CN103322143A

CN103322143A - 一种可换向磁流变变速器

Info

Publication number: CN103322143A
Application number: CN2013102813755A
Authority: CN
Inventors: 李成武; 周祥祥; 何玉林; 杜静
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2013-07-05
Filing date: 2013-07-05
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2033-07-05
Also published as: CN103322143B

Abstract

本发明公开了一种可换向磁流变变速器，包括输入轴、内转子、激磁线圈、外转子、太阳轮、行星轮、行星架和外圈太阳轮；内转子固定在输入轴上，外转子为中空结构并套在内转子外，外转子的两端支撑在输入轴上并与其转动配合，激磁线圈固定在外转子内，内转子与外转子之间形成密封腔体，密封腔体内充满磁流变液；太阳轮固定在输入轴上，行星轮安装在行星架上并与行星架转动配合，行星架与外转子固定连接，外圈太阳轮套在太阳轮外，行星轮位于外圈太阳轮与太阳轮之间。该变速器包括有实现无级变速的磁流变无级变速机构以及用于实现换向功能的差动轮系机构，结构紧凑简单，操作灵活方便，易于实现自动化，性能优良。

Description

一种可换向磁流变变速器

技术领域

本发明涉及一种可无级变速的换向器，具体是一种采用磁流变液为工作介质在输入部件与转动部件之间进行转矩转速的无级调节，并利用差动轮系可换向的特点来实现的传动装置，属于工程机械领域。

背景技术

由于发动机不能反转，因而不能反向提供机械动力，而在实际的工程领域中，不但要求输入构件在单方向运转的情况下输出能随着输入同向运转，同时要求在输入构件只能单方向运转的情况下输出能实现双向运转，有时甚至要求在输入构件的输入不变的情况下输出构件的转速能实现无级可调性。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种结构紧凑简单，操作灵活方便，易于实现自动化，性能优良的可换向磁流变变速器。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种可换向磁流变变速器，包括输入轴、内转子、激磁线圈、外转子、太阳轮、行星轮、行星架和外圈太阳轮；

所述内转子固定在输入轴上，所述外转子为中空结构并套在内转子外，外转子的两端支撑在输入轴上并与输入轴转动配合，激磁线圈固定在外转子内，内转子与外转子之间形成密封腔体，所述密封腔体内充满磁流变液；

所述太阳轮固定在输入轴上，行星轮安装在行星架上并与行星架转动配合，所述行星架与外转子固定连接，所述外圈太阳轮套在太阳轮外，行星轮位于外圈太阳轮与太阳轮之间并与外圈太阳轮和太阳轮齿啮合。

作为本发明的一种优选方案，所述外转子由左端轭铁、中间轭铁和右端轭铁组成，所述左端轭铁和右端轭铁为端盖结构，中间轭铁为圆筒结构，所述左端轭铁和右端轭铁均通过轴承安装在输入轴上，所述左端轭铁和右端轭铁分别连接在中间轭铁的两端。

作为本发明的另一种优选方案，还包括左端壳体和右端壳体，所述左端壳体的左端套在输入轴上并与输入轴转动配合，左端壳体的右端与外圈太阳轮的左端连接，所述外转子位于左端壳体内；所述右端壳体套在输入轴上并与输入轴转动配合，所述右端壳体与外圈太阳轮的右端连接。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、该可换向磁流变变速器采用功能材料磁流变液作为内转子与外转子之间工作间隙内的工作介质，它的粘性和屈服应力可由外加磁场加以控制，通过可调直流电源无级调节激磁线圈电流，改变工作介质磁流变液的屈服应力，从而改变该部分机构传递的转速和负载端的转速；且该变速器通过控制差动轮系中行星架上的输入转速在一定范围内变化，实现输出的外圈太阳轮的正反方向旋转的功能。

