阅读说明：本技术 一种模块化设计变速箱及挡位实现方法 (Modular design gearbox and gear implementation method ) 是由 詹东安 吕昌 闫伟朋 石国国 张刚 于 2020-05-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种模块化设计变速箱及挡位实现方法,该变速箱包括箱体及驱动轴、四根中间轴和输出轴,该变速箱为六轴的布局,其中驱动轴S1、中间轴S4、中间轴S5上装有2个离合器包,中间轴S2上装有1个离合器包,这样的结构,传动路径短,稳定性更好。该变速箱通过6轴、7离合器实现最高前进8挡后退4挡的模式,速比范围宽,且可灵活调整,可通过减少部分零件的手段,实现少挡位的模式,实现模块化,提高通用性,降低变速箱的生产成本和使用成本,同时,前进挡均由两个离合器结合和四次齿轮啮合实现,后退挡均由两个离合器结合和三次齿轮啮合实现,传动路径短,可靠性高。(The invention relates to a modular design gearbox and a gear implementation method, wherein the gearbox comprises a box body, a driving shaft, four intermediate shafts and an output shaft, the gearbox is in a six-shaft layout, 2 clutch packs are arranged on the driving shaft S1, the intermediate shaft S4 and the intermediate shaft S5, and 1 clutch pack is arranged on the intermediate shaft S2. This gearbox realizes the mode that the highest 8 keep off and retreat 4 keep off of advancing through 6 axles, 7 clutches, and the velocity ratio range is wide, and can adjust in a flexible way, and the accessible reduces the means of part, realizes the mode of few fender position, realizes the modularization, improves the commonality, reduces the manufacturing cost and the use cost of gearbox, and simultaneously, the fender that advances is combined and the quartic gear engagement by two clutches and realizes, retreat to keep off and combine and the cubic gear engagement by two clutches and realize, and the transmission route is short, and the reliability is high.)

一种模块化设计变速箱及挡位实现方法

技术领域

本发明涉及变速箱技术领域，特别涉及一种模块化设计变速箱及挡位实现方法。

背景技术

工程机械主机产品种类繁多而单种类需求量相对较少，针对各种主机设计开发变速箱并不现实，这就需要应用于工程机械的变速箱可以覆盖相近功率段多种产品，此外，工程机械主机产品工况复杂，挡位数及传动比需求也各不相同，这就对工程机械变速箱的挡位数和挡位速比的灵活性及零部件通用性提出较高的要求。

对于多挡位需求的主机，客户对产品平顺性要求越来越高，这就要求变速箱需要有更多的挡位数与更大的速比范围，以平地机为例，目前应用于平地机的变速器主要是基于ZF技术方案的前六后三的定轴式变速箱，前进一挡速比在5.2左右，近年来随着平地机用户对主机平顺性体验的要求日益提高，平地机需要变速箱前进一挡可以提供更大的速比（7.5左右）以降低主机作业时对外部负载的敏感性从而提高作业平顺性，此外还需要变速箱挡位数尤其是前进挡挡位数增加（增加到8挡），从而降低换挡冲击提高换挡平顺性。

对于部分主机如装载机，其只在范围较小的场地进行前进2挡、前进1挡与倒退2挡反复切换的铲装作业循环，过多的挡位反而会导致作业繁琐，效率降低，这就对变速箱提出了少挡位的需求，如果通过多挡位变速箱抑制部分离合器结合实现少挡位，实际零部件数量并没有减少，会造成不必要的浪费。而重新设计开发新结构的少挡位变速箱不仅会增加设计成本，同时也很难保证与原多挡位变速箱部件的通用性，造成生产成本增加。

另一方面，工程机械领域的变速箱按齿轮系形式分为行星式变速箱和定轴式变速箱两种，其中前者行星式变速箱结构紧凑，所需空间小，但结构复杂、精度要求较高、挡位数少、使用寿命短且故障率偏高，而后者定轴式变速箱则结构设计简单且易于实现变挡位数，变速比，适应性较强，制造与维修方便，可以满足工程机械变速箱灵活性及模块化的要求，是未来工程机械中高端市场的发展趋势。

目前工程机械行业应用的定轴式变速箱根据离合器在轴上的布置方式可分为两种，一种是一根轴上布置有两个离合器包，市场应用最多的是来源于德国ZF公司的WG系列变速器结构方案，如专利CN202392055U所提及的方案，另外一种是一根轴上仅布置一个离合器包，结构方案如专利CN100491768C所提及的方案，两种技术方案均最高实现前6后3挡位，速比范围在0.6～6之间。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种模块化设计变速箱及挡位实现方法，采用单一轴上两个离合器的形式，通过6轴、7离合器实现最高前进8挡后退4挡的模式，速比范围宽，且可灵活调整，可通过减少部分零件的手段，实现少挡位的模式，实现模块化，提高通用性，降低变速箱的生产成本和使用成本。

