CN102808904A - 高速车辆用双湿式定轴行星复合式机械变速机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高速车辆用双湿式定轴行星复合式机械变速机构，属于车辆工程技术领域，本发明运用双湿式换档操纵元件的混合匹配进行快速换档的设计思想，提出了定轴与行星复合式机械变速机构方案，变速机构具有六个前进档和二个倒档。通过调整变速机构的输入结构来适应车辆动力装置的纵向布置或横向布置，通过调整变速机构的输出结构来适应履带式车辆或多轮驱动轮式车辆的不同驱动需求。采用双湿式换档操纵元件进行直接换档，保证了变速机构换档过程平稳快速。本发明的定轴行星复合式直接换档机械变速机构具有高传动效率、高功率密度、结构简单等特点，可满足高速高机动车辆的使用需求。

Description

高速车辆用双湿式定轴行星复合式机械变速机构

技术领域

本发明涉及一种应用于高速车辆的机械变速机构，尤其涉及一种双湿式定轴行星复合式机械变速机构，属于车辆工程技术领域。

背景技术

传动***位于动力装置和驱动轮之间，通过控制实现车辆的各种机动功能，具有不可替代的作用。变速机构是传动***的核心部分，研制具有高传动效率、高功率密度和高可靠性的变速机构一直是车辆工程技术领域的追求目标。未来高机动车辆迫切需求高转速、宽传动范围、高传动效率、高功率密度的先进变速机构。目前广泛应用的多自由度以三自由度为主液力机械传动***虽然已较好满足了当代高机动履带式车辆和轮式车辆的需求，且具有较高的可靠性，但由于传动***中采用了液力变矩器及其供油***，而使得***的传动效率不高和体积较大，不能够满足未来高速车辆对高效率、小体积、轻质量的传动***的需求。

针对未来高速车辆的需求，国内外在高传动效率、高功率密度的先进传动方面进行了广泛的研究探索，在高集成度液力机械传动、电传动、混合驱动传动、机械传动、静液驱动传动等方面都有丰富的研究成果。近10年来，我国在履带式车辆定轴式多自由度综合传动方面取得了显著的成果，已经有成熟定型产品投入部队使用，但在履带式车辆行星式多自由度综合传动方面的研制进展缓慢，主要是受到复杂行星变速机构的工程化设计与加工制造方面基础薄弱的制约，尚没有相应的定型产品供部队使用，在轮式车辆方面尚没有采用湿式换档操纵元件的高性能多自由度传动***设计方案；我国在电传动和混合驱动传动、静液驱动传动方面的工程化研究则刚刚起步，还远不能满足定型实用的要求。根据国内外在各种传动的发展经验，采用双湿式换档操纵元件实现快速换档的机械传动将是未来高速车辆传动***的重要发展方向之一。

发明内容

本发明提供一种高速车辆用双湿式定轴行星复合式机械变速机构，通过在定轴变速机构基础上融入简单的行星变速机构，可构成应用双湿式换档操纵元件进行快速换档的定轴行星复合式多自由度变速机构，该机构将具有高传动效率、高功率密度和良好的操纵灵活性。

高速车辆用双湿式定轴行星复合式机械变速机构，包括变速机构箱体、一套二自由度行星变速机构和一套二自由度定轴变速机构，其中二自由度行星变速机构包括一个行星排、CH湿式离合器和BL湿式制动器，行星排由内齿圈、行星架和太阳齿轮组成，CH湿式离合器位于行星排的内齿圈与太阳齿轮之间，BL湿式制动器位于行星排的太阳轮与复合式机械变速机构的箱体之间；二自由度定轴变速机构由四个湿式离合器、四组变速齿轮副、变速I轴和变速II轴组成；四个湿式离合器分别是C1湿式离合器、C2湿式离合器、C 3湿式离合器和CR湿式离合器，每个湿式离合器与每一组变速齿轮副对应联接。

