具有空檔設置液壓迴路的連續可變液壓傳動裝置的製作方法

2023-04-24 18:27:46 1

專利名稱：具有空檔設置液壓迴路的連續可變液壓傳動裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及液壓機械，尤其涉及能以連續(無級)可變傳動比將動力自一原動機傳輸到一負載的液壓傳動裝置。
背景技術：
在上述美國專利和美國專利申請中，公開了一種液壓機械，它包括一液壓泵組件和一液壓馬達組件，它們相互對置，與一中間楔形旋轉斜盤成軸向對中關係。該泵組件連於一根由原動機驅動的輸入軸，而馬達組件則固定於靜止的機殼。一根與該輸入軸共軸線並按驅動關係和一負載聯結的輸出軸，按力矩耦合關係樞接於旋轉斜盤。當泵組件受原動機驅動時，液壓流體經斜盤中的孔口在泵組件和馬達組件之間被來回泵動。結果，全沿相同方向作用的三個力矩分量施加在旋轉斜盤上，在輸出軸上產生輸出扭矩，以驅動負載。這些力矩分量中的兩個是由旋轉泵組件作用在旋轉斜盤上的一個機械分量和由馬達組件作用在旋轉斜盤上的液壓機械分量。第三個分量是一純粹的液壓靜力分量，是由作用在斜盤孔口的圓周相反端面上的流體壓力引起的差動力產生的，這是斜盤孔口由於斜盤的楔形具有不同的表面積。
為改變傳動比，要改變斜盤相對於輸出軸軸線的角度方位。因為傳動比，即轉速比，是連續可變的，所以原動機能以基本上設定在其最高效率工作點的恆速運轉。1∶0(空檔)傳動比設定省去了離合器。和常規的不同，連續可變液壓傳動裝置，其中液壓流體的流量率隨傳動比增加而成比例增加，因此，最大流量率出現在最高傳動比設定點，在所引用的美國專利和美國專利申請中公開的液壓機械中，該流量率在傳動比範圍的中點達到最大，隨後逐漸減小到1∶1傳動比時的基本上為零。這樣，由液壓流體流量引起的損失減少了，並且在高傳動比時普通液壓傳動裝置惱人的尖叫聲避免了。由於施加在斜盤上的多力矩分量，在輸出速度範圍內的上半部液壓流體流量的減少，以及調節原動機最佳性能輸入的能力，為引用的美國專利和美國專利申請所公開的液壓機械作為高效、安靜、連續可變的液壓傳動裝置應用於車輛驅動系中是特別有利的。
發明概述本發明的目的是改進為上述引用的專利和專利申請中所公開的這種連續可變液壓傳動裝置。
本發明的另一個目的是裝備這種傳動裝置，以確保提高該傳動裝置的運轉控制能力。
本發明的再一個目的是裝備這種傳動裝置以確保能有選擇地操作，當需要突然中止傳動輸出扭矩，諸如當這種傳動裝置應用於車輛驅動系中時的緊急制動情況。
為實現這些目的，本發明的連續可變液壓傳動裝置包括一個殼體；一根以軸頸支承於該殼體中用以自原動機接收輸入扭矩的輸入軸；一根以軸頸支承於該殼體中用以將輸出扭矩傳遞給負載的輸出軸；一個與輸入軸按驅動方式耦合的液壓泵組件；一個固定於該殼體的液壓馬達組件；一個按操作關係配置在液壓泵組件和液壓馬達組件之間的楔形旋轉斜盤，該斜盤包括調節液壓泵和馬達組件之間的液壓流體輸送的孔口，還包括沿直徑對置的高、低液壓流體壓力側；樞接斜盤和輸出軸的聯接器，使作用在斜盤上的力矩耦合於輸出軸；一傳動比控制器，用以調節斜盤圍繞聯接器樞軸軸線的角度方位，以改變傳動裝置的傳動比。一傳動空檔設置液壓迴路與斜盤孔口成流體連通，並能有選擇地操作，使斜盤高、低流體壓力側中的流體壓力大致相等，從而使作用在斜盤上的力矩降到基本為零，而與由傳動比控制器操縱的斜盤角度方位無關。
本發明的其它特點、優點和目的將在隨後的說明中提出，從說明書中會部分地變得明顯，或者通過本發明的實踐可弄清楚。本發明的目的和優點由在下面書寫的說明書和附錄的權利要求書以及附圖中詳細指出的連續可變液壓傳動裝置來實現和獲得。
