专利名称：无级变速机械传动装置的制作方法
技术领域：
本发明主要是关于传动装置，特别是关于能实现连续改变输出扭矩的传动装置。本申请是1980年7月24日提交的美国171706号申请的部分继续申请。
在工业及商业的应用中，常常需要在动力源与负载之间提供一种传动装置，用来调节扭矩。这些装置典型的例子是用于汽车及拖拉机，通常用于上述设备的传动装置采用可选择的齿轮副或液力离合器。以往，曾用皮带轮组来调节扭矩。可选择速比的齿轮组在输入轴与输出轴之间传递动力是很有效的，但由于在改变速比过程中需要用离合器使传动轴卸载，因此还认为不够方便。行星齿轮系也得到应用，行星轮系与液力离合器结合使用虽然在结构上复杂、生产费用较大，但却证明十分有效。
本发明的一个目的在于提供一种高效能的传动装置，它能在输入轴与输出轴之间实现力矩转换。此外，本发明的另一个目的在于提供这样的一种传动装置，既使带载情况下力矩也可以连续地变化。
本发明的另一个目的是提供一种可反向旋转的传动装置，这种装置既使在带载情况下也可实施反转。
本发明的再一个目的在于提供一种传动装置，它综合了实现可靠传动的各方面优点並能连续地改变输出扭矩。此外本发明的目的还在于提供一种构造简单、相对价廉、耐用的传动装置。
本发明第一实施例中包括有一个传动装置，其中输入轴与输出轴安装在一公共轴上，彼此可相对旋转，利用输出轴上的齿轮与惰轮相啮合，将动力由输入轴传输给输出轴，惰轮是通过安装在输入轴上的摆动板及连接摆动板与惰轮的连接杆，构成与输入轴之间的传动耦合。按本发明的最佳构造，多个惰轮与输出轴上的齿轮相啮合，而每个惰轮通过一根连接杆及一个单向作用齿轮或制动器与摆动板相连接。
本发明的第二实施例提供了一种传动装置，它能直接地把动力从输入轴传给输出轴，或者也可以改变方式，通过一个预定的低齿轮传速比传输，或也可以通过一种独特的液力变矩器传输动力，速比可以从1至上述的低速比之间连续地改变。液力变矩器采用了可伸缩的棘爪及静压的相互作用，使输出扭矩响应于输出轴上负载而自动变化。
对本发明的理解可以参阅以下的描述及附图。
图1是沿本发明第一实施例的输入轴或驱动轴的剖面图。
图2是沿图1中2-2线剖开的剖面图。
图3是沿图1中3-3线剖开的剖面图。
图4是沿图1中4-4线剖开的剖面图。
图5是沿图1中5-5线剖开的剖面图。
图6是对应于图2的剖面图，它展示了本发明的另一个实施例。
图7是沿图6中所示的7-7线剖开的剖面图。
图8展示了本发明的另外一个实施例的剖面图，它包括一个可调整的液力变矩器。
图9是图8中所示的液力变矩器中端视图，其中部分断开，以便示出细节。
图10是图8-9中所示液力变矩器安装上单向制动器后的一个侧视图，类似于图7中所示的结构。
图11是图10中所示的制动器的端视图。
图12是一个展示液力变矩器中棘爪不同位置的简略图。
图13是一个类似于图8中剖视方向的剖面图，但它在结构上有所改变，它包含了几个串联排列並且与图10-11中所示制动器相联结的变矩器。
图14展示了液力变矩器另一个实施例的一个剖面。
见图1-5，第一个传动装置实施例中包含机壳10，其上有两个在中心线对齐但在两个相对的侧壁上的轴孔12、14。驱动轴或称输入轴16以轴颈支承在轴孔12内，从动轴或称输出轴18以轴颈支承在轴孔14内。输出轴18在其内端上装有螺旋齿轮20，螺旋齿轮20的中心线与输出轴18同心。螺旋齿轮20具有一个圆柱形内腔22，它沿中心轴线方向延伸，内腔22中还装纳一个销轴24，销轴24是从输入轴16的轴端同心地伸出，並被支承在内腔22内，以此保持驱动轴16与从动轴18同心並彼此相对转动。壳体上的轴孔14向外延伸至机壳的侧壁26，四个隔板28、30、32、34从壁26向里延伸，它们面对着螺旋齿轮20的不同侧面。每个隔板包含两块平壁36和38，它们彼此相互垂直並位于平行于驱动轴16和从动轴18轴线的平面内。隔板28和34上的壁36在同一平面上，这个平面平行于隔板30和32的壁36所在的平面。同样地隔板34上的壁38与隔板32上的壁38在同一平面内;隔板28和30上的壁38也位于同一平面内，並与隔板34、32的壁38所在的平面平行。
隔板28和30上的两壁36上各具有彼此对准的轴孔40，轴孔40内装纳销轴42。销轴42上带有与螺旋齿轮20啮合的螺旋齿轮44，螺旋齿轮44旋转式地支承在销轴42上。在齿轮架50上的一对侧板46和48上也有两轴孔52和54，它们环绕销轴42並起支承作用以允许轴42旋转。齿轮架50还有另外两对侧板56和58，板56相邻于46，但在其外並有一定间距;板58在板48外侧有一定间距且相邻于它。板56通过板46和56间的垫块60与板46保持固定的相对位置;板58通过垫块62与板48保持相对位置。销轴64被安装在平板46与56之间，它邻近于螺旋齿轮44的外缘;第二个销轴66则装于板48与58之间，并与销轴64对齐。在连接杆68的一端分叉成为两相互平行的部分70和72(见图5)。在部分70上有一能装纳销轴64的轴孔74;在部分72上有一能装纳销轴66的轴孔76。销轴64和66穿过轴孔70和72，由此将部分70和72固定在齿轮架50上。
