專利名稱：平行流體力學(xué)減速傳動的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于車輛的連續(xù)可變流體力學(xué)傳動，特別是具有平行軸向活塞的泵和電機(jī)的傳動，通過一個(gè)固定管道液壓連接和通過一個(gè)可變比率齒輪組的機(jī)械連接，提供包括一個(gè)不變的機(jī)械部分和在液壓鎖閉時(shí)減少到零的可變的液壓部分的輸出扭矩。
背景技術(shù)：
近年來，人們對于連續(xù)可變流體力學(xué)傳動的興趣一直在增加，由于在將旋轉(zhuǎn)的輸入動力轉(zhuǎn)化為以需要的輸出扭矩和速度的輸出動力的車輛和其它動力系統(tǒng)中，其潛在的使用效果和經(jīng)濟(jì)性的增加在成為可能。在車輛中連續(xù)可變傳動提供的操作效率和經(jīng)濟(jì)性是潛在優(yōu)于任何已知傳動，并且理論上可以比其它可行傳動更小、更輕。
但是，專家們已知的傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)的流體靜力學(xué)傳動技術(shù)是噪聲高、效率低的。使那些專家和車輛制造商相信新一代流體靜力學(xué)傳動已經(jīng)克服了現(xiàn)有技術(shù)的問題是困難的。因此，其他的改進(jìn)有利于對新一代流體靜力學(xué)傳動的接受。
這樣的改進(jìn)之一是在旋轉(zhuǎn)界面的漏損領(lǐng)域，特別在那些工作液在不同旋轉(zhuǎn)泵和電機(jī)之間轉(zhuǎn)換方向的場合。
另一個(gè)改進(jìn)是在動平衡領(lǐng)域。因?yàn)殡S著旋轉(zhuǎn)速度的增加，平衡旋轉(zhuǎn)設(shè)備以排除由旋轉(zhuǎn)偏心質(zhì)量引起的震動的困難成指數(shù)倍的變壞。而另一改進(jìn)會減少由“偏差”和在傳動機(jī)架內(nèi)隨著旋轉(zhuǎn)元件與液體波動協(xié)同的造成的損失。在具有一個(gè)高旋轉(zhuǎn)速度的原動機(jī)，如一個(gè)電動機(jī)，渦流發(fā)動機(jī)或高性能的火花點(diǎn)火汽油發(fā)動機(jī)的應(yīng)用中，輸入元件會按照原動機(jī)的輸出速度旋轉(zhuǎn)，除非在原動機(jī)和傳動裝置之間插入一個(gè)齒輪減速系統(tǒng)。齒輪減速系統(tǒng)增加不需要的花費(fèi)和重量。通過減低旋轉(zhuǎn)元件的旋轉(zhuǎn)速度可以大大降低偏差和液體波動損失。同樣另一個(gè)需要的改進(jìn)在于制造性、簡易性和造價(jià)領(lǐng)域?，F(xiàn)有技術(shù)的連續(xù)可變流體力學(xué)傳動趨向于大大增加制造的復(fù)雜性和費(fèi)用。對于原設(shè)備制造商，提供一種可行的高效、小巧和重量輕，制造和維修都容易和經(jīng)濟(jì)的連續(xù)可變流體力學(xué)傳動，是受歡迎的改進(jìn)。
在由福爾松(Folsom)和塔克爾(Tucker)于1998年11月12日遞交的題目為“水壓機(jī)”的國際專利申請PCT/US98/24053說明了達(dá)到這些改進(jìn)的一個(gè)途徑。該途徑的一個(gè)變例，是在一組流體力學(xué)傳動裝置中用低價(jià)傳統(tǒng)元件，使該技術(shù)可在需要緊湊和低價(jià)的小型車如船舷外馬達(dá)、電動踏板車、電動自行車、娛樂車和雪上汽車上使用。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于車輛的改進(jìn)的流體力學(xué)連續(xù)可變傳動。本發(fā)明的另一個(gè)目的是一個(gè)提供改進(jìn)的動力傳送的方法，用于從車輛原動機(jī)根據(jù)駕駛員的選擇，將輸出動力以一個(gè)連續(xù)可變的輸出扭矩和速度組合，傳動到車輛的運(yùn)動元件(車輪、履帶、推進(jìn)器、皮帶等)。
為了實(shí)現(xiàn)這些和其他目的，得到一種平行流體力學(xué)連續(xù)可變傳動，該傳動具有一個(gè)機(jī)架，該機(jī)架支撐一個(gè)補(bǔ)給泵和支持傳動操作部件的內(nèi)腔，包括一個(gè)軸向活塞泵和一個(gè)軸向活塞電機(jī)。每個(gè)泵和電機(jī)有一個(gè)旋轉(zhuǎn)元件和一個(gè)非旋轉(zhuǎn)元件，每個(gè)非旋轉(zhuǎn)泵元件經(jīng)機(jī)架內(nèi)與分別安裝軸頸裝配用于傾斜運(yùn)動。非旋轉(zhuǎn)件的傾斜軸相對于旋轉(zhuǎn)元件的旋轉(zhuǎn)軸橫向布置。泵和電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸近似相互平行地并行的布置在機(jī)架內(nèi)。一個(gè)可變速率齒輪組與泵、電機(jī)和輸出軸配合，因此泵產(chǎn)生的反扭矩直接傳送到輸出軸。泵和電機(jī)通過固定在機(jī)架內(nèi)的一個(gè)固定管道進(jìn)行液壓連接。固定管道內(nèi)的內(nèi)部液體通道將泵中液體加壓直接傳送到電機(jī)，并從電機(jī)中替代用過的液體傳送回泵中。傳輸率由非旋轉(zhuǎn)泵的傾斜角度和電機(jī)元件控制。傾斜角度控制裝置與機(jī)架和非旋轉(zhuǎn)泵連接，電機(jī)元件也管理該傾斜角度。
附圖的說明本發(fā)明及服務(wù)于該發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)可由閱讀隨后結(jié)合下述附圖的較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述而獲得最佳理解，其中

圖1是本發(fā)明的一實(shí)施例的示意圖，顯示機(jī)械和液壓的能量系和控制裝置；圖2是自示意圖1所示傳動系的一個(gè)方案的輸入端觀察的透視圖；圖3是自圖2所示傳動系的輸出端觀察的透視圖；圖4是自圖2所示的傳動系的輸入端觀察的端視圖；圖5是自圖2所示的傳動系的的輸入端觀察的傳動系內(nèi)部組件的透視圖；圖5A是自輸出端觀察的圖5所示的齒輪透視圖；圖6-9以圖4中線6-6為剖面線的泵和電機(jī)的平面剖視圖，顯示該傳動系處于中間位置(圖6)，相反方向(圖7)，最大速度比(圖8)和最大轉(zhuǎn)矩比(圖9)；
