自動傳動裝置的製作方法
2023-06-13 23:39:06 2
專利名稱：自動傳動裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在權利要求1的前序部分中所述的自動傳動裝置。本發明還涉及一種這種自動傳動裝置的用途。
這種傳動裝置用於馬達驅動的交通工具例如小型或大型汽車、下面的卡車，用在大型和小型船中，用於兩輪交通工具以及用在許多需要能量傳送的工業上的連接機構中。這些傳送裝置在與只在狹窄範圍的轉速範圍內工作良好的發動機結合中尤為重要，該發動機通常為汽油發動機。
普通的自動傳動機構根據幾個變化的控制參數利用在自動離合機構的作用下相互嚙合和脫離的不同尺寸齒輪來傳遞能量。這些控制參數可以包括發動機的轉速、在插入傳動裝置的軸和/或離開傳動裝置的軸上的功率(扭矩)以及對於汽油發動機而言在化油器中的真空等。最近已經研製出一種所謂的「靈敏」傳動裝置，該裝置根據許多不同參數起作用，因此該裝置能夠根據相關的條件更「正確」地起作用。
但是，對於已知自動傳動裝置所共同的是，它們都包括帶有電子設備的昂貴且易損壞的控制系統。它們製造成本高並且由於許多不同的機械和電子部件可能損壞或失效所以它們維修費用昂貴。
另外這些傳動裝置還有一個缺點在於，它們從輸入到輸出軸上具有相對較高的效率損失。
本發明還有一個目的在於提供一種自動傳動裝置，該裝置不依賴於複雜或易損壞的電子器件，而且該裝置仍然能夠有效地適用於各種條件，從而馬達可以以常規轉速並且在常規的阻力(負載)下工作。
本發明還有一個目的在於提供一種外徑較小且重量輕的自動傳動裝置。
本發明還有一個目的在於提供一種效率損失較低的自動傳動裝置。
本發明還有一個目的在於提供一種自動傳動裝置，該裝置具有更少的可能磨損的可動部件。
通過根據本發明的自動傳動裝置可以實現上述目的，該裝置具有權利要求1所限定的特徵。
本發明的優選實施方案由從屬權利要求所限定。
根據本發明的傳動裝置的具體用途由權利要求9限定。
優選實施方案的詳細說明
圖1顯示出根據本發明的傳動裝置，該裝置包括通過所述馬達由軸C驅動的主液壓泵1(在圖1上所示為一種簡單風扇)，所述泵設置成使液壓油通過迴路循環。循環油根據壓力以這樣方式驅動可變數量的副泵21-24(所示為簡單風扇)，從而在它們側面上的這些油採用隨著壓力變化的齒輪傳動比來驅動輸出傳動軸，實際上是採用恰好嚙合在相關位置處的副泵21-24的數目。
實際上，傳動裝置設置在基本上為圓柱形的外殼7中，該外殼具有設置在中心的活塞3，該活塞可以克服來自相對較大的螺旋彈簧4的阻力被迫向後有限的路程。在相對於所述主液壓泵的所述活塞的另一側上設有輸出傳動軸6。同心設置在該活塞周圍上的許多較小的副液壓泵21-24設有連接在它們後面上的齒輪211、221、231、241，所述齒輪連續地與輸出傳動軸6上的齒輪5嚙合。原則上這些副液壓泵的每一個構成檔位(變速比)。每個副液壓泵在利用由相應的螺旋彈簧213、223、233、243的幫助下的相應的閥門212、222、232、242關閉，每個彈簧具有與所有其它螺旋彈簧不同的阻力，從而副液壓泵的所有閥門在不同的壓力下打開和關閉。在下面，指數「n」用來表示任意選擇的泵、閥門、彈簧或齒輪。直到壓力變得高到足以使得相應副泵打開，否則液壓油不會以有助於動力傳遞的方式流過泵。但是，在每個泵的後面上靠近其齒輪2n1的位置處設有「盲道」2n4(圖2和圖5)，從而使得油能夠以這樣的方式流過泵，即它可以在任何時刻以假定的速度被動地跟隨傳動軸，這將在下面將參照圖5作進一步地說明。
當傳動裝置在自由齒輪中時，油只是在沒有包括任何副泵的外部迴路9a、9b中循環。只要迴路9a、9b保持打開，則在主泵和副泵之間的空間A中將不會建立任何壓力。
