阅读说明：本技术 液力机械变速箱及挡位实现方法 (Hydraulic mechanical gearbox and gear implementation method ) 是由 詹东安 闫伟朋 吕昌 石国国 张刚 于 2020-05-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种液力机械变速箱,包括箱体,还包括输入轴、低速挡轴、高速挡轴、后退挡轴、多根中间轴以及输出轴,该变速箱最高可达前进9挡后退6挡,前进1挡和前进2挡的动力传送过程中共经历了6次齿轮啮合,前进3挡至前进9挡的动力传送过程中均经历了4次齿轮啮合,后退1挡至后退6挡的动力传送过程中均经历了5次齿轮啮合,该变速箱采用单离合器包和双离合器包相结合的结构,在靠近输入轴的轴上采用双离合器包结构,避开重载的可能,同时拓展了变速箱挡位,节省空间,在远离输入轴的轴上采用单离合器包结构,提高轴及轴上零件的可靠性,完全满足平地机等主机的前进8挡的需求,整体的结构和性能得到优化,适于推广应用。(The invention relates to a hydraulic mechanical gearbox, which comprises a box body, an input shaft, a low-speed gear shaft, a high-speed gear shaft, a backward gear shaft, a plurality of intermediate shafts and an output shaft, wherein the gearbox can reach a forward 9-gear backward 6-gear maximum, the power transmission processes of a forward 1-gear and a forward 2-gear share 6 times of gear engagement, the power transmission processes of a forward 3-gear to a forward 9-gear share 4 times of gear engagement, the power transmission processes of a backward 1-gear to a backward 6-gear share 5 times of gear engagement, the gearbox adopts a structure combining a single clutch pack and a double clutch pack, the double clutch pack structure is adopted on a shaft close to the input shaft, the possibility of heavy load is avoided, simultaneously the gear of the gearbox is expanded, the space is saved, the single clutch pack structure is adopted on a shaft far away from the input shaft, the reliability of the shaft and parts on the shaft is improved, and the requirement of a land leveler and other main machines for 8, the whole structure and performance are optimized, and the method is suitable for popularization and application.)

液力机械变速箱及挡位实现方法

技术领域

本发明涉及机械技术领域，特别是涉及一种液力机械变速箱及挡位实现方法。

背景技术

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，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高，定轴式变速箱结构设计简单且易于实现变挡位数，变速比，适应性强，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。

另一方面，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，一种是单离合器结构，另一种是双离合器结构；单离合器结构即一根轴上只布置一个离合器包，这种结构的优点是轴的长度短，结构设计简单，制造和维修方便，相同载荷下轴的变形量小，可靠性高，缺点是对于相同挡位数的变速箱，单离合器结构变速箱轴的数量多，占用空间大；双离合器结构即一根轴上布置两个离合器包，这种结构优点是对于相同挡位数的变速箱，双离合器结构变速箱的数量少，结构紧凑，占用空间小，缺点是轴的长度长，结构相对复杂，轴受重载时径向变形量大，对轴的强度及齿轮传递误差都会产生影响，可靠性相对较低。

工程机械主机重载工作时需要变速箱处于较低的挡位，其挡位速比都要远大于1，即变速箱输出扭矩要大于变速箱输入扭矩，而由于变速箱速比通过齿轮逐级上升，因此，距离输入端越近的轴所承受的载荷普遍要低。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种液力机械变速箱及挡位实现方法，其在靠近输入轴的轴上采用双离合器包结构，避开重载的可能，同时拓展了变速箱挡位，节省空间，且在远离输入轴的轴上采用单离合器包结构，提高轴及轴上零件的可靠性，且该变速箱最高可达前进9挡后退6挡，完全满足某些主机前进8挡的需求。