作为本发明的一方面，提供一种模块化设计变速箱。

一种模块化设计变速箱，包括箱体，还包括：

驱动轴S1，其上设置有固定齿轮Z2、通过离合器CR安装的浮动齿轮Z1及通过离合器CF安装的浮动齿轮Z3；

中间轴S2，其上设置有固定齿轮Z4、固定齿轮Z6及通过离合器CFH安装的浮动齿轮Z5；所述固定齿轮Z6与所述浮动齿轮Z3相啮合，所述浮动齿轮Z5与所述固定齿轮Z2相啮合；

中间轴S3，其上设置有固定齿轮Z7和固定齿轮Z8；所述固定齿轮Z7与所述浮动齿轮Z1相啮合，所述固定齿轮Z7与所述固定齿轮Z4相啮合；

中间轴S4，其上设置有固定齿轮Z11、通过离合器C2安装的浮动齿轮Z9及通过离合器C1安装的浮动齿轮Z10；所述浮动齿轮Z9与所述固定齿轮Z7相啮合，所述浮动齿轮Z10与所述固定齿轮Z8相啮合；

中间轴S5，其上设置有固定齿轮Z14、通过离合器C4安装的浮动齿轮Z12及通过离合器C3安装的浮动齿轮Z13；所述浮动齿轮Z12与所述固定齿轮Z7相啮合，所述浮动齿轮Z13与所述固定齿轮Z8相啮合；

输出轴S6，其上设置有固定齿轮Z15和固定齿轮Z16，,所述固定齿轮Z15与所述固定齿轮Z11相啮合，所述固定齿轮Z16与所述固定齿轮Z14相啮合；

前进挡模式下，所述驱动轴S1、所述中间轴S3与所述输出轴S6的转动方向相同，且与所述中间轴S2、所述中间轴S4及所述中间轴S5的转动方向相反；

后退挡模式下，所述驱动轴S1、所述中间轴S4与所述中间轴S5的转动方向相同，且与所述中间轴S3及所述输出轴S6的转动方向相反，所述中间轴S2不参与传动。

可选地，所述驱动轴S1的轴心线、所述中间轴S2的轴心线与所述中间轴S3的轴心线在垂直于所述驱动轴S1的轴心线的平面内的投影的连线呈三角形，所述中间轴S3的轴心线、所述中间轴S4的轴心线、所述中间轴S5的轴心线与所述输出轴S6的轴心线在垂直于所述中间轴S3的轴心线的平面内的投影的连线呈四边形。

