CN103322142B - 行星液压合力无级自动变速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种行星液压合力无级自动变速器，它把行星减速起动系统、柱塞液压强制变速系统和离心力自动随机调控系统有机地结合在一起，充分发挥行星传动变速比大、传递功率大的刚性特点，柱塞液压系统抗过载、抗冲击性强、无级变速性强的柔性特点，以及离心力调控装置随机性强的特点，从而实现简约、高效、可靠的大变速比、大功率的动力无级自动变速传递。

Description

行星液压合力无级自动变速器

技术领域

本发明涉及一种变速器，特别是一种通过行星减速起动、液压强制变速、离心力自动随机调控的有机结合，从而实现动力传递的行星液压合力无级自动变速器。

背景技术

目前用于动力传递的机械式无级变速器，包括链带式、锥盘式、钢球式等，存在着传递功率较小、抗过载及抗冲击性较差等不足；由液压泵和液压马达组成的液压传动装置不仅传递功率有限，传动效率也较低；采用液力变矩器的变速器虽有不少优点，但也存在工作可靠性差、结构较复杂，价格较昂贵等不足。

发明内容

本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种能够改善现有无级自动变速器不足的行星液压合力无级自动变速器。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明的行星液压合力无级自动变速器包括由前壳体、后壳体和换挡箱连接在一起的变速器箱体，所述无级自动变速器的动力输入轴穿过设置在前壳体上的轴承以及设置在行星架上的轴承设置于前壳体内部，在输入轴位于轴承和轴承之间的轴段上设置有太阳齿轮，环绕所述的太阳齿轮均布设置有若干个分别与太阳齿轮和内齿圈相啮合的行星齿轮，所述内齿圈通过设置于前壳体内环台上的单向轴承与前壳体相连接，所述行星齿轮的行星轴通过设置在行星架上的轴承与行星架相连接，在位于行星轴相对于行星齿轮的一端穿过挡圈以偏心的方式刚性连接有偏心轴；所述行星架刚性连接有延伸至后壳体内部并通过轴承与后壳体相连接的输出轴，所述输出轴的动力输出端通过花键连接有换挡轴，在位于输出轴与所述行星架之间的毂上径向均布设置有若干个数量与所述行星齿轮相同的柱塞缸，置于所述柱塞缸内部的柱塞通过方顶与套装在偏心轴上的下压轮贴合在一起，且在所述柱塞缸的内腔底部与柱塞之间设置有弹簧；所述输出轴的轴心部设置有进油道，所述进油道的一端通过单向阀与柱塞缸相连通，另一端经过输出轴外圆上的油槽与设置在后壳体外部的进油单向阀相连通；在所述输出轴上环绕进油道均布设置有若干个数量与柱塞缸相同的排油道，所述排油道的一端与柱塞缸相连通，另一端经过输出轴外圆上的油槽并通过排油调节口与设置在后壳体外部的排油单向阀相连通；所述排油调节口设置在轴向与输出轴平行、且横向穿过排油道的排油调节杆中段，在排油调节杆穿过排油道的两侧设置有密封套，所述排油调节杆的一端与推力轴承的设置有复位弹簧的定圈相贴合，另一端与套有复位弹簧的顶杆前端相贴合，所述顶杆的后端与设置在换挡箱上部内腔中的拨叉相贴合；所述推力轴承的动圈通过楔形转环与以滑动配合的方式安装在输出轴上的楔形离心块的小斜面相贴合，且推力轴承以滑动配合的方式与设置在后壳体内环台外圆面的滑轨相连接；所述拨叉套装在与换挡箱箱盖固定连接的拨叉轴上，所述拨叉的上端与伸出换挡箱箱盖的档杆相铰接，下端嵌套在换挡齿轮的外圆槽中；所述换挡齿轮通过设置在内圆的内花键套装在换挡轴的外圆花键上，且所述换挡齿轮的两端外圆均开设有齿槽，所述换挡齿轮两端外圆的齿槽通过换挡齿轮在换挡轴上的滑动可分别与倒挡装置的中间齿轮、后输出轴的内齿相啮合，所述后输出轴在位于换挡箱内部设置有用于连接倒挡装置的外齿，且后输出轴的动力输出轴端伸出换挡箱的外部。

本发明所述倒挡装置包括固定于中间轴上的并与换挡齿轮相应一侧的外圆齿槽相啮合的中间齿轮、通过轴承架设于换挡箱内腔底部的换向轴、以及固定在换向轴两端分别与中间齿轮和后输出轴的外齿相啮合的小换向齿轮、大换向齿轮，所述中间轴通过滑动轴承安装于换挡箱内腔的支架上。

