技术领域
[0001] 本
发明涉及变速器，并且尤其涉及用在农业
拖拉机或类似车辆中的行星式变速器。
背景技术
[0002] 为了最小化工厂的交付周期而同时给客户提供可用的变速器规格的广泛选择，已知开发了一种在车辆变速器组装中的模块化方法。例如，US-2002/0042319中公开了一种无限式
无级变速器，其中变速器部件形成为预组装的模块单元，所述模块单元可以结合以形成整体变速器系统。这样，制造一种独立的无级变速器，其在可用的变速器系统的范围内用作共用部件。具有不同的动
力等级和/或档位数量的恒定的变速器模块附装至共用的无限式无级变速器模块的
法兰，以提供不同范围的动力输入与输出比。例如，恒定的变速器模块可以包括行星
齿轮装置和/或反向单元。配备有无限式无级变速器或无级变速器(CVT)的拖拉机不适用于所有农业应用。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种改进的模块化的变速器，其能够被组装到可替代的传动系中。
[0004] 因而，根据本发明的第一方面，提供一种变速器模块，其包括：
输入轴；行星齿轮系，其中行星齿轮系的第一齿轮元件从输入轴被机械地驱动，并且行星齿轮系的第二齿轮元件用作变速器模块的输出，所述行星齿轮系还包括第三齿轮元件，其中，所述模块能够在以下布置之间选择地构造：
[0005] (a)无级变速器(CVT)布置，其中，在输入轴与第三齿轮元件之间形成连续可变的连接，以便驱动第三齿轮元件并因此驱动
输出轴；和
[0006] (b)多
传动比的动力换档变速器布置，其中，在输入轴与第三齿轮元件之间连接有第一
离合器和第二离合器，以便依据哪个离合器操作而从输入轴驱动第三齿轮元件或者保持第三元件固定。
[0007] 该模块优选地还包括
外壳，所述外壳包括通用的端部法兰，所述通用的端部法兰在内表面上具有用在CVT布置中的第一组轴支承件和用在多传动比的动力换档变速器布置中的第二组轴支承件。通用的端部法兰的轴支承件可以依据期望的变速器布置而采用两种构造中的一种。例如在某些构造中，端部法兰可以具有冗余的轴支承件。
[0008] 第一组轴支承件和第二组轴支承件可以共用至少一个共用的轴支承件，所述至少一个共用的轴支承件例如可以支承输入轴。
[0009] 行星齿轮系可以具有：三个复合的行星齿轮，所述三个复合的行星齿轮始终一致地共同旋转，两个行星齿轮用作行星齿轮系的输入并且接合输入轴上的相对应的
太阳轮，而第三个行星齿轮用作行星齿轮系的输出并且接合行星齿轮系的输出轴上的相应的太阳轮；两个液压操作的离合器，所述两个液压操作的离合器可替代地接合，以从输入轴经由它们相应的太阳轮驱动输入行星齿轮；以及用于行星齿轮的
行星架，所述行星架从输入轴被驱动以提供CVT布置。
[0010] 行星齿轮系可以可替代地具有：从输入轴驱动的行星架；与输出连接的太阳轮；和环形齿轮，其经由连续可变的连接而驱动或在动力换档变速器布置中与第一和第二离合器连接。
[0011] 行星齿轮系可以代替地具有：两个复合的行星齿轮，所述两个复合的行星齿轮始终一致地共同旋转，行星齿轮用作行星齿轮系的输入并且接合输入轴上的相应的太阳轮；两个液压操作的离合器，所述两个液压操作的离合器能够替代地接合，以从输入轴经由它们相应的太阳轮驱动输入行星齿轮；用于行星齿轮的行星架，所述行星架用作输出；和环形齿轮，其经由连续可变的连接而驱动或在动力换档变速器布置中与第一和第二离合器连接。
[0012] 该模块还可以包括第一齿轮和与该第一齿轮
啮合的第二齿轮，所述第一齿轮可驱动地安装在输入轴上，第二齿轮的宽度小于第一齿轮的宽度。在输入轴上提供较厚的齿轮允许两个交迭的齿轮待从其驱动。这增加了设计
自由度。例如，在CVT布置的优选
实施例中，第一齿轮的宽度的比例保留过剩，而在多传动比的动力换档变速器布置的优选实施例中，第一齿轮驱动两个交迭的齿轮。有利地，这种结构的第一齿轮为两种布置所共用，从而进一步减少装配线上的交付周期。
