CN107110326A - 液力机械式自动变速箱及其适用车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及液力机械式自动变速箱和使用该变速箱的车辆。此类车辆包括变速箱和连接到压力液体供给泵的自动变速单元。所述变速箱包括延伸自发动机的输入轴、延伸到每个齿轮档的传动装置以及液压变矩器。所述液压变矩器包括泵轮和涡轮，所述泵轮和涡轮相应地设于其输入和输出轴以便形成压力液体流径。所述变速箱中，传动装置安装在延伸自发动机的输入轴上作为中心齿轮，设于输入轴上并与不同直径的不同档齿轮啮合，所述齿轮安装在单个液压变矩器的输入轴上；每个液压变矩器电连接并液压连接到车辆的变速单元。所述变速箱的输出轴连接到至少一个动力器，所述动力器可为车轮、螺旋桨或轨道。

Description

液力机械式自动变速箱及其适用车辆
技术领域
本发明涉及可用于各种应用(陆上和水上)车辆中的液力机械式自动变速箱(AGB)和使用该液力机械式AGB的车辆。
背景技术
目前，现代车辆中使用了带大量齿轮的液力机械式AGB(顶级汽车使用5-8个，卡车、公共汽车等使用12-14个)。该AGB在宽速度范围的车辆中可实现舒适驾驶和低燃料消耗(参照B.B.Осепчугов,А.К.Фрумкин《Автомобиль.Анализконструкций,элементырасчета》,-M.:Машиностроение,1989г.,стр.89)。
众所周知，用于车辆的液力机械式AGB，包括传动装置、齿轮减速器和液压变矩器，其中，所述液压变矩器具有离心泵轮和涡轮以及通过压力液体供给泵连接到压力液体容器的反应器。同时，人们了解到所述车辆包括此类变速箱、电动液压变速单元和连接到压力液体容器的压力液体供给泵。由于液压变矩器的作用，车辆以低速启动、前进和后退时，扭矩以不同的驱动模式从发动机轴传递到车辆动力器(这里为车轮)。以高速行驶时，该单元无法激活液压变矩器，通过使用许多行星齿轮和齿轮驱动将扭矩从发动机轴传递到车辆动力器，其中，所述齿轮驱动通过摩擦离合器和摩擦制动带以给定的顺序自动激活和停止(参照B.B.Осепчугов,А.К.Фрумкин《Автомобиль.Анализконструкций,элементырасчета》,-M.:Машиностроение,1989г.,стр.87,фиг.63)。
由于高精度零件和单元很多，因此已知的AGB相当复杂并且需要大量劳动力；同时，使用寿命有限，从而降低了其可靠性和车辆安全性。汽车内的AGB以相同速度驱动四个车轮。已知的AGB尺寸很大，不存在与车轮相互作用的任何其它变型，因而降低了车辆机动性和道路稳定性。
发明内容：
所主张的发明解决上述问题，旨在简化结构、增强操作可靠性并延长车辆液力机械式AGB的使用寿命，因其可在所有车辆工作模式下提供液力转速和扭矩传递，还可提供车辆可靠性、道路稳定性和机动性。
该技术成果可实现是由于在液力机械式自动多速变速箱中(所述液力机械式自动多速变速箱包括延伸自发动机的输入轴和从输入轴延伸到每个齿轮档的传动装置)，传动装置以中心齿轮的形式设于输入轴上并与不同直径的不同档齿轮啮合；其中，每个齿轮安装在至少一个液压变矩器的输入轴上，所述液压变矩器的离心泵轮和涡轮相应地设于其输入和输出轴并提供压力液体循环；反应器可变叶片设于流程中，其中，每个液压变矩器电连接并液压连接到车辆的变速单元，中心齿轮和顶部齿轮之间的传动比对应于以下比例：其中，设于齿轮档的液压变矩器输入轴的最大转速；发动机轴的最大转速；-发动机的最大容量(千瓦)。
此外，液压变矩器可具有以下特征：
