裝載機變矩器的自由輪結構的製作方法
2023-10-21 00:31:07
本發明涉及機械傳動領域，特別是涉及一種裝載機變矩器的自由輪結構。
背景技術：
液力變矩器是廣泛應用於汽車、叉車、工程機械及國防裝備的液力傳動機械。液力變矩器利用液體作為工作介質，不但傳遞了扭矩而且以倍率增加了扭矩，使發動機實現軟起動，主機的牽引力和速度自動適應負荷和道路的變化。如圖1所示，傳統的變矩器主要由泵輪1』、渦輪2』、導輪3』三元件組成，發動機的飛輪通過彈性板與其相連，負載的齒輪箱與渦輪2』的軸相連，導輪3』整體插裝在導輪座4』上。
發動機運轉時帶動液力變矩器的泵輪1』與之一同旋轉，泵輪1』內的液壓油在離心力的作用下，由泵輪1』葉片外緣衝向一級渦輪21』、二級渦輪22』，並沿渦輪2』葉片流嚮導輪3』，再經導輪3』葉片內緣，形成循環的液流。導輪3』的作用是改變渦輪2』上的輸出扭矩。由於從渦輪2』葉片下緣流嚮導輪3』的液壓油仍有相當大的衝擊力，只要將泵輪1』、渦輪2』和導輪3』的葉片設計成一定的形狀和角度，就可以利用上述衝擊力來提高渦輪2』的輸出扭矩。當車輛在起步之前，渦輪2』轉速為0，發動機通過彈性板帶動泵輪1』轉動，並對液壓油產生一個大小為Mp的扭矩，該扭矩即為液力變矩器的輸入扭矩。液壓油在泵輪1』葉片的推動下，以一定的速度，衝向渦輪2』上緣處的葉片，對渦輪2』產生衝擊扭矩，該扭矩即為液力變矩器的輸出扭矩。此時渦輪2』靜止不動，衝向渦輪2』的液壓油沿葉片流向渦輪2』下緣，在渦輪2』下緣以一定的速度，沿著與渦輪2』下緣出口處葉片相同的方向衝嚮導輪3』，對導輪3』也產生一個衝擊力矩，並沿固定不動的導輪3』葉片流回泵輪1』。當液壓油對渦輪2』和導輪3』產生衝擊扭矩時，渦輪2』和導輪3』也對液壓油產生一個與衝擊扭矩大小相等、方向相反的反作用扭Mt和Ms;，其中Mt的方向與Mp的方向相反，而Ms的方向與Mp的方向相同。根據液壓油受力平衡原理，可得： Mt=Mp+Ms。由於渦輪2』對液壓油的反作用，扭矩Mt與液壓油對渦輪2』的衝擊扭矩（即變矩器的輸出扭矩）大小相等，方向相反，因此可知，液力變矩器的輸出扭矩在數值上等於輸入扭矩與導輪3』對液壓油的反作用扭矩之和。顯然這一扭矩要大於輸入扭矩，即液力變矩器具有增大扭矩的作用。液力變矩器輸出扭矩增大的部分即為固定不動的導輪3』對循環流動的液壓油的作用力矩，其數值不但取決於由渦輪2』衝嚮導輪3』的液流速度，也取決於液流方向與導輪3』葉片之間的夾角。當液流速度不變時，葉片與液流的夾角愈大，反作用力矩亦愈大，液力變矩器的增扭作用也就愈大。由於導輪3』是固定不動的，當車輛在液力變矩器輸出扭矩的作用下起步後，與驅動輪相連接的渦輪2』也開始轉動，其轉速隨著車輛的加速不斷增加。這時由泵輪1』衝向渦輪2』的液壓油除了沿著渦輪2』葉片流動之外，還要隨著渦輪2』一同轉動，使得由渦輪2』下緣出口處衝嚮導輪3』的液壓油的方向發生變化，不再與渦輪2』出口處葉片的方向相同，而是順著渦輪2』轉動的方向向前偏斜了一個角度，使衝嚮導輪3』的液流方向與導輪3』葉片之間的夾角變小，導輪3』上所受到的衝擊力矩也減小，液力變矩器的增扭作用亦隨之減小。車速愈高，渦輪2』轉速愈大，衝嚮導輪3』的液壓油方向與導輪3』葉片的夾角就愈小，液力變矩器的增扭作用亦愈小；反之，車速愈低，液力變矩器的增扭作用就愈大。因此，與液力耦合器相比，液力變矩器在車輛低速行駛時有較大的輸出扭矩，在車輛起步，上坡或遇到較大行駛阻力時，能使驅動輪獲得較大的驅動力矩。