專利名稱：變速器齒輪嚙合機(jī)構(gòu)及操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作業(yè)機(jī)械領(lǐng)域，尤其涉及一種用于作業(yè)機(jī)械上的變速器。
背景技術(shù)：
作業(yè)機(jī)械，例如農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)，可以利用原動(dòng)力使其驅(qū)動(dòng)，原動(dòng)力可采用多種驅(qū)動(dòng)形 式，如后輪驅(qū)動(dòng)、四輪驅(qū)動(dòng)(4WD)、機(jī)械前輪驅(qū)動(dòng)(MFWD)、履帶型驅(qū)動(dòng)等。在拖拉機(jī)使用機(jī)械 前輪驅(qū)動(dòng)方式的情況下，前輪驅(qū)動(dòng)是一個(gè)典型的非全時(shí)驅(qū)動(dòng)方式，駕駛室內(nèi)的電子開關(guān)被 用來(lái)在后輪驅(qū)動(dòng)和機(jī)械前輪驅(qū)動(dòng)方式之間進(jìn)行切換。MFWD拖拉機(jī)可包括內(nèi)燃(IC)發(fā)動(dòng)機(jī)，該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)提供輸入功率給變速器，變速 器又通過后端差速器連接和驅(qū)動(dòng)后軸。所述變速器可還包括一個(gè)通常朝向前進(jìn)方向的輸出 軸，該輸出軸通過傳動(dòng)軸或與其相似軸在拖拉機(jī)的前端連接MFWD。來(lái)自變速器的傳動(dòng)軸輸 出可被離合用來(lái)選擇性提供變速器輸出功率到MFWD。傳統(tǒng)的離合器設(shè)計(jì)是傳動(dòng)軸高效接合 或脫離，但是設(shè)計(jì)趨于相對(duì)復(fù)雜。使用在配置有MFWD的拖拉機(jī)上的離合器裝置的例子已被美國(guó)專利號(hào)為 NO. 6，364，045的專利公開，該專利目前已被本發(fā)明的受讓人購(gòu)買，并用于約翰迪爾5000系 列的拖拉機(jī)上。參照?qǐng)D2，氣缸55插入在離合器構(gòu)件52和傳動(dòng)齒輪37之間。所述氣缸55 包括通用U形排氣閥，活塞57滑動(dòng)安置在排氣閥內(nèi)。在最終起作用前液壓通過軸36傳遞， 然后以45度角穿過氣缸55后壁。部件的數(shù)量和部件構(gòu)形增加了離合器設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和成 本。因此，本領(lǐng)域需要一種簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、可靠的用于變速器的齒輪裝置的離合器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一種形式涉及一種用于車輛的變速器，該變速器包括具有流體通道的 齒輪軸，以及安裝在所述齒輪軸上的具有第一鉆孔的齒輪。所述齒輪設(shè)有帶有多個(gè)齒的第 一軸面，以及第一鉆孔和第一軸面中的每一個(gè)上的第一根切。掛檔軸套設(shè)有安裝在所述齒 輪軸上的第二鉆孔。所述第二鉆孔軸向可移動(dòng)且其與所述齒輪軸的相對(duì)旋轉(zhuǎn)被固定。所 述掛檔軸套設(shè)有帶有多個(gè)齒的第二軸面，以及第二鉆孔和第二軸面中的每一個(gè)上的第二根 切。所述第二軸面的齒能嚙合第一軸面的齒。環(huán)形活塞可滑動(dòng)地安裝到齒輪軸并且被安置 在第一根切和第二根切中的每一個(gè)內(nèi)。