圖10以圖4中線10-10為剖面線通過輸出軸部分的立剖圖；圖11以圖4中線11-11為剖面線，剖面線并通過泵的軸線的立剖圖；圖12剖面線是泵和電機(jī)平行軸線的法線，并穿過旋轉(zhuǎn)斜盤主軸頸和控制直角杠桿位移的立剖圖；圖13-19是圖2中所示主機(jī)架的各個(gè)視圖；圖20-23是圖2中所示輸入端機(jī)架的各個(gè)視圖；圖24-27是圖2所示控制機(jī)架的各個(gè)視圖；圖28-33是圖3所示補(bǔ)給泵機(jī)架的各個(gè)視圖；圖34-36是輸入裝置的各個(gè)視圖，包括圖6所示的行星齒輪組的中心齒輪；圖37-39是圖6所示行星齒輪組的齒環(huán)的各個(gè)視圖；圖40-42是圖6所示泵的驅(qū)動軸的各個(gè)視圖；圖43-45是圖10所示的輸出正齒輪的各個(gè)視圖；圖46和47是圖10所示輸出軸的透視圖和側(cè)視圖；圖48-50是圖3和10所示輸出裝置的各個(gè)視圖；圖51-53是圖5A和6所示電機(jī)驅(qū)動軸的各個(gè)視圖；圖54是圖6所示泵和電機(jī)的部件展示透視圖；泵和電機(jī)是相同的；圖55-58是圖1，5，10和11所示泵和位移控制裝置單元的平面圖；圖59是圖55-58所示的控制單元的部件展示透視圖；圖60是第一個(gè)實(shí)施例圖5中按照本發(fā)明從輸入端觀察的傳動系彎曲軸線實(shí)施例的內(nèi)部組件的透視圖61是圖60中所示剖面線通過傳動裝置的泵和電機(jī)的軸線的平面剖視圖；圖62是圖60所示剖面線沿泵的軸線和軛鉸鏈的軸線的立剖圖；圖63是圖61所示泵的部件展示剖視圖，電機(jī)圖與此相同；圖64是圖60所示傳動系的前機(jī)架的透視圖，顯示內(nèi)端壁包括管道；圖65是圖64所示前機(jī)架的端視圖，顯示泵和電機(jī)間用于降低流體流動壓力的狹槽和流體流動的吸水管道；圖66是圖64從前端觀察所示前機(jī)架端視圖；圖67是以圖66中線67-67為剖面線的平面剖視圖；圖68是以圖66中線68-68為剖面線的平面剖視圖；圖69是圖60所示傳動系統(tǒng)的中機(jī)箱的透視圖；圖70是圖70所示中機(jī)箱內(nèi)部的端視圖；圖71是圖60所示傳動裝置的控制閥門和控制杠桿的平面圖；圖72是前輪驅(qū)動變速車輛傳動系的示意圖；圖73是圖72所示部件和傳動裝置部件的透視圖；圖74是圖73所示從同樣角度觀察的傳動裝置的透視圖，顯示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖75是圖73所示從前端觀察的傳動裝置的透視圖；圖76是圖75從同樣角度觀察的傳動裝置的透視圖，顯示內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖77是圖75所示傳動裝置前端的平面圖；圖78是沿圖77所示線78-78為剖面線的平面剖視圖；圖79是沿圖77所示線79-79為剖面線的立剖圖80是沿圖77所示線80-80為剖面線的立剖圖；圖81是沿圖77所示線81-81為剖面線的立剖圖；圖82A是圖79所示驅(qū)動裝置的透視圖；圖82B是圖82A所示驅(qū)動管的立剖圖；圖83是圖79所示輸入軸的透視圖；圖84是圖78所示泵軸的透視圖；圖85是圖78所示電機(jī)軸的透視圖；圖86-91是圖73所示后機(jī)架的不同視圖，和旋轉(zhuǎn)斜盤的整體轉(zhuǎn)動軸承；圖92-96圖73所示中部機(jī)架的不同視圖；圖97-103是圖78所示管道的不同視圖；圖104是圖74所示的旋轉(zhuǎn)斜盤和控制杠桿的部件展示圖；圖105-107分別是圖74所示傳動裝置的控制機(jī)械和旋轉(zhuǎn)斜盤在中間位置的平面圖，正面圖，平面圖；圖108-110分別是圖74所示傳動裝置的控制機(jī)械和旋轉(zhuǎn)斜盤在最大扭矩位置的平面圖，正面圖，平面圖；圖111-113分別是圖74所示傳動裝置的控制機(jī)械和旋轉(zhuǎn)斜盤在最大前向速度位置的平面圖，正面圖，平面圖；圖114-116分別是圖74所示傳動裝置的控制機(jī)械和旋轉(zhuǎn)斜盤在最大后退速度位置的平面圖，正面圖，平面圖；最佳實(shí)施例的描述請翻到附圖，參照圖1，一平行流體力學(xué)減速傳動，如示意圖所示，設(shè)計(jì)用于需要得到最終速率為低速的車輛。該傳動裝置顯示具有一各種活塞泵50和一由原動機(jī)55驅(qū)動的補(bǔ)給泵52，和各種位移電機(jī)60，該電機(jī)通過管道70與液壓裝置連接，通過包括各種變速的齒輪裝置如行星齒輪裝置85的齒輪系80與機(jī)械裝置連接。傳動率由車輛的主控制器100控制下的位移控制系統(tǒng)90控制。
圖1中所示傳動裝置處于中間位置，此時(shí)泵50在零位移處而電機(jī)60在最大位移處。在本實(shí)施例中，流體靜力學(xué)單元50和60的位移同時(shí)被控制系統(tǒng)90控制，雖然它們可以被單獨(dú)控制。本發(fā)明的一個(gè)特別的實(shí)施例，如圖2-12所示，使用一旋轉(zhuǎn)斜盤式泵50和電機(jī)60，包括四片機(jī)架105，該機(jī)架包括一主機(jī)架106，詳見圖13-19，一輸入端機(jī)架107，詳見圖20-23，一控制機(jī)架108，詳見圖24-27和一補(bǔ)給泵機(jī)架109，詳見圖28-33。主機(jī)架106有三個(gè)平行柱狀凸起110，112和114。如圖10所示兩頂端凸起110和112分別固定泵組50和電機(jī)組60，底部凸起114固定一輸出組115。輸入端機(jī)架107有一定位前緣116與泵凸起110同心，該定位前緣116是制造為與原動機(jī)55的環(huán)形凹進(jìn)精確吻合，這樣，傳輸機(jī)架105可以嚴(yán)格地與原動機(jī)55配合，使原動機(jī)的輸出傳動軸與傳動裝置的輸入部件一致。
扭矩是由原動機(jī)55通過輸入端機(jī)架107輸入到傳動裝置，通過機(jī)架105的所有端口輸出到車輛的驅(qū)動元件。為方便起見，扭矩從原動機(jī)輸入到傳動裝置的端口被命名為“輸入端”，其相對的端口被命名為“輸出端”，盡管扭矩從“輸入端”和“輸出端”都被輸出。
如圖34-36所示，動力從車輛原動機(jī)55輸入到傳動裝置是通過一平滑圓錐孔117從輸入軸套118輸入到輸入元件120。從原動機(jī)55輸出端的輸出到達(dá)一平滑圓錐軸(未示出)，該平滑圓錐軸與輸入元件120的圓錐孔117相匹配。該圓錐軸被強(qiáng)制插入圓錐孔117通過六角螺栓122旋入在原動機(jī)圓錐軸末端開好的洞來固定。該六角螺栓在元件120的孔中，靠肩墊圈123座在臺肩124上。圓錐軸和圓錐孔117的接合提供了扭矩從原動機(jī)55到傳動裝置的可靠的傳輸。
如圖6-9，11和5A所示，該輸入元件120包括行星齒輪系統(tǒng)85的一中心齒輪125，該中心齒輪在行星齒輪架132內(nèi)與四個(gè)行星齒輪130嚙合。如圖37-39所示，行星齒輪130與齒環(huán)135嚙合，如圖40-42所示，該齒環(huán)135與泵驅(qū)動軸140的凸緣法蘭137嚙合并驅(qū)動該軸。泵的驅(qū)動軸的輸入端142由軸承144支撐，該軸承144分別置于輸入元件120的軸承法蘭盤146和泵的驅(qū)動軸輸入末端軸承法蘭盤148之間。泵的驅(qū)動軸的花鍵部分145與泵的氣缸的花鍵孔嚙合，并驅(qū)動泵的氣缸圍繞其軸線旋轉(zhuǎn)。行星齒輪系85靠原動機(jī)55的輸出軸的軸承支撐。當(dāng)泵的驅(qū)動軸140靠軸承149支撐時(shí)，末端142裝配在主機(jī)架106的輸出末端的孔147內(nèi)。
從原動機(jī)55發(fā)出，驅(qū)動輸入元件120的扭矩被從中心齒輪125通過齒環(huán)135傳送到泵的驅(qū)動軸140的花鍵法蘭盤137，用以驅(qū)動泵50的氣缸。泵50的反作用扭矩通過泵的驅(qū)動軸和齒環(huán)135返回到行星齒輪130，并最后到達(dá)行星齒輪架132。如圖4和圖5所示，該行星齒輪架通過機(jī)器螺紋152固定在正齒輪支架150。該正齒輪150通過一組針式軸承154支撐在輸入元件120的輸入軸套118上。
