JP4257018B2 - トラクタの前輪変速装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、前輪の周速度を後輪の周速度に対して、略同速度としたり、無段階に変速可能とする機構を備えたトラクタの前輪変速装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の四輪駆動のトラクタにおける通常の走行時には、前輪の周速度と後輪の周速度とが略等しく設定されている。一方、旋回時において旋回半径を小さくするためには、前輪の周速度を後輪の周速度よりも大きく設定する必要がある。そこで、前輪の周速度と後輪の周速度とが略等しくなる標準伝達状態と、前輪の周速度が後輪の周速度より大きくなる増速伝達状態とに切り換えられる前輪倍速装置を、前輪への動力伝達中に設け、旋回時にはこの前輪倍速装置を増速伝動状態に切り換えて、旋回半径を小さくすることが行われている。例えば実公平６−２８３４６の技術である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような従来技術においては、前輪を一定角度切った時点で増速状態と切り換わるため、変形した圃場を畦に沿って耕耘する場合や、芝や草を刈るモア作業時等では、前輪の切れ角に応じた前輪速度が得られず、旋回し過ぎたり、蛇行して圃場を荒らしてしまったり、芝を傷める等の問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上のような課題を解決するために、次のような手段を用いる。
【０００５】
請求項１においては、エンジン（２）からの動力を操向自在な前輪（１４）に伝える動力伝達経路に前輪変速装置（２９）を設け、該前輪変速装置（２９）を第一連結装置（５０）と第二連結装置（５１）より構成して、選択的に連結可能とし、該第一連結装置（５０）は入力手段である入力歯車（４２）と、前記前輪（１４）に動力を伝達する出力軸（５５）に連結可能とし、第二連結装置（５１）は入力歯車（４２）と前記出力軸（５５）の間で連続的に無段階に連結可能とし、該第一連結装置（５０）はデフ式差動装置とクラッチにより構成し、前記入力歯車（４２）はデフ式差動装置のデフケース（５２）の外周に形成し、該デフケース（５２）は前輪動力取出ケース（１７）に回転自在に支持し、該デフケース（５２）の前部内には、デフピニオン（５３・５３）を回転自在に支持し、該デフピニオン（５３・５３）には、それぞれデフサイドギヤ（５４Ｆ・５４Ｒ）を互いに噛合し、前側のデフサイドギヤ（５４Ｆ）は出力軸（５５）上に固設し、該出力軸（５５）はデフケース（５２）に回転自在に支持し、前端を前輪伝動軸（１９）と連結し、後側のデフサイドギヤ（５４Ｒ）は、変速軸（５６）上に固設されて、該変速軸（５６）の後端は第二連結装置（５１）に挿入し、該デフケース（５２）の後部はクラッチケース（５２ａ）とし、前記変速軸（５６）上の摩擦板（５８）と、該クラッチケース（５２ａ）に内嵌した摩擦板（５９）と、ピストン（５７）によりクラッチを構成し、該クラッチは、ソレノイド（６６ａ）を作動し、電磁切換バルブ（６６）を切り換え、圧油によりピストン（５７）を摺動させて、該摩擦板（５８・５９）を圧接する油圧クラッチとし、前記第二連結装置（５１）は、該変速軸（５６）の後端部周囲を支持する前輪動力取出ケース（１７）をクラッチケース（１７ａ）とし、該クラッチケース（１７ａ）内の変速軸（５６）上のロータ（６０）と、該クラッチケース（１７ａ）の間の空間内に磁性パウダ（６１）を充填し、該ロータ（６０）の外周側のクラッチケース（１７ａ）にコイル（６２）を配設し、該コイル（６２）はコントローラ（６４）と接続して電磁パウダー式クラッチとし、該電磁パウダー式クラッチの摩擦により、該ロータ（６０）の回転数を無段階に変更可能としたものである。
【０００６】
請求項２においては、請求項１記載のトラクタの前輪変速装置において、前記第一連結装置（５０）により、前記入力歯車（４２）と前記出力軸（５５）とを連結して、前輪（１４）と後輪（１５）が略同速の４輪駆動とし、前記第一連結装置（５０）と第二連結装置（５１）をフリーとすることにより、該前輪（１４）を駆動せずに、後輪（１５）のみを駆動する２輪駆動とし、前記第二連結装置（５１）で出力軸（５５）と入力手段の間で連続的に無段階に連結することにより、該前輪（１４）の回転速度を同速から二倍までの変速が得られるようにしたものである。
