阅读说明：本技术 一种用变速齿轮泵组成变速器的方法 (Method for forming speed changer by using variable-speed gear pump ) 是由 张小昌 于 2020-03-12 设计创作，主要内容包括：该设计属汽车领域。用变速齿轮泵变组成变速器的方法实际上是把齿轮变速器中的变速齿轮副通过改变齿轮模数引进到齿轮泵中作为齿轮泵的压油齿轮副,然后用油压驱动齿轮副,实现变速功能的一种方法。由于变速压油齿轮副有省力功能,它省掉同步器的同时又实现了液体无极变速。由于单个变速齿轮泵也有变速功能,所以汽车无论起步还是正常行驶都可以只用一个从动泵工作,变速齿轮泵组就相当于齿轮变速器总成,省了同步器与拨挡机构,各个变速齿轮泵的变速比不一样,所以一个从动泵就是一个挡位。由于主动泵流量远大于任意一个从动泵,所以传动油压力会一直保持中高压,压力越高传动效率就越高。(The design belongs to the field of automobiles. The method for changing gear pump into speed variator is a method which can change the speed of speed variator by changing the gear module of speed variator, introducing it into gear pump to act as the oil-pressing gear pair of gear pump, and using oil pressure to drive gear pair. Because the speed-changing oil-pressing gear pair has a labor-saving function, the stepless speed change of the liquid is realized while a synchronizer is omitted. Because a single variable gear pump also has a variable speed function, the automobile can work by only one driven pump no matter starting or normal running, the variable gear pump group is equivalent to a gear transmission assembly, a synchronizer and a shifting mechanism are saved, the variable gear ratio of each variable gear pump is different, and one driven pump is a gear. Because the flow of the active pump is far larger than that of any driven pump, the transmission oil pressure can be kept at a middle-high pressure all the time, and the higher the pressure is, the higher the transmission efficiency is.)

一种用变速齿轮泵组成变速器的方法

技术领域；汽车液压传动领域

背景技术；现汽车所使用的齿轮变速器有主副两个传动轴，主副齿轮及附装在其上的同步器，还有一套复杂的操纵机构构成。不能实现无级变速，所以不能充分利用各个台阶的能量。同时由于操纵机构复杂，同步器结构强度低，所以容易出故障导致变速器损坏，出现乱档，没档或卡住。总之，齿轮变速器一旦毁了非常使人头痛，因为维修困难，代价高。皮带或钢带变速器虽然可以无级变速但也容易坏，且载荷低，只能用于小车。液力变矩器传动效率又太低，新车不过60％。