本发明所述的楔形离心块以滑动配合的方式嵌套于固定设置在输出轴转毂后侧壁的滑套中。

本发明所述拨叉轴上设置有三个与拨叉的凸起相配合的用于固定挡位的定位坑。

本发明所述的太阳齿轮、行星齿轮均为圆柱斜齿轮。

本发明所述的行星轴与行星架之间相配合的轴承为滚针式轴承。

本发明的原理如下：

一、由输入轴和同体的太阳齿轮、行星架和安装在其上的行星齿轮、经单向轴承安装在前壳体上且只能和太阳齿轮同向转动的内齿圈，以及和行星架同体的输出轴所共同构成的减速传动系统，其作用是为负载提供一个起动变速比。

二、由和行星架、输出轴同体的数个柱塞缸、柱塞及方顶、弹簧，以及和行星齿轮、行星轴同体的偏心轴、下压轮所构成的柱塞液压泵强制变速系统。柱塞泵往复运动的动力来自偏心轴、下压轮随行星齿轮反向自转时的下压力、弹簧的上顶力以及柱塞自身随旋转产生的离心上顶重力，其中柱塞上行时，由于柱塞缸底部的排油道被排油单向阀封闭而只能从底部的进油道吸进液压油，柱塞下行时，则由于进油道被进油单向阀封闭而只能从排油道排出液压油。重要的是，柱塞液压泵在本发明中的作用并非通常的提供压力油，而是利用其泵内压力提供反作用力，即一旦液压泵内部的压力接近或等于下压轮所施加的下压力，将迫使与下压轮、偏心轴同体的行星齿轮反向自转减速并很快停止自转，其中行星齿轮反向自转的减速将带动内齿圈由静止开始转动，并使行星齿轮的公转、行星架和输出轴的转动加速，这意味着无级变速的开始，而行星齿轮停止反向自转则意味着行星系统的整体同步转动，无级变速达到峰值，此时输入轴和输出轴的速比为1∶1。

三、安装在输出轴转毂后侧立面的楔形离心块及滑套、安装在后壳体内的环台滑轨上的推力轴承和楔形转环、安装在推力轴承后面的横穿后壳体内排油道的排油调节杆、复位弹簧构成了无级变速的自动随机调控系统。其作用在于利用输出轴转动时楔形离心块因其重量而产生的离心重力，并通过与楔形转环相交的斜面将推力轴承和排油调节杆向后推移，使排油调节口偏离排油道，并很快由调节杆上的密封套封闭排油道；反之，当输出轴转速下降、楔形离心块离心力减小时，复位弹簧的力量将推动排油调节杆、推力轴承及楔形转环、楔形离心块复位。这个使排油道被封闭或被开通的过程，就是离心力调控装置自动调控柱塞液压泵内部压力的过程，也是自动调控无级变速的过程。

四、在后壳体后立面连接有换挡箱，其中由输出轴和换挡箱的换挡轴经花键连接后传递动力，由套在换挡轴花键上的换挡齿轮、安装在换挡箱盖上的档杆和拨叉执行换挡。换挡箱设有前进挡、空挡、倒档，可为负载提供三种运行状态。附图1中显示为倒档状态，由换挡齿轮啮合了倒档轮系至后输出轴外齿传动负载，此状态时拨叉向前顶住了位于换挡箱前壁孔中及换挡轴前支架孔中的顶杆，顶杆向前顶紧了后壳体上的排油调节杆，使倒档运行时无级自动变速不起作用，负载只能以设定的变速比运行；挂上空挡后换挡齿轮不啮合任何齿轮，故不传动；挂上前进挡则由换挡齿轮啮合了后输出轴的内齿，为负载提供无级自动变速动力。

综上所述，本无级自动变速器各系统间的相互作用放在实际运行中可简单表述为：挂上前进挡-动力输入使行星系统以最大变速比带负载起动-输入轴的旋转带动离心力自动调控系统工作并至排油道开始排油不畅-柱塞液压泵内压增大致行星齿轮自转减速、内齿圈起动、输出轴及后输出轴带动负载共同加速运行-离心力加大，离心力自动调控系统使排油道排油更困难-柱塞液压泵内压更大，如此循环，排油道很快被完全封闭并致柱塞液压泵停止往复、行星齿轮停止逆向自转，行星系统整体同步转动并带动负载以1∶1的变速比运行，无级自动变速达到峰值；反之，此时如果负载阻力增大(如汽车上坡、刹车)，或者输入动力减小(如减油门)，以上过程将逆向运行，直至各系统间的相互作用力暂时平衡，负载将以一定的变速比匀速运行；或者变速器依据阻力、动力的变化随机自动调控无级变速比，使负载继续加速或减速运行。

