CN103335085B - 一种可换向磁流变无级变矩器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可换向磁流变无级变矩器，包括磁流变无级变速机构A、B和行星轮系机构A、B；磁流变无级变速机构A包括输入轴A、内转子A、励磁线圈A、外转子A和磁流变液A；磁流变无级变速机构B包括输入轴B、内转子B、励磁线圈B、外转子B和磁流变液B；行星轮系机构A包括小太阳轮A、外圈太阳轮B、行星架A和行星轮A；行星轮系机构B包括小太阳轮B、外圈太阳轮A、行星架B和行星轮B；外圈太阳轮B与行星架B固定连接，外圈太阳轮A与行星架A固定连接。该变矩器有实现无级变矩的磁流变无级变矩机构A和B以及用于实现换向功能的行星轮系机构A和B，结构紧凑简单，操作灵活方便，易于实现自动化，性能优良。

Description

一种可换向磁流变无级变矩器

技术领域

本发明涉及一种转矩可无级调节，输出转向可变换的磁流变变矩器，具体是一种利用磁流变液作为工作介质的两组磁流变传动装置来实现转矩的无级调节，利用两组行星轮系机构来实现换向功能的传动装置，属于工程机械领域。

背景技术

由于发动机不能反转，因而不能反向提供机械动力，而在实际的工程领域中，不但要求输入构件在单方向运转的情况下输出能随着输入同向运转，同时要求在输入构件只能单方向运转的情况下输出能实现双向运转，在复杂的工况要求下，有时甚至要求在输入构件的输入不变的情况下输出构件的转矩能实现无级可调性，并且可以通过较小的输入转矩作用而获得较大的输出转矩。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种结构简单紧凑，操作灵活方便，易于实现自动化，性能优良的可换向磁流变无级变矩器。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种可换向磁流变无级变矩器，包括磁流变无级变速机构A、磁流变无级变速机构B、行星轮系机构A、行星轮系机构B、连接盘A和连接盘B；

所述磁流变无级变速机构A包括输入轴A、内转子A、励磁线圈A、外转子A和磁流变液A；所述内转子A固定在输入轴A上，所述外转子A为中空结构并套在内转子A外，外转子A的两端支撑在输入轴A上并与输入轴A转动配合，励磁线圈A固定在外转子A内，内转子A与外转子A之间形成密封腔体，所述密封腔体内充满磁流变液A；

所述磁流变无级变速机构B包括输入轴B、内转子B、励磁线圈B、外转子B和磁流变液B；所述输入轴B和输入轴A通过联轴器连接，所述内转子B固定在输入轴B上，所述外转子B为中空结构并套在内转子B外，外转子B的两端支撑在输入轴B上并与输入轴B转动配合，励磁线圈B固定在外转子B内，内转子B与外转子B之间形成密封腔体，所述密封腔体内充满磁流变液B；

所述行星轮系机构A包括小太阳轮A、外圈太阳轮B、行星架A和行星轮A；所述连接盘A安装在输入轴A上并与输入轴A转动配合，连接盘A的一端与外转子A固定，所述小太阳轮A固定套在连接盘A的另一端外；所述外圈太阳轮B套在小太阳轮A外，所述行星轮A安装在行星架A上并与行星架A转动配合，所述行星轮A位于外圈太阳轮B和小太阳轮A之间并与外圈太阳轮B和小太阳轮A齿啮合；

所述行星轮系机构B包括小太阳轮B、外圈太阳轮A、行星架B和行星轮B；所述连接盘B安装在输入轴B上并与输入轴B转动配合，连接盘B的一端与外转子B固定，所述小太阳轮B固定套在连接盘B的另一端外；所述外圈太阳轮A套在小太阳轮B外，所述行星轮B安装在行星架B上并与行星架B转动配合，所述行星轮B位于外圈太阳轮A和小太阳轮B之间并与外圈太阳轮A和小太阳轮B齿啮合；

所述外圈太阳轮B与行星架B固定连接，所述外圈太阳轮A与行星架A固定连接。

作为本发明的一种优选方案，该变矩器还包括壳体A、连接块和壳体B；所述壳体A的一端套在输入轴A上并与输入轴A转动配合，所述壳体A的另一端通过连接块与行星架A固定连接；所述壳体B的一端套在输入轴B上并与输入轴B转动配合，所述壳体B的另一端与外圈太阳轮B固定连接。

