双行星五段式液压机械无级变速器的制作方法

本实用新型涉及变速器技术领域，尤其涉及一种双行星五段式液压机械无级变速器。

背景技术：

液压传动具有布置方便、功率密度大、输出转矩与转速不受输入转速的影响、容易实现无级调速及自动控制等优点，但同时存在传动效率低等不足之处，尤其在高速和低速传动工况，传动效率低这一不足更加突出。齿轮机械传动具有传递运动准确可靠、瞬时传动比恒定、结构紧凑、可实现较大传动比、传递功率大及传动效率高等优点，但不易实现自动变速，更无法实现无级变速。中大型工程机械在作业时，传动系统往往需要传递较大功率，且要求能根据作业工况和负载大小变化对动力源进行高效率的速度和扭矩变换。单一使用机械传动或液压传动都难于完美满足中大型工程机械对传动系统的要求。

液压机械无级变速器由液压传动部分与机械传动部分构成，具备机械传动效率高、传动可靠和液压传动传动功率高、传动平稳的优点，可以有效改善车辆的动力性能与经济性，是载重汽车、工程车辆最佳的传动形式。但是目前，由于技术方面限制，液压机械无级变速器存在体积大，传动效率不高，结构复杂等问题，限制了液压机械无级变速器的推广。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构紧凑简单、传动效率高、制造成本低的双行星五段式液压机械无级变速器，可以解决现有液压机械无级变速器存在的体积庞大、传动效率不高、结构复杂、制造难度大等问题。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：双行星五段式液压机械无级变速器，包括箱体，其特征在于：所述箱体包括前变速传动箱室与后动力输出箱室；所述前变速传动箱室内包括并联设置的双行星变速机构和液压变速系统；所述双行星变速机构包括与动力端传动连接的动力输入轴、传动轴、中间轴以及变速换挡机构，所述动力输入轴与所述传动轴之间同轴设置，所述变速换挡机构包括传动连接在所述动力输入轴与所述传动轴之间的双行星排，所述中间轴与所述动力输入轴和所述传动轴平行设置，所述中间轴贯穿所述前变速传动箱室延伸连接至所述后动力输出箱室内；所述液压变速系统包括通过液压管路相连的变排量液压泵和定量液压马达，所述变排量液压泵与所述动力输入轴传动连接，所述定量液压马达与所述传动轴传动连接；所述后动力输出箱室内包括与所述中间轴传动连接的动力输出机构。

作为优选的技术方案，所述双行星排包括左行星排和右行星排，所述左行星排和所述右行星排配合传动连接，所述动力输入轴与所述左行星排连接，所述传动轴与所述右行星排连接；所述左行星排上设置有三挡主动齿轮和五挡主动齿轮；所述右行星排上设置有二挡主动齿轮和四挡主动齿轮。

作为优选的技术方案，所述左行星排的左行星架与所述动力输入轴固定连接，所述三挡主动齿轮和所述五挡主动齿轮设置在所述左行星排的左行星齿圈上，所述左行星排的左行星太阳轮和所述右行星排的右行星太阳轮均与所述传动轴固定连接，所述二挡主动齿轮和所述四挡主动齿轮设置在所述右行星排的右行星架上，所述右行星排的右行星齿圈与所述左行星排的左行星架固定连接。

作为优选的技术方案，所述变速换挡机构还包括固定安装在所述传动轴上的一挡主动齿轮以及套装在位于所述前变速传动箱室内所述中间轴上的三挡被动齿轮、五挡被动齿轮、四挡被动齿轮、二挡被动齿轮和一挡被动齿轮，所述一挡主动齿轮与所述一挡被动齿轮之间传动连接有惰性轮；所述中间轴上位于所述三挡被动齿轮与所述五挡被动齿轮之间安装有三五挡离合器，所述中间轴上位于所述四挡被动齿轮与所述二挡被动齿轮之间安装有二四挡离合器，所述中间轴上所述一挡被动齿轮处对应安装有一挡离合器。