正齒輪支架150與輸出正齒輪160嚙合，如圖5，6-9和10，并且詳見圖43-45，該輸出正齒輪160的軸頸支撐在軸承162上，并裝配在軸承座163上，軸承座163裝配在輸入端機(jī)架107的內(nèi)伸套管164上。輸出正齒輪160有一外凸法蘭盤166，該法蘭盤在輪齒168的切割處，一有一徑向凸出表面172的同心內(nèi)部短管170與法蘭盤166同心，以和軸承162嚙合。如圖10，46和47所示，同心內(nèi)部短管170的孔174與輸出軸180的多鍵端175用花鍵連接。孔174的全部用花鍵連接，因此扭矩可以從傳動裝置的所有端傳出，如圖1，2和3，以便驅(qū)動一四輪驅(qū)動車輛。
如圖10和12所示，輸出軸180的輸出端的軸頸由軸承183支撐，該軸承裝配在主機(jī)架106的輸出端的一分階軸線孔內(nèi)，并且固定在孔185的環(huán)形槽187內(nèi)一擋圈(未示出)上。扭矩從輸出軸180的輸出端通過輸出裝置190輸出，如圖10所示，詳見圖48-50，該輸出裝置190有一花鍵孔192與輸出軸180的輸出端的花鍵194嚙合。輸出裝置190固定在輸出軸180的末端用螺母(未示出)連接，該螺紋與輸出軸180的凸螺紋端196扣合，扭矩靠輸出裝置190輸出。
如圖6和54所示，泵50的液體壓力通過管道70的通道傳輸?shù)诫姍C(jī)60，在此轉(zhuǎn)換為電機(jī)輸出扭矩，然后通過電機(jī)輸出軸200的花鍵202傳輸?shù)诫姍C(jī)輸出軸200，與電機(jī)氣缸206的花鍵孔204相嚙合。電機(jī)輸出軸200的軸頸座在管道70的軸承208和在輸入端機(jī)架107的軸承座214內(nèi)的軸承槽212內(nèi)的前端軸承210上，如圖2，6和20所示。電機(jī)輸出扭矩通過電機(jī)輸出軸200傳送，并通過整體齒輪216與輸出正齒輪160嚙合以增加扭矩，通過電機(jī)輸出軸200從電機(jī)60傳輸扭矩至輸出軸，到達(dá)從正齒輪支架150傳輸?shù)呐ぞ?，這樣，輸出到輸出軸的總輸出扭矩是通過正齒輪支架傳輸?shù)臋C(jī)械部分和通過電機(jī)輸出軸200輸送到電機(jī)60的液壓能部分。
電機(jī)60的液壓扭矩是通過泵50的水壓動作產(chǎn)生的，如圖7-9所示。泵的氣缸206P的旋轉(zhuǎn)通過泵驅(qū)動軸140的花鍵部分145的花鍵嚙合，旋轉(zhuǎn)泵的氣缸206P的閥門盤220P，該閥門盤220P關(guān)聯(lián)泵的氣缸206P的柱面203P的液面位移，并將該液體輸入管道70的壓力管道，使旋轉(zhuǎn)斜盤下降角度相對運(yùn)動，也可以通過吸入管道使旋轉(zhuǎn)斜盤上升角度。泵的氣缸203P的活塞205P有活塞頭225P，該活塞頭在滑塊230P旋轉(zhuǎn)并通過固定在盤240P與旋轉(zhuǎn)斜盤235P的平面上。圖54所示的結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)的并是可以實(shí)現(xiàn)的，如，組合水利齒輪。
壓力液體被泵的閥門盤220P變換方向至管道70的壓力通道，并被直接輸送到管道70的壓力部分，在此被通過電機(jī)閥門盤220M的壓力槽分配到氣缸203M，在電機(jī)氣缸206M的“上升”端。液體壓力迫使活塞205M同軸的向外推動電機(jī)旋轉(zhuǎn)斜盤235M?；钊耐S運(yùn)動推動電機(jī)旋轉(zhuǎn)斜盤235M的傾斜表面，該同軸運(yùn)動還原為圓周力推動電機(jī)氣缸向下，改變了電機(jī)旋轉(zhuǎn)斜盤235M的傾斜角度。電機(jī)氣缸206M的持續(xù)旋轉(zhuǎn)迫使電機(jī)活塞205M回到氣缸203M，使氣缸203M內(nèi)的液體通過管道的吸入通道移動，最后在吸入沖程進(jìn)入泵的氣缸203P。
補(bǔ)給泵52提供由于系統(tǒng)泄漏造成液體的損失，也可給位移控制系統(tǒng)加壓，如下所述。補(bǔ)給泵52是一傳統(tǒng)商業(yè)實(shí)用泵，如各種常壓泵。如圖5A所示該補(bǔ)給泵置于管道70的腔243，被具有六角頭247的主軸245的六角部分246驅(qū)動，與螺栓122的六角凹進(jìn)嚙合。補(bǔ)給泵52從機(jī)架通過吸進(jìn)管道249牽引液體，泵內(nèi)的壓力液體通過外部液體線路通過過濾器250傳輸，再通過單向閥門252傳輸?shù)焦艿?0的壓力管道。壓力通過一壓力安全閥門254限制在一預(yù)先確定的值，如100磅/平方英寸。
如圖1，5，10-12和55-59所示的位移控制系統(tǒng)是設(shè)計(jì)為控制泵、電機(jī)旋轉(zhuǎn)斜盤235P和235M的傾斜角度。兩個(gè)旋轉(zhuǎn)斜盤235P和235M每個(gè)都分別有頂部和底部耳軸258和260。頂部耳軸258裝配在控制機(jī)架108的凸緣的座262P和262M。座262P和262M的圖是錯(cuò)誤的，因?yàn)樵搱D未顯示頂部耳軸258P和258M置于座262P和262M。該錯(cuò)誤可以通過重新定位控制機(jī)架108上的座258P和258M與耳軸258一致來補(bǔ)救。相似的，底座提供給底部耳軸260P和260M，圖12沒有反映這些座位于主機(jī)架的底面。這些疏忽可以很容易地被改正。
一泵控制直角杠桿265裝配在泵的旋轉(zhuǎn)斜盤耳軸258P的頂部，一電機(jī)控制直角杠桿270裝配在電機(jī)旋轉(zhuǎn)斜盤耳軸258M的頂部，用來控制泵和電機(jī)旋轉(zhuǎn)斜盤的傾斜角度，從而控制泵和電機(jī)的位移。如圖55-58所示，該直角杠桿有球端272和274與氣缸290和295的泵和電機(jī)控制活塞280和285相嚙合，該氣缸凸出于控制機(jī)架108如圖2所示。步進(jìn)電機(jī)300驅(qū)動一控制桿305，如圖59所示，連接滑閥320內(nèi)的控制軸310。該滑閥是通過液壓來自我定位在控制柱310的相同位置，泵控制氣缸280隨著滑閥320使泵的控制氣缸280定位在由控制柱310所確定的位置。如圖55和56所示，電機(jī)控制活塞285通過內(nèi)部停止在活塞最大位移處，而在氣缸295通過系統(tǒng)壓力在偏離該位置處停止。電機(jī)控制直角杠桿270的位置離開最大位移位置是靠泵的控制活塞嚙合并推動電機(jī)控制活塞285通過氣缸285內(nèi)的系統(tǒng)壓力和氣缸290內(nèi)部更大區(qū)域的效能，使推動來實(shí)現(xiàn)的。
操作上，機(jī)器的輸入連接到行星齒輪組85的中心齒輪(Sp)125，然后進(jìn)入置于管道的補(bǔ)給泵。行星齒輪組85的齒環(huán)(Rp)135驅(qū)動連接到泵50的氣缸。行星齒輪組85的行星齒輪架132連接到正齒輪(Sg3)150，該正齒輪驅(qū)動輸出正齒輪160連接到輸出軸(Sg1)180。電機(jī)的氣缸連接到一正齒輪(Sg2)，該正齒輪也使正齒輪連接到輸出軸(Sg1)。