請求項３においては、請求項２記載のトラクタの前輪変速装置において、前記第二連結装置（５１）の回転数を変更する連結作動手段を、ハンドル（５）の切れ角を検知する手段と接続したものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の解決すべき課題及び手段は以上の如くであり、次に添付の図面に示した本発明の一実施例を説明する。図１は本発明の前輪変速装置を装備したトラクタの側面図、図２は駆動伝達経路を示すスケルトン図、図３は本発明の前輪変速装置の断面図、図４は制御ブロック図である。
【０００８】
まず、本発明に係る前輪変速装置を具備した一実施例であるトラクタの概略構成について説明する。図１において、エンジンフレーム１上にエンジン２が配置され、該エンジン２をボンネット３にて覆い、該ボンネット３の後部のダッシュボード４上に操向手段となるハンドル５を突出している。該ハンドル５の後方に座席シート６を配設し、該座席シート６の側部に主変速レバー７が配置され、該座席シート６及びハンドル５が配設されている部分を操縦部９としている。
【０００９】
また、前記エンジン２の後部にはクラッチハウジング１０が連結されて、該クラッチハウジング１０はメインクラッチ１１を収納して、その後部に伝動ケース１２を介してミッションケース１３が連設され、該ミッションケース１３の両側にリアアクスルケースを介して後輪１５を支承している。また、該ミッションケース１３の後部には、各種作業機を装着するための、三点リンク式の作業機装着装置１６が設けられ、該ミッションケース１３の後面よりＰＴＯ軸が突出されて、作業機を駆動可能としている。また、ミッションケース１３の前下部に前輪動力取出ケース１７が設けられ、該前輪動力取出ケース１７より前方に、伝動軸１９を介してフロントアクスルケース２０に動力を伝え、該フロントアクスルケース２０に支持した前輪１４を駆動可能する構成としている。
【００１０】
次に、トラクタの駆動伝達系について、図２を用いて説明する。前記エンジン２の出力軸の後部にメインクラッチ１１を介して前後進切換機構２２が設けられ、該前後進切換機構２２の後方に主変速機構２３が設けられ、その後部に副変速機構２４が設けられ、更にその後部にクリープ変速機構２５が設けられ、変速後の走行用の動力がドライブ軸３０に伝達される。一方、前記出力軸の動力はパイプ軸３１内の伝動軸３２にも伝えられ、該伝動軸３２の後端よりＰＴＯ変速機構２６を介してミッションケース１３の後端に設けたＰＴＯ軸２７に動力を伝達可能としている。
【００１１】
そして、前記ドライブ軸３０の後端に設けたドライブピニオン３３を介して後輪デフ装置３４に動力が伝えられ、該後輪デフ装置３４より左右のデフヨーク軸３５Ｌ・３５Ｒ、最終減速機構３６・３６を介して、後輪１５・１５が駆動される構成としている。また、前記ドライブ軸３０上に前輪駆動歯車４０が固設され、該前輪駆動歯車４０よりカウンター歯車４１を介して、本発明の前輪変速装置２９の入力手段となる入力歯車４２に伝えられる。該前輪変速装置２９により変速された後の動力は、出力軸５５より前記伝動軸１９を介してフロントアクスルケース２０内の、フロントデフ装置４３に動力が伝達され、該フロントデフ装置４３より、両側のデフヨーク軸４４Ｌ・４４Ｒを介して最終減速機構４５を介して前輪１４・１４を駆動するようにしている。
【００１２】
次に、本発明の前輪変速装置２９について説明する。図３に示すように、前輪変速装置２９は前側の第一連結装置５０と、後側の第二連結装置５１からなり、第一連結装置５０は差動装置（デフ装置）とクラッチより構成され、前記入力歯車４２はデフケース５２の前後略中央に形成され、該デフケース５２は前輪動力取出ケース１７にベアリングを介して回転自在に支持されている。該デフケース５２の前部内には、デフピニオン５３・５３が回転自在に支持され、該デフピニオン５３・５３には、それぞれデフサイドギヤ５４Ｆ・５４Ｒが互いに噛合されている。前側のデフサイドギヤ５４Ｆは出力軸５５上に固設されて、該出力軸５５はデフケース５２に回転自在に支持され、前端にユニバーサルジョイントを介して前記伝動軸１９と連結されている。後側のデフサイドギヤ５４Ｒは、変速軸５６上に固設されて、該変速軸５６の後端は第二連結装置５１に挿入されている。こうして差動装置を構成している。
【００１３】