-离心泵轮具有中心线可转动122°-135°的轮廓叶片，前提是离心泵轮的外径D2P与轮廓叶片的入口直径D1P之比为：D2P/D1P＝1.4-1.9；
-离心涡轮具有中心线可转动110°-120°的轮廓叶片，前提是离心泵轮的外径D2T与轮廓叶片的入口直径D1T之比为：D2T/D1T＝1.1-1.3；
-离心涡轮由涡轮的离心轮盘形成的无叶导管制成，所述涡轮的离心轮盘设于轮廓叶片前部、直径延伸率为：D1T/D2P＝1.15-1.4，其中，D1T为离心涡轮的轮廓叶片的入口直径，D2P为离心泵轮的外径；
-反应器叶片可固定在完全打开、部分打开或完全关闭位置；
-液压变矩器中压力液体的流径与排气泵连接。
同样，该技术成果可实现是由于车辆具有连接到供给泵的自动变速单元，其中，所述自动变速单元供给来自压力液体容器、至少一个自动变速箱和动力器的压力液体；所述自动变速箱的设计如上图所示：连接到其输出轴和至少一个动力器，所述动力器可为车轮、螺旋桨或轨道。
此外，车辆装有与压力液体容器中的空气腔连接的排气泵，同时，所述空气腔连接到自动变速箱的每个液压变矩器的压力液体流径。
所提出的技术方案创造了一个独特的新技术，该新技术制定出AGB设计图，实现了扭矩从车辆发动机到动力器(例如车轮、螺旋桨、轨道)的传递，从而该设计使新一代车辆具有更高可靠性、可操作性和道路稳定性。
所提出的AGB实现了在所有发动机模式下，从发动机轴到其输出轴的液力扭矩传递，并提供了发动机转速，其中，相应的液压变矩器可在每个齿轮档处激活。该AGB无行星齿轮、摩擦离合器或摩擦制动带。
所述AGB中的液压变矩器设于安装在连接到发动机轴的齿轮箱输入轴上的中心齿轮周围的圆周条带中，共同确定变速箱的滚筒类型。中心齿轮与直径较小、具有不同减速率的齿轮接合，所述齿轮固定在每个液压变矩器的输入轴上，从而可增加转速。液压变矩器输入轴在顶部齿轮工作的最大速度与发动机最大转速之比等于或超过其中，为发动机最大功率(千瓦)。这样可提高液压扭矩转换器输入轴的转速，所述液压扭矩转换器输入轴也使循环圈内腔体积小到最佳程度，从而激活液压变矩器时，可减少液体填充(约0.3-0.4秒)的时间。这样，可生产出直径尺寸很小的AGB。
上述有关泵和涡轮的方面使液压变矩器具有更高效率，在涡轮转速nT和泵速nP的传动比等于nT/nP＝0.95-1.0时，效率可达约92-93％。
将具有连接到空气腔的排气泵的车辆装配有与AGB液压变矩器循环回路相连接的压力液体，从而使液压变矩器的泵轮和涡轮可旋转，所述液压变矩器的齿轮档在压力减小、液力机械损失很少的情况下不起作用。
所述AGB具有较小尺寸，从而车辆中可使用几个相同的变速箱，以便动力器能以不同的传递速度工作。可将每个动力器连接到其AGB，也可将车辆一侧的动力器连接到一个AGB，相对侧的动力器连接到另一AGB。
附图说明
图1为AGB中齿轮档的总体布置的示意图。
图2为根据本发明、AGB总体布置的示意图。
图3为根据本发明、带附加齿轮档的AGB的总体布置示意图。
图4为图2中的区域A的放大图。
图5为液压变矩器的离心泵轮中的轮廓叶片的曲率图。
图6为液压变矩器的离心涡轮中的轮廓叶片的曲率图。
图7为带多个AGB(2个AGB与车辆一侧的动力器相连接)的车辆动力器的控制图。
图8为带多个AGB(4个AGB中的每个均与一个动力器相连接)的车辆动力器的控制图。