作为本发明的另一方面，提供一种模块化设计变速箱的挡位实现方法。

一种上述的模块化设计变速箱的挡位实现方法，用于实现多挡位模式，所述多挡位模式包括前进8挡/后退4挡的模式；

当所述离合器CF处于结合状态时，从所述浮动齿轮Z3经所述固定齿轮Z6、所述固定齿轮Z4至所述固定齿轮Z7形成第一前进路径；

当所述离合器CFH处于结合状态时，从所述固定齿轮Z2经所述浮动齿轮Z5、所述固定齿轮Z4至所述固定齿轮Z7形成第二前进路径；

当所述离合器C1处于结合状态时，从所述固定齿轮Z8经所述浮动齿轮Z10、所述固定齿轮Z11至所述固定齿轮Z15形成第一输出路径；

当所述离合器C2处于结合状态时，从所述浮动齿轮Z9经所述固定齿轮Z11至所述固定齿轮Z15形成第二输出路径；

当所述离合器C3处于结合状态时，从所述固定齿轮Z8经所述浮动齿轮Z13、所述固定齿轮Z14至所述固定齿轮Z16形成第三输出路径；

当所述离合器C4处于结合状态时，从所述浮动齿轮Z12经所述固定齿轮Z14至所述固定齿轮Z16形成第四输出路径；

当所述离合器CR处于结合状态时，从所述浮动齿轮Z1至所述固定齿轮Z7形成后退路径；

前进8挡/后退4挡的模式，其中：

前进1挡：所述离合器CF和所述离合器C1处于结合状态，所述驱动轴S1经所述第一前进路径和所述第一输出路径将动力传送至所述输出轴S6；

前进2挡：所述离合器CFH和所述离合器C1处于结合状态，所述驱动轴S1经所述第二前进路径和所述第一输出路径将动力传送至所述输出轴S6；

前进3挡：所述离合器CF和所述离合器C2处于结合状态，所述驱动轴S1经所述第一前进路径和所述第二输出路径将动力传送至所述输出轴S6；

前进4挡：所述离合器CFH和所述离合器C2处于结合状态，所述驱动轴S1经所述第二前进路径和所述第二输出路径将动力传送至所述输出轴S6；

前进5挡：所述离合器CF和所述离合器C3处于结合状态，所述驱动轴S1经所述第一前进路径和所述第三输出路径将动力传送至所述输出轴S6；

前进6挡：所述离合器CFH和所述离合器C3处于结合状态，所述驱动轴S1经所述第二前进路径和所述第三输出路径将动力传送至所述输出轴S6；

前进7挡：所述离合器CF和所述离合器C4处于结合状态，所述驱动轴S1经所述第一前进路径和所述第四输出路径将动力传送至所述输出轴S6；

前进8挡：所述离合器CFH和所述离合器C4处于结合状态，所述驱动轴S1经所述第二前进路径和所述第四输出路径将动力传送至所述输出轴S6；

后退1挡：所述离合器CR和所述离合器C1处于结合状态，所述驱动轴S1经所述后退路径和所述第一输出路径将动力传送至所述输出轴S6；

后退2挡：所述离合器CR和所述离合器C2处于结合状态，所述驱动轴S1经所述后退路径和所述第二输出路径将动力传送至所述输出轴S6；

后退3挡：所述离合器CR和所述离合器C3处于结合状态，所述驱动轴S1经所述后退路径和所述第三输出路径将动力传送至所述输出轴S6；

后退4挡：所述离合器CR和所述离合器C4处于结合状态，所述驱动轴S1经所述后退路径和所述第四输出路径将动力传送至所述输出轴S6。

可选地，上述方法用于实现少挡位模式，前进4挡/后退4挡的模式，所述离合器CFH、所述浮动齿轮Z5及所述固定齿轮Z2不参与传动，其中：

前进1挡：与所述前进8挡/后退4挡的模式下的前进1挡的传动路径相同；

前进2挡：与所述前进8挡/后退4挡的模式下的前进3挡的传动路径相同；

前进3挡：与所述前进8挡/后退4挡的模式下的前进5挡的传动路径相同；

前进4挡：与所述前进8挡/后退4挡的模式下的前进7挡的传动路径相同；

后退1挡：与所述前进8挡/后退4挡的模式下的后退1挡的传动路径相同；

后退2挡：与所述前进8挡/后退4挡的模式下的后退2挡的传动路径相同；

后退3挡：与所述前进8挡/后退4挡的模式下的后退3挡的传动路径相同；

后退4挡：与所述前进8挡/后退4挡的模式下的后退4挡的传动路径相同。

可选地，上述方法用于实现少挡位模式，前进4挡/后退4挡的模式，所述离合器CF、所述浮动齿轮Z3及所述固定齿轮Z6不参与传动，其中：

前进1挡：与所述前进8挡/后退4挡的模式下的前进2挡的传动路径相同；

前进2挡：与所述前进8挡/后退4挡的模式下的前进4挡的传动路径相同；

前进3挡：与所述前进8挡/后退4挡的模式下的前进6挡的传动路径相同；

前进4挡：与所述前进8挡/后退4挡的模式下的前进8挡的传动路径相同；

后退1挡：与所述前进8挡/后退4挡的模式下的后退1挡的传动路径相同；

后退2挡：与所述前进8挡/后退4挡的模式下的后退2挡的传动路径相同；

后退3挡：与所述前进8挡/后退4挡的模式下的后退3挡的传动路径相同；

后退4挡：与所述前进8挡/后退4挡的模式下的后退4挡的传动路径相同。

本发明的技术方案的有益效果：本发明的模块化设计变速箱及方位实现方法，采用单一轴上两个离合器的形式，通过6轴、7离合器实现最高前进8挡后退4挡的模式，速比范围宽，且可灵活调整，可通过减少部分零件的手段，实现少挡位的模式，实现模块化，提高通用性，降低变速箱的生产成本和使用成本，同时，前进挡均由两个离合器结合和四次齿轮啮合实现，后退挡均由两个离合器结合和三次齿轮啮合实现，传动路径短，可靠性高。