连接杆68安装于包含驱动轴16与从动轴18的公共平面内，而且大体上平行于这些轴的轴线。连接杆68的背对于齿轮架50的一端被安装在摆动板78上，板78能够在驱动轴16旋转的同时做摆动动作，这一点以下还将介绍。由于摆动板78的摆动，连接杆68将带动齿轮架50绕轴42作往复的摆动。齿轮架50通过单向作用齿轮80或单向制动器与螺旋齿轮44相联系，这一点以下还将介绍。
摆动板78利用一个其上有一中心孔84的圆柱形盘82，装纳输入或驱动轴16。销轴86穿过轴孔84的中心线，並且穿过轴孔88，其中轴孔88穿过驱动轴16的中心线，由此将摆动板78固定在驱动轴上。摆动板78上的圆柱盘82上的轴孔84的形状应做成允许摆动板绕驱动轴16枢轴转动。
盘82具有一圆柱形的平周缘90，以及一对接近于外周缘90的凹槽92和94，它们形成装纳滚珠96的滚道。一个U型的圆柱杯形构件98围绕设置在圆盘82的外围，该杯形构件上有凹槽100和102，它们形成了滚珠96的滚道。因此该杯形构件相对于盘82是可以自由转动的。
该杯形构件具有一向外伸出的销轴104，该销轴包含了一个大体上呈圆柱形的主体106。连接杆68背对于齿轮架50的一端通过在连接杆68的端套110上的开口部108围绕圆柱体106的外圆安装。因此，连接杆68能自由地将摆动板78的摆动动作传递给齿轮架50。
摆动板相对于驱动轴16转动的角度由手柄112控制，手柄通过安装在机壳10内侧的一个突起物116上的销轴114实施枢轴转动连接。筒状件118套在驱动轴16的外面並能够沿驱动轴16滑动。筒状件118还带动一个通过球轴承组件122安装在其上的套筒120。手柄112的端部通过一销轴124安装在套筒120上。筒状件118靠近摆动板78的一端是通过杠杆臂126和连接件128与摆动板相连接的，壁126由筒状件118沿垂直于驱动轴16的方向向外延伸，并且连接件128通过销子129A和129B实现旋转铰接。
图中展示了一种具体的将连接杆68连于螺旋齿轮44的单向制动器80，但应理解，其他类型的单向制动器也可使用。这里展示的特定的单向制动器80具有制造简单、成本低、能反转的特点。单向制动器80利用了杆130，该杆穿过齿轮架50上的两侧板46和48，並能相对于此两板旋转。盒132安装在杆130上，並位于板46和48之间，它固定在杆上並随杆一起旋转。盒132具有一对悬挂于杆130上的侧壁134和136，以及一对端壁138、140，它们组成一长方形框架。销轴142沿中心线穿过壁138和140，一个螺旋齿轮144安装在销轴142上。螺旋齿轮144与螺旋齿轮44外啮合。
杆130与能使盒132相对于垂直于驱动轴16和从动轴18的轴线发生转动的机构146相连接。如果销轴142安装成平行于螺旋齿轮44和螺旋齿轮144啮合点的切线方向，那么齿轮144将有随螺旋齿轮44发生旋转的倾向。然而，如果机构146转动使销轴142离开上述的位置，那么齿轮144将起到掣子的作用，它能在一个方向上限制螺旋齿轮44的转动，但允许其沿相反的方向转动。当螺旋齿轮44朝向螺旋齿轮144较低一侧的前缘转动时，螺旋齿轮144相对于螺旋齿轮44起到掣子的作用。
因此摆动板78的摆动引起杆68作往复运动，相应地带动齿轮架50绕轴42作周期运动。单向制动器80将会把连杆68的往复运动传递给螺旋齿轮44，至于螺旋齿轮44向哪一方向转动则取决于转动机构146赋予螺旋齿轮144的转角。由于螺旋齿轮44驱动螺旋齿轮20以及从动轴18，响应于驱动轴16的单方向驱动的从动轴转动方向是可以由转动机构146控制的。
作为本发明的特定的实施例，转动机构146利用了一个弹簧钢构件148，该构件以悬挂方式相连于杆130的一端，弹簧钢构件的另一端与伞齿轮152的一个平端面上的凸爪150相连接。伞齿轮152固定在销轴42上，销轴42向外延伸与控制手柄154相联接。
在目前的结构中，並不期望连接杆68能使螺旋齿轮44作360°旋转，而是只希望该螺旋齿轮作不超过90°的旋转。于是，该传动装置带有几个螺旋齿轮，它们都与螺旋齿轮44相同，这样就能使输出轴作大约360°的旋转了。在这种特定的结构中，这些附加的螺旋齿轮为别由标号44A、44B和44C表示。螺旋齿轮44A安装在销轴42A上，该销轴能旋转地安装在隔板28和34的侧壁38上。同样地，螺旋齿轮44B安装在销轴42B上，该轴能旋转地安装在隔板34和32的侧壁36上。同样螺旋齿轮44C安装在销轴42C上，该轴能旋转地安装在隔板32和30的侧壁38上。每个螺旋齿轮42A、42B和42C都分别地与连接杆68A、68B和68C相连接，这些连接杆与摆动板78上的杯状构件98相连接的方式与连接杆68在杯状构件98的外缘与之相连接的方式相同。並且每个连接杆68A、68B和68C都分别通过单向作用齿轮或单向制动器80A、80B、80C与螺旋齿轮44A、44B、44C相连接，这些单向作用齿轮与单向作用齿轮80相同。
