[发明专利]功率汇流差速行星无级变速器

说明书

本发明涉及无级变速器，是一种利用液力滞动差速，并用循环液流调节内部功率配比，使主动轴功率经调配后汇集到从动轴上，从而获得无级变速和无级变矩的恒功率无级变速器。

目前使用的各种无级变速器，有机械式，电气式和液体式。机械式无级变速器主要利用传动件之间的压紧诱生摩擦力来传递动力，其结构复杂、价格贵、传递功率有限、寿命短；电气式无级变速，受价格、体积、重量等方面限制较多，恒功率特性差。液体传动中的液压传动，可传递大的功率，但它更适合于直线运动，且对元件精度、安装、维护要求高、价格较贵。

而与本发明接近的是液体传动中的液力传动。液力传动元件分液力元件和液力机械元件，液力元件又可分为液力偶合器和液力变矩器，液力机械元件则可分为外分流液力机械元件和内分流液力机械元件。

液力传动是以液体为工作介质，在两个或两个以上叶轮组成的工作腔内，由液体的动量矩的变化来传递力矩的。

液力传动可看成是一台离心式水泵和一台水轮机的组合，它由水泵和水轮机的核心部件，即泵轮、涡轮组成，有时还带有导轮，这些机构尽量靠近组成一个整体，工作液体在这些叶轮中循环流动以传递动力。

在各种无级变速器中，液力传动所具有的一些优良性能，是其它传动，如机械传动中的齿轮传动，带链传动，电气传动和液压传动所不能相比的。如离心涡轮液力变矩器，它的循环流量在整个转速比范围内变化不大，因此，它的负载特性具有接近不透穿的性能，透穿数可达0.8～0.9，且负载能容小，其值约为(15～20)×10^-4。对于低速运转的变矩器，它的零速变矩系数大，可达5.5～6.5，所以又称为起动变矩器。对于中高速运转的变矩器，效率很高，称为运转变矩器。由于上述的性能特点，离心涡轮液力变矩器特别适用于经常在全载荷下运转并需充分发挥发动机功率的机械(如车辆)。所以在大型工程机械和高级客车、豪华轿车、重型起重机、挖泥船、石油钻井、特别是内燃机车的应用中，离心涡轮液力变矩器具有不可取代的优势。

液力变矩器最明显的一个的缺点在于：由于它是靠液体的动量矩来传递动力的，它的输入轴和输出轴不存在刚性联接，它也不象液压传动中的液压马达那样，是靠液体的压力来传递力矩；它的内部压力不能太高，太高则会导致叶轮破裂，所以它没有硬的机械性能。此外，液力元件的设计和制造也是一个非常复杂的过程。

液力元件的设计是以对叶轮叶栅系统与液流之间的相互作用及能量交换过程的研究作为理论基础的。而实际上，叶轮与液流间的能量交换是一个非常复杂的过程，几乎不能给出理论上严格的解。因为液流在液力元件里的流动是一个复杂的空间三元流动，为了使设计简化，在目前的液力元件设计中，主要还是依据束流理论，即一元理论。但是这样的简化问题，只能得到近似的解。因此，几乎每设计一种液力元件，都不得不经过以下几个步骤，即设计--试制--试验--改进，这样的设计周期长，工作量相当大，必然造成成本的提高。

当一项液力传动设计方案定好后，为保证其可靠性，还要制造出模型，依据相似理论的三个充分必要条件进行模型的相似性模似。根据流体力学有关相似理论的基本理论，两个液力元件的液体流动具有相同的物理性质，也即力学相似，必须满足几何相似、运动相似和动力相似三个充分必要条件，但实际上，要使两种流动完全符合力学相似几乎是不可能的。因为对应点上各种作用力都成比例是无法做到的。因此，只能简化问题。通常的设计只考虑影响流动规律的主要作用力，使其基本符合相似准则，这种相似称为动力相似。因液力元件中主要的作用力就是惯性力和粘性力，也就是，只要雷诺数相等就可以认为其动力相似，但实际上，要做到雷诺数相等也是十分困难的，如果模型大小相当于实体的1/n，要使雷诺数相等，就必须使模型的泵轮转速提高到实物转速的n²倍，仅这一点，实现起来都是困难的。

与本发明最为接近的是液力机械元件。液力机械元件属液力传动的范畴。它是由液力变矩器和二自由度的机械元件组成的双流或多流液力传动元件。它把输入功率分流，然后经过汇流后输出，液力机械传动元件分为外分流液力机械元件和内分流液力机械元件：功率分流产生在液力变矩器的外部，即在行星齿轮机构中进行分流或汇流的称为外分流液力机械元件；功率分流产生在液力变矩器内部的称为内分流液力机械元件，在外分流液力机械变矩器中，常用二自由度的齿轮传动机构作为它的机械传动元件。其中，应用最广的是各种形式的行星齿轮传动机构。在内分流液力机械变矩器中，除行星齿轮传动机构外，还应用其它齿轮传动机构。