デフケース５２の後部はクラッチケース５２ａとし、該クラッチケース５２ａ内にピストン５７と、前記変速軸５６上に軸方向に摺動可能に外嵌した摩擦板５８・５８とクラッチケース５２ａに内嵌した摩擦板５９・５９とを交互に配置して収納し、前記ピストン５７を作動させることによって摩擦板５８・５９を圧接するように配置している。こうしてクラッチを構成している。
【００１４】
前記第二連結装置５１は無段階に回転数を変更できるクラッチまたはブレーキより構成されており、本実施例では電磁パウダークラッチにより構成している。但し、設置スペースやコスト等を考慮しない場合にはクラッチの代わりに無段変速装置に置き換えることもでき、無段階に回転数を変更できるものであれば限定するものではない。前記電磁パウダークラッチは変速軸５６の後端部上に配置されており、前輪動力取出ケース１７が、該変速軸５６の後端部周囲を支持する部分をクラッチケース１７ａとし、該クラッチケース１７ａ内の変速軸５６上に円盤状または円筒状のロータ６０が固設され、該ロータ６０とクラッチケース１７ａの間の空間内に磁性粉体（パウダ）６１が充填されている。そして、更にロータ６０の外周側のクラッチケース１７ａに連結作動手段となるコイル６２が配設され、該コイル６２は図４に示すように、駆動回路６３を介してコントローラ６４と接続されている。
【００１５】
こうして、第一連結装置５０のクラッチの連結を解除し、第二連結装置５１のコイル６２に電流を流すことにより、コイル６２が励磁されてコイル６２から発生した磁束に沿って磁性粉体６１が鎖状につながって連結し、その磁性粉体間の剪断抵抗がトルクを発生し、このトルクは電流に比例する。従って、ロータ６０とクラッチケース１７ａの間のスリップを制御できるのである。つまり、電流を制御することにより、変速軸５６の回転数を制御でき、ロータ６０とクラッチケース１７ａを連結固定することで該変速軸５６の回転が停止されて、入力歯車４２の回転はデフサイドギヤ５４Ｒの歯数Ｚ1 とデフサイドギヤ５４Ｆの歯数Ｚ2 により、（Ｚ1 ＋Ｚ2 ）／Ｚ2 に変速されて前輪１４を駆動する。本実施例ではＺ1 ＝Ｚ2 につき、連結時には前輪１４の周速度を後輪１５の周速度に対して二倍となるようにしているのである。即ち、前輪１４の周速度を後輪１５の周速度に対して同速から倍速まで変速できるようにしている。
【００１６】
また、図４に示すように、コントローラ６４には駆動回路６５を介して、電磁切換バルブ６６のソレノイド６６ａと接続され、該電磁切換バルブ６６は前記ピストン５７を駆動させるための油路を切り換えるようにしている。該コントローラ６４には、更に切換スイッチ６７が接続され、２輪駆動と４輪駆動と前輪変速とを切り換えられるようにし、該切換スイッチ６７は操縦部９近傍に配置される。また、該コントローラ６４にはハンドル５の切れ角を検知する手段としての角度センサー６９と接続され、該角度センサー６９は前記ハンドル５のハンドル軸部に配設されている。但し、この検知手段は前輪１４の切れ角を検知できるものであればよく、前輪１４の回動軸部や前輪１４とハンドル５の間のステアリング機構に配置することもできる。
【００１７】
以上のような構成において、切換スイッチ６７を２輪駆動に切り換えると、第一連結装置５０と第二連結装置５１はそれぞれ連結されず、つまり、電磁切換バルブ６６が作動されずデフケース５２と変速軸５６の間はフリーとなり、また、コイル６２が励磁されず、ロータ６０もフリー回転となっている。よって、入力歯車４２から出力軸５５へは動力が伝達されない後輪のみの２輪駆動状態となっている。
【００１８】
また、切換スイッチ６７を４輪駆動に切り換えると、第一連結装置５０が連結されて入力歯車４２と出力軸５５が同回転数で駆動される。つまり、切換スイッチ６７の４輪駆動への切り換えによって、駆動回路６５を介してソレノイド６６ａが作動されて電磁切換バルブ６６を切り換えて、ピストン５７を摺動させて摩擦板５８・５９を圧接し、デフケース５２と変速軸５６の間を連結して差動装置はデフロック状態となり、入力歯車４２と出力軸５５が一体的に回転して、前輪１４と後輪１５が同速度で駆動されるようになるのである。
【００１９】
