無級變速機械傳動裝置的制作方法

專利名稱：無級變速機械傳動裝置的制作方法
技術領域：
本發明主要是關于傳動裝置，特別是關于能實現連續改變輸出扭矩的傳動裝置。本申請是1980年7月24日提交的美國171706號申請的部分繼續申請。
在工業及商業的應用中，常常需要在動力源與負載之間提供一種傳動裝置，用來調節扭矩。這些裝置典型的例子是用于汽車及拖拉機，通常用于上述設備的傳動裝置采用可選擇的齒輪副或液力離合器。以往，曾用皮帶輪組來調節扭矩。可選擇速比的齒輪組在輸入軸與輸出軸之間傳遞動力是很有效的，但由于在改變速比過程中需要用離合器使傳動軸卸載，因此還認為不夠方便。行星齒輪系也得到應用，行星輪系與液力離合器結合使用雖然在結構上復雜、生產費用較大，但卻證明十分有效。
本發明的一個目的在于提供一種高效能的傳動裝置，它能在輸入軸與輸出軸之間實現力矩轉換。此外，本發明的另一個目的在于提供這樣的一種傳動裝置，既使帶載情況下力矩也可以連續地變化。
本發明的另一個目的是提供一種可反向旋轉的傳動裝置，這種裝置既使在帶載情況下也可實施反轉。
本發明的再一個目的在于提供一種傳動裝置，它綜合了實現可靠傳動的各方面優點並能連續地改變輸出扭矩。此外本發明的目的還在于提供一種構造簡單、相對價廉、耐用的傳動裝置。
本發明第一實施例中包括有一個傳動裝置，其中輸入軸與輸出軸安裝在一公共軸上，彼此可相對旋轉，利用輸出軸上的齒輪與惰輪相嚙合，將動力由輸入軸傳輸給輸出軸，惰輪是通過安裝在輸入軸上的擺動板及連接擺動板與惰輪的連接桿，構成與輸入軸之間的傳動耦合。按本發明的最佳構造，多個惰輪與輸出軸上的齒輪相嚙合，而每個惰輪通過一根連接桿及一個單向作用齒輪或制動器與擺動板相連接。
本發明的第二實施例提供了一種傳動裝置，它能直接地把動力從輸入軸傳給輸出軸，或者也可以改變方式，通過一個預定的低齒輪傳速比傳輸，或也可以通過一種獨特的液力變矩器傳輸動力，速比可以從1至上述的低速比之間連續地改變。液力變矩器采用了可伸縮的棘爪及靜壓的相互作用，使輸出扭矩響應于輸出軸上負載而自動變化。
對本發明的理解可以參閱以下的描述及附圖。


圖1是沿本發明第一實施例的輸入軸或驅動軸的剖面圖。
圖2是沿圖1中2-2線剖開的剖面圖。
圖3是沿圖1中3-3線剖開的剖面圖。
圖4是沿圖1中4-4線剖開的剖面圖。
圖5是沿圖1中5-5線剖開的剖面圖。
圖6是對應于圖2的剖面圖，它展示了本發明的另一個實施例。
圖7是沿圖6中所示的7-7線剖開的剖面圖。
圖8展示了本發明的另外一個實施例的剖面圖，它包括一個可調整的液力變矩器。
圖9是圖8中所示的液力變矩器中端視圖，其中部分斷開，以便示出細節。
圖10是圖8-9中所示液力變矩器安裝上單向制動器后的一個側視圖，類似于圖7中所示的結構。
圖11是圖10中所示的制動器的端視圖。
圖12是一個展示液力變矩器中棘爪不同位置的簡略圖。
圖13是一個類似于圖8中剖視方向的剖面圖，但它在結構上有所改變，它包含了幾個串聯排列並且與圖10-11中所示制動器相聯結的變矩器。
圖14展示了液力變矩器另一個實施例的一個剖面。
見圖1-5，第一個傳動裝置實施例中包含機殼10，其上有兩個在中心線對齊但在兩個相對的側壁上的軸孔12、14。驅動軸或稱輸入軸16以軸頸支承在軸孔12內，從動軸或稱輸出軸18以軸頸支承在軸孔14內。輸出軸18在其內端上裝有螺旋齒輪20，螺旋齒輪20的中心線與輸出軸18同心。螺旋齒輪20具有一個圓柱形內腔22，它沿中心軸線方向延伸，內腔22中還裝納一個銷軸24，銷軸24是從輸入軸16的軸端同心地伸出，並被支承在內腔22內，以此保持驅動軸16與從動軸18同心並彼此相對轉動。殼體上的軸孔14向外延伸至機殼的側壁26，四個隔板28、30、32、34從壁26向里延伸，它們面對著螺旋齒輪20的不同側面。每個隔板包含兩塊平壁36和38，它們彼此相互垂直並位于平行于驅動軸16和從動軸18軸線的平面內。隔板28和34上的壁36在同一平面上，這個平面平行于隔板30和32的壁36所在的平面。同樣地隔板34上的壁38與隔板32上的壁38在同一平面內;隔板28和30上的壁38也位于同一平面內，並與隔板34、32的壁38所在的平面平行。
隔板28和30上的兩壁36上各具有彼此對準的軸孔40，軸孔40內裝納銷軸42。銷軸42上帶有與螺旋齒輪20嚙合的螺旋齒輪44，螺旋齒輪44旋轉式地支承在銷軸42上。在齒輪架50上的一對側板46和48上也有兩軸孔52和54，它們環繞銷軸42並起支承作用以允許軸42旋轉。齒輪架50還有另外兩對側板56和58，板56相鄰于46，但在其外並有一定間距;板58在板48外側有一定間距且相鄰于它。板56通過板46和56間的墊塊60與板46保持固定的相對位置;板58通過墊塊62與板48保持相對位置。銷軸64被安裝在平板46與56之間，它鄰近于螺旋齒輪44的外緣;第二個銷軸66則裝于板48與58之間，并與銷軸64對齊。在連接桿68的一端分叉成為兩相互平行的部分70和72(見圖5)。在部分70上有一能裝納銷軸64的軸孔74;在部分72上有一能裝納銷軸66的軸孔76。銷軸64和66穿過軸孔70和72，由此將部分70和72固定在齒輪架50上。
