申请/专利权人：合肥工业大学;安徽展鹏液压机械有限公司

申请日：2018-05-07

公开（公告）日：2020-07-03

公开（公告）号：CN108591411B

主分类号：F16H47/04(20060101)

分类号：F16H47/04(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.07.03#授权;2018.10.26#实质审查的生效;2018.09.28#公开

摘要：一种可实现三种变速传动过程的传动系统，包括输入轴、太阳轮轴、输入齿轮、联动齿轮、中间主动齿轮、第一离合器、第二离合器、行星机构、液压泵和液压马达；输入轴和太阳轮轴平行布置，输入齿轮与联动齿轮啮合；第一离合器输入端与输入轴传动连接，从动端与输入齿轮固定连接；第二离合器输入端与太阳轮轴传动连接，从动端与联动齿轮固定连接；行星机构中太阳轮与太阳轮轴固连；齿圈与中间主动齿轮固连；行星架与联动齿轮固连；液压泵的转子与输入轴固连，液压马达的转子与太阳轮轴固连，液压泵与液压马达串联在一个供油回路中。本发明使变速传动过程兼具机械传动和液压传动的特点，以适应不同类型机械装备的变速传动需要。

主权项：1.一种可实现三种变速传动过程的传动系统，其特征在于：包括齿轴类传动零部件、第一离合器（L1）、第二离合器（L2）、NGW型行星齿轮机构（PM）、液压传动模块（HT）、机械有级变速模块以及传动系统壳体（KT）；所述齿轴类传动零部件包括输入轴（Z1）、太阳轮轴（Z2）、输入齿轮（G1）、联动齿轮（G2）、中间主动齿轮（G3）；所述输入轴（Z1）、太阳轮轴（Z2）平行布置并皆相对于传动系统壳体（KT）转动支承；所述输入齿轮（G1）与所述联动齿轮（G2）常啮合；所述第一离合器（L1）由第一离合器输入端（LI1）与第一离合器从动端（LO1）构成；所述第一离合器输入端（LI1）与输入轴（Z1）传动连接，所述第一离合器从动端（LO1）与输入齿轮（G1）固定连接，第一离合器从动端（LO1）和输入齿轮（G1）一起转动支承于输入轴（Z1）上；当第一离合器（L1）接合时，动力可由输入轴（Z1）传递到输入齿轮（G1），第一离合器（L1）分离时，输入轴（Z1）与输入齿轮（G1）之间中断传动；所述第二离合器（L2）由第二离合器输入端（LI2）与第二离合器从动端（LO2）构成；所述第二离合器输入端（LI2）与太阳轮轴（Z2）传动连接，所述第二离合器从动端（LO2）与联动齿轮（G2）固定连接，第二离合器从动端（LO2）与联动齿轮（G2）一起转动支承于太阳轮轴（Z2）上；所述NGW型行星齿轮机构（PM）由太阳轮（SG）、齿圈（GR）、行星架（PC）和两个以上的行星轮（PG）构成；所述太阳轮（SG）与太阳轮轴（Z2）传动连接；所述齿圈（GR）与中间主动齿轮（G3）固定连接并转动支承于太阳轮轴（Z2）上；所述两个以上的行星轮（PG）沿周向均布并转动支承于行星架（PC）的行星轮轴上，两个以上的行星轮（PG）置于齿圈（GR）与太阳轮（SG）之间并与齿圈（GR）形成内啮合同时与太阳轮（SG）形成外啮合；所述行星架（PC）与联动齿轮（G2）固定连接并随同第二离合器从动端（LO2）、联动齿轮（G2）一起转动支承于太阳轮轴（Z2）上；所述液压传动模块（HT）包括液压泵（HP）和液压马达（HM）；所述液压泵（HP）是一个变排量液压泵，液压泵（HP）的转子与输入轴（Z1）传动连接并随输入轴（Z1）同步转动，液压泵（HP）的定子固设于壳体（KT）上；所述液压马达（HM）是一个定量液压马达，液压马达（HM）的转子与太阳轮轴（Z2）传动连接并与太阳轮轴（Z2）同步转动，液压马达（HM）的定子固设于壳体（KT）上；所述液压泵（HP）与液压马达（HM）串联在一个供油回路中；所述机械有级变速模块由至少高、低两档机械变速结构构成。

