CN109695685A - 一种可变特征系数的汇流装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可变特征系数的汇流装置及其应用，包括一箱体，箱体内设有太阳轮轴总成、齿圈总成、行星架总成和齿轮轴总成，箱体上设有一外置的调节手柄；太阳轮轴总成与行星架总成相配合，并通过调节手柄调整太阳轮轴总成与行星架总成之间的传动比；行星架总成与齿圈总成传动连接，齿圈总成与齿轮轴总成传动连接；太阳轮轴总成、行星架总成、齿轮轴总成的一端分别伸出箱体外。本发明汇流装置采用行星轮系传动和斜齿轮传动，特征系数可实现三个档位的变化，从而实现可变特征系数的汇流机构机械和液压功率流的比例测试与分配，该汇流装置测试试验稳定性良好，可实现特征系数的变化，不需要单独更换汇流装置、节约试验时间和成本。

Description

一种可变特征系数的汇流装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种可变特征系数的汇流装置及其应用，特别涉及适用于液压机械功率流复合传动系统性能测试的汇流机构，属于液压机械复合传动系统技术领域。

背景技术

随着社会的发展和技术的不断进步，对车辆传动系统的传动效率、换挡的舒适性以及操作自动化水平要求越来越高。液压机械无级变速传动是一类由液压功率流与机械功率流组合传递动力的功率分流液压机械复合传动形式，能够通过机械传动实现高效率的大功率动力传动，通过液压传动实现无级变速，在大功率车辆上表现出良好的应用前景。液压机械无级变速器由机械传动单元、泵一马达液压无级变速传动单元、将动力进行分流或汇流的行星齿轮机构、自动变速电子控制装置与驱动系统等部分构成。当机械变速机构传动比确定时，调节液压无级变速单元的传动比，能够使液压机械复合传动系统的传动比在一定范围内实现无级变化，从而使动力经分流、无级变速和汇流后输出，实现大功率高效无级变速传动。因此这种功率分流液压机械复合传动系统兼具了纯机械传动系统的高传动效率和纯液压传动系统的无级变速的优点。然而传动系统的综合效率由复合传动的液压和机械分功率流各自的效率及它们的分配比例所决定，机械传动单元的传动效率特性比较稳定，但静液压传动单元的传动效率相对于机械传动比较低，组成静液压传动单元的液压泵、液压马达、控制阀组及连接管路等部件在整个系统单元中都存在效率的问题，而且影响单元整体传动效率的泵和马达的容积效率和机械效率随速度的变化而不断变化，传动效率不稳定。因此保持液压传动单元的无级变速能力的前提下，提高其效率峰值并扩大常用工况下的高效区，目的是为了保证液压机械复合传动系统传动效率和使用性能。

目前设计开发液压机械无级变速器并进行性能测试试验台都是在样机试制完成后进行整机测试试验，并且通过一些列的测试试验，试制样机往往不是最佳的设计方案，甚至可能出现重新试制产品，导致了产品设计开发的成本比较高和周期比较长，耗费了大量的人力物力。虽然目前的计算机仿真及虚拟样机技术发展大大缩短了产品的设计周期和成本，但由于仿真条件和真实工况条件的不符合性，也会导致产品开发的不确定性。在设计过程中可以对液压机械复合传动系统进行性能测试和两种功率流的比例分配和传动系统的效率测试，从而实现液压机械复合传动系统机械流和液压功率流动的最佳匹配。因此将液压功率流和机械功率流汇流后输出的汇流机构对传动系统的性能测试起到至关重要的作用，目前的复合传动系统的汇流机构都是采用的行星齿轮机构，行星齿轮的特征系数k(齿圈齿数与太阳轮齿数之比值)确定后，它的传动特性就已经确定，无法满足复合传动系统针对多种特征系数的汇流机构的性能测试，如果改变特征系数就要重新设计安装汇流机构进行传动系统的性能测试试验，提高了测试时间和成本。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种可变特征系数的汇流装置，该装置可实现液压机械复合传动系统性能测试过程中液压功率流和机械功率流的汇流输出，并且汇流机构的特征系数可实现三个档位的变化，从而实现可变特征系数的汇流机构机械和液压功率流的比例测试与分配，最终实现机械和液压功率流的最优组合。

本发明还提供上述一种可变特征系数的汇流装置的工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种可变特征系数的汇流装置，包括一箱体，箱体内设有太阳轮轴总成、齿圈总成、行星架总成和齿轮轴总成，箱体上设有一外置的调节手柄；