发明内容

；针对以上各种变速器的缺点，本人设计了一种用变速齿轮泵组成变速器的方法。其技术原理是；齿轮泵在接收到传动油时会受压旋转，输出动力。众所周知，齿轮泵可输出传动油，反过来，如果有传动油流入齿轮泵时会怎样呢？实验证明，当有传动油流入齿轮泵时它会受压旋转，输出动力。于是我设计了一种变速齿轮泵，用变速齿轮泵通过储能器，比例调压阀，和换向阀接收来自主动齿轮泵的传动油能量，变速齿轮泵在接收到传动油后就会旋转，输出动力。这样，由主动齿轮泵，变速齿轮泵，换向阀，储能器，比例调压阀，油箱，进油循环阀等就组成了一套油传动系统，参考图1所示。用变速齿轮泵组成变速器的方法实际上是把齿轮变速器中的变速齿轮副通过改变齿轮模数引进到齿轮泵中作为齿轮泵的压油齿轮副，然后用油压驱动齿轮副，从而实现变速功能的一种方法。变速齿轮泵一个很大的特点是他的启动油压低，他不需要像普通齿轮泵一样需要很高的进油压力才会旋转，由于压油齿轮副有省力功能，液体的压力肯定向受力最薄弱的地方透过，所以他只要很小的压力就可以启动旋转。它省掉同步器的同时又实现了液体无极变速。它用齿轮泵把飞轮的动能转换为液体的机械能从而使能量便于操控，大大提高了传动效率【相比液力变矩器】。其技术特征是；它是由主动齿轮泵，从动齿轮泵《变速齿轮泵》，油箱，储能器，换向阀，比例调压阀，油管，进油循环阀，怠速阀和一些操纵机构构成的一套中高压油传动系统【相比与液力变矩器油压】。【参考图1所示】。主动齿轮泵【2】进油口用低压油管连结油箱【1】，主动齿轮泵出油口用三通管把油路分流，一路用高压油管连接怠速阀【图1中14】进油口，一路用高压油管连结储能器【4】的进油口，怠速阀出油口用低压油管连接油箱。储能器出油口用三通管把油路分流，一路用高压油管连接离合阀【3】进油口，一路用高压油管连接比例调压阀【5】的进油口，离合阀出油口用普通油管连接油箱。比例调压阀出油口用高压油管连接换向阀【6】进油口，换向阀出油口用高压油管连另一个比例调压阀【12】进油口，这个调压阀叫出油比例调压阀，出油比例调压阀的出油口用普通油管连油箱【1】，换向阀四个换向口ABCD通过高压组合油管【11】连从动齿轮泵组【8】，【图1示例中为4个从动泵】。该方法之所以用两个比例调压阀是为了保证发动机在低转速时传动油的压力不至于过低，使系统中传动部分的油压保持在一定的范围，比例调压阀在发动机低转速传动油压力低时能自动关闭部分出油口径，从而使传动油压力上升。其具体工作方法如下；见图6所示；来自储能器的传动油从比例调压阀的进油口【1】进入阀中。当发动机转速高，油压高时，传动油克服弹簧阻力推动阀芯【图8所示部件】向右移动，出油栅会露出更大的面积口径，出油量加大，油压在阀的出油口变化不大，当发动机转速低，油压低时，弹簧会推动阀芯向左移动，关闭出油栅露出面积口径，使之减小，出油量就会减小但油压会升高，这样调压阀出油口的油压就会升高到要求值。发动机中转速时情况位于二者之间，比例调压阀出油口压力始终保持在规定范围。为了让传动油压更加稳定，防止系统中齿轮旋转消耗能量引起压力降低，在多路换向阀向油箱排油的油路上也安装了一个出油比例调压阀，调整油压以补偿齿轮旋转消耗的能量，其工作过程和上游的比例调压阀一样，只是在压力调整上比上游低些。其补偿原理是当齿轮旋转消耗能量引起压力下降时，出油比例调压阀可减小出油栅的出油口径从而引起油路中压力回升，迫使齿轮旋转变慢，减少能量消耗。事实上齿轮本身旋转消耗的能量非常有限。怠速阀的作用是当发动机怠速运转时传动油可直接经该阀进入油箱，不参与传动。当汽车行驶，传动油压升高时自动关闭。切断传动油经该阀流向油箱的通路。其工作原理见附图【13】说明，当发动机怠速运转时，传动油压很低，流量很小，不能克服压在阀芯片【4】上的弹簧【6】推力，阀芯片在弹簧推力作用下处于开启状态，这样，传动油就可以通过怠速阀直接进入油箱。当发动机增速时，传动油压力与流量都增大，会克服弹簧推力压紧阀芯片【4】在阀座【7】上，从而使怠速阀处于关闭状态。关闭传动油经该阀进入油箱。位于阀体【1】上的推力调整螺丝【8】可以调整弹簧推力让阀芯片开闭达到最佳状态。为了让系统中传动部分的油压一直保持规定范围值，主动齿轮泵的供油量需大于从动齿轮泵组排油量。本申请方法可以通过调节离合阀【图14】和进油循环阀【图15】的开合度来改变从动齿轮泵组的供油量从而改变从动泵速度，也可以通过关闭进油循环阀的数量来改变从动泵组的受压面积来改变输出速度。前一种方法变速齿轮泵组受压面积大，所以输出扭矩大，速度慢。后一种方法变速齿轮泵组受压面积小所以输出出扭矩小。但速度快，这就是液体变速。从动齿轮泵是一种可以变速的齿轮泵。所以也叫变速齿轮泵。其技术特征是；其压油齿轮副是齿轮变速器中的变速齿轮副改变一些模数而得到的，其齿轮副在外形上一大一小【参考图3，图12】。它用中高压油传第动力，解决了传动效率低的问题。液力变矩器传动效率低就是因为传动油的压力低。因为传动效率只和能差有关和过程无关。附图3是变速齿轮泵沿进油口和出油口的中心线剖面图，图12是结构剖面图。图3中未标识的四个小圆是泵的螺丝孔。该方法设计系统中没有同步器及复杂的拨挡机构，所以齿轮变速器会产生的各种损坏比如同步器在变挡过程中受到冲击损坏，变速器拨挡机构损坏导致乱挡，没挡，卡住等情况在该系统中没有。用油驱动不受空间和方向的限制，十分方便。且无磨损，所以基本免维护。用变速齿轮泵组成的变速器还可以改变动力输出轴的受压面积从而改变输出扭矩【即变速功能】，所以可以无极变速，利用各个台阶的能量。但这种无极变速不是无缝的。主动齿轮泵是普通齿轮泵。因为根据实验，从动齿轮泵组启动事实上不需要太高的压力。主动齿轮泵功率根据发动机功率选择，为发动机功率和机械传动效率的乘积。压力选择为5-10MPa【实验数据，仅供参考】

