CN105156626B - 一种半液力耦合器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半液力耦合器，包括有外壳，外端均伸入到外壳外部的输入轴和输出轴，安装于外壳内且与输出轴固定连接的外转子，以及套装于外转子内部且与输入轴固定连接的内转子；外转子内壁为圆形的变径曲面，且变径曲面被均分成多个等分曲面，每个等分曲面的变径大小和方向相同，内转子的外壁设置有多个活齿槽，活齿一一嵌入到对应的活齿槽内，且活齿槽底部与高压进油口连通，活齿的外端朝向外转子的变径曲面。本发明具有调速范围宽、效率高、体积小、重量轻的优点，全功率输出功率时没有转差，同时具有软启动功能和隔离外负载的冲击性能；由于半液力耦合器的工作效率高，使其工作时发热量少，所以具有附加装置少、可靠性高和成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及机械传动领域，具体是一种除具有液力耦合器基本特性外还具有可放大输入力矩、效率高、速比变化范围大的半液力耦合器
背景技术
目前使用的液力耦合器具有无级调速功能，能实现空载启动和过载保护功能，实现动力源和负载的软连接，能隔离负载振动对动力源的冲击、能在负载故障时动力源不受损害，很好地解决了某些工业现场的需求。
液力偶合器作为调速设备的缺点主要表现在调速范围窄、机械效率低；另外液力耦合器用液力传递功率，使得其工作腔直径大、体积笨重；对于大功率的液力偶合器除本体外还要有一套诸如供油泵、冷却器、油箱等辅助设备与管路系统，设备复杂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种半液力耦合器，除具有传统液力耦合器的优点外，还具有调速范围宽、效率高、体积小、重量轻和可靠性高等优点。
本发明的技术方案为：
一种半液力耦合器，包括有外壳，外端均伸入到外壳外部的的输入轴和输出轴，安装于外壳内且与输出轴固定连接的外转子，以及套装于外转子内部且与输入轴固定连接的内转子；外转子内壁为圆形的变径曲面，且变径曲面被均分成多个等分曲面，每个等分曲面的变径大小和方向相同，所述的内转子的外壁设置有多个活齿槽，活齿一一嵌入到对应的活齿槽内，且活齿槽底部与高压进油口连通，活齿的外端朝向外转子的变径曲面。
所述的半液力耦合器还包括有控制单元，控制单元与高压油泵连接，高压油泵的高压油输出端与高压进油口连接。
所述的内转子的外壁设置有一圈或多圈重叠设置的活齿槽。
所述的活齿包括有嵌入到活齿槽内的活塞支称体和连接于活塞支称体外端的滚柱。
所述的控制单元设置于外壳的外壁上，所述的高压油泵设置于外壳内的底部，且外壳内的底部设置有工作油，工作油经高压油泵抽取后在输出口形成高压油 ，所述的输入轴上设置有所述的高压进油口，所述的内转子上设置有与活齿槽底部连通的高压环形油路，所述的高压油泵的高压油输出端与高压进油口的输入端连通，高压进油口的输出端与高压环形油路连通。
所述的外壳上设置有与控制单元连接且用于检测外转子转速的转速传感器。
所述的外转子包括有管形的壳体，和连接于壳体两端的前端盖和后端盖，所述的输入轴的内端穿过前端盖伸入到外转子壳体内部与内转子连接，所述的输出轴的内端与后端盖固定连接。
所述的外转子前端盖上位于输入轴穿出的通孔处、输入轴内端与外转子内壁之间均设置有内密封轴承，两个内密封轴承的内圈与输入轴紧密连接；所述的外壳上位于输入轴、输出轴穿出的通孔处均设置有外密封轴承，两个外密封轴承的内圈分别与输入轴、输出轴紧密连接。
所述的外壳位于底部设置有与控制单元连接的压力传感器、温度传感器、液位传感器和加热器。
本发明的优点：
