專利名稱：一種液力機(jī)械復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域，具體涉及具有液力變矩器的車輛傳動(dòng)系統(tǒng)，特別是工程機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
液力變矩器是以液體為工作介質(zhì)的一種非剛性扭矩變換器，大量應(yīng)用在各種車輛尤其是工程機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)中，作為一種柔性傳動(dòng)，它用在傳動(dòng)系統(tǒng)中具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)能阻隔發(fā)動(dòng)機(jī)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，具有良好過載保護(hù)性能和起動(dòng)性能；有良好的自動(dòng)變速性能，渦輪的輸出轉(zhuǎn)速隨載荷的改變而改變；能保證動(dòng)力機(jī)有穩(wěn)定的工作區(qū)，載荷的瞬態(tài)變化基本不會(huì)反映到動(dòng)力機(jī)上。液力變矩器雖然具有上述諸多優(yōu)點(diǎn)，但它有一個(gè)很大的缺點(diǎn)，就是傳動(dòng)效率低。液力變矩器的傳動(dòng)效率是渦輪與泵輪轉(zhuǎn)速的比值的函數(shù)，渦輪與泵輪轉(zhuǎn)速的比值稱為轉(zhuǎn)速比，液力變矩器的轉(zhuǎn)速比與效率的關(guān)系如圖1所示，當(dāng)轉(zhuǎn)速比為最佳值i*時(shí)，最高效率h* 也不到百分之九十，一旦轉(zhuǎn)速比偏離最佳值時(shí)，傳動(dòng)效率便急劇下降。實(shí)際上，液力變矩器主要應(yīng)用于外載荷經(jīng)常發(fā)生變化的傳動(dòng)系統(tǒng)中，載荷的變化使液力變矩器很難工作于高效點(diǎn)或高效區(qū)，常常處于低效率工作狀態(tài)，動(dòng)力機(jī)產(chǎn)生的功率得不到充分的利用，大量的能量以熱量的形式散失。因此，提高具有液力變矩器的傳動(dòng)系統(tǒng)的效率具有十分重要的意義。對(duì)于提高液力變矩器的傳動(dòng)效率，工程技術(shù)人員采用了許多辦法，目前比較有效的方法是以下兩種。第一種方法是將普通液力變矩器改造為綜合式液力變矩器。綜合式液力變矩器兼有普通液力變矩器和液力偶合器的功能，它的效率曲線如圖2所示，當(dāng)渦輪和泵輪的轉(zhuǎn)速比小于偶合點(diǎn)的轉(zhuǎn)速比時(shí)，綜合式液力變矩器的工作特點(diǎn)與普通液力變矩器相同；當(dāng)渦輪和泵輪的轉(zhuǎn)速比大于偶合點(diǎn)的轉(zhuǎn)速比時(shí)，綜合式液力變矩器的工作特點(diǎn)與效率較高的液力偶合器相同。綜合式液力變矩器只提高了轉(zhuǎn)速比大于偶合點(diǎn)轉(zhuǎn)速比時(shí)的效率， 而轉(zhuǎn)速比小于偶合點(diǎn)時(shí)的效率沒有得到提高。第二種方法是增加變速器的擋位數(shù)，當(dāng)外載荷發(fā)生變化時(shí)，通過變速器的換檔操作使液力變矩器工作于高效區(qū)。但變速器只有有限的幾個(gè)擋位，并且這幾個(gè)擋位的傳動(dòng)比分散在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)，不能使液力變矩器始終處于高效點(diǎn)或高效區(qū)。專利發(fā)明人于2008年申請(qǐng)了 200810044340.9號(hào)專利，采用磁粉離合器作為控制部件，使液力變矩器工作于高效區(qū)，有效地提高了傳動(dòng)系統(tǒng)的效率。但200810044340. 9 號(hào)專利還存在一些不足一是磁粉離合傳遞的力矩大小由程序決定，需要?jiǎng)?lì)磁電源和比較復(fù)雜的檢測(cè)與控制系統(tǒng)，磁粉離合器的主動(dòng)部分和從動(dòng)部分很難做到完全同步，不可避免地會(huì)產(chǎn)生滑磨功損耗；二是磁粉離合器的成本較高，每臺(tái)售價(jià)在六千元左右，會(huì)影響該專利技術(shù)的市場(chǎng)推廣；三是磁粉離合器的尺寸較大，在某些傳動(dòng)系統(tǒng)中會(huì)受到安裝空間的限制。為克服上述不足，發(fā)明人通過深入的分析和研究，提出了本項(xiàng)實(shí)用新型。去掉了 200810044340. 9號(hào)專利中的磁粉離合器及其控制部分，以簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)磁粉離合器及其控制部分的功能，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)功率分流，不需要?jiǎng)?lì)磁電源，也不存在滑磨功損耗。因此，本專利與200810044340. 9號(hào)專利相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝尺寸小、成本低、效率高的優(yōu)
