CN2044666U - 双行星无级变矩器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于动力传动的双行星无级变矩器。双行星无级变矩器是一种根据输出端外载荷变化自动变速变矩，使输出转速和转矩成反比的恒功率传动的机械传动装置。由两个行星轮系机构和凸轮、液压自动控制机构组成，结构简单紧凑，是汽车、拖拉机、内燃机车、船舶等交通运输机械理想的传动装置，可使发动机使用寿命延长，操纵轻便，起步容易。稍加改动即可应用于机床变速箱，可实现不停车变速。

Description

本设施是应用于动力传动的机械传动装置。

双行星无级变矩器是由两个太阳轮行星机构，凸轮控制机构，液压机构等组成。它属于机械力平衡轮系机构。

现有多种无级变速变矩器，大多采用摩擦传动型式，靠改变接触摩擦轮半径来改变输出转速和转矩，存在着摩擦生热和滑动损失的缺点。液力变矩器也可以无级变矩，但缺点是制造工艺要求高，重量大，传动效率较低（只有82～86％）。本新型克服了以上各变矩器的不足，利用行星轮系机构结构紧凑，传动效率高的特点，采用凸轮、液压等成熟技术设计而成，是各种交通运输、机床等理想的传动装置。

本装置的工作原理是利用两个行星轮系机构组成具有两个自由度的轮系机构，采用凸轮和容积油泵等液压机构控制其中一个自由度，使另一个自由度作无级变速变矩输出。

本新型的目的是为交通运输机械、机床等提供一种能根据外载荷变化的需要自动或手动无级变速变矩的传动装置。

双行星无级变速变矩器能在动力输入工况不变的情况下，当外载荷发生变化时输出端能自动变速变矩；它实际上是一种输出转速和转矩成反比的恒功率传动装置。适用于输出端外载荷经常变化的传动场合，如汽车、拖拉机、内燃机车、船舶等交通运输机械。它可减少发动机和传动系统所承受的冲击和动载，使发动机和传动系统使用寿命延长，使操纵轻便，起步容易，节省燃油。

本新型经初步检索，国内外传动机械中尚无此物。在设计过程中查阅和参考了《重型汽车液力传动》人民交通出版社，1987年6月出版，统一书号：15044.4777。《机械无级变速器》机械工业出版社，1983年10月第一版，统一书号：15033.5478。《行星与谐波传动结构图册》机械工业出版社，1986年2月第一版，统一书号：15033.5995。

下面结合说明书附图对双行星无级变矩器的工作原理作进一步的详细说明。

本变矩器由两个行星轮系机构所组成，一个是由太阳轮（13）、行星轮（11）和内齿圈（10）组成的行星轮系机构A，一个是由圆锥齿轮行星轮（3）、（7），圆锥齿轮中心轮（8）组成的行星轮系机构B，按组成情况A和B同属于2K－H单级行星轮系传动机构，A和B通过齿轮（8）和内齿圈（10）的刚性联接而组成一体，具有二个自由度，一个是由B机构的行星架（4）和A机构内齿圈（8）组成的转速成反比的自由度，另一个是A的行星架（12）。在B行星轮机构中行星架（4）上刚性联接着圆锥齿轮（6），与齿轮（6）相啮合的是油泵（28）驱动轴上的圆锥齿轮（30）。

本实用新型运动是这样实现的，发动机驱动输出轴（1）带动两个太阳轮（2）、（13）同时旋转，如这时节流阀（22）开启最大，使油泵（28）的排油无阻力处于自由旋转状态，没有反作用力作用于齿轮（6），太阳轮（2）推动齿轮（3）带动齿轮（7）在齿轮（8）上滚动，从而使行星架（4）也处于自由旋转状态，因行星架（4）与内齿圈（10）的转速成反比，所以，内齿圈（10）在行星架（12）和行星轮（11）的反作用下被单向离合器（9）固定在壳体（29）上，这时的输出转速为a₁

$a_1=\frac{n}{\frac{\mathrm{z10}}{\mathrm{z13}}\mathrm{+1}}\mathrm{（转）}$

式中：a₁——变矩器输出转速，转／分；

n——发动机输入转速，转／分；

Z10——内齿圈（10）齿数；

Z13——太阳轮（13）齿数。

在输出行星架（12）上装有端面凸轮（14），与凸轮（14）相啮合的是花键轴（17）上的滚轮（31）。这时，如外载荷大（如汽车起步瞬间），凸轮（14）与滚轮（31）因外载力矩大而使滚轮（31）在凸轮面上滚动，从而产生轴向位移，压缩压力弹簧（15）而与外载力矩平衡。调节杆（21）上的滚轮（19）在拉力弹簧（20）的作用下始终贴在花键轴（17）的一个位置上，所以滚轮（19）也产生位移，调节节流阀（22）开启到较大流量的位置，使油泵（28）的排油无阻力地进行。变矩器输出处于低转速大扭矩，是汽车拖拉机等爬大坡或起步时的工作状况。