作为本发明的另一种优选方案，所述外转子A由左端轭铁A、中间轭铁A和右端轭铁A组成，所述左端轭铁A和右端轭铁A均为端盖结构，中间轭铁A为圆筒结构，所述左端轭铁A和右端轭铁A均通过支撑轴承A安装在输入轴A上，所述左端轭铁A和右端轭铁A分别连接在中间轭铁A的两端。

作为本发明的又一种优选方案，所述外转子B由左端轭铁B、中间轭铁B和右端轭铁B组成，所述左端轭铁B和右端轭铁B均为端盖结构，中间轭铁B为圆筒结构，所述左端轭铁B和右端轭铁B均通过支撑轴承B安装在输入轴B上，所述左端轭铁B和右端轭铁B分别连接在中间轭铁B的两端。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、该可换向磁流变无级变矩器采用功能材料磁流变液作为主动转子与从动转子之间工作间隙内的工作介质，它的粘性和屈服应力可由外加磁场加以控制，通过可调直流电源无级调节励磁线圈电流，改变工作介质磁流变液的屈服应力，从而改变该部分机构传递的转矩和负载端的转矩；且该变矩器具有两组行星轮系机构，通过对行星轮机构固定方式的不同从而实现换向的功能。

2、该变矩器包括有实现无级变矩的磁流变无级变矩机构A和磁流变无级变矩机构B以及用于实现换向功能的行星轮系机构A和行星轮系机构B，结构紧凑简单，操作灵活方便，易于实现自动化，性能优良。

附图说明

图1为一种可换向磁流变无级变矩器的结构示意图。

附图中： 1—输入轴A； 2—挡圈A； 3—支撑轴承A； 4—滑动电刷A； 5—密封圈A； 6—内转子A； 7—磁流变液A； 8—励磁线圈A； 9—左端轭铁A； 10—中间轭铁A； 11—右端轭铁A； 12—连接盘A； 13—连接块； 14—外圈太阳轮B； 15—行星架A； 16—行星轮A； 17—轴承A； 18—外圈太阳轮A； 19—行星架B； 20—输入轴B； 21—壳体B； 22—密封圈B； 23—滑动电刷B； 24—挡圈B； 25—挡环B； 26—支撑轴承B； 27—端盖B； 28—挡圈B； 29—支撑轴承B； 30—内转子B； 31—磁流变液B； 32—励磁线圈B； 33—右端轭铁B； 34—中间轭铁B； 35—左端轭铁B； 36—连接盘B； 37—支撑轴承B； 38—小太阳轮B； 39—轴承B； 40—行星轮B； 41—联轴器； 42—支撑轴承A； 43—挡环A； 44—小太阳轮A； 45—壳体A； 46—挡圈A； 47—挡环A； 48—支撑轴承A； 49—端盖A。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图1所示，一种可换向磁流变无级变矩器，包括磁流变无级变速机构A、磁流变无级变速机构B、行星轮系机构A、行星轮系机构B、连接盘A12、连接盘B36、壳体A45、连接块13和壳体B21。

其中，磁流变无级变速机构A包括输入轴A1、内转子A6、励磁线圈A8、外转子A和磁流变液A7。内转子A6通过键固定连接在输入轴A1上，输入转矩通过该输入轴A1和内转子A6输入。外转子A为中空结构并套在内转子A6外，外转子A由左端轭铁A9、中间轭铁A10和右端轭铁A11三个部件组成，各部分采用合适尺寸保证工作磁路磁通量等参数的要求，左端轭铁A9和右端轭铁A11均为端盖结构，中间轭铁A10为圆筒结构，左端轭铁A9和右端轭铁A11均通过支撑轴承A3安装在输入轴A1上，支撑轴承A3由两个轴肩和挡圈A2进行固定定位,左端轭铁A9和右端轭铁A11分别连接在中间轭铁A10的两端,外转子A并与输入轴A1转动配合。励磁线圈A8固定在外转子A内，外转子A内有线圈导电线的内部导线孔道, 在左端轭铁A9与输入轴A1之间和右端轭铁A11与输入轴A1之间设置有密封圈A5，内转子A6与外转子A之间形成密封腔体（即密封腔体由内转子A6外沿和外转子A内沿共同构成），密封腔体内充满磁流变液A7（本实施例中，采用磁性橡胶线圈密封充满磁流变液的密封腔体），调节励磁线圈A8的来自外部可调直流电源的激磁电流的滑动电刷A4，输入的转速通过磁流变液A7工作介质在励磁线圈A8的磁场作用下发生磁流变效应进行传递，由外转子A无级改变输出。