所述AGB包括设于发动机轴1上的中心齿轮2和不同直径的变速齿轮3，所述变速齿轮的不同直径取决于安装在中心齿轮和网格周围的齿轮所需增加的转速值。每个齿轮3可实现至少一个齿轮档的换挡。齿轮3设于液压变矩器5的输入轴4上。每个液压变矩器5(参照图2)包括安装在轴4上的离心泵轮6和安装在输出轴7上的离心涡轮8，所述离心泵轮6和所述离心涡轮8形成压力液体流径9，其中安装有反应器可变叶片10和设于预定位置的旋转单元11。电动液压变速单元12通过通道13控制流径9内的压力液体供给。通过压力液体供给泵15可供给来自压力液体容器14的压力液体。通过通道16可将压力液体从流径9排到容器14。所述车辆还包括排气泵17，所述排气泵17连接到发动机轴1，并通过进气管连接到容器14空气腔的通道18。所述压力液体供给泵15由发动机轴1或附加的电动机19激活。喷射泵20可通过空气-水热交换器21泵送压力液体，以便冷却压力液体。空气-水热交换器中，可通过来自电动鼓风机22的气流和车辆移动期间的入射流量来使压力液体冷却。
利用传动装置23降低转速，涡轮8可连接到齿轮减速器24，所述齿轮减速器24对于所有液压变矩器5通用，所述液压变矩器5设于AGB输出轴上并具有3或4道主流。
为了在AGB中增加单轴4上齿轮的数量，可安装两个液压变矩器的泵轮7(参照图3)。所述两个液压变矩器可执行4个动力传递档模式。
本发明的优选实施例
用于旋转预定固定位置中反应器可变叶片10的单元11可为装有弹簧的活塞，所述活塞具有通过通道连接到压力液体供给泵15的工作腔。所述反应器可变叶片10可设于至少三个固定位置：流径9完全开放的流域(发动机功率和效率可最大传递时，液压变矩器5的工作模式)、流径9完全闭合的流域(发动机功率零传递时以及用于在车轮旋转时减少机械损失的流径内腔干燥时，液压变矩器5的工作模式)、流径9部分(20％)闭合的流域(发动机功率传递比最大值小20-25％且效率为85-86％时，液压变矩器5的工作模式)。所述可变叶片的三个固定位置可实现单个液压变矩器5工作时，执行AGB中发动机动力传递的两档模式，所述发动机动力传递具有不同速度传动比。
扩径为D1T/D2P＝1.15-1.4的无叶导管25，其中，D1T是涡轮8的轮廓叶片26的入口直径，D2P为泵轮6的轮廓叶片27的入口直径，所述泵轮6设于泵轮6叶片和涡轮8的叶片之间的液压变矩器5中。所述管道25为无叶槽扩散器，其侧限壁28可在液压变矩器工作时旋转，并构成涡轮轮盘(图4)的一部分。根据循环恒定的规律，该无叶槽扩散器中流量圆周分量可有效减少，从而可增加涡轮叶片26前方的压力、减小前缘上的冲击损失。
液压变矩器5的离心泵轮6设有轮廓叶片27，中心线的弯曲角度其中，为叶片的前缘和后缘之间的径向角度，为轮廓中心线在泵轮入口直径处的定位角度，为轮廓中心线在泵轮输出直径处的定位角度。泵轮外径与叶片入口直径之比为：D2P/D1P＝1.4-1.9(图5)。
离心涡轮8还设有轮廓叶片，中心线的弯曲角度其中，为叶片的前缘和后缘之间的径向角度，为轮廓中心线在涡轮入口直径处的定位角度，为轮廓中心线在涡轮输出直径处的定位角度。涡轮8外径与其叶片26的入口直径之比为：D2T/D1T＝1.1-1.3(图6)。
涡轮转速nT和泵转速nP的传动比为nT/nP＝0.95-1.0时，如上所述的泵和涡轮可使液压变矩器具有极高效率(达到92-93％)。
单个AGB电动液压变速单元12提供用于旋转反应器可变叶片10的换档和控制单元11，所述反应器可变叶片10通过通道连接到压力液体供给泵15并通过通道13连接到每个齿轮档液压变矩器5流径9的内腔。根据车辆行驶速度和发动机工作模式，所述单元12可将泵15连接到流径9和用于旋转反应器可变叶片(整体)的单元11，所述单元11在操作液压变矩器5的同时，可断开给进泵15与其它液压变矩器5(其它齿轮档)流径9的连接，所述流径9可将反应器叶片固定在关闭位置。
