專利名稱：齒輪滾柱軸承泵式無級(jí)變速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械流體動(dòng)力傳動(dòng)領(lǐng)域。
在傳動(dòng)領(lǐng)域中，齒輪傳動(dòng)歷史悠久，技術(shù)成熟，大至礦山機(jī)械，小至儀器、儀表都被齒輪傳動(dòng)所覆蓋。盡管如此，其局限性也是顯而易見的。就齒輪變速而言，一對(duì)大小不等的齒輪付產(chǎn)生一級(jí)速比，當(dāng)要求速比密集時(shí)，就需大量的齒輪；就齒輪泵而言，其齒輪軸偏載、困油、漏油等結(jié)構(gòu)特征，使其傳遞功率不大，效率低，排放量不大等缺點(diǎn)而限制了用途。目前，就大多數(shù)汽車都采用齒輪變速，但卻不能充分滿足汽車傳動(dòng)的要求，故一些高檔轎車和特殊要求的汽車不惜采用造價(jià)昂貴的液力變扭器與行星齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器以滿足傳動(dòng)變速的要求。
目前，中國專利公布的平衡式行星齒輪泵雖然可做成變量馬達(dá)的無級(jí)變速器，也改善了齒輪泵某些固有的缺點(diǎn)。但像齒輪泵困油、漏油和速度特性問題依然存在，在動(dòng)力傳輸?shù)拇笮『娃D(zhuǎn)速范圍的選擇也就受到限制。
本發(fā)明的目的，利用齒輪泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，改變其傳動(dòng)特征，在保留原有優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，將固有的缺點(diǎn)轉(zhuǎn)化為優(yōu)點(diǎn)構(gòu)成一種新型的無級(jí)變速器。
本發(fā)明的技術(shù)方案如

圖1所示，它由兩個(gè)以上的齒輪滾柱3、內(nèi)齒輪1、中心齒輪2及隔離傳動(dòng)架4組成齒輪滾柱軸承形成跳齒嚙合行星傳動(dòng)的泵式結(jié)構(gòu)，兼有滾柱軸承和行星齒輪傳動(dòng)的功能，并有流體力、泵、馬達(dá)組合的泵式結(jié)構(gòu)。
其中齒輪滾柱3的齒頂圓分別與內(nèi)齒輪1及中心齒輪2的齒根圓以過盈接觸的軸承式滾動(dòng)傳動(dòng)，隔離傳動(dòng)架4將各滾柱齒輪3在圓周方向分隔，最好是等分隔離且保持公轉(zhuǎn)同步。
齒輪滾柱3、內(nèi)齒輪1、中心齒輪2各齒輪的輪齒選擇相同的跳齒數(shù)組成成對(duì)嚙合是間斷傳動(dòng)的齒輪付，三種齒輪組成的間斷傳動(dòng)的齒輪付與隔離傳動(dòng)架4的傳動(dòng)作用相結(jié)合組成連續(xù)的行星傳動(dòng)。
隔離傳動(dòng)架4的各接觸面，將行星傳動(dòng)中各齒輪的輪齒嚙合部位形成的流體高低壓區(qū)，在徑向與軸向隔離的同時(shí)應(yīng)保證相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)又承壓密封的間隙所組成的泵式結(jié)構(gòu)。
齒輪滾柱3、內(nèi)齒輪1、中心齒輪2與隔離傳動(dòng)架的傳動(dòng)作用相結(jié)合組成跳齒嚙合的行星傳動(dòng)，各齒輪及其輪齒的跳齒數(shù)應(yīng)滿足下列各式Z1＝Z2+Z3；Z1/i2＝Z1′；Z2/i2＝Z2′；Z3/i2＝Z3′；εmax＜i2＜i1·εmini2分別是Z1，Z2，Z3的約數(shù)i1分別是Z1′，Z2′，Z3′的質(zhì)數(shù)Z′/i1＝a1……Z1″；Z′/i1＝a2……Z2″；Z1″+Z2″＝i2上列各式中Z1、Z2、Z3分別為內(nèi)齒輪1、中心齒輪2、齒輪滾柱3的標(biāo)準(zhǔn)齒輪的設(shè)計(jì)齒數(shù)。
Z1′、Z2′、Z3′分別為Z1、Z2、Z3跳齒后的實(shí)際齒數(shù)。i2為齒輪滾柱3減少齒槽，內(nèi)齒輪1及中心齒輪2減少齒后的實(shí)際齒數(shù)的跳齒周節(jié)與設(shè)計(jì)齒數(shù)周節(jié)的倍數(shù)，即跳齒數(shù)。