全文数据：一种可实现三种变速传动过程的传动系统技术领域[0001]本发明属于动力传动系统，具体涉及一种可以实现单纯液压传动、液压一机械混合传动以及单纯机械传动三种传动方式的变速传动系统。背景技术[0002]变速传动系统广泛应用于工业、农业、交通以及军事装备等各个领域，在不同类型的工业设备、农业机械、各种类型车辆、船舶和军事装备等机械系统中，变速传动系统都是不可或缺的关键系统模块。变速传动系统传递动力的方式多种多样，但目前普遍采用的传动方式仍然是以机械传动和液压传动为主。[0003]机械传动利用由各种机械零部件组成的系统传递动力。机械传动具有传动精度高、工作稳定可靠、效率高、可以采用有级或无级调节传动比的方式实现变速传动等特点，但机械传动系统的结构布置柔性化程度低，进行机械无级变速传动时常常引起传动不稳定和传动效率急剧下降等问题。[0004]液压传动是利用液压栗、液压马达、各种阀类液压元件和管路等组成的系统传递动力。在液压传动系统中，液压栗是将输入系统的机械能转换为液压能的“一次换能元件”，液压马达是将液压能转换为机械能并输出系统的“二次换能元件”，液压栗与液压马达之间以压力油液为载体、通过连接二者的管路传递动力，具有传动功率密度大、系统结构布置柔性化程度高、传动控制简便、便于实现无级变速传动等特点，但液压传动与机械传动相比，传动效率相对较低。[0005]大型和重型装备启动时，所需启动转矩往往超过其正常工作所需转矩的数倍甚至数十倍，因此需要配备变速传动系统以利于顺利启动，这些装备运行时其负荷常发生变化，因此也需要通过调节传动系统的传动比以保证装备正常工作，而对于汽车、拖拉机、工程机等行走机械，则必须配备变速传动系统以满足对不同载荷和应用场景的使用要求，以及对行走速度的控制要求。发明内容[0006]本发明提供一种可实现三种变速传动过程的传动系统，其目的是使变速传动过程兼具机械传动和液压传动的特点，以适应不同类型机械装备的变速传动需要。[0007]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:一种可实现三种变速传动过程的传动系统，包括齿轴类传动零部件、第一离合器、第二离合器、NGW型行星齿轮机构、液压传动模块以及传动系统壳体。[0008]所述齿轴类传动零部件包括输入轴、太阳轮轴、输入齿轮、联动齿轮、中间主动齿轮;所述输入轴、太阳轮轴平行布置并皆相对于传动系统壳体转动支承;所述输入齿轮与所述联动齿轮常啮合。[0009]所述第一离合器由第一离合器输入端与第一离合器从动端构成;所述第一离合器输入端与输入轴传动连接，所述第一离合器从动端与输入齿轮固定连接，第一离合器从动端和输入齿轮一起转动支承于输入轴上；当第一离合器接合时，动力可由输入轴传递到输入齿轮，第一离合器分离时，输入轴与输入齿轮之间中断传动。[0010]所述第二离合器由第二离合器输入端与第二离合器从动端构成;所述第二离合器输入端与太阳轮轴传动连接，所述第二离合器从动端与联动齿轮固定连接，第二离合器从动端与联动齿轮一起转动支承于太阳轮轴上。[0011]所述NGW型行星齿轮机构由太阳轮、齿圈、行星架和两个以上的行星轮构成;所述太阳轮与太阳轮轴传动连接;所述齿圈与中间主动齿轮固定连接并转动支承于太阳轮轴上;所述两个以上的行星轮沿周向均布并转动支承于行星架的行星轮轴上，两个以上的行星轮置于齿圈与太阳轮之间并与齿圈形成内啮合同时与太阳轮形成外啮合;所述行星架与联动齿轮固定连接并随冋弟一尚合器从动端、联动齿轮一'起转动支承于太阳轮轴上。[0012]所述液压传动模块包括液压栗和液压马达;所述液压栗是一个变排量液压栗，液压栗的转子与输入轴传动连接并随输入轴同步转动，液压泵的定子固设于壳体上;所述液压马达是一个定量液压马达，液压马达的转子与太阳轮轴传动连接并与太阳轮轴同步转动，液压马达的定子固设于壳体上;所述液压栗与液压马达串联在一个供油回路中。