所述環(huán)形活塞被構(gòu)形以使用流體通道內(nèi)的加壓流體 移動(dòng)掛檔軸套遠(yuǎn)離齒輪。本發(fā)明的另一種形式涉及一種如上所述的變速器的操作方法，包括以下步驟使 用彈簧相對(duì)齒輪偏置掛檔軸套；以及通過應(yīng)用加壓流體到流體通道使掛檔軸套脫離齒輪， 并因此移動(dòng)掛檔軸套遠(yuǎn)離該齒輪。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例所述的用于農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)上的變速器的透視圖2是圖1中所示的變速器的沿線2-2的側(cè)剖視圖；圖3是圖2的細(xì)部A放大視圖；圖4是通過圖2和圖3所示離合器的側(cè)剖視圖；和圖5是圖2、圖3所示離合器和惰輪裝置的透視圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照附圖，尤其參照?qǐng)D1和圖2，示出了農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)形式的作業(yè)機(jī)械10的一部 分，特別是拖拉機(jī)的后部傳動(dòng)系統(tǒng)。盡管顯示為農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)，作業(yè)機(jī)械10可以是一個(gè)不同 類型作業(yè)機(jī)械的形式，例如建筑拖拉機(jī)或林業(yè)機(jī)械。拖拉機(jī)10包括連接后部差速器14的變速器12，后部差速器14又驅(qū)動(dòng)一對(duì)后軸 16。每一后軸16包括外側(cè)輪轂18，相應(yīng)的后驅(qū)動(dòng)車輪(未畫出)安裝到外側(cè)輪轂18上。如圖1所示的示意圖，變速器12包括從動(dòng)軸20，從動(dòng)軸20機(jī)械連接IC發(fā)動(dòng)機(jī)22 并接收來(lái)自IC發(fā)動(dòng)機(jī)22的旋轉(zhuǎn)輸入功率。從動(dòng)軸20通過與差速器傳動(dòng)軸M相稱的齒輪 裝置傳遞旋轉(zhuǎn)功率，差速器傳動(dòng)軸M又從后部差速器齒輪組沈延伸并提供旋轉(zhuǎn)輸入功率 給后部差速器齒輪組26(見圖2)。從動(dòng)軸20延伸穿過外殼28并由外殼28可旋轉(zhuǎn)地支承，外殼28同樣裝載和可旋 轉(zhuǎn)地支承多個(gè)其它部件。惰輪裝置30也位于外殼28內(nèi)并由外殼28支承，惰輪裝置30在 功率輸入32和功率輸出34之間機(jī)械互連。參照?qǐng)D2和圖3，功率輸入32包括輸入軸36和 由輸入軸36支承的輸入齒輪38。在所示實(shí)施例中，輸入軸36其實(shí)就是差速器傳動(dòng)軸24， 但它可能是提供輸入功率給惰輪裝置30的不同的可旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸。輸入軸36接收與IC發(fā) 動(dòng)機(jī)22連接的從動(dòng)軸20的輸入功率。術(shù)語(yǔ)功率輸入32和功率輸出34均相對(duì)用于惰輪裝置30。也就是說，功率輸入32 提供輸入功率給惰輪裝置30，功率輸出34從惰輪裝置30接收和提供功率輸出。惰輪裝置30 (圖3和圖4)包括惰輪軸44、從動(dòng)齒輪46和驅(qū)動(dòng)齒輪48。