Силовой агрегат, содержащий трехскоростную трансмиссию
Изобретение относится к силовому агрегату транспортного средства. Силовой агрегат содержит электрический двигатель и трехскоростную трансмиссию, соединенную с электрическим двигателем. Трансмиссия включает в себя шесть параллельно расположенных валов, соединенных между собой зубчатыми шестернями и/или муфтами. Достигается повышение надежности силового агрегата. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к силовому агрегату для транспортного средства. Более конкретно, настоящее изобретение относится к силовому агрегату, содержащему трехскоростную трансмиссию и электрический двигатель.
Уровень техники
Рабочие машины - например, такие как строительные машины и сельскохозяйственные машины - имеют источник энергии, например дизельный двигатель или бензиновый двигатель. В некоторых из этих рабочих машин источник энергии взаимодействует с электрическим генератором и электрическим двигателем. Хотя электрические двигатели, как правило, обладают широким диапазоном скоростей, для взаимодействия с электрическим двигателем может все-таки быть необходима трансмиссия для эффективного и действенного приведения в движение рабочей машины.
Существует необходимость в силовом агрегате, содержащем электрический двигатель и трехскоростную трансмиссию. Для трансмиссии необходимы полезные скорости, даже если электрический двигатель достигает скоростей на входе, равных 7200 об/мин и выше. Кроме того, необходимо, чтобы трансмиссия была достаточно прочной, чтобы выдерживать большие усилия, связанные с подобными скоростями. Кроме того, для трансмиссии необходимо большое количество идентичных деталей, снижая за счет этого стоимость каждой детали и, одновременно, общую стоимость трансмиссии. В заключение, необходимо, чтобы трансмиссия была выполнена таким образом, чтобы она занимала компактное пространство.
Раскрытие изобретения
Раскрыт силовой агрегат, содержащий электрический двигатель и прочную, компактную трансмиссию, имеющую три полезные скорости и множество идентичных деталей.
Трансмиссия имеет корпус трансмиссии, при этом в корпусе трансмиссии установлен с возможностью вращения первый вал, соединенный с электрическим двигателем. Первая шестерня закреплена для вращения с первым валом.
Кроме того, в корпусе трансмиссии установлен с возможностью вращения второй вал. Вторая шестерня установлена с возможностью вращения вокруг второго вала. Дополнительно, третья шестерня и первая муфта закреплены для вращения со вторым валом. Первая муфта избирательно фиксирует вторую шестерню для вращения со вторым валом.
В дополнение, в корпусе трансмиссии установлен с возможностью вращения третий вал. Четвертая шестерня и вторая муфта закреплены для вращения с третьим валом. Четвертая шестерня постоянно сцеплена с первой шестерней. Пятая шестерня установлена с возможностью вращения вокруг третьего вала, при этом она постоянно сцеплена с третьей шестерней. Вторая муфта избирательно фиксирует пятую шестерню для вращения с третьим валом.
Также, в корпусе трансмиссии установлен с возможностью вращения четвертый вал. Шестая шестерня закреплена для вращения с четвертым валом, а также сцеплена с пятым валом.
Кроме того, в корпусе трансмиссии установлен с возможностью вращения пятый вал. Седьмая шестерня и восьмая шестерня закреплены для вращения с пятым валом. Седьмая шестерня сцеплена с шестой шестерней.
В заключение, в корпусе трансмиссии также с возможностью вращения установлен шестой вал. Девятая шестерня и третья муфта закреплены для вращения с шестым валом. Девятая шестерня сцеплена с четвертой шестерней. Десятая шестерня установлена с возможностью вращения вокруг шестого вала и сцеплена с восьмой шестерней. Третья муфта избирательно фиксирует десятую шестерню для вращения с шестым валом.
