具有安裝旋轉斜盤缸體的連續變速液壓靜力傳動裝置的製作方法
2023-05-17 07:32:51 3
專利名稱：具有安裝旋轉斜盤缸體的連續變速液壓靜力傳動裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及連續變速液壓靜力傳動裝置，尤其涉及採用楔形旋轉斜盤的這種傳動裝置。
背景技術：
由所引用的共同未決的諸申請中所公開的連續變速液壓靜力傳動裝置包括相對於中間楔形旋轉斜盤對置設置和軸向對準的液壓泵組和液壓馬達組。泵組與由原動機傳動的輸入軸連接，馬達組裝在固定的機殼上。與輸入軸共軸的輸出軸與一負載作傳動連接而與斜盤樞接。在原動機傳動泵組時，液壓流體通過斜盤在泵組和馬達組之間被來回泵汲。這樣，全沿相同方向作用的三個轉矩分量就施加在該旋轉斜盤上在輸出軸上產生輸出轉矩以驅動負載。三個中的二個轉矩分量為由旋轉泵組作用在斜盤上的機械分量和由馬達組作用在斜盤上的液壓機械分量。第三個分量為純液壓分量，這是由作用在一些沿周邊對置的斜盤開孔端面上的流體壓力所造成的不同力產生的，這些開孔端面由於斜盤呈楔形而具有不同的面積。
為改變傳動比，斜盤相對於輸出軸軸線的角度取向通過傳動比控制器予以改變。由於傳動比、也就是輸入軸轉速對輸出軸轉速之比、是在1∶0和1∶1之間連續可變的，原動機基本上可在效率最高的工作點上作恆速運轉。由於傳動比可調到1∶0(空檔)，這就可不再使用離合器。如在引用的申請08/342,472中所述，斜盤可定位到超越1∶0傳動比設定的角度方位，以便產生有限的反向無級變速傳動，並可定位到超越1∶1傳動比設定的角度方位，以便產生有限的無級變速的超速範圍。顯然，不用反向齒輪機構就可進行反向傳動。
在普通的連續變速液壓靜力傳動裝置中，液壓流體流量隨傳動比的增高作相應增大，使最大的流量產生於最高的設定傳動比，與此不同，在引用的申請所述傳動裝置中，流量在比值範圍的中點達到最大值，然後大體上逐漸降到傳動比設定為1∶1下的零值。因此，由液壓流體流動造成的損失得以減小，克服了普通液壓靜力傳動裝置在高傳動比下的缺點。由於作用在斜盤上的是多轉矩分量、在上半部輸出轉速範圍內液壓流體流量下降和原動機在其最佳工作點上或其近處作輸入操作的適應能力，引用的美國專利申請所述液壓裝置可特別有利地用作機動車傳動系中高效、平穩而連續變速的液壓靜力傳動裝置。
為便於通過斜盤的角度取向作無級變速傳動比的設定，將與斜盤對置表面作滑動面間壓緊接合的液壓泵組和馬達組的缸體組安裝在與輸出軸軸線同心的大型球形支座上。球形支座可使泵和馬達缸體組在傳動中單獨地章動；章動的幅度取決於斜盤接觸面的傾斜角度，此傾斜角度又取決於設定傳動比的斜盤角度取向。使裝在缸體組缸體內作軸向固定的活塞起有液壓流體泵汲作用的是泵和馬達缸體組的章動。由於泵和馬達缸體組的球形支座位於斜盤相對兩側而與斜盤和輸出軸的擺動連接點成軸向位移關係，缸體組章動中心和斜盤改變比值的擺動中心就沿輸出軸軸線位於三個軸向位移的點上。
