专利名称：带有简化传动比控制器的静液压传动装置的制作方法
相关申请本申请涉及序号为PCT/U.S.92/00257、申请日为1992.01.14，标题为“液压机”的我的国际专利申请和标题为“连续可变速的静液压传动装置”的序号为(35-OR-949)、申請日为的我的申请。这里引用这些相关的共同未决申请的公开内容供参考。
本发明的领域本发明涉及液压机，更具体点说，涉及能够以连续(无级)可变的传动比将动力从原动机传送到负载的静液压传动装置。
本发明的背景在我引用的PCT申请中公开了一种液压机械，包括一个液压泵单元和一个液压马达单元，两者相向地设在一根轴线上，中间有一楔形旋转斜盘。泵单元连接到一根被原动机驱动的输入轴，而马达单元则坐落在固定的机壳内。有一与输入轴同心并可驱动地联在负载上的输出轴连接到旋转斜盘上。当泵单元被原动机驱动时，工作液通过旋转斜盘内特殊构形的孔口在泵单元和马达单元之间来回地被泵压。结果成为三个都作用在同一方向上的转矩分量施加在旋转斜盘上，从而在输出轴上产生可驱动负载的输出转矩。其中一个分量是旋转的泵单元施加在旋转斜盘上的机械分量。另一个分量是马达单元施加在旋转斜盘上的液力机械分量。第三个分量纯粹是静液压分量，它是由液压作用在沿圆周对置的斜盘孔口端面上的流体压力产生的不均匀力引起的，这些孔口因斜盘的楔形而具有不同表面积。
为了改变传动比，旋转斜盘相对于输出轴轴线的角度取向可以改变。由于传动比即速比可在1∶0和1∶1之间变化，因此原动机可选择其最有效的操作点以恒定的速比设定运转。可采用1∶0(空档的)传动比设定而无须离合器。在传动的连续可变的静液压传动装置中，工作液的流量率随着传动比的增加而成比例地增加，因而最大的流量率发生在最高的传动比设定上。而在我的PCT申请中所公开的液压机中，液压机内的流量率是在传动比范围的中点达到最大，以后逐渐减少，在最高的传动比设定上基本为0。这样，由于工作液流动而造成的损失便可减少，传统的静液压传动在高传动比时产生的烦人的变调便可防止。由于它有多个转矩分量施加在旋转圆盘上，在输出速比范围的上半部工作液的流量率可减少，以及有能力适应原动机的最佳性能的输出，因此在我的PCT申请中提出的液压机作为车辆传动系中的高效、安静、连续可变的静液压传动装置具有特别有利的应用场合。
本发明的综述本发明的一个目的是要在我的PCT申请号为PCT/U.S.92/00257的液压机上作出改进，以便在尺寸、零件数和制造费用上达到节约。
本发明另一个目的是要在调节机内高压和低压工作液流动的装置上和改变传动比的方式、即调节旋转斜盘角度上作出改进。
为了达到这些目的，本发明的液压机，在它用作连续可变的静液压传动装置时具有一个机壳；一根以其轴颈被支承在机壳内用来接受来自原动机的输入转矩的输入轴；一根以其轴颈被支承在机壳内用来将驱动转矩传给负载的输出轴；一个液压泵单元包括一个被输入轴驱动并装着一环列泵活塞的第一支架；一个设有一环列泵缸以便分别用来安装泵活塞的第一缸体；以及一个相对于第一支架而装着第一缸体的第一球形支座；一个液压马达单元包括一个固定在机壳上并装着一环列马达活塞的第二支架；一个设有一环列马达缸以便分别用来安装马达活塞的第二缸体；以及一个相对于第二支架而装着第二缸体的第二球形支座；一个楔形旋转圆盘包括多个在面向泵单元的输入面和面向马达单元的输出面之间延伸的孔口；一个连接件可绕枢轴旋转地将旋转斜盘与输出轴以可传送转矩的关系偶合在一起；一个传动比控制器可有选择地将协调的轴向力施加在第一和第二缸体上以便根据所需的传动比可调节地设定旋转斜盘相对于输出轴轴线的角度。
本发明的另外一些特性、优点和目的将在下面的说明中说出，一部分通过说明便可了然，或者可从本发明的实践中学得。本发明的目的和优点将可用在下面的说明和权利要求及附图中所特别指出的设备来实现并取得。
应该理解的是，上面的一般说明和下面的详细说明只是示范性的和说明性的，它们被用来对请求保护的本发明提供进一步的说明。
附图是用来帮助进一步理解本发明，它被引用在本说明书内并构成其一部分，与说明一起图示本发明的一个优先实施例，用来阐明本发明的原理。
附图的简要说明
图1为本发明的连续可变的静液压传动装置的纵剖面图，所示为一个传动比的设定；图2同上，只是所示为另一个不同传动比的设定；图3为图1的传动装置所用的旋转斜盘的侧视图；图4为图1的传动装置所用的输入孔口板的侧视图；图5为沿图2的5-5线截取的局部剖面图；图6和7为图1的传动装置所用的油路板块的两相反方向的侧视图；图8为一局部剖面图，该图示出在图6和7的油路板块内的一个低压凹腔与在图1的传动装置内的一个低压机壳孔口之间的液体通道；图9为图1的传动装置所用的输出孔口板的侧视图；以及图10为采用图1的传动装置的液压回路的示意图。
在这几个图中相同的部件用相同的标号表示。
