CN112576724A - 一种带有仿生缝隙的能容可调式液力变矩器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有仿生缝隙的能容可调式液力变矩器，解决液力变矩器难以与发动机不同工况进行可调匹配，现有的液力变矩器调节控制方式结构复杂，技术实现和使用成本高的问题。本装置在导轮叶片中部设置仿生间隙，导轮叶片在仿生间隙的前后分别形成固定的主叶片和活动的尾叶片，通过电磁铁组件控制尾叶片在不同工况下进行摆动，从而改变尾叶片与前后方向的交角以及仿生间隙的宽度，从而使液力变矩器实现能容可调控，与发动机完成动态高效匹配，使其工作点随着作业工况的改变始终工作在最优区域，充分发挥发动机的输出功率，提高整车的动力性和经济性，实现节能减排任务。

Description

一种带有仿生缝隙的能容可调式液力变矩器

技术领域

本发明属于液力传动技术领域，涉及一种液力变矩器，特别涉及一种带有仿生缝隙的能容可调式液力变矩器。

背景技术

液力变矩器是依靠液体能来传递动力的柔性转矩变换器，主要由泵轮、涡轮、导轮构成。安装在发动机和变速器之间，被广泛应用于轿车、客车、工程机械等车辆传动系统中。以液压油为工作介质，当液力变矩器进行工作时，循环腔内充满油液，油液沿着泵轮、涡轮、导轮的叶片间流道循环流动，从而实现能量转换。

液力变矩器作为一种传动装置，具有自适应、无级变速、减震隔振等特点，但其传动效率比齿轮传动效率等机械传动效率低，限制了液力变矩器的使用范围。2014年3月出版的吉林大学学报（工学版）第44卷第2期中的文章《仿生缝翼的增升作用》中的研究表明，仿生缝翼的仿生多段翼型，能够提高翼面压力面升力，抑制边界层湍流脱离，提高传动效率。另外，中国专利CN109185416A也公开了一种基于开槽的液力变矩器空化抑制方法，将导轮叶片的头部加工通槽，在液力变矩器中实践了导轮叶片上开设仿生缝隙的结构，并取得了良好的效果。

同时，在液力传动系统中发动机和液力变矩器的匹配也是影响传动效率的重要因素。对于传统的液力变矩器，叶栅系统为固定结构，液力变矩器的性能固定，如中国专利CN204061793U、CN204878583U即为两种叶栅系统固定的液力变矩器，只能与对应设计工况匹配。因此液力变矩器选型一般只能与发动机的特定工况进行匹配，尽可能发挥发动机的有效功率。而当工况发生变换时，液力变矩器与发动机匹配性变差，发动机的功率不能得到有效的利用。

如中国专利CN104141784A、CN102434646A中所记载，研究者们针对多工况下发动机与液力变矩器高效匹配，提出了变矩器闭锁、能容可调等技术，但上述技术结构复杂，技术实现和使用成本较高，而且会导致液力变矩器本身的制造成本和空间布置需求增高，限制了其应用前景。

发明内容

本发明主要是解决液力变矩器难以与发动机不同工况进行可调匹配，现有的液力变矩器调节控制方式结构复杂，技术实现和使用成本高的问题，提供一种带有仿生缝隙的能容可调式液力变矩器，既能保留原有液力变矩器的优点，又能根据各工况变化实现液力变矩器的性能可调，以牵引车用为例，当牵引车的作业工况发生变化时，通过改变液力变矩器的性能与发动机保持良好的匹配关系，满足当前工况作业需求，实现发动机的动态匹配要求，提高整车的动力性和经济性，实现节能减排任务，保证日趋严格的排放标准。

本发明的目的主要是通过下述方案得以实现的：一种带有仿生缝隙的能容可调式液力变矩器，包括机体，所述机体包括组成工作腔的泵轮组件、涡轮组件、导轮组件，工作腔为回转体，工作腔的截面为环形，工作腔内装有油液；输入轴连接并带动泵轮组件转动，涡轮组件通过涡轮法兰连接输出轴；油液在工作腔的环形截面内沿泵轮组件、涡轮组件、导轮组件顺序循环流动；