當渦輪2』轉速隨車速的提高而增大到某一數值時，衝嚮導輪3』的液壓油的方向與導輪3』葉片之間的夾角減小為0，這時導輪3』將不受液壓油的衝擊作用，液力變矩器失去增扭作用，其輸出扭矩等於輸入扭矩；若渦輪2』轉速進一步增大，衝嚮導輪3』的液壓油方向繼續向前斜，使液壓油衝擊在導輪3』葉片的背面，這時導輪3』對液壓油的反作用扭矩Ms的方向與泵輪1』對液壓油扭矩Mp的方向相反，故此渦輪2』上的輸出扭矩為二者之差，即Mt=Mp-Ms，液力變矩器的輸出扭矩反而比輸入扭矩小，其傳動效率也隨之減小。因此採用導輪3』固定的液力變矩器，當渦輪2』轉速較低時，液力變矩器的傳動效率高於液力耦合器的傳動效率；當渦輪2』的轉速增加到某一數值時，液力變矩器的傳動效率等於液力耦合器的傳動效率；當渦輪2』轉速繼續增大後，液力變矩器的傳動效率將小於液力耦合器的傳動效率，其輸出扭矩也隨之下降；為了克服渦輪2』在高速旋轉時，一級渦輪21』、二級渦輪22』對其產生的反作用力導致其傳動效率減少，遂有本案的產生。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種傳動效率高的裝載機變矩器的自由輪結構。
為實現上述目的，本發明的技術解決方案是：
本發明是一種裝載機變矩器的自由輪結構，包括殼體、導輪座、導輪組件、輸入組件、輸出組件；所述的輸入組件和輸出組件皆安裝在殼體內，導輪組件套接在導輪座上且位於輸入組件和輸出組件之間，導輪座固定安裝在殼體上；所述的導輪組件包括導輪固定套、外環、單向離合滾動組件、星輪；所述的導輪固定套上設有葉片；所述的外環呈階梯狀，其內部中空，該小徑端的外壁與導輪固定套過盈配合；所述的星輪內孔固定套接在導輪座上，其外壁活動套置在外環的階梯孔內；所述的單向離合滾動組件設置在外環與星輪之間，該單向離合滾動組件確保外環只能沿預設的順時針或逆時針單向轉動。
進一步，所述的單向離合滾動組件包括滾針保持架組件、多個滾柱；所述的滾針保持架組件設置在星輪外壁與外環階梯孔的小孔之間，星輪外壁相對於外環階梯孔的大孔位置開設有多個凹形曲面槽，所述的凹形曲面槽由兩段不同曲率的第一曲面及第二曲面構成，第一曲面為對數螺旋線，第二曲面為圓弧；星輪外壁上的凹形曲面槽和外環階梯孔的大孔之間形成包容滾柱的滾柱空間，多個滾柱分別活動套置在滾柱空間內。
進一步，所述的相鄰兩個滾柱之間的中心距為L，滾柱的半徑為R，兩滾柱外輪廓線的最短距離為M，M=L-2R，所述M的距離為0～0.2。
進一步，所述的滾柱位於星輪外壁第一曲面與外環階梯孔大孔內壁形成的楔角為8°—10°，此時滾柱與星輪外壁第一曲面及外環階梯孔大孔內壁相互嚙合。
本發明還提供另一種實施例的單向離合滾動組件，該單向離合滾動組件包括滾針保持架組件、多個滾柱、多個滾柱彈簧、多個彈簧頂銷；所述的滾針保持架組件設置在星輪外壁與外環階梯孔的小孔之間，星輪外壁相對於外環階梯孔的大孔位置上設有多個齒形面，多個滾柱分別活動靠接在多個齒形面上，在各個齒形面內依次活動套置滾柱彈簧和彈簧頂銷，彈簧頂銷的外端頂靠在滾柱上。
進一步，所述的滾柱位於星輪外壁及外環階梯孔的大孔內壁之間的楔角為6°—8°，此時滾柱與星輪外壁及外環階梯孔大孔內壁相互嚙合。
進一步，上述兩個實施例還包括擋板、孔用彈性擋圈、軸用彈性擋圈；所述的擋板套置在星輪上且位於外環與星輪之間，擋板的內側頂靠在單向離合滾動組件中滾柱的外端，孔用彈性擋圈卡置在外環的卡槽內且頂靠在擋板的外側，軸用彈性擋圈固定套置在星輪上且頂靠在單向離合滾動組件中滾針保持架組件上。