從動(dòng)齒輪 46剛性地固定到惰輪軸44并在運(yùn)作期間隨其一起轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)在已安裝位置時(shí)，驅(qū)動(dòng)齒輪48 具有花鍵聯(lián)接惰輪軸44的外直徑的內(nèi)直徑。驅(qū)動(dòng)齒輪48緊靠惰輪軸44上的肩50以保持 在一個(gè)軸向方向，并由卡環(huán)52保持在另一軸向方向(用卡環(huán)52與驅(qū)動(dòng)齒輪48之間的止推 墊圈53)。進(jìn)出口蓋M構(gòu)成外殼觀的一部分，其裝配在外殼觀上形成的人孔56內(nèi)。進(jìn)出 口蓋M還限定支撐軸承62的軸承支撐，軸承62又具有可旋轉(zhuǎn)地支承惰輪軸44的外端的 內(nèi)圈。進(jìn)出口蓋M利用三個(gè)螺栓60緊固在外殼28上。功率輸出34相似地包括輸出軸40和由輸出軸40支承的輸出齒輪42。在所示的 實(shí)施例中，輸出軸40延伸穿過外殼28并提供旋轉(zhuǎn)輸出功率給拖拉機(jī)10前軸上的MFWD。輸 出齒輪42與輸出軸40聯(lián)軸，因此，當(dāng)MFWD通過駕駛室內(nèi)的開關(guān)(未畫出)啟動(dòng)而接合時(shí)， 輸出齒輪42主動(dòng)跟隨輸出軸40旋轉(zhuǎn)。更為具體的說，離合器裝置62通常包括輸出齒輪42、掛檔軸套64、環(huán)形活塞66和 彈簧68 (圖3- 。輸出齒輪42包括安裝在齒輪軸40上的第一鉆孔70。輸出齒輪42和/ 或輸出軸40可以支承至少一個(gè)密封70，以來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出齒輪42和輸出軸40之間的完全密封 或只允許有限量流動(dòng)。在所示實(shí)施例中，輸出軸40支承密封72并僅允許少量液壓流體流動(dòng)以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑。輸出齒輪42有帶有多個(gè)齒76的第一軸面74。本實(shí)施例中，齒76是矩形齒，但也 可以是其他不同形狀的齒。環(huán)形第一根切78形成于輸出齒輪42的內(nèi)徑毗鄰第一軸面74 處。輸出齒輪42可繞輸出軸40旋轉(zhuǎn)，但是輸出齒輪42被保持在相對(duì)輸出軸40的軸 向方向。為此，第一止推墊圈80和第一卡環(huán)82由輸出齒輪42與掛檔軸套64相對(duì)側(cè)的輸 出軸40支承。另外，第二止推墊圈84和第二卡環(huán)86由輸出齒輪42與環(huán)形活塞66毗鄰側(cè) 的輸出軸40支承。第二止推墊圈84和第二卡環(huán)86被安置在輸出齒輪42的第一根切78 內(nèi)。第二卡環(huán)86被安置在形成于第二止推墊圈84上的軸向朝向凹槽內(nèi)，這樣第二卡環(huán)86 和第二止推墊圈84大體上相對(duì)于環(huán)形活塞66的一端共面。掛檔軸套64包括安裝在輸出軸40上的第二鉆孔88。第二鉆孔88相對(duì)于輸出軸 40軸向可移動(dòng)并且其與輸出軸40的相對(duì)旋轉(zhuǎn)被固定。本實(shí)施例中，第二鉆孔88和輸出軸 40的外直徑相互花鍵聯(lián)接(參考數(shù)字90說明)，因此僅允許軸向方向單一角度移動(dòng)。掛檔軸套64包括帶有多個(gè)齒94的第二軸面92。齒94也顯示為矩形形狀，其大 小設(shè)置成能夠與輸出齒輪42的軸端的齒76相互嚙合。齒76和齒94均在其之間設(shè)有凹槽 96，凹槽96的大小設(shè)置成用來(lái)提供用于使掛檔軸套64與輸出齒輪42之間容易嚙合的相當(dāng) 的間隙。