一個重要的操作要求是使缸體組和斜盤相互作用的液壓作用力達到必需的平衡度，從而使泵和馬達缸體組持續地基本保持與斜盤面部的流體密封面間接合。難以達到這一要求的原因是上述泵和馬達缸體組的章動中心是軸向位移的，除了使斜盤兩個面部的傾斜角度相等的這一設定的傳動比外，缸體組作用在斜盤上的力都是不等的。因此，為了保持所需斜盤角度取向(為了設定傳動比)必須平衡作用在斜盤上的合成力矩，為了經過一傳動比範圍(轉速範圍)改變斜盤的角度取向(為了變速)必須克服此力矩。可惜的是這一作用在斜盤上的合成力矩是變化的，取決於液壓壓力、斜盤角度(傳動比)和各種其他幾何條件，並達到了相當大的量值。傳動比控制器因而必須在斜盤上作用足夠大的力才能可靠地設定傳動比和改變傳動比。因此，傳動比控制器必須是強力而相當堅實的，也就在傳動殼體內佔用相當大的空間。
發明概述本發明的目的是提供一種改進的如引用的美國申請中所述那種連續變速液壓靜力傳動裝置。
本發明的另一目的是提供一種改進的上述這種液壓靜力傳動裝置，但明顯地減輕了液壓作用力平衡上的缺點。
本發明的再一個目的是提供一種改進的上述這種液壓靜力傳動裝置，但明顯地降低了對設定和改變傳動比的力度要求。
本發明的目的可通過提供以下這種連續變速液壓靜力傳動裝置來實現，這種裝置具有一輸入軸，用以從一原動機接收輸入轉矩，具有一第一軸線；一輸出軸，用以將輸出轉矩傳給一負荷，具有一第二軸線；一殼體，支承輸入軸以便繞第一軸線旋轉，支承輸出軸以便繞第二軸線旋轉。一液壓泵組與輸入軸連接以便繞第一軸線旋轉，並具有若干分別在若干泵缸體內工作的泵活塞，泵缸體分別與一第一構件平面上的開口作流體連通。一液壓馬達組固定在殼體上無旋轉，並具有若干分別在若干馬達缸體內工作的馬達活塞，馬達缸體分別與一第二構件平面上的開口作流體連通。一環形旋轉斜盤與輸出軸作驅動連接並繞一擺動軸線擺動，擺動的軸線正交於第二軸線。旋轉斜盤具有一輸入面，與第一構件平面作滑動的面間接合；一輸出面，與輸入面作軸向對置而成一銳角設置，與第二構件平面作滑動的面間接合；若干開孔，在輸入面和輸出面之間延伸以便在液壓泵組缸體和液壓馬達組缸體之間進行液壓流體的泵汲交流。一傳動比控制器，與旋轉斜盤連接，強使旋轉斜盤保持一設定傳動比下的角度取向，並使旋轉斜盤繞其擺動軸線擺動而改變傳動比。
作為本發明的一個較顯著的特點，支承裝置用以使第一和第二構件在傳動操作中始終以斜盤擺動軸線為中心單獨進行章動。通過這種對第一和第二構件的支承，由第一和第二構件作用在斜盤上的力在所有設定傳動比下基本上得到平衡。因而可充分地減小傳動比控制器為設定和改變傳動比所需作用在斜盤上的力。
本發明另外的特點、優點和目的通過以下說明或通過對本發明的實施會顯現出來。本發明的目的和優點可通過以下的說明、所附權利要求書和附圖
所示裝置和方法予以實現。
可以理解，以上一般性的說明和以下具體的說明都是示例性和說明性的，僅用以對申請專利的本發明進行說明。
附圖作為說明書的一部分示出了本發明的一個優選實施例，連同說明書用以對本發明的一些原理進行說明。附件簡介該單張附圖為本發明連續變速液壓靜力傳動裝置優選實施例的縱剖面簡圖。
優選實施例詳述如圖所示，作為本發明優選實施例的連續變速傳動裝置10具有內裝輸入軸14和輸出軸16的殼體12。輸入軸接收來自原動機(未示出)的輸入轉矩，輸出軸將輸出轉矩傳給一負荷(未示出)。殼體輸入端壁或端蓋裝有軸承18，用以支承輸入軸14以便繞其軸線15旋轉，輸出端壁或端蓋裝有軸承20，用以支承輸出軸16以便繞其軸線17旋轉。輸入軸內端加工成圓筒形凹體22，滾柱軸承24裝在其中，用以支承輸出軸16旋轉的內端25。因此，輸入軸軸線15和輸出軸軸線17是共軸的。
