CN101660595B - 机械-液压互动式无级变速器 - Google Patents

Abstract

一种机械-液压互动式无级变速器，包括输入部分、组合液压泵(31)、行星齿轮传动部分(30)、以及输出部分，它们顺序连接，输出部分包括液压马达和输出轴(1)，组合液压泵(31)与液压马达通过液压回路构成一液压系统，输入部分通过行星齿轮传动部分(30)驱动组合液压泵(31)，上述组合液压泵通过液压回路带动液压马达旋转，液压马达和行星齿轮传动部分(30)两者同时又带动输出轴(1)旋转，输出轴(1)作为整个无级变速器的输出。采用这种结构，可实现无级连续变速，变速时不需齿轮的脱离及换挡，而且速比可以精确控制，可用于任何需要变速的机械设备，尤其是汽车上。

Description

机械-液压互动式无级变速器

技术领域

本发明涉及无级变速领域，也可用作带负荷启动的软启动装置。

背景技术

在使用机械设备的各个领域，凡需要传递转速和动力的系统中，大都需要变速装置。目前变速装置分有级变速和无级变速两种，有级变速装置虽然结构相对简单，但变速不连续，有跳动、不平稳，而且变速控制比较繁琐。无级变速装置变速平稳、柔和，而且在一定范围可进行连续变速，但往往结构比较复杂，制造成本较高，特别是汽车行业，无级变速装置也只有在一些高档豪华的汽车上才能配备得起。另外，现在的汽车上有级自动变速也好，无级自动变速也好，它的传动方式均为纯机械结构，而且一般都要按照传动速比对传动零件的尺寸、结构、相关参数进行严格的匹配。其次，由于结构原理的限制，大都只能用于传递功率较小的轻型小轿车上。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、制造成本低、变速平稳、便于控制，将齿轮传动与液压传动完美结合的无级变速装置。本发明是以机械传动为主，而液压传动起变速控制和辅助传动的作用。

本发明提供了一种机械—液压互动式无级变速器，其包括输入部分、组合液压泵、行星齿轮传动部分、以及输出部分，它们顺序连接，输出部分包括液压马达和输出轴，组合液压泵与液压马达通过液压回路构成一液压系统，输入部分通过行星齿轮传动部分驱动组合液压泵，上述组合液压泵通过液压回路带动液压马达旋转，液压马达和行星齿轮传动部分两者同时又带动输出轴旋转，输出轴作为整个无级变速器的输出。

优选地，上述输入部分包括带有动力盘的输入轴，上述动力盘与组合液压泵相连；组合液压泵包括多个子泵，子泵输入轴分别与各自对应的行星齿轮传动部分的行星轴齿轮的轴同体，输出部分的输出轴与行星齿轮传动部分的齿圈同体，同时输出轴与液压马达的输出轴共用。

优选地，上述液压马达为变量马达，通过对上述马达排量进行控制，实现无级连续变速。

优选地，组合液压泵为组合齿轮泵，上述组合齿轮泵包括后端盖、泵体、前端盖、太阳齿轮和多个行星齿轮，太阳齿轮设置在输入轴上，上述多个行星齿轮围绕在太阳齿轮周围布置，并与之啮合，上述多个行星齿轮与行星轴齿轮的轴分别对应固定连接。

优选地，在上述前端盖圆周上沿轴向间隔均匀且依次交叉的开有多个进油孔和多个出油孔，在该前端盖的径向还开有第一和第二环形油槽，上述多个进油孔分别延伸到第二环形油槽后彼此连通，上述多个出油孔分别延伸到第一环形油槽后彼此连通。

优选地，上述进油孔、出油孔、行星齿轮、行星轴齿轮的数量相同，数量优选为3个。

优选地，上述液压马达为斜盘式可变量轴向柱塞马达，其配备有斜盘角度控制机构，斜盘式可变量轴向柱塞马达的斜盘上端与斜盘角度控制机构的输出端铰接配合，通过控制斜盘角度，可控制液压马达的排量，进行无级连续变速。

优选地，上述输入部分还包括壳体和配流套，上述壳体设有两个径向孔，配流套上设有一径向孔和一径向斜孔；上述斜盘式可变量轴向柱塞马达包括配流盘，配流盘上设有进油槽和出油槽，上述第二环形油槽依次经过上述配流套上的径向孔、壳体上的其中一个径向孔以及一输油管后与上述配流盘上的出油槽相通，上述第一环形油槽依次经过上述配流套上的径向斜孔、上述壳体上的另一个径向孔、另一输油管后与上述配流盘上的进油槽相通。