在工作一開始時，外部迴路中的閥門10關閉，參見圖1和3，從而壓力開始在主泵1和設在中心的活塞3之間建立並且作用在關閉用來使油通過副泵壓出的每一個閥門2n2上。圖3顯示出壓力仍然不足以使任何閥門打開的狀態，同時作用在閥門2n2上的箭頭表示壓力建立已經起動。在圖3中，省略了與圖2的內容相同的標號。當壓力增加時，閥門212、222、232、242(圖1)開始一個接一個地打開，這樣使得油能夠從中通過。按照液壓泵所設計的方法，在通過的油量和它們轉動之間存在固定的比率。根據在輸出傳動軸上的阻力，因此壓力必須足以使所有副閥門在輸出傳動軸開始轉動之前並且在車輛(如果在車輛中使用了該傳動裝置的話)開始運動之前打開。
圖4大致地顯示出後退齒輪是怎樣通過開關機構11設置在流動通道9a中的，從而與普通操作相比使得油沿著相反的方向流動並且穿過副液壓泵2n中的一個或多個。通過這種機構，從而閥門2n2完全被繞過。如果要求後退齒輪應該與最低的向前齒輪一樣低的話，則開關機構必須與所有副泵21-2n相連。
在下面的示例中，假定在機動車輛例如私人汽車中設有該傳動裝置。當所有副泵的閥門打開時，則傳動裝置處於第一齒輪中。油將流過所有的泵，從而所有泵有助於推動剩下的軸。在軸上的動量因此較大。當將油分配給幾個泵時，在每個泵中的流速將相對較低並且在這些泵後面處的齒輪將相應較慢地轉動。在該傳動裝置上對於其它而言低速和大動量是低速齒輪的典型特徵。
當輸出傳動軸上的阻力有些降低時，副泵的具有最高螺旋彈簧力的閥門將關閉。由主泵泵送出的油流過的面積將更小，並且通過剩餘打開泵的流速將相應增加。這意味著具有最高螺旋彈簧力的閥門的關閉與從最低檔位到第二檔位的換檔相對應。當在輸出傳動軸上的阻力中等(不是爬坡)的情況中並且以中等速度驅動時，這將一直持續到副泵的最後一個閥門關閉。如果加速器被充分地推動或正在爬坡的話，則在輸出傳動軸上的增加的力以及在輸出傳動軸上增加的阻力將導致壓力增加，這會使得更多的閥門(至少一個)再次打開，這與換檔到更低的檔位(比率)對應。
圖5a顯示出處於關閉狀態中的任意副液壓泵的閥門2n2和螺旋彈簧2n3，其中由箭頭所示的油流從盲道2n4流到泵(未示出)並且在它進入的相同側面上離開。這不會影響在該系統中任何地方的壓力，並且呈現出所示泵被動地跟隨著輸出傳動軸6的狀態。當在主副泵之間的空間中出現壓力升高時，如在圖5b中所示閥門2n2將在特定的壓力下向後移動(向右)。在所示的狀態中，由於較短的運動閥門將關閉這兩個通道。但是副泵(在圖5b中未示出)仍然轉動並且將在閥門繼續打開時從閥門的背面將油抽出，並且通過這時的這個運動，閥門2n2將開始讓一些油從空間A中進入，同時盲道完全關閉。當閥門完全向後移動時，貫穿管道的整個橫斷面打開，因此油可以從中不受阻礙地流動。在輸出傳動軸6上，在所述泵從它簡單地跟隨輸出傳動軸6的被動狀態切換到它進行驅動所述軸的主動狀態時，會注意在輸出傳動軸6上向下軟切換到低速檔時的變化。
圖6顯示出根據本發明的傳動裝置的可選實施方案。輸入主液壓泵1和幾個輸出副液壓泵21、22或23(在所示的實施方案中的三個副泵)基於相同的總體原理。與圖1-5中所示的實施方案的主要差別在於，副閥門不會克服來自各個螺旋彈簧的阻力打開，因為閥門功能完全由設在中心的活塞3的位置所控制。該活塞根據在空間A中的壓力以及活塞3的隨後位置使管道打開通向0、1、2或3副泵。因此，要理解的是，因為在活塞3移動的缸體表面中設有通向管道的入口，所以該實施方案沒有包括任何副閥門，從而活塞自身構成閥門功能。雖然在圖6中沒有顯示出，但是對於該實施方案而言可以設有具有圍繞著活塞3的缸體的圓周面同心布置的副泵的外部結構。
對於用於私人汽車的傳動裝置而言，只要副泵的各個螺旋彈簧其尺寸按照常規設計，則一般來說四個副泵將完全可以滿足需要。對於小船而言，一般來說更少的檔位就足夠了。另一方面，如果對於船而言設置四個檔位的話，則在推進器的選擇方面將可以獲得更高的自由度，因為齒輪箱將更能根據條件適應輸出傳動軸的速度。因此，當對於汽車使用更多的齒輪變速比時，可以將相同的傳動裝置應用在具有不同尺寸和馬達功率的型號上。