本发明的有益效果如下：

本发明的无级自动变速器把行星减速起动系统、柱塞液压强制变速系统和离心力自动随机调控系统有机地结合在一起，充分发挥行星传动变速比大、传递功率大的刚性特点，柱塞液压系统抗过载、抗冲击性强、无级变速性强的柔性特点，以及离心力调控装置随机性强的特点，从而实现简约、高效、可靠的大变速比、大功率的动力无级自动变速传递。

附图说明

图1为本发明的侧剖结构示意图。

图2为图1中A-A的剖视图。

图中：1、放油孔；2、下压轮；3、挡圈；4、偏心轴；5、行星轴；6、行星齿轮；7、轴承；8、行星架；9、内齿圈；10、前壳体；11、单向轴承；12、轴承；13、太阳齿轮；14、输入轴；15、油封；16、轴承；17、单向阀；18、柱塞缸；19、弹簧；20、柱塞；21、方顶；22、加油孔；23、进油道；24、排油道；25、排油调节口；26、排油单向阀；27、排油调节杆；28、复位弹簧；29、顶杆；30、换挡轴；31、输出轴；32、后壳体；33、楔形离心块；34、滑套；35、楔形转环；36、推力轴承；37、滑轨；38、复位弹簧；39、进油单向阀；40、密封环；41、油槽；42、螺丝；43、换挡箱；44、小换向齿轮；45、换向轴；46、放油孔；47、滑动轴承；48、中间齿轮；49、大换向齿轮；50、花键；51、支架；52、中间轴；53、花键；54、外齿；55、滑动轴承；56、后输出轴；57、内齿；58、换挡齿轮；59、拨叉轴；60、定位坑；62、加油孔；63、拨叉；64、换挡箱箱盖；65、档杆支架；66、档杆。