对于每个单向作用齿轮80A、80B和80C都有必要配置像能够控制单向作用齿轮80的转动机构146这样的机构。单向作用齿轮80A具有一个悬挂连接的弹簧钢构件148A，该构件与伞齿轮156的平端面上的凸爪150A相连接。伞齿轮156与安装在销轴42上並与伞齿轮152相反的一端上的伞齿轮158相啮合，以便将旋转运动从手柄154传递给伞齿轮156。伞齿轮156安装在销轴42A的一端，而伞齿轮160则安装在销轴42A的另一端。伞齿轮160与安装在销轴42B另一端上的伞齿轮162相啮合。伞齿轮164与安装在销轴42C一端上的伞齿轮166相啮合，销轴42C的另一端则装有伞齿轮168，该齿轮与销轴42上的伞齿轮152相啮合。
单向作用齿轮80B具有一个弹簧钢构件148B，该构件与伞齿轮162上的一个凸爪150B相连接，由此保证旋转机构146B的推动动作。类似地单向作用齿轮80C的旋转机构146C上的弹簧钢构件148C与伞齿轮166后端面上的凸爪150C相连接。
为了保证可靠性，单向作用齿轮80上还安装了能从远离于旋转机构146的杆130的一端操作的另外一个旋转机构170，旋转机构170在结构上与旋转机构146相同。类似地，单向作用齿轮80A上安装了重复保险旋转机构170A;单向作用齿轮80B上安装了重复保险旋转机构170B;单向作用齿轮80C上安装了重复保险旋转机构170C。
为了给图中所示的传动装置中的各种运动部件提供润滑，机壳10应当是流体密封的，並且其中加注了油172，图中只画出了油的一部分。
图6、7展示了本发明的另一个实施例，该实施例中包括与上述传动装置相同的机壳10、驱动轴16和摆动板78，但螺旋齿轮20和44、44A、44B和44C被伞齿轮或等径伞齿轮所替代;为取代四个惰轮44、44A、44B和44C，则采用了三个这样的齿轮系。
如图6所示，输入或驱动轴16与伞齿轮或等径伞齿轮174的轴孔相配合，该伞齿轮同心地安装在输出或从动轴18的一端，随其一同转动。图6和图7中所展示的实施例中的伞齿轮174与图1至图5中所展示实施例中的螺旋齿轮20相当。
从机壳的侧壁26上向内延伸的三个平隔板176、178和180，与输入轴16和输出轴18的公共轴线等距，并且这三个隔板围绕输出轴18等间隔设置。在隔板176、178和180上，分别开有轴孔182、184、186，这些轴孔位于与输出轴18相垂直的一个公共平面内。轴188安装在轴孔182内，它相对于隔板176的位置是固定的。轴190安装在轴孔184内，它相对于隔板178的位置是固定的。轴192安装在轴孔186内，它相对于隔板180的位置是固定的。轴188、190和192的端部有螺纹，用锁紧螺帽194把这些轴分别固定于隔板176、178、180上。
轴套196旋转地支承在轴188上，等径伞齿轮198安装在轴套196的与隔板176相反的端部，并与等径伞齿轮174相啮合。惰轮200旋转地安装在轴套196上，惰轮200相当于本发明第一个实施例中的惰轮44。框架202在惰轮200的两侧有两块平行的侧板204和206，该框架与穿过侧板204、206上轴孔208和210的轴套196相配合。盒212由销轴214旋转地装在框架202内，盒212相当于实施例1中的盒132。单向作用齿轮216安装在盒内与惰轮200轴线相垂直的轴上。和实施例1中的一样，该惰轮是一个同单向作用齿轮216一样的螺旋齿轮。
环状件218和220分别安装在相对于惰轮200两侧的侧板204和206上。环状件218和220围绕轴套196安装。U型托架22的端部分别固定在环218和220上，並朝惰轮200的外围向外延伸。螺旋弹簧224的一端固定在托架222上，另一端固定在销轴226上，销轴226穿过单向作用齿轮216，该齿轮可以绕该轴旋转。弹簧224对单向作用齿轮216施加一旋转力，以限制惰轮200沿反时针方向旋转，如图7所示。
图6中展示了三个等径伞齿轮，等径伞齿轮198A和198B与等径伞齿轮198相同，并分别安装在轴190和192上。等径伞齿轮198A和198B分别安装在轴套196A和196B的端部，每个轴套都分别可旋转地带动一个与框架202相同的框架202A和202B。每个框架202A和202B都分别可旋转地带动盒212A、212B。盒212A装纳一个单向作用齿轮216A;盒212B装纳一个单向作用齿轮216B，齿轮216A和216B均与齿轮216相同。
