专利名称：水车式液力无级变速装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种水车式液力无级变速装置，特别是它采用一种循环式纯液力传送动力的设计方式。
在现有的液力无级变速装置通常采用液力偶合器与行星齿轮传动相结合的方式构成，不仅未摆脱使用机械齿轮传动的方式，而且构造复杂，存在液流损失，动力传送效率不高。
本发明的目的在于针对上述存在的问题，提出一种结构简单、传动效率高的纯液力传动、能根据输入功率和负荷变化自动改变变速比和输出力矩的装置，它还可根据需要，通过改变高压液体对输出叶轮的作用流向而改变输出轴的转向。
基本原理本发明的方案是采用一个与输入轴固定相连的水车式密封压力泵在输入轴的驱动下产生高压液流，去推动输出叶轮转动，并通过与叶轮固定相连的输出轴输出动力。从压力泵输出的推动叶轮的液体通过回油道又回到压力泵的输入口，使液体能够循环使用。
压力泵的工作原理压力泵的壳体由两部分组成一部分是以输入轴心为圆心，以压力泵轮的半径为半径的部分圆形壳体组成，它与压力泵轮之间形成紧密偶合，以确保压力泵的密封；另一部分是以输入轴心为圆心，以大于压力泵轮半径的尺寸为半径形成的部分圆形壳体与压力泵轮之间形成的空腔为液体压力工作腔体。在压力泵轮上按120度的间隔倾斜约45度安装三组液压泵柱偶件，三根泵柱可在泵柱偶件内伸缩滑动。泵柱的伸缩由一个固定安装在壳体上位于压力泵出油口处的带斜面的换向块定时换向，在压力泵轮上固定安装一套同步换向低压油泵组(可直接设计嵌装在压力泵轮上)，低压油泵组的三根压力泵杆与三根工作泵柱同步运动。在工作时，有两根泵柱伸出压力泵轮，与工作腔体紧密接触形成一个密闭的空间，在输入轴的带动下，压力泵轮旋转，通过泵柱将工作液体送到出液口。当泵柱转到出液口中间位置时，液体对泵柱的压力较小，此时，由固定安装在压力泵壳体上的带倾斜面的换向块与安装在泵柱下端的换向轮摩擦推动出液口处的泵柱缩进；而与泵柱底部紧密接触并同步运动的同步低压油泵压力泵杆此时受出液口泵柱回缩力的作用向低压油泵加压，由于此时还有一个工作泵柱处于输液状态而在工作空间中与泵壳体紧密接触，即使受压也不能移动，只有处在进油口的那根泵柱受压后被推出，并与工作空间的壳体很快紧密结合继续输送液体；当下一根泵柱到达出油口中间位置时又继续重复上述过程，从而在输入轴的驱动下压力泵不断的将液体压向输出油道。压力泵柱采用斜向装置的目的一方面为了提高泵柱的抗压性；另一方面可使泵柱在受到压力产生微型形变时能与工作腔体保持紧密偶合，提高密封性；同时还可以减少泵柱的换向力。由于进油口处的液体未加压，推出泵柱时阻力较小，换向时所受的力主要是出油口处的泵柱回抽作用力影响，由于泵柱采用斜向装置，泵柱回抽时所受的力基本指向泵柱的直线运动方向，故换向力很小。
调速原理若输入轴的转速越高，压力泵输出的液体压力越大，液体流速越快，推动输出叶轮的转速越快，输出轴输出的动力越大，转速越快；当输入轴输入的功率一定，而输出负荷增大时，则压力泵输出的液流受到输出叶轮的阻力增大，液体流速变慢，输出叶轮及输出轴的转速就降低。反之，当输出负荷减小时，输出叶轮对液流的阻力减小，高压液体的流速增快，输出叶轮及输出轴的转速也随之加快。同时，设在高压油道内的变速调节板还可以根据输入动力及输出负载大小自动调节变速比；在高压液体流速较低时，变速调节板与油道壁之间的油压与高压主油道内的液体油压基本一致，调节板处于平衡静止不动状态；当主油道内的高压液体流速增快时，输出叶轮转速也同时加快，叶轮对调节板与油道壁之间的腔体的液体产生抽吸作用，使调节板与油道壁之间的腔体油压比高压主油道内的压力低，在调节板杠杆力的作用下，调节板力臂端向油道壁方向转动，调节板的另一端使主油道高压出油口缩小，高压液体流速加快，输出动能增加，使输出转速加快；反之，在输入功率一定时，输出负载减轻，叶轮对液体的阻力减小，液体流速加快，调节板同样可以起到相同的变速作用。同时，在调速板调速时由于主油道的高压出油口缩小，液流集中冲击叶轮的边缘，使叶轮输出的扭矩增大，负载能力增强。因此，具有自动改变转速比和扭矩的作用。在压力泵和输出叶轮密闭的条件下，转速比的计算公式为输出叶轮油道入口截面积×输出叶轮的半径压力泵轮的半径×压力泵轮工作空间的截面积。