优先实施例的详细说明按照本发明的优先实施例的连续可变的静液压传动装置在图1中概括地用标号10标出。该装置具有的基本部件为一个机壳12，在其内有一根输入轴14和一根同心的输出轴16各以其轴颈被支承着，两者一般为端对端的关系。输入轴14在机壳外的一端被制出花键槽，如标号14a所示，以便于与原动机(未示出)进行驱动连接，而输出轴16的外端备有联轴器17以便于与负载(未示出)进行驱动连接。输入轴14驱动一个概括地用标号18标出的液压泵单元。而一个概括地用标号20标出的液压马达单元则坐落在机壳12上，与泵单元18成为在轴向相对设置的关系。一个概括地用标号22标出的斜楔状的旋转斜盘设在泵单元和马达单元之间，可驱动地连接在输出轴16上。在该斜盘内开有多个孔口以便工作液在泵单元与马达单元之间进行交流。一个由图10的液压回路内所概括示出的各种元件组成的控制器能够起到环绕枢轴旋转而调节斜盘相对于输出轴轴线25的倾斜角，从而设定输入轴转速对输出轴转速的比率即传动比。
现在较详细地参阅图1，圆筒形的机壳12有一盖30用一连串环列的螺栓固定在位，其中一个螺栓可在标号31处看到，以便用来封闭机壳的敞开的输入端。输入轴14通过盖上的一个中心孔32伸入到机壳12内。装在盖孔32上的轴承35支承着输入轴14的轴颈使它可以旋转。在盖孔32和输入轴外周面之间设有密封装置，藉以防止工作液的泄漏。
输入轴14的正好在盖30内侧的部分沿着径向张开而形成一个喇叭口形的内终端。这个输入轴终端的外周面上制出轮齿，形成一个正齿轮38与另一个正齿轮40啮合，该齿轮又被连接为可以驱动一个回油泵42，该泵位在一个由下底盘46固定在机壳12上而形成的集液槽44内。输入轴14的内端被锪孔而形成一个圆筒形的凹部47，可用来接纳输出轴16的直径缩小的内终端部。配装在凹部47内的轴承48为输出轴的内端轴颈提供了支承。装在输出轴16上的有下列部件一个环状的内端盘50，一个环状的泵活塞支架52，一个旋转斜盘联轴器54，一个环状的马达活塞支架56，和一个环状的油路板块58。马达活塞支架和油路板块都用螺栓固定到机壳12上，其中一个螺栓可在标号59处看到。输出轴16的另一终端为一整体构成的端盘60，其上用螺栓固定着联轴器17，其中一个螺栓可在标号61处看到。一个配装在机壳12的输出孔上的环状轴承62给输出轴的输出端轴颈提供了支承。位在输出轴16和泵活塞支架52之间及位在输出轴16和马达活塞支架56之间的轴承64当输出轴相对于这些支架而旋转时，为这些支架提供了轴颈上的支承。斜盘联轴器54键装在输出轴上，如标号65处所示，并具有一个沿径向延伸的臂66，其上有一孔可安装销钉67，以便可绕枢轴旋转并可驱动地将旋转斜盘22连接到输出轴16上。一个螺帽68依靠螺纹拧合在输出轴的带螺纹的轴段69上借以夹紧端盘50和旋转斜盘联轴器54，使它们被卡紧在输出轴上加工出的轴肩70上，这样端盘50便可与输出轴和旋转斜盘联轴器一致地旋转。
仍请参阅图1，在泵活塞支架52的外周表面上加工出轮齿72与一环状齿轮74啮合，如同在输入轴终端36的轮齿38所做的那样，这样泵活塞支架52便可驱动地联接在输入轴14上。泵活塞支架支承着多个包括在液压泵单元18内的活塞。为数例如为十个的活塞，其中两个在图上笼统地用标号76标出，这些活塞以我在PCT申请中所公开的方式均匀地排列在一个与输出轴轴线25同心的圆圈上。如图1所示，每一泵活塞有一用沿轴向延伸的柱体79以螺纹旋入到活塞支架上的一个螺纹孔80内而装在活塞支架52上的活塞头78。活塞头78被加工出一个球形的内表面，与一在柱体79带肩的自由端承载的内轴衬83上键装着的外环轴承82的一个球形外表面配合。结果每一活塞头78都可略带旋转和径向运动地安装着，如同我在提到的PCT申请中公开的液压机的情况那样。
泵活塞支架52的圆筒形的右端部承载着一个环状的球形支座86，其外形与在一个环状泵缸体88的中心孔内所加工出的球形内表面符合。缸体88包括一个环列的活塞缸90以便用来分别安装泵活塞76，由于泵活塞头78和泵缸体88上球形支座的设置，便可调节泵缸体旋转轴的旋进运动。
仍请参阅图1，液压马达单元20的构造方式基本上与液压泵单元18相同。但正如上面指出的，相应于泵活塞支架52的环状马达活塞支架56是用螺栓59安装在机壳12上的。为数与泵活塞76相当的多个马达活塞笼统地用标号92标出。每一马达活塞有一活塞头94可旋转地装在一个球形支座96和轴衬97上，球形支座和轴衬被一柱体98的带肩的自由端承载，而该柱体98以螺纹旋入到马达活塞支架56的一个螺纹孔99内，其方式与泵活塞相同。马达缸体100然后通过一个环状的球形支座102可旋转地安装在马达活塞支架上。又与泵缸体88的情况相同，在马达缸体100上形成一个圆形环列的马达缸104以便用来分别安装马达活塞92。由于马达单元20被牢固地固定在机壳12上，马达活塞92和缸体100不能转动，但马达活塞头94的装到柱体98上和马达缸体100的装到支架56上都用球形支座，可以调节马达缸体轴线的旋进运动。
旋转斜盘22通过设在泵单元18和马达单元20之间的可操作位置上的联轴器54可驱动地与输出轴16连接，其输入面110与泵缸体88的面111成为紧密的滑动接触，而其输出面112与马达缸体100的面113成为紧密的滑动接触。旋转斜盘22的输入面和输出面的方向相对地成为一个锐角以便使旋转斜盘具有斜楔状的形状。如图3所示，在旋转斜面的输入面和输出面之间延伸的孔口114连通着进入泵缸体88的缸90内的各孔115和进入马达缸体100的缸104内的各孔116，所有这些在提到的我的PCT申请中有更多的说明和图示。
