CN110319170A - 一种液力传动变速系统 - Google Patents

Abstract

一种液力传动变速系统，本发明提供一种可以在真正实现动力的连续稳定传递的基础上实现换挡变速，同时又可以改变力的传递方向，而且结构简单造价较低的动力传动变速系统。本发明采用变量柱塞泵将机械动力转化为液压动力，然后再利用旋轮线式液力马达将液压动力转化成机械动力。通过调节斜盘倾角大小，可以调节传动液流量的大小，改变动力输出转速和扭矩，以此达到变速的目的。由于变量柱塞泵和旋轮线式液力马达内部腔体都是具有完整连续的封闭线（面），因此该系统的机械效率可以达到很高的水平。

Description

一种液力传动变速系统

技术领域

本发明属于动力传递及变速领域，具体涉及一种液力传动变速系统。

背景技术

在现有的动力传递与变速技术中，大多使用齿轮、传动轴或链条、皮带等传递动力，使用齿比不同的齿轮或锥体来实现变速。例如在汽车变速器领域无论手动变速箱、双离合变速箱、AT变速箱、CVA变速箱要实现换挡变速，只能利用离合器切断动力的传递或者利用液力变矩器对动力进行柔性连接，都不能真正实现动力的稳定连续传递。

在自行车领域，随着共享经济的发展，共享自行车越来越多，但是几乎所有的共享单车企业都只能给公众提供最简单的不能变速的自行车，因为现有的链条齿轮式变速自行车链条很容易掉落，维护麻烦，而行星齿轮式内变速自行车结构复杂造价高。而普通的不能变速的自行车在上坡路时及其费力，平路又不能较快的骑行，因此骑行体验较差。

在动力的传递方面，传统的轴传动或齿轮传动要想改变动力的传递方向都要造成力的损失，例如在前置前驱的汽车中几乎所有的车型都采用发动机横置布局，随着发动机排量和体积的增大，发动机和变速箱的布置就成了工程师比较头疼的问题。

在现有的技术研究中，公布号：CN104149779A的发明“带液压机械无级变速器的车辆动力匹配系统”中提到“带液压机械无级变速器的车辆动力匹配系统，其特征在于：液压调速机构（21）包括、电液比例阀（213）、执行油缸（214）、角位移传感器（215）、转速传感器（216）和放大器（217）”，但是该发明更多的是针对车辆动力匹配系统控制原理的研究。全文中对斜盘式变量泵、定量马达的具体形状、结构、组成、特点、安装位置均没有具体描述。

授权公告号：CN105711581B的发明“一种无级变速拖拉机控制系统的控制方法”也是对变速系统控制方法的研究，全文中对于“变量泵-定量马达液压调速机构”的具体结构没有具体说明，对于变量泵该文章中仅提到通过改变斜盘倾角改变流量，而对于定量马达该文章对于其形状、结构、组成、特点、安装位置均没有具体描述。

授权公告号 CN 101660595 B的发明“机械- 液压互动式无级变速器”中“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”和“所述液压马达为斜盘式可变量轴向柱塞马达”的描述可知，该文章中所述液压马达为“斜盘式可变量轴向柱塞马达”与本发明完全不同，其变速原理为“通过对所述马达排量进行控制，实现无级连续变速”与本发明通过改变变量柱塞泵的流量和使用的排量固定的旋轮线式液力马达也完全不同。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明一种液力传动变速系统可提供一种在真正实现动力的连续稳定传递的基础上实现换挡变速，同时又可以改变力的传递方向，而且结构简单、造价较低的动力传动变速系统。

为实现上述发明目的，本发明做了以下几项技术创新。

首先，本发明使用变量柱塞泵将动力输出轴输出的机械动力转变成柱塞泵输出的传动液液压动力，变量柱塞泵包括壳体，后盖，动力输入轴，斜盘支撑座，斜盘，球面衬套，滑靴，回程盘，缸体，配流盘，柱塞，斜盘倾角控制系统等组成。