具体实施方式

本发明以下将结合实施例(附图)做进一步描述：

如图1所示，本发明的行星液压合力无级自动变速器的输入轴14和太阳齿轮13同体并经轴承16安装在前壳体10中心，其后端经轴承12安装在行星架8的中心孔内；内齿圈9经单向轴承11安装在前壳体10的内环台上，单向轴承11使内齿圈9只能与太阳齿轮13一样做正向转动；和行星架8、柱塞缸18同体的输出轴31经轴承安装在后壳体32的中心孔中；行星齿轮6和行星轴5、偏心轴4同体并经轴承7安装在行星架8圆周的数个孔中，另外下压轮2套在偏心轴4上，挡圈3安装在下压轮2两端，挡圈3的作用是使下压轮2和方顶21在挡圈之间工作。在柱塞缸18里装有柱塞20及同体的方顶21，柱塞20的底下有弹簧19提供上顶力，使方顶21与下压轮2保持相抵状态；在柱塞缸18下面输出轴31的中心有进油道23，其前端经单向阀17通向数个柱塞缸18，后端经输出轴圆周的油槽41以及后壳体32内的排油道连通了进油单向阀39，使柱塞缸18可通过进油单向阀39上的进油管吸进过滤后的液压油(图中未显示液压油箱和滤清器)，该进油系统中的两个单向阀可保障液压油只进不排；在输出轴31内还设有与柱塞缸数量相同的排油道24，其前端至柱塞缸18的底后侧，后端经输出轴31圆周的油槽41，并经后壳体32内的排油道及排油调节口25连通了排油单向阀26，排油单向阀26可保障液压泵排油至液压油箱时液压油只出不进；在进、排油槽41中间和两侧的后壳体32后部的孔壁圆周装有三道密封环40，用以保障液压油不从输出轴与后壳体孔壁的微隙中外泄，以及进、排油槽之间不窜油。在输出轴31转毂的后侧圆周立面固定有数个滑套34，呈四面柱体的楔形离心块33置于滑套34中，其楔形头的小斜面与后侧的楔形转环35斜面相交，其楔形头的大斜面防止离心块与挡圈3及固定下压轮2的螺栓相碰；楔形转环35固定在其后的推力轴承36的动圈上，推力轴承36的座圈通过滑槽套在后壳体32的内环台滑轨37上，这样的设置是为了推力轴承能够前后灵活移动且座圈不转动；在推力轴承36后面后壳体内的孔洞中装有一根排油调节杆27，调节杆的中段细部是排油调节口25，调节口两边的调节杆上装有密封套，其中排油调节口25与通向排油单向阀26的排油道24相交，用于排油量的调节，密封套则起到封闭排油道和保障液压油不外泄的作用；沿推力轴承36后面圆周的后壳体上设有数个半深的孔洞，孔洞中装有复位弹簧38顶着推力轴承36，其中复位弹簧28因位置被推力调节杆27所占而套在了后面的顶杆29上。后壳体32的后立面与换挡箱43的前壁通过螺丝42连接为一体，并由输出轴31经花键连接了换挡轴30，而换挡轴30前端经轴承安装在换挡箱前壁孔中，后端经滑动轴承55安装在后输出轴56中心孔中；在换挡箱箱盖64上安装有档杆支架65，档杆支架上装有档杆66，箱盖64下面有两个支架，安装在支架上的拨叉轴59上套有拨叉63并设有三个定位坑60，其作用是当档杆66下端球体拨动拨叉63至任意一个定位坑60时，拨叉内的弹簧将小钢球顶在定位坑里来保证在一定的推力内档位不致产生偏差，以免影响各档位的正常运转；换挡设有三个档位，档杆66向前推为前进挡，此时换挡齿轮58啮合了经轴承安装在换挡箱后壁上的后输出轴56的内齿57，由于换挡齿轮58经花键套在换挡轴30的键槽上，而换挡轴30的花键头又插在输出轴31的内花键槽里，因此使输出轴31与后输出轴56呈连通状态；当档杆66推动拨叉63于中间位置时为空挡，换挡齿轮58不啮合其它齿轮；档杆66后拉使拨叉63处于前端位置时为倒档，此时倒档齿轮58啮合了中间齿轮48，中间齿轮48又啮合小换向齿轮44，和小换向齿轮44同样固定在换向轴45上的大换向齿轮49则啮合了后输出轴56的外齿54，使后输出轴56呈反向转动状态；在倒档系统中，中间齿轮48经花键53固定在中间轴52上，中间轴52前端经滑动轴承47安装在换挡箱前壁孔中，后端经滑动轴承安装在支架51上；小换向齿轮44和换向轴45同体，大换向齿轮49则经花键50固定在换向轴45上，换向轴45前后端分别经轴承安装在换挡箱前后壁孔中；重要的是，在倒档状态时拨叉63顶住了可在前箱壁孔及拨叉轴前支架孔中前后移动的顶杆29，使顶杆29的前端顶紧了排油调节杆27，目的是在倒档运行时不发生无级变速，因而如果当行星排变速比为5∶1时，输出轴31传递给换挡轴30的变速比仍为5∶1，但倒档齿轮间的传动比为1.2∶1，因此倒档的实际变速比为5×1.2比1，即6∶1，因此倒档时后输出轴56传递给负载的扭矩更大。在本发明中，前面的无级自动变速系统和后面的换挡箱系统均采用飞溅式润滑，并分别通过加油孔22和62以及放油孔1和46加润滑油或放出润滑油；同时为防止变速器润滑油外泄，在输入轴14与前壳体10接触处装有油封15，在后输出轴56与换挡箱43后壁接触处以及顶杆与换挡箱前壁接触处均装有油封，同时安装在换挡箱盖64上的档杆支架65亦呈密封状态。

Claims (6)