作为本发明的一方面，提供一种液力机械变速箱。

一种液力机械变速箱，包括箱体，还包括输入轴S-in、低速挡轴S-L、高速挡轴S-H、后退挡轴S-R、多根中间轴以及输出轴S-out；

所述输入轴S-in上设置有输入齿轮；

所述低速挡轴S-L上设置有固定齿轮Z12和两个低速换挡离合器，两个浮动齿轮对应分别通过两个所述低速换挡离合器安装在所述低速挡轴S-L上；

所述高速挡轴S-H上设置有固定齿轮Z7、固定齿轮Z8和一个高速换挡离合器，一个浮动齿轮通过所述高速换挡离合器安装在所述高速挡轴S-H上；

所述后退挡轴S-R上设置有固定齿轮Z4和两个后退换挡离合器，两个浮动齿轮对应分别通过两个所述后退换挡离合器安装在所述后退挡轴S-R上；

每根所述中间轴上均设置有一个中间传动齿轮和一个中间传动离合器，对应分别有一个浮动齿轮通过对应的所述中间传动离合器安装在对应的所述中间轴上；

这些所述中间轴之间形成中间传动路径；

所述输出轴S-out上设置有输出齿轮；

所述输入齿轮与所述低速挡轴S-L上的浮动齿轮、所述高速挡轴S-H上的浮动齿轮和/或所述后退挡轴S-R上的浮动齿轮相啮合；

所述输出齿轮与其中一个所述中间轴上的所述中间传动齿轮相啮合；

从所述输入轴S-in经所述低速挡轴S-L或所述高速挡轴S-H、所述中间传动路径至所述输出轴S-out形成前进挡路径；从所述输入轴S-in经所述后退挡轴S-R、所述中间传动路径至所述输出轴S-out形成后退挡路径。

可选地，所述输入齿轮包括固定齿轮Z1、固定齿轮Z2和固定齿轮Z3。

可选地，两个所述低速换挡离合器分别为离合器CL1和离合器CL2，浮动齿轮Z13通过所述离合器CL1安装在所述低速挡轴S-L上，浮动齿轮Z14通过所述离合器CL2安装在所述低速挡轴S-L上，所述浮动齿轮Z13与所述固定齿轮Z2相啮合，所述浮动齿轮Z14与所述固定齿轮Z3相啮合。

可选地，所述高速换挡离合器为离合器CH，浮动齿轮Z9通过所述离合器CH安装在所述高速挡轴S-H上，所述浮动齿轮Z9与所述固定齿轮Z1相啮合。

可选地，两个所述后退换挡离合器分别为离合器CR1和离合器CR2，浮动齿轮Z5通过所述离合器CR1安装在所述后退挡轴S-R上，浮动齿轮Z6通过所述离合器CR2安装在所述后退挡轴S-R上，所述浮动齿轮Z5与所述固定齿轮Z2相啮合，所述浮动齿轮Z6与所述固定齿轮Z3相啮合。

可选地，所述中间轴包括中间轴S-1、中间轴S-2及中间轴S-3；所述中间传动齿轮包括设置在所述中间轴S-1上的固定齿轮Z10、设置在所述中间轴S-2上的固定齿轮Z15及设置在所述中间轴S-3上的固定齿轮Z18，所述固定齿轮Z15与所述固定齿轮Z12相啮合，所述固定齿轮Z7与所述固定齿轮Z10相啮合，所述固定齿轮Z8与所述固定齿轮Z4相啮合，所述固定齿轮Z8和所述固定齿轮Z15相啮合；所述中间传动离合器分别为离合器C1、离合器C2及离合器C3；浮动齿轮Z11通过所述离合器C1安装在所述中间轴S-1上，浮动齿轮Z16通过所述离合器C2安装在所述中间轴S-2上，浮动齿轮Z17通过所述离合器C3安装在所述中间轴S-3上，所述浮动齿轮Z11与所述固定齿轮Z18相啮合，所述浮动齿轮Z16与所述固定齿轮Z18相啮合，所述浮动齿轮Z17与所述固定齿轮Z15相啮合。

