CN88103976A - 双行星无级变矩器 - Google Patents

Abstract

本发明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

本发明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%）。本发明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。

本发明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、柱塞滚轮和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。

本发明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。

本发明经初步检索，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。

图一是本发明结构的总示意图。发动机以恒定转速在最佳工况点带动太阳轮（12）旋转（参看图二），如果内齿圈（8）固定不动，这时，行星轮（10）带动行星架（11）作与发动机旋转方向相同的减速运动，行星架的输出速为：

$\frac{n}{\frac{\mathrm{Z8}}{\mathrm{Z12}}\mathrm{+1}}$

式中：n＝输入转速，转/分;

Z8-内齿圈齿数;

Z12-太阳轮齿数。

输入轴（1）上固定联接着准双曲面圆锥中心齿轮（21）（本无级变矩器中的圆锥齿轮均为准双曲面圆锥齿轮），与输入轴同时旋转（参看图三），并与联接轴（2）上的圆锥齿轮（3）相啮合;联接轴的另一端也有一个同样的齿轮（3），与内齿圈（8）刚性联接的圆锥中心齿轮（7）相啮合。内齿圈受行星齿轮（10）和行星架（11）的作用，被单向离合器（20）固定在壳体（29）上。这时，因外载负荷大（如汽车起步瞬间），互为啮合的端面凸轮（14）（15）因两边力矩不同而使凸轮（14）产生轴向位移，压缩压力弹簧（13）使力矩平衡。凸轮（14）的位移带动滚轮（17）和调速杠（19），调节节流阀（28）开启到较大流量的位置，使油缸（9）里的油液不受阻力地排出;因而，油缸里的柱塞滚轮（6）上的滚轮在凸轮盘（5）升角的作用下不受阻力地一边沿凸轮盘的凸轮面滚动一边向下运动，凸轮盘也不受柱塞滚轮的阻力而作旋转。凸轮盘（5）与行星架（22）刚性联接，凸轮盘的旋转是中心圆锥齿轮（21）推动齿轮（3）得到的。这时，因节流阀开启大，排油无阻力，柱塞滚轮（6）可以无阻力的往复而使圆锥齿轮行星架（22）处于自由旋转状态，另一行星轮系机构作低速输出，转速最低，转矩最大，是汽车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），凸轮（14）在弹簧（13）的作用下向凸轮（15）内作轴向位移，从而使节流阀适当关小，油缸（9）的排油时间因排油有阻力而延长，柱塞滚轮（6）单位时间往复减慢，迫使凸轮盘（5）失去一部份转速。而这时，齿轮（21）推动齿轮（3）的速度并不减慢，齿轮（21）的旋转推力只有通过齿轮（3），联接轴（2）向齿轮（7）也就是内齿圈（8）施放，使内齿圈旋转起来，强行给行星齿轮（10）增速，使行星架（11）输出转速升高。因凸轮盘与内齿圈的转速成反比，所以凸轮盘每失去一转转速，输出就被提高

$\mathrm{2(\; 1-}\frac{1}{\frac{\mathrm{Z8}}{\mathrm{Z12}}\mathrm{+\; 1}})$

式中：Z8-内齿圈齿数，

Z12-太阳轮齿数。

惯性力使外载荷继续减小，凸轮付在弹簧的作用下逐渐合拢。因滚轮（17）在弹簧（18）的作用下始终贴紧凸轮（14）的端面，带动调速杠（19）调节节流阀（28），所以节流阀逐渐关小;油缸（9）的排油时间逐渐延长;柱塞滚轮的单位时间往复次数也逐渐减少;从而迫使凸轮盘的旋转逐渐减慢;联接轴（2）从齿轮（21）得到的转速只有向齿轮（7）施放，推动齿轮（7）和内齿圈（8）逐渐加快转动，使行星齿轮（10）带动行星架（11）加快输出，使输出转速和转矩与外载荷匹配。

当外载荷很小时（如汽车行驶在平直的路面上），如前所述，这时，凸轮付完全合拢;节流阀全关闭;柱塞滚轮因油缸不能排油而停止往复。根据液体不可压缩的原理，凸轮盘受柱塞滚轮阻力而停止转动。齿轮（21）把转速经齿轮（3）联接轴（2）完全传递给内齿圈（8），内齿圈与发动机和太阳轮（12）以同样的转速旋转，行星齿轮（10）停止自转，而与内齿圈和太阳轮一起公转，这时整个机构输出转速达最高点。

如果联接轴（2）两端的齿轮（3）有齿差，最高输出转速可高于或低于发动机输入转速。

圆锥齿轮行星机构（图三）可以用圆柱齿轮行星机构代替，效果相同。

为了防止凸轮盘受力太大而使圆锥齿轮行星机构运转不灵活，在凸轮盘与壳体之间有一推力轴承（4）。

为了减小柱塞滚轮（6）、缸套（9）受凸轮盘旋转分力而产生的径向摩擦，柱塞滚轮的柱塞部分可制作成二部份，其中装滚轮的一部分与壳体上的滑动套（30）滑动配合，用以吸收柱塞滚轮的径向力，另一部份装在油缸内，受前一部份的推力作往复运动。

