装载机变矩器的自由轮结构的制作方法

本实用新型涉及机械传动领域，特别是涉及一种装载机变矩器的自由轮结构。

背景技术：

液力变矩器是广泛应用于汽车、叉车、工程机械及国防装备的液力传动机械。液力变矩器利用液体作为工作介质，不但传递了扭矩而且以倍率增加了扭矩，使发动机实现软起动，主机的牵引力和速度自动适应负荷和道路的变化。如图1所示，传统的变矩器主要由泵轮1’、涡轮2’、导轮3’三元件组成，发动机的飞轮通过弹性板与其相连，负载的齿轮箱与涡轮2’的轴相连，导轮3’整体插装在导轮座4’上。

发动机运转时带动液力变矩器的泵轮1’与之一同旋转，泵轮1’内的液压油在离心力的作用下，由泵轮1’叶片外缘冲向一级涡轮21’、二级涡轮22’，并沿涡轮2’叶片流向导轮3’，再经导轮3’叶片内缘，形成循环的液流。导轮3’的作用是改变涡轮2’上的输出扭矩。由于从涡轮2’叶片下缘流向导轮3’的液压油仍有相当大的冲击力，只要将泵轮1’、涡轮2’和导轮3’的叶片设计成一定的形状和角度，就可以利用上述冲击力来提高涡轮2’的输出扭矩。当车辆在起步之前，涡轮2’转速为0，发动机通过弹性板带动泵轮1’转动，并对液压油产生一个大小为Mp的扭矩，该扭矩即为液力变矩器的输入扭矩。液压油在泵轮1’叶片的推动下，以一定的速度，冲向涡轮2’上缘处的叶片，对涡轮2’产生冲击扭矩，该扭矩即为液力变矩器的输出扭矩。此时涡轮2’静止不动，冲向涡轮2’的液压油沿叶片流向涡轮2’下缘，在涡轮2’下缘以一定的速度，沿着与涡轮2’下缘出口处叶片相同的方向冲向导轮3’，对导轮3’也产生一个冲击力矩，并沿固定不动的导轮3’叶片流回泵轮1’。当液压油对涡轮2’和导轮3’产生冲击扭矩时，涡轮2’和导轮3’也对液压油产生一个与冲击扭矩大小相等、方向相反的反作用扭Mt和Ms;，其中Mt的方向与Mp的方向相反，而Ms的方向与Mp的方向相同。根据液压油受力平衡原理，可得： Mt=Mp+Ms。由于涡轮2’对液压油的反作用，扭矩Mt与液压油对涡轮2’的冲击扭矩（即变矩器的输出扭矩）大小相等，方向相反，因此可知，液力变矩器的输出扭矩在数值上等于输入扭矩与导轮3’对液压油的反作用扭矩之和。显然这一扭矩要大于输入扭矩，即液力变矩器具有增大扭矩的作用。液力变矩器输出扭矩增大的部分即为固定不动的导轮3’对循环流动的液压油的作用力矩，其数值不但取决于由涡轮2’冲向导轮3’的液流速度，也取决于液流方向与导轮3’叶片之间的夹角。当液流速度不变时，叶片与液流的夹角愈大，反作用力矩亦愈大，液力变矩器的增扭作用也就愈大。由于导轮3’是固定不动的，当车辆在液力变矩器输出扭矩的作用下起步后，与驱动轮相连接的涡轮2’也开始转动，其转速随着车辆的加速不断增加。这时由泵轮1’冲向涡轮2’的液压油除了沿着涡轮2’叶片流动之外，还要随着涡轮2’一同转动，使得由涡轮2’下缘出口处冲向导轮3’的液压油的方向发生变化，不再与涡轮2’出口处叶片的方向相同，而是顺着涡轮2’转动的方向向前偏斜了一个角度，使冲向导轮3’的液流方向与导轮3’叶片之间的夹角变小，导轮3’上所受到的冲击力矩也减小，液力变矩器的增扭作用亦随之减小。车速愈高，涡轮2’转速愈大，冲向导轮3’的液压油方向与导轮3’叶片的夹角就愈小，液力变矩器的增扭作用亦愈小；反之，车速愈低，液力变矩器的增扭作用就愈大。因此，与液力耦合器相比，液力变矩器在车辆低速行驶时有较大的输出扭矩，在车辆起步，上坡或遇到较大行驶阻力时，能使驱动轮获得较大的驱动力矩。当涡轮2’转速随车速的提高而增大到某一数值时，冲向导轮3’的液压油的方向与导轮3’叶片之间的夹角减小为0，这时导轮3’将不受液压油的冲击作用，液力变矩器失去增扭作用，其输出扭矩等于输入扭矩；若涡轮2’转速进一步增大，冲向导轮3’的液压油方向继续向前斜，使液压油冲击在导轮3’叶片的背面，这时导轮3’对液压油的反作用扭矩Ms的方向与泵轮1’对液压油扭矩Mp的方向相反，故此涡轮2’上的输出扭矩为二者之差，即Mt=Mp-Ms，液力变矩器的输出扭矩反而比输入扭矩小，其传动效率也随之减小。因此采用导轮3’固定的液力变矩器，当涡轮2’转速较低时，液力变矩器的传动效率高于液力耦合器的传动效率；当涡轮2’的转速增加到某一数值时，液力变矩器的传动效率等于液力耦合器的传动效率；当涡轮2’转速继续增大后，液力变矩器的传动效率将小于液力耦合器的传动效率，其输出扭矩也随之下降；为了克服涡轮2’在高速旋转时，一级涡轮21’、二级涡轮22’对其产生的反作用力导致其传动效率减少，遂有本案的产生。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种传动效率高的装载机变矩器的自由轮结构。

