CN111425579A - 齿泵式无级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了齿泵式无级变速器，属于变速器技术领域。它包括箱体、壳体、输入轴、啮合齿轮组件、自适应调压组件和输出轴；壳体的上下两端分别密封固定连接有上盖板和下盖板，输入轴贯穿上盖板，且延伸至壳体的内部与啮合齿轮组件连接，下盖板的底部中心处与输出轴固定连接，啮合齿轮组件和自适应调压组件均安装在壳体内。本发明完全抛弃摩擦传动的弊端，由液压自控变矩，几乎没有摩擦易损件，且中高速时变速器锁闭，更无任何摩损，该变速器还具有结构简单、体积小、造价低、寿命长、无复杂电控系统等特点，尤其是可轻易实现近乎钢性的大扭矩无级变速，始终以最大扭矩输出，而且传动损耗极低。

Description

齿泵式无级变速器

技术领域

本发明涉及齿泵式无级变速器，属于变速器技术领域。

背景技术

目前通用的变速器有手动档、双离合自动档、AT自动档及CVT无级变速。手动档操作繁琐且换档频繁操较费心力；双离合变速器是靠控制摩擦来达到换档变速的目的，但是频繁地縻擦必有机件损伤及传动损耗，且低中速时双离合传动损耗较大且有顿挫之感，结构复杂且成本高；AT自动档则有变矩损耗大、油耗高、动力不及时以及顿挫的问题，同时结构复杂且成本高；CVT 虽是无级变速，但其动力传动是靠钢带与带盘之间的摩擦力，扭矩峰值有限，起步无力或皮带打滑是先天缺陷，且钢带压力过大，功况时刻做功，轴承与钢带均易劳损。由于成本及扭矩问题，自动档及无级变速都只用于小型车而无法用于大客车及货车。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：提供齿泵式无级变速器，它解决了传统变速器易劳损、扭矩峰值有限，并且成本高的问题。

本发明所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：

齿泵式无级变速器，包括箱体、壳体、输入轴、啮合齿轮组件、自适应调压组件和输出轴；

所述壳体的上下两端分别密封固定连接有上盖板和下盖板，所述输入轴贯穿上盖板，且延伸至壳体的内部与啮合齿轮组件连接，所述下盖板的底部中心处与输出轴固定连接，所述啮合齿轮组件和自适应调压组件均安装在壳体内，所述啮合齿轮组件和自适应调压组件之间形成液体回路，所述啮合齿轮组件与壳体的内壁转动连接，所述自适应调压组件用于调节啮合齿轮组件与壳体之间的液体流动流量大小，以控制变速器速比的无级增大或减小。

作为优选实例，所述壳体内部上下分别设置有传动腔和回流腔，所述啮合齿轮组件安装在传动腔内。

作为优选实例，所述啮合齿轮组件为外啮合式齿轮组，所述外啮合式齿轮组包括主动轮和多个从动轮，所述主动轮转动连接在传动腔的中心处，且主动轮的轴心处与输入轴固定套接，多个所述从动轮均通过定轴转动连接在壳体内，多个所述从动轮环形均匀分布在主动轮外周，且均与主动轮啮合，所述传动腔内还设置有多组出油腔和常压腔，每组所述出油腔和常压腔分别位于每个从动轮的排出侧和吸入侧；

所述回流腔的内部设置有多组安装腔和进油腔，每组所述安装腔和进油腔分别与出油腔和常压腔相对应，每个所述进油腔的顶部均通过单向阀与常压腔相连通。

作为优选实例，每个所述安装腔分别与每个出油腔相连通，所述自适应调压组件数量与安装腔数量相同，所述自适应调压组件包括自控阀、离心锤、第一复位弹簧，所述自控阀与安装腔的内壁转动连接，所述自控阀与安装腔上共同开设有出油口，所述自控阀通过出油口与进油腔连通，所述离心锤与自控阀固定连接，用于旋转自控阀，所述第一复位弹簧的两端分别与离心锤和壳体的内壁固定连接，用于离心锤移动后的复位。

