应用于变速箱领域，具体涉及一种铰接式自卸车的四进两倒定轴变速机构及其变速箱。
背景技术：
变速箱是用来改变来自发动机的转速和转矩的机构，能够分档改变输出轴和输入轴传动比，以适应在不同路面和载荷条件下，满足驾驶员对车辆调速的控制需求。变速机构是变速箱的核心组成原件，通常由不同的齿轮组成不同的啮合关系，从而实现不同的输入输出速比关系，实现车辆的前进、倒退或空档。
目前常用于铰接式自卸车的变速箱为同轴式液力机械自动变速箱，特点是输入轴与输出轴在同一轴线上，变速机构为行星齿轮机构。行星齿轮机构主要由太阳轮、内齿圈、行星架和行星齿轮等原件组成。速比和动力传动的方向的改变是通过以不同的原件作为主动件或被动件、以及限制不同原件的运动而实现的。
上述同轴式液力机械自动变速箱结构复杂，由于要实现多个档位，不同层级的太阳轮、内齿圈、行星架存在多种共用或关联关系，结构紧凑，零部件数量多，用于铰接式自卸车时可靠性差。
上述同轴式液力机械自动变速箱仅有后端一个输出口，为了满足铰接式自卸车为6×6驱动，需要配合分动箱使用，将动力一分二变为前后输出。上述变速箱一般情况下不能够集成取力口（pto）。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提出一种铰接式自卸车的六进四倒定轴变速机构及其变速箱。
本发明所采用的技术方案是：
铰接式自卸车四档定轴与行星齿轮混合式变速箱，包括其上均设有齿轮和离合器的第一定轴i、第二定轴ii、第三定轴iii、第四轴iv和倒档轴r，且各轴之间通过互相啮合的齿轮和离合器的结合或断开来实现不同的速比关系和旋转方向；其中，所述第一定轴i为输入轴，所述第四轴iv为行星齿轮轴并作为输出轴；在前进档时，第一定轴i与第四轴iv的太阳轮zs旋转方向一致，与第二定轴ii、第三定轴、倒档轴r旋转方向相反；倒档轴r用于旋转方向转换，实现输出轴与输入轴旋转方向相反的功能，在倒档时，第一定轴i与第二定轴ii、第三定轴iii旋转方向保持一致，与倒档轴r、第四轴iv的太阳轮zs旋转方向一致。
优选的是，所述第一定轴i由内轴和外轴组成，内轴与输入法兰相连，接收从发动机传递过来的转速和扭矩；内轴同时与带锁止离合器的变矩器的输入端相连，带锁止离合器的变矩器的输出端和外轴相连，且外轴同时与缓速器相连。
优选的是，所述第一定轴的内轴与取力口pto相连，提供动力输出，且与发动机输入保持常连接，用于驱动液压泵或其它动力装置。
优选的是，所述第四轴iv由内轴和外轴组成，装备有固定齿轮z41和行星齿轮组；其中，内轴前端为前输出法兰、后端为后输出法兰；内轴和外轴通过离合器c41相连，当c41施加时，内轴和外轴转速相同、传递扭矩；固定齿轮z41和第四轴iv的外轴固定相连。
优选的是，所述行星齿轮组由太阳轮zs、不少于三个行星轮zp、齿圈zg、行星架组成；太阳轮zs和外轴固定连接；齿圈zg和变速箱的壳体固定连接，任何工况下均保持静止；行星架通过离合器c42和内轴连接，当c42施加时，内轴和行星架7转速相同、传递扭矩。
优选的是，所述第一定轴i的外轴装备有浮动齿轮z11和固定齿轮z12，浮动齿轮z11通过离合器c1与第一定轴i的外轴相连；所述第二定轴ii装备有固定齿轮z21、浮动齿轮z22，浮动齿轮z22通过离合器c2与第二定轴ii相连；
所述第三定轴iii装备有固定齿轮z31、浮动齿轮z32，浮动齿轮z32通过离合器c3与第三定轴iii相连；所述倒档轴r装备有固定齿轮zr1、浮动齿轮zr2，浮动齿轮zr2通过离合器cr与倒档轴r相连。
优选的是，所述第一定轴i的浮动齿轮z11和第二定轴ii固定齿轮z21保持常啮合，第一定轴i的浮动齿轮z11和第三定轴iii固定齿轮z31保持常啮合；
