CN204344858U - 滑块式静压耦合传动机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种滑块式静压耦合传动机构，包括：传动模块、控制模块、传动油液；所述传动模块包括：双转子静压耦合传动机芯和支架；所述双转子静压耦合传动机芯包括：内曲线凸轮转子、滑槽转子和滑块；所述内曲线凸轮转子包括：内曲线凸轮环和端盖，所述内曲线凸轮环固定在两端盖之间。所述内曲线凸轮转子、滑槽转子都能够绕同一轴线转动，且这两者之一用转动副与所述支架连接。所述内曲线凸轮环的内曲线为非圆的旋转对称曲线。所述控制模块是由液压压力、流量控制元件构成的液压控制回路。该联轴器具有启动、过载保护能力，同时传动效率高，而且容易控制。当使用磁流变液作为传动油液时，本实用新型还具有控制灵敏度高、易于实现计算机自动控制的优点。

Description

滑块式静压耦合传动机构

技术领域

本实用新型属于液压传动技术领域，特别涉及一种滑块式静压耦合传动机构，本实用新型是通过改进现有齿轮泵技术来实现的。通过改进、创新使本实用新型具有了与现有的齿轮泵完全不同的传递扭矩的功能。

背景技术

液力耦合器又称作液力联轴器，是一种非刚性的传动机构，在冶金设备、矿山机械、电力设备、化工、汽车、船舶等领域有广泛的应用。

液力耦合器具有如下结构，它的泵轮和涡轮组成一个可使液体循环流动的密闭工作腔，泵轮装在输入轴上，涡轮装在输出轴上。动力机带动输入轴旋转时，液体被离心式泵轮甩出。这种高速液体进入涡轮后即推动涡轮旋转，将从泵轮获得的能量传递给输出轴。最后液体返回泵轮，形成周而复始的流动，依靠液体与泵轮、涡轮的叶片相互作用产生动量矩的变化来传递扭矩。

由于液力耦合器两传动轴之间没有直接相连，而用传动油液在泵轮和涡轮之间周而复始的流动来传递扭矩，这一特点使它对发动机的过载保护效果好。但是，因流动产生摩擦阻力会导致传动油液易发热、油温高，因而能量损耗较大，传动效率低，而且液力耦合器不易控制负载转速，控制灵敏度低，响应时间长。因此，液力耦合器这些缺陷限制了它的应用范围。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种传动机构，该传动机构具有过载保护能力，同时与现有的液力偶合器相比，其传动效率高、容易控制。

本实用新型更进一步解决的技术问题是提供了一种滑块式静压耦合传动机构，包括：传动模块、控制模块、传动油液；所述传动模块包括：双转子静压耦合传动机芯和支架；所述双转子静压耦合传动机芯包括：内曲线凸轮转子、滑槽转子和滑块；所述内曲线凸轮转子包括： 内曲线凸轮环和端盖，所述内曲线凸轮环固定在两端盖之间，三者连成一体；所述滑槽转子上设有凹槽，滑块安装于凹槽内。

所述内曲线凸轮转子、滑槽转子都能够绕同一轴线转动，且这两者之一用转动副与所述支架连接，使内曲线凸轮转子、滑槽转子和支架这三者两两之间能够发生相对转动。所述内曲线凸轮环的内曲线为非圆的旋转对称曲线，且所述内曲线凸轮转子、滑槽转子转动的轴线过该曲线的对称中心。所述内曲线凸轮转子和滑槽转子、滑块共同围成了液压腔室，这些液压腔室分布于每个滑块的两侧，液压腔室内充满了传动油液，在内曲线凸轮转子上设有能够将液压腔室与所述控制模块连通的传动油液配流通道。所述控制模块是由液压压力、流量控制元件构成的液压控制回路，该回路通过前述传动油液配流通道与传动模块内的液压腔室连通并组成一个液压系统。利用传动模块所传递扭矩大小与液压系统压力、流量大小的耦合关系，控制模块控制液压系统的压力、流量就能够控制传动模块所传递扭矩大小。

工作时，将滑槽转子和内曲线凸轮转子中一个作为主动转子与发动机连接，另一个作为从动转子与负载连接，在全联动状态下，即主动转子与从动转子以相等的速度转动时，滑块处于锁死状态，液压系统内传动油液无法流动。此时，扭矩由主动转子直接传递给从动转子，传动油液只起到控制扭矩的作用，不会流动。所以在此状态下，本实用新型较传统的液力偶合器传动效率高；并且，控制主动转子的转速能够直接控制从动转子的转速，容易控制，且响应迅速。