液壓泵組總的標為28，具有與輸入軸14作傳動連接的承載體30。若干活塞杆32如引用的美國申請所述具有細長螺栓的形狀，以其相應一端固定在承載體30上而沿與輸入軸軸線15同心的圓作均勻分布。活塞杆32的自由端通過一節頭35裝在泵活塞34上，使泵活塞可作有限的擺動和徑向運動。引用的美國申請公開了一些合用的活塞安裝節頭。液壓泵組28還具有繞輸出軸16設置的環形泵缸體組36。此缸體組由作圓形排列的泵缸體38構成，各泵活塞34分別在泵缸體內作滑動安裝。由於承載體30是由輸入軸14傳動的，泵缸體組36隨輸入軸旋轉。作圓形排列的泵活塞-缸體組的數量舉例來說可以是10個。
液壓馬達組總的標為40，具有固定在殼體12上的承載體42。在其他方面，液壓馬達組具有與液壓泵組28相同的結構。這樣，與輸出軸軸線17作同心圓形排列的活塞杆44以其相應一端裝在承載體42上而使通過節頭35在其自由端上安裝的馬達活塞46擺動。環形馬達缸體組48繞輸出軸16設置而由一些馬達缸體50構成，馬達活塞46在這些缸體內作滑動安裝。由於承載體42是固定在殼體上的，馬達缸體組48就不能作旋轉運動。馬達活塞-缸體組的數量最好也是10個，其圓形排列與泵活塞-缸體組的圓形排列相同，使這兩個圓形排列基本上呈軸向對置狀態。
輸出軸16穿過總的標為54的楔形旋轉斜盤的中心開口52延伸，此斜盤在泵缸體組36和馬達缸體組48之間操作。斜盤通過銷56與輸出軸16作擺動扭轉連接，使斜盤在與輸出軸旋轉時可繞銷56的軸線57擺動，此軸線與輸出軸軸線17正交。斜盤54具有與泵缸體組36平面59作面間滑動接觸的輸入(左)面58和與馬達缸體組48面部61作面間滑動接觸的輸出(右)面60。斜盤兩個平面58、60具有互成銳角的取向以便構成楔形的斜盤。軸向開孔64位於斜盤輸入面58和輸出面60之間而使泵缸體38和馬達缸體50通過泵缸體組平面59上的開口65和馬達缸體組平面61上的開口66相互連通以便在液壓泵組28和液壓馬達組40之間進行液壓流體的泵汲交流。如上所述，液壓作用力使缸體組平面在液壓流體泵汲交流中基本上與斜盤平面保持流體密封接觸。
在斜盤50上如69處所示接有作簡略示出的傳動比控制器68，用以使斜盤繞擺動軸線57擺動而改變其相對於輸出軸軸線17的角度取向。如引用的美國申請所述，改變斜盤取向就改變了輸入軸對輸出軸的傳動比。例如，在由傳動比控制器68保持的斜盤角度取向使斜盤輸入面58正交於輸出軸軸線時，傳動比就設定為空檔(1∶0)。在傳動比控制器擺動斜盤而使斜盤輸出面60正交於輸出軸軸線時，傳動比就設定為1∶1。在設定傳動比1∶0和1∶1之間，傳動比控制器可設定無限數的比值。圖示設定傳動比為1∶0.5，因為斜盤輸入面和輸出面相對於輸出軸軸線17的傾斜角是相等的。
作為本發明的一個顯著特點，對泵缸體組36和馬達缸體組48的支承使缸體組在其改變傳動比和進行章動(液壓流體泵汲)時始終與斜盤54繞同一點擺動，也就是始終繞擺動軸線57擺動，這裡，缸體組的章動是由斜盤繞輸出軸軸線旋轉時的章動強加給缸體組的。標號37表示泵缸體組36的對稱軸線，標號51表示馬達缸體組48的對稱軸線。可以看出，軸線37相對於輸出軸軸線17進動一個在每一設定傳動比下由斜盤輸入面58的傾斜角限定的角度，軸線51相對於輸出軸軸線進動一個在每一設定傳動比下由斜盤輸出面60的傾斜角限定的角度。從圖中可以看出1在缸體組進行章動時，其對稱軸線37、51始終與斜盤擺動軸線57相交。