所述第一定轴i的固定齿轮z12和倒档轴r的浮动齿轮zr2保持常啮合，用于在倒档时将扭矩转速传递到倒档轴r，倒档轴r固定齿轮zr1和第三定轴iii固定齿轮z31保持常啮合；所述第四轴iv的固定齿轮z41和第二定轴ii的浮动齿轮z22保持常啮合，第四轴iv的固定齿轮z41和第三定轴iii的浮动齿轮z32保持常啮合，能将前进档和倒退档时的扭矩转速传递到第四定轴iv。
优选的是，所述第四定轴iv具有两种输出模式，离合器c41施加且离合器c42解除时，第四定轴iv的内轴和外轴连接，直接输出，为高速档，速比为1:1；
第四定轴iv的外轴与太阳轮zs相连，离合器c42施加且离合器c41解除时，通过行星架输出，为低速档，速比为1+zg/zs：1。
一种基于前述的铰接式自卸车四档定轴与行星齿轮混合式变速箱的实现方法，用于前进档时：
前进一档到四档：动力传输路径为带锁止离合器的变矩器到第一定轴i的外轴，离合器c1施加，将动力从第一定轴i的外轴传递到浮动齿轮z11；
前进一档：离合器c1、c2和c42处于施加状态，浮动齿轮z11通过啮合的固定齿轮z21将动力传递到第二定轴ii，离合器c2施加，将动力传递到浮动齿轮z22，浮动齿轮z22通过啮合的固定齿轮z41将动力传递到第四轴iv外轴，第四轴iv离合器c42施加，动力从行星架输出到第一定轴i的内轴，完成动力输出；
前进二档：离合器c1、c3和c42处于施加状态，浮动齿轮z11通过啮合的固定齿轮z31将动力传递到第三定轴ii，离合器c3施加，将动力传递到浮动齿轮z32，浮动齿轮z32通过啮合的固定齿轮z41将动力传递到第四轴iv的外轴，第四轴iv的离合器c42施加，动力从行星架输出到第四轴iv的内轴，完成动力输出；
前进三档：离合器c1、c2和c41处于施加状态，传递路径同前进一档，区别在第四轴iv的离合器c41施加，动力从外轴输出到内轴，完成动力输出；
前进四档：离合器c1、c3和c41处于施加状态，传递路径同前进二档，区别在第四轴iv的离合器c41施加，动力从外轴输出到内轴，完成动力输出。
优选的是，用于倒退档时：
倒退一档到二档：动力传输路径为带锁止离合器的变矩器到第一定轴i的外轴，倒档离合器cr施加，第一定轴i外轴的固定齿轮z12与通过与之啮合的浮动齿轮zr2将动力传递到倒档轴r；倒档轴r的固定齿轮zr1通过第一定轴i的浮动齿轮z11将动力传递到第三轴iii的固定齿轮z31；离合器c3施加，第三定轴iii的浮动齿轮z32通过与之啮合的固定齿轮z41将动力传动到第四轴iv的外轴；
倒退一档：第四轴iv的离合器c42施加，动力从行星架输出到第四轴iv的内轴，完成动力输出；
倒退二档：第四轴iv的离合器c41施加，动力从第四轴iv的外轴输出到第四轴iv的内轴，完成动力输出。
本发明有益效果：
本发明综合了定轴式变速箱和行星齿轮式变速的优点，具有模块化程度高、结构简单且紧凑，生产成本低且易于维修。实现四个前进档、两个倒退档以及空挡功能，且具有前后两个方向的动力输出，具有取力口功能。其中取力口和液力变矩器的输入端相连，无论变速箱处于何种档位，均与发动机同转速输出动力。
附图说明
图1为变速箱结构示意图；
图2为变速箱a-a剖面结构示意图；
图3为档位和离合对照图；
图4为档位和动力传输对照图。
图中标识：i~iii-第一定轴到第三定轴，iv-第四行星轮轴，r-倒档轴，7-行星架，8-输入法兰，9-带锁止离合器的变矩器，10-缓速器，11-前输出法兰，12-后输出法兰，13-取力口，z代表齿轮、相接的数字代表轴数和序号，zs-太阳轮，zp-行星轮，zg-齿圈，c代表离合器、相接的数字代表轴数和序号。
具体实施方式
图1为变速箱结构示意图，对定轴变速箱进行说明。