應當理解，以上總的說明和下面的詳細說明是舉例性的和說明性的，並且意欲按請求保護的範圍對本發明提供進一步的說明。
這些附圖是用來對本發明提供進一步了解的，它們包括在說明書內，構成說明書的一部分，圖示本發明的優先實施例，並和說明書一起，用於解釋本發明的原理。
附圖簡介

圖1是按本發明優先實施例構成的連續可變液壓傳動裝置縱剖面圖；圖2是沿圖12-2線所取的剖面圖；圖3是沿圖13-3線所取的剖視圖。
在所有幾張附圖中，相應的標號指相同的部件。
優先實施例詳述在圖1中，總的以10指示的按本發明優先實施例的連續可變液壓傳動裝置，作為基本部件，包括一殼體12，一輸入軸14和一輸出軸16共軸線地大致按頭尾相接的關係以其軸頸支承於其中。在殼體外部的輸入軸14的一端按驅動關係連於諸如車用內燃機的原動機(未示)，而在殼體外部的輸出軸16的一端按驅動關係連於諸如車驅動輪的負載(未示)。輸入軸14驅動總的以18指示的液壓泵組件18。總的以20指示的液壓馬達組件按與泵組件18軸向相反的關係固定於殼體12。
一楔形旋轉斜盤，總的以22指示，按驅動關係連於泵和馬達組件之間安裝就位的輸出軸16上，並開有孔，以23表示，以調節泵和馬達組件之間被泵送的液壓流體的變化。以24簡略表示的傳動比控制器與斜盤22連結，用來以樞軸為支點調節斜盤相對輸出軸軸線25的角度方位，從而可調節地設定輸入軸速度相對於輸出軸速度的傳動比。按照本發明的特點，傳動裝置10還包括總的以26表示的液壓迴路，它可操作來突然建立輸入軸速度對輸出軸速度的空檔傳動比工況(1∶10)，而與由傳動比控制器24設定的當前的斜盤角無關。現在詳細參照圖1，殼體12包括一蓋30，由一圓周排螺栓(未示)將其固定就位，以封閉殼體的敞開輸出端。輸出軸14穿過殼體，並以軸頸支承於蓋中的中心開口內。輸入軸14的內端開有平底鍃孔，形成圓柱形凹口，以安裝輸出軸16的直徑縮小的內端部。一滾動軸承環32，安裝在該輸入軸凹口內，為輸出軸提供內端軸頸支承。輸入軸14的內端部穿過包括液壓泵組件18的許多活塞的支座34中的孔33。輸入軸和支座孔制有花鍵和花鍵槽、以35表示，這樣，輸入軸和泵活塞支座34成扭矩耦合關係。
若干泵活塞，例如10個，其中兩個總的以36表示，按所引用的專利和專利申請中所公開的方式均勻分布在與輸出軸軸線25同心的一圓周排內。每一泵活塞36包括一活塞頭38，用活節安裝在支柱40的自由端，支柱的另一端制有螺紋，擰入支座34的螺孔內。泵活塞頭38滑動安裝在成一圓周排列的缸筒42內，缸筒在圍繞輸出軸16的圓環形缸體內製出。由於泵活塞頭38用活節安裝在軸向延伸的支柱40的自由端，泵缸體相對於輸出軸軸線25的章動在傳輸作業期間得到調節，這在所引用的美國專利和美國專利申請中有詳細的描述。
再參照圖1，液壓馬達組件20在結構上基本等同於液壓泵組件18。然而，該液壓馬達組件代之以由一圓周排安裝支柱50固定於殼體12上，支柱50的端部制有螺紋，擰入殼座52的螺孔內。活塞頭54以活節安裝在各安裝支柱50的自由端。馬達缸體56形成一圓周排馬達缸筒58，分別以滑動方式安裝馬達活塞頭54。因為馬達組件20由支柱50固定於殼體12，故馬達活塞和缸體56並不轉動，然而，馬達活塞頭54以活節安裝於支柱50調節了傳動作業期間馬達缸體的章動(旋進)運動。