磁流变无级变速机构B包括输入轴B20、内转子B30、励磁线圈B32、外转子B和磁流变液B31。输入轴B20和输入轴A1通过联轴器41连接，内转子B30通过键固定连接在输入轴B20上，输入转矩通过输入轴A1与联轴器41传递至输入轴B20。外转子B为中空结构并套在内转子B30外，外转子B由左端轭铁B35、中间轭铁B34和右端轭铁B33三个部件组成，各部分采用合适尺寸保证工作磁路磁通量等参数的要求，左端轭铁B35和右端轭铁B33均为端盖结构，中间轭铁B34为圆筒结构，左端轭铁B35和右端轭铁B33均通过支撑轴承B29安装在输入轴B20上，支撑轴承B29由两个轴肩和挡圈B28进行固定定位,左端轭铁B35和右端轭铁B33分别连接在中间轭铁B34的两端，外转子B与输入轴B20转动配合。励磁线圈B32固定在外转子B内，外转子B内有线圈导电线的内部导线孔道, 在左端轭铁B35与输入轴B20之间和右端轭铁B33与输入轴B20之间设置有密封圈B22，内转子B30与外转子B之间形成密封腔体（即密封腔体由内转子B30外沿和外转子B内沿共同构成），密封腔体内充满磁流变液B31（本实施例中，采用磁性橡胶线圈密封充满磁流变液的密封腔体），调节励磁线圈B32的来自外部可调直流电源的激磁电流的滑动电刷B23，输入的转速通过磁流变液B31工作介质在励磁线圈B32的磁场作用下发生磁流变效应进行传递，由外转子B无级改变输出。

行星轮系机构A包括小太阳轮A44、外圈太阳轮B14、行星架A15和行星轮A16。连接盘A12通过支撑轴承A42安装在输入轴A1上并与输入轴A1转动配合，支撑轴承A42通过轴肩及挡环A43进行固定，连接盘A12的左端与外转子A通过螺栓固定连接以实现连接盘A12的无级传动，小太阳轮A44固定套在连接盘A12的右端外，小太阳轮A44与连接盘A12通过过盈连接的方式实现同步转动。外圈太阳轮B14套在小太阳轮A44外，行星轮A16通过轴承A17安装在行星架A15上并与行星架A15转动配合，行星轮A16位于外圈太阳轮B14和小太阳轮A44之间并与外圈太阳轮B14和小太阳轮A44齿啮合。行星轮A16为三个，三个行星轮间隔120度均匀分布在行星架A15上。壳体A45的左端通过支撑轴承A48套在输入轴A1上并与输入轴A1转动配合，支撑轴承A48为两个，并在两个支撑轴承A48的内圈之间设置挡环A47，支撑轴承A48通过挡圈A46和挡环A47进行固定，磁流变无级变速机构A安装在壳体A45内，壳体A45在整个过程中不产生运动。壳体A45的右端通过螺栓与连接块13连接成一体，连接块13通过花键与行星架A15固定连接成一体，使壳体A45、连接块13、行星架A15和与行星架A15连接为一体的外圈太阳轮A18共同处于固定不运动的状态。在壳体A45的左端设置端盖A49，以使左端处于密封，避免灰尘进入支撑轴承A48内。