附图说明；图1总装图；1油箱，2主动齿轮泵，3离合阀，4储能器，5比例调压阀，6多路换向阀，7进油循环阀，8变速齿轮泵【组】。9动力输出轴，10万向节。11组合油管，12出油比例调压阀。13循环油管。14怠速阀，15低压连接油管16高压连接油管图2换向阀与齿轮泵连接总成；1油箱，2换向阀外管换向口A，3换向阀内管换向口E，4换向阀进油口，5换向手柄，6卡簧圈，7螺母，8换向阀内管进油栅，9换向阀外管换向口D，10换向阀内管，11换向阀外管，12组合油管，13换向阀内管换向口F，14进油循环阀，15万向节，16换向阀外管换向口B，17进油管，18换向阀外管换向口C，19，组合油管，20出油比例调压阀，21换向阀内管出油口，，22换向阀外管出油口。23循环油管。24进油循环阀操纵杆。25变速齿轮泵【组】图3变速齿轮泵沿进出油口中心线剖面图；1进油口，2压油齿轮副，3出油口。4连接法兰。图4储能器结构图；1螺母，2油腔，3限压阀，4连接油管，5液压缸，6储能弹簧，7气孔，8活塞。9活塞环。10连接法兰。图5换向阀内管外管分解图；1内管换向口E，2内管进油栅，3卡簧槽，4内管换向口F，5外管换向口B，6外管换向口D，7外管换向口C，8外管换向口A，9外管出油口，10内管出油口。11内管，12隔，13外管，14连接法兰。图6，比例调压阀原理图侧视图；1进油口，2阀体，3弹簧，4支架，5弹簧座，6调压螺丝，7出油口，8导向套筒，9轴承。10阀芯，11出油栅。12连接法兰。图7比例调压阀结构剖面图1进油口，2阀体，3弹簧，4支架，5弹簧座，6调压螺丝，7出油口，8导向套筒，9轴承，10阀芯，11出油栅。12连接法兰，13螺丝。图8比例调压阀阀芯侧视图，10阀芯11出油栅，图9比例调压阀支架正视图，4支架，5弹簧座，8导向套筒。图10比例调压阀阀芯后视图，2阀体，10阀芯底，图11比例调压阀阀芯前视图，2阀体，10阀芯前口，图12变速齿轮泵结构剖面图，1泵体，2泵盖【前后两个】，3从动齿轮，4轴承，5油封，6主动齿轮，7螺丝，8动力输出轴。图13怠速阀原理图；1阀体，2连接法兰，3连接螺丝4阀芯片5进油口6弹簧7阀座8调整螺丝9出油口。图14离合阀示意图，1进油口2锥形阀塞3阀体4柱塞5顶杆6出油口7阀座8螺丝9阀盖。10连接法兰。图15进油循环阀剖面图；1进油口2循环口3操纵杆4阀芯5阀盖6螺丝7连接法兰8阀体。图16；进油循环阀沿A-A侧视图；1进油口2循环口3操纵杆5阀盖6螺丝7阀体。8连接法兰。图17，变速齿轮泵工作时传动油循环方向局部放大图；1进油管【组合油管分支】2进油循环阀3循环油管4变速齿轮泵5进油循环阀阀芯6操纵杆。7进油循环阀循环口。图18变速齿轮泵空转时传动油循环方向局部放大图；1进油管【组合油管分支】2进油循环阀3循环油管4变速齿轮泵5进油循环阀阀芯6操纵杆7进油循环阀循环口