图3还示出由上面结合图1提到过的联轴器54提供的旋转斜盘22对输出轴16的可绕枢轴旋转并驱动的连接。在旋转斜盘22的在轴向上加厚的盘缘上穿透地钻出在横向上对齐的横向孔120并用轴衬121衬垫，然后将枢轴销67插入使通过轴衬121和在臂66上的孔122到达图3中所示位置，将该位置用定位螺钉123固定。按照本发明的一个特征，臂66的径向长度被安排成使枢轴销67的横向轴线在径向上的偏置距离基本上等于泵活塞76和马达活塞92的圆形环列的半径(相对于输出轴轴线25而言)。这个特征可使传动装置10的总体长度减短，并可使改变旋转斜盘相对于输出轴轴线25的角度即传动比所需的轴向力减小，这将在下面说明。
为了使旋进的旋转斜盘22、泵缸体88和马达缸体100的偏置质量得到平衡，可从环状端盘50和60上有选择地去除一部分材料，这样便可达到在我提出的PCT申请中曾详细说明过的分隔平衡环的目的。
如同在我提出的PCT申请中还说明过的那样，调节旋转斜盘22相对于输出轴轴线25的角度方位便可改变传动比(即输入轴转速对输出轴转速之比)。当旋转斜盘22的输入面110垂直于输出轴轴线时，泵缸体88的轴线与输出轴轴线重合。从而泵缸体环绕其轴线的从动旋转不带运动的轴向分量，因此工作液没有被泵单元18泵压的作用。这就是传动装置10的无作用的(即中性的)设定。在图1所示的斜盘角度，斜盘的输入面110从垂直于输出轴轴线的方向按反针向偏转一个微小的角度，从而泵缸体88的轴线也就相对于输出轴轴线25进动一个相应的微小的角度，这时泵缸体88的旋转就包含运动的一个轴向分量，从而工作液被泵单元18泵压。图1所示的旋转斜盘为一反向设定，其中输出轴16是在与输入轴相反的方向(反向)上以低速转动。
当斜盘环绕枢轴销67顺时针旋转从空档设定转向图2所示斜盘成正角的位置时，旋转的泵缸体88的轴线通过其对输出轴轴线的角度的增加而进行，泵单元18的液压泵作用也增加。这样传动比就可增加，而输出轴可在与输入轴相同的转向上以增加的正转速率被驱动。当斜盘22的输出面与输出轴轴线25垂直，马达缸体100的轴线与输出轴轴线重合，从而马达单元便没有对工作液的泵压作用。泵单元18和旋转斜盘22基本上被液压锁定以致在泵缸体88和旋转斜盘22之间没有相对移动。这就是传动装置10的1∶1比率设定。图2所示出的斜盘输出面112则是在垂直于输出轴线25的状态还要顺时针向外转出一个微小的角度。在这个斜盘角度下，可以达到一个增速的传动比设定，其时输出轴16以超过输入轴转速的正转速率即增速设定来被驱动。
按照本发明的一个特征，斜盘角度即传动比的改变可通过分别安装着泵缸体和马达缸体的球形支座86和102的转动将协调的力施加在泵缸体88和马达缸体102上来达到。为此，如图1和2所示，球形支座86和102分别被装在各自的泵活塞支架52和马达活塞支架56上以便进行轴向的滑动。如从图2可清楚地看到，泵活塞支架52和球形支座86设有在轴向上相反的肩部，它们在与泵活塞支架和球形支座的在径向上相反的裙部结合起来便可形成一个环状的空间130。与此相似从图1可清楚地看到，在马达活塞支架56和球形轴承102上制出的在轴向上相反的肩部和在径向上相反的裙部结合起来便可形成环状空间132。在图1中可看到，空间132的体积正处在最大轴向扩张的状态，而空间130的体积正处在最大轴向收缩的状态。从而球形支座86和102被联合移动到最左面的轴向位置，由于泵缸体88和马达缸体100被这些球形支座支承，泵和马达的缸体就沿轴向向左移动，因此斜盘22被迫环绕枢轴销67按反时针方向转动到图1所示的角度。为了强迫枢支的斜盘按顺时针方向转到图2所示的斜盘角度，空间130的体积须在轴向上扩张，而空间132的体积须在轴向上收缩，以便沿轴向使球形轴承86、102和缸体88、100向右移动。
参阅图2，为了在空间130内建立起液压，有一块环状的输入孔口板134被固定在输出轴16的环状端盘50的径向面135上。这样，输出轴和输入孔口板134便可一致地旋转。泵活塞支架52有一径向的法兰部贴紧在孔口板134的右径向面上，当泵活塞支架被输入轴14驱动旋转时，该法兰部便相对于连接在输出轴16上的输入孔口板而旋转。如图4所示，输入孔口板134设有一对在直径上相反的、沿着圆周延长而形状如腰子的孔口138和140。泵活塞安装柱79沿轴向钻有通孔142借以在泵缸90及输入孔口板134上的孔口138和140之间提供液体流动通道。这样，在泵缸内的工作液便可流动通过泵活塞安装柱上的孔142而充满输入孔口板内的孔口138和140。随着泵单元18的被输入轴驱动，在这些孔口138和140内的工作液就按照泵缸90内的液压而升压。当泵活塞76和泵缸90从斜楔状斜盘22的最薄部分转到在其直径反对端的最厚部分时，相关泵缸的容积逐渐被缩小，在这些泵缸内的工作液因此被升压。这被认为是液压泵单元18的高压或泵压侧。