可选地，所述输出齿轮为固定齿轮Z19，所述固定齿轮Z19与所述固定齿轮Z18相啮合。

作为本发明的另一方面，还提供一种液力机械变速箱的挡位实现方法。

上述液力机械变速箱的挡位实现方法，用于实现前进9挡/后退6挡的模式，其中，

当所述离合器C1处于结合状态时，从所述固定齿轮Z7经所述固定齿轮Z10、所述浮动齿轮Z11、所述固定齿轮Z18至所述固定齿轮Z19形成第一输出路径；

当所述离合器C2处于结合状态时，从所述固定齿轮Z15经所述浮动齿轮Z16、所述固定齿轮Z18至所述固定齿轮Z19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Z15经所述浮动齿轮Z17、所述固定齿轮Z18至所述固定齿轮Z19形成第三输出路径；

当所述离合器CR1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Z8形成第一后退输入路径；

当所述离合器CR2处于结合状态时，从所述固定齿轮Z3经所述浮动齿轮Z6、所述固定齿轮Z4至所述固定齿轮Z8形成第二后退输入路径；

前进1挡：所述离合器CL1和所述离合器C1处于结合状态，所述输入轴S-in带动所述固定齿轮Z2转动，带动所述浮动齿轮Z13转动，带动所述固定齿轮Z12转动，带动所述固定齿轮Z15转动，带动所述固定齿轮Z8转动，然后经所述第一输出路径将动力传送至所述输出轴S-out；

前进2挡：所述离合器CL2和所述离合器C1处于结合状态，所述输入轴S-in带动所述固定齿轮Z3转动，带动所述浮动齿轮Z14转动，带动所述固定齿轮Z12转动，带动所述固定齿轮Z15转动，带动所述固定齿轮Z8转动，然后经所述第一输出路径将动力传送至所述输出轴S-out；

前进3挡：所述离合器CH和所述离合器C1处于结合状态，所述输入轴S-in带动所述固定齿轮Z1转动，带动所述浮动齿轮Z9转动，带动所述固定齿轮Z8转动，然后经所述第一输出路径将动力传送至所述输出轴S-out；

前进4挡：所述离合器CL1和所述离合器C2处于结合状态，所述输入轴S-in带动所述固定齿轮Z2转动，带动所述浮动齿轮Z13转动，带动所述固定齿轮Z12转动，然后经所述第二输出路径将动力传送至所述输出轴S-out；

前进5挡：所述离合器CL2和所述离合器C2处于结合状态，所述输入轴S-in带动所述固定齿轮Z3转动，带动所述浮动齿轮Z14转动，带动所述固定齿轮Z12转动，然后经所述第二输出路径将动力传送至所述输出轴S-out；

前进6挡：所述离合器CH和所述离合器C2处于结合状态，所述输入轴S-in带动所述固定齿轮Z1转动，带动所述浮动齿轮Z9转动，带动所述固定齿轮Z8转动，然后经所述第二输出路径将动力传送至所述输出轴S-out；

前进7挡：所述离合器CL1和所述离合器C3处于结合状态，所述输入轴S-in带动所述固定齿轮Z2转动，带动所述浮动齿轮Z13转动，带动所述固定齿轮Z12转动，然后经所述第三输出路径将动力传送至所述输出轴S-out；

前进8挡：所述离合器CL2和所述离合器C3处于结合状态，所述输入轴S-in带动所述固定齿轮Z3转动，带动所述浮动齿轮Z14转动，带动所述固定齿轮Z12转动，然后经所述第三输出路径将动力传送至所述输出轴S-out；

前进9挡：所述离合器CH和所述离合器C3处于结合状态，所述输入轴S-in带动所述固定齿轮Z1转动，带动所述浮动齿轮Z9转动，带动所述固定齿轮Z8转动，然后经所述第三输出路径将动力传送至所述输出轴S-out；

