專利名稱：齒輪滾柱軸承泵式無級變速器的制作方法
技術領域：
本發明屬于機械流體動力傳動領域。
在傳動領域中，齒輪傳動歷史悠久，技術成熟，大至礦山機械，小至儀器、儀表都被齒輪傳動所覆蓋。盡管如此，其局限性也是顯而易見的。就齒輪變速而言，一對大小不等的齒輪付產生一級速比，當要求速比密集時，就需大量的齒輪；就齒輪泵而言，其齒輪軸偏載、困油、漏油等結構特征，使其傳遞功率不大，效率低，排放量不大等缺點而限制了用途。目前，就大多數汽車都采用齒輪變速，但卻不能充分滿足汽車傳動的要求，故一些高檔轎車和特殊要求的汽車不惜采用造價昂貴的液力變扭器與行星齒輪變速器組成的液力機械變速器以滿足傳動變速的要求。
目前，中國專利公布的平衡式行星齒輪泵雖然可做成變量馬達的無級變速器，也改善了齒輪泵某些固有的缺點。但像齒輪泵困油、漏油和速度特性問題依然存在，在動力傳輸的大小和轉速范圍的選擇也就受到限制。
本發明的目的，利用齒輪泵結構簡單、緊湊、經濟等優點，改變其傳動特征，在保留原有優點的同時，將固有的缺點轉化為優點構成一種新型的無級變速器。
本發明的技術方案如
圖1所示，它由兩個以上的齒輪滾柱3、內齒輪1、中心齒輪2及隔離傳動架4組成齒輪滾柱軸承形成跳齒嚙合行星傳動的泵式結構，兼有滾柱軸承和行星齒輪傳動的功能，并有流體力、泵、馬達組合的泵式結構。
其中齒輪滾柱3的齒頂圓分別與內齒輪1及中心齒輪2的齒根圓以過盈接觸的軸承式滾動傳動，隔離傳動架4將各滾柱齒輪3在圓周方向分隔，最好是等分隔離且保持公轉同步。
齒輪滾柱3、內齒輪1、中心齒輪2各齒輪的輪齒選擇相同的跳齒數組成成對嚙合是間斷傳動的齒輪付，三種齒輪組成的間斷傳動的齒輪付與隔離傳動架4的傳動作用相結合組成連續的行星傳動。
隔離傳動架4的各接觸面，將行星傳動中各齒輪的輪齒嚙合部位形成的流體高低壓區，在徑向與軸向隔離的同時應保證相對轉動又承壓密封的間隙所組成的泵式結構。
齒輪滾柱3、內齒輪1、中心齒輪2與隔離傳動架的傳動作用相結合組成跳齒嚙合的行星傳動，各齒輪及其輪齒的跳齒數應滿足下列各式Z1＝Z2+Z3；Z1/i2＝Z1′；Z2/i2＝Z2′；Z3/i2＝Z3′；εmax＜i2＜i1·εmini2分別是Z1，Z2，Z3的約數i1分別是Z1′，Z2′，Z3′的質數Z′/i1＝a1……Z1″；Z′/i1＝a2……Z2″；Z1″+Z2″＝i2上列各式中Z1、Z2、Z3分別為內齒輪1、中心齒輪2、齒輪滾柱3的標準齒輪的設計齒數。
Z1′、Z2′、Z3′分別為Z1、Z2、Z3跳齒后的實際齒數。i2為齒輪滾柱3減少齒槽，內齒輪1及中心齒輪2減少齒后的實際齒數的跳齒周節與設計齒數周節的倍數，即跳齒數。
i1為齒輪滾柱3的件數εmax、εmin為齒輪滾柱3分別與內齒輪1，中心齒輪2的設計齒數在嚙合傳動中的重迭系數的最大值與最小值。
Z1″、Z2″分別為Z1′/i1，Z2′/i1不能整除的余齒數。
上列各式成立的條件是滾柱齒輪3在隔離傳動架4的孔中圓周等分，圓周等分除了使設計和工藝得到簡化外，還保證了整個結構的徑向力學平衡。
Z3′最好為奇數，能使各齒輪滾柱3同時與內齒輪1及中心齒輪2嚙合的數量增加。
上列各式表達的跳齒行星傳動的傳動含義是1、i2＞εmax表示各齒輪無論是軸承式的滾動傳動和齒輪付的嚙合傳動都是間斷傳動。
2、無論直齒或斜齒，每個齒輪滾柱3與內齒輪1及中心齒輪2傳動時，最多只有一個齒嚙合。
3、在i1個齒輪滾柱3的嚙合傳動中，至少有一個齒輪滾柱3分別與內齒輪1及中心齒輪2同時嚙合。
4、每個齒輪滾柱3至少有一個齒在與內齒輪1或中心齒輪2嚙合傳動。
