CN101517258B - 机械扭矩变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机械扭矩变换器(100)，其包括：壳体(6)；输入轴(2)，***于壳体(6)内，并且能够在壳体(6)内转动。输出轴(5)从壳体(6)内伸出并且能够在壳体(6)内转动。齿轮箱(1)位于壳体内并接合至输入轴(2)。棘轮装置(3)位于壳体(6)内并接合至齿轮箱(1)，以在低速下制动齿轮箱(1)，并且离合器(4)与输出轴(5)和齿轮箱(1)配合。

Description

机械扭矩变换器
技术领域
本发明涉及一种机械扭矩变换器。
背景技术
大多数扭矩变换器采用如大多数机动车辆中所使用的流体联轴器的原理。这些扭矩变换器的扭矩比典型地是1.9至2.5，而其传动损耗比率可高达10％。一旦流体扭矩变换器停止，它的效率将显著地下降。结果，汽车的汽油消耗量将增加，典型地是增加9％或以上。另外，扭矩变换器必须配置有液压泵、变换器调节器以及精密的电子和液压控制***。因此，典型的液压扭矩变换器复杂、笨重、并且故障率高，昂贵且难以制造。
发明内容
本发明的一个目的在于，提供一种较易制造且更可靠的扭矩变换器。
本发明的另一个目的在于提供一种扭矩变换器，其相对于传统的流体联轴器扭矩变换器具有增加的传动效率。
考虑到本发明的这些目的，本发明提供了一种机械扭矩变换器，其包括：壳体；输入轴，***于所述壳体中，并能够在所述壳体内转动；输出轴，从所述壳体伸出，并可在所述壳体内转动；齿轮箱，位于所述壳体内并接合至所述输入轴；棘轮装置(escapement)，设置在所述壳体内，并接合至所述齿轮箱，以在低速下制动所述齿轮箱；以及离合器，与所述输出轴和所述所述齿轮箱配合。
优选地，所述输出轴连接至杯形件的底座，并且所述离合器位于所述杯形件内。在优选实施例中，所述离合器包括固定到所述杯形件的至少第一离合器片以及可随所述输入轴一起转动的至少第二离合器片。优选地，所述离合器在由多个球施加的力的作用下是可操作的，所述多个球按压与所述至少所述第二离合器片接触的另外一个离合器片，并且这样的力在离心力的作用下随着所述输出轴的转动速度而变化。
优选地，所述多个球中的每一个都设置在所述杯形件的底座内侧上的相应槽中，而且相应槽的深度朝向所述底座件的中心渐增。
在一实际的实施例中，所述杯形件具有限定有用于所述离合器的室的内齿圈(inner annulus)。内齿环可以设置在所述杯形件的内侧上，并将与所述齿轮箱啮合。齿轮箱优选为行星型齿轮箱，其中所述内齿环是所述行星型齿轮箱的环形齿轮。所述行星型齿轮箱包括：太阳轮，位于所述输入轴上；多个行星轮，与所述太阳轮啮合，并可在行星轮架内转动；以及多个辅助齿轮，可在所述行星轮架内转动，并与所述多个行星轮中的相应的一个啮合，并且所述多个辅助齿轮与所述环形齿轮啮合。在实际的实施例中，所述棘轮装置包括所述行星型齿轮箱的行星轮架以及锥形制动环，该锥形制动环相对于所述行星轮架可以轴向地移动以接触所述壳体的内侧。
所述锥形制动环优选地与所述壳体内侧上的环形制动带接触。所述制动环通过螺旋键连接到所述行星轮架上，并且当所述行星轮架转动时能够相对于所述行星轮架轴向地移动。优选地，所述制动环相对于所述行星轮架被弹性地偏压。所述行星轮架可以包括组装在一起的一对间隔开的相对的支架。所述制动环通过螺旋键连接到所述支架中的一个支架上，并且通过弹簧片弹性地偏压在所述多个支架中的所述一个支架上。在所述多个支架中的所述一个支架与所述环形齿轮之间典型地设置有密封件。内齿圈可与所述离合器摩擦地接合。
