CN112392931A - 一种液压离心力变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变速器技术领域，公开了一种液压离心力变速器，包括离心泵、势能接收装置、液压马达和输出轴，离心泵包括泵壳、主轴和页轮，泵壳内具有容液腔，势能接收装置包括外环室，外环室内转动装配有接收轮，接收轮与输出轴传动连接，接收轮上布置有接收叶片，液压马达包括外壳和转动轮，转动轮与输出轴传动连接；泵壳上开设有第一通道和第二通道，第一通道上设置有流量控制开关。车辆低速启动，流量控制开关控制液体流量增大，液压马达在低速转动时扭矩大，合理利用液压马达的特性满足车辆高扭矩输出的需要；车辆高速行驶，流量控制开关控制液体流量增加，液压马达输出的动力减弱或消失，离心泵通过势能接收装置带动输出轴转动，节省能源。

Description

一种液压离心力变速器

技术领域

本发明涉及变速器技术领域，特别是涉及一种液压离心力变速器。

背景技术

变速器是用来改变动力的输出功率的装置，离心力变速器是将液体用离心泵的页轮加速，高速移动的液体经过势能接收页片传输给输出轴，通过输出轴对外做功。

但这种装置输出轴在高速转动时，效果较好，但在低速时，扭矩并没有明显增加，而速度又低，输出的功率就减小了，为了维持同样的扭矩，离心泵的转速不能降低，液体的流量也变化不大，输入动能动能就不能减少，从而存在较大的能量损耗，如果将输入的动能减小，离心泵的转速就会减小，从而使输出轴的扭矩减小，原因是该技术只将离心泵对液体所产生运动势能加以利用，而压力能没有利用。

发明内容

本发明的目的是：提供一种液压离心力变速器，将离心泵对液体所产生的运动势能与压力能同时利用，以满足车辆在不同车速状态下的动力需求。

为了实现上述目的，本发明提供了一种液压离心力变速器，包括离心泵、势能接收装置、液压马达和输出轴，所述离心泵包括泵壳、转动装配在泵壳上的主轴和止转装配在主轴上的页轮，所述输出轴转动装配在所述泵壳上，所述泵壳内具有用于容纳液体的容液腔，所述输出轴与所述页轮之间通过所述势能接收装置传动连接，所述势能接收装置包括与所述容液腔连通的外环室，所述外环室内转动装配有接收轮，所述接收轮与所述输出轴传动连接，所述接收轮上布置有接收叶片，所述液压马达包括外壳和转动装配在所述外壳内的转动轮，所述转动轮与所述输出轴传动连接；所述泵壳上开设有连通所述容液腔与液压马达的液体进口的第一通道、连通所述容液腔与液压马达的液体出口的第二通道，所述第一通道上设置有流量控制开关。