其中：变速II轴和变速I轴上下平行布置在变速机构箱体内部，变速I轴上自左至右依次布置倒档主动齿轮、C3主动齿轮、C1主动齿轮、C1湿式离合器、C2湿式离合器、C2主动齿轮、被动锥齿轮和行星变速机构；变速II轴上自左至右依次布置左汇流行星排HL、倒档被动齿轮、CR湿式离合器、C3湿式离合器、C3被动齿轮、C1被动齿轮、C2被动齿轮和右汇流行星行排HR；

在变速I轴上，倒档主动齿轮与倒档惰轮直接啮合；C3主动齿轮与位于变速II轴上的C3被动齿轮直接啮合；C1主动齿轮与位于变速II轴上的C1被动齿轮直接啮合、C1主动齿轮与C1湿式离合器的被动部分采用花键直接联接；C2湿式离合器的被动部分与C2主动齿轮采用花键直接联接，C2主动齿轮与位于变速II轴上的C2被动齿轮直接啮合；C1湿式离合器与C2湿式离合器集成于一体，共用一个离合器缸套；被动锥齿轮与主动锥齿轮直接啮合、被动锥齿轮与行星排的内齿圈采用花键直接联接；变速I轴右端与行星排的行星架采用花键直接联接；CH湿式离合器的主动部分与行星排的内齿圈采用花键直接联接，CH湿式离合器的被动部分与行星排的太阳齿轮采用花键直接联接；BL湿式制动器的主动部分与行星排的太阳齿轮采用花键直接联接，BL湿式制动器8的被动部分采用螺栓联接固定在变速机构的箱体上；

在变速II轴上，左汇流大齿轮位于左汇流行星排HL左侧、通过花键联接左汇流行星排HL的太阳齿轮，左动力输出轴与左汇流行星排HL的行星架采用花键直接联接；右汇流大齿轮位于右汇流行星行排HR右侧、通过花键联接右汇流行星行排HR的太阳齿轮，右动力输出轴与右汇流行星行排HR14的行星架采用花键直接联接。CR湿式离合器与C3湿式离合器21集成设计于一体，共用一个离合器缸套。轮式车辆的变速机构中，变速II轴16上自左至右依次布置倒档被动齿轮、CR湿式离合器、C3湿式离合器、C3被动齿轮、C1被动齿轮、C2被动齿轮。

发动机纵向布置时，动力输入齿轮1、分流齿轮2、供油泵驱动齿轮32和驱动齿轮4的各自轴线均与主动锥齿轮3的轴线平行，分流齿轮2与主动锥齿轮3组成共轴的双联齿轮。动力输入齿轮1同时与分流齿轮2和供油泵驱动齿轮32啮合，供油泵驱动齿轮32与供油泵34采用花键直接联接；驱动齿轮4与供油泵驱动齿轮32直接啮合。

发动机横向布置时，动力输入齿轮1、供油泵驱动齿轮32、驱动齿轮4的各自轴线均与变速I轴28平行，动力输入齿轮1与行星变速机构的内齿圈7直接联接。供油泵驱动齿轮32同时与动力输入齿轮1和驱动齿轮4啮合，供油泵驱动齿轮32与供油泵34采用花键直接联接。

此外，当应用于高速轮式车辆时，复合式机械变速机构去掉左汇流大齿轮26、左汇流行星排HL24、右汇流大齿轮13和右汇流行星行排HR14。

工作原理：当行星变速机构的CH湿式离合器9结合、BL湿式制动器8分离时，实现行星变速机构从行星排的内齿圈7至行星架11的传动比为1，直驶变速功率由行星变速机构的内齿圈7等速传递至行星架11后，到达变速I轴28左端；当BL湿式制动器8结合、CH湿式离合器9分离时，实现行星变速机构从行星排的内齿圈7至行星架11的传动比为(1+k)/k，k为行星排的特性参数，数值上等于行星排的内齿圈齿数7与太阳齿轮10齿数之比，直驶变速功率由行星变速机构的内齿圈7降速传递至行星架11后，到达变速I轴11左端。

