专利名称：具有空档设置液压回路的连续可变液压传动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及液压机械，尤其涉及能以连续(无级)可变传动比将动力自一原动机传输到一负载的液压传动装置。
背景技术：
在上述美国专利和美国专利申请中，公开了一种液压机械，它包括一液压泵组件和一液压马达组件，它们相互对置，与一中间楔形旋转斜盘成轴向对中关系。该泵组件连于一根由原动机驱动的输入轴，而马达组件则固定于静止的机壳。一根与该输入轴共轴线并按驱动关系和一负载联结的输出轴，按力矩耦合关系枢接于旋转斜盘。当泵组件受原动机驱动时，液压流体经斜盘中的孔口在泵组件和马达组件之间被来回泵动。结果，全沿相同方向作用的三个力矩分量施加在旋转斜盘上，在输出轴上产生输出扭矩，以驱动负载。这些力矩分量中的两个是由旋转泵组件作用在旋转斜盘上的一个机械分量和由马达组件作用在旋转斜盘上的液压机械分量。第三个分量是一纯粹的液压静力分量，是由作用在斜盘孔口的圆周相反端面上的流体压力引起的差动力产生的，这是斜盘孔口由于斜盘的楔形具有不同的表面积。
为改变传动比，要改变斜盘相对于输出轴轴线的角度方位。因为传动比，即转速比，是连续可变的，所以原动机能以基本上设定在其最高效率工作点的恒速运转。1∶0(空档)传动比设定省去了离合器。和常规的不同，连续可变液压传动装置，其中液压流体的流量率随传动比增加而成比例增加，因此，最大流量率出现在最高传动比设定点，在所引用的美国专利和美国专利申请中公开的液压机械中，该流量率在传动比范围的中点达到最大，随后逐渐减小到1∶1传动比时的基本上为零。这样，由液压流体流量引起的损失减少了，并且在高传动比时普通液压传动装置恼人的尖叫声避免了。由于施加在斜盘上的多力矩分量，在输出速度范围内的上半部液压流体流量的减少，以及调节原动机最佳性能输入的能力，为引用的美国专利和美国专利申请所公开的液压机械作为高效、安静、连续可变的液压传动装置应用于车辆驱动系中是特别有利的。
发明概述本发明的目的是改进为上述引用的专利和专利申请中所公开的这种连续可变液压传动装置。
本发明的另一个目的是装备这种传动装置，以确保提高该传动装置的运转控制能力。
本发明的再一个目的是装备这种传动装置以确保能有选择地操作，当需要突然中止传动输出扭矩，诸如当这种传动装置应用于车辆驱动系中时的紧急制动情况。
为实现这些目的，本发明的连续可变液压传动装置包括一个壳体；一根以轴颈支承于该壳体中用以自原动机接收输入扭矩的输入轴；一根以轴颈支承于该壳体中用以将输出扭矩传递给负载的输出轴；一个与输入轴按驱动方式耦合的液压泵组件；一个固定于该壳体的液压马达组件；一个按操作关系配置在液压泵组件和液压马达组件之间的楔形旋转斜盘，该斜盘包括调节液压泵和马达组件之间的液压流体输送的孔口，还包括沿直径对置的高、低液压流体压力侧；枢接斜盘和输出轴的联接器，使作用在斜盘上的力矩耦合于输出轴；一传动比控制器，用以调节斜盘围绕联接器枢轴轴线的角度方位，以改变传动装置的传动比。一传动空档设置液压回路与斜盘孔口成流体连通，并能有选择地操作，使斜盘高、低流体压力侧中的流体压力大致相等，从而使作用在斜盘上的力矩降到基本为零，而与由传动比控制器操纵的斜盘角度方位无关。
本发明的其它特点、优点和目的将在随后的说明中提出，从说明书中会部分地变得明显，或者通过本发明的实践可弄清楚。本发明的目的和优点由在下面书写的说明书和附录的权利要求书以及附图中详细指出的连续可变液压传动装置来实现和获得。