优选地，所述第一通道上还布置有供液体向所述液压马达单向流动的单向阀。

优选地，所述第一通道、第二通道沿泵壳的周向交替布置有两个，各个第一通道上均布置有所述流量控制开关。

优选地，所述页轮为中空结构，所述页轮具有与所述容液腔分隔的空腔。

优选地，所述页轮包括主体和布置在主体的轴向一端的页片，所述页片沿主体的周向间隔均布有多个，所述空腔布置在所述主体上。

优选地，所述主体与所述泵壳的内壁之间具有径向的间隙。

优选地，所述页轮的内壁上开设有沿页轮的轴向延伸的液体通道。

优选地，所述第一通道与所述外环室连通。

优选地，所述外环室内布置有与所述主轴同轴的接收轮，所述接收轮与所述输出轴啮合传动，所述接收轮上布置有接收叶片。

优选地，所述容液腔具有沿离心泵至液压马达方向直径逐渐缩小的内腔壁，内腔壁的缩口端与所述第二通道连通。

优选地，所述液压马达的液体进口与液体出口各有至少两个，所述液体进口、液体出口沿所述外壳的周向交替布置。

本发明实施例一种液压离心力变速器与现有技术相比，其有益效果在于：离心泵的泵壳上的第一通道连通容液腔与液压马达的液体进口、第二通道连通容液腔与液压马达的液体出口，离心泵的主轴在转动时，容液腔内的液体由容液腔经第一通道进入液压马达，液体驱动液压马达的转动轮转动后经第二通道回流至容液腔，形成液体循环；车辆在低速启动时，流量控制开关控制液体的流量逐渐增大，液体推动液压马达的转动轮转动并带动输出轴转动，由于液压马达的转速较低，其在低速转动时扭矩大，合理利用液压马达的特性满足车辆高扭矩输出的需要；车辆在高速行驶时，流量控制开关控制液体的流量增加，当输出轴转速达到一定值时，液压马达因输出轴的转速过高而导致输出的动力逐渐减弱或消失，主轴通过页轮带动液体高速运动，高速运动的液体带动接收轮转动，接收轮带动输出轴转动，因为接收轮的输出为高速的，满足车辆或其它设备高速运行的需要，将离心泵对液体所产生的运动势能与压力能同时利用，使主轴的转速为0时，输出轴保持同样大扭矩时，对离心泵的动力需求接近于0，从而很好的完成变速，节省能源。

附图说明

图1是本发明的液压离心力变速器的结构示意图；

图2是本发明的液压离心力变速器的第一通道处的剖视图；

图3是本发明的液压离心力变速器的第二通道处的剖视图；

图4是图2的液压离心力变速器的1－1处的剖视图；

图5是图2的液压离心力变速器的2－2处的剖视图；

图6是图2的液压离心力变速器的3－3处的剖视图；

图7是图2的液压离心力变速器的4－4处的剖视图；

图8是图2的液压离心力变速器的5－5处的剖视图；

图9是图2的液压离心力变速器的6－6处的剖视图；

图10是本发明的液压离心力变速器的页轮的结构示意图；

图11是图10的页轮的俯视图；

图12是图10的页轮的侧视图；

图13是图10的页轮的a－a剖视图；

图14是图10的页轮的b－b剖视图；

图15是图11的页轮的c－c剖视图；

图16是图10的页轮的d－d剖视图；

图17是图12的页轮的e－e剖视图；

图18是本发明的液压离心力变速器的接收轮的结构示意图；

图19是图18的接收轮的俯视图；

图20是图19的接收轮的剖视图。

图中，1、离心泵；11、泵壳；111、外环室；112、第一通道、113、第二通道；12、主轴；13、页轮；131、主体；132、页片；133、空腔；134、液体通道；14、输出轴；15、接收轮；151、接收叶片；16、接收轮齿轮；2、液压马达；21、外壳；211、液体进口；212、液体出口；22、转动轮；221、输出齿轮；222、固定齿轮；23、转动叶片；231、叶片齿轮；24、转子；241、容纳槽；25、连接齿轮；26、内凸台；3、流量控制开关；4、单向阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的一种液压离心力变速器的优选实施例，如图1至图20所示，该液压离心力变速器包括离心泵1、势能接收装置、液压马达2和输出轴14。

离心泵1包括泵壳11、主轴12和页轮13，泵壳11的内腔形成用于容纳液体容液腔，主轴12转动装配在泵壳11上，主轴12的一端延伸至泵壳11的外侧，主轴12用于与外界的电动机或其他驱动装置连接，通过电动机驱动主轴12转动。页轮13与主轴12止转装配，页轮13用于随主轴12转动并驱动容液腔内的液体流动。输出轴14与页轮13由液体为介质，通过接收轮15间接传动连接，输出轴14为离心泵1的输出结构，用于向外输出功率，输出轴14与主轴12平行布置。

页轮13包括主体131和布置在主体131的轴向一端的页片132，页片132布置在主体131的靠近液压马达2的一端，页片132沿主体131的周向间隔均布有多个。主体131与主轴12之间通过键槽结构止转装配，主体131为中空结构，主体131具有与容液腔分隔的空腔133，空腔133内可以为空气、惰性气体，也可以为真空。页轮13采用铝合金等密度较小的金属材料制作，带有空腔133的页轮13的密度小于容液腔内的液体的密度，页轮13放置在液体内时会浮在液体上。

页轮13的主体131开设有中心孔，中心孔的内径等于主轴12的外径，页轮13的主体131与主轴12之间具有轴向延伸的液体通道134，液体通道134开设在页轮13的中心孔的孔壁上，液体通道134沿页轮13的周向间隔布置有多个。液体通道134为矩形槽，液体通道134连通该液体通道134用于供液体进入页轮13与泵壳11之间，页轮13在转动时，液体经过液体通道134进入主体131与主轴12之间的径向间隔，在离心力作用下，流入外环室111内。