本发明的变速箱共有四个定轴和一个行星齿轮轴混合方式组成，能够实现四个前进档和两个倒退档、以及空档功能。第一定轴i为输入轴，第二定轴ii、第三定轴iii、第四轴iv为行星齿轮轴、倒档轴r，上述五根轴均安装有齿轮和离合器，通过互相啮合的齿轮和离合器的结合或断开，来实现不同的速比关系和旋转方向。第四轴为输出轴。
在前进档时，第一定轴i与第四轴iv太阳轮zs旋转方向一致，与第二定轴ii、第三定轴、倒档轴r旋转方向相反。
如图1所示，倒档轴r用于旋转方向转换，实现输出轴与输入轴旋转方向相反的功能。在倒档时，第一定轴i与第二定轴ii、第三定轴iii旋转方向保持一致，与倒档轴r、第四轴iv太阳轮zs旋转方向一致。
图2为变速箱a-a剖面结构示意图，结合图1，对各轴说明。
第一定轴i由内轴和外轴组成，内轴与输入法兰8相连，接收从发动机传递过来的转速和扭矩。内轴同时与带锁止离合器的变矩器9的输入端相连，输出端和外轴相连，外轴同时与缓速器10相连。带锁止离合器的变矩器9根据不同工况，实现变矩增扭的作用，或锁止变矩器提高传动效率，缓速器10在缓行工况下启用，将动能转换为变速箱油的热能，从而提供制动缓速功能。
第一定轴内轴与取力口pto13相连，提供动力输出，且与发动机输入保持常连接，不受变速箱档位的影响。用于驱动液压泵或其它动力装置。
固定齿轮：在本发明专利中，固定齿轮与定轴之间固定连接，保持同等转速，传递转速和扭矩。
浮动齿轮：在本发明专利中，浮动齿轮与定轴之间通过离合器相连，当离合器施加，浮动齿轮与定轴固定连接、传递扭矩并保持同转速；当离合器打开，浮动齿轮与定轴脱离，无转速关系且不传递扭矩，可以与固定轴之间发生相对滑动。
离合器：在本发明专利中，离合器具有结合或断开动力传动的功能，通过离合器的施加或断开，实现不同的动力传输路径，获得不同的速比，实现变速功能。
第一定轴i外轴装备有浮动齿轮z11和固定齿轮z12，浮动齿轮z11通过离合器c1与第一定轴i外轴相连。
第二定轴ii装备有固定齿轮z21、浮动齿轮z22，浮动齿轮z22通过离合器c2与第二定轴ii相连。
第三定轴iii装备有固定齿轮z31、浮动齿轮z32，浮动齿轮z32通过离合器c3与第三定轴iii相连。
倒档轴r装备有固定齿轮zr1、浮动齿轮zr2，浮动齿轮zr2通过离合器cr与倒档轴r相连。
第四轴iv由内轴和外轴组成，装备有固定齿轮z41和行星齿轮组。内轴前端为前输出法兰11、后端为后输出法兰12。内轴和外轴通过离合器c41相连，当c41施加时，内轴和外轴转速相同、传递扭矩。固定齿轮z41和第四轴iv外轴固定相连。行星齿轮组由太阳轮zs、不少于3个行星轮zp、齿圈zg、行星架7组成。太阳轮zs和外轴固定连接。齿圈zg和变速箱的壳体固定连接，任何工况下均保持静止。行星架7通过离合器c42和内轴连接，当c42施加时，内轴和行星架7转速相同、传递扭矩
下面结合图1和图2，解释各齿轮间的啮合关系。
输入轴第一定轴i的浮动齿轮z11和第二定轴ii固定齿轮z21保持常啮合，第一定轴i的浮动齿轮z11和第三定轴iii固定齿轮z31保持常啮合，上述啮合关系能保证在前进档时将输入轴第一定轴i的扭矩转速传递到第二、三定轴。
输入轴第一定轴i的固定齿轮z12和倒档轴r的浮动齿轮zr2保持常啮合，用于在倒档时将扭矩转速传递到倒档轴r。倒档轴r固定齿轮zr1和第三定轴iii固定齿轮z31保持常啮合，上述啮合关系能保证在倒退档时将倒档轴r的扭矩转速传递到到第三定轴。
第四轴iv固定齿轮z41和第二定轴ii浮动齿轮z22保持常啮合，第四轴iv固定齿轮z41和第三定轴iii浮动齿轮z32保持常啮合，能将前进档和倒退档时的扭矩转速传递到第四定轴iv。