和在圖1中還看到的，輸出軸16向右穿過封閉傳動裝置10輸出端的殼座52中的中心開口。斜盤22在泵組件18和馬達組件20之間的工作位置上用橫銷60按驅動關係連於輸出軸16。銷60的軸線垂直於輸出軸軸線25，構成斜盤22的樞軸線，以適應由傳動比控制器24產生的斜盤角度方位相對於輸出軸軸線25的傳動比變化調節。該控制器只是被簡略地表示，因為它可採取各種多樣的形式，例如從所引用的專利和專利申請中看到的。
斜盤22包括一個與泵缸體44的面63成直接滑動接觸的輸入面62和一個與馬達缸體56的面65成直接滑動接觸的輸出面64。斜盤22的輸入和輸出面以一銳角相互定向，形成斜盤的楔形。共同參照圖1和3，斜盤輸入面和輸出面制有一對軸向對準的沿直徑對置的半圓形環表面凹穴70、72。凹穴70、70和72，72經斜盤孔口23成流體連通。泵缸42經泵缸體44中的相應開口43和斜盤輸入面62上的凹穴70、72成流體連通，而馬達缸58經馬達缸體56中的開口59和斜盤輸出面64上的凹穴70、72成流體連通。
回到圖1，盤74連於殼12的下部，形成盛裝液流體77的油池76。配置在油池中且偏離輸入軸通常由驅動連接件(未示)驅動的油池泵78經管道80泵送和補充液壓流體至圓形腔82，圓形腔設在固定於殼體52的圓形管道件83內。三個馬達安裝支柱50，以儘量接近120°間隔進行角度定位，給出了馬達活塞個數，這些支柱設有軸向通孔51，跟殼座52內的軸向通道84和管道件83內的通道85連通，通至腔82。單向止回閥86安裝在殼座52內，以確保液壓補充流體僅沿箭頭87的方向，經這三個流體連接件自腔82至通道85，84和51經馬達活塞54內的孔口55流入相關馬達缸58內。
在傳動作業期間，當泵活塞36和氣缸42自楔形斜盤22的最薄點圍繞其沿直徑方向相反的最厚點旋轉時，相關泵缸的容積逐漸減小，其中的液壓流體被加壓。此時這便是斜盤的高壓側或泵壓側，設想它被軸向對置的斜盤表面凹穴72所佔有，在圖3中表示出一個凹穴。
在泵活塞和泵缸自斜盤的最厚點轉到最薄點時，泵缸的容積逐漸擴大。這被認為是由表面凹穴70佔有的斜盤低壓側或負壓側。當斜的低壓側與三個馬達活塞中的任何一個軸向對準時，而這些活塞的安裝支柱50包含軸向孔51，由於油池泵70的回油泵送流體壓力超過斜盤低壓側內的流體壓力，此時相關的止回閥86打開，以允許補充液壓流體自腔82流入相關的馬達缸58內。由於這三個開有軸向孔的馬達活塞安裝支柱大致相隔120°，因此，至少一個支柱總是與斜盤22的低壓側對準，以確保該傳動永不缺乏補充液壓流體。當這些開有軸向孔的馬達活塞安裝支柱與斜盤的高壓側對準時，止回閥86關閉，以便使油池泵78的低壓回油泵送流體壓力與斜盤高壓側中的高壓傳動操作流體壓力隔離。
共同參照圖1和2，空檔設定液壓迴路26包括三個液壓迴路支路90，它包括在殼座52內的三個成角度間隔的徑向通道92，其內端分別通入在止回閥86下遊的三個端座軸向通道84。每一支路90經等效的單向止回閥96連於一共有的流體管道94。以允許液壓流體僅按箭頭97指示的方向流動。流體管道94連於電磁閥100的輸入口98。該閥的輸出口102由流體管道104接回到處於油池76的大氣壓力下的殼體12的內部。
電磁閥100包括一閥柱106和一閥杆108，閥杆由壓簧110向上動作，將閥柱偏置到非作用位置，如虛線所示。可以看到，在閥柱106處於虛線所示的非作用位置情況下，閥進口98和出口102未被堵塞，這樣，使液壓支路90和油池的大氣壓力相通。此時，斜盤22高、低壓側中的流體壓力等於大氣壓力，而由液壓泵和馬達組件施加於斜盤上的液壓力矩分量基本上降至零。因此，空檔速比工況施加於傳動裝置10上，而與由控制器24設定的傳動比(斜盤角)無關。由於傳動裝置10完全卸壓，所以由旋轉泵缸座44施加於斜盤22上的機械力矩分量是極小的，而液壓和液壓-機械力矩分量基本為零，當電磁閥100處在其非作用位置時，獲得1∶0的傳動比工況。