[0013]上述技术方案的有关内容说明如下：1•上述方案中，为了使本发明传动系统在液压无级变速传动工况下输出也具有反向旋转功能，可以在所述液压传动模块中增加一个换向阀，该换向阀是一个二位四通换向阀，具有左位、右位、换向阀第一油口、换向阀第二油口、换向阀第三油口以及换向阀第四油口，换向阀的内部连通关系为：当其处于左位时换向阀第一油口与换向阀第三油口互通，同时换向阀第二油口与换向阀第四油口互通，当其处于右位时换向阀第一油口与换向阀第四油口互通，同时换向阀第二油口与换向阀第三油口互通。[0014]所述液压泵采用双向变排量液压泵，该液压栗具有一个液压泵第一油口和一个液压泵第二油口。所述液压马达采用双向定量液压马达，该液压马达具有一个液压马达第一油口和一个液压马达第二油口。所述换向阀第一油口连通液压泵第二油口，换向阀第二油口连通液压泵第一油口，换向阀第三油口连通液压马达第一油口，换向阀第四油口连通液压马达第二油口。切换换向阀的工作位置可以使传动系统在液压无级变速传动工况下输出正转或反转。[0015]2.上述方案中，为了使本发明传动系统具有多挡变速传动功能，可以在本发明传动系统的输出端增设机械有级变速模块，该机械有级变速模块由至少高、低两档机械变速结构构成。[0016]3.上述方案中，为了使本发明传动系统在液压-机械双流无级变速传动工况和机械定比传动工况下也可实现输出轴的反向旋转，仅需在机械有级变速模块中设置倒挡结构即可。[0017]4.上述方案中，所述输入齿轮对联动齿轮的传动比的取值应满足下式关系：i=nXqmXrmvqpXrpv式中：i表示输入齿轮对联动齿轮传动比；^=0.85〜1.15;qm表不液压马达的排量；rmv表示液压马达容积效率；qp表示液压栗的排量；rpv表示液压泵容积效率。[0018]本发明的工作原理是:参见图1所示，本发明作为各类机械装备的传动系统可以适应定速、变速、正转、反转等多种工作状况。当本发明使用时，机械装备工作所需动力Pi以转速ni和转矩Mi的形式由输入轴Z1输入本发明传动系统，通过系统内部变速后满足驱动机械装备工作所需要的转速no和转矩Mo,通过输出轴Z4输出驱动力Po。[0019]本发明传动系统可在液压无级变速传动、液压-机械双流无级变速传动和机械定比传动三种工况下工作：1.液压无级变速传动工况在本发明传动系统中，当第一离合器L1处于分离状态时，通过接合第二离合器L2可使太阳轮SG与行星架PC固定连接并使行星齿轮机构PM各构件间形成直接传动关系，此时，由输入轴Z1输入的动力驱动液压泵HP的转子旋转，液压泵HP由液压泵第二油口Bb吸入低压油液，并由液压泵第一油口Ba排出高压油液，排出的高压油液经换向阀V对液压马达第二油口Mb供油，驱动液压马达HM的转子旋转并经太阳轮轴Z2、齿圈GR将动力传递到中间主动齿轮G3，由此即实现了输入轴Z1向中间主动齿轮G3的传动，而由液压马达第一油口Ma排出的低压油液则经换向阀V回流至液压泵第二油口Bb。上述过程中，液压泵HP是将输入的机械能转换为液压能的机-液换能元件，液压马达HM则是将液压能转换为机械能输出的液-机换能元件，二者与液压管路、换向阀V共同组成液压传动系统，液压泵排量qP与液压马达排量qm的比值qpqm即为液压传动系统的液压传动比，在0〜qpmax的范围内对液压栗排量qp进行无级调节即可改变液压传动比，此即为传动系统的液压无级变速传动工况。在液压无级变速传动工况下，通过改变换向阀V的阀位可以改变对液压马达HM的供油方向，从而驱动液压马达HM转子反向转动，在0--qpmax的范围内对液压栗排量qp进行无级调节，g卩可改变反向转动液压传动比。[0020]2•液压-机械双流无级变速传动工况在本发明传动系统中，接合第一离合器L1同时使第二离合器L2处于分离状态时，可将由输入轴Z1输入的动力通过第一离合器L1分为两部分进行传递，一部分动力经第一离合器L1、液压栗HP、换向阀V和液压马达HM以液压传动方式传递给太阳轮SG，另一部分动力经第一尚合器L1、输入齿轮G1和联动齿轮G2以机械传动方式传递给行星架pc，两部分动力通过行星齿轮机构PM汇流后由齿圈GR传递给中间主动齿轮G3。由于液压传动部分的传动比可无级调节，调节液压传动比即调节了太阳轮SG的转速和转矩，进而实现以机械-液压双流传动方式对中间主动齿轮G3的无级变速传动，此即为传动系统的液压-机械双流无级变速传动工况。