掛檔軸套64還包括第二根切98，第二根切98形成于第二鉆孔88毗鄰第二軸面 92處。環(huán)形活塞66可滑動(dòng)地安裝到輸出軸40并被安置于由每個(gè)第一根切78和第二根 切98限定的環(huán)形凹槽內(nèi)。環(huán)形活塞66與每個(gè)輸出軸40和輸出齒輪42密封。輸出軸40 支承的密封100被安置于環(huán)形活塞66的內(nèi)直徑處，密封墊102被支承在環(huán)形活塞66的外 直徑的一環(huán)形溝槽中。環(huán)形活塞66還包括環(huán)形溝槽104，環(huán)形溝槽104形成于毗鄰輸出齒輪42的內(nèi)直徑 內(nèi)。環(huán)形溝槽104流體互連形成于輸出軸40內(nèi)的流體通道106與毗鄰輸出齒輪42的環(huán)形活塞的一端。彈簧68由輸出軸40支承在掛檔軸套64與輸出齒輪42相對(duì)的一側(cè)。彈簧68朝 向輸出齒輪42偏置掛檔軸套64，以使齒76和齒94在MFWD模式下相互嚙合。本實(shí)施例中， 彈簧68被配置為一個(gè)碟形彈簧，這是一個(gè)在掛檔軸套64遠(yuǎn)離輸出齒輪42可壓縮固定距離 的彈簧。在作業(yè)機(jī)械10處于MFWD操作模式下，流體通道106內(nèi)沒有加壓流體，彈簧68機(jī) 械地偏置掛檔軸套64使其與輸出齒輪42接合，以使齒76和齒94互相嚙合。當(dāng)操作員脫 開MFWD的開關(guān)時(shí)，加壓液壓流體流動(dòng)穿過流體通道106和環(huán)形溝槽104以對(duì)毗鄰輸出齒輪 42的環(huán)形活塞66的端面起作用。加壓流體推動(dòng)環(huán)形活塞66遠(yuǎn)離輸出齒輪42，其又沿軸向 方向推動(dòng)掛檔軸套64遠(yuǎn)離輸出齒輪42。掛檔軸套64移動(dòng)的范圍受到彈簧68的固定距離 X的限制。當(dāng)環(huán)形活塞66移動(dòng)穿過該相同距離X時(shí)，密封墊102與第一根切78的內(nèi)直徑保 持密封。齒76和齒94脫離，輸出齒輪42繞輸出軸40自由旋轉(zhuǎn)，因此，在后輪驅(qū)動(dòng)模式下， 不驅(qū)動(dòng)輸出軸40并允許作業(yè)機(jī)械10運(yùn)行。已經(jīng)說明了優(yōu)選的實(shí)施例，顯然，在不偏離如所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍的情況下可以進(jìn)行各種變型。
權(quán)利要求
1.一種用于車輛的變速器，包括一齒輪軸，其具有一流體通道；一齒輪，其具有安裝在所述齒輪軸上的一第一鉆孔，所述齒輪設(shè)有帶有多個(gè)齒的一第 一軸面以及所述第一鉆孔和所述第一軸面中的每一個(gè)上的一第一根切；一掛檔軸套，其設(shè)有安裝在所述齒輪軸上的一第二鉆孔，所述第二鉆孔軸向可移動(dòng)并 且其與所述齒輪軸的相對(duì)旋轉(zhuǎn)被固定，所述掛檔軸套設(shè)有帶有多個(gè)齒的一第二軸面以及所 述第二鉆孔和所述第二軸面中的每一個(gè)上的一第二根切，所述第二軸面的所述齒能嚙合所 述第一軸面的所述齒；和一環(huán)形活塞，其可滑動(dòng)地安裝到所述齒輪軸并被安置在所述第一根切和所述第二根切 中的每一個(gè)內(nèi)，所述環(huán)形活塞被構(gòu)形以使用所述流體通道內(nèi)的加壓流體推動(dòng)所述掛檔軸套 遠(yuǎn)離所述齒輪。
2.如權(quán)利要求1所述的變速器，包括一彈簧，其由所述齒輪軸支承在所述齒輪相對(duì)的 所述掛檔軸套的一側(cè)，所述彈簧朝向所述齒輪偏置所述掛檔軸套。