具体实施方式

；在发动机飞轮的后面轴连接主动齿轮泵，泵的大小，压力及出油量等数据都根据发动机功率事先算好。计算方法见发明内容最后两句。然后【见图1总装图，其上部件数字标记用《》】将主动齿轮泵《2》的进油口连接油箱《1》，出油口用三通管把油路分流，一路连怠速阀进油口，一路连接储能器《4》进油口，怠速阀出油口用低压油管连接油箱。储能器是一个活塞下装有储能弹簧的液压缸组合体。如图4所示，在液压缸【5】里先装入储能弹簧【6】，然后装入活塞【8】，活塞【8】是一个和液压缸内径动配合的圆柱形铝块，活塞上有活塞环[9]。活塞上部的缸体留有油腔【2】并且开有连接油口，以便用油管【4】将单个储能器连接成总成，然后用螺母【1】将液压缸【5】盖住，再在液压缸底部开个气孔【7】。储能器的作用是吸收储存和平稳液压传动过程中能量的波动，当能量的冲击超过规定负荷时，储能器连接油管【4】上装的限压阀【3】便会打开，将多余的压力释放出去。储能器出油口油路分流，一路用高压油管连接比例调压阀《5》进油口，一路用高压油管连接离合阀《3》进油口，离合阀出油口用普通油管连油箱。比例调压阀出油口用高压油管连接多路换向阀《6》进油口，多路换向阀出油口用高压油管连出油比例调压阀《12》进油口，出油比例调压阀出油口用普通油管连油箱，换向阀四个换向口ABCD用组合油管《11》连接从动齿轮泵组《8》；每个从动齿轮泵《变速齿轮泵》进油管上安装进油循环阀《7》，进油循环阀两个循环口上装有两根高压油管，叫循环油管，分别连接变速齿轮泵的进出油管。【示例为四个泵，4个进油循环阀】。进油循环阀的作用是向变速齿轮泵输送传动油并且在其进油口关闭时同时打开循环口以保证变速齿轮泵油量循环流动，可以空转。其结构原理如图【15】所示。其工作过程见图【17】；当正常工作时进油循环阀的阀芯5位于阀体的右侧，循环口7处于关闭状态，传动油由进油口通过，进入变速齿轮泵4做功。当正常工作时图【17】中箭头所指方向即为传动油流动方向。见图【18】：当需要变速齿轮泵空转时，操纵杆6拉动阀芯5向左移动，关闭进油口，同时，被阀芯5关闭的循环口7被打开，传动油通过循环油管3由循环口重新进入变速齿轮泵4循环流动，其即处于空转状态。当空转时图【18】中箭头所示方向即为传动油循环流通回路。循环口和进油口是等边长正方形口，见图【16】，这可使进油口被关闭的面积和循环口被打开的面积始终相等，从而使进入变速齿轮泵的油量不变，不引起变速齿轮泵速度变化。即不会引起系统能量扰动，使运转更加平稳。多路换向阀简称换向阀，【见附图2所示】由内外两根管子构成，内管外径等于外管内径，二者动配合，为了更加明白说明问题，图5将两根管子剖面画出，其中内管【11】是中间有隔【12】的不通管子，在管上开有E和F两个换向油口，分别位于隔【12】的两边并互为180度角【如图5所示】，在内管开有卡簧槽【3】的一端做有进油栅【2】，使内管可以在旋转中进油。另一端开通出油口【10】.