CN101408244A - 机械液力无级变速器和方法、及车辆机械液力无级变速器 - Google Patents

机械液力无级变速器和方法、及车辆机械液力无级变速器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种机械液力无级变速器及车辆变速器。该变速器的机械变速组件包括偏心机构、推压盘、固定盘、以及驱动盘；偏心机构根据驱动盘的负载调整推压盘与动力输入轴之间的偏心量；该变速器的液力变速组件包括泵轮、以及与驱动盘固定连接的涡轮；涡轮设有伸出外壳的动力输出轴。利用机械变速组件在小转速比时转矩比大的优点，快速的驱动液力变速组件的涡轮启动，并很快的加速转动；并且在转速比达到一定时，液力变速组件的泵轮到涡轮成为主要的动力传动路线，从而综合了机械变速组件小转速比时具有大转矩比、高效率的优点以及液力变速组件大转速比时高效率工作的优点，有机地结合了两者的优势，具有在各种运行工况下都能获得高效传输的优点。

Description

机械液力无级变速器和方法、及车辆机械液力无级变速器
技术领域
本发明涉及无级变速装置，更具体地说，涉及一种机械液力无级变速器和机械液力无级变速方法、以及用于车辆中的机械液力无级变速器。
背景技术
液力变矩器具有良好的自适应性和无级变速变矩功能，对传动系统有缓冲和减振作用，没有机械磨损、可靠性高、使用寿命长，在各种车辆、工程机械、建筑机械等机械领域得到广泛应用。
但是，液力变矩器存在变矩能力和传动效率的矛盾，很多情况下启动慢，输出转矩不能满足要求。在变矩能力较大、小变速比时传动效率很低，设备发热需增加冷却系统，使系统结构复杂、体积重量大。
当前汽车上使用的变速器有很多种，如手档变速器、钢带式无级变速器、液力自动变速器等等，其中最多使用的是液力自动变速器。液力自动变速器是由液力变矩器和行星齿轮变速器或平行轴式齿轮变速器组成。液力变矩器能在一定范围内自动地无级地改变转矩比，但其变矩系数不够大，在小转速比时传动效率很低，同时存在变矩能力和传动效率的矛盾，因此需要和齿轮变速器配合使用。但齿轮变速器换档时既损失效率又损失速度，而且为配合换档要增加不少离合器、制动器和控制机构等，使变速器重量重、结构复杂和体积过大等不足。
正弦无级变速器是一种全新原理的无级变速器，可以实现零启动、无级变速，启动力矩非常大。在小转速比时转矩比非常大，工作效率很高，结构简单、体积小、重量轻。正弦无级变速器在中国实用新型专利第92105836.5号《滑块离合偏心式无级变速器》、200410091908.4《摆动式滑块无级变速器》、200510034124.2《滚道单向离合轮及使用该滚道单向离合轮的变速器》、200510035453.9《带平衡的变速器》、200510036495.4《自动无级变速器》200420094921.0《一种自动变速装置》、200520062848.3《自动无级变速器》、200520067825.1《偏心式变速器离合盘的滑块组件》、200620013327.3《人力车用自适应无级变速器及带有该变速器的人力车》等多件专利中已经公开，并有一些具体的改进方案。然而，正弦无级变速器存在大转速比工作时，工作效率呈下降趋势的缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述液力变矩器的很多情况下启动慢、输出转矩不能满足要求的缺陷，提供一种结合机械变矩和液力变矩的优点的机械液力无级变速器和方法。