其中，太阳轮轴总成与行星架总成相配合，并通过调节手柄调整太阳轮轴总成与行星架总成之间的传动比；

行星架总成与齿圈总成传动连接，齿圈总成与齿轮轴总成传动连接；

太阳轮轴总成、行星架总成、齿轮轴总成的一端分别伸出箱体外。

优选的，所述箱体包括上箱体和下箱体，上箱体和下箱体通过螺栓密闭连接，调节手柄位于上箱体上。

优选的，所述太阳轮轴总成包括外花键轴、内花键轴、第一太阳轮、第二太阳轮和第三太阳轮；

其中，第一太阳轮、第二太阳轮和第三太阳轮并排连接在内花键轴的一端组成三联齿轮组，外花键轴的一端贯穿内花键轴和三联齿轮组，外花键轴的另一端伸出箱体外；

内花键轴上设有轴肩且轴肩通过拨叉与调节手柄连接。此设计的好处是，通过拧动调节手柄到不同的档位，借助拨叉使内花键轴带动三联齿轮组沿外花键轴左右移动，从而使不同的太阳轮与不同的行星架组配连接，以实现不同传动比的调整。

优选的，所述齿圈总成包括齿圈、齿圈轴和第二斜齿轮，齿圈固定连接在齿圈轴的一端，第二斜齿轮固定连接在齿圈轴的另一端。

优选的，所述行星架总成包括第一行星轮、第二行星轮、第三行星轮、第四行星轮；

其中，第一行星轮、第二行星轮、第三行星轮、第四行星轮之间通过第一行星架、第二行星架间隔布置组成行星架齿轮组；第四行星轮与齿圈啮合传动；

第二行星架的一侧连接有行星架轴，且行星架轴一端穿过齿圈总成伸出箱体外。

优选的，所述齿轮轴总成包括轴承、第一斜齿轮和齿轮轴，齿轮轴的一端与轴承连接、另一端贯穿连接第一斜齿轮后伸出箱体外，第一斜齿轮与第二斜齿轮啮合传动。

优选的，所述外花键轴、行星架轴、齿轮轴分别通过法兰盘与箱体连接。

优选的，所述外花键轴、行星架轴、齿轮轴伸出箱体外的一端各设有键槽。

一种可变特征系数的汇流装置的工作方法，包括以下步骤：

当进行液压机械复合传动系统性能测试试验时，先通过旋转调节手柄到不同档位，来调整不同的档位特征系数，再将机械功率流和液压功率流连接至外花键轴、行星架轴、齿轮轴中的任意两根外伸轴，第三个外伸轴汇流后输出。

本发明的有益效果在于：

1)本发明可实现液压机械复合传动系统性能测试过程中液压功率流和机械功率流的汇流输出，并且汇流机构的特征系数可实现三个档位的变化，从而实现可变特征系数的汇流机构机械和液压功率流的比例测试与分配，使液压机械复合传动系统性能测试试验范围扩大，根据匹配的发动机的万有特性曲线，最终实现机械和液压功率流的最优组合分配方案，并为日后投产应用液压机械复合传动系统的车辆提供动力性能优化。

2)本发明汇流装置还可为电力和机械复合传动系统提供功率的汇流输出，一机多用，使用范围广，适应性强。

3)本发明汇流装置采用行星轮系传动和斜齿轮传动，使汇流装置结构紧凑、简单可靠，测试试验稳定性良好，结构设计合理、可实现特征系数的变化，不需要单独更换汇流装置、节约试验时间和成本。

附图说明

图1为本发明可变特征系数的汇流装置三维图；

图2为本发明可变特征系数的汇流装置行星轮系太阳轮轴总成三维图；

图3为本发明可变特征系数的汇流装置行星轮系齿圈总成三维图；

图4为本发明可变特征系数的汇流装置行星轮系行星架总成三维图；

图5为本发明可变特征系数的汇流装置齿轮轴总成三维图；

图6为本发明可变特征系数的汇流装置传动原理图。

其中：1-上箱体；2-调节手柄；3-太阳轮轴总成；4-拨叉；5-下箱体；6-齿圈总成；7-行星架总成；8-法兰盘；9-齿轮轴总成；

301-外花键轴；302-内花键轴；303-第一太阳轮；304-第二太阳轮；305-第三太阳轮；

601-齿圈；602-齿圈轴；603-第二斜齿轮；

701-第一行星架；702-第一行星轮；703-第二行星轮；704-第三行星轮；705-第二行星架；706-第四行星轮；707-行星架轴；

901-轴承；902-第一斜齿轮；903-齿轮轴。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1至图5所示，本实施例提供一种可变特征系数的汇流装置，包括一箱体，箱体内设有太阳轮轴总成3、齿圈总成6、行星架总成7和齿轮轴总成9，箱体上设有一外置的调节手柄2；

