CN1124336A - 复合式变矩器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种实现无级变速、变矩的复合式变矩器，主要特点是具有一组齿轮副传动的传动机构和一组包括叶轮和涡轮动力构件的液力传动机构，两组机构同时工作，互相转换、互相制约地传递动力，使变矩器能一直保持良好的工作性能，在大多数工作情况下，传递效率能接近100％。本发明的结构紧凑，传递效率高，操作方便，能在负载情况下连续变速变矩，还可实现反转，特别适用于作装载、运输、挖掘及工程机械等动力机械中的传动装置。

Description

复合式变矩器

本发明涉及传动装置，是一种把机械传动装置与流体传动装置组合成一体的变矩器。

现有各种交通运输车辆、船舶，工程铲、挖掘施工机械及机床等生产设备，由于其输出端的负载是变化的，所以，一般都需要配置变速变矩传动装置。现有技术中设置在输入轴与输出轴之间的传统的传动装置有齿轮式或摩擦轮式的机械传动装置，也有采用液力的传动装置。齿轮箱式传动装置具有较高的传递效率，但它只能以定速比传动，且还必须配置离合器，使用不大方便；摩擦轮或液力传动方式虽能实现无级变速，但传动效率低，尤其是对液力传动来说，还存在制造工艺要求高，工作可靠性不易保证，使用中经常出现难以克服的满油现象。经检索，找到两篇有关的变矩器专利申请，其一是刊载在中国专利公报上的公开号为CN2044666U的＂双行星无级变矩器＂实用新型专利申请，其二是公开号为CN1070459A的＂无级变速机械传动装置＂发明专利申请。由该两篇资料见，其变矩传动部件主要是齿轮副系，虽然能实现无级变速变矩，但其传递效率仍只取决于齿轮传动的效率，而且其结构相当复杂，生产成本也高。

本发明的目的是为了提供一种供输入轴与输出轴之间、并在输出轴负载工况下自动实现转速和力矩连续转换的复合式变矩器。本发明的另一目的是提供一种高效率的变矩器，当负载力矩小于输入力矩时，使输入轴和输出轴即产生同步转动，则传递效率基本能达到100％。本发明的又一目的是本发明变矩器可实现反转，而且即使在带载情况下也可实现反转。

为实现上述目的，本发明集纳了机械变矩装置具有传递效率高、变矩比例大和液力变矩器具有动力传递平稳、过载保护性能好的特点，设计成一种复合式变矩器，即在一个壳体中同时设置有齿轮副系和使液体流动的构件两种传动机构，使该两种机构同时工作，并互相转换、互相制约，根据输入动力和负载工况自动变换两种机构的传递比例，以适合负载需要，使变矩器一直能保持优良的传动性能。本发明的具体结构是，输入轴和输出轴同轴线地旋转安装壳体两侧，壳体内灌注有油液，输入轴上键合有输入主动齿轮，输出轴上键合有输出从动齿轮，三根键合有输入从动齿轮和输出主动齿轮的过渡轴，把输入轴上的动力传递给输出轴。本发明的特点是还包含有一个旋转安装在输出轴上的叶轮筒，相应地壳体内圆周壁上固设有导流片，过渡轴旋转安装在叶轮筒内，并且，该过渡轴上还键合有一液力主动齿轮和一加力从动齿轮，与液力主动齿轮相啮合的液力从动齿轮旋转安装在输入轴上，并与壳体相固连，与加力从动齿轮啮合的加力主动齿轮旋转安装在输出轴上，并且，加力主动齿轮上还固连有一只其外径与壳体内径相适应的涡轮。由此结构见，因为过渡轴是旋转安装在叶轮筒上，叶轮筒又旋转安装在输出轴上，则过渡轴既可绕其自身轴心转动(自转)，而且亦可随叶轮筒绕输出轴作公转，本发明就出现了新的变速变矩传动机理：当功率由输入轴输入，而输出轴尚处于静止状态时(起动阶段)，输入轴上的主动齿轮将功率传递给过渡轴上的输入从动齿轮，此时，因过渡轴上的输出主动齿轮尚推不动输出轴上的输出从动齿轮，因此过渡轴除了作与输入轴转动方向相反的自转外，还带动叶轮筒一起围绕输入轴作反方向的公转；过渡轴的自转即使键合其上的液力主动齿轮推动旋转安装在输入轴上的液力从动齿轮旋转，而该液力从动齿轮是与壳体连成一体的，则壳体发生与输入轴同方向的旋转(正向旋转)，壳体与叶轮筒相向转动，因叶轮受自动挂档装置所控制，在怠速状态时，叶轮筒上的叶片处于自由状态，但当输入功率达到5％以上时，在自动挂档装置的推动下，叶片开始工作，即推动壳体中的液体冲向涡轮，涡轮产生与输入轴同方向的旋转；因涡轮是与旋转安装在输出轴上的加力主动齿轮相固连的，则涡轮与加力主动齿轮同时产生正向旋转，并带动加力从动齿轮反向旋转，这时由液力产生的功率就通过涡轮和加力齿轮副加到过渡轴上，并通过输出主动齿轮把功率输送给输出轴，亦即使作用在输出轴上的力矩变大。如此循环，作用在输出轴上的力矩不断增加，当该力矩大于负载时，输出轴便开始转动。当输出轴处于转动状态时，过渡轴会把一部分功率通过输出主动齿轮直接传送给输出轴，而另一部分功率则仍如前述通过液力齿轮副转换成液力，再通过涡轮、加力齿轮副来推动输出轴。根据负载工况的变化，可能发生负载力矩变小或增大两种情况，如果输出轴正常运转后其上的负载力矩变小，输出轴会加速旋转，过渡轴会把更多的功率通过轴上的输出主动齿轮直接输送给输出轴，而进一步减少通过液力齿轮副传递功率。如果负载力矩继续变小，则输出轴还能继续加速，直至输出轴转速接近输入轴的转速为止。此时，绝大部分功率是通过过渡轴上的输出主动齿轮直接传送到输出轴上，仅有极少量的功率是通过转化成液力再来传递的。如果加载在输出轴上的负载力矩变大，过渡轴则会自动改变由机械和液力传递的比例，即减少由过渡轴上的输出主动齿轮直接传给输出轴的功率而扩大通过液力转化的功率，从而达到增加输出力矩，以适应负载变大的工况。