點(diǎn)ο
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的提供一種高效液力機(jī)械復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)，通過液力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)的分流，顯著提高具有液力變矩器的傳動(dòng)系統(tǒng)的效率。達(dá)到節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的目的。本實(shí)用新型的技術(shù)方案采用功率分流的思想，改變傳統(tǒng)的串聯(lián)傳動(dòng)方式，將液力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)并聯(lián)于內(nèi)燃機(jī)和變速器之間，使內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的功率分兩路傳遞，一部分經(jīng)過液力變矩器傳遞，一部分由齒輪機(jī)構(gòu)和離合器傳遞。將剛性的齒輪傳動(dòng)與柔性的液力傳動(dòng)相結(jié)合，使傳動(dòng)系統(tǒng)在具有柔性的同時(shí)又提高了效率。當(dāng)傳動(dòng)系統(tǒng)處于分流傳動(dòng)狀態(tài)時(shí)， 齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)保證液力變矩器的轉(zhuǎn)速比為最佳值，強(qiáng)制液力變矩器工作于高效點(diǎn)。本實(shí)用新型所述的液力機(jī)械復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)，適用于變載荷工況下的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞，主要包括內(nèi)燃機(jī)(1)、齒輪A (2)、齒輪B (3)、離合器(4)、齒輪C (5)、齒輪D (6)、傳動(dòng)軸(7)、單向聯(lián)軸器(8)、變速器(12)、以及由渦輪(9)、泵輪(10)和導(dǎo)輪(11)組成的液力變矩器；齒輪A (2)和齒輪D (6)固定在內(nèi)燃機(jī)(1)的曲軸上；齒輪B (3)與傳動(dòng)軸(7)通過離合器(4)相連；齒輪C (5)空套在傳動(dòng)軸(7)上，并與液力變矩器的泵輪(10)固連；齒輪A (2)與齒輪B (3)保持嚙合，齒輪C (5)與齒輪D (6)保持嚙合；傳動(dòng)軸(7)的左端與離合器(4)相連，右端通過單向聯(lián)軸器(8)與變速器(12)的輸入軸相連；渦輪(9)與變速器 (12)的輸入軸固連；當(dāng)離合器(4)不傳遞力矩時(shí)，內(nèi)燃機(jī)(1)產(chǎn)生的功率全部經(jīng)過液力變矩器傳遞到變速器；當(dāng)離合器(4)傳遞力矩時(shí)，內(nèi)燃機(jī)(1)產(chǎn)生的功率一部分由液力變矩器傳遞到變速器，另一部分功率經(jīng)過齒輪A (2)、齒輪B (3)、離合器(4)、傳動(dòng)軸(7)和單向聯(lián)軸器(8)傳遞到變速器；當(dāng)離合器(4)閉合且傳遞力矩時(shí)，液力變矩器的轉(zhuǎn)速比為最佳值，它工作于高效點(diǎn)。傳動(dòng)軸(7)與變速器輸入軸之間通過單向聯(lián)軸器(8)相連，動(dòng)力只能由傳動(dòng)軸(7) 傳遞到變速器的輸入軸，不能反向傳遞。當(dāng)離合器(4)閉合且傳遞力矩時(shí)，液力變矩器的轉(zhuǎn)速比由齒輪機(jī)構(gòu)決定，齒輪機(jī)構(gòu)保證液力變矩器工作于高效點(diǎn)；內(nèi)燃機(jī)曲軸與泵輪(9)繞同一根軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)齒輪機(jī)構(gòu)采用行星傳動(dòng)方式，它們的旋轉(zhuǎn)軸線不重合時(shí)齒輪機(jī)構(gòu)采用定軸傳動(dòng)方式。