5、在傳動中的任意時刻，當任一齒輪滾柱3分別與內齒輪1及中心齒輪2同時嚙合時，兩嚙合點與滾柱齒輪3中心的徑向連線成一直線。
如上所述，不難看出，間斷的滾動傳動和嚙合傳動，用隔離傳動架4與各齒輪滾柱3公轉同步，所組成的行星傳動，如同末跳齒的Z1、Z2、Z3，是同樣連續的行星傳動。這種傳動所構成的泵式結構的高低壓區的流體通過各泵流孔5與控制系統聯接調控，并將中心齒輪2的延伸端作為輸入軸，將內齒輪1與隔離傳動架4任一件的延伸端作為輸出，選擇不同的傳輸件，得到不同范圍的轉速變化形成無級變速。
圖示說明圖1是齒輪滾柱軸承泵式無級變速器原理示意圖。
圖2是汽車無級變速器軸向剖面示意圖。
1、內齒輪；2、中心齒輪；3、齒輪滾柱；4、隔離傳動架；5、泵流孔；6、內齒輪；7、中心齒輪；8、齒輪滾柱；9、隔離傳動架；10、鍵；11、傳動聯接環；12、御荷環。
使用兩套基本相同的齒輪滾柱軸承泵式無級變速器串聯成一體可適合于汽車傳動要求的無級變速。
如圖2所示，其中一套內齒輪1、中心齒輪2、齒輪滾柱3、隔離傳動架4作為輸入系，動力由中心齒輪2的延伸軸輸入，另一套內齒輪6、中心齒輪7、齒輪滾柱8、隔離傳動架9用作輸出系，動力由中心齒輪7的延伸軸輸出，通過傳動聯接環11兩端的端齒與輸入系內齒輪1及輸出系的隔離傳動架9對應的端齒聯接同步運轉，用鍵10將輸出系的內齒輪6固定，輸入系與輸出系的各泵流孔5通過聯接管道將兩系統的高壓油與低壓油分別與控制系統聯接實施調控，構成完整的變速系統。
系統中，隔離傳動架4與9分別將各齒輪滾柱3與8的位置圓周精密等分定位公轉同步。隔離傳動架4與9的各配合接觸面應保證靈活轉動的同時保證壓力油的承壓密封。作為無級變速器，可將兩套系統各自的中心齒輪2與7及齒輪滾柱3與8嚙合所產生的高低壓區通過隔離傳動架4與9的內孔增大，相對于兩中心齒輪2與7的齒頂圓留出通道，將各個高低壓區的油路內部聯通以減少傳輸損耗。
成對制作的卸荷環12的外徑分別等于齒輪滾柱3與8的齒頂圓與中心齒輪2與7的齒根圓并分別裝入兩種齒輪的兩端，裝入各齒輪滾柱的御荷環的孔與滾柱齒輪軸過盈配合，裝入兩中心齒輪御荷環的孔與軸留有較大的間隙，成對的御荷環的外徑控制裝配尺寸產生過盈接觸施加預負荷，在傳動中，可始終保證齒輪滾柱3與8的齒頂圓與內齒輪1與6的齒根圓的接觸壓力，阻隔高低壓區的徑向漏油的同時，利用了滾動傳動中非純滾動的滑移力，平衡了齒輪滾柱對隔離傳動架的孔壁在傳動中產生的壓力，采用御荷環可將工藝難度較大的內齒輪1與6及中心齒輪2與7的齒根圓的制造公差增大，改善了工藝性。
上述系統中，內齒輪1、6的Z1＝60，中心齒輪2、7的Z2＝30，齒輪滾柱3、8的Z3＝15。跳齒數i2＝3，齒輪滾柱3、8各套的件數i1＝3，兩套系統各自參數的搭配分別滿足前面所述的跳齒行星傳動所列各式。
用作變速器時，油路控制系統可根據泵式結構下述的變速原理與以配備。
當中心齒輪2與7同向正轉時，變速范圍可在n＝0→3n之間供選擇，高低壓油路聯接不變。式中n-輸入轉數/分，n1-輸出轉數/分。
當n1＜3n/5時輸入系與輸出系的高壓區聯通在輸出系的高壓出油口受控。當n1＝3n/5時，輸入系與輸出系的高壓區的容積變化相等。在n1≤3n/5的變速范圍內，輸入系的油壓傳輸是半液力、半泵式，輸出系是半液力、半馬達式。
當n1＞3n/5時，輸入系的高壓出口受控。此時，輸入系是受控的液力傳動、驅動輸出軸，輸出系是一個空載的調控泵。