Краткое описание чертежей
В подробном описании сделана ссылка на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг.1 представляет собой вид в перспективе силового агрегата;
Фиг.2 представляет собой схематичный вид силового агрегата;
Фиг.3 представляет собой развернутое схематичное представление трехскоростной трансмиссии;
Фиг.4 представляет собой развернутый вид в разрезе трансмиссии;
Фиг.5 представляет собой таблицу, идентифицирующую количество зубцов каждой шестерни в варианте осуществления трансмиссии;
Фиг.6 представляет собой развернутое схематичное представление силового потока трансмиссии, когда она задействована на первой скорости;
Фиг.7 представляет собой развернутое схематичное представление силового потока трансмиссии, когда она задействована со второй скоростью; а
Фиг.8 представляет собой развернутое схематичное представление силового потока трансмиссии, когда она задействована с третьей скоростью.
Подробное описание изобретения
В подробном описании, ссылочные номера принимают следующий вид: G для шестерней, S для трансмиссионных валов, а С для муфт. Ссылочные номера для оставшихся узлов и деталей представлены в обычном цифровом виде.
Фигуры 1-2
Фиг.1 представляет собой вид в перспективе силового агрегата 16, а фиг.2 - схематичный вид силового агрегата 16. Силовой агрегат 16 может быть использован в рабочей машине (не показана), например строительной машине или сельскохозяйственной машине. Силовой агрегат 16 содержит источник 42 энергии, которым может быть, например, дизельный двигатель или бензиновый двигатель. Источник 42 энергии может быть соединен с приводом 40 генератора, посредством чего привод 40 генератора может преобразовывать частоту вращения источника 42 энергии в скорость, более подходящую для электрического генератора 38, который соединен с приводом 40 генератора. Так как электрический генератор 38 вырабатывает электроэнергию, она передается через первый кабель 78; силовую электронику; второй кабель 80; и в итоге, в электрический двигатель 20.
Электрический двигатель 20 заключен в корпус 96 электрического двигателя. В качестве иллюстрации, корпус 96 электрического двигателя установлен исключительно на трехскоростной трансмиссии 22. Для поддержки электрического двигателя 20, трансмиссия 22 может содержать колоколообразный кожух 90, имеющий усиливающие ребра 92. Трансмиссия 22 может быть соединена с передним выходным валом 74 и задним выходным валом 76. Кроме того, с передним выходным валом 74 может быть соединена передняя ось 24, а с задним выходным валом 76 - задняя ось 30. В конечном счете, передняя ось 24 и задняя ось 30 приводят в движение рабочую машину посредством передних колес 26 и задних колес 32 соответственно.
Фигуры 3-4
Фиг.3 представляет собой развернутое схематичное представление трансмиссии 22, а фиг.4 в качестве альтернативы представляет собой развернутое изображение трансмиссии 22 в разрезе. Первый вал S1 установлен с возможностью вращения в корпусе 98 трансмиссии (см. фиг.1) и соединен с электрическим двигателем 20 (см. фиг.1), например, посредством шлицевого соединения, образованного в первом валу S1. Первый вал S1 может вращаться посредством пары конических роликовых подшипников 46, которые могут быть по существу одинаковыми и могут быть расположены вокруг первого вала S1 посредством прессовой посадки. Первая шестерня G1 закреплена для вращения на первом валу S1, а в качестве иллюстрации сформирована в первом валу S1.
Второй вал S2 также установлен в корпусе 98 трансмиссии с возможностью вращения и может вращаться посредством пары конических роликовых подшипников 50. Два конических роликовых подшипника 50 могут быть по существу одинаковыми и могут быть расположены вокруг второго вала S2 посредством прессовой посадки. Вторая шестерня G2 установлена с возможностью вращения вокруг второго вала S2. Кроме того, третья шестерня G3 и первая муфта С1 закреплены для вращения со вторым валом S2. Первая муфта С1 избирательно фиксирует вторую шестерню G2 для вращения со вторым валом S2. Когда первая муфта С1 не включена, вторая шестерня может свободно вращаться относительно второго вала S2, например, посредством пары шаровых подшипников 68. Два шаровых подшипника 68 могут быть по существу одинаковыми, и их можно устанавливать вокруг второго вала S2 посредством прессовой посадки. В качестве примера, третью шестерню G3 прикрепляют ко второму валу S2 посредством сварки.