作为优选实例，所述自适应调压组件还包括压力补偿腔和阀板，所述压力补偿腔设置在安装腔的内壁上，所述阀板与压力补偿腔的内壁滑动连接，且与自控阀的外侧壁固定连接，所述压力补偿腔位于阀板的两端均设置有泄压孔，两个所述泄压孔分别与自控阀和进油腔连通。

作为优选实例，所述输入轴与箱体和壳体的连接处均设置有轴封。

作为优选实例，所述啮合齿轮组件为内啮合式齿轮组，所述内啮合式齿轮组包括内齿轮和外齿轮，所述内齿轮和外齿轮之间相啮合，且偏心设置，所述内齿轮的轴心处与输入轴固定套接，所述内啮合式齿轮组与壳体偏心设置，所述输入轴与输出轴同心设置，所述上盖板和下盖板上分别开设有出油仓和进油仓，所述出油仓和进油仓之间设置有回油通道，所述自适应调压组件安装在壳体上，且两端分别与出油仓和进油仓相连通。

作为优选实例，所述自适应调压组件包括滑块、第二复位弹簧和压力槽，所述滑块密封滑动连接在回油通道的内部，所述第二复位弹簧安装在滑块和回油通道之间，所述压力槽的一端与出油仓相连通，另一端延伸至滑块远离第二复位弹簧的一端。

本发明的有益效果是：本发明完全抛弃摩擦传动的弊端，由液压自控变矩，几乎没有摩擦易损件，且中高速时变速器锁闭，更无任何摩损，该变速器还具有结构简单、体积小、造价低、寿命长、无复杂电控系统等特点，尤其是可轻易实现近乎钢性的大扭矩无级变速，始终以最大扭矩输出，而且传动损耗极低。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例1中壳体的背面结构示意图；

图3为图1的A-A向截面图；

图4为图1的B-B向截面图；

图5为本发明实施例1中自适应调压组件的剖面结构示意图；

图6为图2中C部分的结构示意图

图7为本发明实施例2的结构示意图；

图8为图7的D-D向截面图；

图9为图6横截面中的位置关系示意图。

图中：箱体1、壳体2、从动轮3、定轴4、出油腔5、常压腔6、输入轴7、主动轮8、安装腔9、自控阀10、单向阀11、进油腔12、上盖板13、出油口14、离心锤15、第一复位弹簧16、下盖板17、输出轴18、压力补偿腔19、阀板20、滑块21、回油通道22、进油仓23、内齿轮24、外齿轮25、出油仓26、压力槽27。

具体实施方式

为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实施例1

如图1-6所示，齿泵式无级变速器，包括箱体1、壳体2、输入轴7、啮合齿轮组件、自适应调压组件和输出轴18；

壳体2的上下两端分别密封固定连接有上盖板13和下盖板17，输入轴 7贯穿上盖板13，且延伸至壳体2的内部与啮合齿轮组件连接，下盖板17 的底部中心处与输出轴18固定连接，啮合齿轮组件和自适应调压组件均安装在壳体2内，啮合齿轮组件和自适应调压组件之间形成液体回路，啮合齿轮组件与壳体2的内壁转动连接，自适应调压组件用于调节啮合齿轮组件与壳体2之间的液体流动流量大小，以控制变速器速比的无级增大或减小。

壳体2内部上下分别设置有传动腔和回流腔，啮合齿轮组件安装在传动腔内。

啮合齿轮组件为外啮合式齿轮组，外啮合式齿轮组包括主动轮8和多个从动轮3，主动轮8转动连接在传动腔的中心处，且主动轮8的轴心处与输入轴7固定套接，多个从动轮3均通过定轴4转动连接在壳体2内，多个从动轮3环形均匀分布在主动轮8外周，且均与主动轮8啮合，传动腔内还设置有多组出油腔5和常压腔6，每组出油腔5和常压腔6分别位于每个从动轮3的排出侧和吸入侧；