進一步的特徵還在於，活塞3設置在緊密封閉的缸體中心並且連接在螺旋彈簧4上，其阻力即使在油壓足以打開副泵的所有閥門的時候也足以將活塞從被一直向後推的狀態拉回，活塞3例如在加速器被不注意向下推時將能夠暫時存儲能量。因為該能量「存儲」在螺旋彈簧4中所以它不會丟失並且在壓力下降到較低的水平時通過輸出傳動軸6再次釋放。活塞3在其中移動的缸體在兩個端部中打開，從而整個體積可用於油而與活塞3的位置無關。活塞3和螺旋彈簧4的存在還使得系統工作得「更柔性」，例如在起動時，因為任何壓力的急劇變化首先被螺旋彈簧4吸收並且之後不久一旦這些副液壓泵21-2n開始打開壓力就以彈性方式傳送給它們中的一個或多個。由於液壓流體不具有任何可壓縮性，所以最好包括這樣一種布置，該布置有助於沒有任何損失地彈性地傳送能量。這種活塞的存在構成一種作為傳動裝置自身的整體部分的離合機構。
可以通過在空間A中故意建立高壓來獲得活塞3和螺旋彈簧4的額外效果，同時剎車防止輸出傳動軸轉動。然後螺旋彈簧被壓回額外的距離，並且當剎車鬆開時，可以觀察到明顯超過電機功率的動量效果，該動量可以用來從靜止的狀態額外快速地進行加速。
通過改變尺寸並且主要是改變為閥門提供關閉力的每個螺旋彈簧的阻力，從而可以分別將該傳動裝置應用在大型和小型輸出(例如，大/小汽車)上。對於特定的需要，還可以改變在每個副泵上的齒輪的尺寸。對於正常情況來說，它們可以都具有相同的尺寸，因為決定這種傳動裝置的齒輪比主要不是齒輪的尺寸，而是油流過當前活動的副泵的速度。
必要時並且根據需要，通向各種副泵的管道也可以做成具有不同的橫斷面以便獲得與已經另外得到的不同的齒輪比。如果例如需要非常低的第一齒輪的話，即輸出軸應該以特別低的速度轉動，則對於其閥門在最高壓力下打開的副泵而言可以與液壓泵2n(max)的相應應用一起使用更大橫斷面的管道和閥門開口，從而與其它副液壓泵相比該泵每次循環可以讓更多的油通過。通過對於不同齒輪211、221、…和2n1而言採用不同的齒數從而也可以獲得相應的效果。
用於將油壓給副泵2n的閥門的打開和關閉運動在這些閥門分別打開和關閉在副泵的後面上用於油的所謂「盲道」時具有雙重功能。油總是流過副泵，或者在泵用作驅動在泵的輸出側上的齒輪的馬達時，從前側流向後側；或者當泵被動地跟隨輸出軸時從背面流進並且在背面流出穿過「盲道」。當油流進盲道時，入口和出口都在副泵的輸出側/背面上，這表示這些流體不會有助於由主泵建立的壓力的任何改變。就是這個特徵允許這樣的簡單布置，副泵2n的齒輪2n1和輸出傳動軸上的齒輪5不再需要相互嚙合。該機構形成本發明的一個方面，這方面使得外部離合器機構是多餘的，該方面自身構成這種傳動裝置的新特徵。
在不脫離本發明的範圍下針對上述實施方案可以做出不同的改進。這種改進可以包括用密封設置在貫通缸體中的柔性織物或「氣泡」代替設置在中心的活塞3。當在主泵的側面上建立了壓力時，「氣泡」將沿著相反的方向鼓起到也由材料的柔性決定的程度上。這種解決方案首先適合用在這樣的用途中，其中由傳動裝置傳送的力相對較小。
另外副液壓泵2n的一個或多個齒輪可以用棘輪型齒輪來代替，該齒輪只抓住一個方向並且沿著另一個方向自由旋轉。這種棘輪齒輪能夠沿著一個方向驅動另一個齒輪，但是如果另一個齒輪開始更快地轉動時，棘輪齒輪將在其軸上旋轉。在沒有向其上安裝著該棘輪齒輪的軸提供任何能量的情況下，只有該齒輪的齒輪邊緣將跟隨在輸出軸上的齒輪5，同時相應的副液壓泵將不工作。由於當前被動泵不工作，所以它們不會引起傳動裝置的任何效率損失。當相應閥門在壓力增加之後再次打開時，棘輪齒輪將再次開始轉動並且有助於驅動在輸出傳動軸上的齒輪5。從而進行到更低齒輪的換檔。通過使用棘輪齒輪，從而沒有必要有與副泵的閥門相連的盲道，因為允許它們停止。象這樣的閥門功能從而也可以通過齒輪的這種設計被簡化。