В дополнение, третий вал S3 также установлен в корпусе 98 трансмиссии с возможностью вращения. Третий вал S3 может вращаться посредством пары конических роликовых подшипников 54, которые могут быть по существу одинаковыми и могут быть установлены вокруг второго вала S3 посредством прессовой посадки. Четвертая шестерня G4 и вторая муфта С2 закреплены для вращения с третьим валом S3. Как показано на фиг.3 первой пунктирной линией 82, четвертая шестерня G4 постоянно сцеплена с первой шестерней G1 и второй шестерней G2. Для приведения в соответствие высоких входных скоростей, мощность на входе перед прохождением в другие валы может быть уменьшена непосредственно при входе в трансмиссию 22 через пару шестерен - первую шестерню G1 и четвертую шестерню G4 - с высоким передаточным отношением, равным, например, 2,35. Четвертая шестерня G4 может быть закреплена на третьем валу S3 посредством сварки. Также, пятая шестерня G5 установлена с возможностью вращения вокруг третьего вала S3, при этом пятая шестерня G5 постоянно сцеплена с третьей шестерней G3. Вторая муфта С2 избирательно фиксирует пятую шестерню G5 для вращения с третьим валом S3. Когда вторая муфта C2 не включена, пятая шестерня G5 может свободно вращаться относительно третьего вала S3, например, посредством пары конических роликовых подшипников 70, которые установлены вокруг третьего вала S3 посредством прессовой посадки.
Кроме того, четвертый вал S4 установлен в корпусе 98 трансмиссии с возможностью вращения. Шестая шестерня G8 закреплена для вращения с четвертым валом S4 и сцеплена с пятой шестерней G5. Шестая шестерня G6 может быть установлена на четвертом валу S4 посредством посадки на шлицах. Первая пара конических роликовых подшипников 58 может быть установлена вокруг четвертого вала S4, при этом они могут быть по существу одинаковыми.
Пятый вал S5 также установлен в корпусе 98 трансмиссии с возможностью вращения. Седьмая шестерня G7 и восьмая шестерня G8 закреплены для вращения с пятым валом S5. Седьмая шестерня G7 сцеплена с шестой шестерней G6. В качестве примера, седьмая шестерня G7 сформирована на пятом валу S5. Восьмая шестерня G8 может быть установлена на пятом валу S5 посредством комбинации посадки на шлицах и мягкой прессовой посадки. Вторая пара конических роликовых подшипников 60 может быть установлена вокруг пятого вала S5. Первая пара конических роликовых подшипников 58 и вторая пара конических роликовых подшипников 60 могут быть по существу аналогичными, при этом все они могут быть установлены вокруг своих соответствующих валов посредством прессовой посадки.
В заключение, шестой вал S6 также установлен в корпусе 98 трансмиссии с возможностью вращения, например, посредством пары конических роликовых подшипников 66. Пара конических роликовых подшипников 30 может быть по существу одинаковой и может быть установлена вокруг шестого вала S6 посредством прессовой посадки. Девятый подшипник G9 и третья муфта С3 закреплены для вращения с шестым валом S6. Как показано на фиг.3 второй пунктирной линией 84, девятая шестерня G9 постоянно сцеплена с четвертой шестерней G4. Девятая шестерня G9 может быть закреплена на четвертом валу S4 посредством сварки. Десятая шестерня G10 установлена с возможностью вращения вокруг шестого вала S6. Десятая шестерня G10 сцеплена с восьмой шестерней G8, при этом третья муфта С3 избирательно фиксирует десятую шестерню G10 для вращения с шестым валом S6. Когда десятая шестерня G10 не соединена для вращения с шестым валом S6, десятая шестерня G10 может свободно вращаться относительно шестого вала S6, например, посредством пары шаровых подшипников 72. Пара шаровых подшипников 72 может быть по существу аналогичной и может быть установлена вокруг шестого вала S6 посредством прессовой посадки.
