CN1233720A

CN1233720A - 双斜盘同步旋转内功率分流液压无级变速装置

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Publication number: CN1233720A
Application number: CN 99107365
Authority: CN
Inventors: 徐维胜
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-05-18
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 1999-11-03
Anticipated expiration: 2019-05-18
Also published as: CN1085803C

Abstract

一种双斜盘同步旋转内功率分流液压无级变速装置。该无级变速装置的输入轴和输出轴同轴,泵缸体安装在输入轴上,直接由输入轴驱动,马达缸体与泵壳体固定不动,马达缸体与输出轴同轴,泵斜盘和马达斜盘位于泵缸体和马达缸体之间并同时安装在输出轴上与输出轴同步旋转。该装置传动效率高、结构简单、成本低、寿命长、容易制造,并能广泛地应用于内燃机车、工程车辆、汽车、机床、风机、水泵等需要无级调速的领域。

Description

双斜盘同步旋转内功率分流液压无级变速装置

本发明涉及一种双斜盘同步旋转内功率分流液压无级变速装置，其能够广泛地应用于内燃机车、工程车辆、汽车、机床、风机、水泵等需要无级调速的领域。

现有的内功率分流液压无级变速装置，典型结构如《液压工程手册》一书第1637页介绍的马达差速的内功率分流无级变速装置。这类变速装置的工作原理要求泵或马达作成壳体和缸体都是旋转的双动式结构。在泵和马达之间油路的连接上必须装有一个回转接头，才能把泵和马达之间的油路连通。因回转接头在旋转的马达壳体上或旋转的泵壳体上，而回转接头的配合间隙很小在0.01mm以内，有一定的容积泄漏。这就要求支承马达壳体或泵壳体轴承的支承精度相当高，马达壳体或泵壳体的旋转轴线与回转接头的旋转轴线的不同轴度不大于0.005mm，现有的工艺水平很难达到。另外，马达缸体的输出轴支承在旋转的马达壳体上或泵缸体的输入轴支承在旋转的泵壳体上，结构比较复杂，因马达壳体或泵壳体是旋转的，马达斜盘或泵斜盘的调节控制装置也很复杂。而且还有动平衡上的麻烦。因这类变速装置结构复杂、制造困难而很少应用。

本发明的目的是提供一种双斜盘同步旋转内功率分流液压无级变速装置，其传动效率高、传递功率密度大，而且结构简单、成本低、寿命长、容易制造。

本发明的目的是按照如下方式完成的：一种双斜盘同步旋转内功率分流液压无级变速装置，包括轴向柱塞泵、马达和调节控制装置。其轴入轴和输出轴同轴；泵缸体安装在输入轴上，直接由输入轴驱动；马达缸体与泵壳体固定不动，马达缸体与输出轴同轴；泵斜盘和马达斜盘位于泵缸体和马达缸体之间并同时安装在输出轴上，与输出轴同步旋转。

从本发明的结构看，本变速装置中的滑靴与配油盘相对滑动很小，滑靴与配油盘之间不要求有严格的静压支承，柱塞上也没有细长的阻尼孔。另外，轴承对输入轴、输出轴的支承精度、缸体受倾翻力矩都不影响配油盘与斜盘的紧贴性。因此，本变速装置的泄漏少，容积效率高，工艺性好，制造成本低，同时因结构紧凑，还解决了油路连接和控制系统难于布置的问题。

本变速装置的泵、马达、缸体、斜盘上的径向力主要由泵、马达、缸体上的支承轴承支承。当泵、马达的斜盘倾角较大时，泵、马达缸体上支承轴承的径向负荷也较大，这时泵、马达、缸体支承轴承对应的相对围速通常较小。当泵、马达的斜盘倾角较小时，泵、马达缸体上支承轴承的径向负荷较小，这时泵、马达、缸体支承轴承对应的相对转速较高，因支承轴承的受力条件好，支承轴承的使用寿命长。