本发明要解决的另一技术问题在于，针对现有技术的上述汽车用液力变矩器的很多情况下启动慢、输出转矩不能满足要求的缺陷，提供一种结合机械变矩和液力变矩的优点的车辆机械液力无级变速器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：(与权利要求相同，待权利要求确定后再补充)
实施本发明具有以下有益效果：通过在液力变速组件的前级增加机械变速组件，利用机械变速组件在小转速比时转矩比大的优点，快速的驱动液力变速组件的涡轮启动，并很快的加速转动；并且在转速比达到一定时，液力变速组件的泵轮到涡轮成为主要的动力传动路线，从而综合了机械变速组件小转速比时具有大转矩比、高效率的优点以及液力变速组件大转速比时高效率工作的优点，有机地结合了两者的优势，具有在各种运行工况下都能获得高效传输的优点。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明机械液力无级变速器的结构示意图；
图2是本发明机械液力无级变速器的偏心机构的结构示意图；
图3是本发明车辆机械液力无级变速器的结构示意图；
图4是使用本发明的车辆机械液力无级变速器的车辆处于前进档D的动力传递路线的示意图；
图5是使用本发明的车辆机械液力无级变速器的车辆处于倒车档R的动力传递路线的示意图；
图6是使用本发明的车辆机械液力无级变速器的车辆处于停车档P的动力传递路线的示意图；
图7是使用本发明的车辆机械液力无级变速器的车辆处于空档N的动力传递路线的示意图。
具体实施方式
如图1所示，是本发明的机械液力无级变速器的实施例，其包括依次安装在动力输入轴1上、并设置在外壳内的机械变速组件以及液力变速组件。该外壳用于将整个变速器安装到适当的位置，其形状及结构可根据实际要求进行设计。该外壳与动力输入轴1和液力变速组件的涡轮输出轴12之间通过轴承连接。
该机械变速组件包括随动力输入轴1转动的偏心机构2、通过轴承安装在偏心机构2上的推压盘4、固定安装在外壳内侧的固定盘3、以及可转动安装在动力输入轴1上的驱动盘5。固定盘3和驱动盘5分别位于推压盘4的两侧，并且推压盘4和固定盘3之间、推压盘4和驱动盘5之间通过滑块组件连接，传递动力。该固定盘3、推压盘4、驱动盘5和滑块组件的结构形式可以根据需要选用。
如图2所示，在本实施例中，偏心机构2采用液力推动的偏心机构2，在其一个具体例子中，包括套设在动力输入轴1上的“C”型偏心板21、与偏心板21固定连接的活塞22、以及设置在动力输入轴1上的腔室23。对应的，在动力输入轴1的圆周上开设有用于偏心板21卡设的开槽，从而偏心板21可以跟随动力输入轴1转动，从而推压盘4可以跟随动力输入轴1转动。该腔室23包括两部分，分别设置在活塞22的两侧，而动力输入轴1上设有进液孔，进液孔通过通道24连接到腔室23中。通过控制两个腔室23之间的压力差来调节偏心板21的偏心位置，从而可以根据实际负载来调整安装在偏心板21上的推压盘4的偏心位置。可以理解的，液体可以采用液压油等各种常用液体，并且采用液体的压力可以采用计算机进行精确调整。当然，偏心机构2也可以采用其他类似的结构实现，主要完成对推压盘4的偏心位置调整即可。
偏心机构2推动推压盘4在两个极限偏心位置之间工作：在偏心量为零时，驱动盘5、推压盘4和动力输入轴1同心，使得推压盘4和驱动盘5之间不产生力矩的传递，也就是说机械变速组件不工作；当涡轮输出轴12上有负载时，偏心机构2开始动作，推动推压盘4移动，与驱动盘5产生偏心而产生最大的传动力矩，一直可以到达推压盘4和驱动盘5的最大偏心位置，在此过程中，传动力矩逐渐减小，传动转速比逐渐增大，起到快速启动的作用。