为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是：

本实用新型是一种装载机变矩器的自由轮结构，包括壳体、导轮座、导轮组件、输入组件、输出组件；所述的输入组件和输出组件皆安装在壳体内，导轮组件套接在导轮座上且位于输入组件和输出组件之间，导轮座固定安装在壳体上；所述的导轮组件包括导轮固定套、外环、单向离合滚动组件、星轮；所述的导轮固定套上设有叶片；所述的外环呈阶梯状，其内部中空，该小径端的外壁与导轮固定套过盈配合；所述的星轮内孔固定套接在导轮座上，其外壁活动套置在外环的阶梯孔内；所述的单向离合滚动组件设置在外环与星轮之间，该单向离合滚动组件确保外环只能沿预设的顺时针或逆时针单向转动。

进一步，所述的单向离合滚动组件包括滚针保持架组件、多个滚柱；所述的滚针保持架组件设置在星轮外壁与外环阶梯孔的小孔之间，星轮外壁相对于外环阶梯孔的大孔位置开设有多个凹形曲面槽，所述的凹形曲面槽由两段不同曲率的第一曲面及第二曲面构成，第一曲面为对数螺旋线，第二曲面为圆弧；星轮外壁上的凹形曲面槽和外环阶梯孔的大孔之间形成包容滚柱的滚柱空间，多个滚柱分别活动套置在滚柱空间内。

进一步，所述的相邻两个滚柱之间的中心距为L，滚柱的半径为R，两滚柱外轮廓线的最短距离为M，M=L-2R，所述M的距离为0～0.2。

进一步，所述的滚柱位于星轮外壁第一曲面与外环阶梯孔大孔内壁形成的楔角为8°—10°，此时滚柱与星轮外壁第一曲面及外环阶梯孔大孔内壁相互啮合。

本实用新型还提供另一种实施例的单向离合滚动组件，该单向离合滚动组件包括滚针保持架组件、多个滚柱、多个滚柱弹簧、多个弹簧顶销；所述的滚针保持架组件设置在星轮外壁与外环阶梯孔的小孔之间，星轮外壁相对于外环阶梯孔的大孔位置上设有多个齿形面，多个滚柱分别活动靠接在多个齿形面上，在各个齿形面内依次活动套置滚柱弹簧和弹簧顶销，弹簧顶销的外端顶靠在滚柱上。