當(dāng)傳輸處于中間位置時(shí)，輸出軸是固定的，因此電機(jī)和行星齒輪架也是固定的。中心齒輪按照輸入速度旋轉(zhuǎn)，這樣齒環(huán)(還有泵)以輸入速度乘以中心齒輪與齒環(huán)的齒數(shù)比(Sp/Rp)的速度以輸入方向相反方向旋轉(zhuǎn)。在較佳實(shí)施例中，該比率是(43/77)＝0.558倍輸入速度。由于泵處于零位移，沒有泵吸；這樣，泵中沒有產(chǎn)生反作用扭矩。因此，泵在自由旋轉(zhuǎn)，沒有向輸出軸傳輸輸出扭矩。
放泄閥可以打開以“短接”泵和電機(jī)的高壓和低壓，所以如果泵有一些小的位移，泵內(nèi)仍然沒有壓力，因此，當(dāng)放泄閥開啟時(shí)沒有扭矩產(chǎn)生。放泄閥只有在操作者在模式選擇開關(guān)選擇“驅(qū)動”或“反向”模式時(shí)，放泄閥才關(guān)閉。只有在通過一傳感器確保安全后，控制者才關(guān)閉放泄閥，這時(shí)，泵位于零位移處。
由于行星齒輪組的配置，輸入扭矩被分為兩條平行路徑。一條是直接機(jī)械能路徑，以輸入扭矩乘以比率(1＋(Rp/Sp))提供連續(xù)扭矩給輸出軸。另一條是液壓路徑，以輸入扭矩乘以比率(Rp/Sp)提供連續(xù)扭矩給泵。
當(dāng)泵被驅(qū)動一個(gè)小的位移，并且以輸入速度乘以(Sp/Rp)旋轉(zhuǎn)時(shí)，泵內(nèi)液體通過導(dǎo)管直接流動并以相同方向驅(qū)動發(fā)動機(jī)以提供輸出扭矩。由于泵只有一個(gè)小位移的事實(shí)，提補(bǔ)給泵少的扭矩就可以產(chǎn)生高壓力和低流速。當(dāng)電機(jī)處于大位移時(shí)，泵內(nèi)輸出的高壓低流速產(chǎn)生高輸出扭矩和低輸出速度。這個(gè)高“液壓”輸出扭矩被乘以齒輪比率(Sg1/Sg2)，然后加入到如上所述的機(jī)械能輸出扭矩。這樣，總的輸出扭矩可以這樣表達(dá)輸出扭矩＝輸入扭矩x[(1＋(Rp/Sp))＋(Rp/Sp)x電機(jī)位移/泵位移x(Sg1/Sg2)]這樣可以看出，總扭矩輸出包括一固定的機(jī)械扭矩輸出部分加上一變化的液壓能扭矩部分。當(dāng)電機(jī)位移與泵位移的比率減小時(shí)，液壓能扭矩的數(shù)量減少。當(dāng)發(fā)動機(jī)位移減少到零，液壓能扭矩部分減少到零并且只有固定的機(jī)械能扭矩部分輸出。
當(dāng)泵的位移增加時(shí)，泵的流速增加，并且該增加的流速導(dǎo)致電機(jī)和輸出軸的速度增加。當(dāng)輸出軸速度增加時(shí)，行星齒輪架的速度由于輸入軸和中心齒輪而增加，這導(dǎo)致齒環(huán)速度降低，和泵的速度降低。當(dāng)比較相同容量的傳統(tǒng)靜壓傳動，由于使用了行星齒輪組，導(dǎo)致了整個(gè)系統(tǒng)的液體流速降低了大約1/3到1/4。這減少了靜壓機(jī)械的流量損失和噪音水平。
當(dāng)電機(jī)位移接近零，泵的位移接近最大時(shí)，泵速接近零，電機(jī)速度接近最大。當(dāng)電機(jī)達(dá)到零位移，發(fā)動機(jī)不能再接收液體流，泵也不能再移動液體，這樣泵就停止旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致齒環(huán)(Rn)停止旋轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在泵成為齒環(huán)的反作用單元。這時(shí)，所有的扭矩通過行星齒輪組傳輸，通過行星齒輪支架和正齒輪Sg3和Sg3傳輸?shù)捷敵鲚S。在揭示的較佳實(shí)施例中，由于中心齒輪與齒環(huán)的比率，輸出速度降低和而輸出扭矩增加的因數(shù)為2.79∶1。自然地，該比率會因?yàn)樵O(shè)計(jì)不同尺寸的齒輪而不同。當(dāng)泵被推到其滿位移時(shí)，輸入扭矩的反液體壓力減少到最小，這樣液體泄漏損失和軸承的液態(tài)承載減到最小。
當(dāng)所有的能量通過行星齒輪組和正齒輪Sg3和Sg1傳輸，靜壓只作為齒環(huán)的反作用單元發(fā)生作用，傳輸效率很高(95＋％)。僅有的損失是普通齒輪組損失(大約2％)，泵由于泄漏的滑動，以及電機(jī)由于其在壓力下以輸出速度x(Sg1/Sg2)的速度繞該單元旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的誤差損失。未來在這點(diǎn)上增加效率的措施是在泵中增加制動裝置。這將有兩方面幫助首先，它將制止輸入單元由于液體泄漏導(dǎo)致的滑動，其次，它將減少液體系統(tǒng)壓力到標(biāo)準(zhǔn)壓力，這樣，減少電機(jī)負(fù)載和電機(jī)誤差損失。該制動裝置可以在標(biāo)準(zhǔn)壓力或用機(jī)電手段實(shí)現(xiàn)。
為了駕駛機(jī)車輛后退，該傳輸裝置首先置于中間位置，電機(jī)處于最大位移，泵在零位移。選擇開關(guān)移動到“后退”意味著控制器將泵的位移控制置于相反方向(如一個(gè)負(fù)角度)，并導(dǎo)致液體流相相反方向運(yùn)動。這導(dǎo)致電機(jī)并因此導(dǎo)致輸出軸以相反的方向旋轉(zhuǎn)。由于行星齒輪組的配置，機(jī)械扭矩，如前所述，仍然以前向運(yùn)動。這樣，總輸出扭矩，相反地，可以表達(dá)為輸出扭矩＝輸入扭矩x[(1＋(Rp/Sp))－(Rp/Sp)x電機(jī)位移/泵位移x(Sg1/Sg2)]由于泵和電機(jī)以相同方向旋轉(zhuǎn)的事實(shí)，所有的旋轉(zhuǎn)斜盤都以相反方向的旋轉(zhuǎn)，例如，從頂部觀察該傳動裝置，在前向速率時(shí)，在電機(jī)旋轉(zhuǎn)斜盤逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，泵的旋轉(zhuǎn)斜盤順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。在反向速率時(shí)，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)斜盤保持靜止時(shí)，泵的旋轉(zhuǎn)斜盤反時(shí)針旋轉(zhuǎn)。泵的旋轉(zhuǎn)斜盤連接到泵的控制臂，該控制臂連接泵的控制活塞，這樣允許泵的控制臂按照泵的控制活塞沿樞軸轉(zhuǎn)動或滑動。當(dāng)泵的控制活塞在其孔內(nèi)沿軸向運(yùn)動時(shí)，泵的控制臂和泵的旋轉(zhuǎn)斜盤沿泵的旋轉(zhuǎn)斜盤軸線旋轉(zhuǎn)。相似地，電機(jī)旋轉(zhuǎn)斜盤連接到發(fā)動機(jī)控制臂，該控制臂連接到電機(jī)控制活塞，這樣，允許電機(jī)控制臂按照泵的控制活塞沿樞軸旋轉(zhuǎn)或滑動。當(dāng)電機(jī)控制活塞在其孔內(nèi)沿其軸線運(yùn)動時(shí)，電機(jī)控制臂和電機(jī)旋轉(zhuǎn)斜盤沿泵旋轉(zhuǎn)斜盤的軸線旋轉(zhuǎn)。