当泵活塞和泵缸从旋转斜盘22的最厚部转到最薄部时，相关泵缸90的容积逐渐被扩大。这被认为是液压泵单元18的低压或抽吸侧。由于孔口138和142通过活塞安装柱79内的孔142在液体流动上与泵缸90内的工作液连通，因此，两个孔口中一个孔口的工作液可被升压到高压，该高压基本上相当于工作液在泵缸内的泵压侧时的平均液压；而另一个孔口的工作液则具有工作液在泵压内的低压侧时的平均液压。
转到图5，在输出轴16的环状端盘50上从相反方向钻出一对相反的横向孔146，在这两个横向孔的内端之间还钻有一个直径较小的孔把它们连通。有一个通过端盘50的纵向孔148在一个径向位置上钻出以便在孔口板134的孔口138和一个横向孔146之间提供流道，另有一个通过端盘的纵向孔149在一个径向位置上钻出以便在孔口140和另一个横向孔146之间提供流道。须知在横向孔146的外端都用塞子(未示出)堵住以资密封。在输出轴的端盘50上在与孔147交叉的位置上还钻有第三个纵向孔150。从图2和4也可看到，孔150在纵长方向上与一通过孔口板134的轴向孔152对齐，轴向孔152的右端开放成为一个在孔口板的支承面154上机加工出来的环状空腔153。这个环状空腔在泵缸支架52与孔口板的支承面154滑动接合时被支架的径向面封闭。因此要通过泵活塞支架钻出一个纵长孔156以便在环状空腔153和环状空间130之间提供流通，如图1和2所示。
仍请参阅图5，有一滑阀160可操作地设在端盘的横向孔146上，该滑阀160包括一对阀板162，中间用一具有合适长度穿过孔147的肩销164连接。在孔147与孔146连接处产生的肩部便被用作阀板162的阀座。
在操作时，滑阀160可确保只有液压泵单元的低压侧才可连续地与空间130流通。如图5所示，孔口板的孔口138是在高压侧，从而滑阀160便要处在一个能使空间130与孔口138内的高液压隔离的位置。这样空间130便可与低液压的孔口140在液流上连通，并通过孔149、146、147和150以及环状空腔153和孔156。需注意的是，环状空腔可不管孔口板孔152和活塞支架孔156的相对角度位置而确保它们之间的连续流动连通。须知由于加速和减速时转矩的变换，有时孔口138可能成为低压侧而孔口140成为高压侧。这时在图5中可使滑阀160向左移动以便封住孔口140不使它与空间130连通，而使孔口138在液流上与空间130连通。还可注意的是，在孔口138和140内的工作液的液压能够起到静液压支承作用，可用来平衡在传动装置10内产生而出现在孔口板134和泵活塞支架52之间滑动界面上的轴向冲击载荷，如同在找所引用的共同未决的申请(序号-(35-OR-949)中所说明的那样)。
现在考察传动装置10的输出端，见图1和2，如上所述，有一环状油路板块58在马达活塞支架56的径向法兰170和输出轴的输出端盘60之间的轴向位置上包围着输出轴16。端盘60的径向面171上制有凹膛以便安装一块锁定就位的输出孔口板172。这样输出孔口板172便与输出轴16一同旋转，而油路板块58如前所述，却是固定的，它用螺栓59安装在机壳12上。
油路板块58包括一个圆筒形芯部180，一个在其外周表面上机加工出来的环状空腔182，和一个在其中心孔185的表面上机加工出来的环状空腔184。有一外套筒186压配合在芯部180的外周面上以便为外空腔182提供径向上的密封，还有一内套筒188压配合在芯部的中心孔内以便作为内空腔184的径向密封。在外环186上钻有多个螺栓孔189以便用来接纳螺栓从而将马达活塞支架56和油路板块58安装在壳体上。油路板块芯部180的左面加工出一环列的圆形凹部190，分别在轴向上与一环列的马达活塞92对齐，并分别与马达活塞安装柱内的轴向孔在液流上连通。在所示实施例中液压马达单元20具有与泵活塞76数目相同的十个马达活塞92，这样在芯部180内就设有十个凹部180。如图2和6，在每一凹部190内有一轴向孔194从凹部起钻透油路板块芯部180一直到右边的径向支承面(图2)。并如图7所示，在径向上与每一孔194对齐的是一对位在侧面的轴向孔198和199，这对孔从支承面196钻出，分别与外环状空腔182和内环状空腔184连通。
返回到图6，有一条沿径向的瘦长槽202在油路板块58的左径向面203上切出，与中央垂直面成一角度地设置在一对邻近的凹部之间。瘦长槽202的内端与一轴向孔204连通，该孔204是在马达活塞支架内钻透而后与马达活塞支架和球形支座形成的环状空间132连通的(图1)。瘦长槽202的外端与一轴向孔206连通，该孔206是在外套筒186内钻透而后通到机壳12内的一个孔口208的，该孔口208被连接到图10的液压回路内。
结合参阅图2和6，在油路板块58的左径向面上还切有第二条径向槽210，该槽在另一对邻近的凹部之间延伸，其内端与一钻透到内环空腔184内的轴向孔212连通，其外端与钻透外套筒186而后通到第二机壳孔口216的轴向孔214连通。最后，从图8的局部图可看到，在外套筒186内还钻有一孔218以便使外环空腔182与第三机壳孔口220连通，该机壳孔口220与另两个机壳孔口208和216是在角度上互相间隔开的。