应当理解，以上总的说明和下面的详细说明是举例性的和说明性的，并且意欲按请求保护的范围对本发明提供进一步的说明。
这些附图是用来对本发明提供进一步了解的，它们包括在说明书内，构成说明书的一部分，图示本发明的优先实施例，并和说明书一起，用于解释本发明的原理。
附图简介
图1是按本发明优先实施例构成的连续可变液压传动装置纵剖面图；图2是沿图12-2线所取的剖面图；图3是沿图13-3线所取的剖视图。
在所有几张附图中，相应的标号指相同的部件。
优先实施例详述在图1中，总的以10指示的按本发明优先实施例的连续可变液压传动装置，作为基本部件，包括一壳体12，一输入轴14和一输出轴16共轴线地大致按头尾相接的关系以其轴颈支承于其中。在壳体外部的输入轴14的一端按驱动关系连于诸如车用内燃机的原动机(未示)，而在壳体外部的输出轴16的一端按驱动关系连于诸如车驱动轮的负载(未示)。输入轴14驱动总的以18指示的液压泵组件18。总的以20指示的液压马达组件按与泵组件18轴向相反的关系固定于壳体12。
一楔形旋转斜盘，总的以22指示，按驱动关系连于泵和马达组件之间安装就位的输出轴16上，并开有孔，以23表示，以调节泵和马达组件之间被泵送的液压流体的变化。以24简略表示的传动比控制器与斜盘22连结，用来以枢轴为支点调节斜盘相对输出轴轴线25的角度方位，从而可调节地设定输入轴速度相对于输出轴速度的传动比。按照本发明的特点，传动装置10还包括总的以26表示的液压回路，它可操作来突然建立输入轴速度对输出轴速度的空档传动比工况(1∶10)，而与由传动比控制器24设定的当前的斜盘角无关。现在详细参照图1，壳体12包括一盖30，由一圆周排螺栓(未示)将其固定就位，以封闭壳体的敞开输出端。输出轴14穿过壳体，并以轴颈支承于盖中的中心开口内。输入轴14的内端开有平底锪孔，形成圆柱形凹口，以安装输出轴16的直径缩小的内端部。一滚动轴承环32，安装在该输入轴凹口内，为输出轴提供内端轴颈支承。输入轴14的内端部穿过包括液压泵组件18的许多活塞的支座34中的孔33。输入轴和支座孔制有花键和花键槽、以35表示，这样，输入轴和泵活塞支座34成扭矩耦合关系。
若干泵活塞，例如10个，其中两个总的以36表示，按所引用的专利和专利申请中所公开的方式均匀分布在与输出轴轴线25同心的一圆周排内。每一泵活塞36包括一活塞头38，用活节安装在支柱40的自由端，支柱的另一端制有螺纹，拧入支座34的螺孔内。泵活塞头38滑动安装在成一圆周排列的缸筒42内，缸筒在围绕输出轴16的圆环形缸体内制出。由于泵活塞头38用活节安装在轴向延伸的支柱40的自由端，泵缸体相对于输出轴轴线25的章动在传输作业期间得到调节，这在所引用的美国专利和美国专利申请中有详细的描述。
再参照图1，液压马达组件20在结构上基本等同于液压泵组件18。然而，该液压马达组件代之以由一圆周排安装支柱50固定于壳体12上，支柱50的端部制有螺纹，拧入壳座52的螺孔内。活塞头54以活节安装在各安装支柱50的自由端。马达缸体56形成一圆周排马达缸筒58，分别以滑动方式安装马达活塞头54。因为马达组件20由支柱50固定于壳体12，故马达活塞和缸体56并不转动，然而，马达活塞头54以活节安装于支柱50调节了传动作业期间马达缸体的章动(旋进)运动。