第四定轴iv具有两种输出模式，离合器c41施加且离合器c42解除时，内轴和外轴连接，直接输出，为高速档，速比为1:1。外轴与太阳轮zs相连，离合器c42施加且离合器c41解除时，通过行星架7输出，为低速档，速比为1+zg/zs：1。
图3为档位离合对照图，表示不同的离合器组合施加，能获得到的档位的对应关系。
图4为各档位动力传递路线图，表示不同档位时动力经过的齿轮。
下面结合图2、图3和图4，说明不同档位下的动力传输路径和档位的实现方法。
空档：所有的离合器均处于断开状态，第一轴i外轴通过带锁止离合器的变矩器9与发动机相连，不再向其它定轴传递动力，输出轴第四定轴iv为静止状态，无转速和扭矩输出，实现空档功能。
前进一档到四档：动力传输路径为带锁止离合器的变矩器9到第一定轴i外轴，离合器c1施加，将动力从第一定轴i外轴传递到浮动齿轮z11。
前进一档：离合器c1、c2和c42处于施加状态。浮动齿轮z11通过啮合的固定齿轮z21将动力传递到第二定轴ii，离合器c2施加，将动力传递到浮动齿轮z22。浮动齿轮z22通过啮合的固定齿轮z41将动力传递到第四轴iv外轴。第四轴iv离合器c42施加，动力从行星架7输出到内轴，完成动力输出。
前进一档的速比d1与齿轮齿数的关系为：
d1=z21/z11×z41/z22×(1+zg/zs)。
前进二档：离合器c1、c3和c42处于施加状态。浮动齿轮z11通过啮合的固定齿轮z31将动力传递到第三定轴ii，离合器c3施加，将动力传递到浮动齿轮z32。浮动齿轮z32通过啮合的固定齿轮z41将动力传递到第四轴iv外轴。第四轴iv离合器c42施加，动力从行星架7输出到内轴，完成动力输出。
前进二档的速比d2与齿轮齿数的关系为：
d2=z31/z11×z41/z32×(1+zg/zs)。
前进三档：离合器c1、c2和c41处于施加状态。传递路径同前进一档。区别在第四轴iv离合器c41施加，动力从外轴输出到内轴，完成动力输出。
前进三档的速比d3与齿轮齿数的关系为：
d3=z21/z11×z41/z22。
前进四档：离合器c1、c3和c41处于施加状态。传递路径同前进二档。区别在第四轴iv离合器c41施加，动力从外轴输出到内轴，完成动力输出。
前进四档的速比d4与齿轮齿数的关系为：
d4=z3/z11×z41/z32。
倒退一档到二档：动力传输路径为带锁止离合器的变矩器9到第一定轴i外轴，倒档离合器cr施加，第一定轴i外轴的固定齿轮z12与通过与之啮合的浮动齿轮zr2将动力传递到倒档轴r。倒档轴r固定齿轮zr1通过第一轴浮动齿轮z11将动力传递到第三轴iii固定齿轮z31。离合器c3施加，第三定轴iii的浮动齿轮z32通过与之啮合的固定齿轮z41将动力传动到第四轴iv外轴。
倒退一档：第四轴iv离合器c42施加，动力从行星架7输出到内轴，完成动力输出。
倒退一档的速比r1与齿轮齿数的关系为：
r1=-zr2/z12×z31/zr1×z41/z32×(1+zg/zs)。
倒退二档：第四轴iv离合器c41施加，动力从外轴输出到内轴，完成动力输出。
倒退二档的速比r2与齿轮齿数的关系为：
r2=-zr2/z12×z31/zr1×z41/z32。
本发明实施例提供的变速箱，包括上述四进二倒定轴变速机构、以及液力变矩器和缓速器，实现四个前进档、两个倒退档以及空挡功能，且具有前后两个方向的动力输出，具有取力口功能。其中取力口和液力变矩器的输入端相连，无论变速箱处于何种档位，均与发动机同转速输出动力。
尽管具体地参考其优选实施例来示出并描述了本发明，但本领域的技术人员可以理解，可以做出形式和细节上的各种改变而不脱离所附权利要求书中所述的本发明的范围。以上结合本发明的具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本发明技术方案的范围。