作为优选的技术方案，所述动力输入轴上安装有与所述变排量液压泵传动连接的常啮合液压泵齿轮副，所述传动轴上安装有与所述定量液压马达传动连接的常啮合液压马达齿轮副。

作为优选的技术方案，所述动力输出机构包括与所述传动轴同轴设置的动力输出轴，所述动力输出轴上套装有前进挡被动齿轮和倒挡被动齿轮，所述动力输出轴上位于所述前进挡被动齿轮和所述倒挡被动齿轮之间安装有前后挡离合器；所述中间轴上位于所述后动力输出箱室内安装有前进挡主动齿轮和倒挡主动齿轮。

由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：所述动力输入轴、所述双行星排、所述传动轴、所述动力输出轴在同一直线上，所述动力输入轴、所述液压变速系统、所述双行星排、所述传动轴形成闭式液压单元，在所述液压变速系统的参与下，实现无级调速；所述液压变速系统是将机械功率流转换为液压功率流的系统，所述液压变速系统可以实现转速的连续变化，通过所述双行星排，可以实现变速器速比的连续变化；本实用新型具有能量损失小、传递效率高、传动平稳等优点，减小变速器整体体积，结构紧凑，可实现五段无级变速，适合大功率输出作业，显著提高传动效率，能够满足不同作业环境，结构简单，操作方便。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1是本实用新型实施例的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的结构原理图；

图中：A-前变速传动箱室；B-后动力输出箱室；a1-动力输入轴；a2-传动轴；a3-中间轴；a4-动力输出轴；b1-常啮合液压泵齿轮副；b2-常啮合液压马达齿轮副；c1-变排量液压泵；c2-定量液压马达；K1-左行星排；K11-左行星架；K12-左行星齿圈；K13-左行星太阳轮；K2-右行星排；K21-右行星架；K22-右行星齿圈；K23-右行星太阳轮；S-总离合器；s1-三五挡离合器；s2-二四挡离合器；s3-一挡离合器；s4-前后挡离合器；11-一挡主动齿轮；12-一挡被动齿轮；13-惰性轮；21-二挡主动齿轮；22-二挡被动齿轮；31-三挡主动齿轮；32-三挡被动齿轮；41-四挡主动齿轮；42-四挡被动齿轮；51-五挡主动齿轮；52-五挡被动齿轮；61-前进挡主动齿轮；62-前进挡被动齿轮；71-倒挡主动齿轮；72-倒挡被动齿轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1所示，双行星五段式液压机械无级变速器，包括箱体，所述箱体包括前变速传动箱室A与后动力输出箱室B；在本实施例中，所述箱体内铸有隔板，所述隔板将所述箱体分割为所述前变速传动箱室A与所述后动力输出箱室B；所述前变速传动箱室A内包括并联设置的双行星变速机构和液压变速系统；所述双行星变速机构包括与动力端传动连接的动力输入轴a1、传动轴a2、中间轴a3以及变速换挡机构，所述动力输入轴a1与发动机之间连接有总离合器S，用于控制整体机械动力输入；所述动力输入轴a1与所述传动轴a2之间同轴设置，所述变速换挡机构包括传动连接在所述动力输入轴a1与所述传动轴a2之间的双行星排，所述中间轴a3与所述动力输入轴a1和所述传动轴a2平行设置，所述中间轴a3贯穿所述前变速传动箱室A延伸连接至所述后动力输出箱室B内；所述液压变速系统包括通过液压管路相连的变排量液压泵c1和定量液压马达c2，所述变排量液压泵c1与所述动力输入轴a1传动连接，所述定量液压马达c2与所述传动轴a2传动连接；所述后动力输出箱室B内包括与所述中间轴a3传动连接的动力输出机构。

所述双行星排包括左行星排K1和右行星排K2，所述左行星排K1和所述右行星排K2配合传动连接，所述动力输入轴a1与所述左行星排K1连接，所述传动轴a2与所述右行星排K2连接；所述左行星排K1上设置有三挡主动齿轮31和五挡主动齿轮51；所述右行星排K2上设置有二挡主动齿轮21和四挡主动齿轮41。