复合式机械变速机构的每个变速档位通过同时结合行星变速机构的一个湿式换档操纵元件和定轴变速机构的一个湿式换档操纵元件来共同实现，通过混合匹配，使复合式机械变速机构具有六个前进档和二个倒档的直驶变速功能；当应用于高速履带式车辆时，复合式机械变速机构具有与转向动力输入机构相联接的左右汇流机构，当应用于高速多轮驱动轮式车辆时，复合式机械变速机构没有与转向动力输入机构相联接的左右汇流机构。

有益效果：本发明采用了双湿式换档操纵元件进行直接换档，通过控制行星变速机构的内齿圈、行星架和太阳齿轮等三元件的运动关系，并与定轴变速机构相配合，保证了复合式机械变速机构换档过程平稳快速柔和，可显著提高车辆的机动性；所采用的复合式机械变速机构具有高的传动效率和功率密度。由于二自由度行星变速机构和定轴变速机构结构简单可靠，加工工艺简单。复合式机械变速机构具有较好的通用化和系列化基础，成本低且变型能力强，可满足高速履带式车辆和高速多轮驱动轮式车辆的不同驱动需求。

附图说明

图1是本发明的高速履带式车辆发动机纵向布置用双湿式定轴行星复合式直接换档机械变速机构传动简图。

图2是本发明的高速履带式车辆发动机横向布置用双湿式定轴行星复合式直接换档机械变速机构传动简图。

图3是本发明的高速轮式车辆发动机横向布置用双湿式定轴行星复合式直接换档机械变速机构传动简图。

其中：1.动力输入齿轮，2.分流齿轮，3.主动锥齿轮，4.驱动齿轮，5.被动锥齿轮，6.变速机构箱体，7.内齿圈，8.BL湿式制动器，9.CH湿式离合器，10.太阳齿轮，11.行星架，12.右动力输出轴，13.右汇流大齿轮，14.右汇流行星排HR，15.C2被动齿轮，16.变速II轴，17.C2湿式离合器，18.C1湿式离合器，19.C1被动齿轮，20.C3被动齿轮，21.C3湿式离合器，22.CR湿式离合器，23.倒档被动齿轮，24.左汇流行星排HL，25.左动力输出轴，26.左汇流大齿轮，27.倒档惰轮，28.变速I轴，29.倒档主动齿轮，30.C1主动齿轮，31.C3主动齿轮，32.供油泵驱动齿轮，33.C2主动齿轮，34.供油泵

具体实施方式

如图1所示，当复合式机械变速机构应用于发动机纵向布置的高速履带式车辆时，动力输入经动力输入齿轮1，传至分流齿轮2后进行功率分流，分流后的功率并行输入到直驶变速功率流的主动锥齿轮3和其它功率流如转向功率流、风扇驱动功率等的驱动齿轮4；如图2所示，当复合式机械变速机构应用于发动机横向布置的高速履带式车辆时，动力输入在复合式机械变速机构的动力输入齿轮1处进行功率分流，直驶功率流直接传递至二自由度行星变速机构的内齿圈7，而其它功率流如转向功率流、风扇驱动功率等由动力输入齿轮1经供油泵驱动齿轮32传递至驱动齿轮4。如图1和图2所示，当复合式机械变速机构应用于高速履带式车辆时，复合式机械变速机构具有与转向动力输入机构相联接的左汇流大齿轮26、左汇流行星排HL24、右汇流大齿轮13和右汇流行星行排HR14，当应用于高速轮式车辆时，复合式机械变速机构在图2的基础上去掉左汇流大齿轮26、左汇流行星排HL24、右汇流大齿轮13和右汇流行星行排HR14。