其中，太阳轮轴总成3与行星架总成7相配合，并通过调节手柄2调整太阳轮轴总成3与行星架总成7之间的传动比；

行星架总成7与齿圈总成6传动连接，齿圈总成6与齿轮轴总成9传动连接；

太阳轮轴总成3、行星架总成7、齿轮轴总成9的一端分别伸出箱体外。

具体地，如图1所示，箱体包括上箱体1和下箱体5，上箱体1和下箱体5通过螺栓密闭连接，调节手柄2位于上箱体1上。箱体内有轴承、法兰盘、密封圈、密封垫和螺栓安装与上箱体1和下箱体5组成的密封空间中，形成了有三个外伸连接轴的2个自由度的汇流装置，特征系数调节手柄2与拨叉4通过销轴连接，用于汇流装置的特征系数的调节。

如图2所示，汇流装置行星轮系太阳轮轴总成3由第一太阳轮303、第二太阳轮304和第三太阳轮305安装于内花键轴302左端上组成可滑移的三联齿轮组，内花键轴302与外花键轴301配合，内花键轴302右端的轴肩与拨叉4配合使滑移的三联齿轮组在外花键轴301左端左右移动，实现不同的传动比；外花键轴301右端设计有键槽，通过法兰盘固定并外伸箱体外与试验台的输入端或输出端连接。

如图3所示，汇流装置行星轮系齿圈总成6由齿圈601、齿圈轴602和第二斜齿轮603组成，齿圈601固定在齿圈轴602的右端，齿圈轴602左端与第二斜齿轮603固定连接。

如图4所示，汇流装置行星轮系行星架总成7由第一行星轮702、第二行星轮703、第三行星轮704、第四行星轮706与三个第一行星架701和一个第二行星架705组成的行星架齿轮组，其中第四行星轮706与齿圈601配合实现机械传动，行星架轴707右端与第二行星架705固定连接，行星架轴707左端设计有键槽，通过法兰盘8固定并外伸箱体外与试验台的输入端或输出端连接。

如图5所示，汇流装置齿轮轴总成9由第一斜齿轮902与齿轮轴903固定连接，第一斜齿轮902与第二斜齿轮603配合实现传动比为1的齿轮传动，齿轮轴903的右端通过轴承901固定在箱体内，齿轮轴903左端设计有键槽，通过法兰盘固定并外伸箱体外与试验台的输入端或输出端连接。

实施例2：

如实施例1提供的一种可变特征系数的汇流装置的工作方法，具体操作过程如下：如图6所示，根据可变特征系数的汇流装置传动原理图说明本发明如何调节特征系数：

本发明由齿圈、2个行星轮组、太阳轮组成了内外啮合的双联排行星齿轮传动，其中齿圈601和与之配合的由3个均布的行星轮组成的行星轮组传动比固定，第一行星轮702、第二行星轮703和第三行星轮704组成的三组行星轮组与滑移的三联太阳轮组配合传动，通过太阳轮组的滑移实现了不同传动比。

假设第一行星轮702齿数为Z_X1，第一太阳轮303的齿数为Z_t1，第二行星轮703齿数为Z_X2，第二太阳轮304的齿数为Z_t2，第三行星轮704齿数为Z_X3，第三太阳轮305的齿数为Z_t3，第四行星轮706的齿数Z_X4，齿圈齿数为Z_q，外伸轴齿轮轴903转速为n_q、转矩为T_q，外伸轴行星架轴707转速n_j、转矩为T_j，右端外伸轴外花键轴301转速n_t、转矩为T_t；

(1)如图6所示，由三个第二行星轮703组成的行星轮组与第二太阳轮304配合，此时特征系数调节手柄2在中位，则汇流装置的特征系数为：

3个外伸轴的转速、转矩关系式为：

n_t+k₂n_q-(1+k₂)n_j＝0

T_t:T_q:T_j＝1:k₂:-(1+k₂)