框架202、202A、202B分别具有端板227、227A和227B，端板将侧板204和206连接起来。端板227上有一根向外延伸的销轴228，端板226A和226B上分别有向外延伸的销轴228A和228B。连接杆230安装在销轴228的一端，並且沿着基本平行于输入轴16和输出轴18的方向延伸到摆动板，该摆动板在图中没有示出，实际上与摆动板78相同。类似地，连接杆230A由销轴228A延伸到摆动板，连接杆230B由销轴228B延伸到摆动板。连接杆230A和230B也大体上平行于输入轴16和输出轴18的轴线方向，並能像由图1至图5中所展示的实施例中的机构那样传递摆动板外缘的运动。
图6和图7所展示实施例中的各种功能与图1至图5中所展示的实施例中的各种功能大致相同，但图6和图7所示的实施例是通过每个伞齿轮198传递动力的，这些伞齿轮各大约转120°角。而且图6和图7中所展示的实施例不允许从动轴18相对于驱动轴16做逆转方向的旋转，这是因为当轴作同方向旋转时盒212、212A和212B上的弹簧224、224A和224B总是保持张紧状态。
现在参阅图8至图13，说明有关本发明更进一步的实施例(下文中还有关于本实施例更详细的描述)。可调液力变矩器包括一个正向运动的低速齿轮和一个正向运动的驱动齿轮，通过该液力变矩器可以有效地获得连续变化的输出轴转速对输入轴转速的速比，该速比限定在由该特定的低速齿轮所限定的极限值和由直接驱动所获得的一对一的速比之间。现在参阅图8、图9，可见可调液力变矩器300包括机壳301(在该图的例子中机壳包含端板303和305)、圆环形机壳构件307和309以及将机壳301分割成齿轮室313和液力腔315的隔板311，以上介绍的组成机壳的构件通过外圆周上间隔分布的螺栓317(从图8能清楚地看出)连结成一体，螺栓穿过平板303、圆环形机壳构件307、隔板311、圆环形机壳构件309和板305。
由图8可见，输入轴321穿过板303、液力腔315、隔板311而进入齿轮室313，在齿轮室313内输入轴321与驱动齿轮323用键连接。为此轴321上有一段直径变细的区段325，驱动齿轮323就安装在该部位上，在它们之间有一键327以保证驱动齿轮323与轴刚性连接。在轴321上变细的区段325以外，还有一段更细的部分329，它的作用下面作介绍。
进一步参阅图8，从动轴331安装在机壳301内并延伸穿过端板305进入齿轮室313。从动轴331端部有一凹孔333，它的直径做成可支承地与驱动轴321的更细段329相配合。这里搞清以下一点是非常重要的，即更细段329与凹孔333只是构成轴承关系，而不是使驱动轴321通过更细段329驱动从动轴331。参阅图8可见，从动齿轮335通过键337固定在从动轴331上。为了使驱动齿轮323驱动从动齿轮335，在齿轮室313内采用了一个组合齿轮339。组合齿轮组339旋转地安装在轴341上，该轴的一端插入端板305上的凹孔343内，另一端插入隔板311上的凹孔345内。组合齿轮339包括一个大齿轮347和一个小齿轮349，其中大齿轮347与驱动齿轮323相啮合，小齿轮349与从动齿轮335相啮合。因而，在液力变矩器300的一定操作条件下，在输入轴321和输出轴331之间通过驱动齿轮323、大齿轮347、小齿轮349、从动齿轮335以及从动轴331组成一个正的低速比齿轮传动机构。在此所述的操作条件将在下文中作更详尽的介绍。
现在参阅图8、图9，可见输入轴321通过键351与转子350相固接。由图9更能清楚看出，转子350包括若干沿半径方向向内凹进的凹槽353，每个凹槽内都有一个棘爪355可沿凹槽滑动。每个凹槽353内都有一个销轴357，每个棘爪355内也有一个销轴359。一张紧弹簧361安装于销轴357和359之间，该弹簧总是趋向于把每个棘爪355拉向凹槽353的表面363。见图9，每个棘爪355包括一个最外表面365，该表面由前沿367与后沿369限定。
再参考图9，圆环形构件307被加工成如图示的一些表面371，这些表面被表面373所分离。表面371与转子350的圆柱形表面375限定了腔377，该腔内充满了液力流体379。以下措施对于本领域的技术人员是显然的，即构件307上的表面373与转子350的外圆柱表面375之间的接触，能够在转子350旋转时阻止各单腔377内的流体379进入另外一腔。因此，流体379在每个腔377内可以看作是静态的。
见图10、图11，以下将介绍与上述相类似的制动器，它在连接液力变矩器300方向起作用。先见图10，变矩器300带有输入轴321和输出轴331，在端板305上带有圆筒形延伸构件381，构件381穿过制动机构400的机壳401，並与之构成轴承关系。如图所示，制动器400的机壳401内装有一螺旋齿轮403，该齿轮通过键405固定在构件381上。这样，变矩器300可以相对于机壳401旋转，但又能被制动器上的螺旋齿轮403所制动。