Пары конических роликовых подшипников 46, 50, 54 и 66 могут быть по существу аналогичными друг другу.
Указанные выше валы в целом могут быть короткими в длину и толстыми в сечении, а указанные выше шестерни могут представлять собой косозубые шестерни, имеющие большие, широкие зубцы. Кроме того, все указанные выше валы и шестерни могут быть выполнены, например, из термообработанной стали, например стали 4150, стали 4120, стали 4140 или стали 8620. Кроме того, первая, вторая и третья муфты С1, С2 и С3 могут быть по существу аналогичными, и, кроме того, все они могут представлять собой муфты со смазкой.
Фиг.5
Фиг.5 представляет собой таблицу, идентифицирующую количество зубцов каждой шестерни в иллюстративном варианте осуществления трансмиссии 22. В данном варианте осуществления первая шестерня G1 имеет число зубцов, равное 31, вторая шестерня G2 имеет число зубцов, равное 52, и так далее. Отдельные соотношения, показанные в данной таблице, являются пригодными, даже когда электрический двигатель 20 достигает частот вращения ведущего вала, равных 7200 об/мин и выше.
Фиг.6: Первая Скорость
Фиг.6 представляет собой развернутое схематичное представление силового потока трансмиссии 22, когда она задействована на первой скорости. Жирная линия отображает передачу мощности от электрического двигателя 20 к переднему выходному валу 74 и заднему выходному валу 76. На первой скорости избирательно включается третья муфта С3, и трансмиссия 22 может иметь, как показано, общее передаточное отношение, равное 9,2.
Фиг.7: Вторая Скорость
Фиг.7 представляет собой развернутое схематичное представление силового потока трансмиссии 22, когда она задействована на второй скорости. Жирная линия отображает передачу мощности от электрического двигателя 20 к переднему выходному валу 74 и заднему выходному валу 76. На второй скорости избирательно включается вторая муфта С2, и трансмиссия 22 может иметь, как показано, общее передаточное отношение, равное 4,026. Схема трансмиссии 22 оптимизирована таким образом, что, когда она задействована на второй скорости, в передачу мощности включены только три из шести валов. По меньшей мере в некоторых обычных вариантах применения вторая скорость может быть использована 70% времени функционирования рабочего транспортного средства. Подобная компоновка может вносить вклад в увеличение промежутков времени между обслуживанием и в уменьшение потребления топлива, потому что эффективность трансмиссии для конкретной скорости зависит в частности от количества нагруженных зацеплений шестерен, необходимых для достижения необходимого передаточного отношения.
Фиг.8: Третья Скорость
Фиг.8 представляет собой развернутое схематичное представление силового потока трансмиссии 22, когда она задействована на третьей скорости. Жирная линия отображает передачу мощности от электрического двигателя 20 к переднему выходному валу 74 и заднему выходному валу 76. На третьей скорости, избирательно включается первая муфта С1, а трансмиссия 22 может иметь, как показано, общее передаточное отношение, равное 1,744. Как показано, отношение низшей скорости к высшей скорости составляет 5,3.
Несмотря на то что изобретение было проиллюстрировано и подробно описано и изложенном выше описании, подобное иллюстрирование и описание необходимо рассматривать по своему характеру в качестве примера, а не ограничения, при этом следует понимать, что были показаны и описаны иллюстративные варианты осуществления и что должны быть охвачены все изменения и дополнения, которые попадают в пределы раскрытия изобретения. Следует отметить, что альтернативные варианты осуществления настоящего изобретения могут включать не все описанные признаки, все-таки получая пользу по меньшей мере от некоторых из преимуществ подобных признаков. Специалисты в данной области техники легко могут разработать свои собственные варианты осуществления, которые включают один или более признаков настоящего изобретения и попадают в пределы сущности и объема правовых притязаний настоящего изобретения, которое ограничено приложенной формулой изобретения.