现在结合图1和9考虑，与输入孔口板134的方式相似，有一对沿圆周延长的、腰子形的孔口222和224设置在输出孔口板172上。但在输出孔口板172的情况下可以看到孔口222和224的位置是在径向上偏离的。从而如图1所示，在径向上的外孔口224可在油路板块通孔194和进入外环空腔的孔198之间提供液体流通道，而在径向上的内孔口222可在油路板块通孔194和进入内环空腔的孔199之间提供液体流通道。
须知由于旋转斜盘22和输出孔口板172是相对于固定的马达单元20而一致地旋转的，因此可以在环状空腔184和马达缸104之间提供连续的液体流动(通过进入空腔184的孔199、油路板块的通孔194和马达活塞安装柱孔192)，这个流通空间是在液压马达单元20的泵压(高压)侧，经受到容积上的收缩。与此相似，输出孔口板172可在环状空腔182和马达缸104之间提供连续的流动(通过进空腔182的孔198、油路板块的通孔194和安装柱孔192)，这个流通空间是在液压马达单元20的抽吸(低压)侧，经受着容积上的扩张。这样，在环状空腔184内的工作液便具有高液压，该液压相当于马达缸在泵压(高压)侧转动时缸内的平均液压，而在环状空腔182内的工作液便具有低液压，该液压相当于马达缸在液压马达单元20内的抽吸(低压)侧转动时缸内的平均液压。如上所述，在空腔184内的高压工作液被连通到机壳孔口216(图2)，而在空腔182内的低压工作液则被连通到孔口220(图8)。
应注意的是，如同输入孔口板134那样，在输出孔口板172的孔口212和214内的液压也能在旋转的输出孔口板和油路板块58的接合界面上起到静液压的支承作用，可以平衡传动装置10在输出端上的轴向冲击载荷。
由于传动装置10的操作的详细说明可参阅我的PCT申请，这里只是简要地作一综述。当原动机将转矩施加在输入轴14上时，通过环齿轮74，由油泵42连同泵单元18就被驱动，通过机壳的孔口220和上面所说的内部液体通道将补充的液体引入到泵缸90和马达缸104内。当斜盘输入面110(图1)的角度位置基本上垂直于输出轴轴线25时，泵缸体88所转动的圆形途径没有在轴向上的运动分量，因此工作液没有被泵压。如上所述，这是传动比的一个无效的(空档)的设定。
当需要将转矩施加在一个与输出轴16连接的负载上时，可使球形支座86和102的轴向位置联合向右移动，从而使斜盘绕枢轴按顺时针向旋转，斜盘的旋转轴便旋进到一个新的设定上。现在斜盘22的输入面110与输出轴轴线25成为一个斜角，泵缸体88现在是环绕一个在角度上偏离输出轴轴线25的旋进的轴线旋转。注意马达缸体100的旋转轴线也旋进到一个由斜盘输出面112规定的新的设定。这样，泵缸90就相对于泵活塞沿轴向往复运动，从而使泵缸内的工作液升压，并泵压升压的液体使它们通过泵缸口115、腰子形槽114(图3)和马达缸孔116。由泵缸体88的旋转面施加在斜盘22的输入面110上的转矩构成通过斜盘分配给输出轴16的输入转矩的一个机械分量。这个机械转矩分量当斜盘的输入面110垂直于输出轴轴线25时基本上等于零，然后逐渐增加，而当斜盘的输出面垂直于轴线25时，增加到输出转矩的100％。这是因为，当斜盘的输出面112垂直于输出轴轴线25时，马达活塞92在马达缸104内没有泵压作用，这样便没有液体从马达单20输出。从而泵单元18和斜盘22基本上被液压锁住，在旋转的泵缸体88和斜盘22之间没有相对运动。因此传动比为1∶1，等于直接通过机械传动将转矩从输入轴14传送到输出轴16。
当斜盘22处在中间角度时，被泵单元18增压的工作液通过泵缸口115、在斜盘内的腰子形槽114和马达缸口116被泵送出去，使马达缸体100的马达缸104内的工作液增压。在马达缸104内的被增压的液体将一轴向力施加在马达缸体100的内部的在轴向上相对的表面上，该表面又将该力施加在斜盘22的输出面112上。这样一个转矩分量便被施加在斜盘上，该转矩分量大致等于斜盘相对于输出轴轴线的角度的正切乘上马达缸体100施加在斜盘22上的轴向力。
施加在斜盘22上的转矩的第三个分量是一个纯粹的静液压的分量，并且是液压施加在各个在圆筒上相反的槽(或孔口)114(图3)的端表面上而产生的不同力的一个函数。上面已经说过，这些端表面是具有不同面积的。在空档和1.1之间的中间传动比上，这个第三转矩分量构成通过传动装置10而传送的转矩总量中的大约85％。
须知在空档以外的其他传动比上，当泵缸90沿着“上坡”方向从斜盘22的最薄部转到最厚部时，在这些缸内的工作液被增压。因此这就是上面说过的斜盘的泵压侧或高压侧。然后从斜盘在直径上的反对侧沿“下坡”方向从斜盘的最厚部转到最薄部，这就是斜盘22的抽吸侧或低压侧，在此期间工作液从马达缸104返回到泵缸。