在压力相同排量相同的条件下，本变速装置最大输出扭矩是液压传动最大输出扭矩的二倍。

本变速装置传动特点如下：

传动比：i₂₁=V^p/V^p+V^m；

液压功率分流比：ε_h=1-i₂₁；

机械功率分流比：ε_m=i₂₁。

下面结合附图详细说明本发明的双斜盘同步旋转内功率分流液压无级变速装置的具体实施方式。

图1所示的是应用在汽车上的双斜盘同步旋转内功率分流液压无级变速装置剖视图；

图2是沿图1所示的A-A方向的局部剖视图；

图3所示的是应用在风机、水泵上的泵斜盘和马达斜盘为一体的双斜盘同步旋转功率内分流液压无级变速装置剖视图；

图4是沿图3所示的A-A方向的局部剖视图；

图5所示的是应用在机床上的泵斜盘和马达斜盘支座为一体的双斜盘同步旋转内功率分流液压无级变速装置剖视图；

图6是沿图5所示的A-A方向的剖视图。

第一实施例

图1和图2所示的双斜盘同步旋转内功率分流液压无级变速装置，主要应用在汽车领域。

输入轴1与输出轴19同轴，泵缸体2固定在输入轴1上。泵缸体2上的柱塞孔4为通孔，左边装有轴向静压推力轴承的滑靴33，右边装有泵柱塞5，马达缸体18上的柱塞孔17为盲孔，柱塞孔17的左边装有马达柱塞16。马达缸体18与泵壳体3固定不动。输出轴19上固定有斜盘支座26，斜盘支座26位于泵缸体2和马达缸体18之间，斜盘支座26上有两个半圆柱形的支承面27、25，用于支承泵斜盘28和马达斜盘24，两半圆柱形支承面27、25的轴线相互平行并垂直于输出轴19，斜盘支座26上两半圆柱形支承面27、25之间有两个用于连接泵和马达进、出油的主油道36，其中用于连通泵和马达低压油区的主油道36上有一个进油孔39与泵壳体3中的液压油连通，用于补充泄漏的液压油。泵斜盘28、马达斜盘24为圆形的半圆柱体，泵斜盘28、马达斜盘24的配油面上在高压油区、低压油区两侧各加工有两个互不连通的半圆环形的进、出油配油槽34、38。在泵斜盘28、马达斜盘24的配油面与半圆柱面之间加工有两个用于连通进、出油配油槽34、38与斜盘支座26上的主油道36的油孔35、37，泵斜盘28、马达斜盘24的半圆柱体在两弹簧40的作用下始终压紧在斜盘支座26两半圆柱支承面27、25上。泵斜盘28、马达斜盘24可在调节控制装置(图中未示出)的控制下，通过泵的变量活塞32、马达的变量活塞21带动泵的拨盘29、马达的拨盘23，再通过泵的拨盘29、马达的拨盘23驱动泵斜盘的拨杆30、马达斜盘的拨杆22，使泵斜盘28、马达斜盘24绕斜盘支座26上的两半圆柱形支承面27、25的轴线摆动，改变泵斜盘28、马达斜盘24的倾角。泵斜盘28、马达斜盘24随斜盘支座26与输出轴19同步旋转。泵柱塞5、马达柱塞16上加工有较大孔径的进、出油孔6、15，泵滑靴8、马达滑靴13上面也加工有较大孔径的进、出油孔7、14。泵配油盘9位于泵滑靴8和泵斜盘28之间，马达配油盘11位于马达斜盘24和马达滑靴13之间。泵压盘31将泵滑靴8、泵配油盘9一定间隙地压在泵斜盘28上，泵压盘31与泵配油盘9固定。马达压盘20将马达滑靴13、马达配油盘11一定间隙地压在马达斜盘24上，马达压盘20与马达配油盘11固定。泵配油盘9上的进、出油孔10分别于泵滑靴8上的进、出油孔7、泵柱塞5上的进、出油孔6相对应连通，同时又与泵斜盘28上的进、出油配油槽34连通。马达配油盘11上的进、出油孔12分别与马达滑靴13上的进、出油孔14、马达柱塞16上的进、出油孔15相对应连通，同时又与马达斜盘24上的进出油配油槽38连通，泵配油盘9与泵滑靴8、泵柱塞5、泵缸体2随输入轴1同步旋转，马达配油盘11、马达滑靴13、马达柱塞16不转动。马达配油盘11做扭摆运动。当泵斜盘28有一定倾角，泵缸体2相对泵斜盘28有相对转动时，泵柱塞5在泵斜盘28作用下在泵缸体2上的柱塞孔4中往复运动，通过泵柱塞5上的进、出油孔6、泵滑靴8上的进、出油孔7、泵配油盘9上的进、出油孔10与泵斜盘28上的进出油配油槽34的配油，实现泵的压油、吸油。