qp彡一qpmax，输出轴Z4则反向输出转速。如需由机械定比传动工况启动时，只要在第一离合器L1和第二离合器L2分离状态下，设置液压泵排量qp=0，然后再逐渐接合第一离合器L1即可。[0046]变速传动系统如需由低挡换入高挡，换挡过程如下：液压无级变速传动工况下，首先分离第二离合器L2,中断液压马达对行星齿轮机构PM的动力，然后将同步器SY由低挡从动齿轮G8—侧滑动到高挡从动齿轮一侧G7,使输出轴Z4与低档从动齿轮G8脱开传动连接，与高挡从动齿轮G7建立传动连接后，再重新接合第二离合器L2即可形成液压无级变速传动工况下的高挡传动。同理，与上述过程相反，可由高挡换入低挡。[0047]液压-机械双流无级变速传动工况下，首先分离第一离合器LI，中断输入轴Z1对行星架PC的传动，使行星齿轮机构PM失去汇流功能，然后将同步器SY由低挡从动齿轮G8—侧滑动到高挡从动齿轮一侧G7,使输出轴Z4与低档从动齿轮G8脱开传动连接，与高挡从动齿轮G7建立传动连接后，再重新接合第一离合器L1使行星齿轮机构PM恢复汇流功能，即可形成液压-机械双流无级变速传动工况下的高挡传动。同理，与上述过程相反，可由高挡换入低挡。[0048]机械定比传动工况下，首先分离第一离合器L1，中断输入轴Z1对行星架PC的传动，然后将同步器SY由低挡从动齿轮G8—侧滑动到高挡从动齿轮一侧G7,使输出轴Z4与低档从动齿轮G8脱开传动连接，与高挡从动齿轮G7建立传动连接后，再重新接合第一离合器L1恢复输入轴Z1对行星架PC的传动，即可形成液压-机械双流无级变速传动工况下的高挡传动。同理，与上述过程相反，可由高挡换入低挡。[0049]以上实施例只给出了本发明的一种典型实施方式，实际上本发明在此基础上仍存在其他的变化和延伸，现针对本发明可能出现的变化和延伸说明如下：1•以上实施例中，本发明变速传动系统只能在在液压无级变速传动工况下，通过改变换向阀V的阀位来使输出轴Z4反向旋转，欲使本发明变速传动系统在液压-机械双流无级变速传动工况和机械定比传动工况下也可实现输出轴Z4的反向旋转，仅需在机械有级变速模块中设置倒挡即可。[0050]2.以上实施例中，本发明变速传动系统中仅给出了高、低两档结构，如需更多挡位，只需增设机械有级变速模块的挡位数即可。[0051]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种可实现三种变速传动过程的传动系统，其特征在于:包括齿轴类传动零部件、第一离合器L1、第二离合器L2、NGW型行星齿轮机构PM、液压传动模块HT以及传动系统壳体KT;所述齿轴类传动零部件包括输入轴（Z1、太阳轮轴（Z2、输入齿轮（G1、联动齿轮G2、中间主动齿轮G3;所述输入轴Z1、太阳轮轴Z2平行布置并皆相对于传动系统壳体KT转动支承;所述输入齿轮G1与所述联动齿轮G2常啮合；所述第一离合器L1由第一离合器输入端LI1与第一离合器从动端L〇i构成;所述第一离合器输入端LI1与输入轴Z1传动连接，所述第一离合器从动端L01与输入齿轮G1固定连接，第一离合器从动端L01和输入齿轮G1—起转动支承于输入轴Z1上；当第一离合器L1接合时，动力可由输入轴Z1传递到输入齿轮G1，第一离合器L1分离时，输入轴Z1与输入齿轮G1之间中断传动；所述第二离合器L2由第二离合器输入端LI2与第二离合器从动端L02构成;所述第二离合器输入端LI2与太阳轮轴Z2传动连接，所述第二离合器从动端L〇2与联动齿轮G2固定连接，第二离合器从动端L02与联动齿轮G2—起转动支承于太阳轮轴Z2上；所述NGW型行星齿轮机构PM由太阳轮SG、齿圈GR、行星架PC和两个以上的行星轮PG构成;所述太阳轮SG与太阳轮轴（Z2传动连接;所述齿圈（GR与中间主动齿轮G3固定连接并转动支承于太阳轮轴Z2上;所述两个以上的行星轮PG沿周向均布并转动支承于行星架PC的行星轮轴上，两个以上的行星轮PG置于齿圈GR与太阳轮SG之间并与齿圈（GR形成内啮合同时与太阳轮SG形成外啮合;所述行星架PC与联动齿轮G2固定连接并随同第二离合器从动端（L02、联动齿轮G2—起转动支承于太阳轮轴Z2上；所述液压传动模块HT包括液压栗HP和液压马达HM;所述液压泵HP是一个变排量液压栗，液压栗HP的转子与输入轴（Z1传动连接并随输入轴（Z1同步转动，液压泵HP的定子固设于壳体KT上;所述液压马达HM是一个定量液压马达，液压马达HM的转子与太阳轮轴Z2传动连接并与太阳轮轴Z2同步转动，液压马达HM的定子固设于壳体KT上;所述液压栗HP与液压马达HM串联在一个供油回路中。