i1為齒輪滾柱3的件數(shù)εmax、εmin為齒輪滾柱3分別與內(nèi)齒輪1，中心齒輪2的設(shè)計(jì)齒數(shù)在嚙合傳動(dòng)中的重迭系數(shù)的最大值與最小值。
Z1″、Z2″分別為Z1′/i1，Z2′/i1不能整除的余齒數(shù)。
上列各式成立的條件是滾柱齒輪3在隔離傳動(dòng)架4的孔中圓周等分，圓周等分除了使設(shè)計(jì)和工藝得到簡(jiǎn)化外，還保證了整個(gè)結(jié)構(gòu)的徑向力學(xué)平衡。
Z3′最好為奇數(shù)，能使各齒輪滾柱3同時(shí)與內(nèi)齒輪1及中心齒輪2嚙合的數(shù)量增加。
上列各式表達(dá)的跳齒行星傳動(dòng)的傳動(dòng)含義是1、i2＞εmax表示各齒輪無論是軸承式的滾動(dòng)傳動(dòng)和齒輪付的嚙合傳動(dòng)都是間斷傳動(dòng)。
2、無論直齒或斜齒，每個(gè)齒輪滾柱3與內(nèi)齒輪1及中心齒輪2傳動(dòng)時(shí)，最多只有一個(gè)齒嚙合。
3、在i1個(gè)齒輪滾柱3的嚙合傳動(dòng)中，至少有一個(gè)齒輪滾柱3分別與內(nèi)齒輪1及中心齒輪2同時(shí)嚙合。
4、每個(gè)齒輪滾柱3至少有一個(gè)齒在與內(nèi)齒輪1或中心齒輪2嚙合傳動(dòng)。
5、在傳動(dòng)中的任意時(shí)刻，當(dāng)任一齒輪滾柱3分別與內(nèi)齒輪1及中心齒輪2同時(shí)嚙合時(shí)，兩嚙合點(diǎn)與滾柱齒輪3中心的徑向連線成一直線。
如上所述，不難看出，間斷的滾動(dòng)傳動(dòng)和嚙合傳動(dòng)，用隔離傳動(dòng)架4與各齒輪滾柱3公轉(zhuǎn)同步，所組成的行星傳動(dòng)，如同末跳齒的Z1、Z2、Z3，是同樣連續(xù)的行星傳動(dòng)。這種傳動(dòng)所構(gòu)成的泵式結(jié)構(gòu)的高低壓區(qū)的流體通過各泵流孔5與控制系統(tǒng)聯(lián)接調(diào)控，并將中心齒輪2的延伸端作為輸入軸，將內(nèi)齒輪1與隔離傳動(dòng)架4任一件的延伸端作為輸出，選擇不同的傳輸件，得到不同范圍的轉(zhuǎn)速變化形成無級(jí)變速。
圖示說明圖1是齒輪滾柱軸承泵式無級(jí)變速器原理示意圖。
圖2是汽車無級(jí)變速器軸向剖面示意圖。
1、內(nèi)齒輪；2、中心齒輪；3、齒輪滾柱；4、隔離傳動(dòng)架；5、泵流孔；6、內(nèi)齒輪；7、中心齒輪；8、齒輪滾柱；9、隔離傳動(dòng)架；10、鍵；11、傳動(dòng)聯(lián)接環(huán)；12、御荷環(huán)。
使用兩套基本相同的齒輪滾柱軸承泵式無級(jí)變速器串聯(lián)成一體可適合于汽車傳動(dòng)要求的無級(jí)變速。
如圖2所示，其中一套內(nèi)齒輪1、中心齒輪2、齒輪滾柱3、隔離傳動(dòng)架4作為輸入系，動(dòng)力由中心齒輪2的延伸軸輸入，另一套內(nèi)齒輪6、中心齒輪7、齒輪滾柱8、隔離傳動(dòng)架9用作輸出系，動(dòng)力由中心齒輪7的延伸軸輸出，通過傳動(dòng)聯(lián)接環(huán)11兩端的端齒與輸入系內(nèi)齒輪1及輸出系的隔離傳動(dòng)架9對(duì)應(yīng)的端齒聯(lián)接同步運(yùn)轉(zhuǎn)，用鍵10將輸出系的內(nèi)齒輪6固定，輸入系與輸出系的各泵流孔5通過聯(lián)接管道將兩系統(tǒng)的高壓油與低壓油分別與控制系統(tǒng)聯(lián)接實(shí)施調(diào)控，構(gòu)成完整的變速系統(tǒng)。
系統(tǒng)中，隔離傳動(dòng)架4與9分別將各齒輪滾柱3與8的位置圓周精密等分定位公轉(zhuǎn)同步。隔離傳動(dòng)架4與9的各配合接觸面應(yīng)保證靈活轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)保證壓力油的承壓密封。作為無級(jí)變速器，可將兩套系統(tǒng)各自的中心齒輪2與7及齒輪滾柱3與8嚙合所產(chǎn)生的高低壓區(qū)通過隔離傳動(dòng)架4與9的內(nèi)孔增大，相對(duì)于兩中心齒輪2與7的齒頂圓留出通道，將各個(gè)高低壓區(qū)的油路內(nèi)部聯(lián)通以減少傳輸損耗。
