紧凑型五档行星齿轮传动装置的配置 |
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| 申请号 | CN201380035396.7 | 申请日 | 2013-06-27 | 公开(公告)号 | CN104412005B | 公开(公告)日 | 2017-04-19 |
| 申请人 | 卡特彼勒公司; | 发明人 | T·科赫; J·弗洛罗; M·格罗斯; K·迈耶; K·诺克斯; J·赖斯; J·E·温泽勒; P·霍奇斯; P·克鲁塞; | ||||
| 摘要 | 紧凑型五档传动行星 齿轮 系包括：在输入和输出之间的第一 行星齿轮组 、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组、第四行星齿轮组和第五行星齿轮组、以及第一 制动 器、第二制动器、第三制动器和第四制动器以及第一 离合器 和第二离合器。所述第一制动器、第二制动器、第三制动器和第四制动器以及第一离合器和第二离合器可选择性地致动，以在输入和输出之间提供五种不同的前进速度以及多种不同的 倒档 速度。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种机械动力传动装置(1)，包括： |
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| 说明书全文 | 紧凑型五档行星齿轮传动装置的配置技术领域背景技术[0002] 因为大多数动力源的输出RPM(每分钟转数)范围有限，所以采用这类动力源的机械通常还将采用多速传动装置以提供更大范围的机械速度。一种类型的多速传动装置是行星齿轮传动装置。这种传动装置通常包括许多以各种方式连接在一起的行星齿轮组，具有用于选择输入/输出比的可选元件。 [0003] 然而，行星齿轮组占用大量的空间，且通常需要满足有限数量的齿轮速比范围或允许更大的安装空间来包括更大数量的行星齿轮组。例如，授予Hart等人的美国专利8,105,198以前一种方式进行权衡。Hart的专利描述了一种紧凑型传动装置，其包括四个行星齿轮组和各种离合器和制动器。离合器和制动器可选择性地接合以提供不同的速比，但是仅实现了单个倒档速比。换句话说，尽管提供了多种前进速度，但是由于系统仅提供了单个倒档速比，操作员关于倒档速度别无选择。 [0004] 本公开涉及一种解决上述问题中的一个或多个的系统。然而，应当理解的是，除了清楚指出的范围之外，任何特定问题的解决方案都不会限制本公开的范围或所附权利要求的范围。另外，除了另外清楚指出的之外，在背景部分中包含的任何问题或解决方案并不指示代表现有技术的问题或解决方案。发明内容 [0005] 根据本公开的一个方面，提供了一种具有行星齿轮系的机械动力传动装置，该行星齿轮系仅具有五个行星齿轮组，该五个行星齿轮组包括：具有第一太阳轮、第一齿圈和第一行星架的第一行星齿轮组，具有第二太阳轮、第二齿圈和第二行星架的第二行星齿轮组，具有第三太阳轮、第三齿圈和第三行星架的第三行星齿轮组，具有第四太阳轮、第四齿圈和第四行星架的第四行星齿轮组，以及具有第五太阳轮、第五齿圈和第五行星架的第五行星齿轮组。所提供的传动装置包括到行星齿轮系的输入和来自行星齿轮系的输出，以及与行星齿轮系相关联的第一制动器、第二制动器、第三制动器、第四制动器、第一离合器和第二离合器，所述第一制动器、第二制动器、第三制动器、第四制动器、第一离合器和第二离合器被连接到行星齿轮系，使得第一制动器、第二制动器、第三制动器、第四制动器、第一离合器和第二离合器中的一个或多个的选择性致动提供传动装置的五种前进速度以及多种倒档速度。 [0006] 在本公开的另一个方面中，提供了一种行星齿轮系，该行星齿轮系具有：在输入和输出之间的第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组、第四行星齿轮组和第五行星齿轮组；以及第一制动器、第二制动器、第三制动器和第四制动器以及第一离合器和第二离合器。第一制动器、第二制动器、第三制动器和第四制动器以及第一离合器和第二离合器可选择性地致动以在输入和输出之间提供五种不同的前进速度和四种不同的倒档速度。 [0007] 在本公开的又一方面中，提供了一种具有五种前进速度和四种倒档速度的紧凑型传动装置。该紧凑型传动装置包括五个或更少的行星齿轮组、用于制动行星齿轮组的一个或多个元件的四个或更少的制动器，以及两个或更少的离合器。 附图说明[0010] 图2是示出根据所述原理的一个实施例的传动系统的行星齿轮组图； [0011] 图3是示出针对根据图2的传动装置的每一档而言的比值及离合器和制动器激活模式的传动比图表； [0012] 图4是示出了1F配置中图2的传动装置中的动力流的动力流图； [0013] 图5是示出了2F配置中图2的传动装置中的动力流的动力流图； [0014] 图6是示出了3F配置中图2的传动装置中的动力流的动力流图； [0015] 图7是示出了4F配置中图2的传动装置中的动力流的动力流图； [0016] 图8是示出了5F配置中图2的传动装置中的动力流的动力流图； [0017] 图9是示出了1R配置中图2的传动装置中的动力流的动力流图； [0018] 图10是示出了2R配置中图2的传动装置中的动力流的动力流图； [0019] 图11是示出了3R配置中图2的传动装置中的动力流的动力流图；和 [0020] 图12是示出了4R配置中图2的传动装置中的动力流的动力流图。 具体实施方式[0021] 本公开提供了一种用于紧凑型五档行星齿轮传动装置的配置。在一个实施例中，传动装置包括经由四个静态离合器(本文也称为制动器)和两个旋转离合器配置的五个行星齿轮组。在一个实施例中，这些元件定位成使得选择性激活提供五种前进速度以及四种倒档速度。在另一个实施例中，对齿轮系统进行划分，并且其包括不同的方向部分和速度部分。 [0022] 概述中讨论了各种实施例，现在我们开始特定实施例的详细描述。图1是根据一个实施例示出了机械动力系统1的输入结构、输出结构和控制结构的系统示意图。在图示的配置中，机械动力系统1包括动力输入装置2，它可以是发动机，例如燃料燃烧发动机(汽油、柴油、丙烷、液化天然气(LNG)、煤油等)；或者马达，例如电动马达或液压马达。 [0023] 动力输入装置2经由输入轴4连接到行星齿轮组3中。行星齿轮组3的状态(例如，行星齿轮组3的输出速度和方向)由第一制动器5、第二制动器6、第三制动器7和第四制动器8以及第一离合器9和第二离合器10进行控制。行星齿轮组3、第一制动器5、第二制动器6、第三制动器7、第四制动器8、第一离合器9和第二离合器10可以统称为传动装置25。 [0024] 每个制动器和离合器由控制元件(如电磁阀)进行控制，使得机械动力系统1包括分别连接到第一制动器5、第二制动器6、第三制动器7、第四制动器8、第一离合器9和第二离合器10的第一螺线管11、第二螺线管12、第三螺线管13，第四螺线管14、第五螺线管15和第六螺线管16。 [0025] 控制器17连接至并且配置为控制第一螺线管11、第二螺线管12、第三螺线管13、第四螺线管14、第五螺线管15和第六螺线管16中的每一个。在一个实施例中，控制器17响应于多个输入促发螺线管以设置行星齿轮组3的状态。在图示的实施例中，多个输入包括来自动力输入装置2的速度输入18，而控制器17还可以向动力输入装置提供加速输出19。多个输入还包括均来自用户界面模块22的加速输入20和方向输入21。 [0026] 用户界面模块22可以是针对机械驾驶室中的人员的界面或者可以是针对(例如，用于遥控或自主操作的)另一电子系统的界面。在一个实施例中，控制器17是数字处理器，它根据从一个或多个非瞬时性计算机可读介质(例如，与控制器17相关联的易失性或非易失性存储器)读取的计算机可执行指令和数据进行操作。与控制器17相关联的易失性或非易失性存储器可包括闪存驱动器、光学驱动器、磁驱动器和/或其他合适的存储器装置。 [0027] 行星齿轮组3经由输出轴24向最终驱动器23提供动力，其中输出轴24的速度范围和旋转方向由控制器17通过设置第一螺线管11、第二螺线管12、第三螺线管13、第四螺线管14、第五螺线管15和第六螺线管16来设定。 [0028] 如将从图2可见，在一个实施例中，图示的传动装置25被实现为具有五个独立的相互连接的行星齿轮组的紧凑型行星齿轮系统。