后退1挡：所述离合器CR1和所述离合器C1处于结合状态，所述输入轴S-in经所述第一后退输入路径和所述第一输出路径将动力传送至所述输出轴S-out；

后退2挡：所述离合器CR2和所述离合器C1处于结合状态，所述输入轴S-in经所述第二后退输入路径和所述第一输出路径将动力传送至所述输出轴S-out；

后退3挡：所述离合器CR1和所述离合器C2处于结合状态，所述输入轴S-in经所述第一后退输入路径和所述第二输出路径将动力传送至所述输出轴S-out；

后退4挡：所述离合器CR2和所述离合器C2处于结合状态，所述输入轴S-in经所述第二后退输入路径和所述第二输出路径将动力传送至所述输出轴S-out；

后退5挡：所述离合器CR1和所述离合器C3处于结合状态，所述输入轴S-in经所述第一后退输入路径和所述第三输出路径将动力传送至所述输出轴S-out；

后退6挡：所述离合器CR2和所述离合器C3处于结合状态，所述输入轴S-in经所述第二后退输入路径和所述第三输出路径将动力传送至所述输出轴S-out。

本发明的技术方案的有益效果：本设计的液力机械变速箱及挡位实现方法，采用单离合器包和双离合器包相结合的结构，在靠近输入轴的轴上采用双离合器包结构，避开重载的可能，同时拓展了变速箱挡位，节省空间，在远离输入轴的轴上采用单离合器包结构，提高轴及轴上零件的可靠性，且该变速箱最高可达前进9挡后退6挡，完全满足某些主机前进8挡的需求，整体的结构和性能得到优化，适于推广应用。

附图说明

图1为本发明的液力机械变速箱的前进9挡/后退6挡模式下的传动示意图；

图2为图1中的结构的各轴端面示意图。

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，本实施例的液力机械变速箱，包括箱体，还包括输入轴S-in、低速挡轴S-L、高速挡轴S-H、后退挡轴S-R、多根中间轴以及输出轴S-out；所述输入轴S-in上设置有输入齿轮；所述低速挡轴S-L上设置有固定齿轮Z12和两个低速换挡离合器，两个浮动齿轮对应分别通过两个所述低速换挡离合器安装在所述低速挡轴S-L上；所述高速挡轴S-H上设置有固定齿轮Z7、固定齿轮Z8和一个高速换挡离合器，一个浮动齿轮通过所述高速换挡离合器安装在所述高速挡轴S-H上；所述后退挡轴S-R上设置有固定齿轮Z4和两个后退换挡离合器，两个浮动齿轮对应分别通过两个所述后退换挡离合器安装在所述后退挡轴S-R上；每根所述中间轴上均设置有一个中间传动齿轮和一个中间传动离合器，对应分别有一个浮动齿轮通过对应的所述中间传动离合器安装在对应的所述中间轴上；这些所述中间轴之间形成中间传动路径；所述输出轴S-out上设置有输出齿轮；所述输入齿轮与所述低速挡轴S-L上的浮动齿轮、所述高速挡轴S-H上的浮动齿轮和/或所述后退挡轴S-R上的浮动齿轮相啮合；所述输出齿轮与其中一个所述中间轴上的所述中间传动齿轮相啮合；从所述输入轴S-in经所述低速挡轴S-L或所述高速挡轴S-H、所述中间传动路径至所述输出轴S-out形成前进挡路径；从所述输入轴S-in经所述后退挡轴S-R、所述中间传动路径至所述输出轴S-out形成后退挡路径。