系統(tǒng)壓力從管道通過一往復(fù)閥抽出，并持續(xù)地給電機(jī)控制活塞285背面壓力。這個(gè)活塞的區(qū)域等于1A。加在這一區(qū)域的壓力使電機(jī)朝向最大位移處偏移。系統(tǒng)壓力從管道通過同一往復(fù)閥抽出，并持續(xù)地給泵的控制活塞280的小環(huán)形區(qū)域壓力。這一小環(huán)形區(qū)域也等于1A。作用在這環(huán)形區(qū)域的壓力使泵相反地向其最大位移處偏移。系統(tǒng)壓力從管道抽出，通過一液壓控制隨動閥，施加到泵的控制活塞280的大環(huán)形區(qū)域，產(chǎn)生電機(jī)控制活塞背面三倍大的壓力，或計(jì)為3A。當(dāng)系統(tǒng)壓力施加在大環(huán)形區(qū)域，產(chǎn)生的力超過施加在小環(huán)形區(qū)域邊的力的因數(shù)為3。這導(dǎo)致泵在其正向方向上向最大位移位置移動。
在泵的位移的一個(gè)預(yù)設(shè)角度，泵的控制活塞280接觸到電機(jī)控制活塞285(該活塞如上所述被迫移向發(fā)動機(jī)最大位移位置)。當(dāng)泵的控制活塞280接觸到電機(jī)控制活塞285，作用在泵的控制活塞280前向的力超過了作用在泵的控制活塞280環(huán)形邊加上作用在電機(jī)控制活塞285上的力的1.5倍，并迫使電機(jī)60移向零位移同時(shí)使泵50移向最大位移。泵的控制活塞接觸電機(jī)控制活塞的行程角的內(nèi)部滯后，允許電機(jī)停在其最大位移同時(shí)泵可以進(jìn)行一些位移。這樣，泵產(chǎn)生的壓力，被允許作用在電機(jī)最大可能的位移上，這樣，就可能產(chǎn)生最大的輸出扭矩。泵的控制活塞與電機(jī)控制活塞接觸的行程角滯后的數(shù)量，等于泵在其可以反作用完全輸入扭矩同時(shí)不超過系統(tǒng)允許的最大壓力時(shí)的最小泵角。
當(dāng)液壓控制隨動閥從泵控制活塞的大環(huán)形區(qū)域釋放壓力時(shí)，作用在電機(jī)控制活塞的力和作用在泵的控制活塞小環(huán)形區(qū)域的力造成電機(jī)移向其最大位移位置，而泵移向零位移位置。這個(gè)過程將持續(xù)發(fā)生直到電機(jī)完全到達(dá)其最大位移位置，不能移動的更遠(yuǎn)為止。泵將持續(xù)移向零位移位置直到達(dá)到中間位置。如果液壓控制隨動閥從泵的控制活塞的大環(huán)形區(qū)域進(jìn)一步釋放壓力，泵將繼續(xù)移向相反角度。通過保持電機(jī)在其最大位移和只有泵在反向移動，電機(jī)的最大可能輸出扭矩但是有限的速度輸出可以保持，這是我們希望得到的。
當(dāng)陳述以上系統(tǒng)壓力從管道通過往復(fù)閥抽出，用以控制泵和電機(jī)，但相似地，標(biāo)準(zhǔn)壓力可以使用并達(dá)到同樣效果。這需要更大直徑的活塞以產(chǎn)生足夠的力平滑地和準(zhǔn)確地控制泵和電機(jī)，并且可能需要一更大的機(jī)組。
上面所述的液壓控制隨動閥可以是幾種類型，包括一典型的“領(lǐng)先”類型的滑閥由步進(jìn)電機(jī)或伺服電動機(jī)，或一電磁操縱滑閥等操縱。
這種控制方法的優(yōu)點(diǎn)是可以只用一個(gè)液壓控制隨動閥(和有關(guān)控制硬件，如計(jì)算機(jī)控制等)來控制泵和電機(jī)從中間位置到后退的過程。簡單地說，結(jié)果是得到可靠和低成本的控制系統(tǒng)。
由于電機(jī)與泵的位移比率可以無限增加，在或圍繞中間位置區(qū)域，在前進(jìn)或后退時(shí)，在理論上可能產(chǎn)生無限高的壓力和輸出扭矩，在實(shí)踐中可能產(chǎn)生超過它們包括的材料的能力的壓力和輸出扭矩。顯然，當(dāng)由該傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)限制來決定時(shí)，上述理論被局限在合理的取值。扭矩限制是由于在管道中使用安全壓力值的壓力，限制了泵產(chǎn)生最大壓力，從而限制了最大扭矩。由于當(dāng)壓力在如此高的水平時(shí)，泵將處于相關(guān)的小位移，通過安全閥的流速將保持在一個(gè)可以接受的水平。
相反，系統(tǒng)可有固有的扭矩極限，由于設(shè)計(jì)的泵和電機(jī)在特定壓力下有一漏損率，等于泵的輸出。當(dāng)壓力釋放時(shí)漏損起作用并防止泵產(chǎn)生大于特定壓力的任何壓力。傳輸將達(dá)到一個(gè)“失速”扭矩。對于流體靜力學(xué)負(fù)擔(dān)的界面的冷卻和潤滑，某一個(gè)漏損率無論如何是必要的，因此設(shè)計(jì)一個(gè)也可提供扭矩極限功能的漏損率，會有實(shí)現(xiàn)功能而不需要一個(gè)單獨(dú)釋放閥的優(yōu)點(diǎn)。
這里有一個(gè)最小泵角，使泵能完全反應(yīng)輸入扭矩而不超過最大的系統(tǒng)允許壓力，因此輸出扭矩最大。小于這個(gè)泵角，由于上面描述的最大壓力被限制，輸出扭矩就不會增加，但輸入與輸出速度比持續(xù)降低并隨著泵角變?yōu)闊o限小接近無限。
通過圖60-71中的傾斜軸線設(shè)計(jì)還可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明已介紹的和其他好處。本實(shí)施例中的齒輪裝置85和輸入/輸出裝置的所有主要方面與圖1-59中實(shí)施例是相似的。唯一的明顯不同是在這傾斜軸線實(shí)施例中的泵和電機(jī)汽缸組330P和330M，如圖60-63清楚的表明，是回轉(zhuǎn)至對著管道335的活塞332并使得泵和電機(jī)扭矩環(huán)337P和337M對著管道335運(yùn)動，如申請人的名稱為“水壓機(jī)”的國際專利申請PCT/US98/24053，這里可以結(jié)合參考該公開文件。在本實(shí)施例中，如圖61和62所示，管道335是在前機(jī)架340內(nèi)端壁，如圖64-68所示，也支撐用于泵和電機(jī)軸140和200的軸承。該設(shè)計(jì)中的泵和電機(jī)汽缸組330P和330M對于非旋轉(zhuǎn)的傾斜軛座342P和342M旋轉(zhuǎn)。輸入和輸出的扭矩經(jīng)過包括扭矩環(huán)337P和337M的泵和電機(jī)軸140和200的鍵槽裝置給該傾斜軸單元。
如圖60，62和63所示，每個(gè)泵和電機(jī)汽缸組330P和330M的背面對著軛座342的平面。344的兩個(gè)臂每個(gè)對著一面與軛座342相連，并向前延伸到后機(jī)架350樞軸支撐的與樞軸346固定的耳軸345，如圖69和70示。樞軸346的出端由后機(jī)架350外的軸襯支撐，樞軸346的入端由機(jī)架350內(nèi)的連接板352軸襯支撐。機(jī)架350頂端的樞軸在機(jī)架下面突出并固定在兩控制曲軸265和270的最近端，每個(gè)向內(nèi)延伸的末端與控制活塞280和285端部連接。
本傾斜軸實(shí)施例具有更大的效率和能量值的優(yōu)點(diǎn)，可以減少尺寸、重量的復(fù)雜性和造價(jià)，并可比同樣的尺寸的傾斜轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的更快。因此可使用讓傾斜軸系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)的更快的齒輪傳動比，可以增加其扭矩和動力輸出。更大的動力生產(chǎn)能力，可以設(shè)計(jì)更小的流體靜力系統(tǒng)(在同樣壓力下得到相同扭矩)或在較低壓力下運(yùn)行，因此由于負(fù)載減少可采用更小和更輕的支撐結(jié)構(gòu)，或系統(tǒng)可在相同尺寸下具有更高扭矩值。