通过以上对本发明结构的描述，本发明具有以下主要优点：

1.可实现无级连续变速，变速时不需齿轮的脱离及换挡，而且速比可以精确控制。

2.传动速比与齿轮齿数无直接关系。

3.当传动速比从大于零的某个数(可设定)逐渐增至1时，所有传动齿轮自转速度(齿圈除外)逐渐变慢，当输出转速达到输入转速(即速比为1)时，齿轮将不再自转(齿圈除外)，所有齿轮停止啮合运动，这样可有效控制发热。所以，其高速传动性能极佳。

4.结构简单、制造成本低，经与汽车上现有同功能变速器结构简单比较，其外形尺寸、重量不大于现有变速器的二分之一。

5.该变速器可按比例扩大或缩小，用于任何需要变速的机械设备上。

6.该变速器还可以作为带负荷启动的软启动装置。

附图的简要说明

图1是本发明的传动原理圆周展开图，其中：A是主视图，B是沿着图1A中的A-A线剖开示意图。

图2是本发明一种案例主体结构示意图。

图3是本发明一种案例A-A剖面图，显示配流盘油路图。

图4是本发明一种案例B-B剖面图，显示行星轴齿轮与齿圈的啮合状态。

图5是本发明一种案例C-C剖面图，显示组合齿轮泵主结构示意图。

图6是本发明一种案例D-D剖面图，显示出油油路走向图。

图7是本发明一种案例E-E剖面图，显示吸油油路走向图。

图8是本发明一种案例F-F局部剖面图，显示出油、吸油管道布置图。

符号说明

1-输出轴；

201、202、203、204-滚动轴承；

3-斜盘座；

4-柱塞；

5-斜盘；

6-斜盘角度控制机构；

7-配流盘；

8-行星齿轮；

9-组合齿轮泵后端盖；

10-组合齿轮泵泵体；

11-组合齿轮泵前端盖；

12-螺栓；

13-太阳齿轮；

14-壳体；

151、152-输油管；

16-带动力盘的输入轴；

17-配流套；

18-定位销；

191、192-环形油槽；

20-进油槽；

2101、2102-滚动轴针；

22-滚针轴承；

2301、2302、2303-联结键；

24-柱塞缸；

2501、2502、2503-进油孔；

26-行星轴齿轮；

2701、2702、2703-出油孔；

28-出油槽；

29-变量液压马达；

30-行星齿轮传动部分；

31-组合液压泵。

具体实施方式

本发明的特征在于，含有：输入部分16、输出部分1、行星齿轮传动部分30、组合液压泵31和变量液压马达。本发明的基本工作原理是，当输入轴16输入动力后，输出轴1由于负载的作用并不一定转动或缓慢转动，此时与齿圈配合的行星轴齿轮26除随输入轴16公转外，同时以较高速度自转。从行星轴齿轮26相对于齿圈的运动关系分析可知，当带动行星轴齿轮26公转的输入轴16的转速一定时，行星轴齿轮26的自转速度越慢，输出轴1的转速就越快，当行星轴齿轮26的自转速度为零时，输出轴1的转速就与输入轴16的转速相等，此时的传动速比为1，相当于输出轴1与输入轴16刚性连接。

为了实现上述传动效果，达到精确地按照一定速比将输入轴16的运动传递到输出轴1，就必须使行星轴齿轮26的自转速度可以精确控制。本发明采取的技术方案是，通过控制与上述行星轴齿轮26分别相连的组合液压泵31中的子泵转速来实现，根据液压传动的基本原理可知，通过控制子泵出口液压力即可达到控制子泵转速及至上述行星轴齿轮26自转速度的目的。而子泵出口压力是通过变量液压马达29来控制，而变量液压马达29与输出轴1刚性连接，上述输出轴1又与负载相连。通过上述技术方案设计，液压传动既起到机械变速控制的作用，同时又起到传输动力的作用，在实际工作运行中机械传动与液压传动产生一种互动效果。

为了进一步阐明本发明的可行性和有效性，下面通过图2至图8介绍一种本发明的实施案例。本发明其中的一种实施案例特征在于，含有：输入部分、输出部分、行星齿轮传动部分、组合齿轮泵和可变量轴向柱塞马达，其中：

输入部分含有：带有动力盘的输入轴16、壳体14和配流套17，上述输入轴16通过第一滚动轴承201与上述壳体14作滚动配合，上述配流套17通过定位销18与上述壳体14固定连接，同时该配流套17又与上述输入轴16间隙配合，在上述壳体14上开有径向孔，在上述配流套17上开有径向孔和径向斜孔。