现在转到图10的液压回路，工作液用回油泵42从集液槽44通过一个过滤器230和一条液体管路232泵送到机壳孔口220以便将低压的补充工作液引入到泵单元18和马达单元20内。有一贮能的蓄压器234用回油泵在过滤器230上的输出来充液，充液时通过一条液体管路236和一个概括地用标号238指出的充液阀。这个充液阀包括一个止回阀240，它总是开放着将工作液输入到蓄压器234内，除非蓄压器的压力超过泵的输出压力。在这种情况下，一个可调节的减压阀242便开放，在管路236内的工作液便被转移到一条返回液体管路244内，该管路通过一个第二减压阀246和一个冷却器248返回到集液槽44。减压阀246用来降低液体管路236内的压力，该压力在转移到液体管路244内时，使回油泵42能以低压运转并能通过液体管路232往内部润滑通路(未示出)输送。
蓄压器234用来存储能量以便在回油泵的输出的工作液缺乏合适的压力时始终能确保其有合适的液压以便用来改变传动比。所以，蓄压器234便通过一条液体管路250和一个止回阀252连接到孔口220。这样在原动机停止将输入转矩施加到输入轴14上时也能有足够的液压可用来改变传动比。作为传动的保护措施，在斜盘22的高压侧和低压侧之间以我提出的PCT申请中所公开的方式在斜盘内引入了一个减压阀254(没有在图1中示出)借以防止在斜盘的高压侧和低压侧之间的压力差超过设计限定值。虽然没有示出，但可知道传动液压回路也可包括一个用我引用的、共同未决的、序号为-(35-OR-949)的申请中所说明的方式在以后恢复驱动输入轴及/或输出轴时用的存储着高压能的蓄压器。
图10中的标号86和130分别代表图1和2中相同标号的球形支座和环形空间。与此相似，标号102和132分别示意地代表图1和2中相同标号的球形支座和环形空间。图10中的管路260代表从环状空间130到泵单元18的低压侧的液体通路。仍旧参阅图10，传动比改变控制阀包括一个用管路264连接到机壳孔口208的输出，该孔口如上所述，是用管路266所代表的流道与环状空间132连通的。控制阀266包括一个可作为输入管路的返回液体管路268，该管路通过冷却器248返回到集液槽44因此是在大气压力下。第二个控制阀的输入为从机壳孔口220通过管路270而来的低压液体输入，而第三个输入则为从机壳孔口216通过液体管路272而来的高压液体输入。
当需要增加传动比时(使斜盘环绕枢轴顺时针旋转)，控制阀262的位置如虚线箭头262C所示移到将环状空间132的液体通过液体管路268而排放到大气压中的位置。结果，在空间130内的液压超过在空间132中的液压。空间130的体积扩张而空间132的体积缩小，致使球形支座沿轴向向右移动，从而使斜盘22环绕枢轴顺时针旋转。再则，当所需较高的传动比达到时，控制阀可重新定位使空间130在流道上与机壳孔口220连通，从而在空间130和132内重新建立起液压的平衡以便设定较高的传动比。
在操作时，为了设定一个如意的传动比(斜盘角度)，常使控制阀262处在图10中用实线箭头262a指出的位置，那就是使环状空间132与低压机壳孔口220在流道上连通。由于在机壳孔口内的低液压基本上等于泵单元18在低压侧的液压，而该液压就是环状空间130内的液体增压所要达到的液压，从而两个环状空间内的液压都相等，因此，球形支座的轴向位置可保持稳定使特定的斜盘角度也可保持。注意在球形支座86和102上的轴向力具有相反的方向，以便使泵缸体88和马达缸体100的面能适当地加压在斜盘22的输入面110和输出面112上。
当要降低传动比时(使斜盘环绕枢轴反时针旋转)，控制阀262被定位在使环状空间132与高压机壳孔口216在流道上连通的位置，如图10中虚线箭头262b所示。在空间132内的液压很快便会超过在空间130内的液压，致使空间132的体积扩张，而空间130的体积缩小，这样球形支座86和102便向左移动，从而使斜盘22环绕枢轴反时针旋转，如图1和2所示。当所需的斜盘角度达到时(较低的传动比)，控制阀262便重新定位使空间132与低压机壳孔口220在流道上连通(实线箭头262a所指位置)，于是在空间130和132内的液压平衡便重新建立以便使向左移动的球形支座的轴向位置保持稳定，这样便设定在较低的传动比上。
当需要提高传动比时(使斜盘环绕枢轴顺时针旋转)，控制阀262定位在使空间132通过液体管路268排放到大气压中的位置，如虚线箭头262c所示。结果在空间130内的液压便超过在空间132内的液压·空间130的体积扩张，而空间132的体积收缩，致使球形支座沿轴向向右移动，从而使斜盘22环绕枢轴顺时针旋转。再则，当所需较高的传动比达到时，控制阀可重新定位使空间132与机壳孔口220在流道上连通，从而使在空间130和132内的液压重新建立起平衡以便设定较高的传动比。
从上面的说明中可以看到，本发明能够提供一种属于我引用的PCT申请中所公开的那种型式的可以无级变速的静液压传动装置，其优点是尺寸紧凑、部件较少和制造费用可以降低。包括球形支座在内的传动比控制器的设计可以提供一种高效而实用的方法来改变斜盘的角度。
显然对本行业的那些行家来说很容易在不背离本发明的精神实质的情况下对本发明进行各种变化和修改。因此，本发明应该覆盖那些变化和修改，只要它们是在本发明的权利要求的精神实质的范围内。
权利要求