連接桿68安裝于包含驅動軸16與從動軸18的公共平面內，而且大體上平行于這些軸的軸線。連接桿68的背對于齒輪架50的一端被安裝在擺動板78上，板78能夠在驅動軸16旋轉的同時做擺動動作，這一點以下還將介紹。由于擺動板78的擺動，連接桿68將帶動齒輪架50繞軸42作往復的擺動。齒輪架50通過單向作用齒輪80或單向制動器與螺旋齒輪44相聯系，這一點以下還將介紹。
擺動板78利用一個其上有一中心孔84的圓柱形盤82，裝納輸入或驅動軸16。銷軸86穿過軸孔84的中心線，並且穿過軸孔88，其中軸孔88穿過驅動軸16的中心線，由此將擺動板78固定在驅動軸上。擺動板78上的圓柱盤82上的軸孔84的形狀應做成允許擺動板繞驅動軸16樞軸轉動。
盤82具有一圓柱形的平周緣90，以及一對接近于外周緣90的凹槽92和94，它們形成裝納滾珠96的滾道。一個U型的圓柱杯形構件98圍繞設置在圓盤82的外圍，該杯形構件上有凹槽100和102，它們形成了滾珠96的滾道。因此該杯形構件相對于盤82是可以自由轉動的。
該杯形構件具有一向外伸出的銷軸104，該銷軸包含了一個大體上呈圓柱形的主體106。連接桿68背對于齒輪架50的一端通過在連接桿68的端套110上的開口部108圍繞圓柱體106的外圓安裝。因此，連接桿68能自由地將擺動板78的擺動動作傳遞給齒輪架50。
擺動板相對于驅動軸16轉動的角度由手柄112控制，手柄通過安裝在機殼10內側的一個突起物116上的銷軸114實施樞軸轉動連接。筒狀件118套在驅動軸16的外面並能夠沿驅動軸16滑動。筒狀件118還帶動一個通過球軸承組件122安裝在其上的套筒120。手柄112的端部通過一銷軸124安裝在套筒120上。筒狀件118靠近擺動板78的一端是通過杠桿臂126和連接件128與擺動板相連接的，壁126由筒狀件118沿垂直于驅動軸16的方向向外延伸，并且連接件128通過銷子129A和129B實現旋轉鉸接。
圖中展示了一種具體的將連接桿68連于螺旋齒輪44的單向制動器80，但應理解，其他類型的單向制動器也可使用。這里展示的特定的單向制動器80具有制造簡單、成本低、能反轉的特點。單向制動器80利用了桿130，該桿穿過齒輪架50上的兩側板46和48，並能相對于此兩板旋轉。盒132安裝在桿130上，並位于板46和48之間，它固定在桿上並隨桿一起旋轉。盒132具有一對懸掛于桿130上的側壁134和136，以及一對端壁138、140，它們組成一長方形框架。銷軸142沿中心線穿過壁138和140，一個螺旋齒輪144安裝在銷軸142上。螺旋齒輪144與螺旋齒輪44外嚙合。
桿130與能使盒132相對于垂直于驅動軸16和從動軸18的軸線發生轉動的機構146相連接。如果銷軸142安裝成平行于螺旋齒輪44和螺旋齒輪144嚙合點的切線方向，那么齒輪144將有隨螺旋齒輪44發生旋轉的傾向。然而，如果機構146轉動使銷軸142離開上述的位置，那么齒輪144將起到掣子的作用，它能在一個方向上限制螺旋齒輪44的轉動，但允許其沿相反的方向轉動。當螺旋齒輪44朝向螺旋齒輪144較低一側的前緣轉動時，螺旋齒輪144相對于螺旋齒輪44起到掣子的作用。
因此擺動板78的擺動引起桿68作往復運動，相應地帶動齒輪架50繞軸42作周期運動。單向制動器80將會把連桿68的往復運動傳遞給螺旋齒輪44，至于螺旋齒輪44向哪一方向轉動則取決于轉動機構146賦予螺旋齒輪144的轉角。由于螺旋齒輪44驅動螺旋齒輪20以及從動軸18，響應于驅動軸16的單方向驅動的從動軸轉動方向是可以由轉動機構146控制的。
作為本發明的特定的實施例，轉動機構146利用了一個彈簧鋼構件148，該構件以懸掛方式相連于桿130的一端，彈簧鋼構件的另一端與傘齒輪152的一個平端面上的凸爪150相連接。傘齒輪152固定在銷軸42上，銷軸42向外延伸與控制手柄154相聯接。
在目前的結構中，並不期望連接桿68能使螺旋齒輪44作360°旋轉，而是只希望該螺旋齒輪作不超過90°的旋轉。于是，該傳動裝置帶有幾個螺旋齒輪，它們都與螺旋齒輪44相同，這樣就能使輸出軸作大約360°的旋轉了。在這種特定的結構中，這些附加的螺旋齒輪為別由標號44A、44B和44C表示。螺旋齒輪44A安裝在銷軸42A上，該銷軸能旋轉地安裝在隔板28和34的側壁38上。同樣地，螺旋齒輪44B安裝在銷軸42B上，該軸能旋轉地安裝在隔板34和32的側壁36上。同樣螺旋齒輪44C安裝在銷軸42C上，該軸能旋轉地安裝在隔板32和30的側壁38上。每個螺旋齒輪42A、42B和42C都分別地與連接桿68A、68B和68C相連接，這些連接桿與擺動板78上的杯狀構件98相連接的方式與連接桿68在杯狀構件98的外緣與之相連接的方式相同。並且每個連接桿68A、68B和68C都分別通過單向作用齒輪或單向制動器80A、80B、80C與螺旋齒輪44A、44B、44C相連接，這些單向作用齒輪與單向作用齒輪80相同。
