CN110953317B - 一种导轮及液力变矩器 - Google Patents

Abstract

本发明属于工程机械动力技术领域，公开了一种导轮及液力变矩器。该导轮连通于泵轮并向其提供油液，导轮包括叶片，根据油液的流动方向，叶片的位置可调，使得叶片的进口安放角和油液流动入口角度相同，叶片的出口安放角和泵轮的入口角度相同。随着涡轮流出的油液流动角度和力矩的变化，导轮的叶片进口安放角做出相应的改变，油液冲击损失降低到最小值。同时，叶轮出口安放角保持不变始终与泵轮的入口角度相匹配，使得变矩器内部的油液流动更加顺畅，流动损失减小。导轮的叶片能够适应一定范围的涡轮转速变化，保证了导轮叶片在油液冲击下位置能够按需求改变，适应油液的流动方向和状态，使得变矩器有较宽高效区范围，以达到提高传动效率的目的。

Description

一种导轮及液力变矩器

技术领域

本发明涉及工程机械动力技术领域，尤其涉及一种导轮及液力变矩器。

背景技术

现有的工程机械特别是推土机配有液力变矩器，液力变矩器是一种以油液等液体为工作介质，利用液体动能进行能量转换的装置。普遍使用的变矩器基本形式为单相单级向心式液力变矩器，也称为单级三元件液力变矩器，该液力变矩器包括：泵轮(pumpimpeller)、涡轮(turbine impeller)及导轮(stator impeller)，泵轮离心式布置，涡轮向心式布置，导轮为轴流式(轴向)布置。

液力变矩器的导轮中叶轮等内部部件是采用铸造等加工方法制成的刚体结构。叶轮流面与叶片厚度中分面或叶片工作面的交线为叶片型线，叶片型线是决定叶片实际形状的重要几何要素，可以影响流体流线及流动状态。叶片进口部分的切线方向与圆周速度方向的反方向的夹角称为叶片进口安放角，叶片出口部分的切线方向与圆周速度方向的反方向的夹角称为叶片出口安放角。液力变矩器的效率高于某一规定值(例如75％)的工作范围称为高效区。当液力变矩器各部件设计定型后，叶轮的内部油道、叶片型线及叶型等内部空间结构参数就固定不变，因此液力变矩器只有工作在设计的额定工况下，其效率才处于高效区，使得高效区范围相对较窄，这限制了变矩器的性能更好的发挥，也使得其传动效率比机械传动低。

随着技术的发展，为了解决效率高效区较窄的问题，液力变矩器采用可调节导轮结构，将导轮布置在变矩器径向方向上的，导轮是在外部机构调节下，利用导轮叶片整体变动来适应不同工况。然而导轮叶片进口安放角改变的同时，叶片出口安放角也发生改变，影响泵轮的吸入特性，产生的效果具有一定的局限性，使得适应范围改变不大、效率提升不理想。由于这种调整方案主要用在负载的稳定场合，只能在特定类型结构的变矩器上使用，不适合应用于工程机械领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导轮及液力变矩器，增大高效区的范围，提高传动效率。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种导轮，所述导轮连通于泵轮并向其提供油液，所述导轮包括叶片，根据油液的流动方向，所述叶片的位置可调，使得所述叶片的进口安放角和所述油液流动入口角度相同，所述叶片的出口安放角和所述泵轮的入口角度相同。

作为优选，所述导轮包括进口传动组件和出口传动组件，传动轴分别穿设于所述进口传动组件和所述出口传动组件，所述出口传动组件能够相对于所述传动轴转动，所述叶片的一侧穿设于所述进口传动组件并能够相对其转动，所述叶片的另一侧穿设于所述出口传动组件并能够相对其滑动。

作为优选，所述进口传动组件包括：

进口盖板；

固定轮毂，其设置于所述进口盖板的内部，所述固定轮毂套设于所述传动轴上并连接于所述进口盖板，所述叶片设置于所述进口盖板和所述固定轮毂之间并能够分别相对其转动。

作为优选，在所述固定轮毂上设置有第一安装孔，所述进口盖板上设置有第二安装孔，在所述叶片的一侧分别设置有第一转轴，所述第一转轴的两端分别穿设于所述第一安装孔和所述第二安装孔并与其转动配合。