液力变速组件包括与动力输入轴1固定连接的泵轮6、以及与驱动盘5固定连接的涡轮7。泵轮6与涡轮7之间灌有传递动力的传动介质(如传动液)；涡轮7设有涡轮输出轴12。在本实施例中，涡轮7与驱动盘5之间通过涡轮内轴套10连接成一个整体，从而涡轮7可以在驱动盘5的带动下转动。涡轮7与驱动盘5形成的整体通过轴承安装在动力输入轴1上。涡轮7远离驱动盘5的一侧形成包裹泵轮6于其中的壳体，壳体的末端形成涡轮输出轴12。涡轮输出轴12与动力输入轴1之间通过轴承连接。泵轮6与动力输入轴1固定连接，并随动力输入轴1转动，设置在涡轮7的壳体内。涡轮7的壳体、涡轮内轴套10、轴承等形成一个密封的腔室，在腔室内灌满传递动力的传动液(例如液压油)，可以通过在动力输入轴1上开设管路，来调整传动液的压力，从而起到变速传动的作用。
在本实施例中，在涡轮7与泵轮6之间还设有导轮8，该导轮8通过单向离合器9或者轴承可转动的安装在涡轮内轴套10上。在动力输入轴1和涡轮输出轴12之间设置有锁止离合器11。该锁止离合器11包括可轴向移动安装在动力输入轴1末端的锁止片、以及在涡轮7壳体吸合件。当涡轮7的转速达到一定时，通过传动液推动锁止片移动，与吸合件吸合，使得动力输入轴1直接驱动涡轮7转动，也就是说动力输入轴1通过涡轮输出轴12直接输出动力，转动效率达到最高。
当原动机转动时，动力输入轴1转动，泵轮6也同步转动，涡轮7在负载作用下处于静止状态。当控制机构(例如汽车的控制系统)控制机械液力无级变速器开始工作时，此时传动比很小，控制机构通过液压推动偏心机构2产生相对于动力输入轴1的偏心，推压盘4在偏心机构2作用下开始偏心，推压盘4通过滑块组件带动驱动盘5转动，主要的力矩传递是通过推压盘4经由滑块组件传递到驱动盘5；由于驱动盘5在小转速比时转矩比非常大(至少比液力变矩器大一个数量级)，因此与驱动盘5刚性连接的涡轮7会很快加速转动。因机械变速组件在小转速比时工作效率很高，因此既节省了原动机的能源，又使机械液力无级变速器不易发热。在此阶段，泵轮6也会随着动力输入轴1转动，而产生的液力对涡轮7也有辅助推动的作用，然而涡轮7转动的动力主要的动力来之驱动盘5的带动。
随着涡轮输出轴12的转速不断提高、控制机构控制推压盘4的偏心量增大，转矩比不断减小、效率也不断降低，此时，液力变速组件的效率不断提高。当涡轮转速达到一定、动力输入轴1与涡轮输出轴12达到一定的转速比时，液力变速组件的泵轮6到涡轮7成为主要的动力传递路线，此时，控制机构控制动力输入轴1上的偏心机构2停止工作，推压盘4归至零位，不再推动驱动盘5转动，完全进入到液力变速组件的工作状态。此时液力变速组件在高效区工作，涡轮7转速进一步上升直到进入锁止状态，转动效率达到100％。
由于机械液力无级变速器综合了正弦无级变速器小转速比时具有大转矩比、高效率的优点以及液力变矩器大转速比时高效率工作的优点，两者优势互补性的有机结合成为各种运行工况下都能获得高效传输的无级变速器。
如图3所示，是机械液力无级变速器应用到车辆(特别是汽车)中的一个具体实施例，其包括与车辆发动机连接的动力输入轴1、依次安装在动力输入轴1上并设在外壳内的机械变速组件和液力变速组件、以及由液力变速组件驱动的齿轮变速组件。其中机械变速组件和液力变速组件的结构形式与上一实施例相同，故不赘述。