现在参阅图11，可看出销轴407旋转地安装在机壳401内的载架409上。载架409的旋转由手柄411控制，载架409的一端413通过弯形杆417和连接件415与上述手柄相连，弯形杆417的一端427穿过载架409的端部413上的孔伸出，伸出的长度可由螺母419调整。载架409的另一端421上具有一开孔，该孔保证了端部421能沿轴423作上下运动，轴423上还绕有一压缩弹簧425。从图11看出，弹簧425总趋于使载架409按逆时针旋转，但此趋势又为杆417上的螺母419所限制。
再参见图11，螺杆或螺旋齿轮429安装在载架409的鞍形架431上。本发明的制动器400的实际操作如下当手柄411在图11中实线位置时，齿轮403和429完全对齐，此时螺旋齿轮403可沿正反两个方向自由旋转;当手柄411移动到与上述执行动作相反的位置上时(如图中以点划线所示的位置)，此时螺母419对载架409的作用力消除，使得弹簧425能向下推动载架409的一端421，从而使载架409绕轴407旋转，这样螺旋齿轮429便相对于螺旋齿轮403一侧倾斜，特别是载架409的旋转将使得螺旋齿轮403轴的安装中心以及螺杆429轴的安装中心之间距离小于螺旋齿轮403和429的节圆直径总和的一半。业已发现，当这种特定的关系存在时，螺旋齿轮403能够作与驱动轴321方向相同的自由旋转，但不能沿相反方向旋转。相反地当转动手柄411从图中点划线位置移开时，螺母419将克服弹簧425的反力而推压载架409向下转动，直到螺旋齿轮403和429对齐，此时齿轮403可以沿两方向中任一方向旋转。再进一步解释，当螺旋齿轮安装在图11中所示的横轴上时，如果两轴中心距小于齿轮403和齿轮429节圆直径总和的一半，相啮合的齿顶与齿根之间的静压将会抵消掉相啮合的齿面间的径向压力。此静压将趋向于锁紧齿轮，而径向压力将趋向于使齿轮副旋转，它们是相互关联的。
当齿轮429的轴安装在浮动鞍形架431中，而鞍形架431又安装在平行于轴331的轴407中，倘若轴407的中心与轴331的中心保持一个合适的空间位置，那么只要轴331与齿轮429的安装轴之间相互垂直关系保持不变，齿轮431就能沿正、反任一方向自由转动。
当浮动鞍形架431从垂直平面上移开时，齿轮429将只能在一方向作自由旋转，而在另一方向上则被锁紧，该方向的确定取决于鞍形架431向哪一方向倾斜。当齿轮403从大于90°角的一侧和齿轮429进入啮合时，两齿轮则会因径向压力的作用而自由旋转，但当上述角度小于90°时，齿轮副则因静压而锁紧。
参考图8至图11，现在将介绍本发明中液力变矩器300以及与它相连接的单向制动器400。作为出发点，先假设动力源与输入轴321相连接，以便能使输入轴321旋转，并假设输出轴331通过差速机构与车辆的轮子连接，使车辆由上述动力装置驱动，作为例子，制动器400不进入啮合，此时手柄411的位置如图11中的实线所示。在这种情况下，轴321作旋转运动，轴331将被固定，並且框架301将作与轴321相反方向的转动，这是由于组合齿轮339将围绕静止的输出齿轮335以及销轴341作旋转运动，轴341将组合齿轮339连到框架301上，並且将组合齿轮339围绕输出齿轮335的旋转运动传递给框架301。如图10所示，端板305的延伸构件381将随框架旋转，並使得齿轮403作与框架301同方向但与轴321转动方向相反的旋转。
现在车辆驾驶员将手柄411移到如图11所示虚线位置上。正如以前所描述的那样，手柄的移动将会使螺杆或螺旋齿轮429倾斜，由此来保证只允许齿轮403正方向运动而不能向相反方向旋转。这样，手柄移动到点划线位置上，便可阻止上述框架301作反向旋转，从而使输出轴331与输入轴321同方向转动，该运动是由驱动齿轮323、组合齿轮339及输出齿轮335而传动的。这样，输出轴331将会相对于输入轴321以一定的速度旋转，该速度是由上述齿轮323、347、349和335所确定的齿轮传动比所决定的。开始阶段，框架301将保持静止，由于制动器400的作用而阻止逆转，在开始时不沿输入轴321的运动方向运动，以下还有解释。
正如以上所描述的那样，棘爪355从腔353内沿径向向外运动，该运动可以由弹簧361的弹簧常数以及棘爪355的重量所控制，后者通过影响离心力的大小而起作用。于是通过恰当选择棘爪的重量以及弹簧刚度，或更进一步通过设计腔377的特定形状以及棘爪355的偏心程度，可以使液力变矩器300的功率曲线适应特定的应用场合。