行星轮系机构B包括小太阳轮B38、外圈太阳轮A18、行星架B19和行星轮B40。连接盘B36通过支撑轴承B37安装在输入轴B20上并与输入轴B20转动配合，支撑轴承B37通过轴肩及挡环B进行固定。连接盘B36的右端通过螺栓与外转子B固定连接以实现连接盘B36的无级转动，小太阳轮B38固定套在连接盘B36的左端外，小太阳轮B38与连接盘B36通过过盈连接的方式实现同步转动。外圈太阳轮A18套在小太阳轮B38外，行星轮B40通过轴承B39安装在行星架B19上并与行星架B19转动配合，行星轮B40位于外圈太阳轮A18和小太阳轮B38之间并与外圈太阳轮A18和小太阳轮B38齿啮合。行星轮B40为三个，三个行星轮间隔120度均匀分布在行星架B19上。外圈太阳轮B14与行星架B19固定连接，外圈太阳轮A18与行星架A15固定连接，在本实施例中，行星架B19与外圈太阳轮B14一体制作成型，外圈太阳轮A18与行星架A15一体制作成型。壳体B21的右端通过支撑轴承B26套在输入轴B20上并与输入轴B20转动配合，支撑轴承B26为两个，并在两个支撑轴承B26的内圈之间设置挡环B25，支撑轴承B26通过挡圈B24和挡环B25进行固定，磁流变无级变速机构B安装在壳体B21内。壳体B21的左端与外圈太阳轮B14通过螺栓固定连接为一体。壳体B21通过螺栓与做成一体的外圈太阳轮B14及行星架B19连接。致使壳体B21、行星架B19及外圈太阳轮B14共同处于同一运动状态作为装置的输出。壳体B21的右端设置端盖B27，以使右端处于密封，避免灰尘进入支撑轴承B26内。

该无级变矩器具有两组行星轮系机构，通过对行星轮机构固定方式的不同从而实现换向的功能。即一组行星轮机构固定的构件为外圈太阳轮A18，其输入为小太阳轮A44，行星架A15作为输出构件；另一组行星轮机构固定的构件为行星架B19，其输入为小太阳轮B38，输出为外圈太阳轮B14；两组行星轮机构的输出构件固连在一起并作为整个装置最后的输出。

正转：

    在整个装置的结构确定之后，给输入轴A1一个恒定输入，由于输入轴A1通过联轴器41与输入轴B20连接，带动输入轴B20具有一个恒定的输入，输入轴B20上安装有磁流变无级变速机构B，从而可以通过控制励磁线圈B32的电流来控制磁流变无级变速机构B实现外转子B的无级转矩变化，又外转子B与连接盘B36通过螺栓连接，意味着给小太阳轮B38输入了一个无级变化的转矩，行星轮系机构B具有一个自由度，给定了小太阳轮B38一个输入后就可以实现正常运转了，此时在行星轮系机构B中由于外圈太阳轮A18固定不动，从而行星架B19实现了与输入相同方向的运转，且行星架B19的输出转矩可通过磁流变的磁流变无级变速机构B进行无级调节，此时励磁线圈A8并未通电，整个磁流变无级变速机构A与行星轮系机构A处于空转的运动状态，不影响整个装置的输出。

反转：

    在整个装置的结构确定之后，给输入轴A1一个恒定输入，由于输入轴A1上安装有磁流变无级变速机构A，从而可以通过控制励磁线圈A8的电流来控制磁流变无级变速机构A实现外转子A的无级转矩变化，又外转子A与连接盘A12通过螺栓连接，意味着给小太阳轮A44输入了一个无级变化的转矩，行星轮系机构A具有一个自由度，给定了小太阳轮A44一个输入后就可以实现正常运转了，此时在行星轮系机构A中由于行星架A15固定不动，从而外圈太阳轮B14实现了与输入相反方向的运转，且外圈太阳轮B14的输出转矩可通过磁流变无级变速机构A进行无级调节，此时励磁线圈B32并未通电，整个磁流变无级变速机构B与行星轮系机构B处于空转的运动状态，不影响整个装置的输出。

空档：

在磁流变无级变速机构A中的励磁线圈A8与磁流变无级变速机构B中的励磁线圈B32都未通电的情况下，则尽管输入轴给定输入后正常运转，但由于磁流变无级变速机构中的线圈没有通电，无法实现磁流变无级变速机构的工作，磁流变无级变速机构中的外转子就处于静止状态，因而两组行星轮系机构的小太阳轮都处于静止状态，从而两组行星轮系机构都处于静止状态，整个装置也就没有输出。即可以使整个装置的输出不受输入轴的影响，实现输入轴的空转而不会实现装置任何一个方向的运转。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种可换向磁流变无级变矩器，其特征在于：包括磁流变无级变速机构A、磁流变无级变速机构B、行星轮系机构A、行星轮系机构B、连接盘A（12）和连接盘B（36）；

