汇流排；行星变速机构的输出动力通过主轴s1两侧的渐开线花键传递到两侧汇流行星排齿圈；两侧汇流行星排p5、p6汇集车辆直驶功率流和转向功率流将动力输出。
5.有益效果：
6.(1)利用4个行星排构造7前3倒液力机械传动装置，4个行星排采用大模数斜齿行星排、膜片弹簧分离的离合器结构和非标专用件(轴承、膜片弹簧等)，使得结构布置更加灵活；各档位之间实现简单换档，具有2个超速档，大范围调速变矩能力提升了车辆的动力性和传动效率。
7.(2)本发明的传动装置具有散热风扇无级调速能力，液粘离合器通过基于传动油温和发动机水温等信号为主的控制策略，实现风扇随着底盘的散热需求自动适应，提高车辆热平衡能力。
8.(3)所有档位之间的切换均为一个操纵件结合，另一个操纵件分离，换段逻辑简单有利于液压操纵系统的设计和换档平顺性。采用四自由度行星变速机构提升了传动装置的结构紧凑性、功率密度和效率。
9.(4)该液力机械传动装置具有稳定的中心转向功能和液压无级转向能力，提升车辆在狭窄空间的通过能力。
附图说明
10.图1为液力机械传动装置传动简图。
11.图2为动力特性计算示意图。
12.图3为效率特性计算示意图。
具体实施方式
13.为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
14.本发明提出的一种高效四自由度综合传动装置，包括：液力变矩器，行星变速机构，风扇液粘调速部件，换挡液压操纵部件，液压无级转向部件，液机联合制动部件；
15.其中行星变速机构包括：行星排p1、行星排p2、行星排p3、行星排p4；风扇液粘调速部件包括3对直齿轮，2对锥齿轮和1个液粘离合器；换挡液压操纵部件包括离合器cl、离合器c2、离合器c3、制动器b1、制动器b2、制动器br；液压无级转向部件包含等排量的变量泵和定量马达组成的闭式回路pm及相关齿轮组；液机联合制动部件包含液力减速器和机械制动器b4等。
16.其连接关系为：按照图1所示，发动机通过联轴器将动力传递到传动装置的输入轴齿轮1的输入端，通过圆柱直齿轮1、2、3、4实现发动机动力从侧面输入到传动装置圆柱齿轮7、19、5上，动力随后经过不同齿轮组实现动力分流，满足传动装置的不同功能。液力变矩器通过齿轮6将发动机动力传递到变矩器泵轮上，能量最终通过涡轮轴传递到行星变速机构c1和c3离合器外毂。涡轮轴和离合器外毂通过渐开线花键进行连接。两侧汇流行星排p5、p6汇集车辆直驶功率流和转向功率流将动力输出。液力减速器一端通过螺栓连接变速箱壳体，另一端通过渐开线花键连接主轴s1；行星变速机构的输出动力通过主轴s1两侧的渐开线花键传递到两侧汇流行星排齿圈；行星变速机构输入的机械功率流通过直齿轮1、2、3、4、5、6传递，实现发动机输入转速同向，然后动力经液力变矩器18传递到行星变速机构离合器c1、c2和c3的输入端，行星变速机构的壳体通过螺栓固定到综合传动箱体上；风扇调速机构输入的机械功率流通过直齿轮1、2、3、4、7、8、9传递到液粘离合器c4的主动端，然后经过两个锥齿轮10、11实现动力传递到散热风扇的目的。液粘离合器通过温控策略动态控制离合器结合压力，从而对离合器的输出转速进行控制。转向功率流通过直齿轮1、2、3、4，液压调速回路pm，直齿轮12、13、15传递到转向零轴s3，然后动力分别经直齿轮14传递到一侧汇流排，经直齿轮15、16传递到另一侧汇流排。
17.表1为7前3倒液力机械传动换挡操纵表。
18.表1换档操纵表
[0019][0020]
其中车辆前进时，该传动装置的前进档包括7个挡：当所述离合器c1、制动器b1、制动器b2接合实现前进1挡，动力经离合器c1被动端、行星排p1、行星排p2、行星排p4、行星排p3传递到主轴s1。当所述离合器c2、制动器b1、制动器b2接合实现前进2挡，动力经离合器c2被动端、行星排p1、行星排p2、行星排p4、行星排p3传递到主轴s1。当所述离合器c1、离合器c2、制动器b2接合实现前进3挡，动力经离合器c2和c1被动端、行星排p1、p2、p4和p3传递到主轴s1。当所述离合器c1、离合器c3、制动器b2接合实现前进4挡，动力经离合器c2被动端、行星排p3传递到主轴s1。当所述离合器c1、离合器c2、离合器c3接合实现前进5挡，动力经离合器c1和c2被动端、行星排p1、p2、p4和p3传递到主轴s1。当所述离合器b1、离合器c2、离合器c3接合实现前进6挡，动力经离合器c1和c2被动端、行星排p1、p2、p4和p3传递到主轴s1。当所述离合器b1、离合器c1、离合器c3接合实现前进7挡，动力经离合器c1和c2被动端、行星排p1、p2、p4和p3传递到主轴s1。通过匹配相关齿轮组和行星排参数，开展动力特性计算和效率特性计算，如附图2和图3所示，最大车速可以达到90km/h，最高效率达到86％。