上述的涡轮也可直接固设在输出轴上，随着输出轴的转动而转动，将通过液力转化的功率直接传递给输出轴。

上述的设置在叶轮筒外圆周面上的叶片，可固定安装在叶轮筒的上，也可活动安装在叶轮筒上。如果以活动结构形式安装在叶轮筒上时，叶片根部设置有一牙圈，并在此牙圈相对面的壳体内端面上固设有一具有摇臂的离心块和一电磁铁，又在叶片与离心块之间设置有一可与牙圈相啮合的牙嵌式离合盘；离心块之一摇臂受电磁铁的吸合，另一摇臂可通过平面轴承推动离合盘平移而与牙圈相啮合。则离心块、电磁吸铁和牙嵌式离合盘构成一自动挂档装置，以控制叶轮筒上的叶片转动与否。当离心块在壳体旋转时的离心力的作用下或在电磁铁的吸合下，离心块之一臂推动牙嵌式离合盘与叶片根部之牙圈啮合，则叶轮筒即带动叶片旋转而产生液力；当牙嵌式离合盘脱离与叶片根部之牙圈啮合时，叶片在叶轮上处于自由状态，叶片不产生液力。

如上所述，根据负载变化状态，本发明变矩器能在工作中自动变速、变矩，满足工况多变的传动要求，并使传递效率能达到95％以上。

现有动力传动装置，不论加载在输出轴上的负载力矩多么小，只要有负载，输出轴的转速总是低于输入轴的转速，传递效率也只能达到机械传动的效率，但是如果能使输出轴和输入轴实现同步旋转，则传递效率即可提高至接近100％。本发明可在输出轴上设置一涨合式同步器，则可使输入、输出轴实现同步旋转。该同步器具有一与壳体相固连的同步室、一圆盘形活动墙板、一对称刹车片式弧形同步蹄、一对称式负载臂、两负载拉簧和离心拉簧，并把输出轴分成二段，一段为装有齿轮等构件的第一输出轴(亦可称为中间轴)，另一段为第二输出轴，两者在其轴端活动连接成一体；同步室内的活动墙板键合在第二输出轴上，负载臂设置在第一输出轴上并以其两端的端钩勾嵌在活动墙板的滑动槽中；弧形同步蹄以其一端铰连在活动墙板上；负载拉簧之一端连接在负载臂的端部，另一端连接在弧形同步蹄的离合端；离心拉簧的一端连接在活动墙板上，另一端连接在负载臂的端部。这种涨合式同步器在本发明中的工作状态是，因铰连有同步蹄的活动墙板键合在输出轴上，则活动墙板与输出轴具有同样的转速，当输出轴的转速达到某一预定值时，在离心力的作用下，同步蹄克服负载拉簧的拉力而向同步室侧壁贴合，从而使输入轴与输出轴联为一体，产生同步转动；如果输入功率不变而负载变大，负载拉簧会把贴合在同步室侧壁上的同步蹄拉回到初始位置，同步器则中止工作；如输入功率随着增大，同步蹄会再次克服离心拉簧和负载拉簧的拉力而向同步室侧壁贴合，使同步器继续工作。所以，本发明变矩器工作时，只要发生负载力矩小于输入力矩的工况，同步器即工作，输入轴与输出轴同步旋转，负载力矩越小，同步性能越好。一旦形成同步旋转，本发明变矩器就能获得接近100％的传递效率。