当马达斜盘24有一定的倾角，泵的高压油通过泵斜盘28上的油道35，斜盘支座26上的油道36，马达斜盘24上的油道37进入马达斜盘24的配油槽38，通过马达斜盘24与马达配油盘11的配油，高压油进入马达缸体18上的马达柱塞孔17中并推动马达柱塞16在马达缸体18上的马达柱塞孔17中做往复运动，马达柱塞16的往复运动通过马达斜盘24、驱动输出轴19转动。从而实现该变速装置的内功率分流传动。

一、正转调速

马达斜盘24保持最大倾角(马达的排量V^m最大)不变，改变泵斜盘28的倾角(泵的排量V^p)的调速过程。

当泵斜盘28的倾角为零，输出转速n₂=0，发动机处于被分离状态。

当泵斜盘28的倾角由零逐渐增大(泵斜盘28的倾角与马达斜盘24的倾角的方向相反)，输出轴19的转速n₂也由零逐渐增大。

当泵斜盘28的倾角达到最大值，(V^p _max=V^m _max)输出轴19的转速达到输入轴1转

速n₁的一半，n₂=0.5n₁，这时的输出扭矩M₂最大；M₂=2M₁。

泵斜盘28的倾角最大不变，改变马达斜盘24的倾角的调速过程。

当马达斜盘24的倾角由最大逐渐减小，输出轴19的转速继续增大。当马达斜盘24的倾角减小到零时，输出轴19的转速等于输入轴1的转速n₂=n₁，这时的输出扭矩等于输入扭矩M2=M1，这时的ε_h=0转动效率达到峰值，η在0.9以上。

当马达斜盘24的倾角由零向反向增大时(这时泵斜盘28的倾角与马达斜盘24的倾角同向)，输出轴19的转速继续增大。当马达斜盘24的倾角等于1/2泵斜盘28的倾角时(V^m=-0.5V^p _max)，这时输出轴19的转速等于2倍的输入轴1的转速n₂=2n₁，输出扭矩M₂=0.5M1，当输出转速n₂在i₂₁=0-2调速范围内调速时，传动效率始终高一液压传动效率，η在0.8-0.9之间。

当马达斜盘24的倾角继续增大时，输出轴19的转速n₂继续增大，但传动效率迅速下降(低于液压传动效率)。

通常汽车用输出转速调速范围i₂₁在0-2之间。主要工作在i₂₁=1附近的高效区内。

二、反转调速

马达斜盘24的倾角最大，改变泵斜盘28的倾角。

当泵斜盘28的倾角由零逐渐增大(泵斜盘28的倾角与马达斜盘24的倾角同向)，输出轴19反转并由零逐渐增大，当泵斜盘28的倾角等于1/2马达斜盘24的倾角时，(V^p=-0.5V^m _max)输出轴19的转速为n₂=-n₁。在这个区域内反转调速时的传动效率略低于液压传动的传动效率，完全可以满足汽车倒车的需要。当泵斜盘28的倾角继续增大，反转转速进一步升高，但传动效率迅速下降。对于经常工作在倒档区域的工程车辆，需加一个机械式的倒档装置。使该变速装置总工作在正转的高效区内。