如上所述的傳動裝置具有以下特性和優點它具有較少的可動部件以及較少的可能磨損並需要維護的部件。
它比傳統傳動裝置相比效率損失更少，通常少2-5％。
它使得離合器的使用是多餘的，作為新傳動裝置的「邏輯」部分。
換檔是無噪音的並且幾乎不可察覺。
該系統氣密地密封並且用油自潤滑。
它不需要電子器件或電纜來操作。
尺寸小重量輕。
製造成本低。
即使上述實施方案主要涉及傳動裝置在汽車中的應用，但是應該理解的是，上述應用的優點和改進具有很大通用性，並且並不與某些特定的應用領域相關。即使在離汽車領域較遠的鑽頭夾盤領域中，根據本發明的傳動裝置的自動切換到更低齒輪比的優點也是有利的，例如在輸出傳動軸上的阻力急劇上升時。
該說明書可以說明用於工業用途的傳動裝置，其他它必須在變化的條件下傳送能量，並且一些傳動裝置已經採用了目前的技術。
對於大部分目的而言，可以只使用一個主液壓泵。在對可靠操縱方面的考慮大過低成本等的考慮的情況中，就不需用任何裝置來防止並聯連續工作的兩個泵的布置或者在另一個失效時嚙合一個具有夾具的泵的情況。
權利要求
1.自動傳動裝置，其特徵在於，它包括至少一個設置成由電機驅動的主液壓泵(1)，所述主泵(1)設置成驅動至少兩個與輸出傳動軸(6)機械相連的副液壓泵(21-2n)；副液壓泵，其設置用於當在主泵和副泵之間的封閉空間(A)中由主泵產生出的液壓達到對於各個副泵(分別為21、22和…2n)而言不同的預定數值時主動驅動所述輸出傳動軸。
2.如權利要求1所述的自動傳動裝置，其特徵在於，每個副液壓泵通過來自壓在鄰接閥座的閥門(212-2n2)上的螺旋彈簧(213-2n3)的機械彈簧阻力而被關閉，直到來自主泵(1)的壓力高到足以克服來自所述螺旋彈簧的阻力，副液壓泵(分別為21、22和…2n)具有在相互不同的壓力下打開的單獨適用的彈簧(分別為213、223和…2n3)。
3.如權利要求1或2所述的自動傳動裝置，其特徵在於，所述副液壓泵(21、22、…2n)都具有相應的用於油的盲道(214、224、…2n4)，從而使得它們能夠在它們沒有主動驅動所述軸時被動地跟隨輸出傳動軸(6)。
4.如權利要求1或權利要求2所述的自動傳動裝置，其特徵在於，所述副液壓泵(21、22和…2n)裝配有棘輪齒輪，這些棘輪齒輪使得它們能夠在它們沒有主動驅動所述輸出傳動軸(6)時停止。
5.如權利要求2所述的自動傳動裝置，其特徵在於，在主泵(1)和副液壓泵(21-2n)之間的空間(A)還包括克服相對較強的螺旋彈簧(4)以有助於在空間(A)中保持平衡的壓力的活塞裝置(3)，從而給予該能量傳動裝置靈活性並且使得壓力能夠在大範圍內變化同時確保利用副液壓泵(21-2n)彈性地且沒有效率損失地將能量傳遞給輸出傳動軸(6)上同時避免高瞬時負載。
6.如權利要求5所述的自動傳動裝置，其特徵在於，所述活塞裝置(3)還用作一個閥門，用於所述副泵(21-2n)中的至少一些，用於相互布置的相關副泵(21、22…2n)中的每一個的閥門開口設置在活塞(3)在其中運動的缸體中。
7.如權利要求5所述的自動傳動裝置，其特徵在於，活塞裝置(3)由柔性強薄膜或氣泡(未示出)代替，這些薄膜或氣泡將根據空間(A)中的壓力沿著輸出傳動軸(6)的方向或多或少地凸起。
8.如權利要求1所述的自動傳動裝置，其特徵在於，它包括許多與所要求的齒輪比數目相對應的副液壓泵(21-2n)。
9.一種由權利要求1所述的傳動裝置的用途，對於私人汽車而言該傳動裝置包括主液壓泵(1)和四個副液壓泵(21-24)。
全文摘要
自動傳動裝置，它包括至少一個設置成由電機驅動的主液壓泵(1)，所述主泵(1)設置成驅動至少兩個與輸出傳動軸(6)機械相連的副液壓泵(文檔編號F16H61/40GK1395662SQ01804046
公開日2003年2月5日 申請日期2001年1月24日 優先權日2000年1月24日
發明者卡伊·湯米·賴納特森 申請人:卡伊·湯米·賴納特森