作为优选，所述固定轮毂的内壁上设置有花键，在所述传动轴的外周面设置有键槽，所述花键卡接于所述键槽。

作为优选，所述出口传动组件包括：

出口盖板；

转动轮毂，其设置于所述出口盖板的内部，所述转动轮毂套设于所述传动轴上并能够相对其转动，所述叶片设置于所述出口盖板和所述转动轮毂之间并能够分别相对其滑动。

作为优选，在所述转动轮毂上设置有第一滑槽，所述出口盖板上设置有第二滑槽，在所述叶片的另一侧分别设置有第二转轴，所述第二转轴的两端分别穿设于所述第一滑槽和所述第二滑槽并与其滑动配合。

作为优选，所述出口传动组件还包括轴承，所述轴承套设于所述传动轴上并位于所述传动轴和所述转动轮毂之间。

作为优选，所述叶片的数量为多个，多个所述叶片沿所述进口传动组件的周向均匀设置，每个所述叶片的旋向相同。

为达上述目的，本发明还提供了一种液力变矩器，包括泵轮、涡轮和上述的导轮，所述涡轮的两端分别连通于所述泵轮和所述导轮。

本发明的有益效果：

本发明提供的导轮，随着涡轮流出的油液流动角度和力矩的变化，导轮的叶片进口安放角做出相应的改变。由于导轮叶片进口安放角与油液流动入口角度一致，油液冲击损失降低到最小值。同时，叶片的出口安放角和泵轮的入口角度相同，叶轮出口安放角保持不变始终与泵轮的入口角度相匹配，整个叶片型线具有更好的水力性能，符合液力变矩器的油液流动状态，使得变矩器内部的油液流动更加顺畅，流动损失减小，工作效率更高。采用这种方式，导轮的叶片能够适应一定范围的涡轮转速变化，保证了导轮叶片在油液冲击下位置能够按需求改变，适应油液的流动方向和状态，使得变矩器有较宽高效区范围，以达到提高传动效率的目的。

本发明提供的液力变矩器，外部结构没有变化，通用性强，不需要对其他部件进行更改，不会影响到液力变矩器安装，减少了改进的成本和时间。

附图说明

图1是本发明导轮在不同涡轮转速下油液的流动角度和叶片的进口安放角的分布示意图；

图2是本发明导轮的叶片变化示意图；

图3是本发明导轮的爆炸示意图；

图4是本发明导轮的固定轮毂和转动轮毂的剖视图；

图5是本发明导轮的进口盖板和出口盖板的结构示意图；

图6是本发明导轮中单个叶片与进口传动组件相配合的示意图；

图7是本发明导轮中单个叶片与出口传动组件相配合的示意图；

图8是本发明导轮中整体叶片与进口传动组件相配合的示意图；

图9是本发明导轮中整体叶片与出口传动组件相配合的示意图。

图中：

1、叶片；2、进口传动组件；3、出口传动组件；

11、第一转轴；12、第二转轴；

21、固定轮毂；211、第一安装孔；212、花键；

22、进口盖板；221、第二安装孔；

31、转动轮毂；311、第一滑槽；32、出口盖板；321、第二滑槽。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，进口特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括进口和第二特征直接接触，也可以包括进口和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，进口特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括进口特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示进口特征水平高度高于第二特征。进口特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括进口特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示进口特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本实施例提供了一种液力变矩器，适用于推土机等工程机械领域中，该液力变矩器包括泵轮、涡轮和导轮，泵轮为直接驱动元件，可以将油液等液体输送至涡轮内，涡轮的两端分别连通于泵轮和导轮，使得涡轮将油液输送至导轮内，导轮位于泵轮和涡轮之间，导轮用于控制油液的流动方向，以改变油液的力矩系数，并将变距后的油液再次输送至泵轮内，完成一次循环。导轮的作用是将涡轮流出的油液改变方向后再流入泵轮。本实施例提供的液力变矩器，外部结构没有变化，通用性强，不需要对其他部件进行更改，不会影响到液力变矩器安装，减少了改进的成本和时间。