附图说明

附图1为本发明的模块化设计变速箱的前进8挡/后退4挡模式下的传动示意图；

附图2为附图1中的结构的端面拓扑图；

附图3为本发明的模块化设计变速箱的前进4挡/后退4挡模式下的传动示意图一；

附图4为本发明的模块化设计变速箱的前进4挡/后退4挡模式下的传动示意图二。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

参见图1和图2，一种模块化设计变速箱，包括箱体，还包括驱动轴S1、中间轴S2、中间轴S3、中间轴S4、中间轴S5及输出轴S6；驱动轴S1上设置有固定齿轮Z2、通过离合器CR安装的浮动齿轮Z1及通过离合器CF安装的浮动齿轮Z3；中间轴S2上设置有固定齿轮Z4、固定齿轮Z6及通过离合器CFH安装的浮动齿轮Z5；固定齿轮Z6与浮动齿轮Z3相啮合，浮动齿轮Z5与固定齿轮Z2相啮合；中间轴S3上设置有固定齿轮Z7和固定齿轮Z8；固定齿轮Z7与浮动齿轮Z1相啮合，固定齿轮Z7与固定齿轮Z4相啮合；中间轴S4上设置有固定齿轮Z11、通过离合器C2安装的浮动齿轮Z9及通过离合器C1安装的浮动齿轮Z10；浮动齿轮Z9与固定齿轮Z7相啮合，浮动齿轮Z10与固定齿轮Z8相啮合；中间轴S5上设置有固定齿轮Z14、通过离合器C4安装的浮动齿轮Z12及通过离合器C3安装的浮动齿轮Z13；浮动齿轮Z12与固定齿轮Z7相啮合，浮动齿轮Z13与固定齿轮Z8相啮合；输出轴S6上设置有固定齿轮Z15和固定齿轮Z16，,固定齿轮Z15与固定齿轮Z11相啮合，固定齿轮Z16与固定齿轮Z14相啮合；前进挡模式下，驱动轴S1、中间轴S3与输出轴S6的转动方向相同，且与中间轴S2、中间轴S4及中间轴S5的转动方向相反；后退挡模式下，驱动轴S1、中间轴S4与中间轴S5的转动方向相同，且与中间轴S3及输出轴S6的转动方向相反，中间轴S2不参与传动。

更进一步地，驱动轴S1的轴心线、中间轴S2的轴心线与中间轴S3的轴心线在垂直于驱动轴S1的轴心线的平面内的投影的连线呈三角形，中间轴S3的轴心线、中间轴S4的轴心线、中间轴S5的轴心线与输出轴S6的轴心线在垂直于中间轴S3的轴心线的平面内的投影的连线呈四边形。