一般情况下，有时需要传动装置实现反转的工况，例如汽车倒车。为适应这一工况，本发明在壳体外侧设置有一个常规的制动装置，用以对旋转壳体的制动，壳体的制动即可实现输出轴反转。其机理如下：当制动装置迫使壳体仃转时，离心块失去离心力，自动挂档装置的牙嵌式离合盘脱离与叶片根部的牙圈啮合，液力动力则消失，与此同时，与壳体固定连接的液力从动齿轮也仃止转动，这时输入轴上的输入主动齿轮要推动与之啮合的输入从动齿轮及过渡轴作反向旋转，而液力从动齿轮又已仃止转动，则与之啮合的液力主动齿轮迫使过渡轴加速反向公转及保持自转，结果，当反向公转的速度大于输出轴正向旋转的速度(该旋转速度由过渡轴上的输入主动齿轮的传动而得)时，由于此时公转速度大于输出轴的自转速度，则输出轴便产生与过渡轴方向相同的反转。

由上可见，本发明的优点是：由于本发明是由一组齿轮副传动的机械传动装置和一组包括叶轮、涡轮动力机械的液力传动装置组成的传动装置，两组装置有机地结合成一体，它们同时工作，并能互相转换，互相制约，以适应输出力矩和输入力矩的不断变化，使之处于最佳的工作状态。配置同步器的本发明，当输出力矩小于输入力矩时，可实现输出轴与输入轴同步工作，使传递效率可按近100％。配置制动装置的本发明能使传动实现反转，如果对控制制动装置的制动力矩加以控制，则能使速比在零到预定值之间自由变换，因此，使用本发明后，会使机械的操作相当方便。本发明结构紧凑、传递效率高、操作方便、能在负载情况下以优良的性能连续变速、变矩和实现反转等优点，所以本发明极其适合作装载、运输及挖掘等动力机械中的传动装置。以下结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的一个实施例的正向剖视图；

图3为图2中的A-A线剖视图；

图4为图2中的B-B线剖视图。

首先请参阅图1。由图1见，具有输入主动齿轮3的输入轴2和具有输出从动齿轮16的输出轴13旋转安装在壳体1的两侧壁上。输入轴2上旋转安装有一液力从动齿轮4，输出轴13上旋转安装有一加力主动齿轮14和一叶轮筒8，涡轮15与加力主动齿轮14固定连接。叶轮筒8的筒体中偏心地安装有与输入、输出轴2、13同轴向的过渡轴5。当过渡轴一方面自转，同时作相对于输入、输出轴的公转时，则叶轮筒8绕输出轴13旋转。所说过渡轴5上依次固设有与液力从动齿轮4啮合液力主动齿轮6、与输入主动齿轮3啮合的输入从动齿轮7、与输出从动齿轮16啮合的输出主动齿轮11和与加力主动齿轮14啮合的加力从动齿轮12。叶轮筒8的外圆周上设置有一组叶片9，相应地壳体1的内圆周壁上设置有一组导流叶片10。