2、该变速器包括有实现无级变速的磁流变无级变速机构以及用于实现换向功能的差动轮系机构，结构紧凑简单，操作灵活方便，易于实现自动化，性能优良。

附图说明

图1为一种可换向磁流变变速器的结构示意图；

图2为一种可换向磁流变变速器的工作原理图。

附图中： 1—左端轭铁； 2—密封圈； 3—轴承； 4—弹性挡圈； 5—输入轴； 6—左端端盖； 7—左端支撑轴承； 8—弹性挡圈； 9—左端壳体； 10—滑动电刷； 11—磁流变液； 12—激磁线圈； 13—中间轭铁； 14—右端轭铁； 15—内转子； 16—键； 17—右端壳体； 18—太阳轮； 19—键； 20—右端端盖； 21—右端支撑轴承； 22—轴套； 23—行星轮； 24—轴承； 25—外圈太阳轮； 26—行星架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图1所示，一种可换向磁流变变速器，包括输入轴5、内转子15、激磁线圈12、外转子、太阳轮18、行星轮23、行星架26、外圈太阳轮25、左端壳体9和右端壳体17。

其中，内转子15通过键16固定在输入轴5上，输入转速通过输入轴5和内转子15输入。外转子为中空结构并套在内转子15外，外转子由左端轭铁1、中间轭铁13和右端轭铁14三部分组成，各部分采用合适尺寸保证工作磁路磁通量等参数的要求，左端轭铁1和右端轭铁14为端盖结构，中间轭铁13为圆筒结构，左端轭铁1和右端轭铁14均通过轴承3安装在输入轴5上，左端轭铁1和右端轭铁14分别连接在中间轭铁13的两端，外转子与输入轴5转动配合。激磁线圈12固定在外转子内，外转子内有线圈导电线的内部导线孔道，左右轴承3由两个轴肩和弹性挡圈4，8进行固定定位。在左端轭铁1与输入轴5之间和右端轭铁14与输入轴5之间设置有密封圈2，内转子15与外转子之间形成密封腔体（即密封腔体由内转子15外沿和外转子内沿共同构成），密封腔体内充满磁流变液11（本实施例中，采用磁性橡胶线圈密封充满磁流变液的密封腔体），调节激磁线圈12的来自外部可调直流电源的激磁电流的滑动电刷10，输入的转速通过磁流变液11工作介质在激磁线圈12的磁场作用下发生磁流变效应进行传递，由外转子无级改变输出。

太阳轮18通过键19固定在输入轴5上，行星轮23通过轴承24安装在行星架26上并与行星架26转动配合，行星架26与外转子固定连接（本实施例中，将磁流变传动装置中的外转子作为差动轮系中的行星架），外圈太阳轮25套在太阳轮18外，行星轮23位于外圈太阳轮25与太阳轮18之间并与外圈太阳轮25和太阳轮18齿啮合，行星轮23为三个，三个行星轮间隔120度均匀分布在行星架26上。左端壳体9的左端通过左端支撑轴承7套在输入轴5上并与输入轴5转动配合，在左端壳体9的左端设置左端端盖6，以使左端处于密封，避免灰尘进入左端支撑轴承7内，左端壳体9的右端与外圈太阳轮25的左端连接，外转子位于左端壳体9内。右端壳体17通过右端轴承21套在输入轴5上并与输入轴5转动配合，右端壳体17与外圈太阳轮25的右端连接，在太阳轮18与右端支撑轴承21的内圈之间设置轴套22，轴套22套在输入轴5上，在右端壳体17的右侧设置右端端盖20，以使右端处于密封，避免灰尘进入右端支撑轴承21内。

变速器的工作原理如图2所示，在图2中，1为输入轴，5为太阳轮，太阳轮5作为主要的输入之一，2为外圈太阳轮，外圈太阳轮2为最主要的输出构件，3为行星轮，4为行星架，行星架4与磁流变装置固连的，与磁流变传动装置部分固连的行星架4为第二个主动输入，且可以通过磁流变部分调节行星架4的转数值，建立差动轮系与磁流变部分的联系。

图2中，外圈太阳轮2和太阳轮5的齿数分别为Z₂和Z₅，两者之间的关系可以根据具体的工作环境以及具体的传动装置要求而给定，即

Figure 2013102813755100002DEST_PATH_IMAGE001

故根据反转法来计算其传动比。即有：

通过上式进行适当的变形之后得到：

Figure 2013102813755100002DEST_PATH_IMAGE003

则当n₂>0时，即有：

式中n₅的值是主要输入，作为已知条件给出，也就意味着当行星架的转数满足

时，n₂>0，即与n₅转向相同，如此就实现了输出的外齿圈太阳轮2的正转，从而实现整个机构的正转，反之，当

有n₂<0存在，即与n₅的转向相反，如此就实现了输出的外齿圈太阳轮2的反转，从而实现整个机构的反转。从而在整个传动过程中，可以通过控制行星架的转数在某个范围内而控制外圈太阳轮2的转向，实现整个装置的正反转。