作为本实用新型滑块式静压耦合传动机构的另一项改进，使用磁流变液作为传动油液，这样能够使用磁流变阀控制压力、流量。由于磁流变液对磁场变化响应迅速，因此控制灵敏度高，而且易于实现计算机自动控制。

附图说明

图1为本实用新型实施方式一的双转子静压耦合传动机芯的主要零部件分解立体示意图。

图2为本实用新型实施方式一的传动模块内部剖视图。

图3为本实用新型实施方式二的双转子静压耦合传动机芯的主要零部件分解立体示意图。

图4为本实用新型实施方式二的传动模块内部剖视图。

图5为本实用新型传动模块上与控制模块连接处的示意图。

图6为本实用新型传动模块与控制模块连接的立体示意图。

图7为本实用新型控制模块及其内部液压控制回路示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明，以便更清晰的展示本实用新型的构思、所解决的技术问题、构成技术方案的技术特征和带来的技术效果。但需要明确的是，对以下实施方式的说明是示意性的，并不构成对本实用新型的具体限定。本实用新型包含但不限于以下实施方式，在不脱离本实用新型原理、构思的情况下，任何对以下实施方式进行的变化、修改、替换和变型均属于本实用新型的保护范围。

如图1-6所示，滑块式静压耦合传动机构，包括：传动模块(1)、控制模块(2)、传动油液。所述传动模块(1)包括：双转子静压耦合传动机芯(3)和支架(4)。所述双转子静压耦合传动机芯(3)包括：内曲线凸轮转子(31)、滑槽转子(32A；32B)和滑块(33A；33B)。所述内曲线凸轮转子(31)包括： 内曲线凸轮环(312)和端盖(313，314)，所述内曲线凸轮环(312)固定在两端盖(313，314)之间，三者连成一体。所述滑槽转子(32A；32B)上设有凹槽，滑块(33A；33B)安装于凹槽内。

在实施方式一中，所述滑块(33A)为矩形叶片，所述叶片与滑槽转子(32A)径向的夹角φ∈[0°,90°]。

在实施方式二中，所述滑块(33B)为滚柱。

所述内曲线凸轮转子(31)、滑槽转子(32A；32B)都能够绕同一轴线转动，且这两者之一用转动副与所述支架(4)连接，使内曲线凸轮转子(31)、滑槽转子(32A；32B)和支架(4)这三者两两之间能够发生相对转动。在以上实施方式中，采用转动副连接内曲线凸轮转子(31)与支架(4)的方式，但是用转动副连接上述两个转子中任意一个都是等效的，只要能够使内曲线凸轮转子(31)、滑槽转子(32A；32B)和支架(4)这三者两两之间能够发生相对转动，就能够实现本实用新型的目的。

所述内曲线凸轮环(312)的内曲线为非圆的旋转对称曲线，且所述内曲线凸轮转子(31)、滑槽转子(32A；32B)的回转轴线过该曲线的对称中心。采用旋转对称曲线是为了保证内曲线凸轮转子(31)的旋转对称性；具有旋转对称性，能够使其质心与对称中心及回转中心重合，从而保证其转动平衡。

如图2、4所示，所述内曲线凸轮转子(31)和滑槽转子(32A；32B)、滑块(33A；33B)共同围成了液压腔室(34)，这些液压腔室(34)分布于每个滑块(33A；33B)的两侧，液压腔室(34)内充满了传动油液，在内曲线凸轮转子(31)上设有能够将液压腔室(34)与所述控制模块(2)连通的传动油液配流通道(315)。传动油液配流通道(315)可以设置在端盖(313，314)和内曲线凸轮环(312)的任意一个或者多个上，这是等效的，只要能够将所述液压腔室(34)与所述控制模块(2)连通，而且控制模块(2)能够控制系统的压力、流量，就能够实现本实用新型的目的。