3.如權(quán)利要求2所述的變速器，其中所述彈簧可壓縮一固定距離，所述環(huán)形活塞能推 動(dòng)所述掛檔軸套大約所述固定距離，以使所述掛檔軸套脫離所述齒輪。
4.如權(quán)利要求2所述的變速器，其中，所述彈簧是一碟形彈簧。
5.如權(quán)利要求1所述的變速器，其中，所述掛檔軸套用花鍵聯(lián)接所述齒輪軸。
6.如權(quán)利要求1所述的變速器，其中，所述環(huán)形活塞包括一環(huán)形溝槽，所述環(huán)形溝槽流 體互連所述流體通道與所述毗鄰齒輪的所述環(huán)形活塞的一端。
7.如權(quán)利要求1所述的變速器，其中，所述齒輪和所述掛檔軸套中的每一個(gè)上的所述 齒是矩形狀齒。
8.如權(quán)利要求7所述的變速器，其中所述齒輪和所述掛檔軸套上的所述齒被凹槽分 開，該凹槽提供所述齒輪與所述掛檔軸套之間相當(dāng)?shù)拈g隙并使其容易接合。
9.如權(quán)利要求1所述的變速器，包括至少一個(gè)在所述環(huán)形活塞與所述齒輪軸和所述齒 輪上的所述第一根切中的每一個(gè)之間的密封。
10.如權(quán)利要求1所述的變速器，包括至少一個(gè)在所述齒輪和所述齒輪軸之間的密封。
11.如權(quán)利要求1所述的變速器，包括由所述齒輪軸支承在所述掛檔軸套相對(duì)的所述 齒輪的一側(cè)上的一第一止推墊圈和一第一卡環(huán)。
12.如權(quán)利要求1所述的變速器，包括由所述齒輪軸支承在毗鄰所述環(huán)形活塞的所述 齒輪的一側(cè)上的一第二止推墊圈和一第二卡環(huán)，所述第二止推墊圈和第二卡環(huán)被安置在所 述齒輪的所述第一根切內(nèi)。
13.如權(quán)利要求1所述的變速器，其中，所述車輛包括一作業(yè)機(jī)械。
14.一種作業(yè)機(jī)械，包括一發(fā)動(dòng)機(jī)；和一與發(fā)動(dòng)機(jī)連接的變速器，所述變速器包括一齒輪軸，其具有一流體通道；一齒輪，其具有安裝在所述齒輪軸上的一第一鉆孔，所述齒輪設(shè)有帶有多個(gè)齒的一第 一軸面以及所述第一鉆孔和所述第一軸面中的每一個(gè)上的一第一根切；一掛檔軸套，其設(shè)有安裝在所述齒輪軸上的一第二鉆孔，所述第二鉆孔軸向可移動(dòng)并 且其與所述齒輪軸的相對(duì)旋轉(zhuǎn)被固定，所述掛檔軸套設(shè)有帶有多個(gè)齒的一第二軸面以及所 述第二鉆孔和所述第二軸面中的每一個(gè)上的一第二根切，所述第二軸面的所述齒能嚙合所述第一軸面的所述齒；和 一環(huán)形活塞，其可滑動(dòng)地安裝到所述齒輪軸并被安置在所述第一根切和所述第二根切 中的每一個(gè)內(nèi)，所述環(huán)形活塞被構(gòu)形以使用所述流體通道內(nèi)的加壓流體推動(dòng)所述掛檔軸套 遠(yuǎn)離所述齒輪。
15.如權(quán)利要求14所述的作業(yè)機(jī)械，包括一彈簧，其由所述齒輪軸支承在所述齒輪相 對(duì)的所述掛檔軸套的一側(cè)，所述彈簧朝向所述齒輪偏置所述掛檔軸套。
16.如權(quán)利要求15所述的作業(yè)機(jī)械，其中所述彈簧可壓縮一固定距離，所述環(huán)形活塞 能夠推動(dòng)所述掛檔軸套大約所述固定距離，因此使所述掛檔軸套脫離所述齒輪。
17.如權(quán)利要求15所述的作業(yè)機(jī)械，其中，所述彈簧是一碟形彈簧。
18.如權(quán)利要求14所述的作業(yè)機(jī)械，其中，所述掛檔軸套用花鍵聯(lián)接所述齒輪軸。