為允許正常的傳動作業，電磁線圈112繞於閥杆108的周圍，並接入包括一電流源114和控制單元116的電驅動迴路，該控制單元可簡單地取操作者控制開關的形式。只要使該開關保持閉合，電磁線圈112便會通電，將閥柱106退回到其阻塞進口98的實線起作用位置。現在可由液壓泵和馬達組件對傳動裝置加壓，在斜盤22的高、低壓力側內重新建立正常的操作流體壓力，此時，輸出軸16按傳動比設定重新由控制器24驅動。注意止回閥96隔離了暴露於空檔設定液壓迴路26的斜盤高、低壓側。可以理解，把電磁閥100的非作用位置設為空檔設定的閥位置，會使該空檔設定的液壓迴路無故障。這就是說，在電氣故障的情況下，空檔傳動比設定便施加於傳動裝置。
雖然公開了電磁驅動控制閥，應當理解，其它的流體閥型式，諸如液壓驅動控制閥可用於本發明的實踐中。此外，不是一個控制閥為所有三個液壓迴路支路90所共用，而是在每一液壓迴路支路中包括一個單獨的控制閥，在此情況下，多個控制閥將並聯地起作用和不起作用。雖然最好把空檔設定液壓迴路26和油池泵補充流體迴路引入到傳動裝置的輸出端和非轉動液壓馬達組件，以接通斜盤的高、低壓側，這種接通必須通過傳動裝置的輸入端和液壓泵組件，然而，這種替代方法由於液壓泵組件是連續轉動的而變得複雜。
顯然，精通本技術領域的人們可以對本發明的連續可變液壓傳動裝置作出種種修改和變更而不背離本發明的精神。因此，本發明的保護範圍要包括其種種修改和變更，只要它們處在所附權利要求書及其等同物的精神範圍內。
權利要求
1.一種連續可變液壓傳動裝置，包括一個殼體；一根以軸頸支承在該殼體內以接收來自原動機的輸入扭矩的輸入軸；一根以軸頸支承於該殼體內將輸出力矩傳遞給負載的輸出軸；一個按驅動關係耦合於輸出軸的液壓泵組件；一個固定於殼體的液壓馬達組件；一個按操作關係安裝在液壓泵組件與液壓馬達組件之間的旋轉斜盤，包括調節液壓泵組件和液壓馬達組件之間的泵送液壓流體輸送的孔口，還包括沿直徑相對的高、低液壓流體壓力側；一個將斜盤樞接於輸出軸，從而將作用於斜盤的力矩耦合於輸出軸的連接器；一個調節斜盤圍繞連接器樞軸線的角度方位以改變傳動裝置傳動比的傳動比控制器；一個傳動裝置空檔設定液壓迴路，和斜盤孔口成流體連通，可選擇性地操作，使斜盤高、低流體壓力側中的流體壓力基本相等，從而使作用於斜盤上的力矩降低到大致為零，而與由傳動比控制器設定的斜盤角度方位無關。
2.按權利要求1限定的連續可變液壓傳動裝置，其特徵在於該空檔設定液壓迴路包括至少第一和第二液壓流體迴路支路，基本連續交錯與斜盤高、低流體壓力側保持基本連續交替的流體連通；包括一空檔設定流體控制閥的流體閥系可選擇性地操作，將第一和第二液壓流體迴路支路連到共同的流體低壓源。
3.按權利要求2限定的連續可變液壓傳動裝置，其特徵在於還包括一個液壓流體油池，構成共同的流體低壓源。
4.按權利要求3限定的連續可變液壓傳動裝置，其特徵在於還包括一個油池泵，配置在油池中，與斜盤的低壓流體側成流體連通。
5.按權利要求3限定的連續可變液壓傳動裝置，其特徵在於還包括一個配置於油池中的油池泵；至少第一和第二流體連接件，用以基本連續地將油池泵連通到斜盤的低壓流體側；分別包括在第一和第二流體連接件內的第一和第二單向止回閥；其中，第一液壓流體迴路支路包括一個第三單向止回閥，在第一止回閥下遊位置上連入第一流體連接件；其中，第二液壓流體迴路支路包括一個第四單向止回閥，在第二止回閥下遊位置上連入第二流體連接件。