正转：

在整个装置的结构参数确定之后，给输入轴输入一个恒定的转速，由于输入轴上安装得有磁流变的传动装置，从而可以通过磁流变传动装置实现外转子的无级转速变化，又因行星架固连在外转子上，意味着给行星架输入了一个无级变化的转速，差动轮系具有两个自由度，给定了输入轴与行星架两个输入后就可以实现正常运转了，而行星架的转速由于磁流变结构可以无级调速的，由其工作原理分析中可知在行星架转速的整个可调范围内存在一个临界转速，只要通过调节励磁线圈电流的大小控制磁流变结构外转子的转速从而控制行星架的转速在临界值之下，就可以实现外圈太阳轮只在一个方向的运转了，即实现外圈太阳轮的正转。

反转：

在整个装置的结构参数确定之后，给输入轴输入一个恒定的转速，由于输入轴上安装得有磁流变的传动装置，从而可以通过磁流变传动装置实现外转子的无级转速变化，又因行星架固连在外转子上，意味着给行星架输入了一个无级变化的转速，差动轮系具有两个自由度，给定了输入轴与行星架两个输入后就可以实现正常运转了，而行星架的转速由于磁流变结构可以无级调速的，由其工作原理分析中可知在行星架转速的整个可调范围内存在一个临界转速，只要通过调节励磁线圈电流的大小控制磁流变结构外转子的转速从而控制行星架的转速在临界值之上，就可以实现外圈太阳轮另一个方向的运转了，即实现外圈太阳轮的反转。

空档：

在行星架结构的磁流变部分中当线圈没有通电，而此时与输入轴通过键连接的太阳轮换为一个空套的太阳轮，则在输入轴正常运转的情况下，由于行星架结构的磁流变部分中当线圈没有通电，无法实现磁流变结构的工作，磁流变传动装置中的外转子就处于静止状态，因而行星架也处于静止状态，且此时太阳轮空套在输入轴上，即输入轴的运转无法带动太阳轮的运转。则可以使作为输出的外圈太阳轮不受输入轴当的影响，从而不会实现任何一个方向的运转。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种可换向磁流变变速器，其特征在于：包括输入轴（5）、内转子（15）、激磁线圈（12）、外转子、太阳轮（18）、行星轮（23）、行星架（26）和外圈太阳轮（25）；

所述内转子（15）固定在输入轴（5）上，所述外转子为中空结构并套在内转子（15）外，外转子的两端支撑在输入轴（5）上并与输入轴（5）转动配合，激磁线圈（12）固定在外转子内，内转子（15）与外转子之间形成密封腔体，所述密封腔体内充满磁流变液（11）；

所述太阳轮（18）固定在输入轴（5）上，行星轮（23）安装在行星架（26）上并与行星架（26）转动配合，所述行星架（26）与外转子固定连接，所述外圈太阳轮（25）套在太阳轮（18）外，行星轮（23）位于外圈太阳轮（25）与太阳轮（18）之间并与外圈太阳轮（25）和太阳轮（18）齿啮合。

2.根据权利要求1所述的一种可换向磁流变变速器，其特征在于：所述外转子由左端轭铁（1）、中间轭铁（13）和右端轭铁（14）组成，所述左端轭铁（1）和右端轭铁（14）为端盖结构，中间轭铁（13）为圆筒结构，所述左端轭铁（1）和右端轭铁（14）均通过轴承（3）安装在输入轴（5）上，所述左端轭铁（1）和右端轭铁（14）分别连接在中间轭铁（13）的两端。

3.根据权利要求1或2所述的一种可换向磁流变变速器，其特征在于：还包括左端壳体（9）和右端壳体（17），所述左端壳体（9）的左端套在输入轴（5）上并与输入轴（5）转动配合，左端壳体（9）的右端与外圈太阳轮（25）的左端连接，所述外转子位于左端壳体（9）内；所述右端壳体（17）套在输入轴（5）上并与输入轴（5）转动配合，所述右端壳体（17）与外圈太阳轮（25）的右端连接。