2)直驶变速功率流由主动锥齿轮3经被动锥齿轮5后传递至二自由度行星变速机构的内齿圈7。二自由度行星变速机构由一个普通的内外啮合单星行星排、CH湿式离合器9和BL湿式制动器8构成，行星排由内齿圈7、行星架11和太阳齿轮10组成，CH湿式离合器9位于行星排的内齿圈7与太阳齿轮10之间，BL湿式制动器8位于行星排的太阳轮与复合式机械变速机构的箱体6之间。当CH湿式离合器9结合、BL湿式制动器8分离时，实现行星变速机构从行星排的内齿圈7至行星架11的传动比为1，直驶变速功率由行星变速机构的内齿圈7等速传递至行星架11后，到达变速I轴28左端；当BL湿式制动器8结合、CH湿式离合器9分离时，实现行星变速机构从行星排的内齿圈7至行星架11的传动比为(1+k)/k，k为行星排的特性参数，数值上等于行星排的内齿圈齿数7与太阳齿轮10齿数之比，直驶变速功率由行星变速机构的内齿圈7降速传递至行星架11后，到达变速I轴11左端。

复合式机械变速机构的湿式换档操纵元件与档位的逻辑关系如表1所示。每个变速档位需同时结合二自由度行星变速机构的一个湿式换档操纵元件和二自由度定轴变速机构的一个湿式换档元件来决定。各档动力传递路线如表2所示。在直驶动力按照表2所列的档位传递路线传递至变速II轴16后，将等速分配到左汇流行星排HL24和右汇流行星行排HR14，最后分别经左动力输出轴25和右动力输出轴12后输出，分别驱动车辆两侧行走机构，实现车辆直驶。

表1复合式机械变速机构的湿式换档操纵元件与档位的逻辑关系

表中：●代表该湿式换档操纵元件结合

表2双湿式机械变速机构的各档动力传递路线表

复合式机械变速机构在由当前档位换至相邻的下一目标档位时，先使CH湿式离合器9或BL湿式制动器8的结合油压卸荷，使CH湿式离合器9或BL湿式制动器8处于分离状态，行星变速机构的内齿圈7、行星架11和太阳齿轮10处于自由状态，与此同时，通过对结合油压的卸荷控制使定轴变速机构在当前档位中处于结合状态的湿式离合器分离，将对应的湿式离合器与变速I轴28或变速II轴16之间的动力切断，使得复合式机械变速机构处于空档状态，随后，通过对结合油压的建压控制使定轴变速机构在目标档位的湿式离合器结合，即目标档位的湿式离合器与变速I轴28或变速II轴16实现动力传递，最后，通过对结合油压的建压控制使行星变速机构在目标档位的BL湿式制动器8或CH湿式离合器9结合，恢复行星变速机构的动力传递。经过上述换档过程，实现复合式机械变速机构由当前档位切换到目标档位，切换过程中的湿式离合器与湿式制动器的结合油压均通过操纵液压***进行缓冲控制和时序控制，控制油由供油泵34提供。

Claims (6)

1.高速车辆用双湿式定轴行星复合式机械变速机构，其特征在于包括变速机构箱体(6)、一套二自由度行星变速机构和一套二自由度定轴变速机构，其中二自由度行星变速机构包括一个行星排、CH湿式离合器(9)和BL湿式制动器(8)，行星排包括内齿圈(7)、行星架(11)和太阳齿轮(10)，CH湿式离合器(9)位于行星排的内齿圈(7)与太阳齿轮(10)之间，BL湿式制动器(8)位于行星排的太阳轮与变速机构箱体(6)之间；二自由度定轴变速机构包括四个湿式离合器、四组变速齿轮副、变速I轴(28)和变速II轴(16)；四个湿式离合器分别是C1湿式离合器(18)、C2湿式离合器(17)、C3湿式离合器(21)和CR湿式离合器(22)，每个湿式离合器与每一组变速齿轮副对应联接；变速II轴(16)和变速I轴(28)上下平行布置在变速机构箱体(6)内部，变速I轴(28)上自左至右依次布置倒档主动齿轮(29)、C 3主动齿轮(31)、C1主动齿轮(30)、C1湿式离合器(18)、C2湿式离合器(17)、C2主动齿轮(33)、被动锥齿轮(5)和行星变速机构；变速II轴(16)上自左至右依次布置左汇流行星排HL(24)、倒档被动齿轮(23)、CR湿式离合器(22)、C3湿式离合器(21)、C3被动齿轮(20)、C1被动齿轮(19)、C2被动齿轮(15)和右汇流行星行排HR(14)。