由于制动器400的作用，以及输入轴通过齿轮驱动输出轴331，驱动轴321也使转子350旋转。开始阶段，转子350的转速还很小，以致棘爪355在弹簧361拉紧力的作用下还完全处于凹槽353内。随着驱动轴321和转子350的转速的增加，在输入轴321的加速度曲线的某点上，施加在棘爪355上的离心力将足以克服弹簧361所产生的反力。在这点上棘爪355开始向外移动，在输入轴321加速度曲线上加速度更大些的点上，当转子350在腔377中旋转时，转子上相应的棘爪355的边缘369将开始伸入腔377中。此时，棘爪355上的边缘369与相应的腔377上的外壁371将会形成一个稍紧的开口，该开口将在形成腔377的转子350和圆环形构件307之间造成力的不平衡，正是由于这个不平衡力引起了整个框架301沿与输入轴321和输出轴331转动方向相同方向的轻微旋转。框架301的轻微旋转将会使输出轴331与输入轴321之间的传动比稍有下降，这是因为框架301通过销轴341将带动组合齿轮339绕输出齿轮335作圆周运动。这样，输入轴321每转一圈就会引起框架301的轻微转动，也就会使输出轴331的转速比框架301静止不动情况下的转速稍有增加。
当转子350转速增加，随着更多的棘爪355的边缘369进一步向腔377内延伸，压力不均匀的效果会进一步增加，並使框架301的转速进一步增加。随着每个棘爪355从转子350向外延伸的程度稍有增加，从输入轴321向输出轴331传动的传动比就会随之下降，例如，当框架301静止不动时，初始的齿轮传动比是当输出轴331每转一转时，输入轴321转六转，而框架301的初始微量的旋转就会使速比下降，输出轴331每转一转时对应于输入轴321转五转，也就是相当于输入轴321转六转时，输出轴就会转1.2转。进一步增加输入轴321的转速时，棘爪355将会从各相应的凹槽353中进一步向外伸出，此时框架301旋转得更快一些，而传动比将达到对于输入轴321每转四转，输出轴331就会转一转，也就是输入轴321每转六转时，此时输出轴就能转1.5转。当输入轴321的转速增加到某一足够高的程度时，则能使作用于棘爪355上的离心力大到足以使棘爪接触到腔377的最远的壁面371。此时，流体379被密封滞留在各个腔377内，因此转子350和框架301通过圆环形构件307被连锁在一起运动，因此，由于销轴341与组合齿轮339的相互作用，输出轴331亦被限定成必须与框架301一起运动。因此，当棘爪355接触到表面371时，液力变矩器300将出现由输入轴321直接驱动输出轴331的工况。
当输入轴321和输出轴331之间的传动处于这种直接驱动工况时，如果此时轴331上增加了附加载荷以致于不能使输出轴与输入轴以1比1的速比传动时，这种情况在腔377中能通过输出轴331、齿轮335、组合齿轮339以及销轴341作用在框架301上的力所感受到。这种对负载的感受实际上是由作用在棘爪355的表面365上的液体379反应出的，从而将边缘369稍稍从壁371上移开直到框架301相对于输出轴331的转速稍有下降为止。框架301相对于输出轴331转速的下降，将导致比先前获得的直接驱动的传动比更大的齿轮传动比。当载荷增加时，从棘爪355的边缘369到侧壁371之间的距离也稍有增加，由此使液力变矩器300自动地增加其速比以达到合适的量值，从而保证输入轴321能通过变矩器300驱动负载。由此可见，变矩器300包括一个预定的低值直接驱动传动比和一个预定的高值齿轮传动比，以及通过棘爪355、流体379和腔377的侧壁相互作用而在此范围内实现的无级调速比。
图12是带有棘爪355、355a和355b的转子350的简图。棘爪355同图9中的棘爪355相同，而棘爪355a和355b与以上介绍的与流体379相作用的棘爪结构稍有不同。图12中包含了几种可以用来替换棘爪355的方式，这些棘爪的端部不同，由于这些工艺结构上的不同，便可获得变矩器300的不同的功率曲线，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。
现参阅图13，可见本发明的变矩器300可以若干个串接在一起使用，它的传动比等于这几个传动比的乘积。例如，如果每个变矩器300都有一个低值齿轮传动比4比1和一个高值齿轮传动比1比1，两个变矩器串接使用后，便可获得从16比1到1比1的齿轮传动比。见图13，变矩器300′具有一个输入轴321′和输出轴331′，而轴331′又包含变矩器300的输入轴321。见图10，变矩器300上的端板305上的延伸构件381被固定在制动器400的螺旋齿轮403上，记住这一点则图13中的实施例的操作便一目了然了。当变矩器300′中的输入轴321′按正向旋转时，同时也构成变矩器300输入轴321的输出轴331′将以取决于特定传动比的较慢的速度旋转，这里所说特定传动比是由变矩器300′内的各齿轮所确定的。变矩器300的轴331′、321将以取决于变矩器300特定传动比的更慢些的速度驱动输出轴331。例如，如果两变矩器300′和300所选定的齿轮传动比均为4∶1，那么每当输入轴321′转16转时，输出轴331转一转。当制动器400脱离，框架301′和301将作与各自的轴321′和321相反方向的旋转。当制动器400啮合时，这些向反方向旋转的框架301′和301将被制动，同时，输出轴331将按取决于变矩器300′和300各自传动比的传动比朝与输入轴321′的旋转方向相同的方向旋转。