對于每個單向作用齒輪80A、80B和80C都有必要配置像能夠控制單向作用齒輪80的轉動機構146這樣的機構。單向作用齒輪80A具有一個懸掛連接的彈簧鋼構件148A，該構件與傘齒輪156的平端面上的凸爪150A相連接。傘齒輪156與安裝在銷軸42上並與傘齒輪152相反的一端上的傘齒輪158相嚙合，以便將旋轉運動從手柄154傳遞給傘齒輪156。傘齒輪156安裝在銷軸42A的一端，而傘齒輪160則安裝在銷軸42A的另一端。傘齒輪160與安裝在銷軸42B另一端上的傘齒輪162相嚙合。傘齒輪164與安裝在銷軸42C一端上的傘齒輪166相嚙合，銷軸42C的另一端則裝有傘齒輪168，該齒輪與銷軸42上的傘齒輪152相嚙合。
單向作用齒輪80B具有一個彈簧鋼構件148B，該構件與傘齒輪162上的一個凸爪150B相連接，由此保證旋轉機構146B的推動動作。類似地單向作用齒輪80C的旋轉機構146C上的彈簧鋼構件148C與傘齒輪166后端面上的凸爪150C相連接。
為了保證可靠性，單向作用齒輪80上還安裝了能從遠離于旋轉機構146的桿130的一端操作的另外一個旋轉機構170，旋轉機構170在結構上與旋轉機構146相同。類似地，單向作用齒輪80A上安裝了重復保險旋轉機構170A;單向作用齒輪80B上安裝了重復保險旋轉機構170B;單向作用齒輪80C上安裝了重復保險旋轉機構170C。
為了給圖中所示的傳動裝置中的各種運動部件提供潤滑，機殼10應當是流體密封的，並且其中加注了油172，圖中只畫出了油的一部分。
圖6、7展示了本發明的另一個實施例，該實施例中包括與上述傳動裝置相同的機殼10、驅動軸16和擺動板78，但螺旋齒輪20和44、44A、44B和44C被傘齒輪或等徑傘齒輪所替代;為取代四個惰輪44、44A、44B和44C，則采用了三個這樣的齒輪系。
如圖6所示，輸入或驅動軸16與傘齒輪或等徑傘齒輪174的軸孔相配合，該傘齒輪同心地安裝在輸出或從動軸18的一端，隨其一同轉動。圖6和圖7中所展示的實施例中的傘齒輪174與圖1至圖5中所展示實施例中的螺旋齒輪20相當。
從機殼的側壁26上向內延伸的三個平隔板176、178和180，與輸入軸16和輸出軸18的公共軸線等距，并且這三個隔板圍繞輸出軸18等間隔設置。在隔板176、178和180上，分別開有軸孔182、184、186，這些軸孔位于與輸出軸18相垂直的一個公共平面內。軸188安裝在軸孔182內，它相對于隔板176的位置是固定的。軸190安裝在軸孔184內，它相對于隔板178的位置是固定的。軸192安裝在軸孔186內，它相對于隔板180的位置是固定的。軸188、190和192的端部有螺紋，用鎖緊螺帽194把這些軸分別固定于隔板176、178、180上。
軸套196旋轉地支承在軸188上，等徑傘齒輪198安裝在軸套196的與隔板176相反的端部，并與等徑傘齒輪174相嚙合。惰輪200旋轉地安裝在軸套196上，惰輪200相當于本發明第一個實施例中的惰輪44。框架202在惰輪200的兩側有兩塊平行的側板204和206，該框架與穿過側板204、206上軸孔208和210的軸套196相配合。盒212由銷軸214旋轉地裝在框架202內，盒212相當于實施例1中的盒132。單向作用齒輪216安裝在盒內與惰輪200軸線相垂直的軸上。和實施例1中的一樣，該惰輪是一個同單向作用齒輪216一樣的螺旋齒輪。
環狀件218和220分別安裝在相對于惰輪200兩側的側板204和206上。環狀件218和220圍繞軸套196安裝。U型托架22的端部分別固定在環218和220上，並朝惰輪200的外圍向外延伸。螺旋彈簧224的一端固定在托架222上，另一端固定在銷軸226上，銷軸226穿過單向作用齒輪216，該齒輪可以繞該軸旋轉。彈簧224對單向作用齒輪216施加一旋轉力，以限制惰輪200沿反時針方向旋轉，如圖7所示。
圖6中展示了三個等徑傘齒輪，等徑傘齒輪198A和198B與等徑傘齒輪198相同，并分別安裝在軸190和192上。等徑傘齒輪198A和198B分別安裝在軸套196A和196B的端部，每個軸套都分別可旋轉地帶動一個與框架202相同的框架202A和202B。每個框架202A和202B都分別可旋轉地帶動盒212A、212B。盒212A裝納一個單向作用齒輪216A;盒212B裝納一個單向作用齒輪216B，齒輪216A和216B均與齒輪216相同。