如图2所示，所述左行星排K1的左行星架K11与所述动力输入轴a1固定连接，所述三挡主动齿轮31和所述五挡主动齿轮51设置在所述左行星排K1的左行星齿圈K12上，所述左行星排K1的左行星太阳轮K13和所述右行星排K2的右行星太阳轮K23均与所述传动轴a2固定连接，所述二挡主动齿轮21和所述四挡主动齿轮41设置在所述右行星排K2的右行星架K21上，所述右行星排K2的右行星齿圈K22与所述左行星排K1的左行星架K11固定连接，所述左行星排K1的传动齿轮与所述右行星排K2上的传动齿轮位置对称，所述左行星排K1与所述右行星排K2的连接方式构成了所述双行星排，即为汇流机构，实现所述动力输入轴a1传递的机械流与所述传动轴a2传递的液压流的汇流。所述左行星排K1和所述右行星排K2均具有汇流输出作用，在当变速器处于二、四挡位时，采用所述右行星排K2汇流；变速器处于三、五挡位时，采用所述左行星排K1汇流。

所述变速换挡机构还包括固定安装在所述传动轴a2上的一挡主动齿轮11以及套装在位于所述前变速传动箱室A内所述中间轴a3上的三挡被动齿轮32、五挡被动齿轮52、四挡被动齿轮42、二挡被动齿轮22和一挡被动齿轮12，所述一挡主动齿轮11与所述一挡被动齿轮12之间传动连接有惰性轮13，所述惰性轮13的作用为连接所述传动轴a2上所述一挡主动齿轮11与所述中间轴a3上所述一挡被动齿轮12，由于壳体结构限制以及所述定量液压马达c2旋向要求，需要所述惰性轮13实现连接与改变所述中间轴a3旋向；所述中间轴a3上位于所述三挡被动齿轮32与所述五挡被动齿轮52之间安装有三五挡离合器s1，所述中间轴a3上位于所述四挡被动齿轮42与所述二挡被动齿轮22之间安装有二四挡离合器s2，所述中间轴a3上所述一挡被动齿轮12处对应安装有一挡离合器s3。

所述动力输入轴a1上安装有与所述变排量液压泵c1传动连接的常啮合液压泵齿轮副b1，所述传动轴a2上安装有与所述定量液压马达c2传动连接的常啮合液压马达齿轮副b2，所述常啮合液压泵齿轮副b1与所述常啮合液压马达齿轮副b2将所述液压变速系统与所述双行星变速机构连接，在本实施例中，将所述常啮合液压泵齿轮副b1与所述常啮合液压马达齿轮副b2统一定义为固定齿轮副。

所述动力输出机构包括与所述传动轴a2同轴设置的动力输出轴a4，所述动力输出轴a4上套装有前进挡被动齿轮62和倒挡被动齿轮72，所述动力输出轴a4上位于所述前进挡被动齿轮62和所述倒挡被动齿轮72之间安装有前后挡离合器s4；所述中间轴a3上位于所述后动力输出箱室B内安装有前进挡主动齿轮61和倒挡主动齿轮71。

所述动力输入轴a1、所述双行星排、所述传动轴a2、所述动力输出轴a4在同一直线上，所述动力输入轴a1、所述液压变速系统、所述双行星排、所述传动轴a2形成闭式液压单元，在所述液压变速系统的参与下，实现无级调速；所述液压变速系统是将机械功率流转换为液压功率流的系统，所述液压变速系统可以实现转速的连续变化，通过所述双行星排，可以实现变速器速比的连续变化。所述液压变速系统具有能量损失小、传递效率高、传动平稳等优点，因此采用所述液压变速机构为本实施例的液压传动单元，减小变速器整体体积，结构紧凑，可实现五段无级变速，适合大功率输出作业，显著提高传动效率，能够满足不同作业环境，结构简单，操作方便。

当变速器处于纯液压变速模式时，具有1个挡位，通过所述液压变速系统实现调速，一挡离合器s3与一挡被动齿轮12接合，前后挡离合器s4与前进挡被动齿轮62接合，二四挡离合器s2与三五挡离合器s1处于分离状态，具体传动路线为：

一挡：动力输入轴a1—固定齿轮副—液压变速系统—传动轴a2—一挡主动齿轮11—一挡被动齿轮12—中间轴a3—前进挡主动齿轮61—前进挡被动齿轮62—动力输出轴a4。

当变速器处于液压机械变速模式时，具备4个挡位，在车速超过一挡的车速区间时，进入液压机械变速模式，在这个模式下，发动机处于最佳燃油经济性转速区间，通过控制所述双行星变速机构的机械挡位与所述液压变速系统实现传动速比连续变化，具体传动路线如下：