1.一种行星液压合力无级自动变速器，其特征在于：所述无级自动变速器包括由前壳体(10)、后壳体(32)和换挡箱(43)连接在一起的变速器箱体，所述无级自动变速器的动力输入轴(14)穿过设置在前壳体(10)上的轴承(16)以及设置在行星架(8)上的轴承(12)设置于前壳体(10)内部，在输入轴(14)位于轴承(12)和轴承(16)之间的轴段上设置有太阳齿轮(13)，环绕所述的太阳齿轮(13)均布设置有若干个分别与太阳齿轮(13)和内齿圈(9)相啮合的行星齿轮(6)，所述内齿圈(9)通过设置于前壳体(10)内环台上的单向轴承(11)与前壳体(10)相连接，所述行星齿轮(6)的行星轴(5)通过设置在行星架(8)上的轴承(7)与行星架(8)相连接，在位于行星轴(5)相对于行星齿轮(6)的一端穿过挡圈(3)以偏心的方式刚性连接有偏心轴(4)；所述行星架(8)刚性连接有延伸至后壳体(32)内部并通过轴承与后壳体(32)相连接的输出轴(31)，所述输出轴(31)的动力输出端通过花键连接有换挡轴(30)，在位于输出轴(31)与所述行星架(8)之间的毂上径向均布设置有若干个数量与所述行星齿轮(6)相同的柱塞缸(18)，置于所述柱塞缸(18)内部的柱塞(20)通过方顶(21)与套装在偏心轴(4)上的下压轮(2)贴合在一起，且在所述柱塞缸(18)的内腔底部与柱塞(20)之间设置有弹簧(19)；所述输出轴(31)的轴心部设置有进油道(23)，所述进油道(23)的一端通过单向阀(17)与柱塞缸(18)相连通，另一端经过输出轴(31)外圆上的油槽(41)与设置在后壳体(32)外部的进油单向阀(39)相连通；在所述输出轴(31)上环绕进油道(23)均布设置有若干个数量与柱塞缸(18)相同的排油道(24)，所述排油道(24)的一端与柱塞缸(18)相连通，另一端经过输出轴(31)外圆上的油槽(41)并通过排油调节口(25)与设置在后壳体(32)外部的排油单向阀(26)相连通；所述排油调节口(25)设置在轴向与输出轴(31)平行、且横向穿过排油道(24)的排油调节杆(27)中段，在排油调节杆(27)穿过排油道(24)的两侧设置有密封套，所述排油调节杆(27)的一端与推力轴承(36)的设置有复位弹簧(38)的定圈相贴合，另一端与套有复位弹簧(28)的顶杆(29)前端相贴合，所述顶杆(29)的后端与设置在换挡箱(43)上部内腔中的拨叉(63)相贴合；所述推力轴承(36)的动圈通过楔形转环(35)与以滑动配合的方式安装在输出轴(31)上的楔形离心块(33)的小斜面相贴合，且推力轴承(36)以滑动配合的方式与设置在后壳体(32)内环台外圆面的滑轨(37)相连接；所述拨叉(63)套装在与换挡箱箱盖(64)固定连接的拨叉轴(59)上，所述拨叉(63)的上端与伸出换挡箱箱盖(64)的档杆(66)相铰接，下端嵌套在换挡齿轮(58)的外圆槽中；所述换挡齿轮(58)通过设置在内圆的内花键套装在换挡轴(30)的外圆花键上，且所述换挡齿轮(58)的两端外圆均开设有齿槽，所述换挡齿轮(58)两端外圆的齿槽通过换挡齿轮(58)在换挡轴(30)上的滑动可分别与倒挡装置的中间齿轮(48)、后输出轴(56)的内齿(57)相啮合，所述后输出轴(56)在位于换挡箱(43)内部设置有用于连接倒挡装置的外齿(54)，且后输出轴(56)的动力输出轴端伸出换挡箱(43)的外部。

2.根据权利要求1所述的行星液压合力无级自动变速器，其特征在于：所述倒挡装置包括固定于中间轴(52)上的并与换挡齿轮(58)相应一侧的外圆齿槽相啮合的中间齿轮(48)、通过轴承架设于换挡箱(43)内腔底部的换向轴(45)、以及固定在换向轴(45)两端分别与中间齿轮(48)和后输出轴(56)的外齿(54)相啮合的小换向齿轮(44)、大换向齿轮(49)，所述中间轴(52)通过滑动轴承安装于换挡箱(43)内腔的支架(51)上。

3.根据权利要求1所述的行星液压合力无级自动变速器，其特征在于：所述的楔形离心块(33)以滑动配合的方式嵌套于固定设置在输出轴(31)转毂后侧壁的滑套(34)中。

4.根据权利要求1所述的行星液压合力无级自动变速器，其特征在于：所述拨叉轴(59)上设置有三个与拨叉(63)的凸起相配合的用于固定挡位的定位坑(60)。

5.根据权利要求1所述的行星液压合力无级自动变速器，其特征在于：所述的太阳齿轮(13)、行星齿轮(6)均为圆柱斜齿轮。

6.根据权利要求1所述的行星液压合力无级自动变速器，其特征在于：所述的行星轴(5)与行星架(8)之间相配合的轴承(7)为滚针式轴承。