框架202、202A、202B分別具有端板227、227A和227B，端板將側板204和206連接起來。端板227上有一根向外延伸的銷軸228，端板226A和226B上分別有向外延伸的銷軸228A和228B。連接桿230安裝在銷軸228的一端，並且沿著基本平行于輸入軸16和輸出軸18的方向延伸到擺動板，該擺動板在圖中沒有示出，實際上與擺動板78相同。類似地，連接桿230A由銷軸228A延伸到擺動板，連接桿230B由銷軸228B延伸到擺動板。連接桿230A和230B也大體上平行于輸入軸16和輸出軸18的軸線方向，並能像由圖1至圖5中所展示的實施例中的機構那樣傳遞擺動板外緣的運動。
圖6和圖7所展示實施例中的各種功能與圖1至圖5中所展示的實施例中的各種功能大致相同，但圖6和圖7所示的實施例是通過每個傘齒輪198傳遞動力的，這些傘齒輪各大約轉120°角。而且圖6和圖7中所展示的實施例不允許從動軸18相對于驅動軸16做逆轉方向的旋轉，這是因為當軸作同方向旋轉時盒212、212A和212B上的彈簧224、224A和224B總是保持張緊狀態。
現在參閱圖8至圖13，說明有關本發明更進一步的實施例(下文中還有關于本實施例更詳細的描述)。可調液力變矩器包括一個正向運動的低速齒輪和一個正向運動的驅動齒輪，通過該液力變矩器可以有效地獲得連續變化的輸出軸轉速對輸入軸轉速的速比，該速比限定在由該特定的低速齒輪所限定的極限值和由直接驅動所獲得的一對一的速比之間。現在參閱圖8、圖9，可見可調液力變矩器300包括機殼301(在該圖的例子中機殼包含端板303和305)、圓環形機殼構件307和309以及將機殼301分割成齒輪室313和液力腔315的隔板311，以上介紹的組成機殼的構件通過外圓周上間隔分布的螺栓317(從圖8能清楚地看出)連結成一體，螺栓穿過平板303、圓環形機殼構件307、隔板311、圓環形機殼構件309和板305。
由圖8可見，輸入軸321穿過板303、液力腔315、隔板311而進入齒輪室313，在齒輪室313內輸入軸321與驅動齒輪323用鍵連接。為此軸321上有一段直徑變細的區段325，驅動齒輪323就安裝在該部位上，在它們之間有一鍵327以保證驅動齒輪323與軸剛性連接。在軸321上變細的區段325以外，還有一段更細的部分329，它的作用下面作介紹。
進一步參閱圖8，從動軸331安裝在機殼301內并延伸穿過端板305進入齒輪室313。從動軸331端部有一凹孔333，它的直徑做成可支承地與驅動軸321的更細段329相配合。這里搞清以下一點是非常重要的，即更細段329與凹孔333只是構成軸承關系，而不是使驅動軸321通過更細段329驅動從動軸331。參閱圖8可見，從動齒輪335通過鍵337固定在從動軸331上。為了使驅動齒輪323驅動從動齒輪335，在齒輪室313內采用了一個組合齒輪339。組合齒輪組339旋轉地安裝在軸341上，該軸的一端插入端板305上的凹孔343內，另一端插入隔板311上的凹孔345內。組合齒輪339包括一個大齒輪347和一個小齒輪349，其中大齒輪347與驅動齒輪323相嚙合，小齒輪349與從動齒輪335相嚙合。因而，在液力變矩器300的一定操作條件下，在輸入軸321和輸出軸331之間通過驅動齒輪323、大齒輪347、小齒輪349、從動齒輪335以及從動軸331組成一個正的低速比齒輪傳動機構。在此所述的操作條件將在下文中作更詳盡的介紹。
現在參閱圖8、圖9，可見輸入軸321通過鍵351與轉子350相固接。由圖9更能清楚看出，轉子350包括若干沿半徑方向向內凹進的凹槽353，每個凹槽內都有一個棘爪355可沿凹槽滑動。每個凹槽353內都有一個銷軸357，每個棘爪355內也有一個銷軸359。一張緊彈簧361安裝于銷軸357和359之間，該彈簧總是趨向于把每個棘爪355拉向凹槽353的表面363。見圖9，每個棘爪355包括一個最外表面365，該表面由前沿367與后沿369限定。
再參考圖9，圓環形構件307被加工成如圖示的一些表面371，這些表面被表面373所分離。表面371與轉子350的圓柱形表面375限定了腔377，該腔內充滿了液力流體379。以下措施對于本領域的技術人員是顯然的，即構件307上的表面373與轉子350的外圓柱表面375之間的接觸，能夠在轉子350旋轉時阻止各單腔377內的流體379進入另外一腔。因此，流體379在每個腔377內可以看作是靜態的。
見圖10、圖11，以下將介紹與上述相類似的制動器，它在連接液力變矩器300方向起作用。先見圖10，變矩器300帶有輸入軸321和輸出軸331，在端板305上帶有圓筒形延伸構件381，構件381穿過制動機構400的機殼401，並與之構成軸承關系。如圖所示，制動器400的機殼401內裝有一螺旋齒輪403，該齒輪通過鍵405固定在構件381上。這樣，變矩器300可以相對于機殼401旋轉，但又能被制動器上的螺旋齒輪403所制動。