1. Силовой агрегат, содержащий электрический двигатель и трехскоростную трансмиссию, соединенную с электрическим двигателем и содержащую:
корпус трансмиссии;
первый вал, установленный в корпусе трансмиссии с возможностью вращения и соединенный с электрическим двигателем;
первую шестерню, закрепленную для вращения с первым валом;
второй вал, установленный в корпусе трансмиссии с возможностью вращения;
вторую шестерню, установленную с возможностью вращения вокруг второго вала;
третью шестерню и первую муфту, закрепленные для вращения со вторым валом, при этом первая муфта избирательно фиксирует вторую шестерню для вращения со вторым валом;
третий вал, установленный в корпусе трансмиссии с возможностью вращения;
четвертую шестерню и вторую муфту, закрепленные для вращения с третьим валом, при этом четвертая шестерня постоянно сцеплена с первой шестерней и второй шестерней;
пятую шестерню, установленную с возможностью вращения вокруг третьего вала, при этом пятая шестерня постоянно сцеплена с третьей шестерней, а вторая муфта избирательно фиксирует пятую шестерню для вращения с третьим валом;
четвертый вал, установленный в корпусе трансмиссии с возможностью вращения;
шестую шестерню, закрепленную для вращения с четвертым валом, при этом шестая шестерня зацеплена с пятой шестерней;
пятый вал, установленный в корпусе трансмиссии с возможностью вращения;
седьмую шестерню и восьмую шестерню, закрепленные для вращения с пятым валом, при этом седьмая шестерня зацеплена с шестой шестерней;
шестой вал, установленный в корпусе трансмиссии с возможностью вращения;
девятую шестерню и третью муфту, закрепленные для вращения с шестым валом, при этом девятая шестерня зацеплена с четвертой шестерней; и
десятую шестерню, установленную с возможностью вращения вокруг шестого вала, при этом десятая шестерня зацеплена с восьмой шестерней, а третья муфта избирательно фиксирует десятую шестерню для вращения с шестым валом.
2. Силовой агрегат по п.1, дополнительно содержащий:
электрический генератор, соединенный с электрическим двигателем;
привод генератора, соединенный с электрическим генератором; и
единственный масляный резервуар, выполненный с возможностью сбора масла от электрического двигателя, электрического генератора и привода генератора.
3. Силовой агрегат по п.1, дополнительно содержащий корпус электрического двигателя для вмещения электрического двигателя, при этом корпус электрического двигателя установлен только на корпусе трансмиссии.
4. Силовой агрегат по п.1, в котором трехскоростная трансмиссия имеет общее передаточное отношение в пределах 20% от 9,2 при избирательном включении первой муфты.
5. Силовой агрегат по п.1, в котором трехскоростная трансмиссия имеет общее передаточное отношение в пределах 20% от 1,744 при избирательном включении третьей муфты.
6. Силовой агрегат по п.1, в котором первая, вторая и третья муфты представляют собой по существу аналогичные муфты со смазкой.
7. Силовой агрегат по п.1, дополнительно содержащий первую пару конических роликовых подшипников, установленных вокруг четвертого вала, вторую пару конических роликовых подшипников, установленных вокруг пятого вала, при этом первая и вторая пары конических роликовых подшипников выполнены по существу аналогичными.
8. Силовой агрегат по п.1, дополнительно содержащий:
передний выходной вал, соединенный с четвертым валом;
переднюю ось, соединенную с передним выходным валом;
задний выходной вал, соединенный с четвертым валом; и
заднюю ось, соединенную с задним выходным валом.