進一步，所述的星輪外側設有缺口，所述的導輪座內的油道向內延伸至該缺口處，以便油可從缺口流入輸入組件的泵輪。
進一步，所述的輸入組件由彈性板、罩輪、泵輪和分動齒輪組成，彈性板通過雙頭螺柱與柴油機的飛輪聯接，彈性板通過螺栓與罩輪聯接，罩輪用螺栓與泵輪的前端，泵輪後端用螺栓聯接分動齒輪，泵輪通過兩個第一軸承可旋轉的套接在導輪座上；所述的輸出組件由一級渦輪總成和二級渦輪組成，一級渦輪總成通過第二軸承可旋轉的與罩輪連接，二級渦輪通過第三軸承可旋轉的安裝在一級渦輪總成中的一級渦輪殼上。
進一步，所述的一級渦輪總成由一級渦輪、一級渦輪罩和一級渦輪殼組成，一級渦輪用彈性銷聯接一級渦輪罩，一級渦輪罩通過鉚釘鉚接在一級渦輪殼上。
採用上述方案後，由於本發明的導輪組件包括導輪固定套、外環、滾針保持架組件、多個滾柱、星輪，可旋轉的套接在導輪座上，克服了渦輪在高速旋轉時，流經導輪組件的液壓油對一、二級渦輪產生的反作用力，從而導致其傳動效率減少的缺陷，傳動效率高。
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的說明。
附圖說明
圖1是習用裝載機變矩器的剖視圖；
圖2是本發明的剖視圖；
圖3是本發明導輪組件第一個實施例的剖視圖；
圖4是本發明導輪組件第一個實施例的立體分解圖；
圖5是本發明導輪組件第一個實施例的正視圖；
圖6A是本發明導輪組件第一個實施例星輪的正視圖；
圖6B是本發明導輪組件第一個實施例星輪的剖視圖；
圖6C本發明導輪組件第一個實施例外環的剖視圖；
圖7-1是本發明導輪組件第一個實施例滾柱契合狀態的原理圖；
圖7-2是本發明導輪組件第一個實施例滾柱脫離狀態的原理圖；
圖8是本發明導輪組件第二個實施例的立體分解圖；
圖9是本發明導輪組件第二個實施例的正視圖；
圖10-1是本發明導輪組件第二個實施例滾柱契合狀態的原理圖；
圖10-2是本發明導輪組件第二個實施例滾柱脫離狀態的原理圖；
圖10-3是圖10-2的局部放大圖。
具體實施方式
如圖2所示，本發明是一種裝載機變矩器的自由輪結構，包括殼體1、導輪座2、導輪組件3、輸入組件4、輸出組件5。
所述的輸入組件4和輸出組件5皆安裝在殼體1內，導輪組件3套接在導輪座2上且位於輸入組件4和輸出組件5之間，導輪座2固定安裝在殼體1上。
所述的輸入組件4由彈性板41、罩輪42、泵輪43和分動齒輪44組成。所述的彈性板41通過雙頭螺柱與柴油機的飛輪聯接，彈性板41通過螺栓與罩輪42聯接，罩輪42用螺栓與泵輪43的前端，泵輪43後端用螺栓聯接分動齒輪44，泵輪43通過兩個第一軸承45可旋轉的套接在導輪座2上，分動齒輪44給變速泵、工作泵和轉向泵提供動力。
所述的輸出組件5由一級渦輪總成51和二級渦輪52組成。所述的一級渦輪總成51由一級渦輪511、一級渦輪罩512和一級渦輪殼513組成；一級渦輪511用彈性銷514聯接一級渦輪罩512，一級渦輪罩512通過鉚釘鉚接在一級渦輪殼513上。一級渦輪總成51通過第二軸承54可旋轉的與罩輪42連接，二級渦輪52通過第三軸承55可旋轉的安裝在一級渦輪總成51中的一級渦輪殼513上，一級渦輪51和二級渦輪52通過內花鍵向變速箱的一二級輸入齒輪提供動力。