二挡：二四挡离合器s2与二挡被动齿轮22接合，前后挡离合器s4与前进挡被动齿轮62接合，一挡离合器s3与三五挡离合器s1处于分离状态，此时传动路线为：动力输入轴a1—固定齿轮副分流—液压功率流与机械功率流，机械功率流经动力输入轴a1传递到双行星排中右行星排K2与经液压变速系统传递的液压流汇流，通过二挡主动齿轮21—二挡被动齿轮22—中间轴a3—前进挡主动齿轮61—前进挡被动齿轮62—动力输出轴a4；

三挡：三五挡离合器s1与三挡被动齿轮32接合，前后挡离合器s4与前进挡被动齿轮62接合，一挡离合器s3与二四挡离合器s2处于分离状态，此时传动路线为：动力输入轴a1—固定齿轮副分流—液压功率流与机械功率流，液压变速系统传递的液压流经双行星排中右行星排K2传递到左行星排K1与经动力输入轴a1传递到左行星排K1的机械功率流汇流，通过三挡主动齿轮31—三挡被动齿轮32—中间轴a3—前进挡主动齿轮61—前进挡被动齿轮62—动力输出轴a4；

四挡：二四挡离合器s2与四挡被动齿轮42接合，前后挡离合器s4与前进挡被动齿轮62接合，一挡离合器s3与三五挡离合器s1处于分离状态，此时传动路线为：动力输入轴a1—固定齿轮副分流—液压功率流与机械功率流，机械功率流经动力输入轴a1传递到双行星排中右行星排K2与经液压变速系统传递的液压流汇流，通过四挡主动齿轮41—四挡被动齿轮42—中间轴a3—前进挡主动齿轮61—前进挡被动齿轮62—动力输出轴a4；

五挡：三五挡离合器s1与五挡被动齿轮52接合，前后挡离合器s4与前进挡被动齿轮62接合，一挡离合器s3与二四挡离合器s2处于分离状态，此时传动路线为：动力输入轴a1—固定齿轮副分流—液压功率流与机械功率流，液压变速系统传递的液压流经双行星排中右行星排K2传递到左行星排K1与经动力输入轴a1传递到左行星排K1的机械功率流汇流，通过五挡主动齿轮51—五挡被动齿轮52—中间轴a3—前进挡主动齿轮61—前进挡被动齿轮62—动力输出轴a4。

当变速器处于纯机械模式变速模式时，具备1个挡位，车速超过液压机械变速区间时，将进行纯机械调速，此时所述液压变速系统中的所述定量液压马达c2达到最大转速，通过控制发动机转速进而实现对所述动力输入轴a1转速的控制，实现调速。纯机械模式时，三五挡离合器s1与五挡被动齿轮52接合，前后挡离合器s4与前进挡被动齿轮62接合，一挡离合器s3与二四挡离合器s2处于分离状态，此时传动路线为：动力输入轴a1—固定齿轮副分流—液压功率流与机械功率流，液压流功率达到最大值，液压变速系统传递的液压流经双行星排中右行星排K2传递到左行星排K1与经动力输入轴a1传递到左行星排K1的机械功率流汇流，通过五挡主动齿轮51—五挡被动齿轮52—中间轴a3—前进挡主动齿轮61—前进挡被动齿轮62—动力输出轴a4。

倒退档：当前后挡离合器s4与倒挡被动齿轮72接合时，一挡离合器s3与一挡被动齿轮12接合，二四挡离合器s2与三五挡离合器s1处于分离状态，此时动力传递路线为：动力输入轴a1—固定齿轮副—液压变速系统—传动轴a2—一挡主动齿轮11—惰性轮13—一挡被动齿轮12—中间轴a3—倒挡被动齿轮72—倒挡主动齿轮71—动力输出轴a4。

所述双行星排结构的左侧有三组齿轮副，分别为五挡齿轮副、三挡齿轮副、常啮合液压泵齿轮副b1，此三组齿轮副的结构较大，所述双行星排结构的右侧有四组齿轮副，分别为四挡齿轮副、二挡齿轮副、一挡齿轮副、常啮合液压泵齿轮副b1，此四组齿轮副的结构较小，使得所述双行星排左右两侧质量保持均衡。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。