其特征在于：所述导轮组件在工作腔环形截面的外圈设置导轮座、内圈设置导轮内环，导轮内环和导轮座之间设置有导轮叶片，导轮叶片以输入端为前端、输出端为后端，以工作腔环形截面的径向为上下方向，导轮叶片沿前后方向呈弧形设置，导向叶前后端之间设有仿生间隙，仿生间隙从导轮叶片的内弧侧向外弧侧从前向后斜向设置，导轮叶片被仿生间隙分为前后两部分、前侧部分为固定的主叶片、后侧部分为尾叶片，所述尾叶片为活动叶片，所述尾叶片上下侧对称设置滑动轴，所述导轮内环和导轮座对齐设有与滑动轴配合的弧形滑槽，所述导轮座中还嵌设有上下设置的转轴，滑动轴固定在转轴内端的一侧且轴线偏置，转轴转动时带动滑动轴摆动并沿弧形滑槽滑动，所述转轴的外端设置凸轮拨块，所述机体上设有电磁铁组件，所述电磁铁组件通过凸轮调节机构连接有驱动凸轮拨块转动的凸轮调节拨杆。

本装置用于车，车辆发动机输出轴与输入轴相连，带动泵轮旋转，进而带动工作腔内的油液流动，实现了动力机机械能向工作液体动能的转换，获得动能的液体从泵轮组件流出，流向涡轮组件带动涡轮输出轴旋转，从而输出转矩和转速，实现液体动能向机械能的转换；经过转换后部分液体经导轮组件叶片出口流向泵轮组件，重新进入工作循环。本装置以鸮类翅膀为模本对变矩器导轮叶片进行仿生学设计，其靠近导轮入口部分的叶片为主叶片，靠近导轮出口部分的叶片为尾叶片；主叶片与尾叶片之间设置仿生间隙。主叶片为固定叶片，尾叶片可以摆动调节，低能容工况时，尾叶片滑动轴向前滑动、尾叶片与前后方向夹角增大、仿生间隙宽度增大，匹配低能容的工况。高能容工况时，尾叶片向后滑动、尾叶片与前后方向夹角减小、仿生间隙宽度减小，匹配高能容的工况。本装置实现液力变矩器的能容可调，与发动机完成动态高效匹配，充分发挥发动机的输出功率，提高整车的动力性和经济性，实现节能减排任务。

作为优选，所述转轴设置在滑动轴朝导轮叶片内弧面的一侧。转轴转动的时候，带动滑动轴绕转轴摆动，实现尾叶片角度和仿生间隙宽度的联动调节。

作为优选，所述转轴内端和外端之间设有与导轮座转动密封的密封圈。在转轴处采用转动密封，避免渗漏。

作为优选，所述液力变矩器处于低能容工况时，滑动轴滑动至弧形滑槽的后端，尾叶片摆动至第一位置；所述液力变矩器处于高能容工况时，滑动轴滑动至弧形滑槽的前端，尾叶片摆动至第二位置；尾叶片处于第一位置时尾叶片内弧面与前后方向的交角大于尾叶片处于第二位置时尾叶片内弧面与前后方向的交角。

作为优选，尾叶片处于第一位置仿生间隙的宽度大于尾叶片处于第二位置时仿生间隙的宽度。

作为优选，以导向叶片的内弧面和外弧面的中间线为骨线，所述尾叶片骨线长度为主叶片长度的1.5～3倍。

作为优选，所述尾叶片的内弧面和外弧面之间的厚度从前向后逐渐减小。

作为优选，所述机体还配套设置有采集转速信号和负载信号的信号采集传感器，所述信号采集传感器通过闭环控制器连接控制电磁铁组件的电磁驱动系统；所述闭环控制器还设有手动控制输入端口。

作为优选，所述导轮座和机体之间设有导轮轴承。导轮轴承用于电磁铁组件控制拨杆摆动时，导轮座和机体之间的小幅度转动。

本发明对导轮叶片进行仿生学设计，在导轮叶片之间中部开设仿生缝隙，且导轮叶片的尾叶片为可以摆动设计，可以调节尾叶片的角度和仿生间隙的宽度，实现液力变矩器的能容可调，与发动机完成动态高效匹配，充分发挥发动机的输出功率，提高整车的动力性和经济性，实现节能减排任务。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图1是本发明的一种液力变矩器整体结构示意图。