输出部分，是一个斜盘式可变量轴向柱塞马达，其输出轴1的右端设有同轴的齿圈，上述输出轴1的左端通过第三滚动轴承203和斜盘座3作滚动配合，该输出轴1的右端通过第四滚动轴承204与配流盘7作滚动配合，而配流盘7与上述壳体14固定连接，柱塞缸24通过第二联结键2302与上述输出轴1同轴紧固连接，斜盘5与上述斜盘座3作球面滑动配合，分布于上述柱塞缸24圆周的柱塞4与上述柱塞缸24作轴向滑动配合，同时上述柱塞4与上述斜盘5也作圆周旋转滑动配合，上述柱塞缸24的右端面与上述配流盘7的左端面沿圆周方向作滑动配合，上述斜盘5的上端与上述机械—液压互动式无级变速器外部的斜盘角度控制机构6的输出端铰接配合，在上述配流盘7上沿圆周方向对称的分布着进油槽20和出油槽28。

组合齿轮泵部分，含有从左到右依次用螺栓12连接的输入轴16动力盘、后端盖9、泵体10和前端盖11，在上述前端盖11圆周上沿轴向间隔均匀且依次交叉的开有三个进油孔2501、2502、2503和三个出油孔2701、2702、2703，在该前端盖11的径向还开有两个环形油槽191、192，上述三个进油孔2501、2502、2503分别延伸到上述环形油槽192后彼此相通，上述三个出油孔2701、2702、2703分别延伸到环形油槽191后彼此相通，上述环形油槽192依次经过上述配流套17上的径向孔、壳体14上的径向孔以及输油管152后与上述配流盘7上的出油槽28相通，上述环形油槽191依次经过上述配流套17上的径向斜孔、上述壳体14上的径向孔、上述输油管151后与上述配流盘7上的进油槽20相通。

行星齿轮传动部分，含有：三个结构完全相同的行星轴齿轮26、三个结构完全相同的行星齿轮8，以及一个太阳齿轮13，每个上述行星轴齿轮26通过第二滚动轴承202与上述输入轴16左端的动力盘作滚动配合，还通过第一滚动轴针2101与上述组合齿轮泵的后端盖9作滚动配合，又通过第二滚动轴针2102与上述组合齿轮泵的前端盖11作滚动配合，上述三个行星轴齿轮26与上述输出轴1上的齿圈相啮合，该三个行星轴齿轮26又各自分别与位于上述组合齿轮泵泵体10中的，上述三个行星齿轮8分别通过联结键2301、2302(图中未显示)、2303(图中未显示)以相同方式紧固连接，该三个行星齿轮8又共同与装在上述泵体10中的上述太阳齿轮13相啮合，该太阳齿轮13又通过滚针轴承22同轴的与上述输入轴16作滚动配合。

以上描述了本发明一种实施案例的基本结构，本发明上述案例基本工作原理是，当输入轴16输入动力后，输出轴1由于负载的作用并不一定转动或缓慢转动，此时与齿圈配合的三个行星轴齿轮26除随输入轴16公转外，同时以较高速度自转。从三个行星轴齿轮26相对于齿圈的运动关系分析可知，当带动三个行星轴齿轮26公转的输入轴16的转速一定时，三个行星轴齿轮26的自转速度越慢，输出轴1的转速就越快，当三个行星轴齿轮26的自转速度为零时，输出轴1的转速就与输入轴16的转速相等，此时的传动速比为1，相当于输出轴1与输入轴16刚性联结。那么，为了精确地按照一定速比将输入轴16的运动传递到输出轴1，就必须使三个行星轴齿轮26的自转速度可以精确控制。本发明采取的措施是，通过控制与三个行星轴齿轮26分别相联的组合齿轮泵中三个行星齿轮8的自转速度来实现。而泵体10中的三个行星齿轮8与泵体10中的太阳齿轮13一起构成了组合齿轮泵要素，当三个行星轴齿轮26由于输出轴1传递到齿圈上的负荷迫使三个行星齿轮8按照如图4的方向旋转时，其中三个孔2701、2702、2703便形成出油孔，三个孔2501、2502、2503为吸油孔。如果通过控制三个出油孔2701、2702、2703的液压力来控制三个行星齿轮8的自转速度，从而也达到了控制三个行星轴齿轮26自转速度的目的。而三个出油孔2701、2702、2703是通过一套管路通道与斜盘可变量轴向柱塞马达的配油盘7上的进油槽20相通，根据斜盘可变量轴向柱塞马达的工作原理，进油槽20的液压力与斜盘5的倾斜角度相关，所以只要通过直接控制斜盘5的倾斜角度就可实现无级变速的目的。此处还应说明的是，通过液压节流的方法也可以控制三个出油孔2701、2702、2703的液压力，同样可实现无级变速的目的，但这样会造成能量损失。之所以在输出轴1上配有斜盘可变量轴向柱塞马达，就是为了使其既起到变速控制的作用，同时也最大限度地增强动力传输的有效性。