由于本发明在提高性能方面使用了纯机械的整体改进，因此可以实现燃料经济性和加速平稳性。本发明在操作方面更加安全，并且制造成本相对低。本发明的结构允许离合器通过柔性连接传递动力。本发明还提供了对负载变化的检测和感应，并且控制棘轮装置的操作状态，以便控制齿轮箱的自动扭矩变化。输出轴将来自齿轮箱的动态输出扭矩传递给负载。本发明将在动力源与负载之间实现扭矩传递的柔性连接。它将根据负载的变化自动地调节输出扭矩，以便动力源和负载达到最佳的扭矩匹配。本发明能够应用于任何动力源，例如，电动机、内燃机等等。如果本发明应用于汽车发动机，那么随汽车启动的逐渐加速允许本发明自动地增加扭矩，以输出足够的动力来驱动汽车，并克服来自汽车的静止惯性阻力。当汽车达到某一速度时，本发明能够将发动机功率100％地传递给齿轮箱。同时，当汽车负荷变化时，本发明能够自动地改变扭矩，以便让发动机的输出动力达到最好的效果。
附图说明
本发明的优选实施例的结构和功能特征将通过以下结合附图的详细描述而变得更清楚，其中：
图1是根据本发明优选实施例制造的机械扭矩变换器的简化横截面示意图；
图2是图1中所示的机械扭矩变换器的详细横截面视图；
图3是与图2相似的详细横截面视图，其示出了机械扭矩变换器的前端；
图4是机械扭矩变换器的齿轮箱沿着图3中的箭头A-A方向的横截面视图；
图5是类似于图3所示的分解横截面视图，其示出了用于机械扭矩变换器的棘轮装置；
图6是图5所示的棘轮装置沿着图3中的箭头B-B方向的横截面视图；
图7是内花键套筒沿着图3中的箭头C-C方向的横截面视图；
图8是外花键套筒沿着图3中的箭头D-D方向的横截面视图；
图9是主动摩擦片沿着图3中的箭头E-E方向的横截面视图；
图10是图9中所示的主动摩擦片的侧视图；
图11是压力圆盘沿着图3中的箭头F-F方向的横截面视图；以及
图12是从动摩擦片沿着图3中的箭头G-G方向的横截面视图。
具体实施方式
在图1中，示出了根据本发明制造的扭矩变换器100的简化视图。扭矩变换器100的主要部件是与被驱动的输入轴2接合的齿轮箱1。输入轴2可以由内燃机、电动机或任何其它类型的发动机或转动装置驱动。通过棘轮装置3和离合器4控制扭矩变换器。离合器4适于与输出轴5接合。所有的部件都装配在容纳有棘轮装置3和离合器4的主壳体6内。该优选实施例的具体结构在图2至图12中示出。
主壳体6包括基本圆柱形的外壳102，该外壳的两端由端面板21、39密封。安装孔36允许扭矩变换器100通过例如螺栓的固定方式(未示出)紧固到结构上(未示出)。圆柱形外壳102的端部向内倒角以提供内翻边(inturned lip)104，环形制动带23能够固定在该内翻边上。轴承16和32设置在每一端处，用于分别支撑输入轴2和输出轴5。
本实施例中的齿轮箱1为行星型齿轮箱，该行星型齿轮箱包括通过键18固定到输入轴2的太阳轮17。太阳轮17与由行星轮架106中的轴承19、20支撑的行星轮26啮合。行星轮26依次与由也在行星轮架106中的轴承8、43支撑的辅助齿轮9啮合。行星型齿轮箱由环形齿轮108完成。环形齿轮108形成固定在输出轴5上的杯形件29的一部分。行星轮架106包括通过各个轴承14、15、12可围绕输入轴2转动的相对的圆形支架11、25。螺栓56通过隔离件45将相对的圆形支架11、25接合成一体单元。输入轴2上装配有垫片28以限制行星轮架106的运动。环形油封件7安装在杯形件29中的凹槽110以及环形支架11中的槽112中。润滑脂可注入到形成在杯形件29内的空腔中。