如图1所示，涡轮的转速会直接影响从涡轮流出的油液的流动角度，涡轮在不同转速n1、n2、n3下，油液从涡轮流出的角度分别对应依次为液流角β1、β2及β3，导轮中叶片1的进口安放角为α，且β2＝α。当涡轮在转速为n2附近工作时，油液流动角度与叶片1入口角度相一致，液力变矩器的效率达到最高，此时液力变矩器在效率高效区范围内工作。工程机械在实际工作中，面对着各种复杂的工况很难保持在特定的高效区范围内工作，造成了工程机械的液力变矩器总体传动效率不高，油液大量发热等现象。如果液力变矩器的发热量比较大，使用中还需要配备大流量的散热器进行散热维持机器的热平衡，使得工程机械配置增加，系统更加复杂，制造、维护成本也会随之提升，导致车辆的燃油经济性较低，不符合目前发展的要求。

为了解决这个问题，本实施例还提供了一种导轮，导轮连通于泵轮并向其提供油液，导轮包括叶片1，根据油液的流动方向，叶片1的位置可调，使得叶片1的进口安放角和油液流动入口角度相同，叶片1的出口安放角和泵轮的入口角度相同。

如图2所示，随着液力变矩器工况的改变，涡轮的转速会随着工况发生变化。从涡轮流出油液的入口流动角度会因涡轮转速变化而变化，产生的力矩也会发生相应的改变。随着涡轮流出的油液流动角度和力矩的变化，使得导轮的叶片1进口安放角做出相应的改变，即对于其中一个叶片1而言，油液的入口流动角度β1等于该叶片1的进口安放角α1，对于另一个叶片1而言，油液的入口流动角度β2等于该叶片1的进口安放角α2。由于导轮叶片1进口安放角与油液流动入口角度一致，油液冲击损失降低到最小值。同时，叶片1的出口安放角和泵轮的入口角度相同，叶轮出口安放角γ保持不变始终与泵轮的入口角度相匹配，整个叶片型线具有更好的水力性能，符合液力变矩器的油液流动状态，使得变矩器内部的油液流动更加顺畅，流动损失减小，工作效率更高。

采用这种方式，导轮的叶片1能够适应一定范围的涡轮转速变化，保证了导轮叶片1在油液冲击下位置能够按需求改变，适应油液的流动方向和状态，使得变矩器有较宽高效区范围，以达到提高传动效率的目的。

进一步地，如图3所示，导轮套设于传动轴上，其中传动轴具体指液力变矩器轴。具体地，导轮包括进口传动组件2、出口传动组件3及叶片1，进口传动组件2位于靠近涡轮的一侧，为进口端，出口传动组件3位于远离涡轮的一侧,为出口端，传动轴分别穿设于进口传动组件2和出口传动组件3，出口传动组件3能够相对于传动轴转动。叶片1的一侧穿设于进口传动组件2并能够相对其转动，叶片1的另一侧穿设于出口传动组件3并能够相对其滑动。采用这种方式，通过进口传动组件2、出口传动组件3的相互配合，在保证对叶片1的限位效果的同时，还可以为叶片1提供移动的运动空间。

进一步地，如图3-5所示，进口传动组件2包括进口盖板22和固定轮毂21，进口盖板22和固定轮毂21均采用高强度、不易变形的金属材料制作而成，强度高，结构稳定性强。进口盖板22为圆环形结构，起到了保护固定轮毂21的作用，在进口盖板22的内部设置有固定轮毂21，固定轮毂21套设于传动轴上并连接于进口盖板22，叶片1设置于进口盖板22和固定轮毂21之间并能够分别相对其转动，固定轮毂21和进口盖板22对叶片1的进口端在起到限位作用的同时，还可以保证叶片1进行自由活动，使得叶片1的进口安放角和油液流动入口角度相同，以减少油液冲击的情况。

可以理解的是，进口盖板22和固定轮毂21之间设置有一些具有连接作用的弹性连接件，例如弹簧夹、螺栓等附属零部件，这些部件的结构和使用在本实施例中并没有限定，可以根据实际生产需要进行调整。