成對(duì)制作的卸荷環(huán)12的外徑分別等于齒輪滾柱3與8的齒頂圓與中心齒輪2與7的齒根圓并分別裝入兩種齒輪的兩端，裝入各齒輪滾柱的御荷環(huán)的孔與滾柱齒輪軸過盈配合，裝入兩中心齒輪御荷環(huán)的孔與軸留有較大的間隙，成對(duì)的御荷環(huán)的外徑控制裝配尺寸產(chǎn)生過盈接觸施加預(yù)負(fù)荷，在傳動(dòng)中，可始終保證齒輪滾柱3與8的齒頂圓與內(nèi)齒輪1與6的齒根圓的接觸壓力，阻隔高低壓區(qū)的徑向漏油的同時(shí)，利用了滾動(dòng)傳動(dòng)中非純滾動(dòng)的滑移力，平衡了齒輪滾柱對(duì)隔離傳動(dòng)架的孔壁在傳動(dòng)中產(chǎn)生的壓力，采用御荷環(huán)可將工藝難度較大的內(nèi)齒輪1與6及中心齒輪2與7的齒根圓的制造公差增大，改善了工藝性。
上述系統(tǒng)中，內(nèi)齒輪1、6的Z1＝60，中心齒輪2、7的Z2＝30，齒輪滾柱3、8的Z3＝15。跳齒數(shù)i2＝3，齒輪滾柱3、8各套的件數(shù)i1＝3，兩套系統(tǒng)各自參數(shù)的搭配分別滿足前面所述的跳齒行星傳動(dòng)所列各式。
用作變速器時(shí)，油路控制系統(tǒng)可根據(jù)泵式結(jié)構(gòu)下述的變速原理與以配備。
當(dāng)中心齒輪2與7同向正轉(zhuǎn)時(shí)，變速范圍可在n＝0→3n之間供選擇，高低壓油路聯(lián)接不變。式中n-輸入轉(zhuǎn)數(shù)/分，n1-輸出轉(zhuǎn)數(shù)/分。
當(dāng)n1＜3n/5時(shí)輸入系與輸出系的高壓區(qū)聯(lián)通在輸出系的高壓出油口受控。當(dāng)n1＝3n/5時(shí)，輸入系與輸出系的高壓區(qū)的容積變化相等。在n1≤3n/5的變速范圍內(nèi)，輸入系的油壓傳輸是半液力、半泵式，輸出系是半液力、半馬達(dá)式。
當(dāng)n1＞3n/5時(shí)，輸入系的高壓出口受控。此時(shí)，輸入系是受控的液力傳動(dòng)、驅(qū)動(dòng)輸出軸，輸出系是一個(gè)空載的調(diào)控泵。
當(dāng)輸出軸反轉(zhuǎn)即汽車倒車時(shí)，將輸出系與輸入系的高低壓油路正轉(zhuǎn)時(shí)的聯(lián)接反向，輸出系的高壓油出口受控，此時(shí)輸入系是泵，輸出系是受控變量馬達(dá)。
正轉(zhuǎn)時(shí)，輸入系的高壓區(qū)與輸出系的低壓區(qū)，壓力增減方向相同、表明是調(diào)速變化，壓力增減方向相反，表明下坡加速，利用對(duì)應(yīng)的兩支傳感器比較得到的相反信息啟動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)輸出系反向節(jié)流，制動(dòng)下坡加速。同樣原理，制動(dòng)倒車下坡加速。
當(dāng)汽車運(yùn)行過程中，負(fù)載超過額定負(fù)荷時(shí)，設(shè)置在輸入系的高壓區(qū)的調(diào)控元件可自動(dòng)調(diào)控降速增扭。如果已知發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速扭矩特性并同時(shí)監(jiān)測(cè)其轉(zhuǎn)速與設(shè)置于輸入系高壓區(qū)的壓力傳感器結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)汽車全部轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的自動(dòng)降速增扭和自動(dòng)變速，使發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出與負(fù)載平衡匹配節(jié)能。
該變速器用作汽車變速傳動(dòng)時(shí)，整個(gè)傳輸油路封閉，可保持最短的油路傳輸，將功率損耗降到最低，當(dāng)油路開放時(shí)，無級(jí)變速器可成為可控的變量泵，直接提供與發(fā)動(dòng)機(jī)功率相當(dāng)?shù)淖兞縿?dòng)力源，實(shí)現(xiàn)汽車的吊裝，貨箱翻轉(zhuǎn)，剎車等附加功能。