进一步，所述的滚柱位于星轮外壁及外环阶梯孔的大孔内壁之间的楔角为6°—8°，此时滚柱与星轮外壁及外环阶梯孔大孔内壁相互啮合。

进一步，上述两个实施例还包括挡板、孔用弹性挡圈、轴用弹性挡圈；所述的挡板套置在星轮上且位于外环与星轮之间，挡板的内侧顶靠在单向离合滚动组件中滚柱的外端，孔用弹性挡圈卡置在外环的卡槽内且顶靠在挡板的外侧，轴用弹性挡圈固定套置在星轮上且顶靠在单向离合滚动组件中滚针保持架组件上。

进一步，所述的星轮外侧设有缺口，所述的导轮座内的油道向内延伸至该缺口处，以便油可从缺口流入输入组件的泵轮。

进一步，所述的输入组件由弹性板、罩轮、泵轮和分动齿轮组成，弹性板通过双头螺柱与柴油机的飞轮联接，弹性板通过螺栓与罩轮联接，罩轮用螺栓与泵轮的前端，泵轮后端用螺栓联接分动齿轮，泵轮通过两个第一轴承可旋转的套接在导轮座上；所述的输出组件由一级涡轮总成和二级涡轮组成，一级涡轮总成通过第二轴承可旋转的与罩轮连接，二级涡轮通过第三轴承可旋转的安装在一级涡轮总成中的一级涡轮壳上。

进一步，所述的一级涡轮总成由一级涡轮、一级涡轮罩和一级涡轮壳组成，一级涡轮用弹性销联接一级涡轮罩，一级涡轮罩通过铆钉铆接在一级涡轮壳上。

采用上述方案后，由于本实用新型的导轮组件包括导轮固定套、外环、滚针保持架组件、多个滚柱、星轮，可旋转的套接在导轮座上，克服了涡轮在高速旋转时，流经导轮组件的液压油对一、二级涡轮产生的反作用力，从而导致其传动效率减少的缺陷，传动效率高。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

附图说明

图1是习用装载机变矩器的剖视图；

图2是本实用新型的剖视图；

图3是本实用新型导轮组件第一个实施例的剖视图；

图4是本实用新型导轮组件第一个实施例的立体分解图；

图5是本实用新型导轮组件第一个实施例的正视图；

图6A是本实用新型导轮组件第一个实施例星轮的正视图；

图6B是本实用新型导轮组件第一个实施例星轮的剖视图；

图6C本实用新型导轮组件第一个实施例外环的剖视图；

图7-1是本实用新型导轮组件第一个实施例滚柱契合状态的原理图；

图7-2是本实用新型导轮组件第一个实施例滚柱脱离状态的原理图；

图8是本实用新型导轮组件第二个实施例的立体分解图；

图9是本实用新型导轮组件第二个实施例的正视图；

图10-1是本实用新型导轮组件第二个实施例滚柱契合状态的原理图；

图10-2是本实用新型导轮组件第二个实施例滚柱脱离状态的原理图；

图10-3是图10-2的局部放大图。

具体实施方式

如图2所示，本实用新型是一种装载机变矩器的自由轮结构，包括壳体1、导轮座2、导轮组件3、输入组件4、输出组件5。

所述的输入组件4和输出组件5皆安装在壳体1内，导轮组件3套接在导轮座2上且位于输入组件4和输出组件5之间，导轮座2固定安装在壳体1上。

所述的输入组件4由弹性板41、罩轮42、泵轮43和分动齿轮44组成。所述的弹性板41通过双头螺柱与柴油机的飞轮联接，弹性板41通过螺栓与罩轮42联接，罩轮42用螺栓与泵轮43的前端，泵轮43后端用螺栓联接分动齿轮44，泵轮43通过两个第一轴承45可旋转的套接在导轮座2上，分动齿轮44给变速泵、工作泵和转向泵提供动力。

所述的输出组件5由一级涡轮总成51和二级涡轮52组成。所述的一级涡轮总成51由一级涡轮511、一级涡轮罩512和一级涡轮壳513组成；一级涡轮511用弹性销514联接一级涡轮罩512，一级涡轮罩512通过铆钉铆接在一级涡轮壳513上。一级涡轮总成51通过第二轴承54可旋转的与罩轮42连接，二级涡轮52通过第三轴承55可旋转的安装在一级涡轮总成51中的一级涡轮壳513上，一级涡轮51和二级涡轮52通过内花键向变速箱的一二级输入齿轮提供动力。