当外载荷变小后（如汽车已起步），滚轮（31）在弹簧（15）的作用下向凸轮（14）内位移，带动滚轮（19）和调节杆（21）使节流阀（22）适当关小，油泵（28）的排油有了阻力，而要失去一部份转速，油泵（28）的排油阻力以反作用力的形式通过齿轮（30）和（6）传递给与齿轮（6）刚性联接的行星架（4），迫使行星架（4）也失去一部份转速；这时发动机驱动太阳轮（2）的转速并没有降低，太阳轮（2）的旋转力只有通过行星架（4）上的行星轮（3）、（7）向中心轮（8）也就是内齿圈（10）施放，强行使内齿圈（10）旋转起来，给行星轮（11）增速，使行星架（12）的输出转速升高，因行星架（4）的转速和内齿圈（10）的转速成反比，所以行星架失去的转速越多，输出的转速就被提高的越多。

这时变矩器输出端转速为a₂

$a_2\mathrm{=2M}\frac{\mathrm{z2}}{\mathrm{z8}}\mathrm{(1-}\frac{1}{\frac{\mathrm{z10}}{\mathrm{z13}}\mathrm{+1}}\mathrm{)+}\frac{n}{\frac{\mathrm{z10}}{\mathrm{z13}}\mathrm{+1}}\mathrm{（转）}$

式中：a₂——变矩器输出转速，转／分；

M——行星架（4）失去的转速，转／分；

n——发动机输入转速，转／分；

Z2——太阳轮（2）的齿数；

Z8——中心轮（8）的齿数；

Z13——太阳轮（13）的齿数；

Z10——内齿圈（10）齿数。

惯性力使外载力矩逐渐减小，滚轮（31）在弹簧（15）的作用下逐渐向凸轮（14）内位移，从而使节流阀（22）逐渐关小，油泵（28）的排油量逐渐减少，转速逐渐减慢，迫使行星架（4）的转速逐渐减慢，齿轮（3）和（7）从太阳轮（2）得到的转速向齿轮（8）逐渐施放，推动内齿圈（10）、行星轮（11）和行星架（12）逐渐加快输出，使输出转速和转矩与外载荷匹配。

当外载荷很小（如汽车行驶在平直的路面上）时，如前所述，这时，滚轮（31）完全位移进凸轮（14）内，节流阀（22）全关闭，油泵（28）因不能排油而停止旋转，迫使行星架（4）、圆锥齿轮（6）、（30）都停止旋转，行星架（4）只起到行星轮（3）、（7）的轴承支架作用，行星轮（3）、（7）则作为介轮，把太阳轮（2）的旋转力全部传递给内齿圈（10），行星轮（11）停止自传，而与太阳轮（13）和内齿圈（10）一起公转，整个机构输出转速达到最高点。

如果两个圆锥齿轮（2），（8）有齿差，最高输出转速可高于或低于发动机输入转速。

为了防止行星架（4）受圆锥齿轮（30）、（6）旋转所产生的轴向力而运转不灵活，在行星架（4）与壳体（29）之间有一推力轴承（5）。

凸轮（14）、花键轴（17）、滚轮（31）、弹簧（15）、花键套（18）组成一套能根据外载荷变化自动控制输出转速的机构，其中花键轴（17）、滚轮（31）受外载荷和发动机的扭矩变化可产生轴向位移。当凸轮（14）为主动力矩时，滚轮（31）与凸轮的啮合角在30°－60°之间，使花键轴能产生轴向位移；花键轴为主动力矩时（如汽车下坡后轮为驱动力矩），两啮合角为90度左右，使之不能产生轴向位置。

当凸轮（14）扭动滚轮（31）压缩压力弹簧（15）时，将产生很大的轴向力，所以在凸轮（14）与壳体（29）之间，花键套（18）与底盘之间都装有推力轴承（16）。

本设施的液压系统是这样工作的，当外载荷较大时，节流阀（22）全部打开，油泵（28）高速旋转把油液经滤清器（27）从油箱（26）中泵出，经节流阀（22）排回油箱（26）。为克服本机构在刚起步瞬间，节流阀处于关闭状况，在油泵（28）与节流阀（22）之间的管路上安装了一个延时缓压装置，其具体结构是：在一个油缸（25）内装有一个活塞（23）、弹簧（24）；当变矩器开始工作时，油泵泵出的油液先进入油缸（25）推动活塞（23）下移，充入一定数量的油。活塞下移的这段时间即可起到延时作用，使油泵在这段时间处于高速旋转，使变矩器输出转速低，扭矩大，使凸轮（14）有足够的力量扭动滚轮（31）、花键轴（17）作轴向位移，压缩压力弹簧（15），使节流阀打开。活塞（23）下面装有弹簧（24），活塞下移时，压缩弹簧（24），当油压与弹簧（24）的弹力相等时，活塞停止下移。当变矩器暂时停止工作（如驾驶员松开油门）时，活塞在弹簧的作用下上移，准备变矩器下一次的加速。