凸轮付（14）（15）是一付互为啮合的端面凸轮，分别装在变矩器输出轴和后桥传动轴上，其中一个可作轴向位移如凸轮（14），当凸轮（14）为主动力矩时，两凸轮啮合角度在自锁角度之外，以30°～60°之间为宜，使之能互为位移。当凸轮（15）为主动力矩时（如汽车下坡），两凸轮啮合角为90°左右，使之不能产生相对位移。

本装置的液压系统是这样工作的：油泵（24）（可与发动机共用）把油液经滤清器（26）从油箱（27）中泵出，经管路（25）单向阀（16）送往油缸（9），推动柱塞滚轮（6）紧贴凸轮盘（5）的凸轮面。被柱塞排出的油液经单向阀并受节流阀（28）的限制排回油箱（油泵与发动机共用时油液排到发动机主油道）。当输出转速高，节流阀关闭一部份或全关闭时，柱塞滚轮因往复减慢而不需大量进油，油泵泵出的油液经溢流阀（23）返回油箱（或进入发动机主油道）。为了防止油的温度变化而影响输出速度变化，节流阀（28）应采用薄壁小孔型式，油液应选用抗泡沫性较好的粘度适当的润滑油。

因本装置在刚起步瞬间处于高速状态，不利于起步，所以在排油油路上装有一缓压延时器（31），使起步的瞬间变矩器处在低速状况。

当本发明应用在汽车、拖拉机等公路运输机械常遇到下坡和拖曳起动的问题，变矩器在反施工况下工作，后轮成为驱动力，太阳轮成为输出端而驱动发动机。这时，凸轮（15）以驱动力扭动凸轮（14），但因两凸轮接触面压力角为零，所以凸轮（14）不产生轴向位移，只与凸轮（15）一起旋转，节流阀处于关闭位置，柱塞滚轮和凸轮盘处于相互锁紧状况，变矩器作直接传动。

取消凸轮（14）（15）等自动控制机构，人为的控制节流阀（28），本发明同样可以进行无级变速变矩，也可用于机床的变速箱，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。

Claims (13)

1、一种用于动力传动的并能根据输出端外载荷变化自动无级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：

a、其中一行星轮系机构的行星架(22)上有一与其刚性联接的或制作成一体的凸轮盘(5)，

b、和凸轮盘(5)的凸轮面相接触的是固定在壳体(29)上的油缸(9)里与油缸(9)滑动配合的柱塞滚轮(6)上的滚轮或轴承。

2、如权利要求1所说的无级变矩器其特征是：中心齿轮（7）与内齿圈（8）刚性联接或制作成一体。

3、如权利要求1所说的无级变矩器其特征是：在输出轴装有一互为啮合的端面凸轮付（14）（15），凸轮付中有一个凸轮可作轴向位移，在其非凸轮端面上装有弹簧（13）。

4、如权利要求1.3所说的无级变矩器其特征是：互为啮合的凸轮付（14）（15）的凸轮面一边的升角为90°左右，另一边的升角为30°～60°之间。

5、如权利要求1.3.4所说的无级变矩器其特征是：调速杠（19）上装有滚轮（17）、弹簧（18）、节流阀（28），滚轮（17）靠在可作轴向位移的凸轮（14）的非凸轮面端面上。

6、如权利要求1所说的无级变矩器其特征是：凸轮盘（5）与壳体（29）之间有一推力轴承（4）。

7、如权利要求1所说的无级变矩器其特征是：每个油缸（9）的进油排油管路上都装有单向阀（16）。

8、如权利要求1.7所说的无级变矩器其特征是：节流阀（28）装在油缸（9）的排油管路上。

9、如权利要求1所说的无级变矩器其特征是：行星齿轮（3）的联接轴（2）的轴线与输入轴（1）的轴线不相交。

10、如权利要求1所说的无级变矩器其特征是：柱塞滚轮（6）的柱塞可制成两部份，装有滚轮或轴承的一部份与壳体（29）上的滑动套（30）滑动配合，另一部份装入油缸（9）并与其滑动配合。

11、如权利要求8所说的无级变矩器其特征是：在排油单向阀（16）和节流阀（28）之间的管路上可有一个缓压延时构件（31）。

12、如权利要求2所说的无级变矩器其特征是：内齿圈（8）与壳体（29）之间装有一单向离合器（20）。

13、如权利要求1.3.5.7.8.11所说的无级变矩器其特征是：凸轮付（14）（15）、滚轮（17）、节流阀（28）、溢流阀（23）、油泵（24）等自动控制机构可以装在壳体（29）外面也可以装在壳体（29）的里面。