页轮13的主体131与泵壳11的内壁之间具有径向的间隙，页轮13在高速转动时，该间隙间的液体存在高压，对页轮13的外圆柱面产生向圆心方向的一组力，与页轮13在高速转动时自身所产生的离心力相互抵消，从而减小了页轮在高速转动时因离心力过大所产生的能量损耗。页轮13在转动时，该间隙内是与页轮13同步高速转动的液体，如果页轮13发生振动或者偏心现象，则页轮13与泵壳11间的间隙距离就会发生变化，而泵壳11又是固定的，页轮13在高速转动时难以发生振动或偏心的变化，起到定心的作用。

势能接收装置传动连接在离心泵1的主轴12与输出轴14之间，势能接收装置包括外环室111和接收轮15和接收轮齿轮16，外环室111与容液腔连通，外环室111布置在泵壳11上并与主轴12同轴布置，页轮13转动时带动液体高速转动，高压的液体经过通道进入外环室111内。

接收轮15布置在外环室111内，接收轮15通过轴承转动装配在外环室111内，接收轮15与主轴12同轴布置。接收轮15为环形结构，接收轮15的内壁面与轴承的外圈固定连接，接收轮15的外周面与输出轴14之间通过齿轮啮合传动连接。接收轮15在转动时，可通过齿轮带动输出轴14转动，向外输出转动动能。

接收轮15的侧面上布置有多个接收叶片151，接收叶片151沿接收轮15的周向间隔均布有多个，接收叶片151中间有螺栓连接至接收轮齿轮16，接收叶片151的形状呈鱼鳞状，相邻两个接收叶片151之间具有间隔以供液体流通，该间隔为抛物线形。接收叶片151之间的液体流道的截面积总和要大于容液腔出口处的截面，容液腔的出口为环形状，中间没有障碍物。页轮13转动时带动液体高速转动并进入外环室111，液体从相邻两个接收叶片151之间的间隔流动，液体在与接收叶片151接触时被接收叶片151改变流动方向，同时液体向接收叶片151施加作用力驱动接收叶片151绕主轴12转动，接收叶片151带动接收轮15转动，进而带动输出轴14转动，液体的动能传递给输出轴14从而对外做功。

液压马达2包括外壳21、转动轮22和转动叶片23，转动轮22转动装配在外壳21内，转动轮22远离离心泵1的一端止转装配有输出齿轮221，输出齿轮221与输出轴14上的传动齿轮啮合，转动轮22转动时可通过输出齿轮221、传动齿轮带动输出轴14转动，向外输出功率。由于液压马达的转速较低，其在低速转动时扭矩大，所以输出动力也较大，可以合理利用液压马达的特性满足车辆高扭矩输出的需要。转动叶片23上开有安装密封胶条的槽口，用于安装密封胶条，达到良好密封的效果。

转动叶片23转动装配在转动轮22上，转动轮22上固定装配有转子24，转子24上沿其周向间隔均布有多个叶片齿轮231，各个转动叶片23与叶片齿轮231一一对应固定连接。外壳21上还固定装配有固定齿轮222，叶片齿轮231与固定齿轮222之间通过连接齿轮25啮合传动连接，连接齿轮25与固定齿轮222的数量相同，各个连接齿轮25均与相邻的两个叶片齿轮231啮合。

转子24上还开设有用于容纳转动叶片23的容纳槽241，容纳槽241为圆形结构，转动叶片23水平布置在容纳槽241内。固定齿轮222、叶片齿轮231的模数与齿数均相等。转动叶片23受到液体的压力时，压力传至转动轮22，推动转动轮22转动，叶片齿轮231通过连接齿轮25、固定齿轮222转动，在连接齿轮25的换向作用下，固定齿轮222与叶片齿轮231的转动方向相同、速度相同，即转动叶片23与转子24同步转动，从而使转动叶片23相对于转子24始终保持在水平状态。