其中，壳体前部具有轴孔，动力输出轴从轴孔伸入，与缸体相连，后部连接后盖，在壳体内部靠近轴孔并位于传动轴旁的位置安装有斜盘支撑座，使得斜盘在斜盘支撑座轴承的支撑下可以以垂直传动轴轴线的方向左右摆动，另外在壳体安装有斜盘倾角控制系统。

动力经输入轴传递到变量柱塞泵后带动柱塞泵缸体旋转，由缸体旋转带动柱塞、滑靴、回程盘等结构旋转，在滑靴和回程盘沿斜盘斜面旋转的同时带动柱塞在缸体内做往复运动，吸入和排出传动液，将机械动力转化为液压动力。通过调节变量柱塞泵斜盘倾角大小，可以实现在发动机相同转速下传动液不同流量的输出，通过传动液不同流量的输出，来达到改变动力的输出转速和输出扭矩，达到变速的目的。

其次，本发明将液压动力再转化成机械动力，使用了三角转子旋轮线式液力马达。该液力马达由三角转子和近似椭圆形的旋轮线形壳体和偏心输出轴等组成。壳体与三角转子密封接触，输出轴安装在液力马达壳体的中心其偏心轴一侧位于壳体内部，三角转子安装在输出轴的偏心轴上，因此其可以在输出轴旋转时绕输出轴做公转运动。三角转子内部设有内齿轮，液力马达壳体的一侧也设有一圈外齿轮（固定齿轮），三角转子的齿轮与壳体上的齿轮啮合，在转子转动时由于齿轮的啮合其在绕输出轴做公转运动时也会以偏心轴为圆心做自转运动。三角转子在做上述自转和公转运动的同时可与近似椭圆形的旋轮线形壳体内壁形成多个体积不断变化的封闭腔体。

三角转子旋轮线式液力马达壳体上设有两个进液口和两个出液口，其中一对出液口和进液口设置在当偏心轴位于最低点时三角转子上部两角与壳体内壁相接触的区域，另一对出液口和进液口设置在当偏心轴位于最高点时三角转子下部两角与壳体内壁相接触的区域，出液口和进液口分别绕输出轴中心中心对称。与进液口相连的液力马达腔体可称为进液腔，与出液口相连的液力马达腔体可称为出液腔。

通过图4可知，当传动液通过进液口进入液力马达时推动其进液腔扩大，从而带动三角转子和输出轴转动，当在当偏心轴位于最低点时三角转子上部两角与壳体内壁相接触的区域即为上述进液口或出液口的位置，因此上部进液口和出液口被三角转子堵住，传动液只能从下部进液口进，从出液口出，推动三角转子旋转。当三角转子旋转时两个出液口和进液口都疏通此时传动液可从两个进液口同时进入推动三角转子旋转，同理当偏心轴位于最高点时，下部进液口和出液口被三角转子堵住，传动液只能从上部进液口进，从出液口出，推动三角转子旋转。以此循环，可保证始终至少有一个进液口进入传动液推动三角转子和输出轴转动。因此可保证动力的连续稳定传递。

第三，本发明使用变量柱塞泵将输入轴输入的机械动力转变成柱塞泵输出的传动液液压动力，而液压动力是沿传动液导管传动的，因此只要改变传动液导管的形状就可以实现动力传动方向的改变。

在将本发明一种液力传动变速系统技术应用于汽车自动变速箱时，由于汽车自动变速箱强调结构的紧凑，因此可将传动液导管集成到三角转子旋轮线式液力马达外壳上，因此可能会不存在传动液导管这个具体部件。在将本发明技术应用于自行车、摩托车等变速箱领域可利用传动液导管传递动力，以此来取代原有的链条等动力传动部件。

第四，本发明变量柱塞泵斜盘倾角控制系统可以连续的调节柱塞泵的斜盘倾角，从而使变量柱塞泵的流量输出实现连续的变化，即可以实现在不切断动力的前提下实现动力的无极变速，使发动机始终保持在较为理想的工作转速。斜盘倾角控制系统可根据不同的工作需要和具体应用选择不同的控制方式，例如可采用液压式、电磁式、弹簧拉线式等任意可实现使变量柱塞泵斜盘倾角改变的调节方式都可以使用，因此其应用范围广，适应性强。