棘轮装置3包括能够与锥形制动环22起作用的环形制动带23，锥形制动环能够从圆形支架11的周边槽114轴向移动。锥形制动环22在其内表面上具有四个螺旋槽55，这四个螺旋槽55与位于环形支架11的缩颈部116的外表面上的四个对应的螺旋键54相配合。该配合将允许锥形制动环22相对于圆形支架11轴向地向前和向后移动，以允许与环形制动带23接触。为了提供的锥形制动环22的受控运动，通过螺钉13将一组弹簧片10固定到环形支架11上。
离合器4使用容纳在杯形件29内的摩擦片。杯形件29内部设置有齿圈37，并可以通过轴承42以及杯形件29的底座120中的轴承33围绕输入轴2转动。该实施例中的杯形件29形成为两部分结构，其中圆柱形轴套118使用螺纹紧固件24连接于底座120。内花键套筒31通过轴套键30同心地安装到输入轴2上。一对主动摩擦片41通过其外花键套筒34动态地套到内花键套筒31上。主动摩擦片41包括基板50、摩擦片49和外花键套筒34。在这种结构中，基板50和摩擦片49通过基板铆钉47结合在一起。基板50和外花键套筒34通过具有花键套筒铆钉48的花键套筒铆钉孔46铆接在一起。从动摩擦片40通过与圆柱形套筒118的内壁上的配合槽52匹配的外伸齿53。辅助圆盘38通过与底座120的销35配合的辅助圆盘39中的孔51连接到杯形件29的底座120上。钢球27(直径典型地为40mm)设置在底座120内侧的螺旋槽122内并位于辅助圆盘38与杯形件29的底座120之间。螺旋槽122朝向底座120的中心深度渐增。
现在将描述本发明的操作。在启动时，输入轴2的顺时针转动使得太阳轮17沿相同的方向同步地转动。与太阳轮17啮合的行星轮26将逆时针运行。辅助齿轮9将顺时针转动。然而，由于来自载荷的阻力，通过环形齿轮108与辅助齿轮9啮合的齿圈37、和杯形件29、以及连接至杯形件29的输出轴5不能转动。结果，迫使相对的圆形支架11、25作为一个整体逆时针转动。静止的锥形制动环22在其螺旋槽55和圆形支架11的螺旋键54的作用下开始高速向左移动。锥形制动环22与环形制动带23的紧密摩擦使相对的圆形支架11、25的单元制动。因此，棘轮装置3处于制动控制之下。输出轴5通过环形齿轮108和辅助齿轮9开始减速、增加扭矩并顺时针转动，当克服阻力时，驱动负载以启动并逐渐地增速。当来自输出轴5的增加后的扭矩以增加后的转速驱动负载时，球27在离心力的作用下沿着底座120上的槽122移动位置，并且按压辅助圆盘38。然后，辅助圆盘38向左按压主动摩擦片41和从动摩擦片40。通过圆盘38和摩擦片40、41以及齿圈37右侧的接合，摩擦力逐渐增加。当球27进一步向外移动时，它们进一步增大离合器4的摩擦力，并且输入轴2通过离合器4间接地将动力传递到输出轴5。当输入轴2和输出轴5同步地转动时，相对的圆形支架11、25的整个单元从逆时针转动变为顺时针转动。在它们的螺旋槽55、螺旋键54以及弹簧片10的作用下，圆形支架11和锥形制动环22高速向右移，并且使锥形制动环22和环形制动带23脱离接合。因此，棘轮装置3处于释放模式。离合器4间接地锁定输入轴2和输出轴5，并且使扭矩变换器100处于1∶1的扭矩传递状态。
当杯形件29因太重的负荷或输入端减速而减速时，球27的离心力将减小。离合器4的摩擦力将逐渐减小。一旦输入轴2和输出轴5的转速之间存在差别时，相对的圆形支架11、25的单元开始逆时针转动。锥形制动环22和圆形支架11将在螺旋槽55和螺旋键的配合下再次变成高速向左移动。锥形制动环22和环形制动带23之间的摩擦再次使相对的圆形支架11、25制动。棘轮装置3再次处于制动控制状态。因此，通过环形齿轮108与辅助齿轮9接合的齿图37将驱动输出轴5，输出轴5将再次在减速和增加扭矩的状态下开始顺时针驱动负载。