1.一种连续可变速的静液压传动装置，综合包括一个机壳；一根输入轴，以其轴颈被支承在机壳内以便接受来自原动机的转矩；一个泵单元，包括一个由输入轴驱动的第一支架，其上装有一环列的泵活塞，和一个第一缸体，其上装有一环列的泵缸以便分别用来接纳泵活塞；一个马达单元，包括一个固定在机壳上的第二支架，其上装有一环列的马达活塞，和一个第二缸体，其上装有一环列的马达缸以便分别用来安装马达活塞；一根输出轴，以其轴颈被支承在机壳内，适宜用来可驱动地连接到负载上；一个环状旋转斜盘，包围在输出轴上并有一个输入面和一个输出面，它们相互之间成为一个锐角，输入面面向第一缸体，而输出面面向第二缸体，该斜盘还具有多个孔槽，适于使泵送的液流通过第一和第二缸体内的孔而在活塞缸和马达缸之间流动；一个连接器，可绕枢轴旋转地将斜盘以可传送转矩的方式联接到输出轴上；一个传动比控制器，可有选择地将协调好的轴向力施加在第一和第二缸体上，以便根据所需的在输入轴和输出轴之间的转速比可调节地设定斜盘相对于输出轴轴线的角度。
2.按照权利要求1的传动装置，其特征为，泵单元还包括一个第一球形支座，其上相对于第一支架安装着第一缸体，而马达单元还包括一个第二球形支座，其上相对于第二支架安装着第二缸体，另外传动比控制器包括一个与第一和第二球形支座连通而用来施加液压力的液压回路以便可调节地设定第一和第二球形支座相对于输出轴的轴向位置，从而将协调好的力施加在第一和第二缸体上。
3.按照权利要求1的传动装置，其特征为，连接器包括一个固定在输出轴上的毂部和一个从所说毂部沿径向伸出的臂，该臂的自由端可绕枢轴旋转地与斜盘连接。
4.按照权利要求3的传动装置，其特征为，连接器还包括一个对输出轴轴线成为横向的枢轴销，可绕枢旋转地把臂的自由端和斜盘连接在一起。
5.按照权利要求4的传动装置，其特征为，枢轴销的方向垂直于输出轴轴线，而位置一般在斜盘的输入面和输出面之间。
6.按照权利要求4的传动装置，其特征为，枢轴销的位置偏离输出轴轴线的距离大致等于泵缸和马达缸的圆形环列的半径。
7.按照权利要求2的传动装置，其特征为，第一球形支座装在第一支架上以便进行相对的轴向滑动，第一球形支座和第一支架的外形被设计成可以限定第一环状空间，其体积可由第一球形支座的轴向位置来确定；而第二球形支座装在第二支架上以便进行相对的轴向滑动，第二球形支座和第二支架的外形被设计成可以限定第二环状空间，其体积可由第二环形轴承的轴向位置来限定，传动比控制器在操作时可以控制在第一和第二空间内的相对液压并改变其体积，从而调节第一和第二球形支座的轴向位置，随后就可将协调的轴向力施加在第一和第二缸体上。
8.按照权利要求7的传动装置，其特征为，传动比控制器包括第一液压回路，它将第一空间连续地连接到泵单元的低压侧以便将第一空间内的液压维持在控制液压；第二液压回路，它连续地与马达单元的低压侧连通；第三液压回路，它连续地与马达单元的高压侧连通；第四液压回路，它与第二空间连通；还有一个控制阀，可操作地将第四液压回路连接到第二液压回路上，以便在第二空间内产生一个液压来平衡在第一空间内的控制液压并从而维持第一和第二球形支座的轴向位置。还可将第四液压回路连接到第三液压回路，以便在第二空间内产生一个比第一空间内的液压大的液压，从而使第二空间的体积扩张，而第一空间的体积缩小，这样来使第一和第二球形支座的轴向位置联合在第一方向上移动，此外还可将第四液压回路排放到一个比控制液压低的低压内，以便使第二空间的体积缩小而使第一空间的体积扩大，沿与第一方向相反的第二方向共同变换第一和第二球形支座的轴向位置。
9.按照权利要求8的传动装置，其特征为，泵单元包括将泵活塞安装到第一支架上的第一安装柱，第一安装柱上开有包括在第一液压回路内的孔，以便为泵单元低压侧的泵缸和第一空间之间提供液体流道。
10.按照权利要求9的传动装置，其特征为，马达单元包括将马达活塞安装到第二支架上的第二安装柱，第二安装柱上开有包括在第二和第三液压回路内的多个分开的孔，以便分别为马达单元的低压和高压侧的马达缸及控制阀之间提供液体流道。
11.按照权利要求9的传动装置，其特征为，第一液压回路包括一个设在输入轴的径向法兰与第一支架之间的第一孔口板，第一孔口板固定在输入轴上并包括一个与泵单元低压侧的第一安装柱孔在液流上连通的第一孔口，和一个与泵单元高压侧的第一安装柱孔在液流上连通的第二孔口，还包括一个能在第一和第二孔口之间进行液体连通的滑阀，在操作时它能连续地使第一空间与泵单元的低压侧在液流上连通。
12.按照权利要求11的传动装置，其特征为，马达单元包括将马达活塞安装到第二支架上的第二安装柱，第二安装柱上开有包括在第二和第三液压回路内的多个分开的第二安装柱孔以便分别为马达单元的低压和高压侧的马达缸及控制阀之间提供液体流道。
13.按照权利要求12的传动装置，其特征为，还具有一个设在第二支架的径向法兰部和输出轴之间的油路板块，油路板块固定在机壳上并具有多个轴向的通孔，分别与第二安装柱孔、第一环状空腔、和第二环状空腔在液流上连通；有一第二孔口板设在油路板块和输出轴法兰部之间，该第二孔口板固定在输出轴的法兰部上，并有一包括在第二液压回路内的第一孔口，以便为马达单元低压侧的马达缸与第一空腔之间提供在液流上的连通，还有一个包括在第三液压回路内的第二孔口，以便为马达单元高压侧的马达缸与第二空腔之间提供在液流上的连通；有一个第一机壳孔口与第一空腔在液流上连通并连接到控制阀上；有一个第二机壳孔口与第二空腔在液流上连通并连接到控制阀上；还有一个第三机壳孔口通过一个在油路板块体内的第一径向表面槽和一个在第二支架内的轴向孔与第二空间在液流上连通，该第三机壳孔口也连接到控制阀上。