当泵斜盘28马达斜盘24的倾角同时为零时，汽车将处在空档滑行状态。

该变速装置可以省略掉汽车的离合器和机械式变速箱，与车用液力自动变速器相比，它有更高的传动效率、更小的体积、重量，更低的成本。

第二实施例

图3和图4所示的是泵斜盘、马达斜盘为一体的双斜盘同步旋转功率内分流液压无级变速装置，其主要应用在风机、水泵等需要恒扭矩调速的场合。

输入轴101与输出轴129同轴，泵缸体102与输入轴101固定。泵缸体102由轴向推力轴承103、径向轴承127支承在泵壳体104上，泵缸体102上的柱塞孔为盲孔，里面装有泵柱塞106、压簧105，马达缸体119与泵壳体104固定不动，马达缸体119上的柱塞孔为盲孔，里面装有马达柱塞114、压簧115。输出轴129由两个径向轴承128、120分别支承在泵缸体102、马达缸体119内，输出轴129上具有斜盘支承轴122。斜盘110位于泵缸体102、马达缸体119之间，斜盘110与斜盘支承轴122固定。控制盘116安装在马达缸体119上，控制盘116上的矩形螺纹与马达缸体119上的矩形螺纹配合。当控制盘116转动时，控制盘116可沿输出轴129的轴线左右移动，并通过双向轴向推力轴承118、销轴117、连杆机构121带动斜盘110摆动，同时改变泵、马达斜盘的倾角。斜盘110的两配油面上，在高压油区的一侧加工有互相连通的泵配油槽、马达配油槽135，在低压区的一侧加工有互相连通的泵配油槽、马达配油槽134，并有进油口132与泵壳体中的液压油连通。泵、马达的滑靴108、111为半球形，上面有较大的进出油孔109、112，泵、马达的柱塞106、114的头部为半球窝形，上面有较大的进出油孔107、113，泵配油盘125马达到配油盘124分别位于泵滑靴108、斜盘110，马达滑靴111、斜盘110之间，泵配油盘125，上的进、出油口126分别与泵滑靴108上的进、出油孔109、泵柱塞106上的进出油孔107对应连通，马达配油盘124上的进出油孔123分别与马达滑靴111上的进出油口112，马达柱塞114上的进出油孔113相对应连通。泵拨盘131与泵配油盘125固定。泵柱塞106在弹簧105的作用下球窝面压紧泵滑靴108的球面，泵滑靴108的滑动面压紧泵配油盘125的一面，泵配油盘125的另一面压紧斜盘110上泵配油面。泵配油盘125通过泵拨盘131在泵滑靴108的带动下与泵缸体102同步旋转。马达柱塞114在弹簧115的作用下球窝面压紧马达滑靴111的球面，马达滑靴111的滑动面压紧马达配油盘124的一面，马达配油盘124的另一面压紧斜盘110上马达配油面。马达配油盘124通过马达拨盘130在马达滑靴111和斜盘110的作用下做扭摆运动。当泵缸体102相对斜盘110转动、斜盘110相对马达缸体119转动时，通过泵配油盘125与斜盘110的配油，马达配油盘124与斜盘110的配油，实现该变速装置的内功率分流传动。平衡环133用于平衡斜盘重心偏心的离心力。

该变速装置的传动特点：

在额定工作压力下为恒扭矩输出，M₂=常数。

传动比i₂₁=V^p (V_p=0-1)

变速范围i₂₁=0-1

当i₂₁=1时，ε_h=0，传动效率η可达0.93以上，在整个变速区域内均有较高的传动效率。

该变速装置应用在风机、水泵无级调速时，与传统的液力耦合器、电磁调速电机相比，有更宽的高效区。与变频调速装置相比，在大功率传动领域(几百KW至几千KW)，该变速装置在成本、工艺制造方面具有更大的优势。

该变速装置也可以做恒功率调速装置用，最大输出扭矩Mmax=Pmax·Vmax。

第三实施例

图5和图6所示的是泵斜盘和马达斜盘支座为一体的双斜盘同步旋转内功率分流液压无级变速装置，该变速装置主要用在机床等需要恒功率调速的场合。

这种变速装置与第一实施例的不同之处是泵斜盘204与马达斜盘支座为一体，泵斜盘204的一面为一斜面205，其为泵斜盘配油面，另一面为马达斜盘的半圆柱形支承面203与马达斜盘202的半圆柱体配合，马达斜盘的半圆柱形支承面203的轴线垂直于输出轴201，泵斜盘204固定在输出轴201上，通过改变马达斜盘202的倾角调速。