回流腔的内部设置有多组安装腔9和进油腔12，每组安装腔9和进油腔 12分别与出油腔5和常压腔6相对应，每个进油腔12的顶部均通过单向阀 11与常压腔6相连通，单向阀11进油方向为从进油腔12到常压腔6。

每个安装腔9分别与每个出油腔5相连通，自适应调压组件数量与安装腔9数量相同，自适应调压组件包括自控阀10、离心锤15、第一复位弹簧 16，自控阀10与安装腔9的内壁转动连接，自控阀10与安装腔9上共同开设有出油口14，自控阀10通过出油口14与进油腔12连通，自控阀10主体为圆筒状，出油口14设置自控阀10的腰部，其开口方向与壳体2的旋转方向相反，值得注意的是，自控阀10的上下和外壁均应紧密自由贴合安装腔9 的内壁，防止变速器油泄漏，自控阀10最大出油流量小于外齿轮泵组最小怠速流量，离心锤15与自控阀10固定连接，安装腔9上设有避空槽，锤头部位位于进油腔12内，锤柄部位伸入避空槽内与自控阀10外部固定，用于旋转自控阀10，第一复位弹簧16的两端分别与离心锤15和壳体2的内壁固定连接，用于离心锤15移动后的复位。

自适应调压组件还包括压力补偿腔19和阀板20，压力补偿腔19设置在安装腔9的内壁上，阀板20与压力补偿腔19的内壁滑动连接，且与自控阀 10的外侧壁固定连接，压力补偿腔19位于阀板20的两端均设置有泄压孔，两个泄压孔分别与自控阀10和进油腔12连通。

输入轴7与箱体1和壳体2的连接处均设置有轴封，壳体2设置在箱体 1内，周边均通过密封条、密封圈与外部隔离，防止变速器油外漏。

工作原理：主动轮8通过输入轴7由离合器输入动力，每个从动轮3均通过定轴4牢固地转动连接在壳体2内，且只在定轴4上旋转，主动轮8和从动轮3组合成联动的外齿轮泵组，在常态下，自适应调压组件出口流量最大值略小于外齿轮泵组怠速流量最小值，此时发动机带动主动轮8怠速转动，联动多个从动轮3将变速器油由常压腔6压入出油腔5，变速器油在通过自适应调压组件后进入安装腔9，再进入进油腔12，从而达到油路微迟滞封闭循环的效果，动力输出相当于一档，当发功机由怠速转为工况时，主动轮8 联动从动轮3加速转动，外齿轮泵组从常压腔6压入出油腔5的变速器油量大于自适应调压组件的最大出油量，出油腔5内压增大，带动壳体2联动输出轴18加速，离心锤15在逐渐加大的离心力作用下，克服第一复位弹簧16 的弹力，逐渐带动自控阀10旋转，同步封闭出油囗14，从而自动控制速比，实现即时峰值无级变速，当壳体2旋转速度逐渐降低时，离心力减少，离心锤15在第一复位弹簧16的弹力下逐渐回复原位，同步打开出油口14在相应位置，以实现再入动力时的速比在最佳位置；

当车辆高速滑行不给油时，壳体2的转速将远大于输入轴7的转速，变速器油流向将反转，单向阀11封闭常压腔6，压力锁闭使得输入轴7随壳体 2转动，直至壳体2转速低于输入轴7转速，锁闭的目的有两个，一是保持发动机与变速箱锁止联动，二是锁止变速箱油流动，避免变速箱油发热。

实施例2

如图7-9所示，齿泵式无级变速器，包括箱体1、壳体2、输入轴7、啮合齿轮组件、自适应调压组件和输出轴18；

壳体2的上下两端分别密封固定连接有上盖板13和下盖板17，输入轴 7贯穿上盖板13，且延伸至壳体2的内部与啮合齿轮组件连接，下盖板17 的底部中心处与输出轴18固定连接，啮合齿轮组件和自适应调压组件均安装在壳体2内，啮合齿轮组件和自适应调压组件之间形成液体回路，啮合齿轮组件与壳体2的内壁转动连接，自适应调压组件用于调节啮合齿轮组件与壳体2之间的液体流动流量大小，以控制变速器速比的无级增大或减小。