外壳21的内侧还成型有与转动轮22间隙配合的内凸台26，转动轮22转动时转动叶片23转动至内凸台26处，内凸台26与转动叶片23挡止，转动叶片23反向转动至容纳槽241内；待转动叶片23越过内凸台26的位置后，在液体压力的作用下，转动叶片23由容纳槽241内转出，从而将液体的势能转化为转动轮22的动能。

内凸台26共有两个，两个内凸台26以转动轮22为轴对称布置。液压马达2于内凸台26的周向两侧分别设置有液体进口211和液体出口212，即液体进口211、液体出口212各有两个，液体进口211、液体出口212沿外壳21的周向交替布置，两个内凸台26之间的液体进口211至液体出口212之间的方向与转动轮22的转动方向相同，即液体由液体进口211进入并驱动转动叶片23转动，转动叶片23转动至内凸台26处被内凸台26周向挡止并反向转入容纳槽241内，液体进入液体出口212。

离心泵1的泵壳11上开设有第一通道112和第二通道113，第一通道112的一端连通外环室111、另一端连通液体进口211，第二通道113的一端连通容液腔、另一端连通液体出口212，第一通道112的液体压力大于第二通道113的液体压力，即第一通道112为高压通道，第二通道113为低压通道。页轮13转动时带动液体进入外环室111，液体在外环室111驱动接收轮15转动后进入第一通道112并由液体进口211进入液压马达2，液体驱动转动叶片23并带动转动轮22向液体出口212的方向转动，转动叶片23越过内凸台26后液体由液体出口212流出液压马达2，经过第二通道113后进入容液腔，形成循环流动。

容液腔具有沿离心泵至液压马达方向内径逐渐减小的内腔壁，内腔壁的截面成喇叭形结构，喇叭形的内腔壁的缩口端朝向液压马达2并与第二通道113连通，液体由第二通道113流出口进入内墙壁的缩口端再经过喇叭形的内腔壁进入容液腔，喇叭形的内腔壁可以对液体进行缓冲，使液体的流动均匀。

第一通道112、第二通道113沿泵壳11的周向交替布置有两个，即第一通道112的数量与液压马达2的液体进口211的数量相同、第二通道113的数量与液压马达2的液体进口212的数量相同。各个第一通道上均设置有流量控制开关3，流量控制开关3用于与车辆的控制系统信号连接，流量控制开关3接收车辆的控制系统的流量信号来控制液体的流量。控制系统根据车速向流量控制开关3传输流量信号，在车速较低时，车辆需要的扭矩较大，此时控制系统向流量控制开关3传输流量增加信号，流量控制开关3的开度增大，以增加液体向液压马达2传输的流量；在车速较高需要减速时，车辆需要的转速较小，此时控制系统向流量控制开关3传输流量减小信号，流量控制开关3的开度减小，以减少液体向液压马达2传输的流量，此时液体经过接收轮15带动输出轴14转动，控制输出轴14的输出转速。

各个第一通道112上还均布置有单向阀4，单向阀4使液体沿第一通道112仅能向液压马达2的方向流动而不会回流至离心泵1。液体回流会导致液压马达的转动轮反转，单向阀4可以保证荷载过大时液体不会回流而避免转动轮反转。

本发明的工作过程为：电动机带动离心泵1的主轴12转动，主轴12转动时带动页轮13转动，页轮13的页片132带动液体高速转动，高速转动的液体具有压力能和势能，并且页轮13的中心区域处于低压、外缘区域处于高压；高压的液体进入外环室111，液体高速流动并通过接收叶片151带动接收轮15转动，接收轮15带动输出轴14转动，将液体的动能传递给输出轴14；同时高压液体由外环室111进入第一通道112，并通过液压马达2的液体进口211进入液压马达2，液体通过转动叶片23推动转动轮22转动，将液体的势能转化为转动能，液体经过液体出口212进入第二通道113并返回容液腔，形成循环流动；车辆在低速启动时，流量控制开关3控制液体的流量增大，液体推动液压马达2的转动轮22转动，由于液压马达2的转速较低，其在低速转动时扭矩大，所以输出动力也较大，此时变速器的对外输出主要由液压马达2提供；车辆在高速行驶时，流量控制开关3控制液体的流量较大，此时液体通过接收轮15带动输出轴14转动，此时变速器的对外输出主要由接收轮15提供。