現在參閱圖11，可看出銷軸407旋轉地安裝在機殼401內的載架409上。載架409的旋轉由手柄411控制，載架409的一端413通過彎形桿417和連接件415與上述手柄相連，彎形桿417的一端427穿過載架409的端部413上的孔伸出，伸出的長度可由螺母419調整。載架409的另一端421上具有一開孔，該孔保證了端部421能沿軸423作上下運動，軸423上還繞有一壓縮彈簧425。從圖11看出，彈簧425總趨于使載架409按逆時針旋轉，但此趨勢又為桿417上的螺母419所限制。
再參見圖11，螺桿或螺旋齒輪429安裝在載架409的鞍形架431上。本發明的制動器400的實際操作如下當手柄411在圖11中實線位置時，齒輪403和429完全對齊，此時螺旋齒輪403可沿正反兩個方向自由旋轉;當手柄411移動到與上述執行動作相反的位置上時(如圖中以點劃線所示的位置)，此時螺母419對載架409的作用力消除，使得彈簧425能向下推動載架409的一端421，從而使載架409繞軸407旋轉，這樣螺旋齒輪429便相對于螺旋齒輪403一側傾斜，特別是載架409的旋轉將使得螺旋齒輪403軸的安裝中心以及螺桿429軸的安裝中心之間距離小于螺旋齒輪403和429的節圓直徑總和的一半。業已發現，當這種特定的關系存在時，螺旋齒輪403能夠作與驅動軸321方向相同的自由旋轉，但不能沿相反方向旋轉。相反地當轉動手柄411從圖中點劃線位置移開時，螺母419將克服彈簧425的反力而推壓載架409向下轉動，直到螺旋齒輪403和429對齊，此時齒輪403可以沿兩方向中任一方向旋轉。再進一步解釋，當螺旋齒輪安裝在圖11中所示的橫軸上時，如果兩軸中心距小于齒輪403和齒輪429節圓直徑總和的一半，相嚙合的齒頂與齒根之間的靜壓將會抵消掉相嚙合的齒面間的徑向壓力。此靜壓將趨向于鎖緊齒輪，而徑向壓力將趨向于使齒輪副旋轉，它們是相互關聯的。
當齒輪429的軸安裝在浮動鞍形架431中，而鞍形架431又安裝在平行于軸331的軸407中，倘若軸407的中心與軸331的中心保持一個合適的空間位置，那么只要軸331與齒輪429的安裝軸之間相互垂直關系保持不變，齒輪431就能沿正、反任一方向自由轉動。
當浮動鞍形架431從垂直平面上移開時，齒輪429將只能在一方向作自由旋轉，而在另一方向上則被鎖緊，該方向的確定取決于鞍形架431向哪一方向傾斜。當齒輪403從大于90°角的一側和齒輪429進入嚙合時，兩齒輪則會因徑向壓力的作用而自由旋轉，但當上述角度小于90°時，齒輪副則因靜壓而鎖緊。
參考圖8至圖11，現在將介紹本發明中液力變矩器300以及與它相連接的單向制動器400。作為出發點，先假設動力源與輸入軸321相連接，以便能使輸入軸321旋轉，并假設輸出軸331通過差速機構與車輛的輪子連接，使車輛由上述動力裝置驅動，作為例子，制動器400不進入嚙合，此時手柄411的位置如圖11中的實線所示。在這種情況下，軸321作旋轉運動，軸331將被固定，並且框架301將作與軸321相反方向的轉動，這是由于組合齒輪339將圍繞靜止的輸出齒輪335以及銷軸341作旋轉運動，軸341將組合齒輪339連到框架301上，並且將組合齒輪339圍繞輸出齒輪335的旋轉運動傳遞給框架301。如圖10所示，端板305的延伸構件381將隨框架旋轉，並使得齒輪403作與框架301同方向但與軸321轉動方向相反的旋轉。
現在車輛駕駛員將手柄411移到如圖11所示虛線位置上。正如以前所描述的那樣，手柄的移動將會使螺桿或螺旋齒輪429傾斜，由此來保證只允許齒輪403正方向運動而不能向相反方向旋轉。這樣，手柄移動到點劃線位置上，便可阻止上述框架301作反向旋轉，從而使輸出軸331與輸入軸321同方向轉動，該運動是由驅動齒輪323、組合齒輪339及輸出齒輪335而傳動的。這樣，輸出軸331將會相對于輸入軸321以一定的速度旋轉，該速度是由上述齒輪323、347、349和335所確定的齒輪傳動比所決定的。開始階段，框架301將保持靜止，由于制動器400的作用而阻止逆轉，在開始時不沿輸入軸321的運動方向運動，以下還有解釋。
正如以上所描述的那樣，棘爪355從腔353內沿徑向向外運動，該運動可以由彈簧361的彈簧常數以及棘爪355的重量所控制，后者通過影響離心力的大小而起作用。于是通過恰當選擇棘爪的重量以及彈簧剛度，或更進一步通過設計腔377的特定形狀以及棘爪355的偏心程度，可以使液力變矩器300的功率曲線適應特定的應用場合。