啮合齿轮组件为内啮合式齿轮组，内啮合式齿轮组包括内齿轮24和外齿轮25，内齿轮24和外齿轮25之间相啮合，且偏心设置，内齿轮24的轴心处与输入轴7固定套接，内啮合式齿轮组与壳体2偏心设置，输入轴7与输出轴18同心设置，上盖板13和下盖板17上分别开设有出油仓26和进油仓23，出油仓26和进油仓23之间设置有回油通道22，自适应调压组件安装在壳体2上，且两端分别与出油仓26和进油仓23相连通。

自适应调压组件包括滑块21、第二复位弹簧和压力槽27，滑块21密封滑动连接在回油通道22的内部，第二复位弹簧安装在滑块21和回油通道22 之间，压力槽27的一端与出油仓26相连通，另一端延伸至滑块21远离第二复位弹簧的一端。

输入轴7与箱体1和壳体2的连接处均设置有轴封。

工作原理：内齿轮24通过输入轴7由离合器输入动力，内齿轮24带动外齿轮25转动形成正压区和负压区，组合成内齿轮泵组，变速器油依次在内齿轮泵组、出油仓26、回油通道22和进油仓23内流动，形成油路微迟滞封闭循环，当内齿轮24带动外齿轮25加速转动时，从内齿轮泵组正压区泵出的变速器油加速涌入出油仓26内，造成出油仓26内压力增大，一部分压力通过压力槽27推动滑块21移动，根据动力输入相应无级地调节回流通道 22的节流面积，动迟滞调整内齿轮泵组和壳体2之间的相对转动，带动壳体 2及输出轴18实现峰值无级变速传动输出。

液体是不可压缩的，且液体流是可以任意大小截流的，液体的这两点特性是该齿泵式无级变速器的核心应用所在，运用齿轮液压自反馈变压变矩技术和动力输入产生的压力差，自动控制齿轮泵(内啮合式、外啮合式)出囗的流量，产生即时最大可用压力驱使齿轮泵整体联动带动输出轴转动，从而达到即时最大扭矩无级变速的目的。

由于液体的不可压缩性，该齿泵式无级变速器能达到近乎钢性的无级变速传动，但齿轮泵的额定压力容积会限制扭矩的上限，普通液压齿轮泵可达到10MPa的压力，高压齿轮泵则可达20MP，以实施例1设计参数为例，主动轮8半径4.5cm，齿深1cm，齿长5cm，油压达到3MPa即可达到400N·m的扭矩，而这仅是普通齿轮泵最高压力的十分之三，其上限可达1200N·m，任何小型乘用车都可用，如果需要更大扭矩，如卡车的3000N·m扭矩，则可在设计时增大壳体2内部承压力及密闭程度，通过加大主齿轮8半径、增加齿轮模数或增加齿轮厚度等方法，即可轻易实现大扭矩的效果。

综上所述，该齿泵式无级变速器应用范围广，传动损耗低。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.齿泵式无级变速器，其特征在于：包括箱体(1)、壳体(2)、输入轴(7)、啮合齿轮组件、自适应调压组件和输出轴(18)；

所述壳体(2)的上下两端分别密封固定连接有上盖板(13)和下盖板(17)，所述输入轴(7)贯穿上盖板(13)，且延伸至壳体(2)的内部与啮合齿轮组件连接，所述下盖板(17)的底部中心处与输出轴(18)固定连接，所述啮合齿轮组件和自适应调压组件均安装在壳体(2)内，所述啮合齿轮组件和自适应调压组件之间形成液体回路，所述啮合齿轮组件与壳体(2)的内壁转动连接，所述自适应调压组件用于调节啮合齿轮组件与壳体(2)之间的液体流动流量大小，以控制变速器速比的无级增大或减小。