如图5、7所示，所述控制模块(2)是由溢流阀（22）、比例阀（21）构成的液压控制回路，该回路通过前述传动油液配流通道(315)与传动模块(1)内的液压腔室(34)连通并组成一个液压系统。此处采用溢流阀（22）作为系统压力控制元件，采用比例阀（21）作为系统流量控制元件，但需要说明的是，本实用新型所述压力、流量控制的液压元件包含但不限于以上列举的类型，只要具备控制本实用新型中所述液压系统压力、流量功能，就能实现本实用新型的目的。在上述的实施方式中，整个控制模块(2)固定于内曲线凸轮转子(31)上，跟随其同轴线转动的，这样设计结构紧凑、泄漏少。也可以用旋转接头把控制模块(2)与内曲线凸轮转子(31)连接起来，这样控制模块(2)固定不动，便于控制。上述连接方式各有优势，无论使用怎样的方式连接，只要能够将控制模块(2)与内曲线凸轮转子(31)上的传动油液配流通道(315)连通，而且控制模块(2)能够控制系统的压力、流量，就能够实现本实用新型的目的。

将内曲线凸轮转子(31)和滑槽转子(32A；32B)中的一个作为主动转子与发动机连接，另一个作为从动转子与负载连接。由于主动转子旋转方向的改变会引起传动油液流动方向的改变，以下以图7所示传动油液流动方向为例进行说明。内曲线凸轮环(312)内曲线为非圆旋转对称曲线，因此主动转子的转动使的滑块(33A；33B)两侧液压腔室(34)的容积发生周而复始改变；容积增大时，吸入传动油液，容积减小时，将传动油液压出；这使得与压出侧液压腔室(34)连通的液压系统压力升高；同时，液压腔室(34)内高压的传动油液将扭矩传递到从动转子，实现传动。由此可见，主动转子与从动转子之间所传递的扭矩的大小与液压系统压力大小存在耦合关系，即转子之间传递的扭矩越大，液压系统的压力也越高。因此，通过调节溢流阀（22）就能控制液压系统的最大压力值，从而控制主动转子与从动转子之间所能够传递的最大扭矩值，以实现限制扭矩、保护发动机的功能。液压系统的流量大小与主动转子、从动转子之间的相对转速（转差）大小相关，即转差越大，液压系统的流量也越大。因此调节比例阀（21）就能控制主动转子、从动转子之间的转差大小。

启动发动机时，将比例阀（21）开至最大（此时滑块式静压耦合传动机构为分离状态，不传递扭矩），此后缓慢关闭。在关闭该阀过程中，它对传动油液流动阻碍作用逐渐增大，传动油液流量逐渐减小，同时液压系统压力逐渐升高。因此主动转子与从动转子之间传递的扭矩也会逐渐增大，从动转子的转速逐渐升高（此过程中滑块式静压耦合传动机构处于半联动状态，主动转子、从动转子之间的转差由大逐渐变小，直至趋于零）。当该比例阀（21）被完全关闭时，滑块(33A；33B)处于锁死状，主动转子与从动转子以相等的速度转动（此时滑块式静压耦合传动机构进入全联动状态），发动机的输出扭矩与负载扭矩相等，发动机启动过程结束。由此可见，本实用新型使发动机启动时经过了负载扭矩逐渐增大这一过程，这就实现了本实用新型对发动机的启动保护功能。

在启动过程结束后，滑块式静压耦合传动机构进入全联动状态。此时，比例阀（21）被完全关闭，液压系统的压力低于溢流阀（22）所设定的最大值，溢流阀（22）处于关闭状态，并且滑块(33A；33B)处于锁死状态，主动转子与从动转子以相等的速度转动。在这样的状态下，液压系统内传动油液无法流动，这就不会产生液体的摩擦阻力损耗，因此传动油液不易发热。同时，因为两转子以相等的速度转动，所以控制发动机的转速能够直接控制负载的转速，并且控制响应迅速、传动效率高。

在发动机正常工作时，如果负载发生异常，突然停止转动，使得本机构的液压系统压力突然升高，当系统压力超出溢流阀（22）所设定的最大值时，溢流阀（22）自动打开，以降低系统压力，从而减小主动转子、从动转子之间所传递的扭矩大小。同时滑块(33A；33B)解除锁死状态。这样，即便是从动转子因负载异常而停转，本实用新型也会使主动转子与从动转子分离，让主动转子能够继续转动，这就能够将发动机与异常的负载隔离，起到保护发动机的作用（此时本实用新型进入堵转状态，即在传递扭矩的同时，主动转子旋转而从动转子停转）。