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)及積極效果機(jī)械傳動(dòng)具有效率傳動(dòng)高的優(yōu)點(diǎn)，液力傳動(dòng)具有緩沖、吸震、起動(dòng)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)，本實(shí)用新型將二者有機(jī)結(jié)合，將液力傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)并聯(lián)連接，既保留了液力傳動(dòng)的柔性，又提高了傳動(dòng)系統(tǒng)的效率。計(jì)算實(shí)例表明，當(dāng)載荷在某一范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，本實(shí)用新型所述的液力機(jī)械復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的傳動(dòng)方式相比，傳動(dòng)效率平均提高8. 5個(gè)百分點(diǎn)。

圖1普通液力變矩器的效率曲線。圖2綜合式液力變矩器的效率曲線。圖3液力機(jī)械復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。[0015]圖4內(nèi)燃機(jī)與液力變矩器匹配示意圖。圖5力矩分流示意圖。圖6分流傳動(dòng)時(shí)系統(tǒng)的效率與液力變矩器效率的比較。圖7內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的功率與輸入變速器的功率隨載荷的變化情況。圖8實(shí)施例2。圖9實(shí)施例3。
具體實(shí)施方式
液力機(jī)械復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要包括以下零部件內(nèi)燃機(jī)(1)、齒輪A (2)、齒輪B (3)、離合器(4)、齒輪C (5)、齒輪D (6)、傳動(dòng)軸(7)、單向聯(lián)軸器(8)、變速器(12)、以及由渦輪(9)、泵輪(10)和導(dǎo)輪(11)組成的液力變矩器。齒輪A (2)和齒輪 D (6)與內(nèi)燃機(jī)(1)的曲軸固連，齒輪A (2)與齒輪B (3)保持嚙合，齒輪D (6)與齒輪C (5)保持嚙合。齒輪C (5)空套在傳動(dòng)軸(7)上，齒輪C (5)與液力變矩器的泵輪(10)連為一體。傳動(dòng)軸(7)左端通過離合器(4)與齒輪B (3)相連，右端與通過單向聯(lián)軸器(8)與變速器(12)的輸入軸相連。液力變矩器的渦輪(9)與變速器(12)的輸入軸固連。車輛傳動(dòng)系統(tǒng)中所用的液力變矩器一般不具有透穿性或透穿性很小，外載荷的變化基本不會(huì)影響內(nèi)燃機(jī)的工作狀態(tài)。對(duì)于不具有透穿性的液力變矩器，目前公認(rèn)的匹配理論是內(nèi)燃機(jī)與液力變矩器匹配的目的是保證液力變矩器的渦輪軸具有最大的輸出功率。 一般的匹配方法如圖4所示，使液力變矩器泵輪的轉(zhuǎn)矩特性曲線通過內(nèi)燃機(jī)的最大功率
點(diǎn)。圖4中，Is為泵輪傳遞的力矩，I2為內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的力矩。由圖4可以看出，內(nèi)燃機(jī)工
作于最大功率點(diǎn)時(shí)，內(nèi)燃機(jī)的輸出扭矩并非最大值，內(nèi)燃機(jī)的潛力沒有得到充分的發(fā)揮。綜合式液力變矩器在轉(zhuǎn)速比大于偶合點(diǎn)轉(zhuǎn)速比時(shí)具有較高的效率，本實(shí)用新型所述的液力變矩器為綜合式液力變矩器。液力變矩器的轉(zhuǎn)速比為最佳值i*時(shí)工作于高效點(diǎn)，其傳動(dòng)效率最高，本實(shí)用新型所述的傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪B (3)與齒輪C (5)的轉(zhuǎn)速比等于i*。當(dāng)離合器(4)閉合且傳遞力矩時(shí)，渦輪(9)的轉(zhuǎn)速與齒輪B (3)的轉(zhuǎn)速相同，泵輪(10)的轉(zhuǎn)速與齒輪C (5)的轉(zhuǎn)速相同，從而保證液力變矩器的轉(zhuǎn)速比為i*，使它工作于高效點(diǎn)。