9. Силовой агрегат по п.1, в котором все валы и все шестерни выполнены из термообработанной стали.
10. Силовой агрегат по п.1, в котором трехскоростная трансмиссия имеет общее передаточное отношение в пределах 20% от 4,026 при избирательном включении второй муфты.
11. Силовой агрегат по п.10, в котором только первый вал, третий вал и четвертый вал включены в передачу мощности.
12. Силовой агрегат, содержащий:
трехскоростную трансмиссию, имеющую корпус трансмиссии;
электрический двигатель, имеющий корпус электрического двигателя для вмещения электрического двигателя, установленный только на корпусе трансмиссии;
электрический генератор, соединенный с электрическим двигателем;
привод генератора, соединенный с электрическим генератором; и
единственный масляный резервуар, выполненный с возможностью сбора масла от электрического двигателя, электрического генератора и привода генератора.
13. Силовой агрегат по п.12, в котором трехскоростная трансмиссия дополнительно содержит:
первый вал, установленный в корпусе трансмиссии с возможностью вращения и соединенный с электрическим двигателем;
первую шестерню, закрепленную для вращения с первым валом;
второй вал, установленный в корпусе трансмиссии с возможностью вращения;
вторую шестерню, установленную с возможностью вращения вокруг второго вала;
третью шестерню и первую муфту, закрепленные для вращения со вторым валом, при этом первая муфта избирательно фиксирует вторую шестерню для вращения со вторым валом;
третий вал, установленный в корпусе трансмиссии с возможностью вращения;
четвертую шестерню и вторую муфту, закрепленные для вращения с третьим валом, при этом четвертая шестерня постоянно сцеплена с первой шестерней и второй шестерней;
пятую шестерню, установленную с возможностью вращения вокруг третьего вала, при этом пятая шестерня постоянно сцеплена с третьей шестерней, а вторая муфта избирательно фиксирует пятую шестерню для вращения с третьим валом;
четвертый вал, установленный в корпусе трансмиссии с возможностью вращения;
шестую шестерню, закрепленную для вращения с четвертым валом, при этом шестая шестерня зацеплена с пятой шестерней;
пятый вал, установленный в корпусе трансмиссии с возможностью вращения;
седьмую шестерню и восьмую шестерню, закрепленные для вращения с пятым валом, при этом седьмая шестерня зацеплена с шестой шестерней;
шестой вал, установленный в корпусе трансмиссии с возможностью вращения;
девятую шестерню и третью муфту, закрепленные для вращения с шестым валом, при этом девятая шестерня зацеплена с четвертой шестерней; и
десятую шестерню, установленную с возможностью вращения вокруг шестого вала, при этом десятая шестерня зацеплена с восьмой шестерней, а третья муфта избирательно фиксирует десятую шестерню для вращения с шестым валом.
14. Силовой агрегат по п.13, в котором трехскоростная трансмиссия имеет общее передаточное отношение в пределах 20% от 9,2 при избирательном включении первой муфты.
15. Силовой агрегат по п.13, в котором трехскоростная трансмиссия имеет общее передаточное отношение в пределах 20% от 1,744 при избирательном включении третьей муфты.
16. Силовой агрегат по п.13, в котором первая, вторая и третья муфты представляют собой по существу аналогичные муфты со смазкой.
17. Силовой агрегат по п.13, дополнительно содержащий первую пару конических роликовых подшипников, установленных вокруг четвертого вала, вторую пару конических роликовых подшипников, установленных вокруг пятого вала, при этом все конические роликовые подшипники выполнены по существу аналогичными.
18. Силовой агрегат по п.13, в котором трехскоростная трансмиссия имеет общее передаточное отношение в пределах 20% от 4,026 при избирательном включении второй муфты.
19. Силовой агрегат по п.18, в котором только первый вал, третий вал и четвертый вал включены в передачу мощности.