所述AGB中使用的所有液压扭矩转换器的流径9内腔通过通道16延其外径连接到压力液体容器14的空气腔，所述通道16同时连接到排气泵17的进气管，将空气从容器14的空气腔排到受到发动机轴1或自动电动机19驱动的大气环境中。因此，在由电动液压变速单元12断开的液压扭矩转换器5中，在较低压力和较少液力机械式损失的情况下，可利用所述泵17将空气排出以旋转所述泵轮和流径9中的涡轮6、8。如需要，可使用仅单向传递齿轮减速器中扭矩的自由轮离合器来进一步降低此损失，所述齿轮减速器延伸自涡轮轴7。
工业实用性
此类滚筒式自动变速箱的实施方案和结构用于传递来自车辆发动机的转速和扭矩，其重量轻、直径和轴向尺寸均减小。该装置可设于车辆29，一个或多个相同的AGB 30均可同时改变所有形式动力器31(例如车轮、螺旋桨或轨道)的速度。如图7所示，例如两个AGB30可安装在一个车辆上，每个AGB连接到设于车辆纵轴一侧的动力器31，从而实现了先前特定车辆所不能完成的操作，例如极小空间内的急转弯。如图8所示，车辆可具有多个AGB 30，如具有多个动力器31一样。此时，每个ABG都可对动力器换挡。所有AGB均由车辆的变速单元控制。
该方案可使用不同速度比的动力器，进而明显提高整个车辆的可操作性和稳定性。此外，该方案可实现车轮的高速倒车，提供液压制动。
该技术方案的所述方面为新一代车辆开辟了新视野。

Claims (10)

1.一种液力机械式自动多速变速箱，包括延伸自发动机的输入轴和从输入轴延伸到每个齿轮档的传动装置，其中，传动装置以中心齿轮的形式设于输入轴上并与不同直径的不同档齿轮啮合；每个齿轮安装在至少一个液压变矩器的输入轴上，所述液压变矩器的离心泵轮和涡轮相应地设于其输入和输出轴以便形成压力液体流径；反应器可变叶片设于流程中，每个液压变矩器电连接并液压连接到车辆的变速单元。
2.根据权利要求1所述的自动变速箱，其特征在于，中心齿轮和顶部齿轮之间的传动比对应于以下比例：
其中，设于齿轮档的液压变矩器输入轴的最大转速；发动机轴的最大转速；发动机的最大容量(千瓦)。
3.根据权利要求1或2所述的自动变速箱，其特征在于，减速齿轮连接到设于变速箱输出轴上的齿轮减速器(所有液压变矩器通用)，所述变速箱输出轴设于液压变矩器的输出轴上。
4.根据权利要求3所述的自动变速箱，其特征在于，液压变矩器的离心泵轮包括轮廓叶片，轮廓中心线的弯曲角度为122°-135°，离心泵轮的外径D2P值与轮廓叶片的入口直径值D1P之比为：D2P/D1P＝1.4-1.9。
5.根据权利要求4所述的自动变速箱，其特征在于，液压变矩器的离心涡轮包括轮廓叶片，轮廓中心线的弯曲角度为110°-120°，离心泵轮的外径值D2T与轮廓叶片的入口直径值D1T之比为：D2T/D1T＝1.1-1.3。
6.根据权利要求3所述的自动变速箱，其特征在于，液压变矩器中的离心涡轮由涡轮的离心轮盘形成的无叶导管制成，所述涡轮的离心轮盘设于轮廓叶片前部、直径延伸率为：D1T/D2P＝1.15-1.4，其中，D1T为离心涡轮的轮廓叶片的入口直径值，D2P为离心泵轮的外径值。
7.根据权利要求3所述的自动变速箱，其特征在于，液压变矩器的反应器叶片可固定在完全打开、部分打开或完全关闭位置。
8.根据权利要求3所述的自动变速箱，其特征在于，液压变矩器中压力液体的流径与车辆的排气泵连接。
9.一种车辆，包括连接到供给泵的自动变速单元，其特征在于，所述自动变速单元供给来自压力液体容器、至少一个自动变速箱和动力器的压力液体；根据权利要求1-3所述的自动变速箱通过输出轴连接到至少一个动力器，所述动力器可为车轮、螺旋桨或轨道。
10.根据权利要求9所述的车辆，包括与压力液体容器中的空气腔连接的排气泵，同时，所述空气腔连接到自动变速箱的每个液压变矩器的压力液体流径。
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