14.按照权利要求13的传动装置，其特征为，第二空腔设在油路板块体的一个径向的内部内，而第二机壳孔口和第二空腔之间的液体流道是由油路板块体内的第二径向表面槽提供的。
15.一种连续可变速的静液压传动装置，综合包括一个机壳；一根输入轴，以其轴颈被支承在机壳内以便接受来自原动机的转矩；一个泵单元，包括一个由输入轴驱动的第一支架，其上装有一环列的泵活塞，和一个第一缸体，其上装有一环列的泵缸以便分别用来安装泵活塞；一个马达单元，包括一个固定在机壳上的第二支架，其上装有一环列的马达活塞，和一个第二缸体，其上装有一环列的马达缸以便分别用来安装马达活塞；一根输出轴，以其轴颈被支承在机壳内，适宜用来可驱动地连接到负载荷上；一个环状旋转斜盘，包围在输出轴上并有一个输入面和一个输出面，它们相互之间成为一个锐角，输入面面向第一缸体，而输出面面向第二缸体，该斜盘还具有多个孔槽适宜使泵送的液体通过第一和第二缸体内的孔而在活塞缸和马达缸之间流动；一个连接器，可绕枢旋转地将斜盘以可传送转矩的方式联接到输出轴上；一个传动比控制器，可根据所需的在输入轴和输出轴之间的转速比可调节地设定斜盘相对于输出轴轴线的角度；以及一个环状的油路板块体和一个并列地设在第二支架的径向法兰部和输出轴之间的环状孔口板，油路板块体固定在机壳上，而孔口板固定在输出轴上并具有第一孔口和第二孔口，油路板块体包括多个沿轴向的通孔，它们分别通过安装柱内安装泵活塞的孔及第一和第二孔口板的孔槽在液流上与马达缸连通；有一第一环状空腔与第一孔口板的孔槽和那些在马达单元的低压侧的马达缸在液流上连通；以及第二环状空腔与第二孔口板槽和那些在马达单元的高压侧的马达缸在液流上连通；第一和第二空腔中至少须有一个空腔随同传动比控制器连接到液压回路内。
16.按照权利要求15的传动装置，其特征为，还包括一个连接在液压回路内的回油泵以便将低压补充工作液供应给第一环状空腔。
17.按照权利要求16的传动装置，其特征为，在油路板块与孔口板之间的径向界面可用作液压推力的轴承，从而可用来平衡在传动时出现在径向界面上的轴向推力载荷。
18.按照权利要求16的传动装置，其特征为，泵单元还具有一个第一球形支座，其上相对于第一支架安装着第一缸体，而马达单元还具有一个第二球形支座，其上相对于第二支架安装着第二缸体。传动比控制器可操作地连接着以便共同变换第一和第二球形支座的轴向位置，从而通过第一和第二缸体将力施加在旋转斜盘上来改变斜盘的角度。
19.按照权利要求15的传动装置，其特征为，连接器包括一个固定在输出轴上的毂部和一个从所说毂部沿径向伸出的臂，该臂的自由端可绕枢转动地连接在斜盘上，枢轴轴线的方向横越输出轴的轴线，枢轴轴线偏离输出轴轴线的距离大致等于泵缸和马达缸环形排列的圆的半径。
20.一种连续可变速的静液压传动装置，综合包括一个机壳；一根输入轴，以其轴颈被支承在机壳内以便接受来自原动机的转矩；一个泵单元，包括一个由输入轴驱动的第一支架，其上装有一环列的泵活塞，和一个第一缸体，其上装有一环列的泵缸以便分别用来安装泵活塞；一个马达单元，包括一个固定在机壳上的第二支架，其上装有一环列的马达活塞，和一个第二缸体，其上装有一环列的马达缸以便分别用来安装马达活塞；一根输出轴，以其轴颈被支承在机壳内，适宜用来可驱动地连接到负载上；一个环状旋转斜盘，包围在输出轴上并有一个输入面和一个输出面，它们相互之间成为一个锐角，输入面面向第一缸体，而输出面面向第二缸体，该斜盘还具有多个孔槽适宜使泵送的液体通过第一和第二缸体内的孔而在活塞缸和马达缸之间流动；一个连接器，可绕枢旋转地将斜盘以可传送转矩的方式联接到输出轴上，该连接器包括一个固定在输出轴上的毂部和一个从所说毂部沿径向伸出的臂，该臂的自由端可绕枢旋转地连接在斜盘上，枢轴轴线的方向横越输出轴的轴线，枢轴轴线偏离输出轴线的距离大致等于泵缸和马达缸环形排列的圆的半径；以及一个传动比控制器，可根据所需的在输入轴和输出轴之间的转速比可调节地设定斜盘相对于输出轴轴线的角度。
全文摘要
一种可连续变速的静液压传动装置，包括一根输入轴，连接用来驱动一个液压泵单元、一个固定在机壳上的液压马达单元和一根输出轴。有一斜楔状斜盘可绕枢轴旋转地装在输出轴上，能接纳增压的工作液通过斜盘特殊设计的孔口在泵单元和马达单元之间的交换而产生输出转矩。有一用液压启动的传动比控制器可使两个球形支座的轴向位置移动，这两球形支座装着在泵单元内的泵缸体和在马达单元内的马达缸体，通过它们在轴向上的移动可调节斜盘相对于输出轴轴线的角度，从而改变传动比。
文档编号F16H39/10GK1138893SQ95191305
公开日1996年12月25日 申请日期1995年10月10日 优先权日1994年11月21日
发明者L·R·福尔森姆 申请人:马丁·马利埃塔公司