19.如權(quán)利要求14所述的作業(yè)機(jī)械，其中，所述環(huán)形活塞包括一環(huán)形溝槽，所述環(huán)形溝 槽流體互連所述流體通道與所述毗鄰齒輪的所述環(huán)形活塞的一端。
20.如權(quán)利要求14所述的作業(yè)機(jī)械，其中，所述齒輪和所述掛檔軸套中的每一個(gè)上的 所述齒是矩形狀齒。
21.如權(quán)利要求20所述的作業(yè)機(jī)械，其中，所述齒輪和所述掛檔軸套上的所述齒被凹 槽分開，所述凹槽提供所述齒輪與所述掛檔軸套之間相當(dāng)?shù)拈g隙并使其容易接合。
22.如權(quán)利要求14所述的作業(yè)機(jī)械，包括至少一個(gè)在所述環(huán)形活塞與所述齒輪軸和所 述齒輪上的所述第一根切中的每一個(gè)之間的密封，以及還包括至少一個(gè)在所述齒輪和所述 齒輪軸之間的密封。
23.一種操作車輛變速器的方法，包括以下步驟 提供一變速器，該變速器包括一齒輪軸，其具有一流體通道；一齒輪，其具有安裝在所述齒輪軸上的一第一鉆孔，所述齒輪設(shè)有帶有多個(gè)齒的一第 一軸面以及所述第一鉆孔和所述第一軸面中的每一個(gè)上的一第 一根切；一掛檔軸套，其設(shè)有安裝在所述齒輪軸上的一第二鉆孔，所述第二鉆孔軸向可移動(dòng)并 且其與所述齒輪軸的相對(duì)旋轉(zhuǎn)被固定，所述掛檔軸套設(shè)有帶有多個(gè)齒的一第二軸面以及所 述第二鉆孔和所述第二軸面中的每一個(gè)上的一第二根切，所述第二軸面的所述齒能嚙合所 述第一軸面的所述齒；一環(huán)形活塞，其可滑動(dòng)地安裝到所述齒輪軸并被安置在所述第一根切和所述第二根切 中的每一個(gè)內(nèi)，所述環(huán)形活塞被構(gòu)形以使用所述流體通道內(nèi)的加壓流體推動(dòng)所述掛檔軸套 遠(yuǎn)離所述齒輪；和一彈簧，其由所述齒輪軸支承在所述齒輪相對(duì)的所述掛檔軸套的一側(cè)； 利用所述彈簧朝向所述齒輪偏置所述掛檔軸套；和通過應(yīng)用一加壓流體到所述流體通道使所述掛檔軸套脫離所述齒輪，從而推動(dòng)所述掛 檔軸套遠(yuǎn)離所述齒輪。
24.如權(quán)利要求23所述的操作車輛變速器的方法，包括步驟通過減小流體壓力使所 述掛檔軸套與齒輪接合以允許所述彈簧相對(duì)所述齒輪偏置所述掛檔軸套。
全文摘要
一種用于車輛(10)的變速器(12)，包括具有流體通道(106)的齒輪軸(40)和具有安裝在齒輪軸(40)上的第一鉆孔(70)的齒輪(42)。齒輪設(shè)有帶有多個(gè)齒(76)的第一軸面(74)和第一鉆孔和第一軸面中每一個(gè)上的第一根切(78)。掛檔軸套(64)設(shè)有安裝在齒輪軸(40)上的第二鉆孔(88)。第二鉆孔(88)軸向可移動(dòng)并且其與齒輪軸(40)的相對(duì)旋轉(zhuǎn)被固定。掛檔軸套(64)設(shè)有帶有多個(gè)齒(94)的第二軸面(92)和第二鉆孔(88)和第二軸面(92)中每一個(gè)上的第二根切(98)。第二軸面(92)的齒(94)能嚙合第一軸面(74)的齒(76)。環(huán)形活塞(66)滑動(dòng)安裝到齒輪軸(40)并被安置在第一根切(78)和第二根切(98)中每一個(gè)內(nèi)。
文檔編號(hào)F16D31/02GK102057177SQ200880129734
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2008年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月3日
發(fā)明者赫伯特·艾倫·拉森, 雷蒙德·唐納德·米可 申請(qǐng)人:迪爾公司