2.根据权利要求1所述的齿泵式无级变速器，其特征在于：所述壳体(2)内部上下分别设置有传动腔和回流腔，所述啮合齿轮组件安装在传动腔内。

3.根据权利要求2所述的齿泵式无级变速器，其特征在于：所述啮合齿轮组件为外啮合式齿轮组，所述外啮合式齿轮组包括主动轮(8)和多个从动轮(3)，所述主动轮(8)转动连接在传动腔的中心处，且主动轮(8)的轴心处与输入轴(7)固定套接，多个所述从动轮(3)均通过定轴(4)转动连接在壳体(2)内，多个所述从动轮(3)环形均匀分布在主动轮(8)外周，且均与主动轮(8)啮合，所述传动腔内还设置有多组出油腔(5)和常压腔(6)，每组所述出油腔(5)和常压腔(6)分别位于每个从动轮(3)的排出侧和吸入侧；

所述回流腔的内部设置有多组安装腔(9)和进油腔(12)，每组所述安装腔(9)和进油腔(12)分别与出油腔(5)和常压腔(6)相对应，每个所述进油腔(12)的顶部均通过单向阀(11)与常压腔(6)相连通。

4.根据权利要求3所述的齿泵式无级变速器，其特征在于：每个所述安装腔(9)分别与每个出油腔(5)相连通，所述自适应调压组件数量与安装腔(9)数量相同，所述自适应调压组件包括自控阀(10)、离心锤(15)、第一复位弹簧(16)，所述自控阀(10)与安装腔(9)的内壁转动连接，所述自控阀(10)与安装腔(9)上共同开设有出油口(14)，所述自控阀(10)通过出油口(14)与进油腔(12)连通，所述离心锤(15)与自控阀(10)固定连接，用于旋转自控阀(10)，所述第一复位弹簧(16)的两端分别与离心锤(15)和壳体(2)的内壁固定连接，用于离心锤(15)移动后的复位。

5.根据权利要求4所述的齿泵式无级变速器，其特征在于：所述自适应调压组件还包括压力补偿腔(19)和阀板(20)，所述压力补偿腔(19)设置在安装腔(9)的内壁上，所述阀板(20)与压力补偿腔(19)的内壁滑动连接，且与自控阀(10)的外侧壁固定连接，所述压力补偿腔(19)位于阀板(20)的两端均设置有泄压孔，两个所述泄压孔分别与自控阀(10)和进油腔(12)连通。

6.根据权利要求1所述的齿泵式无级变速器，其特征在于：所述输入轴(7)与箱体(1)和壳体(2)的连接处均设置有轴封。

7.根据权利要求1所述的齿泵式无级变速器，其特征在于：所述啮合齿轮组件为内啮合式齿轮组，所述内啮合式齿轮组包括内齿轮(24)和外齿轮(25)，所述内齿轮(24)和外齿轮(25)之间相啮合，且偏心设置，所述内齿轮(24)的轴心处与输入轴(7)固定套接，所述内啮合式齿轮组与壳体(2)偏心设置，所述输入轴(7)与输出轴(18)同心设置，所述上盖板(13)和下盖板(17)上分别开设有出油仓(26)和进油仓(23)，所述出油仓(26)和进油仓(23)之间设置有回油通道(22)，所述自适应调压组件安装在壳体(2)上，且两端分别与出油仓(26)和进油仓(23)相连通。

8.根据权利要求7所述的齿泵式无级变速器，其特征在于：所述自适应调压组件包括滑块(21)、第二复位弹簧和压力槽(27)，所述滑块(21)密封滑动连接在回油通道(22)的内部，所述第二复位弹簧安装在滑块(21)和回油通道(22)之间，所述压力槽(27)的一端与出油仓(26)相连通，另一端延伸至滑块(21)远离第二复位弹簧的一端。

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