齿轮变速组件包括与涡轮输出轴12固定连接的太阳轮15、与太阳轮15啮合的行星齿轮、与行星齿轮啮合的内齿圈17、供行星齿轮安装的行星架16、设置在涡轮输出轴12外侧的离合器13、以及设置在外壳内侧的制动器14。该离合器13和制动器14控制行星架16与太阳轮15的关系，来控制内齿圈17的动作。内齿圈17具有伸出外壳的动力输出轴18。
下表给出了车辆在各个工作档位，离合器13和制动器14的配合关系。
 前进档(D)  倒车档(R)  停车档(P)  空挡(N)
 离合器13(C)  1  0  1  0
 制动器14(B)  0  1  1  0
如图4所示，是车辆处于前进档D的动力传递路线，动力输入轴1通过机械变速组件和液力变速组件带动驱动盘5和泵轮6转动，如前一实施例描述；此时，离合器13工作，行星架16与太阳轮连接，涡轮输出轴12带动太阳轮15转动，从而带动行星架16上的行星齿轮转动，带动齿圈输出轴正向转动，实现车辆的前进。
如图5所示，是车辆处于倒车档R的动力传递路线，动力输入轴1通过机械变速组件和液力变速组件带动驱动盘5和泵轮6转动，如前一实施例描述；此时，制动器14动作，使得行星架16与变速器的外壳固定连接，由涡轮输出轴12通过太阳轮带动行星齿轮转动，从而带动齿圈输出轴反向转动，实现倒车。
如图6所示，是车辆处于停车档P的动力传递路线，车辆的控制系统控制机械变速组件处于不工作状态，也就是说控制推压盘4与驱动盘5同心。而动力输入轴1通过液力变速组件带动泵轮6转动，如前一实施例描述；此时，离合器13和制动器14同时动作，使得太阳轮15、行星架16与变速器的外壳固定连接，使得齿圈输出轴固定不动，实现停车。
如图7所示，是车辆处于空档N的动力传递路线，车辆的控制系统控制机械变速组件处于不工作状态，也就是说控制推压盘4与驱动盘5同心。而动力输入轴1通过液力变速组件带动泵轮6转动，如前一实施例描述；此时，离合器13和制动器14均处于不工作状态，使得太阳轮15带动行星架16与行星轮处于空转自由状态，使得齿圈输出轴也处于自由状态，实现空档。
车辆的变速通过机械变速组件和液力变速组件来完成，而车辆的前进、倒车、停车、空档等通过一组行星齿轮、一个离合器13、一个制动器14来实现，比经典的辛普森式齿轮系或腊文脑式齿轮系和液力变矩器组成的自动变速系统的结构简单得多。而且具有启动加速性能好，各种工作状况下无级变速不用换档，工作效率高、省油、制造成本低等优点。

Claims (10)

1、一种机械液力无级变速器，其特征在于，包括依次安装在动力输入轴上、并设置在外壳内的机械变速组件以及液力变速组件；
所述机械变速组件包括随所述动力输入轴转动的偏心机构、可转动安装在所述偏心机构上的推压盘、设置在所述推压盘一侧并固定在所述外壳内侧的固定盘、以及设置在所述推压盘另一侧并可转动安装在所述动力输入轴上的驱动盘；所述偏心机构根据所述驱动盘的负载调整所述推压盘与所述动力输入轴之间的偏心量；所述固定盘与推压盘之间、所述推压盘与驱动盘之间设有传递动力的滑块组件；
所述液力变速组件包括与所述动力输入轴固定连接的泵轮、以及与所述驱动盘固定连接的涡轮；所述泵轮与所述涡轮之间灌有传递动力的传动介质；所述涡轮设有伸出所述外壳的动力输出轴。
2、根据权利要求1所述的机械液力无级变速器，其特征在于，所述涡轮位于所述驱动盘和泵轮之间，并且所述涡轮通过涡轮内轴套与所述驱动盘固定连接。
3、根据权利要求2所述的机械液力无级变速器，其特征在于，所述涡轮与泵轮之间设有导轮；所述导轮通过单向离合器或者轴承安装在所述涡轮内轴套上。