綜上所述，本發(fā)明采用了間斷的滾動(dòng)傳動(dòng)與跳齒嚙合傳動(dòng)所構(gòu)成的連續(xù)的行星傳動(dòng)組成的泵式結(jié)構(gòu)，流體在各跳齒輪齒嚙合形成的高低壓區(qū)被過盈的滾動(dòng)傳動(dòng)徑向阻隔，其密封性不但可作液泵，還可作氣泵；i2＞εmax不但直齒輪不可能有困油，斜齒也一樣；傳動(dòng)中不但沒有附加的徑向偏載力，同時(shí)傳動(dòng)軸還能承受較大的徑向與軸向工作負(fù)荷，加上跳齒后，留下較大的齒厚修正空間，整個(gè)輪齒的承載強(qiáng)度可成倍增長(zhǎng)，這都是通常齒的齒輪泵不可能作到的，該結(jié)構(gòu)可單獨(dú)、串聯(lián)、并聯(lián)組成各式各樣的無級(jí)變速器，且變速范圍大，高低速特性好，以及自控降速增扭和其他的優(yōu)越的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、除用于各類機(jī)械、液壓傳動(dòng)外，特別是能充分滿足各類汽車的變速、差速要求，甚至可組成整個(gè)汽車的傳動(dòng)線，完成多橋驅(qū)動(dòng)，并直接提供汽車其他附加受控變量動(dòng)力的要求。
權(quán)利要求
1.一種采用通常流體控制系統(tǒng)所組成的齒輪滾柱軸承泵式無級(jí)變速器，其特征在于用兩個(gè)以上的齒輪滾柱(3)、內(nèi)齒輪(1)、中心齒輪(2)及隔離傳動(dòng)架(4)組成齒輪滾柱軸承形成跳齒嚙合行星傳動(dòng)的泵式結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪滾柱軸承泵式無級(jí)變速器，其特征在于齒輪滾柱軸承結(jié)構(gòu)中的齒輪滾柱(3)的齒頂圓分別與內(nèi)齒輪(1)及中心齒輪(2)的齒根圓以過盈接觸滾動(dòng)傳動(dòng)，隔離傳動(dòng)架(4)將各齒輪滾柱(3)在圓周方向分隔且保持公轉(zhuǎn)同步。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪滾柱軸承泵式無級(jí)變速器，其特征在于所述的跳齒嚙合行星傳動(dòng)中的齒輪滾柱(3)、內(nèi)齒輪(1)，中心齒輪(2)各齒輪的輪齒選擇相同的跳齒數(shù)組成成對(duì)嚙合是間斷傳動(dòng)的齒輪付，三種齒輪組成的間斷傳動(dòng)的齒輪付與隔離傳動(dòng)架(4)的傳動(dòng)作用相結(jié)合組成連續(xù)的行星傳動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪滾柱軸承泵式無級(jí)變速器，其特征在于所述的泵式結(jié)構(gòu)中，隔離傳動(dòng)架(4)的各接觸面，將行星傳動(dòng)中各齒輪的輪齒嚙合部位形成的流體高、低壓區(qū)，在徑向與軸向隔離的同時(shí)應(yīng)保證既相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)又承壓密封的間隙所組成的泵式結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種跳齒的齒輪滾柱、內(nèi)齒輪、中心齒輪及隔離傳動(dòng)架構(gòu)成有預(yù)加負(fù)荷的軸承泵式結(jié)構(gòu),可單獨(dú)、串聯(lián)、并聯(lián)組成各式各樣的無級(jí)變速器、差速器、定量或變量泵,定扭或變扭聯(lián)軸器,由于密封性好,無困油、功率大、效率高、變速范圍大、高低速特性好及自控降速增扭和其他優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo),除用于各類液壓機(jī)械傳動(dòng)外,特別是能充分滿足各類汽車變速、差速的傳動(dòng)要求的同時(shí),還能直接提供其他附加受控變量動(dòng)力的做功要求。
文檔編號(hào)F16H39/00GK1338579SQ0112887
公開日2002年3月6日 申請(qǐng)日期2001年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月19日
發(fā)明者劉興榮 申請(qǐng)人:劉興榮