現(xiàn)在參見圖72，為本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的示意圖，用于在原動機(jī)輸出軸和前軸驅(qū)動的差動齒輪之間有一個(gè)實(shí)際補(bǔ)償?shù)那拜嗱?qū)動變速裝置。這一獨(dú)特設(shè)計(jì)是用于重量輕和便宜的歐洲微型車，但也可用于下面提到的小型汽車。
如圖72中間的傳動部分，泵組50是最小位移，電機(jī)60是最大位移。泵組50和電機(jī)60在本案例中是同時(shí)控制，盡管它們實(shí)際可以分別控制。
如圖72和圖74、76和79-81所示，原動機(jī)55的輸出經(jīng)過一個(gè)輸入花鍵連接354輸送到一個(gè)輸入軸355。輸入軸355經(jīng)驅(qū)動管357延伸，如圖82A和82B，臨近其內(nèi)端的中間花鍵356連接并帶動驅(qū)動管357內(nèi)端的一個(gè)內(nèi)花鍵358。該輸入軸355用于調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)和傳動裝置之間的不同軸和偏心，同時(shí)是一個(gè)剛性扭轉(zhuǎn)連接。盡管兩個(gè)花鍵相當(dāng)分開，花鍵的小公差會調(diào)整這些不同軸和偏心。
輸入軸355，如圖83示，有一端花鍵359連接并驅(qū)動一補(bǔ)給泵366，如圖79-81示。驅(qū)動管357有一行星組365的一個(gè)整體中心齒輪360驅(qū)動一系列行星齒輪362，連接行星組365的一個(gè)環(huán)繞齒環(huán)367。如圖78示，齒環(huán)367有整體正齒輪368帶動與泵汽缸組軸371連接的正齒輪370，見圖84。行星齒輪362安裝在行星組365的行星支架372上，在其外圍加工正齒輪374。正齒輪374由與電機(jī)輸出軸380鍵連接的正齒輪376驅(qū)動，如圖85。由與電機(jī)汽缸組206M連接的一個(gè)花鍵驅(qū)動。行星支架372也與花鍵連接到傳動鏈輪384，如圖79-81，經(jīng)一個(gè)驅(qū)動鏈386連接到一個(gè)與輸出差動齒輪390連接的差動鏈輪388，如圖76。
通過正齒輪368和370帶動泵的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，這些正齒輪的傳動比可選擇比齒環(huán)快的速度轉(zhuǎn)動泵。在圖1和11中介紹的實(shí)施例一，輸出傳送中心齒輪，并且泵直接有齒環(huán)帶動，這樣泵將會以比輸出軸低的速度和高的扭矩轉(zhuǎn)動，這對于泵是不利的，因?yàn)楸脮敵雠ぞ刈鞒龇磻?yīng)，產(chǎn)生更大的壓力，因此產(chǎn)生更大的漏損和更大的軸承載荷。它還意味著泵的最大速度會低于設(shè)計(jì)最大速度，因此不能達(dá)到系統(tǒng)的全部潛在馬力。通過正齒輪368和370之間的比率，可使泵以其最大設(shè)計(jì)速度旋轉(zhuǎn)，所以系統(tǒng)的最大潛在馬力得到利用，在任何給定輸入扭矩下系統(tǒng)壓力都會很低。
鏈386用于驅(qū)動輸出差動齒輪390，利用隔開中心線393上的前輪驅(qū)動軸和發(fā)動機(jī)中心線393調(diào)整安裝，而不用使用一系列齒輪達(dá)到同樣的中心距離。自然，可使用一系列齒輪，和使用不同的中心線間隔得到傳動裝置/發(fā)動機(jī)驅(qū)動中心線和差動齒輪390之間的更緊密連接。
泵和電機(jī)汽缸組206P和206M位于與其的軸的軸線371和380一致的平行軸，如圖78。每個(gè)汽缸組的汽缸中的活塞400連接一個(gè)推力環(huán)，推力環(huán)隨著汽缸組旋轉(zhuǎn)并通過一個(gè)推力軸承404安裝在非旋轉(zhuǎn)、傾斜旋轉(zhuǎn)斜盤408上。泵50和電機(jī)60的位移可以通過由曲軸裝置調(diào)整旋轉(zhuǎn)斜盤408的傾斜角改變。旋轉(zhuǎn)斜盤408由在傳動裝置后機(jī)架415上的轉(zhuǎn)動軸承410支撐，如圖86-91。轉(zhuǎn)動軸承最好為低摩擦聚合物，如PTFE等表面。后機(jī)架與中機(jī)架417相連，見圖92-96，通過多次車削螺桿419，得到將泵50和電機(jī)60通過機(jī)架施加的軸向力的反作用途徑，并返回到中機(jī)架內(nèi)由一個(gè)內(nèi)部橫向隔板422支撐的管道420，如圖95。
如圖97-103，管道420在泵和電機(jī)汽缸組206的空腔活塞由壓縮卷簧(圖上未表示)固定在隔板422上，這樣也可得到汽缸組206和管道的密封接觸，使得傳動開始時(shí)系統(tǒng)壓力可以增加，在該過程中，由泵50和電機(jī)60施加的軸向力使得管道有力的與隔板422連接。
管道420有兩個(gè)圓形平面425P和425M與泵和電機(jī)汽缸組206P和206M的平面接觸，425P和425M的每個(gè)面有一對相對的彎槽428和430，用于在壓力沖程的高壓液體從泵汽缸組206P傳送到電機(jī)汽缸組206M，并用于從電機(jī)汽缸組206M中將用過的代替低壓液體，用于送回吸氣沖程的泵汽缸組206P。管道420上的四個(gè)軸襯435支撐檢查閥，用于從補(bǔ)給泵366經(jīng)隔板422上通道437傳輸補(bǔ)給液，并經(jīng)過隔板422上的一個(gè)通道將高壓液體傳輸?shù)娇刂茊卧?50。需要用四個(gè)閥代替僅兩個(gè)，是因?yàn)楫?dāng)下山或減速時(shí)發(fā)動機(jī)使用剎車，傳動經(jīng)車輪送回時(shí)高低壓側(cè)的轉(zhuǎn)換。本實(shí)施例中該傳輸?shù)谋煤碗姍C(jī)60的液壓過程與第一個(gè)實(shí)施例相同。
控制單元450的操作基本與第一和第二實(shí)施例的控制單元相同。根據(jù)泵50和電機(jī)60呈相反方向旋轉(zhuǎn)的情況，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)斜盤408沿相同方向呈正比運(yùn)動，從頂部觀察該傳動裝置，如圖105和107，泵旋轉(zhuǎn)斜盤408P隨著電機(jī)旋轉(zhuǎn)斜盤408M的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)也逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，泵旋轉(zhuǎn)斜盤408P隨著固定的電機(jī)旋轉(zhuǎn)斜盤408M呈反比順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。泵旋轉(zhuǎn)斜盤408P與經(jīng)泵控制活塞458與泵控制臂454連接，使得泵控制臂適用相對于泵控制活塞458的樞軸和滑塊。如圖104所示，泵控制臂454的樞軸軸線460與泵旋轉(zhuǎn)斜盤的旋轉(zhuǎn)軸線一致，由于泵控制活塞458沿著其孔464軸向運(yùn)動，泵控制臂454和泵旋轉(zhuǎn)斜盤408P沿著泵旋轉(zhuǎn)斜盤的軸線旋轉(zhuǎn)。電機(jī)旋轉(zhuǎn)斜盤408P與經(jīng)電機(jī)控制活塞468與電機(jī)控制臂466連接，使得電機(jī)控制臂466適用相對于電機(jī)控制活塞468的樞軸和滑塊。由于電機(jī)控制活塞468沿著其孔470軸向運(yùn)動，電機(jī)控制臂466和電機(jī)旋轉(zhuǎn)斜盤408M沿著泵旋轉(zhuǎn)斜盤的軸線旋轉(zhuǎn)。