傳動(dòng)軸(7)與變速器(12)的輸入軸通過單向聯(lián)軸器(8)相連，動(dòng)力只能由傳動(dòng)軸 (7)傳遞到變速器(12)的輸入軸，不能反向傳遞。當(dāng)傳動(dòng)軸(7)與變速器(12)輸入軸的轉(zhuǎn)速相同時(shí)，傳動(dòng)軸(7)向變速器輸入軸傳遞動(dòng)力；當(dāng)傳動(dòng)軸(7)的轉(zhuǎn)速小于變速器(12)輸入軸的轉(zhuǎn)速時(shí)，傳動(dòng)軸(7)與變速器(12)的輸入軸之間互不約束。在內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)階段，為保證平穩(wěn)起動(dòng)，離合器(4)斷開，內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的功率全部經(jīng)過液力變矩器傳遞，功率不分流。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速附近時(shí)，離合器(4)閉合。離合器閉合后，齒輪(B)與傳動(dòng)軸(7)連為一個(gè)整體，傳動(dòng)模式變?yōu)榉至鲃?dòng)模式，由于單向聯(lián)軸器(8)的作用，渦輪(9) 的轉(zhuǎn)速只能大于或等于齒輪B (3)的轉(zhuǎn)速，液力變矩器的轉(zhuǎn)速比只能大于或等于i*。離合器(4)閉合后，液力變矩器的轉(zhuǎn)速比大于i*或等于i*，現(xiàn)分別介紹如下。第一種情況液力變矩器的轉(zhuǎn)速比大于i*時(shí)，渦輪(9)的轉(zhuǎn)速大于傳動(dòng)軸(7)的轉(zhuǎn)速，由于渦輪(9)與變速器的輸入軸連為一體，所以變速器輸入軸的轉(zhuǎn)速大于傳動(dòng)軸(7)的轉(zhuǎn)速，此時(shí)
5傳動(dòng)軸(7)與變速器輸入軸之間互不約束，變速器輸入軸上的動(dòng)力不能回流至傳動(dòng)軸(7)， 有效地避免了功率循環(huán)。在這種情況下，離合器(4)不傳遞力矩，機(jī)械傳動(dòng)的功率分流為0， 內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的所有功率都經(jīng)過液力變矩器傳遞，內(nèi)燃機(jī)處于比較穩(wěn)定的工作狀態(tài)，其轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速。由圖2所示的綜合式液力變矩器的功率曲線可以看出，此時(shí)系統(tǒng)傳動(dòng)效率較高。第二種情況液力變矩器的轉(zhuǎn)速比等于i*時(shí)，內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的功率分兩路傳遞至變速器的輸入軸，一部分功率經(jīng)過齒輪D (6)、齒輪C (5)、泵輪(10)、渦輪(9)傳遞至變速器輸入軸，另一部分功率經(jīng)過齒輪B (3)、離合器(4)、傳動(dòng)軸(7)、單向聯(lián)軸器(8)傳遞至變速器輸入軸。機(jī)械傳動(dòng)和液力傳動(dòng)的功率分流比例根據(jù)載荷的大小自動(dòng)改變，在這種工作狀態(tài)下， 當(dāng)載荷增大時(shí)，內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，它的輸出力矩增大，能夠自動(dòng)適應(yīng)載荷的變化，使內(nèi)燃機(jī)的潛力充分發(fā)揮。液力變矩器泵輪傳遞的力矩與它的轉(zhuǎn)速的平方成正比，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速下降時(shí)，液力變矩器傳遞的力矩減小，它傳遞的功率相應(yīng)減少，而由離合器(4)和傳動(dòng)軸 (7)傳遞的功率增多。通過泵輪傳遞的力矩和通過離合器傳遞的力矩如圖5所示。為防止內(nèi)燃機(jī)熄火，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速下降到一定程度時(shí)，就需要對(duì)變速器進(jìn)行換擋操作，使變速器由當(dāng)前擋位切換到鄰近的低速擋，如果變速器已經(jīng)處于最低擋位，則需要斷開離合器(4)，經(jīng)過一定的延時(shí)后再使離合器(4)閉合。為說明分流傳動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，本實(shí)用新型所述的傳動(dòng)系統(tǒng)選擇康明斯C8. 