4、根据权利要求1、2或3所述的机械液力无级变速器，其特征在于，所述动力输入轴和涡轮输出轴之间设有锁止离合器。
5、根据权利要求4所述的机械液力无级变速器，其特征在于，所述推压盘通过轴承安装在所述偏心机构上，所述涡轮内轴套通过轴承安装在所述动力输入轴上；所述偏心机构为液力推动偏心机构；
所述偏心机构的偏心量为零时，所述驱动盘、推压盘与所述动力输入轴同心；当所述偏心机构在所述涡轮输出轴带有负载时产生偏心量，所述推压盘与所述驱动盘产生偏心。
6、一种车辆机械液力无级变速器，其特征在于，包括与所述车辆发动机连接的动力输入轴、依次安装在所述动力输入轴上并设在外壳内的机械变速组件和液力变速组件、以及由所述液力变速组件驱动的齿轮变速组件；
所述机械变速组件包括随所述动力输入轴转动的偏心机构、可转动安装在所述偏心机构上的推压盘、设置在所述推压盘一侧并固定在所述外壳内侧的固定盘、以及设置在所述推压盘另一侧并可转动安装在所述动力输入轴上的驱动盘；所述偏心机构根据所述驱动盘的负载调整所述推压盘与所述动力输入轴之间的偏心量；所述固定盘与推压盘之间、所述推压盘与驱动盘之间设有传递动力的滑块组件；
所述液力变速组件包括与所述动力输入轴固定连接的泵轮、以及与所述驱动盘固定连接的涡轮；所述泵轮与所述涡轮之间灌有传递动力的传动介质；所述涡轮设有涡轮输出轴；
所述齿轮变速组件包括与所述涡轮输出轴固定连接的太阳轮、与所述太阳轮啮合的行星齿轮、与所述行星齿轮啮合的内齿圈、供所述行星齿轮安装的行星架、设置在所述涡轮输出轴外侧的离合器、以及设置在所述外壳内侧的制动器，所述离合器和制动器控制所述行星架，所述内齿圈具有伸出所述外壳的动力输出轴。
7、根据权利要求6所述的车辆机械液力无级变速器，其特征在于，所述涡轮位于所述驱动盘和泵轮之间，并且所述涡轮通过涡轮内轴套与所述驱动盘固定连接。
8、根据权利要求6所述的车辆机械液力无级变速器，其特征在于，所述涡轮与泵轮之间设有导轮；所述导轮通过单向离合器或者轴承安装在所述涡轮内轴套上。
9、根据权利要求6、7或8所述的车辆机械液力无级变速器，其特征在于，所述动力输入轴和涡轮输出轴之间设有锁止离合器；
所述推压盘通过轴承安装在所述偏心机构上，所述涡轮内轴套通过轴承安装在所述动力输入轴上；所述偏心机构为液力推动偏心机构；
所述偏心机构的偏心量为零时，所述驱动盘、推压盘与所述动力输入轴同心；当所述偏心机构在所述涡轮输出轴带有负载时产生偏心量，所述推压盘与所述驱动盘产生偏心。
10、一种机械液力无级变速方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：由动力输入轴引入原动力，并通过涡轮输出轴带动负载；
S2：当传动比小时，偏心机构产生偏心，带动推压盘产生偏心，并由动力输入轴带动所述推压盘偏心转动，通过滑块组件带动驱动盘转动，所述驱动盘带动所述涡轮转动，由所述涡轮输出轴输出动力；同时，液力变速组件的泵轮在动力输入轴的带动下转动，通过传动介质推动涡轮转动，起到辅助推动涡轮输出轴输出动力的作用；
S3：当所述涡轮转速达到一定、传动比达到一定时，所述偏心机构复位，使得所述推压盘与所述驱动盘之间同心，此时，所述泵轮在所述动力输入轴的带动下高速转动，通过传动介质带动所述涡轮高速转动，并通过所述涡轮输出轴输出动力；
S4：当传动比继续加大，直至泵轮与涡轮进入锁止状态，传动效率达到最大值。
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