所述磁流变无级变速机构A包括输入轴A（1）、内转子A（6）、励磁线圈A（8）、外转子A和磁流变液A（7）；所述内转子A（6）固定在输入轴A（1）上，所述外转子A为中空结构并套在内转子A（6）外，外转子A的两端支撑在输入轴A（1）上并与输入轴A（1）转动配合，励磁线圈A（8）固定在外转子A内，内转子A（6）与外转子A之间形成密封腔体，所述密封腔体内充满磁流变液A（7）；

所述磁流变无级变速机构B包括输入轴B（20）、内转子B（30）、励磁线圈B（32）、外转子B和磁流变液B（31）；所述输入轴B（20）和输入轴A（1）通过联轴器（41）连接，所述内转子B（30）固定在输入轴B（20）上，所述外转子B为中空结构并套在内转子B（30）外，外转子B的两端支撑在输入轴B（20）上并与输入轴B（20）转动配合，励磁线圈B（32）固定在外转子B内，内转子B（30）与外转子B之间形成密封腔体，所述密封腔体内充满磁流变液B（31）；

所述行星轮系机构A包括小太阳轮A（44）、外圈太阳轮B（14）、行星架A（15）和行星轮A（16）；所述连接盘A（12）安装在输入轴A（1）上并与输入轴A（1）转动配合，连接盘A（12）的一端与外转子A固定，所述小太阳轮A（44）固定套在连接盘A（12）的另一端外；所述外圈太阳轮B（14）套在小太阳轮A（44）外，所述行星轮A（16）安装在行星架A（15）上并与行星架A（15）转动配合，所述行星轮A（16）位于外圈太阳轮B（14）和小太阳轮A（44）之间并与外圈太阳轮B（14）和小太阳轮A（44）齿啮合；

所述行星轮系机构B包括小太阳轮B（38）、外圈太阳轮A（18）、行星架B（19）和行星轮B（40）；所述连接盘B（36）安装在输入轴B（20）上并与输入轴B（20）转动配合，连接盘B（36）的一端与外转子B固定，所述小太阳轮B（38）固定套在连接盘B（36）的另一端外；所述外圈太阳轮A（18）套在小太阳轮B（38）外，所述行星轮B（40）安装在行星架B（19）上并与行星架B（19）转动配合，所述行星轮B（40）位于外圈太阳轮A（18）和小太阳轮B（38）之间并与外圈太阳轮A（18）和小太阳轮B（38）齿啮合；

所述外圈太阳轮B（14）与行星架B（19）固定连接，所述外圈太阳轮A（18）与行星架A（15）固定连接；

还包括壳体A（45）、连接块（13）和壳体B（21）；所述壳体A（45）的一端套在输入轴A（1）上并与输入轴A（1）转动配合，所述壳体A（45）的另一端通过连接块（13）与行星架A（15）固定连接，其中，壳体A（45）处于固定不运动状态；所述壳体B（21）的一端套在输入轴B（20）上并与输入轴B（20）转动配合，所述壳体B（21）的另一端与外圈太阳轮B（14）固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种可换向磁流变无级变矩器，其特征在于：所述外转子A由左端轭铁A（9）、中间轭铁A（10）和右端轭铁A（11）组成，所述左端轭铁A（9）和右端轭铁A（11）均为端盖结构，中间轭铁A（10）为圆筒结构，所述左端轭铁A（9）和右端轭铁A（11）均通过支撑轴承A（3）安装在输入轴A（1）上，所述左端轭铁A（9）和右端轭铁A（11）分别连接在中间轭铁A（10）的两端。

3.根据权利要求1所述的一种可换向磁流变无级变矩器，其特征在于：所述外转子B由左端轭铁B（35）、中间轭铁B（34）和右端轭铁B（33）组成，所述左端轭铁B（35）和右端轭铁B（33）均为端盖结构，中间轭铁B（34）为圆筒结构，所述左端轭铁B（35）和右端轭铁B（33）均通过支撑轴承B（29）安装在输入轴B（20）上，所述左端轭铁B（35）和右端轭铁B（33）分别连接在中间轭铁B（34）的两端。