第五，本发明所使用的为旋转缸体型柱塞泵，因此配流盘是固定与壳体上的，所以其出液口和进液口位置也是不动的，通过改变斜盘倾角偏转的方向就可以改变传动液流动的方向，以此来改变力传递的方向。并且三角转子旋轮线式液力马达左右、上下对称的结构，在传动液流向改变时仍能正常工作，因此在力的正向和反向传输时都能很好的达到要求，尤其适合汽车等需要前进和倒退的工作环境。

本发明在将机械动力转化液压动力并达到变速目的采用的是变量柱塞泵。因为柱塞泵的工作容积具有完整连续的封闭线（面），因此柱塞泵传动的机械效率可以达到很高的水平。而通过改变斜盘倾角来改变柱塞泵的输出量，从而改变发动机输出转速和扭矩的方式，整个过程可以在动力传递的同时进行，不需要切断动力因此可以保证动力传递的连续稳定。

本发明在将液压动力转化成机械动力时采用的是旋轮线式液力马达。同样的三角转子旋轮线式液力马达，三角转子与旋轮线形机壳内壁所形成的腔体同样是具有完整连续的封闭线（面）的密封腔体，因此旋轮线式液力马达在将液压动力转化成机械动力的时候机械效率也可以达到很高的水平。并且因为旋轮线式液力马达具有完整连续的封闭线（面），所以将液压动力转化成机械动力时的转速可调可控，在极低转速条件下也可以应用，不会像液力变矩器等其他形式的液力传动机构必须达到一定的转速才能实现动力较高效率的传输。

附图说明

图1：一种液力传动变速系统结构示意图

图中：1是发动机，2是发动机输出轴，3是柱塞泵变量控制机构，4是变量柱塞泵，5是传动液导管，6是旋轮线式液力马达，7是三角转子，8是动力输出轴。

图2：一种液力传动变速系统变量柱塞泵及其变量控制机构结构示意图

图中：1是斜盘倾角调节装置（柱塞泵变量控制机构），2是柱塞泵机壳，3是活塞腔，4是出液口和进液口，5是配流盘，6是缸体，7是柱塞，8是滑靴，9是斜盘，10是回程盘，11是动力输入轴（发动机输出轴）。

图3：一种液力传动变速系统旋轮线式液力马达示意图

图中：1是机壳。2是传动液进口（或出口），3是传动液出口（或进口），4是动力输出轴，5是偏心轴，6是三角转子。

图4：一种液力传动变速系统旋轮线式液力马达转动示意图

图中箭头方向表示传动液流动方向和三角转子及输出轴转动方向。

具体实施例

下面结合附图对本发明一种液力传动变速系统实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：利用本发明一种液力传动变速系统制造车用自动变速箱。

在本实施例中，使用直轴斜盘式旋转缸体式11柱柱塞泵做为变量柱塞泵，公称排量为160ml/r，最大扭矩800Nm，斜盘倾角为垂直于轴向左右各21度，斜盘倾角调节机构为液压调节。旋轮线式液力马达采用三角转子旋轮线式液力马达，公称排量为200ml/r，最大扭矩770Nm。

变量柱塞泵包括壳体、后盖、斜盘支撑座、斜盘、球面衬套、滑靴、回程盘、缸体、配流盘、柱塞，变量活塞杆，变量活塞，上调节杆，下调节杆，上回复弹簧以及下回复弹簧。

其中，壳体前部具有轴孔，发动机输出轴从轴孔伸入，与缸体相连，后部连接后盖，在壳体内部靠近轴孔并位于传动轴旁的位置安装有斜盘支撑座，使得斜盘在斜盘支撑座轴承的支撑下可以以垂直传动轴轴线的方向左右摆动，另外在壳体的上部和下部分别开有上变量油缸和下变量油缸。其由变量活塞杆，变量活塞，上调节杆，下调节杆，上回复弹簧以及下回复弹簧等组成。

发动机动力经输出轴传递到变量柱塞泵后带动缸体及柱塞、回程盘、滑靴等旋转，通过改变上变量油缸和下变量油缸内部的液压可以调节斜盘倾角，改变柱塞在缸体内的行程，从而改变柱塞泵的流量。