2.根据权利要求1所述的传动系统，其特征在于:所述液压传动模块HT包括换向阀V，该换向阀（V是一个二位四通换向阀，具有左位、右位、换向阀第一油口（a、换向阀第二油口⑹、换向阀第三油口（c以及换向阀第四油口（d，换向阀V的内部连通关系为：当其处于左位时换向阀第一油口（a与换向阀第三油口（c互通，同时换向阀第二油口（b与换向阀第四油口（d互通，当其处于右位时换向阀第一油口（a与换向阀第四油口（d互通，同时换向阀第二油口（b与换向阀第三油口（c互通；所述液压泵HP是一个双向变排量液压栗，该液压泵HP具有一个液压泵第一油口Ba和一个液压栗第二油口（Bb;所述液压马达HM是一个双向定量液压马达，该液压马达HM具有一个液压马达第一油口（Ma和一个液压马达第二油口Mb;所述换向阀第一油口（a连通液压泵第二油口（Bb，换向阀第二油口（b连通液压泵第一油口（Ba，换向阀第三油口（c连通液压马达第一油口（Ma，换向阀第四油口（d连通液压马达第二油口（Mb。3.根据权利要求1或2所述的传动系统，其特征在于:包括机械有级变速模块，该机械有级变速模块由至少高、低两档机械变速结构构成。4.根据权利要求3所述的传动系统，其特征在于:所述机械有级变速模块由高、低两档机械变速结构构成，该高、低两档机械变速结构由中间轴23、输出轴Z4、中间从动齿轮G4、高挡主动齿轮G5、低挡主动齿轮G6、高挡从动齿轮G7、低挡从动齿轮G8和换挡同步器SY组成；所述中间轴Z3和输出轴Z4与所述输入轴Z1平行布置并皆相对于传动系统壳体KT转动支承;所述中间主动齿轮G3与所述中间从动齿轮G4常啮合;所述中间从动齿轮G4、高挡主动齿轮G5和低挡主动齿轮G6固设于中间轴Z3上并随中间轴Z3同步转动;所述高挡主动齿轮G5与所述高挡从动齿轮G7常啮合;所述低挡主动齿轮G6与所述低挡从动齿轮G8常啮合;所述高挡从动齿轮G7和低挡从动齿轮G8套设于输出轴Z4上并可相对与输出轴Z4转动；所述换挡同步器（SY位于高挡从动齿轮G7与低挡从动齿轮G8之间并与输出轴Z4连接，换挡同步器SY随输出轴Z4同步旋转并可沿输出轴Z4轴向滑动，当换挡同步器SY滑动到高挡从动齿轮G7—侧并与高挡从动齿轮G7结合时，输出轴Z4与高挡从动齿轮G7形成同步转动连接，当换挡同步器SY滑动到低挡从动齿轮G8—侧并与低挡从动齿轮G8结合时，输出轴Z4与低挡从动齿轮G8形成同步转动连接，当换挡同步器SY处于中间位置时，输出轴Z4与高挡从动齿轮G7和低挡从动齿轮G8同时断开连接。5.根据权利要求3所述的传动系统，其特征在于:所述机械有级变速模块中设置有倒挡结构。6.根据权利要求1所述的传动系统，其特征在于:所述输入齿轮G1对联动齿轮G2的传动比（i的取值应满足下式关系：i=qXqmXrmv+qpXrpv式中：i表示输入齿轮对联动齿轮传动比；n=〇.85〜1.15;qm表示液压马达HM的排量；rmv表示液压马达容积效率；qp表示液压泵HP的排量；rpv表示液压栗容积效率。7.根据权利要求1所述的传动系统，其特征在于：所述第一离合器L1、第二离合器L2是湿式多摩擦式离合器，或是干式多片摩擦式离合器。8.根据权利要求1所述的传动系统，其特征在于:所述液压泵HP是双向变排量轴向柱塞泵，或是双向变排量单作用叶片泵。9.根据权利要求1所述的传动系统，其特征在于:所述液压马达HM是双向定量轴向柱塞马达，或是双向定量叶片马达，或是双向定量齿轮马达。10.根据权利要求1所述的传动系统，其特征在于:所述液压传动模块HT采用闭式液压循环系统，或是采用开式液压循环系统。

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