作为本实用新型滑块式静压耦合传动机构的另一项改进，使用磁流变液作为传动油液。磁流变液（Magnetorheological Fluid，MRF）是智能材料的一种，是将在磁场作用下可极化的微小固体磁性颗粒均匀分散在基液中而形成的悬浮液，其流变特性随外加磁场的变化而变化。在外加磁场的作用下，磁流变液能在瞬间(毫秒级)从自由流动的牛顿流体转变为具有一定剪切屈服强度的近似固体的粘塑性体，撤去外加磁场后又恢复为自由流动的牛顿流体状态，且这种转变具有连续、可逆、可控的特性。外加磁场对磁流变液的粘度、塑性和粘弹性等特性的影响称为磁流变液的磁流变效应。随着纳米技术的发展，纳米铁磁性颗粒进入产品化生产，由于纳米颗粒具有的表面效应和体积效应，纳米铁磁性颗粒制成的磁流变液的悬浮稳定性有了显著的提高，铁磁性颗粒直径一般在1-60nm范围内，在此范围内的颗粒不会对液压系统造成污染，也不会对系统的工作造成影响，因此磁流变液能够作为液压系统的工作介质。

使用磁流变液作为传动油液的好处在于，能够使用性能优良的磁流变阀替代传统的液压阀来控制液压系统的压力、流量。例如，用磁流变溢流阀来控制液压系统压力大小，用磁流变比例阀来控制液压系统流量大小。

磁流变阀是利用磁流变液的磁流变效应来制作的液压阀，这些元件的性能优于传统液压阀，为磁流变液压系统的设计与研究奠定了基础，也为液压传动与控制技术开辟了新的研究方向。磁流变溢流阀和磁流变比例阀都属于磁流变阀，它们由衔铁和线圈组成，磁流变液从衔铁和线圈之间的间隙流过。当线圈通电时，衔铁和线圈间隙形成一定的磁场，流经间隙的磁流变液在磁场的作用下黏度逐渐增大，流动阻力也随之增大，使阀门进口压力增高，由此减缓或停止液体的流动，只有当压力达到一定值时，磁流变液才恢复原流动状态，继续流动。磁流变溢流阀、磁流变比例阀就是使用这一原理设计的用于压力、流量控制的液压阀门。

由于磁流变液对磁场变化响应迅速，因此用磁流变阀对其进行控制时，具有控制灵敏度高的优点，而且易于实现计算机自动控制。

Claims (3)

1.滑块式静压耦合传动机构，包括：传动模块(1)、控制模块(2)、传动油液；

所述传动模块(1)包括：双转子静压耦合传动机芯(3)和支架(4)；

所述双转子静压耦合传动机芯(3)包括：内曲线凸轮转子(31)、滑槽转子(32A；32B)和滑块(33A；33B)；

所述内曲线凸轮转子(31)包括： 内曲线凸轮环(312)和端盖(313，314)，所述内曲线凸轮环(312)固定在两端盖(313，314)之间，三者连成一体；

所述滑槽转子(32A；32B)上设有凹槽，滑块(33A；33B)安装于凹槽内；

其特征在于：

所述内曲线凸轮转子(31)、滑槽转子(32A；32B)都能够绕同一轴线转动，且这两者之一用转动副与所述支架(4)连接，使内曲线凸轮转子(31)、滑槽转子(32A；32B)和支架(4)这三者两两之间能够发生相对转动；

所述内曲线凸轮环(312)的内曲线为非圆的旋转对称曲线，且所述内曲线凸轮转子(31)、滑槽转子(32A；32B)转动的轴线过该曲线的对称中心；

所述内曲线凸轮转子(31)和滑槽转子(32A；32B)、滑块(33A；33B)共同围成了液压腔室(34)，这些液压腔室(34)分布于每个滑块(33A；33B)的两侧，液压腔室(34)内充满了传动油液，在内曲线凸轮转子(31)上设有能够将液压腔室(34)与所述控制模块(2)连通的传动油液配流通道(315)；

所述控制模块(2)是由液压压力、流量控制元件构成的液压控制回路，该回路通过前述传动油液配流通道(315)与传动模块(1)内的液压腔室(34)连通并组成一个液压系统；

利用传动模块(1)所传递扭矩大小与液压系统压力、流量大小的耦合关系，控制模块(2)控制液压系统的压力、流量就能够控制传动模块(1)所传递扭矩大小。

2.根据权利要求1所述的滑块式静压耦合传动机构，其特征在于：滑块(33A)与滑槽转子(32A)径向的夹角φ∈[0°,90°]。

3.根据权利要求1或2所述的滑块式静压耦合传动机构，其特征在于：所述传动油液为磁流变液。