如本發明圖示優選實施例所示，泵缸體組36由固定在斜盤54上的環形導向支承架72支承而使支承表面73與形成環形泵缸體組中心開口的筒形支承表面74作滑動接觸。同樣，馬達缸體組48由具有環形支承表面76的環形導向支承架75支承，此環形支承表面76與形成環形馬達缸體組中心開口的筒形支承表面77作滑動接觸。導向支承表面73、76最好分別正交於斜盤的輸入面58和輸出面60。
可以看出，支承架72、75單獨地支承泵缸體組和馬達缸體組而使其章動和改變傳動比的運動始終以斜盤擺動軸線為中心，同時，在斜盤繞輸出軸軸線相對於缸體組旋轉時使其進行面間滑動運動。
由於導向支承架72、75的支承，為保持所需面間滑動接觸，缸體組作用在斜盤上的液壓平衡力以其合成矢量基本上通過斜盤的擺動軸線57。因此，實際上缸體組在斜盤上並不產生合成力矩，而為了設定一傳動比和改變傳動比，此合成力矩是必須通過傳動比控制器68予以克服的。如果在斜盤上確實存在著某種合成力矩，此合成力矩也會隨著傳動比的改變作線性改變，而不會象所引用的美國申請中所述作指數律的變化，在那裡，缸體組是用與輸出軸軸線同心的球形支承座支承的，因而使缸體組的章動中心沿輸出軸軸線軸向離開斜盤的擺動軸線。此外，由於導向支承架72、75消除了在缸體組和斜盤接觸面上的相對徑向運動，液壓剪力也減小了，缸體組和斜盤的接觸表面的狀況以及斜盤開孔64和缸體組開口65、66的位置都可予以優化。
如圖所示，本發明的另一特點是泵活塞杆32和馬達活塞杆44的取向以相應的銳角自共軸軸線外擴，而不是如引用的美國申請中所述平行於軸線的。這一特點使斜盤可超越空檔設定(斜盤輸入面58正交於輸出軸軸線17)沿反時針方向轉過範圍更廣的反向傳動比以及超越1∶1傳動比設定(斜盤輸出面60正交於輸出軸軸線)沿順時針方向轉過範圍更廣的超速傳動比。
儘管本發明的目的在圖示優選實施例中是將泵和馬達缸體組裝到斜盤上來完成的，可以理解，缸體組可用單個或一對球形支承座來支承，使球形支承座與輸出軸軸線作同心安裝，其軸向位置使缸體組的章動以斜盤的擺動軸線為中心。同時，可以理解，導向支承架72、75舉例來說可裝在缸體組上而與斜盤中心開口52的環形支承表面作滑動接觸。此外，導向支承架72、75可以是裝在斜盤中心開口52內的單個支承構件的兩個軸向延伸體。再者，本發明的目的可用帶孔板而不用缸體組來完成，使帶孔板在泵和馬達缸體以及斜盤開孔之間構成液壓流體的泵汲流動，如以上引用的美國申請08/093,192和08/380,276中傳動裝置實施例所述。這樣，對帶孔板就應如缸體組一樣進行支承而使帶孔板的章動以斜盤擺動軸線為中心。
對熟悉本專業的人來說，可以理解，對本發明裝置可作出各種不同的改變而不脫離本發明的精神實質。這樣，就應將本發明看成是覆蓋著這些改變的，只要這些改變包括在所附權利要求書及其等效內容的精神實質和範圍以內。
權利要求
1.一種連續變速液壓靜力傳動裝置，包括一輸入軸，用以從一原動機接收輸入轉矩，具有一第一軸線；一輸出軸，用以將輸出轉矩傳給一負荷，具有一第二軸線；一殼體，支承輸入軸以便繞第一軸線旋轉，支承輸出軸以便繞第二軸線旋轉；一液壓泵組，與輸入軸連接以便繞第一軸線旋轉，並具有若干分別裝在若干泵缸體內的泵活塞，泵缸體分別與一第一構件平面上的開口作流體連通；一液壓馬達組，固定在殼體上無旋轉，並具有若干分別裝在若干馬達缸體內的馬達活塞，馬達缸體分別與