由于制動器400的作用，以及輸入軸通過齒輪驅動輸出軸331，驅動軸321也使轉子350旋轉。開始階段，轉子350的轉速還很小，以致棘爪355在彈簧361拉緊力的作用下還完全處于凹槽353內。隨著驅動軸321和轉子350的轉速的增加，在輸入軸321的加速度曲線的某點上，施加在棘爪355上的離心力將足以克服彈簧361所產生的反力。在這點上棘爪355開始向外移動，在輸入軸321加速度曲線上加速度更大些的點上，當轉子350在腔377中旋轉時，轉子上相應的棘爪355的邊緣369將開始伸入腔377中。此時，棘爪355上的邊緣369與相應的腔377上的外壁371將會形成一個稍緊的開口，該開口將在形成腔377的轉子350和圓環形構件307之間造成力的不平衡，正是由于這個不平衡力引起了整個框架301沿與輸入軸321和輸出軸331轉動方向相同方向的輕微旋轉。框架301的輕微旋轉將會使輸出軸331與輸入軸321之間的傳動比稍有下降，這是因為框架301通過銷軸341將帶動組合齒輪339繞輸出齒輪335作圓周運動。這樣，輸入軸321每轉一圈就會引起框架301的輕微轉動，也就會使輸出軸331的轉速比框架301靜止不動情況下的轉速稍有增加。
當轉子350轉速增加，隨著更多的棘爪355的邊緣369進一步向腔377內延伸，壓力不均勻的效果會進一步增加，並使框架301的轉速進一步增加。隨著每個棘爪355從轉子350向外延伸的程度稍有增加，從輸入軸321向輸出軸331傳動的傳動比就會隨之下降，例如，當框架301靜止不動時，初始的齒輪傳動比是當輸出軸331每轉一轉時，輸入軸321轉六轉，而框架301的初始微量的旋轉就會使速比下降，輸出軸331每轉一轉時對應于輸入軸321轉五轉，也就是相當于輸入軸321轉六轉時，輸出軸就會轉1.2轉。進一步增加輸入軸321的轉速時，棘爪355將會從各相應的凹槽353中進一步向外伸出，此時框架301旋轉得更快一些，而傳動比將達到對于輸入軸321每轉四轉，輸出軸331就會轉一轉，也就是輸入軸321每轉六轉時，此時輸出軸就能轉1.5轉。當輸入軸321的轉速增加到某一足夠高的程度時，則能使作用于棘爪355上的離心力大到足以使棘爪接觸到腔377的最遠的壁面371。此時，流體379被密封滯留在各個腔377內，因此轉子350和框架301通過圓環形構件307被連鎖在一起運動，因此，由于銷軸341與組合齒輪339的相互作用，輸出軸331亦被限定成必須與框架301一起運動。因此，當棘爪355接觸到表面371時，液力變矩器300將出現由輸入軸321直接驅動輸出軸331的工況。
當輸入軸321和輸出軸331之間的傳動處于這種直接驅動工況時，如果此時軸331上增加了附加載荷以致于不能使輸出軸與輸入軸以1比1的速比傳動時，這種情況在腔377中能通過輸出軸331、齒輪335、組合齒輪339以及銷軸341作用在框架301上的力所感受到。這種對負載的感受實際上是由作用在棘爪355的表面365上的液體379反應出的，從而將邊緣369稍稍從壁371上移開直到框架301相對于輸出軸331的轉速稍有下降為止。框架301相對于輸出軸331轉速的下降，將導致比先前獲得的直接驅動的傳動比更大的齒輪傳動比。當載荷增加時，從棘爪355的邊緣369到側壁371之間的距離也稍有增加，由此使液力變矩器300自動地增加其速比以達到合適的量值，從而保證輸入軸321能通過變矩器300驅動負載。由此可見，變矩器300包括一個預定的低值直接驅動傳動比和一個預定的高值齒輪傳動比，以及通過棘爪355、流體379和腔377的側壁相互作用而在此范圍內實現的無級調速比。
圖12是帶有棘爪355、355a和355b的轉子350的簡圖。棘爪355同圖9中的棘爪355相同，而棘爪355a和355b與以上介紹的與流體379相作用的棘爪結構稍有不同。圖12中包含了幾種可以用來替換棘爪355的方式，這些棘爪的端部不同，由于這些工藝結構上的不同，便可獲得變矩器300的不同的功率曲線，這對于本領域技術人員來說是顯而易見的。
現參閱圖13，可見本發明的變矩器300可以若干個串接在一起使用，它的傳動比等于這幾個傳動比的乘積。例如，如果每個變矩器300都有一個低值齒輪傳動比4比1和一個高值齒輪傳動比1比1，兩個變矩器串接使用后，便可獲得從16比1到1比1的齒輪傳動比。見圖13，變矩器300′具有一個輸入軸321′和輸出軸331′，而軸331′又包含變矩器300的輸入軸321。見圖10，變矩器300上的端板305上的延伸構件381被固定在制動器400的螺旋齒輪403上，記住這一點則圖13中的實施例的操作便一目了然了。當變矩器300′中的輸入軸321′按正向旋轉時，同時也構成變矩器300輸入軸321的輸出軸331′將以取決于特定傳動比的較慢的速度旋轉，這里所說特定傳動比是由變矩器300′內的各齒輪所確定的。變矩器300的軸331′、321將以取決于變矩器300特定傳動比的更慢些的速度驅動輸出軸331。例如，如果兩變矩器300′和300所選定的齒輪傳動比均為4∶1，那么每當輸入軸321′轉16轉時，輸出軸331轉一轉。當制動器400脫離，框架301′和301將作與各自的軸321′和321相反方向的旋轉。當制動器400嚙合時，這些向反方向旋轉的框架301′和301將被制動，同時，輸出軸331將按取決于變矩器300′和300各自傳動比的傳動比朝與輸入軸321′的旋轉方向相同的方向旋轉。