和在图1中还看到的，输出轴16向右穿过封闭传动装置10输出端的壳座52中的中心开口。斜盘22在泵组件18和马达组件20之间的工作位置上用横销60按驱动关系连于输出轴16。销60的轴线垂直于输出轴轴线25，构成斜盘22的枢轴线，以适应由传动比控制器24产生的斜盘角度方位相对于输出轴轴线25的传动比变化调节。该控制器只是被简略地表示，因为它可采取各种多样的形式，例如从所引用的专利和专利申请中看到的。
斜盘22包括一个与泵缸体44的面63成直接滑动接触的输入面62和一个与马达缸体56的面65成直接滑动接触的输出面64。斜盘22的输入和输出面以一锐角相互定向，形成斜盘的楔形。共同参照图1和3，斜盘输入面和输出面制有一对轴向对准的沿直径对置的半圆形环表面凹穴70、72。凹穴70、70和72，72经斜盘孔口23成流体连通。泵缸42经泵缸体44中的相应开口43和斜盘输入面62上的凹穴70、72成流体连通，而马达缸58经马达缸体56中的开口59和斜盘输出面64上的凹穴70、72成流体连通。
回到图1，盘74连于壳12的下部，形成盛装液流体77的油池76。配置在油池中且偏离输入轴通常由驱动连接件(未示)驱动的油池泵78经管道80泵送和补充液压流体至圆形腔82，圆形腔设在固定于壳体52的圆形管道件83内。三个马达安装支柱50，以尽量接近120°间隔进行角度定位，给出了马达活塞个数，这些支柱设有轴向通孔51，跟壳座52内的轴向通道84和管道件83内的通道85连通，通至腔82。单向止回阀86安装在壳座52内，以确保液压补充流体仅沿箭头87的方向，经这三个流体连接件自腔82至通道85，84和51经马达活塞54内的孔口55流入相关马达缸58内。
在传动作业期间，当泵活塞36和气缸42自楔形斜盘22的最薄点围绕其沿直径方向相反的最厚点旋转时，相关泵缸的容积逐渐减小，其中的液压流体被加压。此时这便是斜盘的高压侧或泵压侧，设想它被轴向对置的斜盘表面凹穴72所占有，在图3中表示出一个凹穴。
在泵活塞和泵缸自斜盘的最厚点转到最薄点时，泵缸的容积逐渐扩大。这被认为是由表面凹穴70占有的斜盘低压侧或负压侧。当斜的低压侧与三个马达活塞中的任何一个轴向对准时，而这些活塞的安装支柱50包含轴向孔51，由于油池泵70的回油泵送流体压力超过斜盘低压侧内的流体压力，此时相关的止回阀86打开，以允许补充液压流体自腔82流入相关的马达缸58内。由于这三个开有轴向孔的马达活塞安装支柱大致相隔120°，因此，至少一个支柱总是与斜盘22的低压侧对准，以确保该传动永不缺乏补充液压流体。当这些开有轴向孔的马达活塞安装支柱与斜盘的高压侧对准时，止回阀86关闭，以便使油池泵78的低压回油泵送流体压力与斜盘高压侧中的高压传动操作流体压力隔离。
共同参照图1和2，空档设定液压回路26包括三个液压回路支路90，它包括在壳座52内的三个成角度间隔的径向通道92，其内端分别通入在止回阀86下游的三个端座轴向通道84。每一支路90经等效的单向止回阀96连于一共有的流体管道94。以允许液压流体仅按箭头97指示的方向流动。流体管道94连于电磁阀100的输入口98。该阀的输出口102由流体管道104接回到处于油池76的大气压力下的壳体12的内部。
电磁阀100包括一阀柱106和一阀杆108，阀杆由压簧110向上动作，将阀柱偏置到非作用位置，如虚线所示。可以看到，在阀柱106处于虚线所示的非作用位置情况下，阀进口98和出口102未被堵塞，这样，使液压支路90和油池的大气压力相通。此时，斜盘22高、低压侧中的流体压力等于大气压力，而由液压泵和马达组件施加于斜盘上的液压力矩分量基本上降至零。因此，空档速比工况施加于传动装置10上，而与由控制器24设定的传动比(斜盘角)无关。由于传动装置10完全卸压，所以由旋转泵缸座44施加于斜盘22上的机械力矩分量是极小的，而液压和液压-机械力矩分量基本为零，当电磁阀100处在其非作用位置时，获得1∶0的传动比工况。