附图2是本发明的导轮组件结构示意图。

附图3是本发明带仿生缝隙的导轮叶片结构示意图。

附图4是本发明导轮叶片的尾叶片调节结构立体示意图。

附图5是本发明高能容工况的尾叶片位置示意图。

附图6是本发明低能容工况的尾叶片位置示意图。

附图7是本发明的尾叶片调节控制示意图。

图示说明：1、油泵取力齿轮，2、右侧盖板，3、压板，4、输出轴，5、密封圈，6、油泵驱动齿轮，7、右侧轴承，8、机体，9、凸轮调节机构，10、电磁铁组件、11、泵轮座，12、泵轮轴承、13、导轮轴承，14、泵轮组件，15、导轮组件，16、导轮座，17、涡轮组件，18、轴承套，19、泵轮罩，20、导轮定位短套筒，21、涡轮法兰，22、压环，23、输入轴，24、左侧轴承，25、主叶片，26、尾叶片，27、仿生缝隙，28、骨线，29、滑动轴，30、转轴，31、导轮内环，32、凸轮拨块，33、凸轮调节拨杆，34、弧形滑槽。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：一种带有仿生缝隙的能容可调式液力变矩器，如图1所示。本装置包括油泵取力齿轮1、右侧盖板2、压板3、输出轴4、密封圈5、油泵驱动齿轮6、右侧轴承7、机体8、凸轮调节机构9、通电电磁铁组件10、泵轮座11、泵轮轴承12、导轮轴承13、泵轮组件14、导轮组件15、导轮座16、涡轮组件17、轴承套18、泵轮罩19、导轮定位短套筒20、涡轮法兰21、压环22、输入轴23、左侧轴承24；

如图1所示，所述泵轮组件14与泵轮座11固连，泵轮座11通过泵轮轴承12安装在机体8上；泵轮罩19与泵轮组件14固连，输入轴23与泵轮罩19相连；所述涡轮组件17通过涡轮法兰21安装在输出轴4上，并通过压环22固定；所述导轮组件15固定在导轮座16，通过导轮轴承13安装在轴承座上，轴承座抱设在机体8上。泵轮组件14、涡轮组件17、导轮组件15构成工作腔，工作腔为回转体，其横截面为环形，油液在工作腔的环形截面内沿泵轮组件14、涡轮组件17、导轮组件15顺序循环流动。发动机输出轴与输入轴23相连，带动泵轮14旋转，进而带动工作腔内的油液流动，实现了动力机机械能向工作液体动能的转换，获得动能的液体从泵轮组件14流出，流向涡轮组件17带动涡轮输出轴4旋转，从而输出转矩和转速，实现液体动能向机械能的转换；经过转换后部分液体经导轮组件15叶片出口流向泵轮组件14，重新进入工作循环。

如图2所示，导轮组件15在工作腔环形截面的外圈设置导轮座16、内圈设置导轮内环31，导轮内环31和导轮座16之间设置有导轮叶片，导轮叶片以输入端为前端、输出端为后端，以工作腔环形截面的径向为上下方向，导轮叶片沿前后方向呈弧形设置。如图3所示，导向叶前后端之间设有仿生间隙27，仿生间隙从导轮叶片的内弧侧向外弧侧从前向后斜向设置，导轮叶片被仿生间隙分为前后两部分、前侧部分为固定的主叶片25、后侧部分为尾叶片26，所述尾叶片26为活动叶片。如图3所示，导向叶片的内弧面和外弧面的中间线为骨线28，所述尾叶片26骨线长度为主叶片25长度的2倍，主叶片骨线为弧形，尾叶片骨线为直线，尾叶片26的内弧面和外弧面之间的厚度从前向后逐渐减小。如图4-6所示，所述尾叶片上下侧对称设置滑动轴29，所述导轮内环31和导轮座16设有与滑动轴配合的弧形滑槽34，所述导轮座16中还嵌设有轴线上下设置的转轴30，滑动轴29固定在转轴30内端的一侧且轴线偏置，转轴转动时带动滑动轴摆动并沿弧形滑槽34滑动，所述转轴的外端设置凸轮拨块32，所述机体8上设有电磁铁组件10，所述电磁铁组件通过凸轮调节机构9连接有驱动凸轮拨块32转动的凸轮调节拨杆33。转轴30设置在滑动轴29朝导轮叶片内弧面的一侧。转轴30内端和外端之间设有与导轮座16转动密封的密封圈。

如图6所示，液力变矩器处于低能容工况时，滑动轴29滑动至弧形滑槽的后端，尾叶片26摆动至第一位置；如图5所示，所述液力变矩器处于高能容工况时，滑动轴29滑动至弧形滑槽的前端，尾叶片26摆动至第二位置；尾叶片处于第一位置时尾叶片内弧面与前后方向的交角大于尾叶片处于第二位置时尾叶片内弧面与前后方向的交角。如图5、6对比可见，尾叶片26处于第一位置仿生间隙27的宽度大于尾叶片26处于第二位置时仿生间隙27的宽度。