本发明能够接合至任何发动机，不管是内燃机、电动机，风轮机或其它合适的转动装置。该装置的操作不需要任何的电子控制也不需要使用液压。这极大地节约了能源，并且不需要昂贵的维修费用。如果需要维修，其相对容易拆卸。优选实施例能提供的扭矩比在2.1至13.7之间。传动效率可高达98％以上。
本发明将理解为包括对本领域的技术人员而言将是显而易见的多种进一步的修改，这些修改将被视为包括在本发明的概括范围内，这里已经阐述的仅仅是本发明的主要本质以及通过实施例所说明的某些具体实施方式。

Claims (14)

1.一种机械扭矩变换器，包括壳体；输入轴，***于所述壳体内，并能够在所述壳体内转动；输出轴，从所述壳体内伸出，并能够在所述壳体内转动；齿轮箱，位于所述壳体内并接合至所述输入轴；棘轮装置，设置在所述壳体内并接合至所述齿轮箱，以在低速下制动所述齿轮箱；以及离合器，与所述输出轴和所述齿轮箱配合，其中，内齿环设置在杯形件的底座的内侧上，并且与所述齿轮箱啮合，所述齿轮箱是行星型齿轮箱，所述内齿环是所述行星型齿轮箱的环形齿轮，并且其中，所述棘轮装置包括所述行星型齿轮箱的行星轮架以及锥形制动环，所述锥形制动环可相对于所述行星轮架轴向地移动以接触所述壳体的内侧。
2.根据权利要求1所述的机械扭矩变换器，其特征在于，所述输出轴连接至所述杯形件的所述底座，并且所述离合器位于所述杯形件内。
3.根据权利要求2所述的机械扭矩变换器，其特征在于，所述离合器包括固定于所述杯形件的至少第一离合器片以及可随所述输入轴一起转动的至少第二离合器片。
4.根据权利要求3所述的机械扭矩变换器，其特征在于，所述离合器在由多个球施加的力的作用下是可操作的，所述多个球按压与所述至少第二离合器片接触的辅助圆盘，并且这样的力在离心力的作用下随着所述输出轴的转速而变化。
5.根据权利要求4所述的机械扭矩变换器，其特征在于，所述多个球中的每一个都设置在所述杯形件的底座内侧的相应槽中，而且相应槽的深度朝向所述底座的中心渐增。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的机械扭矩变换器，其特征在于，所述杯形件具有限定有用于所述离合器的室的内齿圈。
7.根据权利要求6所述的机械扭矩变换器，其特征在于，所述行星型齿轮箱包括：太阳轮，位于所述输入轴上；多个行星轮，与所述太阳轮啮合，并可在所述行星轮架内转动；以及多个辅助齿轮，可在所述行星轮架内转动，并与所述多个行星轮中的相应的一个啮合，并且所述多个辅助齿轮与所述环形齿轮啮合。
8.根据权利要求7所述的机械扭矩变换器，其特征在于，所述锥形制动环与所述壳体内侧上的环形制动带接触。
9.根据权利要求8所述的机械扭矩变换器，其特征在于，所述制动环通过螺旋键连接到所述行星轮架上，并且当所述行星轮架转动时能够相对于所述行星轮架轴向地移动。
10.根据权利要求8所述的机械扭矩变换器，其特征在于，所述制动环相对于所述行星轮架被弹性地偏压。
11.根据权利要求10所述的机械扭矩变换器，其特征在于，所述行星轮架包括组装在一起的一对间隔开的相对支架。
12.根据权利要求11所述的机械扭矩变换器，其特征在于，所述制动环通过螺旋键连接到所述一对间隔开的相对支架中的一个支架上，并且通过弹簧片弹性地偏压在所述一对间隔开的相对支架中的所述一个支架上。
13.根据权利要求12所述的机械扭矩变换器，其特征在于，在所述一对间隔开的相对支架中的所述一个支架与所述环形齿轮之间设置有密封件。
14.根据权利要求6所述的机械扭矩变换器，其中，所述内齿圈与所述离合器以摩擦的方式接合。
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