一種液力機械複合傳動系統的製作方法

2023-06-14 20:11:41 2

專利名稱：一種液力機械複合傳動系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及機械傳動領域，具體涉及具有液力變矩器的車輛傳動系統，特別是工程機械的傳動系統。
背景技術：
液力變矩器是以液體為工作介質的一種非剛性扭矩變換器，大量應用在各種車輛尤其是工程機械的傳動系統中，作為一種柔性傳動，它用在傳動系統中具有許多突出的優點能阻隔發動機的扭轉振動，具有良好過載保護性能和起動性能；有良好的自動變速性能，渦輪的輸出轉速隨載荷的改變而改變；能保證動力機有穩定的工作區，載荷的瞬態變化基本不會反映到動力機上。液力變矩器雖然具有上述諸多優點，但它有一個很大的缺點，就是傳動效率低。液力變矩器的傳動效率是渦輪與泵輪轉速的比值的函數，渦輪與泵輪轉速的比值稱為轉速比，液力變矩器的轉速比與效率的關係如圖1所示，當轉速比為最佳值i*時，最高效率h* 也不到百分之九十，一旦轉速比偏離最佳值時，傳動效率便急劇下降。實際上，液力變矩器主要應用於外載荷經常發生變化的傳動系統中，載荷的變化使液力變矩器很難工作於高效點或高效區，常常處於低效率工作狀態，動力機產生的功率得不到充分的利用，大量的能量以熱量的形式散失。因此，提高具有液力變矩器的傳動系統的效率具有十分重要的意義。對於提高液力變矩器的傳動效率，工程技術人員採用了許多辦法，目前比較有效的方法是以下兩種。第一種方法是將普通液力變矩器改造為綜合式液力變矩器。綜合式液力變矩器兼有普通液力變矩器和液力偶合器的功能，它的效率曲線如圖2所示，當渦輪和泵輪的轉速比小於偶合點的轉速比時，綜合式液力變矩器的工作特點與普通液力變矩器相同；當渦輪和泵輪的轉速比大於偶合點的轉速比時，綜合式液力變矩器的工作特點與效率較高的液力偶合器相同。綜合式液力變矩器只提高了轉速比大於偶合點轉速比時的效率， 而轉速比小於偶合點時的效率沒有得到提高。第二種方法是增加變速器的擋位數，當外載荷發生變化時，通過變速器的換檔操作使液力變矩器工作於高效區。但變速器只有有限的幾個擋位，並且這幾個擋位的傳動比分散在一個較寬的範圍內，不能使液力變矩器始終處於高效點或高效區。專利發明人於2008年申請了 200810044340.9號專利，採用磁粉離合器作為控制部件，使液力變矩器工作於高效區，有效地提高了傳動系統的效率。但200810044340. 9 號專利還存在一些不足一是磁粉離合傳遞的力矩大小由程序決定，需要勵磁電源和比較複雜的檢測與控制系統，磁粉離合器的主動部分和從動部分很難做到完全同步，不可避免地會產生滑磨功損耗；二是磁粉離合器的成本較高，每臺售價在六千元左右，會影響該專利技術的市場推廣；三是磁粉離合器的尺寸較大，在某些傳動系統中會受到安裝空間的限制。為克服上述不足，發明人通過深入的分析和研究，提出了本項實用新型。去掉了 200810044340. 9號專利中的磁粉離合器及其控制部分，以簡單的機械結構實現磁粉離合器及其控制部分的功能，實現自適應功率分流，不需要勵磁電源，也不存在滑磨功損耗。因此，本專利與200810044340. 9號專利相比，具有結構簡單、安裝尺寸小、成本低、效率高的優
點ο