Claims (9)

1.一种机械-液压互动式无级变速器，其特征在于，包括输入部分、组合液压泵(31)、行星齿轮传动部分(30)、以及输出部分，它们顺序连接，

所述输出部分包括液压马达和输出轴(1)，组合液压泵(31)与液压马达通过液压回路构成一液压系统，输入部分通过行星齿轮传动部分(30)驱动组合液压泵(31)，所述组合液压泵通过液压回路带动液压马达旋转，液压马达和行星齿轮传动部分(30)两者同时又带动输出轴(1)旋转，输出轴(1)作为整个无级变速器的输出；

所述组合液压泵(31)为组合齿轮泵，所述组合齿轮泵包括后端盖(9)、泵体(10)、前端盖(11)、太阳齿轮(13)和多个行星齿轮(8)，太阳齿轮(13)设置在输入轴(16)上，所述多个行星齿轮(8)围绕在太阳齿轮(13)周围布置，并与之啮合，所述多个行星齿轮(8)与行星轴齿轮(26)的轴分别对应固定连接；

所述输入部分包括带有动力盘的输入轴(16)，所述动力盘与组合液压泵(31)相连；组合液压泵(31)包括多个子泵，子泵输入轴分别与各自对应的行星齿轮传动部分(30)的行星轴齿轮(26)的轴同体，输出部分的输出轴(1)与行星齿轮传动部分(30)的齿圈同体，同时输出轴(1)与液压马达(29)的输出轴共用。

2.根据权利要求1所述的无级变速器，其特征在于，所述液压马达为变量马达，通过对所述马达排量进行控制，实现无级连续变速。

3.根据权利要求1所述的无级变速器，其特征在于，在所述前端盖(11)圆周上沿轴向间隔均匀且依次交叉的开有多个进油孔(2501、2502、2503)和多个出油孔(2701、2702、2703)，在该前端盖(11)的径向还开有第一和第二环形油槽(191、192)，所述多个进油孔(2501、2502、2503)分别延伸到第二环形油槽(192)后彼此连通，所述多个出油孔(2701、2702、2703)分别延伸到第一环形油槽(191)后彼此连通。

4.根据权利要求3所述的无级变速器，其特征在于，所述进油孔、出油孔、行星齿轮、行星轴齿轮的数量相同。

5.根据权利要求4所述的无级变速器，其特征在于，所述进油孔、出油孔、行星齿轮、行星轴齿轮的数量均为3个。

6.根据权利要求1、2、4或5所述的无级变速器，其特征在于，所述液压马达为斜盘式可变量轴向柱塞马达，其配备有斜盘角度控制机构(6)，斜盘式可变量轴向柱塞马达的斜盘(5)上端与斜盘角度控制机构(6)的输出端铰接配合，通过控制斜盘角度，可控制液压马达的排量，进行无级连续变速。

7.根据权利要求3所述的无级变速器，其特征在于，所述液压马达为斜盘式可变量轴向柱塞马达，其配备有斜盘角度控制机构(6)，斜盘式可变量轴向柱塞马达的斜盘(5)上端与斜盘角度控制机构(6)的输出端铰接配合，通过控制斜盘角度，可控制液压马达的排量，进行无级连续变速。

8.根据权利要求7所述的无级变速器，其特征在于，所述输入部分还包括壳体(14)和配流套(17)，所述壳体(14)设有两个径向孔，配流套(17)上设有一径向孔和一径向斜孔；所述斜盘式可变量轴向柱塞马达包括配流盘(7)，配流盘(7)上设有进油槽(20)和出油槽(28)，所述第二环形油槽(192)依次经过所述配流套(17)上的径向孔、壳体(14)上的其中一个径向孔以及一输油管(152)后与所述配流盘(7)上的出油槽(28)相通，所述第一环形油槽(191)依次经过所述配流套(17)上的径向斜孔、所述壳体(14)上的另一个径向孔、另一输油管(151)后与所述配流盘(7)上的进油槽(20)相通。

9.根据权利要求6或7所述的无级变速器，其特征在于，斜盘式可变量轴向柱塞马达的输出轴与行星齿轮传动部分的齿圈同体。

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