为允许正常的传动作业，电磁线圈112绕于阀杆108的周围，并接入包括一电流源114和控制单元116的电驱动回路，该控制单元可简单地取操作者控制开关的形式。只要使该开关保持闭合，电磁线圈112便会通电，将阀柱106退回到其阻塞进口98的实线起作用位置。现在可由液压泵和马达组件对传动装置加压，在斜盘22的高、低压力侧内重新建立正常的操作流体压力，此时，输出轴16按传动比设定重新由控制器24驱动。注意止回阀96隔离了暴露于空档设定液压回路26的斜盘高、低压侧。可以理解，把电磁阀100的非作用位置设为空档设定的阀位置，会使该空档设定的液压回路无故障。这就是说，在电气故障的情况下，空档传动比设定便施加于传动装置。
虽然公开了电磁驱动控制阀，应当理解，其它的流体阀型式，诸如液压驱动控制阀可用于本发明的实践中。此外，不是一个控制阀为所有三个液压回路支路90所共用，而是在每一液压回路支路中包括一个单独的控制阀，在此情况下，多个控制阀将并联地起作用和不起作用。虽然最好把空档设定液压回路26和油池泵补充流体回路引入到传动装置的输出端和非转动液压马达组件，以接通斜盘的高、低压侧，这种接通必须通过传动装置的输入端和液压泵组件，然而，这种替代方法由于液压泵组件是连续转动的而变得复杂。
显然，精通本技术领域的人们可以对本发明的连续可变液压传动装置作出种种修改和变更而不背离本发明的精神。因此，本发明的保护范围要包括其种种修改和变更，只要它们处在所附权利要求书及其等同物的精神范围内。
权利要求
1.一种连续可变液压传动装置，包括一个壳体；一根以轴颈支承在该壳体内以接收来自原动机的输入扭矩的输入轴；一根以轴颈支承于该壳体内将输出力矩传递给负载的输出轴；一个按驱动关系耦合于输出轴的液压泵组件；一个固定于壳体的液压马达组件；一个按操作关系安装在液压泵组件与液压马达组件之间的旋转斜盘，包括调节液压泵组件和液压马达组件之间的泵送液压流体输送的孔口，还包括沿直径相对的高、低液压流体压力侧；一个将斜盘枢接于输出轴，从而将作用于斜盘的力矩耦合于输出轴的连接器；一个调节斜盘围绕连接器枢轴线的角度方位以改变传动装置传动比的传动比控制器；一个传动装置空档设定液压回路，和斜盘孔口成流体连通，可选择性地操作，使斜盘高、低流体压力侧中的流体压力基本相等，从而使作用于斜盘上的力矩降低到大致为零，而与由传动比控制器设定的斜盘角度方位无关。
2.按权利要求1限定的连续可变液压传动装置，其特征在于该空档设定液压回路包括至少第一和第二液压流体回路支路，基本连续交错与斜盘高、低流体压力侧保持基本连续交替的流体连通；包括一空档设定流体控制阀的流体阀系可选择性地操作，将第一和第二液压流体回路支路连到共同的流体低压源。
3.按权利要求2限定的连续可变液压传动装置，其特征在于还包括一个液压流体油池，构成共同的流体低压源。
4.按权利要求3限定的连续可变液压传动装置，其特征在于还包括一个油池泵，配置在油池中，与斜盘的低压流体侧成流体连通。
5.按权利要求3限定的连续可变液压传动装置，其特征在于还包括一个配置于油池中的油池泵；至少第一和第二流体连接件，用以基本连续地将油池泵连通到斜盘的低压流体侧；分别包括在第一和第二流体连接件内的第一和第二单向止回阀；其中，第一液压流体回路支路包括一个第三单向止回阀，在第一止回阀下游位置上连入第一流体连接件；其中，第二液压流体回路支路包括一个第四单向止回阀，在第二止回阀下游位置上连入第二流体连接件。