如圖3-圖7所示，為導輪組件3的第一個實施例，該導輪組件3為滾柱式結構，所述的導輪組件3包括導輪固定套31、外環32、單向離合滾動組件33、軸用彈性擋圈34、星輪35、擋板36、孔用彈性擋圈37。所述的導輪固定套31的內圈圓周上設有一呈環狀分布的葉片311，該葉片311沿同一傾斜方向排布；所述的外環32呈階梯狀的圓柱體，其內部中空，該小徑端321的外壁與導輪固定套31相互嵌套形成過盈配合；所述的星輪35內孔固定套接在導輪座2上，其外壁上開設有多個凹形曲面槽352，該凹形曲面槽352與外環32大徑端322相對，所述的凹形曲面槽352由兩段不同曲率的第一曲面3521及第二曲面3522構成，其中第一曲面3521為對數螺旋線，第二曲面3522為圓弧；且該星輪35嵌套於外環32的階梯孔內，其凹形曲面槽352的一側邊與階梯孔的臺階面323相互抵靠。所述的單向離合滾動組件33包括滾針保持架組件331、多個滾柱332。所述的滾針保持架組件 331設置在星輪35外側與外環32階梯孔321的小孔之間，所述的滾柱332設置在星輪35外壁上的凹形曲面槽352和外環32的大徑端322（外環階梯孔的大孔位置）之間形成的滾柱空間，多個滾柱332分別活動套置在滾柱空間內，該相鄰兩個滾柱332之間的中心距為L，滾柱332的半徑為R，兩滾柱332外輪廓線的最短距離為M，M=L-2R，所述M的距離為0～0.2，這樣當外環32帶動至少一個滾柱332朝向第一曲面3521處移動時，相鄰的滾柱332之間會相互抵靠受力，確保各個滾柱332均朝向第一曲面3521處移動；反之當外環32帶動至少一個滾柱332朝向第二曲面3522處移動時，相鄰滾柱332之間同樣會相互抵靠受力，從而更快脫離契合。
所述的擋板36套置在星輪35上且位於外環32與星輪35之間，擋板36的內側頂靠在滾柱34的外端，孔用彈性擋圈37卡置在外環32的卡槽內且頂靠在擋板36的外側，軸用彈性擋圈38固定套置在星輪35上且頂靠在滾針保持架組件33上，由於滾針保持架組件331的設置，避免了滾柱332與外環32內壁相互脫離時，通過滾針保持架組件33確保了外環32與星輪35之間的同軸度，使得外環32在非楔合狀態下能保持固定的中心軸線旋轉，而不會產生偏擺。
為了使外環32與星輪35之間安裝滾柱34，因此外環32需設置為階梯圓柱狀，而無法直接成圓柱狀，因為外環32與導輪固定套31相互緊固配合，在導輪固定套31下方的外環32已無空間安裝滾柱34，因此需將外環32設置為階梯狀，將大徑端322的位置用於安裝滾柱，因此使得第一軸承45向右偏移，為了使導輪座2內的油道21內的油液順利流入輸入組件4，需在星輪35外側設有缺口351，同時將導輪座2內的油道21嚮導輪組件3的方向延伸直至該缺口351處。
本發明導輪組件3的工作原理：
如圖7-1及圖7-2中所示，本實施例導輪組件3的工作原理為：當車輛在啟動後，發動機的飛輪帶動泵輪43轉動，液壓油在泵輪43葉片的推動下，以一定的速度依次流入 輸出組件5內一級渦輪總成51和二級渦輪52，並驅動一級渦輪總成51和二級渦輪52的轉動，液壓油從二級渦輪52流出經導輪組件回流至泵輪43；在初始狀態，泵輪43的轉速高於一級渦輪511、及二級渦輪52的轉速，其一級渦輪511與二級渦輪52的總扭矩/泵輪扭矩＞1，流入導輪組件3的液壓油衝擊方向與外環固定套31葉片311的傾斜方向相對，驅使外環32帶動滾柱332朝向星輪35外壁上的第一曲面3521方向轉動，此時滾柱332與星輪35外壁第一曲面3521之間形成第一切線