2.如权利要求1所述的高速车辆用双湿式定轴行星复合式机械变速机构，其特征在于在变速I轴(28)上，倒档主动齿轮(29)与倒档惰轮(27)啮合；C3主动齿轮(31)与位于变速II轴(16)上的C3被动齿轮(20)啮合；C1主动齿轮(30)与位于变速II轴(16)上的C1被动齿轮(19)啮合、C1主动齿轮(30)与C1湿式离合器(18)的被动部分采用花键联接；C2湿式离合器(17)的被动部分与C2主动齿轮(33)采用花键联接，C2主动齿轮(33)与位于变速II轴(16)上的C2被动齿轮(15)啮合；C1湿式离合器(18)与C2湿式离合器(17)共用一个离合器缸套；被动锥齿轮(5)与主动锥齿轮(3)啮合、被动锥齿轮(5)与行星排的内齿圈(7)采用花键联接；变速I轴(28)右端与行星排的行星架(11)采用花键联接；CH湿式离合器(9)的主动部分与行星排的内齿圈(7)采用花键联接，CH湿式离合器(9)的被动部分与行星排的太阳齿轮(10)采用花键联接；BL湿式制动器(8)的主动部分与行星排的太阳齿轮(10)采用花键联接，BL湿式制动器(8)的被动部分用螺栓固定在变速机构箱体(6)上。

3.如权利要求1所述的高速车辆用双湿式定轴行星复合式机械变速机构，其特征在于在变速II轴(16)上，左汇流大齿轮(26)位于左汇流行星排HL(24)左侧、通过花键联接左汇流行星排HL(24)的太阳齿轮，左动力输出轴(25)与左汇流行星排HL(24)的行星架采用花键联接；右汇流大齿轮(13)位于右汇流行星行排HR(14)右侧、通过花键联接右汇流行星行排HR(14)的太阳齿轮，右动力输出轴(12)与右汇流行星行排HR(14)的行星架采用花键联接；CR湿式离合器(22)与C 3湿式离合器(21)共用一个离合器缸套。

4.如权利要求1所述的高速车辆用双湿式定轴行星复合式机械变速机构，其特征在于发动机纵向布置时，动力输入齿轮(1)、分流齿轮(2)、供油泵驱动齿轮(32)和驱动齿轮(4)的各自轴线均与主动锥齿轮(3)的轴线平行，分流齿轮(2)与主动锥齿轮(3)组成共轴的双联齿轮；动力输入齿轮(1)同时与分流齿轮(2)和供油泵驱动齿轮(32)啮合，供油泵驱动齿轮(32)与供油泵(34)采用花键联接；驱动齿轮(4)与供油泵驱动齿轮(32)啮合。

5.如权利要求1所述的高速车辆用双湿式定轴行星复合式机械变速机构，其特征在于发动机横向布置时，动力输入齿轮(1)、供油泵驱动齿轮(32)、驱动齿轮(4)的各自轴线均与变速I轴(28)平行，动力输入齿轮(1)与行星变速机构的内齿圈(7)联接；供油泵驱动齿轮(32)同时与动力输入齿轮(1)和驱动齿轮(4)啮合，供油泵驱动齿轮(32)与供油泵(34)采用花键联接。

6.如权利要求1所述的高速车辆用双湿式定轴行星复合式机械变速机构，其特征在于当应用于高速轮式车辆时，机构去掉左汇流大齿轮(26)、左汇流行星排HL(24)、右汇流大齿轮(13)和右汇流行星行排HR(14)，变速II轴(16)上自左至右依次布置倒档被动齿轮(23)、CR湿式离合器(22)、C3湿式离合器(21)、C3被动齿轮(20)、C1被动齿轮(19)、C2被动齿轮(15)。

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