發明內容本實用新型的目的提供一種高效液力機械複合傳動系統，通過液力傳動和機械傳動的分流，顯著提高具有液力變矩器的傳動系統的效率。達到節約能源、保護環境的目的。本實用新型的技術方案採用功率分流的思想，改變傳統的串聯傳動方式，將液力傳動和機械傳動並聯於內燃機和變速器之間，使內燃機產生的功率分兩路傳遞，一部分經過液力變矩器傳遞，一部分由齒輪機構和離合器傳遞。將剛性的齒輪傳動與柔性的液力傳動相結合，使傳動系統在具有柔性的同時又提高了效率。當傳動系統處於分流傳動狀態時， 齒輪傳動機構保證液力變矩器的轉速比為最佳值，強制液力變矩器工作於高效點。本實用新型所述的液力機械複合傳動系統，適用於變載荷工況下的運動和動力的傳遞，主要包括內燃機(1)、齒輪A (2)、齒輪B (3)、離合器(4)、齒輪C (5)、齒輪D (6)、傳動軸(7)、單向聯軸器(8)、變速器(12)、以及由渦輪(9)、泵輪(10)和導輪(11)組成的液力變矩器；齒輪A (2)和齒輪D (6)固定在內燃機(1)的曲軸上；齒輪B (3)與傳動軸(7)通過離合器(4)相連；齒輪C (5)空套在傳動軸(7)上，並與液力變矩器的泵輪(10)固連；齒輪A (2)與齒輪B (3)保持嚙合，齒輪C (5)與齒輪D (6)保持嚙合；傳動軸(7)的左端與離合器(4)相連，右端通過單向聯軸器(8)與變速器(12)的輸入軸相連；渦輪(9)與變速器 (12)的輸入軸固連；當離合器(4)不傳遞力矩時，內燃機(1)產生的功率全部經過液力變矩器傳遞到變速器；當離合器(4)傳遞力矩時，內燃機(1)產生的功率一部分由液力變矩器傳遞到變速器，另一部分功率經過齒輪A (2)、齒輪B (3)、離合器(4)、傳動軸(7)和單向聯軸器(8)傳遞到變速器；當離合器(4)閉合且傳遞力矩時，液力變矩器的轉速比為最佳值，它工作於高效點。傳動軸(7)與變速器輸入軸之間通過單向聯軸器(8)相連，動力只能由傳動軸(7) 傳遞到變速器的輸入軸，不能反向傳遞。當離合器(4)閉合且傳遞力矩時，液力變矩器的轉速比由齒輪機構決定，齒輪機構保證液力變矩器工作於高效點；內燃機曲軸與泵輪(9)繞同一根軸線旋轉時齒輪機構採用行星傳動方式，它們的旋轉軸線不重合時齒輪機構採用定軸傳動方式。本實用新型的優點及積極效果機械傳動具有效率傳動高的優點，液力傳動具有緩衝、吸震、起動平穩的優點，本實用新型將二者有機結合，將液力傳動與機械傳動並聯連接，既保留了液力傳動的柔性，又提高了傳動系統的效率。計算實例表明，當載荷在某一範圍內波動時，本實用新型所述的液力機械複合傳動系統與傳統的傳動方式相比，傳動效率平均提高8. 5個百分點。

圖1普通液力變矩器的效率曲線。圖2綜合式液力變矩器的效率曲線。圖3液力機械複合傳動系統結構示意圖。[0015]圖4內燃機與液力變矩器匹配示意圖。圖5力矩分流示意圖。圖6分流傳動時系統的效率與液力變矩器效率的比較。圖7內燃機產生的功率與輸入變速器的功率隨載荷的變化情況。圖8實施例2。圖9實施例3。
具體實施方式