，滾柱332與外環32階梯孔大孔內壁之間形成第二切線形，該第一切線與第二切線之間形成的楔角ɑ為8°—10°，使得滾柱33契合至星輪35外壁的第一曲面3521與外環32階梯孔大孔內壁之間的空間，此時外環32與滾柱332及星輪35之間形成剛性連接，外環32無法自由轉動；隨著渦輪轉速的不斷提高，當渦輪扭矩/泵輪扭矩超過偶合點一級渦輪511與二級渦輪52的總扭矩/泵輪扭矩=1時，流入導輪組件3的液壓油衝擊方向與導輪固定套31的葉片311的傾斜方向相同，則外環32帶動滾柱332從星輪35外壁的第一曲面3521脫離，外環32可在導輪固定套31的帶動下繞星輪35朝向第二曲面3522方向移動，由於滾柱332位於星輪35外壁第二曲面3522與外環32階梯孔大孔內壁形成的楔角γ＞18°（參見圖7-2），因此滾柱無法與星輪35和外環32產生自鎖，滾柱332可在星輪35第二曲面3522與外環32階梯孔大孔內壁形成的容置空間內自由轉動，導輪固定套31可在液壓油的帶動下繞星輪35沿一個方向自由轉動，大大降低了渦輪在高速旋轉時，流經導輪組件3的液壓油對一、二級渦輪所產生的反作用力而導致其傳動效率減少的缺陷。
如圖8、圖9所示，為導輪組件3的第二個實施例，該導輪組件3A為頂銷式結構，其結構與圖4所示的第一個實施例的結構基本相同，包括外環32A、軸用彈性擋圈33A、單向離合滾動組件、星輪35A、擋板36A、孔用彈性擋圈37A，所不同的是，所述的單向離合滾動組件包括滾針保持架組件341A、多個滾柱342A、多個滾柱彈簧343A、多個彈簧頂銷344A；所述的滾針保持架組件341A設置在星輪35A內側與外環階梯孔的小孔之間，星輪35A外側的外壁上設有多個齒形面350A，多個滾柱342A分別活動靠接在多個齒形面350A上，在各個齒形面350A內依次活動套置滾柱彈簧343A和彈簧頂銷344A，彈簧頂銷344A的外端頂靠在滾柱342A上。
該實施例的工作原理與實施一的工作原理基本一致，只是此時在渦輪扭矩/泵輪扭矩＞1時，用於使導輪組件3的外環32A與星輪35A相互嚙合的技術方案為滾柱342A、滾柱彈簧343A、彈簧頂銷344A、齒形面350A與外環32A內壁之間的相互配合，即當流入導輪組件3的液壓油衝擊方向與導輪固定套38A的葉片381A的傾斜方向相對，液壓油驅使外環32A帶動滾柱342A朝星輪35A的齒形面350Ａ處運動，由於滾柱342A位於星輪35A外壁及外環32A階梯孔的大孔內壁之間的楔角β為6°—8°，此時外環32A通過滾柱342A與星輪35A相互嚙合，使外環32A與星輪35A之間剛性連接，此時導輪固定套38A無法自由轉動；隨著渦輪轉速的不斷提高，當渦輪扭矩/泵輪扭矩=1時，流入導輪組件3的液壓油衝擊方向與導輪固定套38A的葉片381A的傾斜方向相同，則外環32A帶動滾柱342A 克服彈簧頂銷344A上的彈性回復力，則外環32A與星輪35A相互脫離，使滾柱342A與星輪35A之間產生間隙（參見圖10-3），外環32A可在導輪固定套38A的帶動下繞星輪35A沿一個方向自由轉動，大大降低了渦輪在高速旋轉時，流經導輪組件3的液壓油對一、二級渦輪所產生的反作用力而導致其傳動效率減少的缺陷。
以上所述，僅為本發明較佳實施例而已，故不能以此限定本發明實施的範圍，即依本發明申請專利範圍及說明書內容所作的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。