特别地，如图所示的传动装置25包括第一行星齿轮组26、第二行星齿轮组27、第三行星齿轮组28、第四行星齿轮组29以及第五行星齿轮组30。每个行星齿轮组包括太阳轮、齿圈和行星架。 [0029] 因此，第一行星齿轮组26包括第一太阳轮31、第一齿圈32和第一行星架33；第二行星齿轮组27包括第二太阳轮34、第二齿圈35和第二行星架36；第三行星齿轮组28包括第三太阳轮37、第三齿圈38和第三行星架39；第四行星齿轮组29包括第四太阳轮40、第四齿圈41和第四行星架42；以及第五行星齿轮组30包括第五太阳轮43、第五齿圈44和第五行星架45。 [0030] 如上所述，在一个实施例中，传动装置25还包括多个制动器和离合器。在图示的配置中，第一制动器46连接到第一行星齿轮组26的第一行星架33，第二制动器47连接到第二行星齿轮组27的第二齿圈35，第三制动器48连接到第五行星齿轮组30的第五齿圈44，以及第四制动器49连接到第五行星齿轮组30的第五太阳轮43。每个制动器46、47、48、49配置为选择性地将相关联组件连接到传动箱或其他静态结构，并因此限制相关联组件的旋转。 [0031] 此外，在图示的配置中，第一离合器50连接到第四行星齿轮组29的第四齿圈41，且第二离合器51连接到第五行星齿轮组30的第五太阳轮43。可选择性地致动第一离合器50以将第四行星齿轮组29的第四齿圈41连接到第三行星齿轮组28的第三齿圈38和第五行星齿轮组30的第五行星架45。可选择性地致动第二离合器51以将第五行星齿轮组30的第五太阳轮43连接到第三行星齿轮组28的第三太阳轮37，其中第三太阳轮37也连接到输出轴24。 [0032] 在操作中，第一制动器46、第二制动器47、第三制动器48、第四制动器49、第一离合器50和第二离合器51中的一个或多个的选择性致动用于将传动装置25置于选择状态，例如，五种前进速度中的一种或四种倒档速度中的一种。图3的图表55显示了在图示实施例中选择性致动的相应状态。 [0033] 如可以看到的，第一制动器46及第二制动器47有效地用作方向选择器，并在互斥的基础上被致动以选择前进输出方向或倒档输出方向。以各种模式致动第三制动器48、第四制动器49、第一离合器50和第二离合器51以在选定的方向约束内选择传动比。 [0034] 在图示的实施例中，分别展示了[比值，档位，第一离合器，第二离合器，第三制动器，第四制动器，第一制动器，第二制动器]的下述关联：[4.265，1F，打开(on)，关闭(off)，关闭，打开，打开，关闭]；[3.214，2F，打开，打开，关闭，关闭，打开，关闭]；[2.388，3F，打开，关闭，打开，关闭，打开，关闭]；[1.777，4F，关闭，打开，打开，关闭，打开，关闭]；[1.000，5F，关闭，关闭，打开，打开，打开，关闭]；[-2.396，1R，打开，关闭，关闭，打开，关闭，打开]；[-1.806，2R，打开，打开，关闭，关闭，关闭，打开]；[-1.342，3R，打开，关闭，打开，关闭，关闭，打开]；以及[-0.999，4R，关闭，打开，打开，关闭，关闭，打开]。在可选的5R状态，[比值，档位，第一离合器，第二离合器，第三制动器，第四制动器，第一制动器，第二制动器]的值分别是[-0.562，5R，关闭，关闭，打开，打开，关闭，打开]。 [0035] 应当理解的是，通过传动装置25的动力流取决于选择的方向和比值。因此，对于每个可选择的档位1F、2F、3F、4F、5F、1R、2R、3R和4R，通过传动装置25的动力流分别显示在图4-12中包括的相应动力流图中。 [0036] 因此，图4示出了传动装置处于1F状态(第一前进档)时通过传动装置25的动力流。如可以看到的，第一行星齿轮组26和第五行星齿轮组30不直接参与该状态下的动力传动。 在该配置中的[第一离合器，第二离合器，第三制动器，第四制动器，第一制动器，第二制动器]的状态分别是[打开，关闭，关闭，打开，打开，关闭]。 [0037] 图5示出了传动装置处于2F状态(第二前进档)时通过传动装置25的动力流。第一行星齿轮组26依旧不参与动力流。在该配置中的[第一离合器，第二离合器，第三制动器，第四制动器，第一制动器，第二制动器]的状态分别是[打开，打开，关闭，关闭，打开，关闭]。 [0038] 图6示出的是传动装置处于3F状态(第三前进档)时通过传动装置25的动力流。与其他前进状态一样，第一行星齿轮组26依旧不参与动力流。在该状态下的[第一离合器，第二离合器，第三制动器，第四制动器，第一制动器，第二制动器]的状态分别是[打开，关闭，打开，关闭，打开，关闭]。 [0039] 图7的动力流图示出了传动装置处于4F状态(第四前进档)时通过传动装置25的动力流。在这种状态下，不仅第一行星齿轮组26不参与动力流，而且第四行星齿轮组29也不参与动力流。在该状态下的[第一离合器，第二离合器，第三制动器，第四制动器，第一制动器，第二制动器]的状态分别是[关闭，打开，打开，关闭，打开，关闭]。 [0040] 对于最终的前进状态5F，图8示出了通过传动装置25的动力流。在这种状态下，第一行星齿轮组26、第四行星齿轮组29以及第五行星齿轮组30都不参与动力流。在该状态下的[第一离合器，第二离合器、第三制动器、第四制动器、第一制动器、第二制动器]的状态分别是[关闭，关闭，打开，打开，打开，关闭]。 [0041] 已经分析了每一个前进档中的动力流，将示出每个倒档中的动力流。图9示出了传动装置处于1R状态(第一倒档)时通过传动装置25的动力流。在这种状态下，只有第五行星齿轮组30依旧不参与动力流。在该状态下的[第一离合器，第二离合器，第三制动器，第四制动器，第一制动器，第二制动器]的状态分别是[打开，关闭，关闭，打开，关闭，打开]。 [0042] 图10示出了传动装置处于2R状态(第二倒档)时通过传动装置25的动力流。在这种配置中，行星齿轮组中的每一个都参与动力流。在该配置中的[第一离合器，第二离合器，第三制动器，第四制动器，第一制动器，第二制动器]的状态分别是[打开，打开，关闭，关闭，关闭，打开]。 [0043] 如图11所示，在3R状态(第三倒档)下，所有的五个行星齿轮组再次参与动力流。在这种状态下，[第一离合器，第二离合器，第三制动器，第四制动器，第一制动器，第二制动器]的配置分别是[打开，关闭，打开，关闭，关闭，打开]。 [0044] 图12的动力流图示出了最终的倒档状态4R(第四倒档)下通过传动装置25的动力流。如可以看到的，第四行星齿轮组29不参与动力流，但其余行星齿轮组在通过传动装置25的动力流中起一些作用。在此状态下，[第一离合器，第二离合器，第三制动器，第四制动器，第一制动器，第二制动器]的配置分别是[关闭，打开，打开，关闭，关闭，打开]。 [0045] 应当理解的是，每一状态下的精确输入/输出比取决于每个行星齿轮组的e-值。在图3的状态图表中反映的实施例中，第一行星齿轮组的e-值为1.806，第二行星齿轮组和第三行星齿轮组的e-值为2.214，第四行星齿轮组的e-值为2.107，以及第五行星齿轮组的e-值为1.848。本领域的技术人员将理解，可以使用其他行星齿轮组e-值来改变图3所示传动比中的一个或多个。此外，应当理解的是，所描述的原理可包括细微的变化。例如，尽管示出第一制动器46连接到第一行星架33，但是可替代为连接到第一齿圈32(连同将第一行星架33、而不是第一齿圈32连接到第二行星架36)。 [0046] 工业适用性 [0047] 总的来说，本公开提出了一种适用于其中存在紧凑空间要求并需要档位的指定数量和方向的任何机器的紧凑型5-前进档/4-倒档传动装置。所描述的系统通过四个制动器和两个旋转离合器的选择性致动而运行。以在两个相邻行星齿轮组上的两个制动器用作方向选择器的方式划分该系统，并且经由单个连接将这两个相邻行星齿轮组连接到其余的行星齿轮组中。所形成的系统提供了紧凑安装和有效操作。另外，所形成的系统的接近的步进比(close step)允许工作范围内的直接驱动换挡。 [0048] 应当理解的是，本公开提供了一种新颖而有用的用于各种机械中的传动装置。尽管仅提出了特定实施例，但是根据以上描述，对于本领域的技术人员来说，各种替换或修改将是显而易见的。这些以及其他可选方案被认为是等效物并且在本公开和所附权利要求的精神和范围内。 |
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