當軸321′加速超過一定轉速后，棘爪355′克服各自的彈簧361所產生的張緊力開始從各自的凹槽中向外伸出。在這種情況下，由于上述壓力差的作用，框架301′將開始以較慢的速度旋轉，其轉向與輸入軸321′的轉向相同。這樣，隨著輸出軸331′的轉速開始接近輸入軸321′的轉速，輸入軸321′與輸出軸331′之間的齒輪傳動比將開始下降。由于輸出軸331′也是變矩器300的輸入軸321，這樣將引起轉子350轉速的增加，直到某一速度點使得棘爪355開始從各自的凹槽353中向外伸出。一旦這種情況發生，變矩器300的傳動比將開始下降，而進一步使輸入軸321到輸出軸331之間的傳動比下降。應注意到，輸出軸331的轉速既受變矩器300′傳動比變化的影響又受變矩器300傳動比變化的影響，于是由于二者的共同作用，圖13中的裝置將比單獨使用一個變矩器時有更大的傳動比范圍。在圖13中所示裝置的例子中，假設每個變矩器從輸入軸向輸出軸的傳動比最小為4比1，最大為1比1，則圖13裝置將在16∶1與1比1之間有無限多個傳動比，該傳動比的變化曲線取決于以上所闡述的各參數，也就是棘爪355、355′上的表面365、365′的形狀、各腔377和377′的形狀、各彈簧361、361′的彈簧常數以及各棘爪355和355′的重量。這樣，更多的變矩器串接在一起，由于它們傳動比的相乘，可以獲得非常低的傳動比，因此該裝置可用在比如軍用坦克、大型推土機等車輛的傳動系統中。
現參閱圖14進一步介紹本發明實施例中另一個改進的液力變矩器。該裝置中特征與圖8和圖13中所述裝置一樣的那些部件用帶雙撇號的標號表示。改進的變矩器300″如圖14所示，在結構上與圖8中改進的變矩器300一致，不同之處僅在于對輸入軸321″、轉子350″以及凹槽353″作了一些修改。現參閱圖14，沿輸入軸321″的軸線方向開了一條液流通道330，在通道的端部大致上沿軸321″的半徑方向又有一些輸出通道332。每個通道332都與轉子350″上的相應通道334相連通，于是每個通道334使通道330與轉子內的各個凹槽353″之間液流連通。在通道330的另一端，大致沿軸321″的徑向開了幾條與通道330液流相連通的通道336。軸承338套接在通道336所形成的開口上，軸321″在軸承338內旋轉。在軸承338內有一圓形腔340，其作用一方面與每個通道336液流連通，另一方面通過軸承孔342與外部通道344相連接，通道344通過泵348和供給及排放控制閥352與儲液箱346相連通。控制閥352使得液體從儲液箱346通過通道344供向圓形腔340，并將從圓形通道340逆流回的液體通過通道354送入箱346。如有必要，控制裝置356(可以采用微機或其他類型的計算機)可被用于控制泵348和閥352的動作，以此來控制變矩器300″的工作。為此，需要裝設一條連接控制裝置356與泵348的控制線358以及一條連接裝置356與閥352的控制線362。
如有必要，圖14中的實施例可以與圖8中實施例有相同的工作情況，此時只需將閥352置于使腔340中的流體能流回箱346的位置即可，在這種情況下，流體的壓力對棘爪355″不發生作用。然而，如果需要控制棘爪355″相對于腔377″的相對位置，以此來改變變矩器300″的扭矩傳動曲線，此時控制裝置356可以使閥352保持使儲液箱346和圓形腔340相連通，同時使泵348按預定的壓力從儲液箱346向外供液，該預定壓力取決于圓腔340的執行特性。當閥352開啟並且泵348運轉時，流體從儲液箱346內流出，流經通道344進入圓形腔340、進入軸內通道336、330和332，最后流入各凹槽353″。當棘爪355″背部的壓力增加時，棘爪將沿徑向從轉子350″向外移動，該動作與旋轉速度無關。于是，控制裝置356可用程序控制對凹槽353″加壓並使壓力達到可使棘爪355″進入某一位置的程度，該位置相應于預定傳動比的量值，因此改進的變矩器300″的傳動比是可控的，並且與輸入軸321″的轉速無關。
本領域的技術人員可在本發明的范圍內做許多改變。例如，通常的單向滾子離合器或環形離合器可用來代替本發明所展示的單向齒輪制動器80、80A、80B和80C，以實現本發明的部分優點;也可以按上述那樣將更多的變矩器300、300′、300″等串接在一起使用;還可以用等徑傘齒輪代替組合齒輪339而毫不影響使用功能。如果需要，改進的變矩器300還可以不帶本發明中的單向制動器400，在這種模式中可以將制動卡箍安裝在包圍框架301的位置上，制動卡箍可以通過摩擦接觸限制框架301的旋轉，該變矩器將能提供由各齒輪相互作用確定的各種傳動比。當需要直接傳動並且輸入軸321轉速足夠高時，此時制動卡箍將完全釋放開以允許框架301以與輸入軸321和輸出軸331相同的速度旋轉。可以提供控制裝置用來探測棘爪355上的表面365與腔377內表面371的接觸情況，根據其響應來釋放制動卡箍以避免動力裝置失速。