（1）、调速范围宽、效率高：内转子的转动能量在高压油的作用下通过活齿传递到外转子上；活齿传递功率的过程是内转子上的活齿滚柱在外转子内周变径曲面上的滚动过程，由于滚动摩擦效率高，所以本发明的半液力耦合器在实现变速的过程中能够实现高效率；由于主动内转子上的活齿滚柱在从动外转子内周的变径轨道上可以自由旋转，可以实现任意速比，所以调速范围宽。
（2）、体积小、重量轻：本发明中的活齿在高压油的作用下实现与变径曲面的高压滚动接触，高压油能传递较大动力，使得本发明的液力耦合器能在相同尺寸下实限远大于只靠液力传递功率的液力耦合器的功率。
（3）、本发明中的外转子内周的变径曲面包括有多个等分部，每个等分部的变径大小和方向相等，所以传递的扭矩动力相对于转子圆心径向平衡，没有偏心力。
（4）、具有隔离缓冲功能：因为内转子上的活齿滚柱可以在外转子内周的变径曲面上自由滚动，当外转子受到外力冲击时，内转子上的活齿滚柱可以在变径曲面上相对滚动，从而缓冲和隔离外部冲击力。
（5）、具有软启动功能：半液力耦合器可以通过控制高压油压力的大小来可控制内转子向外转子传递功率的大小，通过编程可以实现满足负荷的软启动特性。根据启动负荷特性，控制单元控制高压油泵，使高压油压力的上升速度和大小适应负载和电机的启动特性，降低启动负荷对电网的冲击和对负荷的冲击，使启动具有软特性。
（6）、本发明的控制单元通过控制高压油泵的油压上升时间和油压大小来控制半液力耦合器的工作状态，自动化控制、快速准确，且控制单元可通过通讯端口接收远程的控制信号，便于远程控制。
本发明具有调速范围宽、效率高、体积小、重量轻的优点，全功率输出功率时没有转差，同时具有软启动功能和隔离外负载的冲击性能；由于半液力耦合器的工作效率高，使其工作时发热量少，所以具有附加装置少、可靠性高和成本低等优点。
附图说明
图 1是本发明的正视结构示意图。
图2是本发明的侧视结构示意图。
图3是本发明活齿受力分析图。
图4本发明的变径曲面受力分析图。
图5本发明的控制单元的电器连接示意图。
具体实施方式
见图1和图 2，一种半液力耦合器，包括有外壳1，设置于外壳1外壁上的控制单元2，设置于外壳1内且位于底部的高压油泵3，外端均伸入到外壳1外部的的输入轴4和输出轴5，安装于外壳1内且与输出轴5固定连接的外转子6，以及套装于外转子6内部且与输入轴4固定连接的内转子7；外转子6内壁为圆形的变径曲面，且变径曲面被均分成多个等分曲面，每个等分曲面的变径大小和方向相同，内转子7的外壁设置有多圈重叠设置的活齿槽8，活齿9一一嵌入到对应的活齿槽8内，且活齿槽8底部与输入轴4上的高压进油口10连通，活齿9的外端朝向外转子6的变径曲面；控制单元2与高压油泵3连接，内转子7上设置有与活齿槽底8部连通的高压环形油路11，高压油泵3的高压油输出端与高压进油口10的输入端连通，高压进油口10的输出端与高压环形油路11连通，从而将外壳1内且位于底部的高压油传输到活齿槽8底部；外壳1上设置有用于检测外转子6转速的转速传感器12，外壳1位于底部设置有压力传感器13、温度传感器14、液位传感器15和加热器16，转速传感器12、压力传感器13、温度传感器14、液位传感器15、加热器16均与控制单元2连接（见图5）；
其中，活齿9包括有嵌入到活齿槽8内的活塞支称体91和连接于活塞支称体91外端的滚柱92；外转子6包括有管形的壳体，和连接于壳体两端的前端盖和后端盖，输入轴4的内端穿过前端盖伸入到外转子6壳体内部与内转子7连接，输出轴5的内端与后端盖固定连接，且外转子6前端盖上位于输入轴4穿出的通孔处、输入轴4内端与外转子6内壁之间均设置有内密封轴承17，两个内密封轴承17的内圈与输入轴4紧密连接，外壳1上位于输入轴4、输出轴5穿出的通孔处均设置有外密封轴承18，两个外密封轴承18的内圈分别与输入轴4、输出轴5紧密连接。