3型內(nèi)燃機(jī)和YJ340型液力變矩器為實(shí)例進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)和液力變矩器特性曲線上部分點(diǎn)的參數(shù)值，采用拉格朗日插值求得其它點(diǎn)的參數(shù)值。在功率不分流的情況下，設(shè)內(nèi)燃機(jī)工作于額定轉(zhuǎn)速且液力變矩器工作于高效點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)外載荷為1。當(dāng)載荷增大時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)變?yōu)榉至鱾鲃?dòng)模式，機(jī)械傳動(dòng)分流的比例隨載荷的增大而增大，隨著分流比的增大，系統(tǒng)傳動(dòng)效率逐漸提高。在外載荷由1增大到1. 4的過程中，分流傳動(dòng)系統(tǒng)的效率和液力變矩器的效率變化如附圖6所示。由附圖可以看出，采用功率分流后，系統(tǒng)效率明顯提高，在載荷由1增加到 1. 4的過程中，系統(tǒng)傳動(dòng)效率平均提高8. 5%。附圖7為外載荷由1增大到1. 4的過程中，內(nèi)燃機(jī)的功率和輸入變速器功率的變化曲線。由圖中可以看出，隨著載荷的增加，內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的功率逐漸減小，但輸入到變速器的功率并沒有減少。附圖8和附圖9為本實(shí)用新型的兩個(gè)實(shí)施例。附圖8和附圖9所示的方案采用行星齒輪傳動(dòng)，內(nèi)燃機(jī)曲軸的回轉(zhuǎn)中心與泵輪的回轉(zhuǎn)中心重合，附圖8中的液力變矩器為正轉(zhuǎn)液力變矩器，附圖9中的液力變矩器為反轉(zhuǎn)液力變矩器。
權(quán)利要求1. 一種液力機(jī)械復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)，適用于變載荷工況下的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞，主要包括內(nèi)燃機(jī)(1)、齒輪A (2)、齒輪B (3)、離合器(4)、齒輪C (5)、齒輪D (6)、傳動(dòng)軸(7)、單向聯(lián)軸器(8)、變速器(12)、以及由渦輪(9)、泵輪(10)和導(dǎo)輪(11)組成的液力變矩器，其特征在于齒輪A (2)和齒輪D (6)固定在內(nèi)燃機(jī)(1)的曲軸上；齒輪B (3)與傳動(dòng)軸(7)通過離合器(4)相連；齒輪C (5)空套在傳動(dòng)軸(7)上，并與液力變矩器的泵輪(10)固連；齒輪A (2)與齒輪B (3)保持嚙合，齒輪C (5)與齒輪D (6)保持嚙合；傳動(dòng)軸(7)的左端與離合器(4)相連，右端通過單向聯(lián)軸器(8)與變速器(12)的輸入軸相連；渦輪(9)與變速器(12) 的輸入軸固連。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種高效率的液力機(jī)械復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)，適用于載荷經(jīng)常發(fā)生變化的場(chǎng)合，特別適用于工程機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)。液力機(jī)械復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)主要由內(nèi)燃機(jī)、液力變矩器、離合器、單向聯(lián)軸器、齒輪、變速器等零部件組成。采用功率分流的方法提高系統(tǒng)傳動(dòng)效率，在分流傳動(dòng)的狀態(tài)下，液力變矩器始終工作于高效點(diǎn)，內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的功率一部分由液力變矩器傳遞到變速器，另一部分由機(jī)械裝置傳遞到變速器。本實(shí)用新型將液力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，具有適應(yīng)載荷能力強(qiáng)，傳動(dòng)效率高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F16H47/06GK202017748SQ201020672020
公開日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者姚進(jìn), 李華 申請(qǐng)人:四川大學(xué)