传动液经过传动液导管进入旋轮线式液力马达，带动三角转子运动，从而将液压动力转化为由输出轴输出的机械动力。

该实施例自动变速箱可以做到无极变速，在动力传输的同时改变传动比和传动扭矩，可使发动机始终保持理想的工作区间，从而获得良好的驾驶体验。

实施例二：利用本发明一种液力传动变速系统制造自行车变速及传动系统。

在本实施例中，使用直轴斜盘式旋转缸体式5柱柱塞泵做为变量柱塞泵，公称排量为25ml/r，最大扭矩130Nm，斜盘倾角为垂直于轴向单向19度，斜盘倾角调节机构为弹簧拉线调节。旋轮线式液力马达采用三角转子旋轮线式液力马达，公称排量为20ml/r，最大扭矩140Nm。

变量柱塞泵包括壳体，后盖，传动轴，斜盘支撑座，斜盘、球面衬套、滑靴、回程盘、缸体、配流盘、柱塞，回复弹簧以及拉线组成。

变量柱塞泵安装于自行车中轴处，自行车曲柄连接在变量柱塞泵动力输入轴上，动力输入轴与缸体相连，踩动自行车脚踏曲柄带动柱塞泵缸体旋转，由缸体旋转带动柱塞、滑靴、回程盘等结构旋转，在滑靴和回程盘沿斜盘旋转的同时带动柱塞做往复运动，吸入和排出传动液，将机械动力转化为液压动力。在壳体内部靠近轴孔一侧位置安装有斜盘支撑座，使得斜盘在斜盘支撑座轴承的支撑下可以以垂直传动轴轴线的方向左右摆动，另外在壳体的上部开有拉线孔，拉线穿过回复弹簧与斜盘连接，拉动拉线可以可以调节斜盘倾角，改变柱塞在缸体内的行程，从而改变柱塞泵的流量。

传动液流出后经传动液导管传递到位于自行车后轴处的三角转子旋轮线式液力马达，带动三角转子运动，从而将液压动力由转化为由输出轴输出的机械动力，将自行车后轮经过飞轮连接到输出轴上，即可带动自行车的前进。

以上所述，仅为本发明的部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种液力传动变速系统，其特征在于由：

变量柱塞泵，其特征在于变量柱塞泵为直轴斜盘式旋转缸体式柱塞泵，其斜盘倾角可调，

旋轮线式液力马达，其特征在于旋轮线式液力马达壳体的内壁形状为由相互垂直相交的长轴及短轴规定成近似椭圆状的旋轮线形，转子绕输出轴做公转运动的同时以平行该输出轴且偏置的偏心轴为中心做自转运动，并且从上述轴方向看转子近似呈三角形，

传动液导管，变量柱塞泵斜盘倾角控制系统组成。

2.根据权利要求1所述的一种液力传动变速系统，其特征在于上述变量柱塞泵其特征在于斜盘倾角最大调节范围在垂直于轴向左右各45度之内。

3.根据权利要求1所述的一种液力传动变速系统，其特征在于传动液导管用于连接变量柱塞泵和旋轮线式液力马达，由出液管和回液管组成，传动液导管可以是独立部件也可以整合到变量柱塞泵或旋轮线式液力马达上。

4.根据权利要求1所述的一种液力传动变速系统，其特征在于上述旋轮线式液力马达壳体上设有两个进液口和两个出液口，其中一对出液口和进液口设置在当偏心轴位于最低点时三角转子上部两角与壳体内壁相接触的区域，另一对出液口和进液口设置在当偏心轴位于最高点时三角转子下部两角与壳体内壁相接触的区域，出液口和进液口分别绕输出轴中心中心对称。

5.根据权利要求1所述的一种液力传动变速系统，其特征在于旋轮线式液力马达壳体由两部分组成，分别设置在上述三角转子转动平面的两侧，并且壳体内壁与上述三角转子密封接触，三角转子在壳体内部转动的同时与近似椭圆状的旋轮线形壳体内壁构成的多个腔室全部为相互独立的密封腔室。