液力機械複合傳動系統的結構如圖3所示，主要包括以下零部件內燃機(1)、齒輪A (2)、齒輪B (3)、離合器(4)、齒輪C (5)、齒輪D (6)、傳動軸(7)、單向聯軸器(8)、變速器(12)、以及由渦輪(9)、泵輪(10)和導輪(11)組成的液力變矩器。齒輪A (2)和齒輪 D (6)與內燃機(1)的曲軸固連，齒輪A (2)與齒輪B (3)保持嚙合，齒輪D (6)與齒輪C (5)保持嚙合。齒輪C (5)空套在傳動軸(7)上，齒輪C (5)與液力變矩器的泵輪(10)連為一體。傳動軸(7)左端通過離合器(4)與齒輪B (3)相連，右端與通過單向聯軸器(8)與變速器(12)的輸入軸相連。液力變矩器的渦輪(9)與變速器(12)的輸入軸固連。車輛傳動系統中所用的液力變矩器一般不具有透穿性或透穿性很小，外載荷的變化基本不會影響內燃機的工作狀態。對於不具有透穿性的液力變矩器，目前公認的匹配理論是內燃機與液力變矩器匹配的目的是保證液力變矩器的渦輪軸具有最大的輸出功率。 一般的匹配方法如圖4所示，使液力變矩器泵輪的轉矩特性曲線通過內燃機的最大功率
點。圖4中，Is為泵輪傳遞的力矩，I2為內燃機產生的力矩。由圖4可以看出，內燃機工
作於最大功率點時，內燃機的輸出扭矩並非最大值，內燃機的潛力沒有得到充分的發揮。綜合式液力變矩器在轉速比大於偶合點轉速比時具有較高的效率，本實用新型所述的液力變矩器為綜合式液力變矩器。液力變矩器的轉速比為最佳值i*時工作於高效點，其傳動效率最高，本實用新型所述的傳動系統中齒輪B (3)與齒輪C (5)的轉速比等於i*。當離合器(4)閉合且傳遞力矩時，渦輪(9)的轉速與齒輪B (3)的轉速相同，泵輪(10)的轉速與齒輪C (5)的轉速相同，從而保證液力變矩器的轉速比為i*，使它工作於高效點。傳動軸(7)與變速器(12)的輸入軸通過單向聯軸器(8)相連，動力只能由傳動軸 (7)傳遞到變速器(12)的輸入軸，不能反向傳遞。當傳動軸(7)與變速器(12)輸入軸的轉速相同時，傳動軸(7)向變速器輸入軸傳遞動力；當傳動軸(7)的轉速小於變速器(12)輸入軸的轉速時，傳動軸(7)與變速器(12)的輸入軸之間互不約束。在內燃機起動階段，為保證平穩起動，離合器(4)斷開，內燃機產生的功率全部經過液力變矩器傳遞，功率不分流。當內燃機轉速達到額定轉速附近時，離合器(4)閉合。離合器閉合後，齒輪(B)與傳動軸(7)連為一個整體，傳動模式變為分流動模式，由於單向聯軸器(8)的作用，渦輪(9) 的轉速只能大於或等於齒輪B (3)的轉速，液力變矩器的轉速比只能大於或等於i*。離合器(4)閉合後，液力變矩器的轉速比大於i*或等於i*，現分別介紹如下。第一種情況液力變矩器的轉速比大於i*時，渦輪(9)的轉速大於傳動軸(7)的轉速，由於渦輪(9)與變速器的輸入軸連為一體，所以變速器輸入軸的轉速大於傳動軸(7)的轉速，此時
5傳動軸(7)與變速器輸入軸之間互不約束，變速器輸入軸上的動力不能回流至傳動軸(7)， 有效地避免了功率循環。在這種情況下，離合器(4)不傳遞力矩，機械傳動的功率分流為0， 內燃機產生的所有功率都經過液力變矩器傳遞，內燃機處於比較穩定的工作狀態，其轉速為額定轉速。由圖2所示的綜合式液力變矩器的功率曲線可以看出，此時系統傳動效率較高。第二種情況液力變矩器的轉速比等於i*時，內燃機產生的功率分兩路傳遞至變速器的輸入軸，一部分功率經過齒輪D (6)、齒輪C (5)、泵輪(10)、渦輪(9)傳遞至變速器輸入軸，另一部分功率經過齒輪B (3)、離合器(4)、傳動軸(7)、單向聯軸器(8)傳遞至變速器輸入軸。機械傳動和液力傳動的功率分流比例根據載荷的大小自動改變，在這種工作狀態下， 當載荷增大時，內燃機的轉速降低，它的輸出力矩增大，能夠自動適應載荷的變化，使內燃機的潛力充分發揮。