如图3-图7所示，为导轮组件3的第一个实施例，该导轮组件3为滚柱式结构，所述的导轮组件3包括导轮固定套31、外环32、单向离合滚动组件33、轴用弹性挡圈34、星轮35、挡板36、孔用弹性挡圈37。所述的导轮固定套31的内圈圆周上设有一呈环状分布的叶片311，该叶片311沿同一倾斜方向排布；所述的外环32呈阶梯状的圆柱体，其内部中空，该小径端321的外壁与导轮固定套31相互嵌套形成过盈配合；所述的星轮35内孔固定套接在导轮座2上，其外壁上开设有多个凹形曲面槽352，该凹形曲面槽352与外环32大径端322相对，所述的凹形曲面槽352由两段不同曲率的第一曲面3521及第二曲面3522构成，其中第一曲面3521为对数螺旋线，第二曲面3522为圆弧；且该星轮35嵌套于外环32的阶梯孔内，其凹形曲面槽352的一侧边与阶梯孔的台阶面323相互抵靠。所述的单向离合滚动组件33包括滚针保持架组件331、多个滚柱332。所述的滚针保持架组件 331设置在星轮35外侧与外环32阶梯孔321的小孔之间，所述的滚柱332设置在星轮35外壁上的凹形曲面槽352和外环32的大径端322（外环阶梯孔的大孔位置）之间形成的滚柱空间，多个滚柱332分别活动套置在滚柱空间内，该相邻两个滚柱332之间的中心距为L，滚柱332的半径为R，两滚柱332外轮廓线的最短距离为M，M=L-2R，所述M的距离为0～0.2，这样当外环32带动至少一个滚柱332朝向第一曲面3521处移动时，相邻的滚柱332之间会相互抵靠受力，确保各个滚柱332均朝向第一曲面3521处移动；反之当外环32带动至少一个滚柱332朝向第二曲面3522处移动时，相邻滚柱332之间同样会相互抵靠受力，从而更快脱离契合。

所述的挡板36套置在星轮35上且位于外环32与星轮35之间，挡板36的内侧顶靠在滚柱34的外端，孔用弹性挡圈37卡置在外环32的卡槽内且顶靠在挡板36的外侧，轴用弹性挡圈38固定套置在星轮35上且顶靠在滚针保持架组件33上，由于滚针保持架组件331的设置，避免了滚柱332与外环32内壁相互脱离时，通过滚针保持架组件33确保了外环32与星轮35之间的同轴度，使得外环32在非楔合状态下能保持固定的中心轴线旋转，而不会产生偏摆。

为了使外环32与星轮35之间安装滚柱34，因此外环32需设置为阶梯圆柱状，而无法直接成圆柱状，因为外环32与导轮固定套31相互紧固配合，在导轮固定套31下方的外环32已无空间安装滚柱34，因此需将外环32设置为阶梯状，将大径端322的位置用于安装滚柱，因此使得第一轴承45向右偏移，为了使导轮座2内的油道21内的油液顺利流入输入组件4，需在星轮35外侧设有缺口351，同时将导轮座2内的油道21向导轮组件3的方向延伸直至该缺口351处。