[0013] 在本发明的第一实施例中，变速器模块还包括连续可变的连接，由此提供CVT布置。连续可变的连接例如可以是
泵/
马达回路、可变传动比的机械传动、或可变传动比的发
电机/电动马达组合。
[0014] 在本发明的第二实施例中，变速器模块还包括第一和第二离合器，由此提供多传动比的动力换档变速器布置。
[0015] 变速器模块可以是整个变速器的一部分，其中，行星齿轮系的输出轴优选地与向前/反向传输(shuttle)段连接，在所述向前/反向传输段中，通过液压操作的向前和反向驱动离合器选择向前或反向驱动。
[0016] 额外的可选择接合的齿轮系也优选地从变速器的动力传输段驱动。
[0017] 通过传输段提供向前和反向能力，并且整个变速器的总范围通过还可选择接合的齿轮系而延伸。
[0018] 典型地，所述额外的可选择接合的齿轮系提供高传动比和低传动比两种传动比。如果期望，则可以提供又一个甚至更低的传动比，并且也能以与车辆的地速成比例的速度驱动车辆的动力输出轴。
[0019] 当车辆是拖拉机或其它的
四轮驱动车辆时，所述额外的可选择接合的齿轮系可以驱动车辆的后轴，并且可以经由
前轮驱动离合器驱动车辆的前轴。
[0020] 也可以从输入轴经由动力输出离合器
直接驱动动力输出轴。动力输出优选地包括齿轮系，以便以工业标准1000rpm或540rpm驱动动力输出轴。
[0021] 根据本发明的第二方面，提供一种组装变速器的方法，所述方法包括提供变速器模块，所述变速器模块具有：输入轴；行星齿轮系，其中行星齿轮系的第一齿轮元件从输入轴被机械地驱动，并且行星齿轮系的第二齿轮元件用作变速器模块的输出，行星齿轮系还包括第三齿轮元件，于是，在输入轴与行星齿轮系的第三齿轮元件之间连接有(a)连续可变的连接，以便驱动第三元件并因此驱动输出轴，以提供无级变速器(CVT)，或者连接有(b)第一离合器和第二离合器，以便依据哪个离合器操作而从输入轴驱动第三元件或者保持第三元件固定，以提供多传动比的动力换档变速器。
[0022] 本发明的模块化的变速器例如使拖拉机制造商能够提供使用高百分比的共用的模块化部件而提供CVT和多传动比的动力换档变速器。
[0023] 有利地，在输入轴与第三齿轮元件之间组装期望的连接之前，变速器模块可以与其它模块一起储存。这减少了装配线上的交付周期，其中变速器的大量部分可以在包含客户的具体要求之前组装。
附图说明
[0024] 现在将参照附图仅通过示例说明本发明，在附图中：
[0025] 图1用图解法示出根据本发明的CVT形式的模块化的变速器的布局；
[0026] 图2示出根据本发明的CVT布置中的变速器模块的示意性透视图，该变速器模块所示为去除了通用的端部法兰；
[0027] 图3是图2的模块的通用的端部法兰的截面图；
[0028] 图4用图解法示出
修改成五速动力换档变速器的图1的变速器；
[0029] 图5是根据本发明的多传动比的动力换档变速器布置中的变速器模块的示意性透视图，该变速器模块所示为去除了通用的端部法兰；
[0030] 图6是图4的模块的通用的端部法兰的截面图；
[0031] 图7示出图4的行星式动力换档单元的离合器的接合顺序的表格总结；
[0032] 图8用图解法示出修改成七档行星式动力换档变速器的图1的变速器；
[0033] 图9示出图8的行星式动力换档单元的离合器的接合顺序的表格总结；
[0034] 图10用图解法示出修改成九档行星式动力换档变速器的图1的变速器；
[0035] 图11示出图10的行星式动力换档单元的离合器的接合顺序的表格总结；
[0036] 图12示出不同形式的作为CVT操作的行星齿轮装置；
[0037] 图13示出修改成动力换档单元的图12的变速器；以及
[0038] 图14示出另一种不同形式的作为CVT操作的行星齿轮装置。
具体实施方式
[0039] 参照图1，拖拉机的动力分支的变速器模块10具有从
发动机12驱动的输入轴11。输入轴驱动全部