液力變矩器泵輪傳遞的力矩與它的轉速的平方成正比，當內燃機的轉速下降時，液力變矩器傳遞的力矩減小，它傳遞的功率相應減少，而由離合器(4)和傳動軸 (7)傳遞的功率增多。通過泵輪傳遞的力矩和通過離合器傳遞的力矩如圖5所示。為防止內燃機熄火，當內燃機轉速下降到一定程度時，就需要對變速器進行換擋操作，使變速器由當前擋位切換到鄰近的低速擋，如果變速器已經處於最低擋位，則需要斷開離合器(4)，經過一定的延時後再使離合器(4)閉合。為說明分流傳動的優勢，本實用新型所述的傳動系統選擇康明斯C8. 3型內燃機和YJ340型液力變矩器為實例進行計算，根據內燃機和液力變矩器特性曲線上部分點的參數值，採用拉格朗日插值求得其它點的參數值。在功率不分流的情況下，設內燃機工作於額定轉速且液力變矩器工作於高效點時系統外載荷為1。當載荷增大時，傳動系統變為分流傳動模式，機械傳動分流的比例隨載荷的增大而增大，隨著分流比的增大，系統傳動效率逐漸提高。在外載荷由1增大到1. 4的過程中，分流傳動系統的效率和液力變矩器的效率變化如附圖6所示。由附圖可以看出，採用功率分流後，系統效率明顯提高，在載荷由1增加到 1. 4的過程中，系統傳動效率平均提高8. 5%。附圖7為外載荷由1增大到1. 4的過程中，內燃機的功率和輸入變速器功率的變化曲線。由圖中可以看出，隨著載荷的增加，內燃機產生的功率逐漸減小，但輸入到變速器的功率並沒有減少。附圖8和附圖9為本實用新型的兩個實施例。附圖8和附圖9所示的方案採用行星齒輪傳動，內燃機曲軸的迴轉中心與泵輪的迴轉中心重合，附圖8中的液力變矩器為正轉液力變矩器，附圖9中的液力變矩器為反轉液力變矩器。
權利要求1. 一種液力機械複合傳動系統，適用於變載荷工況下的運動和動力的傳遞，主要包括內燃機(1)、齒輪A (2)、齒輪B (3)、離合器(4)、齒輪C (5)、齒輪D (6)、傳動軸(7)、單向聯軸器(8)、變速器(12)、以及由渦輪(9)、泵輪(10)和導輪(11)組成的液力變矩器，其特徵在於齒輪A (2)和齒輪D (6)固定在內燃機(1)的曲軸上；齒輪B (3)與傳動軸(7)通過離合器(4)相連；齒輪C (5)空套在傳動軸(7)上，並與液力變矩器的泵輪(10)固連；齒輪A (2)與齒輪B (3)保持嚙合，齒輪C (5)與齒輪D (6)保持嚙合；傳動軸(7)的左端與離合器(4)相連，右端通過單向聯軸器(8)與變速器(12)的輸入軸相連；渦輪(9)與變速器(12) 的輸入軸固連。
專利摘要本實用新型提供一種高效率的液力機械複合傳動系統，適用於載荷經常發生變化的場合，特別適用於工程機械的傳動系統。液力機械複合傳動系統主要由內燃機、液力變矩器、離合器、單向聯軸器、齒輪、變速器等零部件組成。採用功率分流的方法提高系統傳動效率，在分流傳動的狀態下，液力變矩器始終工作於高效點，內燃機產生的功率一部分由液力變矩器傳遞到變速器，另一部分由機械裝置傳遞到變速器。本實用新型將液力傳動和機械傳動的優點相結合，具有適應載荷能力強，傳動效率高的優點。
文檔編號F16H47/06GK202017748SQ201020672020
公開日2011年10月26日 申請日期2010年12月21日 優先權日2010年12月21日
發明者姚進, 李華 申請人:四川大學