本实用新型导轮组件3的工作原理：

如图7-1及图7-2中所示，本实施例导轮组件3的工作原理为：当车辆在启动后，发动机的飞轮带动泵轮43转动，液压油在泵轮43叶片的推动下，以一定的速度依次流入 输出组件5内一级涡轮总成51和二级涡轮52，并驱动一级涡轮总成51和二级涡轮52的转动，液压油从二级涡轮52流出经导轮组件回流至泵轮43；在初始状态，泵轮43的转速高于一级涡轮511、及二级涡轮52的转速，其一级涡轮511与二级涡轮52的总扭矩/泵轮扭矩＞1，流入导轮组件3的液压油冲击方向与外环固定套31叶片311的倾斜方向相对，驱使外环32带动滚柱332朝向星轮35外壁上的第一曲面3521方向转动，此时滚柱332与星轮35外壁第一曲面3521之间形成第一切线，滚柱332与外环32阶梯孔大孔内壁之间形成第二切线形，该第一切线与第二切线之间形成的楔角ɑ为8°—10°，使得滚柱33契合至星轮35外壁的第一曲面3521与外环32阶梯孔大孔内壁之间的空间，此时外环32与滚柱332及星轮35之间形成刚性连接，外环32无法自由转动；随着涡轮转速的不断提高，当涡轮扭矩/泵轮扭矩超过偶合点一级涡轮511与二级涡轮52的总扭矩/泵轮扭矩=1时，流入导轮组件3的液压油冲击方向与导轮固定套31的叶片311的倾斜方向相同，则外环32带动滚柱332从星轮35外壁的第一曲面3521脱离，外环32可在导轮固定套31的带动下绕星轮35朝向第二曲面3522方向移动，由于滚柱332位于星轮35外壁第二曲面3522与外环32阶梯孔大孔内壁形成的楔角γ＞18°（参见图7-2），因此滚柱无法与星轮35和外环32产生自锁，滚柱332可在星轮35第二曲面3522与外环32阶梯孔大孔内壁形成的容置空间内自由转动，导轮固定套31可在液压油的带动下绕星轮35沿一个方向自由转动，大大降低了涡轮在高速旋转时，流经导轮组件3的液压油对一、二级涡轮所产生的反作用力而导致其传动效率减少的缺陷。

如图8、图9所示，为导轮组件3的第二个实施例，该导轮组件3A为顶销式结构，其结构与图4所示的第一个实施例的结构基本相同，包括外环32A、轴用弹性挡圈33A、单向离合滚动组件、星轮35A、挡板36A、孔用弹性挡圈37A，所不同的是，所述的单向离合滚动组件包括滚针保持架组件341A、多个滚柱342A、多个滚柱弹簧343A、多个弹簧顶销344A；所述的滚针保持架组件341A设置在星轮35A内侧与外环阶梯孔的小孔之间，星轮35A外侧的外壁上设有多个齿形面350A，多个滚柱342A分别活动靠接在多个齿形面350A上，在各个齿形面350A内依次活动套置滚柱弹簧343A和弹簧顶销344A，弹簧顶销344A的外端顶靠在滚柱342A上。

该实施例的工作原理与实施一的工作原理基本一致，只是此时在涡轮扭矩/泵轮扭矩＞1时，用于使导轮组件3的外环32A与星轮35A相互啮合的技术方案为滚柱342A、滚柱弹簧343A、弹簧顶销344A、齿形面350A与外环32A内壁之间的相互配合，即当流入导轮组件3的液压油冲击方向与导轮固定套38A的叶片381A的倾斜方向相对，液压油驱使外环32A带动滚柱342A朝星轮35A的齿形面350Ａ处运动，由于滚柱342A位于星轮35A外壁及外环32A阶梯孔的大孔内壁之间的楔角β为6°—8°，此时外环32A通过滚柱342A与星轮35A相互啮合，使外环32A与星轮35A之间刚性连接，此时导轮固定套38A无法自由转动；随着涡轮转速的不断提高，当涡轮扭矩/泵轮扭矩=1时，流入导轮组件3的液压油冲击方向与导轮固定套38A的叶片381A的倾斜方向相同，则外环32A带动滚柱342A 克服弹簧顶销344A上的弹性回复力，则外环32A与星轮35A相互脱离，使滚柱342A与星轮35A之间产生间隙（参见图10-3），外环32A可在导轮固定套38A的带动下绕星轮35A沿一个方向自由转动，大大降低了涡轮在高速旋转时，流经导轮组件3的液压油对一、二级涡轮所产生的反作用力而导致其传动效率减少的缺陷。

以上所述，仅为本实用新型较佳实施例而已，故不能以此限定本实用新型实施的范围，即依本实用新型申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型专利涵盖的范围内。