该变速装置的传动特点是：

在额定工作压力下，为恒功率调速，传动比i₂₁=0.5-∞。

在i₂₁=0.5-2的变速区域内传动效率η＞0.85，最大输出扭矩是同排量液压传动最大输出扭矩的2倍。用在机床调速时，它可以使机床的变速箱简单化。

与现有的直流调速电机系统相比，它有更低的成本，与减速器配套使用时，可广泛地应用于低速恒功率调速的领域。

上述3个实施例中根据不同的需要也可取消连接泵，马达主油道低压油区上的进油孔，直接在斜盘支座或斜盘连接泵，马达之间两主油道上加两个单向阀使两主油道的高压油区、低压油区能互换，进油口处也可加滤清器，为了进一步提高变速装置的最高输入、输出转速可在输入轴、输出轴上加高压轴向密封装置使泵壳体内的油压达到0.2-3Mpa。在主油道上也可加溢流阀限制变速装置的最高工作压力。

上述第一实施例中，斜盘支座上的用于连通泵、马达之间的主油道、也可通过输出轴用一个回转接头把两主油道连接出来，对于汽车与储能器连用，可使该变速装置具有刹车储能，发动机起动等功能。对于工程车辆或其他机械设备也可用连接出来的高压油直接驱动其他液压装置。

上述第一和第三两实施例中，在拨盘内也可以装一个双向的动压滑动轴承(滑动轴承为圆盘形状)，由滑动轴承带动一个拨杆使斜盘摆动。

上述第一和第三两实施例中，圆形的半圆柱体斜盘还应加配重装置，使斜盘的重心与斜盘的摆动轴线与输出轴轴线的交点重合。

上述第一实施例中，输入轴可直接或间接驱动一个辅助油泵，用于变量活塞的供油。

显然，不偏离本发明构思的与上述实施例不同的其他实施例应在本发明的保护范围之内，因此可以理解，本发明不仅仅局限于为了确定权利要求而提供的具体实施例。

Claims

1、一种双斜盘同步旋转内功率分流液压无级变速装置，包括轴向柱塞泵、马达和调节控制装置，其轴入轴和输出轴同轴，泵缸体安装在输入轴上，直接由输入轴驱动；马达缸体与泵壳体固定不动，马达缸体与输出轴同轴，其特征在于：泵斜盘和马达斜盘位于泵缸体和马达缸体之间并同时安装在输出轴上与输出轴同步旋转。

2、根据权利要求1所述的双斜盘同步旋转内功率分流液压无级变速装置，其特征在于：在泵斜盘和马达斜盘之间的输出轴上固定有斜盘支座，所述斜盘支座上的两个半圆柱形支承面与泵斜盘和马达斜盘的半圆柱体相配合，泵斜盘和马达斜盘的摆动轴线相互平行并垂直于输出轴。

3、根据权利要求1所述的双斜盘同步旋转内功率分流液压无级变速装置，其特征在于：泵斜盘和马达斜盘为一体，泵斜盘和马达斜盘的摆动轴线垂直于输出轴。

4、根据权利要求1所述的双斜盘同步旋转内功率分流液压无级变速装置，其特征在于：泵斜盘是固定在输出轴上，其一侧设有半圆柱形支承面，该支承面与马达斜盘的半圆柱体相配合，马达斜盘的摆动轴线垂直于输出轴。

5、根据权利要求1至4之一所述的双斜盘同步旋转内功率分流液压无级变速装置，其特征在于：泵斜盘、马达斜盘上还加工有用于连通泵和马达之间主油道的油孔，其配油面上的高压油区、低压油区分别加工有配油槽。

6、根据权利要求5所述的双斜盘同步旋转内功率分流液压无级变速装置，其特征在于：泵配油盘位于泵斜盘和泵滑靴之间，马达配油盘位于马达斜盘和马达滑靴之间。