更具体地，所述输入齿轮包括固定齿轮Z1、固定齿轮Z2和固定齿轮Z3；两个所述低速换挡离合器分别为离合器CL1和离合器CL2，浮动齿轮Z13通过所述离合器CL1安装在所述低速挡轴S-L上，浮动齿轮Z14通过所述离合器CL2安装在所述低速挡轴S-L上，所述浮动齿轮Z13与所述固定齿轮Z2相啮合，所述浮动齿轮Z14与所述固定齿轮Z3相啮合；所述高速换挡离合器为离合器CH，浮动齿轮Z9通过所述离合器CH安装在所述高速挡轴S-H上，所述浮动齿轮Z9与所述固定齿轮Z1相啮合；两个所述后退换挡离合器分别为离合器CR1和离合器CR2，浮动齿轮Z5通过所述离合器CR1安装在所述后退挡轴S-R上，浮动齿轮Z6通过所述离合器CR2安装在所述后退挡轴S-R上，所述浮动齿轮Z5与所述固定齿轮Z2相啮合，所述浮动齿轮Z6与所述固定齿轮Z3相啮合；所述中间轴包括中间轴S-1、中间轴S-2及中间轴S-3；所述中间传动齿轮包括设置在所述中间轴S-1上的固定齿轮Z10、设置在所述中间轴S-2上的固定齿轮Z15及设置在所述中间轴S-3上的固定齿轮Z18，所述固定齿轮Z15与所述固定齿轮Z12相啮合，所述固定齿轮Z7与所述固定齿轮Z10相啮合，所述固定齿轮Z8与所述固定齿轮Z4相啮合，所述固定齿轮Z8和所述固定齿轮Z15相啮合；所述中间传动离合器分别为离合器C1、离合器C2及离合器C3；浮动齿轮Z11通过所述离合器C1安装在所述中间轴S-1上，浮动齿轮Z16通过所述离合器C2安装在所述中间轴S-2上，浮动齿轮Z17通过所述离合器C3安装在所述中间轴S-3上，所述浮动齿轮Z11与所述固定齿轮Z18相啮合，所述浮动齿轮Z16与所述固定齿轮Z18相啮合，所述浮动齿轮Z17与所述固定齿轮Z15相啮合；所述输出齿轮为固定齿轮Z19，所述固定齿轮Z19与所述固定齿轮Z18相啮合。

上述结构的液力机械变速箱的挡位实现方法，用于实现前进9挡/后退6挡的模式，其中，当所述离合器C1处于结合状态时，从所述固定齿轮Z7经所述固定齿轮Z10、所述浮动齿轮Z11、所述固定齿轮Z18至所述固定齿轮Z19形成第一输出路径；当所述离合器C2处于结合状态时，从所述固定齿轮Z15经所述浮动齿轮Z16、所述固定齿轮Z18至所述固定齿轮Z19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Z15经所述浮动齿轮Z17、所述固定齿轮Z18至所述固定齿轮Z19形成第三输出路径；当所述离合器CR1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Z8形成第一后退输入路径；当所述离合器CR2处于结合状态时，从所述固定齿轮Z3经所述浮动齿轮Z6、所述固定齿轮Z4至所述固定齿轮Z8形成第二后退输入路径；

表1 各挡位工作时离合器结合情况表

参照附图1、附图2及表1：

前进1挡：所述离合器CL1和所述离合器C1处于结合状态，所述输入轴S-in带动所述固定齿轮Z2转动，带动所述浮动齿轮Z13转动，带动所述固定齿轮Z12转动，带动所述固定齿轮Z15转动，带动所述固定齿轮Z8转动，然后经所述第一输出路径将动力传送至所述输出轴S-out，共经历6次齿轮啮合动作；

前进2挡：所述离合器CL2和所述离合器C1处于结合状态，所述输入轴S-in带动所述固定齿轮Z3转动，带动所述浮动齿轮Z14转动，带动所述固定齿轮Z12转动，带动所述固定齿轮Z15转动，带动所述固定齿轮Z8转动，然后经所述第一输出路径将动力传送至所述输出轴S-out，共经历6次齿轮啮合动作；

前进3挡：所述离合器CH和所述离合器C1处于结合状态，所述输入轴S-in带动所述固定齿轮Z1转动，带动所述浮动齿轮Z9转动，带动所述固定齿轮Z8转动，然后经所述第一输出路径将动力传送至所述输出轴S-out，共经历4次齿轮啮合动作；

前进4挡：所述离合器CL1和所述离合器C2处于结合状态，所述输入轴S-in带动所述固定齿轮Z2转动，带动所述浮动齿轮Z13转动，带动所述固定齿轮Z12转动，然后经所述第二输出路径将动力传送至所述输出轴S-out，共经历4次齿轮啮合动作；