上述的模块化设计变速箱的挡位实现方法，用于实现多挡位模式，多挡位模式包括前进8挡/后退4挡的模式；

当离合器CF处于结合状态时，从浮动齿轮Z3经固定齿轮Z6、固定齿轮Z4至固定齿轮Z7形成第一前进路径；

当离合器CFH处于结合状态时，从固定齿轮Z2经浮动齿轮Z5、固定齿轮Z4至固定齿轮Z7形成第二前进路径；

当离合器C1处于结合状态时，从固定齿轮Z8经浮动齿轮Z10、固定齿轮Z11至固定齿轮Z15形成第一输出路径；

当离合器C2处于结合状态时，从浮动齿轮Z9经固定齿轮Z11至固定齿轮Z15形成第二输出路径；

当离合器C3处于结合状态时，从固定齿轮Z8经浮动齿轮Z13、固定齿轮Z14至固定齿轮Z16形成第三输出路径；

当离合器C4处于结合状态时，从浮动齿轮Z12经固定齿轮Z14至固定齿轮Z16形成第四输出路径；

当离合器CR处于结合状态时，从浮动齿轮Z1至固定齿轮Z7形成后退路径；

前进8挡/后退4挡的模式，其中：

前进1挡：离合器CF和离合器C1处于结合状态，驱动轴S1经第一前进路径和第一输出路径将动力传送至输出轴S6；

前进2挡：离合器CFH和离合器C1处于结合状态，驱动轴S1经第二前进路径和第一输出路径将动力传送至输出轴S6；

前进3挡：离合器CF和离合器C2处于结合状态，驱动轴S1经第一前进路径和第二输出路径将动力传送至输出轴S6；

前进4挡：离合器CFH和离合器C2处于结合状态，驱动轴S1经第二前进路径和第二输出路径将动力传送至输出轴S6；

前进5挡：离合器CF和离合器C3处于结合状态，驱动轴S1经第一前进路径和第三输出路径将动力传送至输出轴S6；

前进6挡：离合器CFH和离合器C3处于结合状态，驱动轴S1经第二前进路径和第三输出路径将动力传送至输出轴S6；

前进7挡：离合器CF和离合器C4处于结合状态，驱动轴S1经第一前进路径和第四输出路径将动力传送至输出轴S6；

前进8挡：离合器CFH和离合器C4处于结合状态，驱动轴S1经第二前进路径和第四输出路径将动力传送至输出轴S6；

后退1挡：离合器CR和离合器C1处于结合状态，驱动轴S1经后退路径和第一输出路径将动力传送至输出轴S6；

后退2挡：离合器CR和离合器C2处于结合状态，驱动轴S1经后退路径和第二输出路径将动力传送至输出轴S6；

后退3挡：离合器CR和离合器C3处于结合状态，驱动轴S1经后退路径和第三输出路径将动力传送至输出轴S6；

后退4挡：离合器CR和离合器C4处于结合状态，驱动轴S1经后退路径和第四输出路径将动力传送至输出轴S6；

上述离合器结合情况参见表1。

表1 前进8挡/后退4挡模式下各挡位工作时离合器结合情况表

如图3所示，上述方法用于实现少挡位模式的结构，前进4挡/后退4挡的模式，离合器CFH、浮动齿轮Z5及固定齿轮Z2不参与传动，其中：

前进1挡：与前进8挡/后退4挡的模式下的前进1挡的传动路径相同；

前进2挡：与前进8挡/后退4挡的模式下的前进3挡的传动路径相同；

前进3挡：与前进8挡/后退4挡的模式下的前进5挡的传动路径相同；

前进4挡：与前进8挡/后退4挡的模式下的前进7挡的传动路径相同；

后退1挡：与前进8挡/后退4挡的模式下的后退1挡的传动路径相同；

后退2挡：与前进8挡/后退4挡的模式下的后退2挡的传动路径相同；

后退3挡：与前进8挡/后退4挡的模式下的后退3挡的传动路径相同；

后退4挡：与前进8挡/后退4挡的模式下的后退4挡的传动路径相同；

上述离合器结合情况参见表2。

表2 前进4挡/后退4挡模式下各挡位工作时离合器结合情况表

如图4所示，上述方法用于实现少挡位模式的结构，前进4挡/后退4挡的模式，离合器CF、浮动齿轮Z3及固定齿轮Z6不参与传动，其中：

前进1挡：与前进8挡/后退4挡的模式下的前进2挡的传动路径相同；

前进2挡：与前进8挡/后退4挡的模式下的前进4挡的传动路径相同；

前进3挡：与前进8挡/后退4挡的模式下的前进6挡的传动路径相同；

前进4挡：与前进8挡/后退4挡的模式下的前进8挡的传动路径相同；

后退1挡：与前进8挡/后退4挡的模式下的后退1挡的传动路径相同；

后退2挡：与前进8挡/后退4挡的模式下的后退2挡的传动路径相同；

后退3挡：与前进8挡/后退4挡的模式下的后退3挡的传动路径相同；

后退4挡：与前进8挡/后退4挡的模式下的后退4挡的传动路径相同；

上述离合器结合情况参见表3。

表3 前进4挡/后退4挡模式下各挡位工作时离合器结合情况表

以上，本发明的技术方案的变速箱，通过六轴的布局，其中驱动轴S1、中间轴S4、中间轴S5上装有2个离合器包，中间轴S2上装有1个离合器包，这样的结构，传动路径短，稳定性更好，而驱动轴S1上的齿轮和输出轴S6上的齿轮均可在较大的范围进行调整，从而能够实现的速比范围可达0.6～8。

综上，本技术方案的模块化设计变速箱及方位实现方法，采用单一轴上两个离合器的形式，通过6轴、7离合器实现最高前进8挡后退4挡的模式，可以控制不同离合器结合进而可调整为前进7挡后退3挡、前进6挡后退3挡、前进5挡后退3挡以及前进4挡后退3挡的模式，满足不同主机对不同挡位需求；速比范围宽，且可灵活调整，可通过减少部分零件的手段，实现少挡位的模式，实现模块化，提高通用性，降低变速箱的生产成本和使用成本，同时，前进挡均由两个离合器结合和四次齿轮啮合实现，后退挡均由两个离合器结合和三次齿轮啮合实现，传动路径短，可靠性高。

以上具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。