当轴321′加速超过一定转速后，棘爪355′克服各自的弹簧361所产生的张紧力开始从各自的凹槽中向外伸出。在这种情况下，由于上述压力差的作用，框架301′将开始以较慢的速度旋转，其转向与输入轴321′的转向相同。这样，随着输出轴331′的转速开始接近输入轴321′的转速，输入轴321′与输出轴331′之间的齿轮传动比将开始下降。由于输出轴331′也是变矩器300的输入轴321，这样将引起转子350转速的增加，直到某一速度点使得棘爪355开始从各自的凹槽353中向外伸出。一旦这种情况发生，变矩器300的传动比将开始下降，而进一步使输入轴321到输出轴331之间的传动比下降。应注意到，输出轴331的转速既受变矩器300′传动比变化的影响又受变矩器300传动比变化的影响，于是由于二者的共同作用，图13中的装置将比单独使用一个变矩器时有更大的传动比范围。在图13中所示装置的例子中，假设每个变矩器从输入轴向输出轴的传动比最小为4比1，最大为1比1，则图13装置将在16∶1与1比1之间有无限多个传动比，该传动比的变化曲线取决于以上所阐述的各参数，也就是棘爪355、355′上的表面365、365′的形状、各腔377和377′的形状、各弹簧361、361′的弹簧常数以及各棘爪355和355′的重量。这样，更多的变矩器串接在一起，由于它们传动比的相乘，可以获得非常低的传动比，因此该装置可用在比如军用坦克、大型推土机等车辆的传动系统中。
现参阅图14进一步介绍本发明实施例中另一个改进的液力变矩器。该装置中特征与图8和图13中所述装置一样的那些部件用带双撇号的标号表示。改进的变矩器300″如图14所示，在结构上与图8中改进的变矩器300一致，不同之处仅在于对输入轴321″、转子350″以及凹槽353″作了一些修改。现参阅图14，沿输入轴321″的轴线方向开了一条液流通道330，在通道的端部大致上沿轴321″的半径方向又有一些输出通道332。每个通道332都与转子350″上的相应通道334相连通，于是每个通道334使通道330与转子内的各个凹槽353″之间液流连通。在通道330的另一端，大致沿轴321″的径向开了几条与通道330液流相连通的通道336。轴承338套接在通道336所形成的开口上，轴321″在轴承338内旋转。在轴承338内有一圆形腔340，其作用一方面与每个通道336液流连通，另一方面通过轴承孔342与外部通道344相连接，通道344通过泵348和供给及排放控制阀352与储液箱346相连通。控制阀352使得液体从储液箱346通过通道344供向圆形腔340，并将从圆形通道340逆流回的液体通过通道354送入箱346。如有必要，控制装置356(可以采用微机或其他类型的计算机)可被用于控制泵348和阀352的动作，以此来控制变矩器300″的工作。为此，需要装设一条连接控制装置356与泵348的控制线358以及一条连接装置356与阀352的控制线362。
如有必要，图14中的实施例可以与图8中实施例有相同的工作情况，此时只需将阀352置于使腔340中的流体能流回箱346的位置即可，在这种情况下，流体的压力对棘爪355″不发生作用。然而，如果需要控制棘爪355″相对于腔377″的相对位置，以此来改变变矩器300″的扭矩传动曲线，此时控制装置356可以使阀352保持使储液箱346和圆形腔340相连通，同时使泵348按预定的压力从储液箱346向外供液，该预定压力取决于圆腔340的执行特性。当阀352开启並且泵348运转时，流体从储液箱346内流出，流经通道344进入圆形腔340、进入轴内通道336、330和332，最后流入各凹槽353″。当棘爪355″背部的压力增加时，棘爪将沿径向从转子350″向外移动，该动作与旋转速度无关。于是，控制装置356可用程序控制对凹槽353″加压並使压力达到可使棘爪355″进入某一位置的程度，该位置相应于预定传动比的量值，因此改进的变矩器300″的传动比是可控的，並且与输入轴321″的转速无关。
本领域的技术人员可在本发明的范围内做许多改变。例如，通常的单向滚子离合器或环形离合器可用来代替本发明所展示的单向齿轮制动器80、80A、80B和80C，以实现本发明的部分优点;也可以按上述那样将更多的变矩器300、300′、300″等串接在一起使用;还可以用等径伞齿轮代替组合齿轮339而毫不影响使用功能。如果需要，改进的变矩器300还可以不带本发明中的单向制动器400，在这种模式中可以将制动卡箍安装在包围框架301的位置上，制动卡箍可以通过摩擦接触限制框架301的旋转，该变矩器将能提供由各齿轮相互作用确定的各种传动比。当需要直接传动並且输入轴321转速足够高时，此时制动卡箍将完全释放开以允许框架301以与输入轴321和输出轴331相同的速度旋转。可以提供控制装置用来探测棘爪355上的表面365与腔377内表面371的接触情况，根据其响应来释放制动卡箍以避免动力装置失速。