一第二構件平面上的開口作流體連通；一環形旋轉斜盤，在一擺動軸線上與輸出軸作傳動連接，擺動軸線正交於第二軸線，旋轉斜盤包括一輸入面，與第一構件平面作滑動的面間接合，一輸出面，與輸入面成軸向對置，並和其成一銳角設置，與第二構件平面成滑動的面間接合，和若干開孔，在輸入面和輸出面之間延伸，以便調節液壓泵組缸體和液壓馬達組缸體之間泵汲的液壓流體交換；支承裝置，支承第一構件和第二構件以便在所有傳動比下進行以擺動軸線為中心的章動；一傳動比控制器，與旋轉斜盤連接，使旋轉斜盤繞擺動軸線作改變傳動比的擺動。
2.按權利要求1所述連續變速液壓靜力傳動裝置，其特徵在於支承裝置裝在旋轉斜盤上。
3.按權利要求1所述連續變速液壓靜力傳動裝置，其特徵在於第一軸線和第二軸線是共軸的。
4.按權利要求2所述連續變速液壓靜力傳動裝置，其特徵在於第一構件為一泵缸體組，包括若干泵缸體和一與支承裝置作滑動接觸的第一環形支承表面，第二構件為一馬達缸體組，包括若干馬達缸體和一與支承裝置作滑動接觸的第二環形支承表面。
5.按權利要求4所述連續變速液壓靜力傳動裝置，其特徵在於泵組還包括一與輸入軸連接而轉動的第一承載體和若干泵活塞杆，泵活塞杆以其第一端固定在第一承載體上，以其第二端分別與泵活塞作活節連接；馬達組還包括一固定在殼體上的第二承載體和若干馬達活塞杆，馬達活塞杆以其第一端固定在第二承載體上，以其第二端分別與馬達活塞作活節連接。
6.按權利要求5所述連續變速液壓靜力傳動裝置，其特徵在於泵活塞杆是以一相應銳角相對於第一軸線外擴取向的，馬達活塞杆是以一相應銳角相對於第二軸線外擴取向的。
7.按權利要求4所述連續變速液壓靜力傳動裝置，其特徵在於支承裝置包括一裝在旋轉斜盤上的第一導向支承，以形成一個與第一環形支承表面接合的第三環形支承表面，還包括一裝在旋轉斜盤上的第二導向支承，以形成一個與第二環形支承表面接合的第四環形支承表面。
8.按權利要求7所述連續變速液壓靜力傳動裝置，其特徵在於第一環形支承表面是由泵缸體組上的一中心開口形成的，第二環形支承表面是由馬達缸體組上的一中心開口形成的。
9.按權利要求8所述連續變速液壓靜力傳動裝置，其特徵在於第一軸線和第二軸線是共軸的。
10.按權利要求3所述連續變速液壓靜力傳動裝置，其特徵在於支承裝置包括一個由旋轉斜盤和第一構件之一安裝的第一環形導向支承以及一個由旋轉斜盤和第二構件之一安裝的第二環形導向支承。
11.按權利要求10所述連續變速液壓靜力傳動裝置，其特徵在於第一構件為一具有若干泵缸體的環形泵缸體組，第二構件為一具有若干馬達缸體的環形馬達缸體組。
12.一連續變速液壓靜力傳動裝置，包括一輸入軸，用以從一原動機接收輸入轉矩，具有一第一軸線；一輸出軸，用以將輸出轉矩傳給一負荷，具有一第二軸線；一殼體，支承輸入軸以便繞第一軸線旋轉，支承輸出軸以便繞第二軸線旋轉；一液壓泵組，包括一第一承載體，與輸入軸連接以便旋轉，若干第一連杆，具有固定在第一承載體上與第一軸線成同心圓形排列的第一端和自由端，該第一連杆以相對於第一軸線向外擴張的相應銳角取向，若干泵活塞，分別與第一連杆自由端作活節連接，一泵缸體，設有若干泵缸體，泵活塞分別在其中作滑動安裝，還具有一帶開口的平面，開口通向泵缸體，和一個安裝泵缸體的第一支承，用以轉動和章動；一液壓馬達組，包括一第二承載體，固定在殼體上，若干第二連杆，具有固定在第二承載體上與第二軸線成同