本实用新型应用在汽车拖拉机等公路运输机械上，常遇到下坡和拖曳起步的问题，变矩器在反拖工况下工作，后轮成为驱动力，太阳轮成为输出端而驱动发动机，这时滚轮（31）以驱动力扭动凸轮（14），但因凸轮面的升角在90度左右，所以滚轮（31）不能产生轴向位移，只与凸轮一起旋转，节流阀处于关闭位置，根据液体不可压缩的道理，油泵因不能排油而停止旋转，行星架（12）驱动行星轮、内齿圈等使变矩器作直接传动。

取消凸轮（14）、滚轮（31）、（19）、弹簧（15）、（20）等自动控制构件，人为地控制节流阀（22），本设施同样可以进行无级变速变矩，也可以应用在机床的变速箱，实现不停车变速，变速范围可根据需要任意调节，节省变速停车时间，减少刀具磨损，提高工效。

本设施在机床等场合无级变速变矩是这样实现的，在需要低速时，把节流阀开启到较大流量位置，使油泵的排油无阻力的通过，行星架（4）内齿圈（10）这个自由度完全打开，B行星轮系机构因不受约束而不起作用，处于自由旋转状态，只有A行星轮系机构作减速输出。这是最低速时的运转情况，需要加速时，把节流阀适当关小，使油泵排油有阻力，油泵的阻力又以反作用力的形式限制B机构的自由度，如前所述，从而使A机构的自由度作变速变矩输出。当人为地把节流阀全关闭时，油泵因不能排油而停止旋转，迫使行星架停止运动，只起到行星轮（3）、（7）的轴承支架作用，行星轮（3）、（7）只作为介轮把力从太阳轮（2）传递到内齿圈，使内齿圈高速旋转，使输出转速达最高。

本变矩器应用的油泵可以是柱塞泵，齿轮泵、叶片泵等容积泵，其中以柱塞泵最为理想。

为了防止油的温度变化而影响到整个变矩器的转速，节流阀（22）应采用薄壁小孔形式，油液应选用抗泡沫性好，粘度适当的润滑油。

双行星无级变矩器的油泵（28）只消耗吸油的功率，当排油有阻力时，这种阻力则变为反作用力使输出增速，所以，本设施自身消耗功率很小，而使传动效率较高。本设计采用的都是成熟技术，制造工艺简单，适于中、大功率的无级变速变矩的传动场合。

Claims (9)

1、一种用于动力传动的并能根据外载荷变化自动变速变矩的传动装置，由两个行星轮系机构所组成，其特征是：在一行星轮系机构的行星架(4)上有一与其刚性联接的齿轮(6)，与齿轮(6)相啮合的是油泵(28)驱动轴上的齿轮(30)。

2、如权利要求1所述的无级变矩器，其特征是：在油泵（28）的排油管路上装有一节流阀（22）；在油泵（28）与节流阀（22）之间的管路上装有缸套（25），在缸套（25）内装有活塞（23）和回位弹簧（24）。

3、如权利要求1所述的无级变矩器，其特征是：两行星轮系机构中的中心齿轮（8）与内齿圈（10）刚性联接。

4、如权利要求1所述的无级变矩器，其特征是：在变矩器输出端装有凸轮（14）、花键轴（17），花键轴（17）一端装有滚轮（31），另一端与花键套（18）之间装有压力弹簧（15）；滚轮（31）啮入凸轮（14）的凸轮面内。

5、如权利要求1、4所说的无级变矩器，其特征是：在调节杠（21）上装有拉力弹簧（20）、滚轮（19），滚轮（19）在弹簧（20）的拉力下始终靠在花键轴（17）的一个位置上。

6、如权利要求1所说的无级变矩器，其特征是：行星架（4）上装有相互啮合的行星齿轮（3）和（7）。

7、如权利要求4所说的无级变矩器，其特征是：凸轮（14）的凸轮面升角一边为30°～60°之间，另一边的升角为90°左右。

8、如权利要求1、3所说的无级变矩器，其特征是：齿轮（6）可以与行星架（4）制成一体，齿轮（8）可以与内齿圈（10）制成一体。

9、如权利要求1、2、4所说的无级变矩器，其特征是：凸轮（14）、花键轴（17）、弹簧（15）、（20）、滚轮（31）、（19）、节流阀（22）、油泵（28）等自动控制机构可以装在壳体（29）内，也可装在壳体（29）外。

Images