串联的行星齿轮装置13、向前/反向传输段14以及额外的可选择接合的齿轮系15。齿轮系15继而经由
差速器8a和9a分别驱动前轮8和后轮9。
[0040] 行星齿轮装置13具有三个复合的行星齿轮16、17和18，所述三个复合的行星齿轮16、17和18始终一致地旋转并且由共用的行星架19支承。行星齿轮16和17分别接合太阳轮20和21，所述太阳轮20和21可以分别经由离合器C1和C2与输入轴11联接。第三行星齿轮18接合太阳轮22，所述太阳轮22安装在与传输段14连接的行星齿轮装置的输出轴23上。
[0041]
液压泵/马达回路24从输入轴11经由齿轮27、28、29、30、31、32驱动行星架19，所述液压泵/马达回路24包括与马达26连接的
变量泵25。泵25安装在轴240上，所述轴240通过安装在其上的齿轮29驱动。
[0042] 行星齿轮装置13设计成从
齿轮传动的中间条件(geared neutralcondition)提供连续变化的传动比，在所述齿轮传动的中间条件中输出轴23没有旋转到如下所谓的2.2∶1或2.6∶1的传动比。
[0043] 首先，从输入轴11驱动太阳轮21的离合器C1接合，并且当齿轮传动的中间条件存在时，通过泵/马达回路24以从行星架的最大负转速(即，行星架沿着与发动机的转动方向相反的方向旋转的最大速度)直到行星架的最大正转速(即，行星架沿着与发动机相同的方向旋转的最大速度)变化的速度驱动行星架。这提供从0至1的传动比的范围。
[0044] 然后，从输入轴11驱动太阳轮20的离合器C2接合，并且通过泵/马达回路24从行星架的最大正转速至行星架的最大负转速驱动行星架19。这提供从1至2.2的传动比的范围。
[0045] 向前/反向传输段14具有在轴23上的太阳轮33和在输出轴36上的太阳轮37。行星齿轮35和36安装在行星架40上，并且反向
惰轮34连接齿轮33和35。齿轮36和27在没有使用惰轮的情况下也啮合。通过接合将行星架40
锁定到轴36的离合器38而接合向前传动。通过接合将行星架40锁定到变速器外壳的离合器39而接合反向传动。
[0046] 轴36驱动齿轮系15，所述齿轮系15构造成给出拖拉机的需要的总传动比范围。在所示布置中，齿轮41、42和43与轴49一起旋转。齿轮41与轴36上的齿轮48啮合以
驱动轴49，齿轮42和43与齿轮44和45啮合并且可以通过滑动
耦合器47联接至差速器行星齿轮轴46(参见箭头H)，以便经由齿轮42和44给轴46提供原则上用于道路工作的高齿轮系并且经由齿轮43和45提供低齿轮系(参见箭头M)，所述低齿轮系提供最大
牵引力并且原则上用于田间工作。
[0047] 齿轮50和51也围绕轴46。齿轮51可以使用滑动耦合器53联接至轴46(参见箭头LL)，以便经由齿轮43、45、54、55、56和51接合甚至更低的齿轮系。如果滑动耦合器57用于将齿轮50联接到轴46(参见箭头G)，则PTO轴58以与拖拉机的地速成比例的速度经由齿轮系50、59、60、61和62驱动。
[0048] 轴46上的齿轮52经由齿轮64和前轮驱动离合器65驱动前轮驱动轴63。
[0049] PTO轴58可以使用滑动耦合器71从输入轴11经由液压离合器66和齿轮67、68或齿轮69、70驱动。齿轮系67、68以特定的
发动机转速给出1000r.p.m.的PTO轴转速，而齿轮系69、70以特定的发动机转速给出540r.p.m.的PTO轴转速。
[0050] 参照图2和3，变速器模块10包括外壳75，所述外壳75包括在发动机的前端的通用的端部法兰76。模块10本身容纳在拖拉机110的底盘内。输入轴11由位于多个轴支承点78A、78B、78C和78D中的一个处的
轴承77支承，所述多个轴支承点78A、78B、78C和78D通过栓接到主外壳75的通用的端部法兰76提供。
[0051] 液压泵/马达回路24安装在轴240上并通过轴240驱动。该部件通过设置在底盘架110中的进入舱口添加到模块10朝向装配线的端部的其余部分。