[0021]
车辆倒退时，所述离合器c1、制动器b1、制动器br接合实现倒1挡，动力经离合器c1被动端、行星排p1、p2、p4和p3传递到主轴s1，再经两侧汇流排将动力输出。所述离合器c2、制动器br、制动器b1接合实现倒2挡，动力经离合器c2被动端、行星排p1、p2、p4和p3传递到主轴s1，再经两侧汇流排将动力输出。所述离合器c1、离合器c2、制动器br接合实现倒3挡，动力经离合器c1、c2被动端、行星排p1、p2、p4和p3传递到主轴s1，再经两侧汇流排将动力输出。倒挡相关动力性计算和效率计算如附图2和图3所示，倒挡最大车速达到-35km/h，倒挡最高效率达到80％。
[0022]
车辆中心转向时，制动器b2和制动器br结合，实现行星排p3锁死，进而实现传动主轴制动和两侧汇流排齿圈制动。转向功率流通过直齿轮1、2、3、4传递到液压调速回路pm中，变量泵的排量分别从0到-1或者从0到1实现，马达输出轴正转或者反转。动力传递到两侧主动轮后，经车辆一侧主动轮正向旋转，另一侧主动轮反向旋转，实现围绕车辆几何中心转向。
[0023]
车辆行进转向时，其中7个前进挡和3个倒挡的控制规律和结合的操纵件均不变，功率流经过的齿轮和行星排也不发生变化，直驶功率流最终都传递到主轴s1上。行进转向
时，在液压调速回路pm的变量泵排量分别从0到-1或者从0到1实现一侧汇流排输出转速增加或者减小，另一侧输出转速减小或者增加，其变化量绝对值相等。直驶功率流和转向功率流分别在两侧汇流排汇流，之后经两侧汇流排的框架输出轴输出。车辆实现零差速转向，转向半径无级变化均匀可控，转向性能较好。
[0024]
车辆高速行进减速时，液力减速器17充油工作，传动主轴的一部分动力经过液力减器转化为高速搅油的热量，实现制动能量的转化，进而车辆速度得到降低，在车速降低到一定数值后，机械制动器b4参与工作，通过控制液力减速器的充油流量可以实现恒扭矩制动。
[0025]
当传动装置的油温较高时，液粘离合器c4的相关传感器检测到相关信号，根据控制规律调整离合器c4的进油量，调整摩擦片间油膜剪切力的大小，与锥齿轮10和锥齿轮11所连接的风扇的转速就可以做到无级变化，满足车辆对于温控散热智能化的要求。
[0026]
该传动装置结构设计主要由3根轴线，s1、s2和s3决定。由于本传动装置采用了背对背布置的液压泵马达，泵马达结构动力输入和动力输出轴线和s2轴线重合，以s1所在轴线为基准，可以在保持相关齿轮组结构不变的情况下，s2轴线就可以围绕s1轴线相对旋转，可以调整传动装置前后距离，增加动力舱的适应性。
[0027]
本发明以4个行星排为基础，集成3个离合器和3个制动器，实现7个前进挡、3个倒挡和1个中心转向挡，集成用于转向的一组液压泵马达实现液压无级转向，集成齿轮组和液粘离合器实现风扇无级调速，集成1个液力减速器和2个机械制动器实现液机联合制动。整个传动装置实现机动性高，紧凑型好的优点，可满足履带车辆的使用要求。
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本发明通过采用平行排列的齿轮对改变发动机的动力输出方向，满足发动机横置条件下的动力输入。转向泵马达采用背对背布置的空间结构，其轴线可以围绕传动装置输出轴线在空间进行灵活调整，实现传动装置结构的灵活布置。本传动装置转向机构采用零差速双流转向系统，各个挡转向半径具有最小转向半径以上的连续无级转向能力。本传动装置采用4个行星排实现7前3倒功能的4自由度行星变速机构，具有结构紧凑，功率密度高的特点。本传动装置集成传动比连续调整的液粘调速装置，具有根据传动装置油温、水温等参数灵活调整风扇转速的功能，满足了整车对于散热功能智能化的要求。本传动装置还集成了液机联合制动装置，通过液力减速器和机械制动器的匹配，满足不同车速和工况条件下制动功能的需求。本发明的传动装置可应用到传动功率在数百千瓦以上的各种大型工程机械、农用机械、特种车辆等特定需求的履带车辆上，具有广阔的应用前景。
[0029]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。