心圓形排列的第一端和自由端，該第二連杆以相對於第二軸線向外擴張的相應銳角取向，若干馬達活塞，分別與第二連杆的自由端作活節連接，一馬達缸體，設有若干馬達缸體，馬達活塞分別在其中作滑動安裝，還具有一帶開口的平面，開口通向馬達缸體，和一個安裝馬達缸體的第二支承，用以章動；一環形旋轉斜盤，在一擺動軸線上與輸出軸成傳動連接，擺動軸線正交於第二軸線，旋轉斜盤包括一輸入面，與泵缸體平面作滑動的面間接合，一輸出面，與輸入面成軸向對置，並和其成一銳角設置，與馬達缸體平面成滑動的面間接合，若干開孔，在輸入面和輸出面之間延伸，以便調節泵缸體和馬達缸體之間的泵汲液壓流體的交換，和一傳動比控制器，與旋轉斜盤連接，使旋轉斜盤繞擺動軸線作改變傳動比的擺動。
13.一連續變速液壓靜力傳動裝置，包括一輸入軸，用以從一原動機接收輸入轉矩，具有一第一軸線；一輸出軸，用以將輸出轉矩傳給一負荷，具有一第二軸線；一殼體，支承輸入軸以便繞第一軸線旋轉，支承輸出軸以便繞第二軸線旋轉；一液壓泵組，與輸入軸連接以便繞第一軸線旋轉，並具有若干分別在若干泵缸體內工作的泵活塞，泵缸體分別與一具有一軸線的第一構件平面上的開口成流體連通；一液壓馬達組，固定在殼體上無旋轉，包括若干分別在馬達缸體內工作的馬達活塞，馬達缸體分別與一具有一軸線的第二構件平面上的開口作流體連通；一環形旋轉斜盤，在一擺動軸線上與輸出軸成傳動連接，擺動軸線正交於第二軸線，旋轉斜盤包括一輸入面，與第一構件平面作面間接合，以及一輸出面，與輸入面成軸向對置，並和其成一銳角設置，與第二構件平面成面間接合，和若干開孔，在輸入面和輸出面之間延伸，以便調節泵缸體和馬達缸體之間的泵汲液壓流體的交換；支承裝置，用以使第一構件和第二構件作單獨的章動，從而使第一構件和第二構件始終與擺動軸線相交；一傳動比控制器，與旋轉斜盤連接，使旋轉斜盤繞擺動軸線作改變傳動比的擺動。
14.按權利要求13所述連續變速液壓靜力傳動裝置，其特徵第一構件為一具有若干泵缸體的環形泵缸體組，第二構件為一具有若干馬達缸體的馬達缸體組。
15.按權利要求14所述連續變速液壓靜力傳動裝置，其特徵在於第一軸線和第二軸線是共軸的。
16.按權利要求15所述連續變速液壓靜力傳動裝置，其特徵在於支承裝置包括一個由旋轉斜盤和第一構件之一安裝的一第一環形導向支承以及一個由旋轉斜盤和第二構件之一安裝的第二環形導向支承。
全文摘要
一液壓靜力傳動裝置(10)包括楔形旋轉斜盤(54)，斜盤在一由輸入軸(14)傳動的液壓泵組(28)和一固定的液壓馬達組(40)之間操作而使液壓流體在兩組(28、40)之間作泵汲交流。斜盤(54)與輸出軸(16)作傳動連接而可繞正交於輸出軸(17)的擺動軸線(57)作角度調節以取得無級變速傳動比。裝在斜盤(54)上的導向支承架(72、75)支承液壓泵組和馬達組(28、40)的缸體組(36、48)而作以斜盤擺動軸線(57)為中心的章動以便充分減小作用在斜盤(54)上的合成力矩。液壓泵組和馬達組(28、40)的活塞杆(32、44)具有相對於輸出軸(17)作銳角向外偏離的取向以擴大通過傳動比控制器(68)對斜盤(54)可能作出的角度調節範圍。
文檔編號F16H39/00GK1149908SQ96190269
公開日1997年5月14日 申請日期1996年2月7日 優先權日1995年3月31日
發明者R·F·拉金 申請人:洛克希德馬丁公司