权利要求
1.一种单向作用齿轮，其特征是包括有一根轴，一块带有开孔并以该孔支撑在轴上的板，一安装在轴上并相对于板旋转的第一螺旋齿轮，一个面对第一螺旋齿轮通过枢轴安装在板上的框架，该框架可围绕一根平行于轴的轴线转动，一安装在框架上的销轴，它与框架的枢轴线成正交并与上述的枢轴线有间距，此销轴设置在与轴正交，并与第一螺旋齿轮中心平面横切的平面内，第二螺旋齿轮以轴颈支撑在销轴上，并与第一螺旋齿轮外周部相啮合，以及一个与框架连接的旋转机构，它使框架相对于板在枢轴线上转动。
2.如权利要求1所述的单向作用齿轮，其特征是，框架安装于杆上，而杆转动地安装在板上，枢轴机构包括一弹簧钢板条，其一端固定在杆上，还包括一个轮子，它相对于第一螺旋齿轮可旋转地安装在一个固定位置上，此轮子带有一棘爪，用来按轮子的第一转向与板条的某一侧相啮合，而轮子反向转动时，棘爪与板条的另一侧相啮合。
3.一种单向制动器，其特征是包括有a)一个制动器壳体;b)安装于上述壳体内的第一轴装置，它用来旋转支撑其上安装的第一螺旋齿轮;c)安装于上述壳体内的第二轴装置，它基本上与上述第一轴装置相平行;d)安装于上述第二轴装置上的载架装置，用来在第二轴上转动;e)装大上述载架上的第三轴装置，它基本上与上述第一轴和第二轴装置正交;f)在上述第三轴装置上旋转安装的第二螺旋齿轮，它与上述第一螺旋齿轮的外周部相啮合;及g)与上述载架装置连接的推动装置，用来操纵上述载架围绕上述第二轴装置转动，其中，当上述载架装置转动至某一位置，上述螺旋齿轮副的轮齿相互间基本上对齐时，上述第一螺旋齿轮可沿正向或反向中的任一方向自由转动，而当上述载架装置转动至另外位置，此时上述螺旋齿轮副的轮齿相互间发生错位而不再对齐时，使上述第一螺旋齿轮受到制约，仅能朝一个方向转动。
4.如权利要求3所述的制动器，其特征是还包括上述壳体内的偏压装置，用来使上述载架装置有沿某一方向转动的倾向，上述推动装置推动力的作用方向与上述偏压作用方向相反，
5.如权利要求3所述的制动器，其特征是所述第一轴装置与上述第一螺旋齿轮以键连接，从而第一轴装置的旋转引起第一螺旋齿轮的旋转。
6.如权利要求5所述的制动器，其特征是所述第一轴装置从一个孔中穿过，上述第一轴装置包括一个变矩器壳体的一部分，而上述变矩器包括有a)上述变矩器壳体;b)上述壳体内的液压腔;c)上述壳体内的齿轮室;d)上述液压腔内的输入轴;e)上述齿轮室内的输出轴;f)用来使上述输入轴与输出轴之间实现传动连接的齿轮装置，它包括有旋转安装在与上述壳体固定连接的销轴装置上的齿轮件;g)液压腔内与上述输入轴以键固定连接的转子装置;h)上述输出轴延伸穿入上述孔中，并可相对于上述第一轴装置转动。
7.如权利要求6所述的制动器，其特征是变矩器壳体包括a)第一、第二和第三板，上述第一板和第二板之间形成了上述液压腔，上述第二和第三板之间形成了上述齿轮室，上述销轴装置连接上述第二和第三板;b)基本上呈环状的第一环形装置，它形成了上述液压腔的外轮廓;c)基本上呈环状的第二环形装置，它形成了上述齿轮室的外轮廓。
8.如权利要求7所述的制动器，其特征是上述齿轮装置包括有一组合齿轮，上述齿轮装置进一步还包括a)与上述输入轴以键连接的主动齿轮;b)与上述输出轴以键连接的从动齿轮;c)上述组合齿轮实施主动齿轮与从动齿轮间的传动联系。
9.如权利要求6所述的制动器，其特征是上述转子装置包括a)多个在周边上间隔分布的凹槽，这些凹槽在转子装置内沿径向延伸，并在转子的周边上开口;b)装在每个凹槽内并能在凹槽中滑动的棘爪构件;c)装在每个上述棘爪构件以及它的相应凹槽之间的拉簧装置，上述每个拉簧装置是用来对每个棘爪产生径向向内、并朝向上述输入轴方向的偏压。
10.如权利要求9所述的制动器，其特征是多个变矩器串联成组，带有输出轴的第一变矩器包括有第二变矩器的输入轴，第二变矩器包括有上述的第一轴装置。
11.如权利要求9所述的制动器，其特征是所说的凹槽与上述输入轴内的一条通道流体连通，该通道被有控制地供入液压流体，从而有控制地推动上述凹槽内的棘爪构件。
全文摘要
一种单向制动器，它包括壳体，装于壳体内的第一轴和与之平行的第二轴，装在第二轴上并可在其上转动的载架，装在载架上并与第一轴和第二轴正交的第三轴，分别旋转装在第一轴和第三轴上并相互啮合的第一和第二螺旋齿轮，以及用来使载架绕第二轴转动的推动装置。当载架转至某一位置时，两螺旋齿轮的轮齿对齐，第一螺旋齿轮可沿正或反任一方向转动。当载架转至另一位置时，两螺旋齿轮的轮齿错位，第一螺旋齿轮受到制约而只能沿一个方向转动。
文档编号F16H29/04GK1070250SQ9211153
公开日1993年3月24日 申请日期1992年10月16日 优先权日1992年10月16日
发明者约翰·H·布莱克墨里 申请人:约翰·H·布莱克墨里