[0052] 马达26的输出驱动齿轮30，所述齿轮30驱动行星架19。
[0053] 图3示出在通用的端部法兰76内表面上的用于支承用于齿轮27、28和29的轴的四个轴支承点78A、78B、78C和78D。由此处可以看到，用于泵/马达回路24的轴240通过输入轴11经由所有由通用的端部法兰76支承的齿轮27、28和29驱动。齿轮27的宽度或厚度例如基本大于齿轮28的宽度或厚度的两倍，原因将在以下会清楚。
[0054] 齿轮120与齿轮28啮合并且可驱动地安装在轴121上，所述轴121由轴支承点78D支承。辅助液压泵122通过轴121驱动并且用于操作拖拉机的辅助液压功能。
[0055] 图1、2和3中所示的CVT布置的组件可以容易地修改以代替地提供图4、5和6中所示的形式的五速多传动比动力换档变速器。
[0056] 如从图4可以看到，与图1、2和3的CVT模块10的主要差异在于，液压泵回路24由机械齿轮回路80代替，所述机械齿轮回路80使用离合器c3从输入轴11经由齿轮27、82、83和84驱动行星架19，并且使用离合器C4保持行星架19静止。
[0057] 通用的端部法兰76可选择地构造成CVT变速器布置和动力换档变速器布置。在动力换档变速器布置中，机械齿轮回路80安装在轴800上，所述轴800通过齿轮82驱动。如从图5可以看到，齿轮82与齿轮27啮合并且与齿轮28交迭，所述齿轮28保持在适当的
位置中以驱动液压泵122(为两种布置所共用)。从而，轴支承点78C在该布置中是冗余的(图6)。
[0058] 输入轴11的位置为图2和5中所示的两种布置所共用。此外，齿轮27是两种布置中共用的部件，其中齿轮27的厚度的比例在CVT布置中是冗余的。
[0059] 通过提供可以容纳多个不同的轴支承构造的端部法兰76，可以与所需要的最终传动系无关地采用同一部件，并由此允许共用的组装过程以用于变速器的更多部分。
[0060] 到现在为止，虽然已经在所述实施例中使用了通用的端部法兰76，但是应当理解，为期望的布置所特制的法兰也可以代替使用而没有脱离本发明的范围。此外，通用的端部法兰可以代替地包括多个对于两种布置不是共用的轴支承点。
[0061] 回到图4、5和6的多传动比的动力换档变速器，图7以表格形式示出离合器C1、C2、C3和C4的接合顺序，所述接合顺序给出由行星齿轮装置13和齿轮回路80所提供的动力换档的五个传动比。因而，为了接合第一传动比，离合器C1和C4致动，并且为了接合第二传动比，离合器C1和C3致动。第三传动比通过致动离合器C1和C2而接合，并且第四传动比通过致动离合器C2和C3而接合。第五传动比通过致动离合器C2和C4而接合。
[0062] 而且，设置额外的滑动耦合器90，以便使轴49可以经由齿轮91和41或经由齿轮92和42而驱动，从而使齿轮系15可以提供的传动比的数量加倍。
[0063] 图8示出又一种形式的动力换档变速器，在所述动力换档变速器中图4的五速行星式单元通过添加在输入轴11和行星架19之间延伸的又一个机械回路100而由七速行星式单元代替，所述机械回路100包括额外的离合器C5。图9以表格形式示出离合器C1、C2、C3、C4和C5的接合顺序，所述接合顺序提供行星式动力换档单元的七个传动比。
[0064] 图10中示出动力换档变速器的又一种形式，其中在行星架19与输出轴23之间添加
单向离合器C6。在该布置中，当离合器C3接合时，输出轴23可以通过离合器C6经由齿轮
载荷80驱动，并且类似地，当离合器C5接合时，输出轴可以通过离合器C6经由齿轮回路100驱动，以提供九速行星式单元。图11以表格形式示出所有的离合器C1至C6的接合顺序以提供九个传动比。