また、切換スイッチ６７を前輪変速に切り換えると、第一連結装置５０の連結が解除されるとともに、ハンドル５の回動角に比例して前輪１４の周速度が後輪１５の周速度に対して増速される。つまり、圃場端等において、ハンドル５を回動すると、その回動角が角度センサー６９により検知され、その検出値がコントローラ６４に入力され、該コントローラ６４により回動角に比例した電流を出力されるように駆動回路６３に信号を出力する。該駆動回路６３より電流がコイル６２に流されて、磁性粉体６１により剪断抵抗が発生して、ロータ６０はクラッチケース１７ａに対してスリップする。そして、ハンドル５の切れ角が大きくなるほどロータ６０とクラッチケース１７ａの間の剪断抵抗が増加してスリップが減少して出力軸５５の回転数は増加される。こうして、最大２倍の周速度まで変更できるようにしている。
【００２０】
但し、ハンドル５の回転角度に比例して前輪１４の周速度を変速する制御に限定するものではなく、コントローラ６４に設定器７０を接続して、設定器７０により電流値（増速値）を設定する構成とすることもできる。例えば、設定器７０で１．５倍に設定した場合には、ハンドル５を設定角度以上回転すると、前輪１４の周速度は後輪１５の周速度に対して１．５倍となる。このような場合、長方形の作業地で草刈作業等を行なう場合、圃場端で約９０度ずつ旋回する場合に圃場面を傷めずスムースに旋回できるのである。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したことにより、次のような効果が得られる。
請求項１の如く、エンジン（２）からの動力を操向自在な前輪（１４）に伝える動力伝達経路に前輪変速装置（２９）を設け、該前輪変速装置（２９）を第一連結装置（５０）と第二連結装置（５１）より構成して選択的に連結可能とし、該第一連結装置（５０）は入力手段である入力歯車（４２）と、前記前輪（１４）に動力を伝達する出力軸（５５）に連結可能とし、第二連結装置（５１）は入力歯車（４２）と前記出力軸（５５）の間で連続的に無段階に連結可能とし、該第一連結装置（５０）はデフ式差動装置とクラッチにより構成し、前記入力歯車（４２）はデフケース（５２）の外周に形成し、該デフケース（５２）は前輪動力取出ケース（１７）に回転自在に支持し、該デフケース（５２）の前部内には、デフピニオン（５３・５３）を回転自在に支持し、該デフピニオン（５３・５３）には、それぞれデフサイドギヤ（５４Ｆ・５４Ｒ）を互いに噛合し、前側のデフサイドギヤ（５４Ｆ）は出力軸（５５）上に固設し、該出力軸（５５）はデフケース（５２）に回転自在に支持し、前端を前輪伝動軸（１９）と連結し、後側のデフサイドギヤ（５４Ｒ）は、変速軸（５６）上に固設されて、該変速軸（５６）の後端は第二連結装置（５１）に挿入し、該デフケース（５２）の後部はクラッチケース（５２ａ）とし、前記変速軸（５６）上の摩擦板（５８・５８）とクラッチケース（５２ａ）に内嵌した摩擦板（５９・５９）と、ピストン（５７）によりクラッチを構成し、前記第二連結装置（５１）は、該変速軸（５６）の後端部周囲を支持する部分をクラッチケース（１７ａ）とし、該クラッチケース（１７ａ）内の変速軸５６上にロータ（６０）を固設し、該ロータ（６０）の回転数を摩擦により無段階に変更可能としたので、後輪の周速度に対して前輪の周速度を選択的に変更可能となり、圃場の条件や作業条件に合わせて前輪の速度が変更できて、走行性能が向上し作業効率を向上できる。
【００２２】
また、前記連続的に無段階に回転数を変更して連結できる第二連結装置（５１）を、電磁パウダー式クラッチとしたので、ケース内にコンパクトに収納することが可能となり、トルク制御も容易に行なえるようになり、変速制御が簡単に行なえるようになる。
【００２３】
請求項２の如く、請求項１記載のトラクタの前輪変速装置において、前記第一連結装置（５０）により、前記入力歯車（４２）と前記出力軸（５５）とを連結して、前輪（１４）と後輪（１５）が略同速の４輪駆動とし、前記第一連結装置（５０）と第二連結装置（５１）をフリーとすることにより、該前輪（１４）を駆動せずに、後輪（１５）のみを駆動する２輪駆動とし、前記第二連結装置（５１）で出力軸（５５）と入力手段の間で連続的に無段階に連結することにより、該前輪（１４）の回転速度を同速から二倍までの変速が得られるようにしたので、軟弱地の走行や直進性を向上したいときには、４輪駆動に選択し、路上走行等では２輪駆動として、操向を容易として低燃費での走行を可能とし、第二連結装置を連結することで、圃場端での旋回時に、前輪の速度を最適な後輪に対する前輪の速度比を設定して、旋回性能を向上できる。例えば、芝刈り作業や直線的でない曲がりくねった圃場での耕耘作業等では、作業地や圃場の形状に合わせて進行方向を変更するときの前輪の速度が曲がりに合わせた周速度となって圃場面を傷めたり、荒らすことがなくなるのである。