可以理解的是，固定轮毂21的内壁上设置有花键212，在传动轴的外周面设置有键槽，花键212卡接于键槽，使得固定轮毂21直接固定在传动轴上，固定轮毂21不能相对于传动轴进行转动，固定效果好。

其中，如图3和6所示，在固定轮毂21上设置有第一安装孔211，进口盖板22上设置有第二安装孔221，第一安装孔211和第二安装孔221均为圆孔结构，在叶片1的一侧分别设置有第一转轴11，第一转轴11的两端分别穿设于第一安装孔211和第二安装孔221并与其转动配合。优选地，第一转轴11的两端分别沿叶片1的宽度方向凸出设置，便于第一转轴11的底部伸入固定轮毂21的第一安装孔211内，第一转轴11的顶部伸入进口盖板22的第二安装孔221内，第一转轴11可以在第一安装孔211内和第二安装孔221内自由旋转，即有一个旋转自由度，保证叶片1在入口端的进口安放角可以随从涡轮流出的油液流动角度变化而变化，使得叶片1的进口安放角和油液流动入口角度相匹配，从而导轮获得了较好的工况自适应性，可以在较大的工况范围内提高液力变矩器的效率，拓宽了液力变矩器工作的高效区。

进一步地，如图3-5所示，出口传动组件3包括出口盖板32和转动轮毂31，出口盖板32和转动轮毂31均采用高强度、不易变形的金属材料制作而成，强度高，结构稳定性强。出口盖板32为圆环形结构，起到了保护转动轮毂31的作用。在出口盖板32的内部设置有转动轮毂31，转动轮毂31套设于传动轴上，可选地，在转动轮毂31上沿其轴向方向开设有通孔，传动轴穿设于通孔，转动轮毂31可以相对于传动轴转动。

叶片1设置于出口盖板32和转动轮毂31之间并能够分别相对其滑动。出口盖板32和转动轮毂31对叶片1的出口端在起到限位作用的同时，还可以保证叶片1进行自由活动，使得叶片1的出口安放角和泵轮的入口角度相同，以便于从导轮流出的油液能够进入泵轮内，保证整个液力变矩器的正常工作。

具体地，在转动轮毂31上设置有第一滑槽311，第一滑槽311从转动轮毂31的出口端的一侧沿其外端面向靠近固定轮毂21的方向延伸，出口盖板32上设置有第二滑槽321，第二滑槽321从出口盖板32的出口端的一侧沿其外端面面向靠近固定轮毂21的方向延伸。叶片1的另一侧分别设置有第二转轴12，第二转轴12的两端分别穿设于第一滑槽311和第二滑槽321并与其滑动配合。第一滑槽311和第二滑槽321的轴向方向均相对于转动轮毂31的轴向方向倾斜设置，第一滑槽311和第二滑槽321限定了叶片1的移动轨迹。可以根据实际需要，设置第一滑槽311和第二滑槽321的倾斜斜度和形状，来获得与泵轮相匹配的叶片1出口安放角。

优选地，如图3和7所示，第二转轴12的两端分别沿叶片1的宽度方向凸出设置，便于第二转轴12的底部伸入转动轮毂31的第一滑槽311内，第二转轴12的顶部伸入出口盖板32的第二滑槽321内，第二转轴12可以在第一滑槽311内和第二滑槽321内自由滑动，即有一个滑动的自由度，保证叶片1可按需求变形，且叶片1的出口安放角保持不变，便于与泵轮相匹配。采用这种结构，叶片1的型线更加平滑，液力变矩器的导轮内部流道更加合理，油液的流动没有冲击，即叶片1与油液流动状态相匹配。

可以理解的是，出口盖板32和转动轮毂31之间设置有一些具有连接作用的弹性连接件，例如弹簧夹、螺栓等附属零部件，这些部件的结构和使用在本实施例中并没有限定，可以根据实际生产需要进行调整。

可以理解的是，为了便于转动轮毂31的转动，出口传动组件3还包括轴承，轴承套设于传动轴上并位于传动轴和转动轮毂31之间，轴承保证了转动轮毂31转动的顺畅性，转动效果好。