權利要求
1.一種單向作用齒輪，其特征是包括有一根軸，一塊帶有開孔并以該孔支撐在軸上的板，一安裝在軸上并相對于板旋轉的第一螺旋齒輪，一個面對第一螺旋齒輪通過樞軸安裝在板上的框架，該框架可圍繞一根平行于軸的軸線轉動，一安裝在框架上的銷軸，它與框架的樞軸線成正交并與上述的樞軸線有間距，此銷軸設置在與軸正交，并與第一螺旋齒輪中心平面橫切的平面內，第二螺旋齒輪以軸頸支撐在銷軸上，并與第一螺旋齒輪外周部相嚙合，以及一個與框架連接的旋轉機構，它使框架相對于板在樞軸線上轉動。
2.如權利要求1所述的單向作用齒輪，其特征是，框架安裝于桿上，而桿轉動地安裝在板上，樞軸機構包括一彈簧鋼板條，其一端固定在桿上，還包括一個輪子，它相對于第一螺旋齒輪可旋轉地安裝在一個固定位置上，此輪子帶有一棘爪，用來按輪子的第一轉向與板條的某一側相嚙合，而輪子反向轉動時，棘爪與板條的另一側相嚙合。
3.一種單向制動器，其特征是包括有a)一個制動器殼體;b)安裝于上述殼體內的第一軸裝置，它用來旋轉支撐其上安裝的第一螺旋齒輪;c)安裝于上述殼體內的第二軸裝置，它基本上與上述第一軸裝置相平行;d)安裝于上述第二軸裝置上的載架裝置，用來在第二軸上轉動;e)裝大上述載架上的第三軸裝置，它基本上與上述第一軸和第二軸裝置正交;f)在上述第三軸裝置上旋轉安裝的第二螺旋齒輪，它與上述第一螺旋齒輪的外周部相嚙合;及g)與上述載架裝置連接的推動裝置，用來操縱上述載架圍繞上述第二軸裝置轉動，其中，當上述載架裝置轉動至某一位置，上述螺旋齒輪副的輪齒相互間基本上對齊時，上述第一螺旋齒輪可沿正向或反向中的任一方向自由轉動，而當上述載架裝置轉動至另外位置，此時上述螺旋齒輪副的輪齒相互間發生錯位而不再對齊時，使上述第一螺旋齒輪受到制約，僅能朝一個方向轉動。
4.如權利要求3所述的制動器，其特征是還包括上述殼體內的偏壓裝置，用來使上述載架裝置有沿某一方向轉動的傾向，上述推動裝置推動力的作用方向與上述偏壓作用方向相反，
5.如權利要求3所述的制動器，其特征是所述第一軸裝置與上述第一螺旋齒輪以鍵連接，從而第一軸裝置的旋轉引起第一螺旋齒輪的旋轉。
6.如權利要求5所述的制動器，其特征是所述第一軸裝置從一個孔中穿過，上述第一軸裝置包括一個變矩器殼體的一部分，而上述變矩器包括有a)上述變矩器殼體;b)上述殼體內的液壓腔;c)上述殼體內的齒輪室;d)上述液壓腔內的輸入軸;e)上述齒輪室內的輸出軸;f)用來使上述輸入軸與輸出軸之間實現傳動連接的齒輪裝置，它包括有旋轉安裝在與上述殼體固定連接的銷軸裝置上的齒輪件;g)液壓腔內與上述輸入軸以鍵固定連接的轉子裝置;h)上述輸出軸延伸穿入上述孔中，并可相對于上述第一軸裝置轉動。
7.如權利要求6所述的制動器，其特征是變矩器殼體包括a)第一、第二和第三板，上述第一板和第二板之間形成了上述液壓腔，上述第二和第三板之間形成了上述齒輪室，上述銷軸裝置連接上述第二和第三板;b)基本上呈環狀的第一環形裝置，它形成了上述液壓腔的外輪廓;c)基本上呈環狀的第二環形裝置，它形成了上述齒輪室的外輪廓。
8.如權利要求7所述的制動器，其特征是上述齒輪裝置包括有一組合齒輪，上述齒輪裝置進一步還包括a)與上述輸入軸以鍵連接的主動齒輪;b)與上述輸出軸以鍵連接的從動齒輪;c)上述組合齒輪實施主動齒輪與從動齒輪間的傳動聯系。
9.如權利要求6所述的制動器，其特征是上述轉子裝置包括a)多個在周邊上間隔分布的凹槽，這些凹槽在轉子裝置內沿徑向延伸，并在轉子的周邊上開口;b)裝在每個凹槽內并能在凹槽中滑動的棘爪構件;c)裝在每個上述棘爪構件以及它的相應凹槽之間的拉簧裝置，上述每個拉簧裝置是用來對每個棘爪產生徑向向內、并朝向上述輸入軸方向的偏壓。
10.如權利要求9所述的制動器，其特征是多個變矩器串聯成組，帶有輸出軸的第一變矩器包括有第二變矩器的輸入軸，第二變矩器包括有上述的第一軸裝置。
11.如權利要求9所述的制動器，其特征是所說的凹槽與上述輸入軸內的一條通道流體連通，該通道被有控制地供入液壓流體，從而有控制地推動上述凹槽內的棘爪構件。
全文摘要
一種單向制動器，它包括殼體，裝于殼體內的第一軸和與之平行的第二軸，裝在第二軸上并可在其上轉動的載架，裝在載架上并與第一軸和第二軸正交的第三軸，分別旋轉裝在第一軸和第三軸上并相互嚙合的第一和第二螺旋齒輪，以及用來使載架繞第二軸轉動的推動裝置。當載架轉至某一位置時，兩螺旋齒輪的輪齒對齊，第一螺旋齒輪可沿正或反任一方向轉動。當載架轉至另一位置時，兩螺旋齒輪的輪齒錯位，第一螺旋齒輪受到制約而只能沿一個方向轉動。
文檔編號F16H29/04GK1070250SQ9211153
公開日1993年3月24日 申請日期1992年10月16日 優先權日1992年10月16日
發明者約翰·H·布萊克墨里 申請人:約翰·H·布萊克墨里