本发明一个较佳的实施例如图2所示。由图2见，本实施例包含有三根同心轴：输入轴2、中间轴25和输出轴13，其中输入轴2与中间轴25间可相对旋转，中间轴25与输出轴13为一体旋转结构。壳体1通过轴承系和密封装置与输入轴2和中间轴旋转密封连接，壳体1内灌贮有油液。伸入壳体1内的输入轴上设置有两只齿轮：一是键合在轴上的输入主动齿轮3，另一是旋转安装在轴上的液力从动齿轮4，该从动齿轮4又与壳体相固连；中间轴25上设置有二只齿轮和一只叶轮筒：一是键合在轴上的输出从动齿轮16，另一是旋转安装在轴上的加力主动齿轮14，并且，加力主动齿轮14上还固连有一只涡轮15；叶轮筒8通过过渡支架21旋转安装在中间轴25上。请同时参阅图3，过渡支架21(亦即叶轮筒8)的同一圆周线上旋转安装有三根均布的过渡轴5，该过渡轴5的轴线平行于共轴线的输入、输出轴；过渡轴5上从左至右顺次键合有四种齿轮：一是与输入轴2上之液力从动齿轮4啮合的液力主动齿轮6，二是与输入主动齿轮3啮合的输入从动齿轮7，三是与中间轴25上之输出从动齿轮16啮合的输出主动齿轮11，四是与加力主动齿轮14啮合的加力从动齿轮12。由图2见，叶轮筒8的外圆周面上嵌置有两组可位移并可互相插合的叶片组9，叶片9的根部具有一牙盘，相应地壳体1内圆周壁上固设有两组导流片10，并且在壳体左侧内端面上设置有一摇臂式离心块19和一电磁铁20，又在离心块19与叶轮筒8之间设置有一带有顶杆17的牙嵌式离合盘18，该离合盘18可与叶片9根部的牙盘相啮合；离心块19具有两只臂，其中一摇臂受电磁铁20吸合，另一摇臂可通过平面轴承31推动离合盘18位移；牙嵌式离合盘18上的顶杆17伸置入固定在叶轮筒8上的弹簧简29内，当离合盘18受固定在壳体1上的离心块19的推动而与叶片根部的牙盘啮合带动叶片工作时，顶杆即压缩弹簧筒29内的弹簧30，而当离心块19解除对离合盘18的推力时，离合盘18在弹簧30恢复力的作用下脱离与叶片9的连接，叶片9又处于自由状态。再由图2并结合图4见，在输出轴13一端的壳体1上固接有一与输出轴13旋转连接的同步室24，该同步室24内设置有负载臂27、活动墙板23。同步蹄22和离心拉簧及负载拉簧。请同时参阅图4，活动墙板23为圆盘形，盘面上对称地开有两滑动槽33，该活动墙板23键合在输出轴13上；负载臂27为一字形，两端具有一弯钩，该负载臂以其中心内圆活动连接在输出轴13上，又以其中心凸圆外周上的嵌齿嵌合在中间轴25上，两端的弯钩勾合在活动墙板23的滑动槽33中。负载拉簧32之一端勾在同步蹄22的离合端，另一端勾在负载臂27的端部；离心拉簧34之一端勾在负载臂27的端部，另一端勾在活动墙板23上。再由图2见，本实施例在同步室24的外圆周壁外缘处设置有弹性制动环28，操纵制动环28对同步室制动，因同步室24与壳体1是固定连接的，则同步室24被刹车的同时，壳体1也被仃止转动。

Claims (5)

1，一种输入轴和输出轴同轴线地旋转安装在壳体两侧的复合式变矩器，输入轴上键合有输入主动齿轮，输出轴上键合有输出从动齿轮，并且还包含有三根键合有输入从动齿轮和输出主动齿轮的过渡轴，其特征在于：

A，还包含有一只旋转安装在输出轴上的叶轮筒，该叶轮筒外圆周面上设置有叶片，相应地壳体内圆周壁上固设有导流叶片，过渡轴旋转安装在叶轮筒内；

B，过渡轴上还键合有一液力主动齿轮和一加力从动齿轮；与液力主动齿轮啮合的液力从动齿轮旋转安装在输入轴上并与壳体相固连，与加力从动齿轮啮合的加力主动齿轮旋转安装在输出轴上，并且，加力主动齿轮上还固连一只其外径与壳体内径相适应的涡轮。

2，根据权利要求1所述复合式变矩器，其特征在于所说涡轮直接固设在输出轴上。

3，根据权利要求1或2所述复合式变矩器，其特征在于所说叶片活动安装在叶轮筒的外周面上，叶片的根部设置有一牙圈，另在此牙圈相对面的壳体内端面上固设有一摇臂离心块和电磁铁，又在叶片与离心块之间设置有一可与牙圈相啮合的牙嵌式离合盘，离心块之一臂受电磁铁吸合，另一臂可通过平面轴承推动离合盘平移，构成一自动挂挡装置。

4，根据权利要求3所述复合式变矩器，其特征在于输出轴上还设置有一可使输入、输出轴实现同步旋转的涨合式同步器，该同步器具有一与壳体相固连的同步室、一圆盘形活动墙板、一对称刹车片式弧形同步蹄、一对称式负载臂、两负载拉簧和离心拉簧；同步室内的活动墙板键合在输出轴上，负载臂设置在中间轴上，并以其两端的端钩勾嵌在活动墙板的滑动槽中，弧形同步蹄以其一端铰连在活动墙板上，负载拉簧之一端连接在负载臂的端部，另一端连接在弧形同步蹄的离合端，离心拉簧的一端连接在活动墙板上，另一端连接在负载臂的端部。

5，根据权利要求4所述复合式变矩器，其特征在于在壳体外缘设置有用以制动旋转壳体的制动装置。

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