可以预计的是，如图8-9所示，叶片1的数量为多个，多个叶片1沿进口传动组件2的周向均匀设置，每个叶片1的旋向相同，受力均匀，平衡效果好，保证每个叶片1的进口安放角一致。其中，叶片1采用强度相对较高的材质制成，强度好，使用寿命长，可选地，叶片1采用弹性大、易变形的材料制成，使得叶片1可以及时即刻调节位置。

第一安装孔211、第二安装孔221、第一滑槽311及第二滑槽321的数量均为多个，多个第一安装孔211沿固定轮毂21的周向均匀设置，多个第二安装孔221沿进口盖板22的周向均匀设置，每个叶片1的一端通过第一转轴11分别穿设于一个第一安装孔211和与其相对应的第二安装孔221，多个第一滑槽311沿转动轮毂31的周向均匀设置，多个第二滑槽321沿出口盖板32的周向均匀设置，每个叶片1的另一端通过第二转轴12分别穿设于一个第一滑槽311和与其相对应的第二滑槽321。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“进口”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种导轮，所述导轮连通于泵轮并向其提供油液，所述导轮包括叶片(1)，其特征在于，根据油液的流动方向，所述叶片(1)的位置可调，使得所述叶片(1)的进口安放角和所述油液流动入口角度相同，所述叶片(1)的出口安放角和所述泵轮的入口角度相同；

所述导轮包括进口传动组件(2)和出口传动组件(3)，传动轴分别穿设于所述进口传动组件(2)和所述出口传动组件(3)，所述出口传动组件(3)能够相对于所述传动轴转动，所述叶片(1)的一侧穿设于所述进口传动组件(2)并能够相对其转动，所述叶片(1)的另一侧穿设于所述出口传动组件(3)并能够相对其滑动；所述叶片(1)可产生弹性变形。

2.根据权利要求1所述的导轮，其特征在于，所述进口传动组件(2)包括：

进口盖板(22)；

固定轮毂(21)，其设置于所述进口盖板(22)的内部，所述固定轮毂(21)套设于所述传动轴上并连接于所述进口盖板(22)，所述叶片(1)设置于所述进口盖板(22)和所述固定轮毂(21)之间并能够分别相对其转动。

3.根据权利要求2所述的导轮，其特征在于，在所述固定轮毂(21)上设置有第一安装孔(211)，所述进口盖板(22)上设置有第二安装孔(221)，在所述叶片(1)的一侧分别设置有第一转轴(11)，所述第一转轴(11)的两端分别穿设于所述第一安装孔(211)和所述第二安装孔(221)并与其转动配合。

4.根据权利要求3所述的导轮，其特征在于，所述固定轮毂(21)的内壁上设置有花键(212)，在所述传动轴的外周面设置有键槽，所述花键(212)卡接于所述键槽。

5.根据权利要求1所述的导轮，其特征在于，所述出口传动组件(3)包括：

出口盖板(32)；

转动轮毂(31)，其设置于所述出口盖板(32)的内部，所述转动轮毂(31)套设于所述传动轴上并能够相对其转动，所述叶片(1)设置于所述出口盖板(32)和所述转动轮毂(31)之间并能够分别相对其滑动。

6.根据权利要求5所述的导轮，其特征在于，在所述转动轮毂(31)上设置有第一滑槽(311)，所述出口盖板(32)上设置有第二滑槽(321)，在所述叶片(1)的另一侧分别设置有第二转轴(12)，所述第二转轴(12)的两端分别穿设于所述第一滑槽(311)和所述第二滑槽(321)并与其滑动配合。

7.根据权利要求5所述的导轮，其特征在于，所述出口传动组件(3)还包括轴承，所述轴承套设于所述传动轴上并位于所述传动轴和所述转动轮毂(31)之间。

8.根据权利要求1所述的导轮，其特征在于，所述叶片(1)的数量为多个，多个所述叶片(1)沿所述进口传动组件(2)的周向均匀设置，每个所述叶片(1)的旋向相同。

9.一种液力变矩器，包括泵轮和涡轮，其特征在于，还包括权利要求1-8任一项所述的导轮，所述涡轮的两端分别连通于所述泵轮和所述导轮。

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