6.按權利要求1限定的連續可變液壓傳動裝置，其特徵在於該斜盤包括沿直徑方向相對的第一和第二半圓環形表面凹穴，與斜盤孔口成流體連通，第一表面凹穴僅次於斜盤的低壓流體側，而第二表面凹穴位於斜盤的高壓流體側；該傳動裝置還包括一個液壓流體油池；一個配置在油池中的油池泵；成角度間隔的第一、二、三流體連接件，用以在油池和斜盤低壓側之間經過第一、二、三流體連接件中的至少一個連續地形成流體連通；分別包括在第一、二、三流體連接件內的第一、二、三單向止回閥，用於切斷油池泵和斜盤高壓流體側之間的流體連通，其中空檔設定液壓迴路包括在第一、二、三止回閥下遊分別接入第一、二、三流體連接件內的第一、二、三流體迴路支路，使第一、二、三流體迴路支路中的至少一個支路與斜盤的低壓流體側保持連續的流體連通，而這些支路中的另一支路與斜盤的高壓流體側保持連續的流體連通；分別包括在第一、二、三流體迴路支路中的第四、五、六單向止回閥；一個共同連於第一、二、三流體迴路支路的空檔設定流體控制閥，可選擇性地操作來同時將第一、二、三流體迴路支路接通到油池。
7.按權利要求6限定的連續可變液壓傳動裝置，其特徵在於該液壓泵組件包括一個由輸入軸按驅動關係耦合轉動的支座；由各自的固定件沿一圓周排安裝在支座上的多個泵活塞；形成一圓周排泵缸的一個泵缸體，泵活塞分別可滑動地安裝於泵缸體中，該泵缸體包括一些開口，在泵缸和斜盤孔口之間形成流體連通；該液壓馬達組件包括一個固定於殼體的支座；由各自的固定件沿一圓周排安裝在支座上的多個馬達活塞；形成一圓周排馬達缸的一個馬達缸體，馬達活塞分別可滑動地安裝在馬達缸中，該馬達缸包括一些開口，在馬達缸和斜盤孔口之間形成流體連通，三個馬達活塞固定件其有各自的第一、二、三流體通道，它們分別包括在第一、二、三流體連接件內。
8.按權利要求7限定的連續可變液壓傳動裝置，其特徵在於該流體控制閥包括一個切斷第一、二、三流體迴路支路的起作用的閥位置和一個將第一、二、三流體迴路支路通至油池的不起作用的閥位置，該空檔設定液壓迴路還包括一個操作者控制器，用以將流體控制閥驅動到起作用的閥位置，以允許在斜盤上產生液壓力矩，並將流體控制閥釋放到其不起作用的閥位置上，使作用在斜盤上的液壓力矩降到大致為零。
9.按權利要求8限定的連續可變液壓傳動裝置，其特徵在於該流體控制閥是一電磁閥，而操作者控制器包括一個開關，用以開、閉電磁閥的電驅動迴路。
全文摘要
連續可變液壓傳動裝置包括軸向對中的輸入軸14和輸出軸16,它們以軸頸支承於傳動裝置殼體(12)內,分別與原動機和負載耦合。輸入軸(14)驅動液壓泵組件(18),而液壓馬達組件(20)固定於傳動裝置殼體(12)上。一楔形斜盤(22)按操作位置樞接在輸出軸(16)上,以調節泵組件(18)和馬達組件(20)之間的加壓液壓流體的交換。一控制器(24)被耦合來調節斜盤(22)相對於輸出軸軸線(35)的角度方位,從而設定傳動比。接入液壓馬達組件(20)的液壓迴路(26)可選擇地操作,使斜盤(22)的高、低流體壓力側和大氣相通,於是施加了空檔傳動比工況,而與由控制器(24)設定的傳動比無關。
文檔編號F16H39/10GK1203652SQ96198822
公開日1998年12月30日 申請日期1996年7月31日 優先權日1995年10月16日
發明者R·F·拉金, D·M·普爾瑟爾 申請人:通用動力防衛系統公司