[0065] 本发明的可以组装成可替代的传动系的模块化变速器的概念可应用于其它类型的行星齿轮装置。例如，使用复合的行星齿轮16、17和18的图1的行星式CVT单元10可以用图12中所示的太阳轮、行星齿轮和环形齿轮的形式代替，其中行星齿轮200承载在行星架201上，所述行星架201从输入轴11驱动。行星齿轮200与驱动输出轴23的太阳轮202啮合，并且与从马达26经由齿轮204驱动的环形齿轮203啮合。
[0066] 图12中所示的CVT布置可以通过由齿轮回路300代替泵和马达回路24而转
化成图13中所示的动力换档布置，所述齿轮回路300包括离合器C7和离合器C8，所述离合器C7当接合时驱动环形齿轮203以提供第一传动比，所述离合器C8当可替代地接合时保持环形齿轮203静止以提供第二传动比。变速器的其余部分参照图1说明。
[0067] 参照图14，示出用于CVT的又一可替代的行星齿轮系布置。该变速器以与图1的实施例类似的方式包括两个液压操作的离合器C1、C2，所述两个液压操作的离合器C1、C2能可替代地接合以从输入轴11经由它们相应的太阳轮420、421驱动输入行星齿轮416、417。然而，在该实施例中，输出轴23可驱动地连接至行星架419。通过连续可变的连接25、26驱动的齿轮30与环形(或环状)齿轮403啮合，所述齿轮403继而与行星齿轮啮合。
[0068] 图14的CVT能以与图12的CVT布置同样的方式通过由适当的齿轮回路(未示出)代替泵和马达回路24而转化成动力换档布置。
[0069] 因而，将应当理解，上述模块化的变速器允许拖拉机制造商向其客户提供，例如如图1中所示的CVT，或者如图4中所示的五速动力换档变速器，或者如图8中所示的七速动力换档变速器、或者如图10中所示的九速动力换档变速器，这些变速器具有高百分比的共用的部件。类似地，图12的行星式CVT可以修改成图13的动力换档变速器。
[0070] 而且，当变速器构造为CVT时，能够提供高转矩的操作模式，其中连续可变的连接被锁定，以便使轴11和23一致地旋转。这种模式提供高效率的传动系，所述传动系尤其适合用于诸如耕作的高转矩应用。通过将行星齿轮系的两个元件锁定在一起，在输入轴11与输出轴23之间建立起直接的1∶1关系。
[0071] 提供两个或者可接合以从输入轴经由它们相应的太阳轮而驱动相应的输入行星齿轮的离合器，则提供了将两个行星式元件锁定在一起的简单路线，以提供高转矩模式。例如，在图1和14的实施例中的离合器C1和C2可以同时简单地接合，而同时允许泵/马达回路24自由地转动。当处在高转矩模式中时，传动可以从输出轴23经由齿轮48、41、43、45传输到轴46并因此传输到
车轮。或者，通过从轴23经由齿轮48、41、42、44传输到轴46可以满足道路使用的需要。
[0072] 连续可变的连接可以允许通过多种方法自由地旋转。例如，在如图1和14中所示的变量液压泵/马达回路的情况中，可以设置打开的旁通
阀。这用于断开连接泵25和马达26的压力线路之间的液压连接。
[0073] 或者，在控制
液压马达26的转速的封闭回路控制系统的情况中，马达可以被制成以与锁定的行星齿轮系相同的转速旋转。这导致没有动力通过液压变换器回路24驱动。如果泵/马达回路24被转矩控制，则控制要求可以设定成零而导致在轴240上没有载荷。
[0074] 在装配线中，拖拉机制造商可以根据本发明组装变速器模块，并且在将各模块一个接一个地构造成CVT布置或动力换档变速器布置之前根据期望储存大量的这种变速器模块。这样有利地减少在客户订购具有期望的变速器的拖拉机与交付这种拖拉机之间的时间。
[0075] 总之，提供一种用于拖拉机的变速器模块，所述变速器模块可在CVT布置与多传动比的动力换档变速器布置之间选择地构造。该模块包括行星式单元，其中行星式单元的第一齿轮元件从输入轴机械地驱动，并且行星式单元的第二齿轮元件用作变速器模块的输出。通过在输入轴与第三齿轮元件之间简单地连接CVT单元或一对离合器，模块可以转化成期望的变速器布置。例如这在工厂中提供交付益处，由此可以在根据客户要求定制变速器之前完成大比例的组装工作，从而减少交货的交付周期。