6.按权利要求1限定的连续可变液压传动装置，其特征在于该斜盘包括沿直径方向相对的第一和第二半圆环形表面凹穴，与斜盘孔口成流体连通，第一表面凹穴仅次于斜盘的低压流体侧，而第二表面凹穴位于斜盘的高压流体侧；该传动装置还包括一个液压流体油池；一个配置在油池中的油池泵；成角度间隔的第一、二、三流体连接件，用以在油池和斜盘低压侧之间经过第一、二、三流体连接件中的至少一个连续地形成流体连通；分别包括在第一、二、三流体连接件内的第一、二、三单向止回阀，用于切断油池泵和斜盘高压流体侧之间的流体连通，其中空档设定液压回路包括在第一、二、三止回阀下游分别接入第一、二、三流体连接件内的第一、二、三流体回路支路，使第一、二、三流体回路支路中的至少一个支路与斜盘的低压流体侧保持连续的流体连通，而这些支路中的另一支路与斜盘的高压流体侧保持连续的流体连通；分别包括在第一、二、三流体回路支路中的第四、五、六单向止回阀；一个共同连于第一、二、三流体回路支路的空档设定流体控制阀，可选择性地操作来同时将第一、二、三流体回路支路接通到油池。
7.按权利要求6限定的连续可变液压传动装置，其特征在于该液压泵组件包括一个由输入轴按驱动关系耦合转动的支座；由各自的固定件沿一圆周排安装在支座上的多个泵活塞；形成一圆周排泵缸的一个泵缸体，泵活塞分别可滑动地安装于泵缸体中，该泵缸体包括一些开口，在泵缸和斜盘孔口之间形成流体连通；该液压马达组件包括一个固定于壳体的支座；由各自的固定件沿一圆周排安装在支座上的多个马达活塞；形成一圆周排马达缸的一个马达缸体，马达活塞分别可滑动地安装在马达缸中，该马达缸包括一些开口，在马达缸和斜盘孔口之间形成流体连通，三个马达活塞固定件其有各自的第一、二、三流体通道，它们分别包括在第一、二、三流体连接件内。
8.按权利要求7限定的连续可变液压传动装置，其特征在于该流体控制阀包括一个切断第一、二、三流体回路支路的起作用的阀位置和一个将第一、二、三流体回路支路通至油池的不起作用的阀位置，该空档设定液压回路还包括一个操作者控制器，用以将流体控制阀驱动到起作用的阀位置，以允许在斜盘上产生液压力矩，并将流体控制阀释放到其不起作用的阀位置上，使作用在斜盘上的液压力矩降到大致为零。
9.按权利要求8限定的连续可变液压传动装置，其特征在于该流体控制阀是一电磁阀，而操作者控制器包括一个开关，用以开、闭电磁阀的电驱动回路。
全文摘要
连续可变液压传动装置包括轴向对中的输入轴14和输出轴16,它们以轴颈支承于传动装置壳体(12)内,分别与原动机和负载耦合。输入轴(14)驱动液压泵组件(18),而液压马达组件(20)固定于传动装置壳体(12)上。一楔形斜盘(22)按操作位置枢接在输出轴(16)上,以调节泵组件(18)和马达组件(20)之间的加压液压流体的交换。一控制器(24)被耦合来调节斜盘(22)相对于输出轴轴线(35)的角度方位,从而设定传动比。接入液压马达组件(20)的液压回路(26)可选择地操作,使斜盘(22)的高、低流体压力侧和大气相通,于是施加了空档传动比工况,而与由控制器(24)设定的传动比无关。
文档编号F16H39/10GK1203652SQ96198822
公开日1998年12月30日 申请日期1996年7月31日 优先权日1995年10月16日
发明者R·F·拉金, D·M·普尔瑟尔 申请人:通用动力防卫系统公司