(2)当特征系数调节手柄2在左位时，太阳轮组向左滑移，此时由三个第三行星轮704组成的行星轮组与第三太阳轮305配合，则汇流装置的特征系数为：

3个外伸轴的转速、转矩关系式为：

n_t+k₃n_q-(1+k₃)n_j＝0

T_t:T_q:T_j＝1:k₃:-(1+k₃)

(3)当特征系数调节手柄2在右位时，太阳轮组向右滑移，此时由三个第一行星轮702组成的行星轮组与第一太阳轮303配合，则汇流装置的特征系数为：

3个外伸轴的转速、转矩关系式为：

n_t+k₁n_q-(1+k₁)n_j＝0

T_t:T_q:T_j＝1:k₁:-(1+k₁)

在进行液压机械复合传动系统性能测试试验时，机械功率流和液压功率流连接至汇流装置的三个外伸轴的任意2根轴，第三个外伸轴就汇流后输出。并且可以实现3个挡位特征系数的控制或者在此方案的基础上设计更多挡位特征系数的控制，不需要重新安装设备，节约了试验测试时间和成本，而且完全满足测试要求。

功率分流液压机械复合传动系统实施步骤

安装→汇流装置特征系数调节→输入调试控制程序→运行试验→实验结束→输出结果。

上面以具体实施例予以说明本发明的结构及工作原理，本发明并不局限于以上实施例，根据上述的说明内容，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可变特征系数的汇流装置，包括一箱体，其特征在于，箱体内设有太阳轮轴总成、齿圈总成、行星架总成和齿轮轴总成，箱体上设有一外置的调节手柄；

其中，太阳轮轴总成与行星架总成相配合，并通过调节手柄调整太阳轮轴总成与行星架总成之间的传动比；

行星架总成与齿圈总成传动连接，齿圈总成与齿轮轴总成传动连接；

太阳轮轴总成、行星架总成、齿轮轴总成的一端分别伸出箱体外。

2.如权利要求1所述的可变特征系数的汇流装置，其特征在于，所述箱体包括上箱体和下箱体，上箱体和下箱体通过螺栓密闭连接，调节手柄位于上箱体上。

3.如权利要求1所述的可变特征系数的汇流装置，其特征在于，所述太阳轮轴总成包括外花键轴、内花键轴、第一太阳轮、第二太阳轮和第三太阳轮；

其中，第一太阳轮、第二太阳轮和第三太阳轮并排连接在内花键轴的一端组成三联齿轮组，外花键轴的一端贯穿内花键轴和三联齿轮组，外花键轴的另一端伸出箱体外；

内花键轴上设有轴肩且轴肩通过拨叉与调节手柄连接。

4.如权利要求3所述的可变特征系数的汇流装置，其特征在于，所述齿圈总成包括齿圈、齿圈轴和第二斜齿轮，齿圈固定连接在齿圈轴的一端，第二斜齿轮固定连接在齿圈轴的另一端。

5.如权利要求4所述的可变特征系数的汇流装置，其特征在于，所述行星架总成包括第一行星轮、第二行星轮、第三行星轮、第四行星轮；

其中，第一行星轮、第二行星轮、第三行星轮、第四行星轮之间通过第一行星架、第二行星架间隔布置组成行星架齿轮组；第四行星轮与齿圈啮合传动；

第二行星架的一侧连接有行星架轴，且行星架轴一端穿过齿圈总成伸出箱体外。

6.如权利要求5所述的可变特征系数的汇流装置，其特征在于，所述齿轮轴总成包括轴承、第一斜齿轮和齿轮轴，齿轮轴的一端与轴承连接、另一端贯穿连接第一斜齿轮后伸出箱体外，第一斜齿轮与第二斜齿轮啮合传动。

7.如权利要求6所述的可变特征系数的汇流装置，其特征在于，所述外花键轴、行星架轴、齿轮轴分别通过法兰盘与箱体连接。

8.如权利要求6所述的可变特征系数的汇流装置，其特征在于，所述外花键轴、行星架轴、齿轮轴伸出箱体外的一端各设有键槽。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的可变特征系数的汇流装置的工作方法，包括以下步骤：

当进行液压机械复合传动系统性能测试试验时，先通过旋转调节手柄到不同档位，来调整不同的档位特征系数，再将机械功率流和液压功率流连接至外花键轴、行星架轴、齿轮轴中的任意两根外伸轴，第三个外伸轴汇流后输出。