见图3，当活齿通过A弧段时，活齿9向外转子6变径曲面切线方向的垂直方向产生作用力F1，F1包括活齿9收到的高压油压力、活齿9向圆心移动时的加速度力以及活齿9离心力的总和，活齿9与外转子6变径曲面接触点的切线垂直线和活齿9与内转子7圆心19的连线之间一夹角a，所以F1在旋转弧上的分力为F2= F1 * sin a，F2即为内转子7对外转子6的旋转作用力；当活齿9经过变径曲面的B弧段时，变径曲面离内转子7圆心19的距离由小到大，活齿9在液压油和离心力的作用下向外伸展、恢复在变径曲面内的最大长度，活齿9对变径曲面不产生旋转作用力；
见图4，当活齿9受高压油的作用顺时针旋转时，活齿9通过三个弧段A1、A2和A3对外转子施加弧向力F2，由此在三个弧段产生旋转弧向扭矩，高压油的压力越大、内转子7转速越高，弧向旋转扭矩就越大，内转子7作用于外转子6的旋转力矩就越大；三个等分部弧面形状一致，旋转弧向力F2也一致，所以内转子7在旋转时径向作用力平衡；B1、B2和B3弧段为外转子6变径曲面离圆心的距离由小到大的弧段，是活齿9长度的恢复弧度段，活齿9对外转子6不产生旋转扭矩。
见图5，控制单元2接收到外部控制中心改变工作状态的命令信号后，控制单元2调节高压油泵3的出口油压力，改变内转子7对外转子6的旋转扭矩；电加热器是在环境温度较低时加热工作油的；控制单元2可以显示半液力耦合器的工作转态、报警信息和人机对话参数；转速传感器12、压力传感器13、温度传感器14和液位传感器15接入到控制单元2，控制单元2根据这些传感器信息进行相应的控制操作、报警操作和安全保护操作等。
Claims (9)
1.一种半液力耦合器，包括有外壳，外端均伸入到外壳外部的的输入轴和输出轴，其特征在于：还包括有安装于外壳内且与输出轴固定连接的外转子，以及套装于外转子内部且与输入轴固定连接的内转子；外转子内壁为圆形的变径曲面，且变径曲面被均分成多个等分曲面，每个等分曲面的变径大小和方向相同，所述的内转子的外壁设置有多个活齿槽，活齿一一嵌入到对应的活齿槽内，且活齿槽底部与高压进油口连通，活齿的外端朝向外转子的变径曲面。
2.根据权利要求1所述的一种半液力耦合器，其特征在于：所述的半液力耦合器还包括有控制单元，控制单元与高压油泵连接，高压油泵的高压油输出端与高压进油口连接。
3.根据权利要求1所述的一种半液力耦合器，其特征在于：所述的内转子的外壁设置有一圈或多圈重叠设置的活齿槽。
4.根据权利要求1所述的一种半液力耦合器，其特征在于：所述的活齿包括有嵌入到活齿槽内的活塞支称体和连接于活塞支称体外端的滚柱。
5.根据权利要求2所述的一种半液力耦合器，其特征在于：所述的控制单元设置于外壳的外壁上，所述的高压油泵设置于外壳内的底部，且外壳内的底部设置有工作油，工作油经高压油泵抽取后在输出口形成高压油，所述的输入轴上设置有所述的高压进油口，所述的内转子上设置有与活齿槽底部连通的高压环形油路，所述的高压油泵的高压油输出端与高压进油口的输入端连通，高压进油口的输出端与高压环形油路连通。
6.根据权利要求2所述的一种半液力耦合器，其特征在于：所述的外壳上设置有与控制单元连接且用于检测外转子转速的转速传感器。
7.根据权利要求5所述的一种半液力耦合器，其特征在于：所述的外转子包括有管形的壳体，和连接于壳体两端的前端盖和后端盖，所述的输入轴的内端穿过前端盖伸入到外转子壳体内部与内转子连接，所述的输出轴的内端与后端盖固定连接。
8.根据权利要求7所述的一种半液力耦合器，其特征在于：所述的外转子前端盖上位于输入轴穿出的通孔处、输入轴内端与外转子内壁之间均设置有内密封轴承，两个内密封轴承的内圈与输入轴紧密连接；所述的外壳上位于输入轴、输出轴穿出的通孔处均设置有外密封轴承，两个外密封轴承的内圈分别与输入轴、输出轴紧密连接。
9.根据权利要求5所述的一种半液力耦合器，其特征在于：所述的外壳位于底部设置有与控制单元连接的压力传感器、温度传感器、液位传感器和加热器。
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