系統(tǒng)壓力經(jīng)過一個(gè)管道的檢查閥從管道抽出，并被連續(xù)送回電機(jī)控制活塞468后面的電機(jī)控制汽缸470，電機(jī)控制活塞468正面面積大約為活塞控制活塞458的三分之一，作用在該面積的壓力沿其最大位移連續(xù)傾斜電機(jī)。系統(tǒng)壓力經(jīng)過同一檢查閥從管道抽出，并被連續(xù)送回電機(jī)控制活塞的小環(huán)形面積472。該環(huán)面面積等于電機(jī)控制活塞468，作用在該面積的壓力沿其最大位移連續(xù)相反傾斜電機(jī)(如順時(shí)針旋轉(zhuǎn)泵旋轉(zhuǎn)斜盤408P)，如圖105-107。
系統(tǒng)壓力經(jīng)過管道抽出并經(jīng)液壓控制隨動閥474送回到泵控制活塞458的大環(huán)形面積476，泵控制活塞458的大環(huán)形面積476等于電機(jī)控制活塞468正面面積的三倍，所以當(dāng)系統(tǒng)壓力所用與環(huán)形476時(shí)，產(chǎn)生的力由于它的面積大以因數(shù)3克服小環(huán)形邊產(chǎn)生的力，它推動泵沿向前方向產(chǎn)生最大位移。
如圖108-110示，在一個(gè)預(yù)定角度下的泵位移，泵控制活塞458接觸電機(jī)控制活塞468(即如上面介紹的，被推到電機(jī)最大位移位置)。當(dāng)泵控制活塞458與電機(jī)控制活塞468接觸，作用于泵控制活塞的力以系數(shù)1.5克服作用于泵控制活塞環(huán)形邊的力和作用于電機(jī)控制活塞的力，推動電機(jī)到零位移，同時(shí)推動泵到最大位移。泵控制活塞458推進(jìn)角安裝滯后接觸電機(jī)控制活塞468，使得電機(jī)60停留在其最大位移位置同時(shí)通過泵50實(shí)現(xiàn)一些位移，因此使得泵產(chǎn)生的壓力作用于電機(jī)最大可能位移，并因此產(chǎn)生可能的最大扭矩。泵控制活塞的推進(jìn)角滯后的量接觸電機(jī)控制活塞，等于在泵可以完全反應(yīng)輸入扭矩同時(shí)不超過系統(tǒng)允許最大壓力時(shí)的最小泵角。泵控制活塞458的到達(dá)完全延伸位置的連續(xù)運(yùn)動，如圖111-113，將泵旋轉(zhuǎn)斜盤408P移動到最大位移位置和電機(jī)旋轉(zhuǎn)斜盤移動到零位移位置，通過傳動產(chǎn)生液壓鎖閉和完全機(jī)械驅(qū)動。
隨著壓力從電機(jī)控制活塞的大環(huán)形區(qū)通過調(diào)節(jié)閥釋放時(shí)，作用于電機(jī)控制活塞大環(huán)形區(qū)的力和作用于電機(jī)控制活塞小環(huán)形區(qū)的力產(chǎn)生電機(jī)向其最大位移推進(jìn)和泵向零位移推進(jìn)，它持續(xù)動作直到電機(jī)最終到達(dá)其最大位移，而不再推進(jìn)。泵持續(xù)向零位移動作直到其達(dá)到中間，見圖105-107。如果調(diào)節(jié)閥還從電機(jī)控制活塞的大環(huán)形區(qū)釋放壓力，泵將持續(xù)向相反角度推進(jìn)，如圖示。將電機(jī)保持在其最大位移而且泵單獨(dú)向相反推進(jìn)，可以從電機(jī)得到最大可能扭矩，但以所需的有限速度能力。
上述系統(tǒng)壓力通過管道的往復(fù)閥抽出控制泵和電機(jī)，但也可用于相似的補(bǔ)給壓力得到相同效果，而這需要更大的活塞直徑以產(chǎn)生足夠的力平穩(wěn)、精確地控制泵和電機(jī)，可能因此形成一些封裝問題。
上面提到的調(diào)節(jié)閥可以是幾種，包括一種傳統(tǒng)領(lǐng)先型由步進(jìn)電機(jī)帶動的滑閥，或電磁控制的滑閥等。
這種控制模式的優(yōu)點(diǎn)是可以只用一個(gè)調(diào)節(jié)閥(并與控制硬件，如計(jì)算機(jī)控制等配合)，從中間經(jīng)過最終驅(qū)動裝置控制泵和電機(jī)并反向，因此降低控制系統(tǒng)的造價(jià)和復(fù)雜性。它還具有共同機(jī)械連接泵和電機(jī)旋轉(zhuǎn)斜盤位移的優(yōu)點(diǎn)，減少如每個(gè)旋轉(zhuǎn)斜盤獨(dú)立控制可能產(chǎn)生的控制誤差。
在該第三實(shí)施例使用的前輪驅(qū)動可以修改、結(jié)合如圖5所示實(shí)施例一的旋轉(zhuǎn)斜盤的軛支撐，或如圖60所示實(shí)施例二的泵和電機(jī)的軛支撐彎曲軸裝置。很明顯，根據(jù)本說明書的啟發(fā)，可以有許多上述實(shí)施例的其他改進(jìn)、組合和變化并出現(xiàn)那些技術(shù)技巧。例如，三個(gè)最佳實(shí)施例中描述了許多功能和優(yōu)點(diǎn)，但在本發(fā)明的一些應(yīng)用中，不是所有的功能和優(yōu)點(diǎn)都需要。所以我們期望本發(fā)明的使用少于介紹的全部的功能和優(yōu)點(diǎn)。但在此公開的本發(fā)明的種類和實(shí)施例，盡管都由概括的權(quán)利要求覆蓋，卻沒有全部詳細(xì)地要求保護(hù)。然而，我們的發(fā)明中的每一個(gè)種類和實(shí)施例，以及其等同物，在下面的權(quán)利要求的范圍包含和保護(hù)的，不準(zhǔn)備貢獻(xiàn)給公眾，由于沒有對于任何單獨(dú)種類的詳細(xì)權(quán)利要求。