提高本装置密封性的措施为提高压力泵的密封性，在压力泵轮两侧及壳体上设置密封圆槽，其间用O形钢圈密封，以确保压力泵的高度密封。因此，压力泵的工作效率非常高。输出叶轮在高压液体的冲击下传送动力的方式前面已经讲过，为了提高输出效率，同样在叶轮两侧和壳体上设置密封环槽，其间用O形钢圈密封，以防液体的径向泄露，减少输出动力损失。
输出轴转动方向换向的方法是从压力泵输出的液流通过一个换向阀，分两路向输出叶轮输送高压液流。平时，换向阀关闭一路输液通道，高压液体经未关闭的一个通道使输出叶轮向一个方向转动；需换向工作时，通过转动换向阀的控制杆控制阀门关闭前一通道，打开另一通道，使高压液流流向输出叶轮的方向改变，从而达到使输出叶轮和输出轴转动方向改变的目的。采用此种设计，可以使像汽车等交通机械彻底消除采用齿轮换档的过程。
附
图1为本发明装置的工作原理图。
附图2为液压泵柱同步换向原理图。
附图3为输出转向换向阀偶件外壳。
附图4为输出转向换向阀内阀门。
附图5为压力泵轮侧向密封方式图(叶轮密封方式与此同)。
附图1、2、5中1为壳体，2为输入轴，4为压力泵轮。
附图1、2中8为压力泵工作泵柱，9为压力泵泵柱偶件，10为泵柱换向轮，11为低压同步换向组件压力泵，12为低压同步换向液压道。
附图1中3为输出轴，5为输出叶轮，7为输出叶轮侧向密封环槽，14为高压液体输出道，15为回油道，16为调速板，17为调速板转轴。
附图1、5中6为压力泵侧向密封环槽，13为压力泵液压工作腔体。附图1、4中18为输出转向换向阀门，19为阀门转动控制轴。附图3中20为输出转向换向阀门高压液体出口，21为换向阀门高压液体进口。附图2、5中22为固定于壳体上的压力泵泵柱同步换向块。附图5中23为压力泵侧向密封O形钢圈，24为输入泵轮固定销槽。
权利要求
1.一种由与输入轴固定连接的压力泵轮和与输出轴固定连接的输出叶轮组成的纯液力无级变速装置；压力泵轮采用水车式结构，即压力泵采用三组斜向装置的泵柱组件，泵柱在换向块的控制下，可定时缩进或伸出；在进液口，泵柱伸出与压力泵工作空间形成紧密结合，将液体送向出液口；泵柱在出液口通过固定在泵壳上的带斜面的换向块在泵轮转动力的作用下使泵柱缩进，并且在压力泵轮上装置的同步换向低压泵组件的作用下，使进液口的泵柱同时伸出，达到连续向输出叶轮输送液流的目的；输出叶轮在压力泵输出的高压液流的推动下转动，通过输出轴输出动力。
2.在压力泵及输出叶轮与壳体接触面上分别设置密封环槽，其间加装O形密封钢圈使压力泵和输出叶轮保持径向密封，提高本装置的工作效率。
3.在压力泵轮输出液道中安装输出轴转向换向阀，通过改变压力泵输出的高压液流对输出叶轮的作用方向，可控制使输出轴正转或反转。
4.在输出叶轮的液道进液口处装置自动调速板，可根据输入功率及负载大小的变化，自动调节叶轮进液口的大小和液体流速，达到自动调速的目的。
5.根据权利要求1的泵柱换向要求，在压力泵出液口处的泵壳体上装置的斜面定位换向块，设计简单，换向准确。
6.根据权利要求1的压力泵进、出液口处压力泵柱的换向要求，采用低压液压泵同步换向组件，能够使进、出液口处的泵柱实现同时换向。
7.根据权利要求1、4所述的液力无级变速装置其特征是输出轴与输入轴的转速比＝输出叶轮半径×叶轮进液口截面积压力泵轮半径×压力泵工作空间截面积。
全文摘要
水车式液力无级变速是一种具有特殊结构的水车式液体压力泵和输出叶轮组成的纯液力变速装置，压力泵以密封的方式工作，无液力损耗，能根据输入功率和负载变化自动调速、自动改变输出力矩，使机械动力发挥到最佳状态；可控改变输出转向；结构简单，成本低廉；是一种可广泛使用于各类交通、工程机械的变速装置。
文档编号F16H39/04GK1405467SQ0112597
公开日2003年3月26日 申请日期2001年9月15日 优先权日2001年9月15日
发明者万成军 申请人:万成军