前进5挡：所述离合器CL2和所述离合器C2处于结合状态，所述输入轴S-in带动所述固定齿轮Z3转动，带动所述浮动齿轮Z14转动，带动所述固定齿轮Z12转动，然后经所述第二输出路径将动力传送至所述输出轴S-out，共经历4次齿轮啮合动作；

前进6挡：所述离合器CH和所述离合器C2处于结合状态，所述输入轴S-in带动所述固定齿轮Z1转动，带动所述浮动齿轮Z9转动，带动所述固定齿轮Z8转动，然后经所述第二输出路径将动力传送至所述输出轴S-out，共经历4次齿轮啮合动作；

前进7挡：所述离合器CL1和所述离合器C3处于结合状态，所述输入轴S-in带动所述固定齿轮Z2转动，带动所述浮动齿轮Z13转动，带动所述固定齿轮Z12转动，然后经所述第三输出路径将动力传送至所述输出轴S-out，共经历4次齿轮啮合动作；

前进8挡：所述离合器CL2和所述离合器C3处于结合状态，所述输入轴S-in带动所述固定齿轮Z3转动，带动所述浮动齿轮Z14转动，带动所述固定齿轮Z12转动，然后经所述第三输出路径将动力传送至所述输出轴S-out，共经历4次齿轮啮合动作；

前进9挡：所述离合器CH和所述离合器C3处于结合状态，所述输入轴S-in带动所述固定齿轮Z1转动，带动所述浮动齿轮Z9转动，带动所述固定齿轮Z8转动，然后经所述第三输出路径将动力传送至所述输出轴S-out，共经历4次齿轮啮合动作；

后退1挡：所述离合器CR1和所述离合器C1处于结合状态，所述输入轴S-in经所述第一后退输入路径和所述第一输出路径将动力传送至所述输出轴S-out，共经历5次齿轮啮合动作；

后退2挡：所述离合器CR2和所述离合器C1处于结合状态，所述输入轴S-in经所述第二后退输入路径和所述第一输出路径将动力传送至所述输出轴S-out，共经历5次齿轮啮合动作；

后退3挡：所述离合器CR1和所述离合器C2处于结合状态，所述输入轴S-in经所述第一后退输入路径和所述第二输出路径将动力传送至所述输出轴S-out，共经历5次齿轮啮合动作；

后退4挡：所述离合器CR2和所述离合器C2处于结合状态，所述输入轴S-in经所述第二后退输入路径和所述第二输出路径将动力传送至所述输出轴S-out，共经历5次齿轮啮合动作；

后退5挡：所述离合器CR1和所述离合器C3处于结合状态，所述输入轴S-in经所述第一后退输入路径和所述第三输出路径将动力传送至所述输出轴S-out，共经历5次齿轮啮合动作；

后退6挡：所述离合器CR2和所述离合器C3处于结合状态，所述输入轴S-in经所述第二后退输入路径和所述第三输出路径将动力传送至所述输出轴S-out，共经历5次齿轮啮合动作。

上述变速箱，共采用8根轴、19个齿轮及8个离合器实现，其中，低速挡轴S-L和后退挡轴S-R上采用双离合器结构，而高速挡轴S-H、中间轴S-1、中间轴S-2及中间轴S-3上分别采用单离合器结构，前进1挡和前进2挡的动力传送过程中共经历了6次齿轮啮合，前进3挡至前进9挡的动力传送过程中均经历了4次齿轮啮合，后退1挡至后退6挡的动力传送过程中均经历了5次齿轮啮合，合理设计齿轮啮合次数，保证速比的同时，兼顾传送的可靠性和齿轮传递误差。

上述技术方案的液力机械变速箱，采用单离合器包和双离合器包相结合的结构，在靠近输入轴的轴上采用双离合器包结构，避开重载的可能，同时拓展了变速箱挡位，节省空间，在远离输入轴的轴上采用单离合器包结构，提高轴及轴上零件的可靠性，且该变速箱最高可达前进9挡后退6挡，完全满足平地机等主机的前进8挡的需求，整体的结构和性能得到优化，适于推广应用。

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。