如图7所示，当本装置用与牵引车时，机体还配套设置有采集车速信号S1和负载信号S2的信号采集传感器S3，所述信号采集传感器通过闭环控制器S5连接控制电磁铁组件的电磁驱动系统S6, 闭环控制器S5输出PWM信号通过电磁驱动系统驱动凸轮调节机构S7启动；所述闭环控制器还设有手动控制输入端口S4。当牵引车在行驶或牵引工况时，信号采集传感器S3采集车速信号S1和轮胎负载信号S2传递给闭环控制器，也可以根据整车判断司机主动调节操纵手柄S4来控制闭环控制器，闭环控制器S5判断牵引车工况状态，本装置可以以高能容状态或者低能容状态为起始工况，闭环控制器S5判断工况发生改变时，输出PWM信号，控制通电电磁铁组件10的通电状态，来驱动凸轮调节机构，从而带动尾叶片转动。

Claims (9)

1.一种带有仿生缝隙的能容可调式液力变矩器，包括机体（8），所述机体（8）包括组成工作腔的泵轮组件（14）、涡轮组件（17）、导轮组件（15），工作腔为回转体，工作腔的截面为环形，工作腔内装有油液；输入轴（23）连接并带动泵轮组件（14）转动，涡轮组件通过涡轮法兰（21）连接输出轴（4）；油液在工作腔的环形截面内沿泵轮组件（14）、涡轮组件（17）、导轮组件（15）顺序循环流动；其特征在于：所述导轮组件（15）在工作腔环形截面的外圈设置导轮座（16）、内圈设置导轮内环（31），导轮内环（31）和导轮座（16）之间设置有导轮叶片，导轮叶片以输入端为前端、输出端为后端，以工作腔环形截面的径向为上下方向，导轮叶片沿前后方向呈弧形设置，导向叶前后端之间设有仿生间隙（27），仿生间隙从导轮叶片的内弧侧向外弧侧从前向后斜向设置，导轮叶片被仿生间隙分为前后两部分、前侧部分为固定的主叶片（25）、后侧部分为尾叶片（26），所述尾叶片（26）为活动叶片，所述尾叶片上下侧对称设置滑动轴（29），所述导轮内环（31）和导轮座（16）设有与滑动轴配合的弧形滑槽（34），所述导轮座（16）中还嵌设有上下设置的转轴（30），滑动轴（29）固定在转轴（30）内端的一侧且轴线偏置，转轴转动时带动滑动轴摆动并沿弧形滑槽（34）滑动，所述转轴的外端设置凸轮拨块（32），所述机体（8）上设有电磁铁组件（10），所述电磁铁组件通过凸轮调节机构（9）连接有驱动凸轮拨块（32）转动的凸轮调节拨杆（33）。

2.根据权利要求1所述的一种带有仿生缝隙的能容可调式液力变矩器，其特征在于：所述转轴（30）设置在滑动轴（29）朝导轮叶片内弧面的一侧。

3.根据权利要求1所述的一种带有仿生缝隙的能容可调式液力变矩器，其特征在于：所述转轴（30）内端和外端之间设有与导轮座（16）转动密封的密封圈。

4.根据权利要求1所述的一种带有仿生缝隙的能容可调式液力变矩器，其特征在于：所述液力变矩器处于低能容工况时，滑动轴（29）滑动至弧形滑槽的后端，尾叶片（26）摆动至第一位置；所述液力变矩器处于高能容工况时，滑动轴（29）滑动至弧形滑槽的前端，尾叶片（26）摆动至第二位置；尾叶片处于第一位置时尾叶片内弧面与前后方向的交角大于尾叶片处于第二位置时尾叶片内弧面与前后方向的交角。

5.根据权利要求4所述的一种带有仿生缝隙的能容可调式液力变矩器，其特征在于：尾叶片（26）处于第一位置仿生间隙（27）的宽度大于尾叶片（26）处于第二位置时仿生间隙（27）的宽度。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种带有仿生缝隙的能容可调式液力变矩器，其特征在于：以导向叶片的内弧面和外弧面的中间线为骨线，所述尾叶片（26）骨线长度为主叶片（25）长度的1.5～3倍。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种带有仿生缝隙的能容可调式液力变矩器，其特征在于：所述尾叶片（26）的内弧面和外弧面之间的厚度从前向后逐渐减小。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的一种带有仿生缝隙的能容可调式液力变矩器，其特征在于：所述机体还配套设置有采集转速信号和负载信号的信号采集传感器，所述信号采集传感器通过闭环控制器连接控制电磁铁组件的电磁驱动系统；所述闭环控制器还设有手动控制输入端口。

9.根据权利要求1或2或3或4所述的一种带有仿生缝隙的能容可调式液力变矩器，其特征在于：所述导轮座（16）和机体（8）之间设有导轮轴承（13）。

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