當輸出軸反轉即汽車倒車時，將輸出系與輸入系的高低壓油路正轉時的聯接反向，輸出系的高壓油出口受控，此時輸入系是泵，輸出系是受控變量馬達。
正轉時，輸入系的高壓區與輸出系的低壓區，壓力增減方向相同、表明是調速變化，壓力增減方向相反，表明下坡加速，利用對應的兩支傳感器比較得到的相反信息啟動控制系統，對輸出系反向節流，制動下坡加速。同樣原理，制動倒車下坡加速。
當汽車運行過程中，負載超過額定負荷時，設置在輸入系的高壓區的調控元件可自動調控降速增扭。如果已知發動機的轉速扭矩特性并同時監測其轉速與設置于輸入系高壓區的壓力傳感器結合，可實現汽車全部轉速范圍內的自動降速增扭和自動變速，使發動機的輸出與負載平衡匹配節能。
該變速器用作汽車變速傳動時，整個傳輸油路封閉，可保持最短的油路傳輸，將功率損耗降到最低，當油路開放時，無級變速器可成為可控的變量泵，直接提供與發動機功率相當的變量動力源，實現汽車的吊裝，貨箱翻轉，剎車等附加功能。
綜上所述，本發明采用了間斷的滾動傳動與跳齒嚙合傳動所構成的連續的行星傳動組成的泵式結構，流體在各跳齒輪齒嚙合形成的高低壓區被過盈的滾動傳動徑向阻隔，其密封性不但可作液泵，還可作氣泵；i2＞εmax不但直齒輪不可能有困油，斜齒也一樣；傳動中不但沒有附加的徑向偏載力，同時傳動軸還能承受較大的徑向與軸向工作負荷，加上跳齒后，留下較大的齒厚修正空間，整個輪齒的承載強度可成倍增長，這都是通常齒的齒輪泵不可能作到的，該結構可單獨、串聯、并聯組成各式各樣的無級變速器，且變速范圍大，高低速特性好，以及自控降速增扭和其他的優越的技術經濟指標、除用于各類機械、液壓傳動外，特別是能充分滿足各類汽車的變速、差速要求，甚至可組成整個汽車的傳動線，完成多橋驅動，并直接提供汽車其他附加受控變量動力的要求。
權利要求
1.一種采用通常流體控制系統所組成的齒輪滾柱軸承泵式無級變速器，其特征在于用兩個以上的齒輪滾柱(3)、內齒輪(1)、中心齒輪(2)及隔離傳動架(4)組成齒輪滾柱軸承形成跳齒嚙合行星傳動的泵式結構。
2.根據權利要求1所述的齒輪滾柱軸承泵式無級變速器，其特征在于齒輪滾柱軸承結構中的齒輪滾柱(3)的齒頂圓分別與內齒輪(1)及中心齒輪(2)的齒根圓以過盈接觸滾動傳動，隔離傳動架(4)將各齒輪滾柱(3)在圓周方向分隔且保持公轉同步。
3.根據權利要求1所述的齒輪滾柱軸承泵式無級變速器，其特征在于所述的跳齒嚙合行星傳動中的齒輪滾柱(3)、內齒輪(1)，中心齒輪(2)各齒輪的輪齒選擇相同的跳齒數組成成對嚙合是間斷傳動的齒輪付，三種齒輪組成的間斷傳動的齒輪付與隔離傳動架(4)的傳動作用相結合組成連續的行星傳動。
4.根據權利要求1所述的齒輪滾柱軸承泵式無級變速器，其特征在于所述的泵式結構中，隔離傳動架(4)的各接觸面，將行星傳動中各齒輪的輪齒嚙合部位形成的流體高、低壓區，在徑向與軸向隔離的同時應保證既相對轉動又承壓密封的間隙所組成的泵式結構。
全文摘要
本發明提供一種跳齒的齒輪滾柱、內齒輪、中心齒輪及隔離傳動架構成有預加負荷的軸承泵式結構,可單獨、串聯、并聯組成各式各樣的無級變速器、差速器、定量或變量泵,定扭或變扭聯軸器,由于密封性好,無困油、功率大、效率高、變速范圍大、高低速特性好及自控降速增扭和其他優越的經濟技術指標,除用于各類液壓機械傳動外,特別是能充分滿足各類汽車變速、差速的傳動要求的同時,還能直接提供其他附加受控變量動力的做功要求。
文檔編號F16H39/00GK1338579SQ0112887
公開日2002年3月6日 申請日期2001年9月19日 優先權日2001年9月19日
發明者劉興榮 申請人:劉興榮