因此，所有這些實(shí)施例、種類、修改和變化及其等同物，應(yīng)認(rèn)為屬于下面描述的權(quán)利要求的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種流體力學(xué)傳動，用于在車輛的原動機(jī)和連接地面部件之間提供連續(xù)可變速度/扭矩運(yùn)動連接，包括機(jī)架，有一個(gè)補(bǔ)給泵和用于支撐執(zhí)行上述傳動的部件的內(nèi)腔；軸向活塞泵，有旋轉(zhuǎn)元件和非旋轉(zhuǎn)元件，上述旋轉(zhuǎn)元件有一個(gè)質(zhì)量中心，并且泵的旋轉(zhuǎn)軸穿過上述質(zhì)量中心；第一軸頸，在上述機(jī)架中，上述非旋轉(zhuǎn)泵元件相對于第一軸頸的傾斜軸傾斜安裝，上述第一傾斜軸相對于上述旋轉(zhuǎn)泵的軸線橫向布置；軸向活塞電機(jī)，有一個(gè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)元件和一個(gè)非旋轉(zhuǎn)電機(jī)元件，上述旋轉(zhuǎn)電機(jī)元件有一個(gè)質(zhì)量中心，并且旋轉(zhuǎn)軸穿過上述旋轉(zhuǎn)電機(jī)元件質(zhì)量中心；第二軸頸，在上述機(jī)架中，上述非旋轉(zhuǎn)電機(jī)元件相對于第二軸頸的傾斜軸傾斜安裝，上述第二傾斜軸相對于上述旋轉(zhuǎn)軸橫向布置；上述泵和上述電機(jī)的上述旋轉(zhuǎn)軸相互近似平行地并行布置在機(jī)架上；固定管道，固定在上述機(jī)架上，一端與上述旋轉(zhuǎn)泵元件連接，有液體通道經(jīng)上述一端的液體連接通過一個(gè)泵/管道界面通向上述泵汽缸；上述固定管道有第二端與上述旋轉(zhuǎn)電機(jī)元件相連，并有液體通道經(jīng)上述第二端的液體連接通過一個(gè)電機(jī)/管道界面通向上述電機(jī)汽缸；上述固定管道有內(nèi)部液體通道，用于將上述泵中的液體增壓直接傳送給上述電機(jī)，并將代替的用過液體從上述電機(jī)傳回上述泵；傾斜控制器，與上述非旋轉(zhuǎn)泵元件和上述非旋轉(zhuǎn)電機(jī)元件附帶的部件配合，安裝在上述機(jī)架上用于將上述非旋轉(zhuǎn)元件對于上述第一和第二傾斜軸的傾斜；行星齒輪組，有與上述傳動的輸出軸配合的中心齒輪，與上述泵的所述旋轉(zhuǎn)元件配合的齒環(huán)，行星支架支撐一組處于上述中心齒輪和上述齒環(huán)之間并與其嚙合的行星齒輪，上述行星支架與正齒輪連接，與所述電機(jī)的所述旋轉(zhuǎn)元件連接并連接到輸出軸速用于帶動上述車輛的連接地面部件；在此，來自上述泵的反扭矩與通過上述電機(jī)的所述輸出正齒輪所輸出的扭矩匯合，再通過所述輸出軸輸出扭矩。
2.一種從車輛原動機(jī)轉(zhuǎn)換輸入旋轉(zhuǎn)動力的方法，特別是上述原動機(jī)產(chǎn)生的扭矩和速度，以連續(xù)可變扭矩和速度的組合，向上述車輛的運(yùn)動部件輸出旋轉(zhuǎn)動力，包括由上述原動機(jī)的輸出軸驅(qū)動行星齒輪組的中心齒輪；由上述中心齒輪驅(qū)動安裝在行星支架上的行星齒輪；用上述行星齒輪驅(qū)動一個(gè)齒環(huán)，并用上述齒環(huán)驅(qū)動泵給工作液加壓；引導(dǎo)反扭矩從上述泵，經(jīng)上述行星齒輪和行星支架傳輸?shù)脚c上述支架連接的正齒輪，然后經(jīng)與上述正齒輪支架嚙合的輸出正齒輪輸出到輸出軸上；通過一個(gè)固定管道中的通道將上述泵中的上述工作液壓輸送到一個(gè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)汽缸組的汽缸，并將上述電機(jī)汽缸中的液體壓力轉(zhuǎn)換為非旋轉(zhuǎn)電機(jī)元件的活塞軸向工作，使上述電機(jī)汽缸組的強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)；通過一個(gè)電機(jī)驅(qū)動軸從上述旋轉(zhuǎn)電機(jī)汽缸組將扭矩傳送到上述輸出正齒輪；在此，上述泵的上述反扭矩與通過上述電機(jī)氣缸的上述輸出正齒輪輸出的扭矩匯合，再通過輸出軸輸出。
3.一種執(zhí)行連續(xù)可變傳動的方法，包括向一個(gè)輸入軸施加輸入扭矩，并通過上述輸入軸經(jīng)由一個(gè)第一可變速率電機(jī)齒輪組的第一和第三元件，以及一個(gè)第二可變速率泵齒輪組的第三、第一和第二元件，將上述輸入扭矩傳動到一個(gè)具有旋轉(zhuǎn)汽缸組的泵中，帶動上述泵旋轉(zhuǎn)并給上述泵的汽缸中的工作液加壓；上述從所述輸入軸到所述泵的所述輸入扭矩傳動產(chǎn)生一個(gè)反扭矩，該反扭矩通過上述可變速率泵齒輪組的第二元件傳輸給所述輸出軸，所述壓力液體通過上述泵汽缸組和一個(gè)并聯(lián)線路之間的一個(gè)固定管道的出口傳輸，抵銷電機(jī)氣缸的旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生電機(jī)扭矩的上述電機(jī)輸出的上述液體能量，除了在上述輸出軸作為輸出扭矩的反扭矩的之外，被傳送到所述輸出軸。
5.一種連續(xù)可變傳動，包括一個(gè)執(zhí)行機(jī)組，包括一個(gè)泵單元和一個(gè)平行電機(jī)單元；液壓部分通過一個(gè)固定管道彼此并行布置，機(jī)械部分通過一個(gè)行星齒輪組彼此并行布置；一個(gè)輸入軸，帶動一個(gè)由上述行星齒輪組中一個(gè)中心齒輪和一個(gè)齒環(huán)嚙合組成的行星齒輪架；一個(gè)由上述齒環(huán)帶動的輸出軸，；上述泵有由所述行星齒輪組的中心齒輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動的一個(gè)泵汽缸組；一個(gè)機(jī)架，安置上述執(zhí)行部件；和一個(gè)固定在上述機(jī)架的固定傳動機(jī)構(gòu)，并與至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)上述至少一個(gè)上述流體靜力學(xué)單元的位移的上述流體靜力學(xué)單元連接。
全文摘要
一種平行流體力學(xué)連續(xù)可變傳動,具有一個(gè)機(jī)架(107),支撐一個(gè)補(bǔ)給泵(52),和支撐傳動操作部件的內(nèi)腔,包括一個(gè)軸向活塞泵(50)和一個(gè)軸向活塞電機(jī)(60)。每個(gè)泵(50)和電機(jī)(60)有一個(gè)旋轉(zhuǎn)元件(206)和一個(gè)非旋轉(zhuǎn)元件(258)。每個(gè)非旋轉(zhuǎn)泵元件經(jīng)與機(jī)架內(nèi)(107)安裝的與其對應(yīng)的軸頸的耳軸(258P)裝配用于傾斜運(yùn)動。非旋轉(zhuǎn)元件(258)的傾斜軸對于旋轉(zhuǎn)部件(206)的旋轉(zhuǎn)軸橫向布置。泵(50)和電機(jī)(60)的旋轉(zhuǎn)軸相互近似平行地并行布置在機(jī)架上(107)。一個(gè)固定管道(70)固定在機(jī)架上(107),一邊與旋轉(zhuǎn)泵元件(206P)連接,第二邊與旋轉(zhuǎn)電機(jī)元件(206M)連接。液體通道(149,208)從兩邊以液體連接通過一個(gè)泵/電機(jī)界面通向泵和電機(jī)汽缸(206),固定管道(70)內(nèi)部的液體通道(149,208)直接將泵(50)中的液體升壓給電機(jī)(60),并將替代的用過的液體從電機(jī)送回泵中。傳動比由非旋轉(zhuǎn)泵和電機(jī)元件(258)的傾斜角控制,機(jī)架(107)配備的傾斜角控制裝置(100)和非旋轉(zhuǎn)泵和電機(jī)元件(258)控制該傾斜角。
文檔編號F16H47/04GK1328622SQ99813670
公開日2001年12月26日 申請日期1999年11月24日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月24日
發(fā)明者勞倫斯·R·福爾松, 克萊夫·塔克爾 申請人:福爾松技術(shù)公司