综上，本发明实施例提供一种液压离心力变速器，其离心泵的泵壳上的第一通道连通容液腔与液压马达的液体进口、第二通道连通容液腔与液压马达的液体出口，离心泵的主轴在转动时，容液腔内的液体由容液腔经第一通道进入液压马达，液体驱动液压马达的转动轮转动后经第二通道回流至容液腔，形成液体循环；车辆在低速启动时，流量控制开关控制液体的流量逐渐增大，液体推动液压马达的转动轮转动并带动输出轴转动，由于液压马达的转速较低，其在低速转动时扭矩大，合理利用液压马达的特性满足车辆高扭矩输出的需要；车辆在高速行驶时，流量控制开关控制液体的流量增加，当输出轴转速达到一定值时，液压马达因输出轴的转速过高而导致输出的动力逐渐减弱或消失，主轴通过页轮、接收轮带动输出轴转动，因为页轮的输出为高速的，满足车辆或其它设备高速运行的需要，将离心泵对液体所产生的运动势能与压力能同时利用，使主轴的转速为0时，输出轴保持同样大扭矩时，对离心泵的动力需求接近于0，从而很好的完成变速，节省能源。外环室111的外壳上与液压马达2的液体进口211处可以各设有一个用于加液压油的螺纹孔，与外面相通，在加液压油与更换液压油时使用，完成后用螺丝扭上密封，设备在第一次使用前，需向设备内部通过一个螺纹孔注入液压油，另一个螺纹孔排空气，注液压油时需边注边转动，使离心泵与液压马达的空腔内注满液压油，不能留有空气。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，比如将离心泵改为现有支术的普通离心泵，或将液压马达改为常用的活塞式液压马达或齿轮马达等，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种液压离心力变速器，其特征在于，包括离心泵、势能接收装置、液压马达和输出轴，所述离心泵包括泵壳、转动装配在泵壳上的主轴和止转装配在主轴上的页轮，所述输出轴转动装配在所述泵壳上，所述泵壳内具有用于容纳液体的容液腔，所述输出轴与所述页轮之间通过所述势能接收装置传动连接，所述势能接收装置包括与所述容液腔连通的外环室，所述外环室内转动装配有接收轮，所述接收轮与所述输出轴传动连接，所述接收轮上布置有接收叶片，所述液压马达包括外壳和转动装配在所述外壳内的转动轮，所述转动轮与所述输出轴传动连接；所述泵壳上开设有连通所述容液腔与液压马达的液体进口的第一通道、连通所述容液腔与液压马达的液体出口的第二通道，所述第一通道上设置有流量控制开关。

2.根据权利要求1所述的液压离心力变速器，其特征在于，所述第一通道上还布置有供液体向所述液压马达单向流动的单向阀。

3.根据权利要求1所述的液压离心力变速器，其特征在于，所述第一通道、第二通道沿泵壳的周向交替布置有两个，各个第一通道上均布置有所述流量控制开关。

4.根据权利要求1－3任一项所述的液压离心力变速器，其特征在于，所述页轮为中空结构，所述页轮具有与所述容液腔分隔的空腔。

5.根据权利要求4所述的液压离心力变速器，其特征在于，所述页轮包括主体和布置在主体的轴向一端的页片，所述页片沿主体的周向间隔均布有多个，所述空腔布置在所述主体上。

6.根据权利要求5所述的液压离心力变速器，其特征在于，所述主体与所述泵壳的内壁之间具有径向的间隙。

7.根据权利要求1－3任一项所述的液压离心力变速器，其特征在于，所述页轮的内壁上开设有沿页轮的轴向延伸的液体通道。

8.根据权利要求1－3任一项所述的液压离心力变速器，其特征在于，所述第一通道与所述外环室连通。

9.根据权利要求1－3任一项所述的液压离心力变速器，其特征在于，所述容液腔具有沿离心泵至液压马达方向直径逐渐缩小的内腔壁，内腔壁的缩口端与所述第二通道连通。

10.根据权利要求1－3任一项所述的液压离心力变速器，其特征在于，所述液压马达的液体进口与液体出口各有至少两个，所述液体进口、液体出口沿所述外壳的周向交替布置。

Images