【００２４】
請求項３の如く、請求項２記載のトラクタの前輪変速装置において、前記第二連結装置（５１）の回転数を変更する連結作動手段を、ハンドル（５）の切れ角を検知する手段と接続したので、ハンドルを回動すると、その回動角度に合わせて前輪の周速度も変速され、或いは、設定角度以上ハンドルを回動すると、前輪の周速度を変更できるようになり、オペレーターが前輪の周速度の設定を旋回毎にすることがなく、操作性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の前輪変速装置を装備したトラクタの側面図である。
【図２】 駆動伝達経路を示すスケルトン図である。
【図３】 本発明の前輪変速装置の断面図である。
【図４】 制御ブロック図である。
【符号の説明】
２ エンジン
１４ 前輪
１５ 後輪
２９ 前輪変速装置
４２ 入力歯車
５０ 第一連結装置
５１ 第二連結装置
５５ 出力軸

Claims (3)

1. エンジン（２）からの動力を操向自在な前輪（１４）に伝える動力伝達経路に前輪変速装置（２９）を設け、該前輪変速装置（２９）を第一連結装置（５０）と第二連結装置（５１）より構成して、選択的に連結可能とし、該第一連結装置（５０）は入力手段である入力歯車（４２）と、前記前輪（１４）に動力を伝達する出力軸（５５）に連結可能とし、第二連結装置（５１）は入力歯車（４２）と前記出力軸（５５）の間で連続的に無段階に連結可能とし、該第一連結装置（５０）はデフ式差動装置とクラッチにより構成し、前記入力歯車（４２）はデフ式差動装置のデフケース（５２）の外周に形成し、該デフケース（５２）は前輪動力取出ケース（１７）に回転自在に支持し、該デフケース（５２）の前部内には、デフピニオン（５３・５３）を回転自在に支持し、該デフピニオン（５３・５３）には、それぞれデフサイドギヤ（５４Ｆ・５４Ｒ）を互いに噛合し、前側のデフサイドギヤ（５４Ｆ）は出力軸（５５）上に固設し、該出力軸（５５）はデフケース（５２）に回転自在に支持し、前端を前輪伝動軸（１９）と連結し、後側のデフサイドギヤ（５４Ｒ）は、変速軸（５６）上に固設されて、該変速軸（５６）の後端は第二連結装置（５１）に挿入し、該デフケース（５２）の後部はクラッチケース（５２ａ）とし、前記変速軸（５６）上の摩擦板（５８）と、該クラッチケース（５２ａ）に内嵌した摩擦板（５９）と、ピストン（５７）によりクラッチを構成し、該クラッチは、ソレノイド（６６ａ）を作動し、電磁切換バルブ（６６）を切り換え、圧油によりピストン（５７）を摺動させて、該摩擦板（５８・５９）を圧接する油圧クラッチとし、前記第二連結装置（５１）は、該変速軸（５６）の後端部周囲を支持する前輪動力取出ケース（１７）をクラッチケース（１７ａ）とし、該クラッチケース（１７ａ）内の変速軸（５６）上のロータ（６０）と、該クラッチケース（１７ａ）の間の空間内に磁性パウダ（６１）を充填し、該ロータ（６０）の外周側のクラッチケース（１７ａ）にコイル（６２）を配設し、該コイル（６２）はコントローラ（６４）と接続して電磁パウダー式クラッチとし、該電磁パウダー式クラッチの摩擦により、該ロータ（６０）の回転数を無段階に変更可能としたことを特徴とするトラクタの前輪変速装置。
2. 請求項１記載のトラクタの前輪変速装置において、前記第一連結装置（５０）により、前記入力歯車（４２）と前記出力軸（５５）とを連結して、前輪（１４）と後輪（１５）が略同速の４輪駆動とし、前記第一連結装置（５０）と第二連結装置（５１）をフリーとすることにより、該前輪（１４）を駆動せずに、後輪（１５）のみを駆動する２輪駆動とし、前記第二連結装置（５１）で出力軸（５５）と入力手段の間で連続的に無段階に連結することにより、該前輪（１４）の回転速度を同速から二倍までの変速が得られるようにしたことを特徴とするトラクタの前輪変速装置。
3. 請求項２記載のトラクタの前輪変速装置において、前記第二連結装置（５１）の回転数を変更する連結作動手段を、ハンドル（５）の切れ角を検知する手段と接続したことを特徴とするトラクタの前輪変速装置。

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