在外管【13】上做有A，B，C，D四个换向口和一个出油口【9】，将内管【11】装进外管【13】中，使内管两个换向口对齐外管四个换向口中的两个。则另外两个外管换向口自然就被内管壁关闭。然后用卡簧圈【图2中的6】卡在内管颈卡簧槽上，，再用螺母【图2中的7】将内外管固定在一起。换向阀装配好后其内管出油口【10】位于外管出油口【9】中，【就是图2中的22和21】，即是其装配好的状态。见图2，当换向手柄【5】向上或向下时，图中箭头所示的方向和路径即为传动油的流通回路。变速齿轮泵组只要有传动油进入就会受压旋转，输出动力。当换向阀手柄向下时，启动发动机，传动油从主动齿轮泵进入储能器，由储能器出来后分成两路，一路经离合阀【图1中3】直接进入油箱，一路进入比例调压阀经调压后进入换向阀进油口.如果开启离合阀，根据油压走低不走高的特性，传动油会直接经离合阀进入油箱而不会走有齿轮泵阻力的换向阀方向，其时就是空挡，无动力输出。慢慢关闭离合阀，【见图14】用操纵机构推顶杆5，则相连的柱塞4与锥形阀塞2就会向左移动，慢慢关闭进油口1。【也可以快速移动】。相当于结合离合器，离合阀被关闭后则通向换向阀方向的油压逐渐升高，当压力到了一定程度，足以压动变速齿轮泵旋转时，传动油就会由换向阀进油口进入换向阀内管进油栅部【8】【图2所示】进入内管，再由内管换向口E进入外管换向口B，然后进入组合油管，其时外管换向口A由于受到内管壁的关闭而不导通，所以传动油只能继续前行进入变速齿轮泵组做功，压动它旋转。然后由变速齿轮泵出油口出来进入另一侧组合油管，由于换向阀另一侧的外管换向口D受内管壁的关闭不通，油只能通过外管换向口C进入内管换向口F然后由内管出油口经外管出油口进入出油比例调压阀，经调压后进入油箱。出油比例调压阀的作用是和进油比例调压阀相配合，当传动油压力低时对其进行调节，保持系统传动油压力正常。当换向阀手柄向上时，传动油在变速齿轮泵中的流向相反，不再赘述。传动油进入从动齿轮泵压动它旋转，输出动力，汽车就会起步行驶。每个从动齿轮泵的油管上都装有进油循环阀【图1中7】，当所有的进油循环阀都打开时，动力输出轴受到的压力面积最大，此时输出扭矩最大，速度最低。关闭从动泵进油循环阀一两个，动力输出轴受压面积减少，输出扭矩就会变小，但速度会增加。当进油循环阀关闭得只剩一个时，动力输出轴受压面积最小，此时输出扭矩最小，速度最快。这就是变速过程。从动齿轮泵的动力输出轴用万向节连接，各个从动泵的大小可以不一样。事实上，由于单个变速齿轮泵也有变速功能，所以汽车无论起步还是正常行驶都可以只用一个从动泵工作，这时候的变速齿轮泵组就相当于齿轮变速器总成，只是省了同步器与拨挡机构。因为不需要了。由于各个变速齿轮泵的变速比不一样，所以一个从动泵就是一个挡位。这样在实际使用时主动齿轮泵只需要驱动变速齿轮泵其中的一个，由于主动泵流量远大于任意一个从动泵，所以传动油压力会一直保持中高压，压力越高传动效率就越高，越省油。从而达到了设计本方法的目的。当一个从动泵被驱动时其他从动泵由于循环阀被打开而处于空转状态，所以连轴不会产生阻力。

本文所说的中高压没有固定标准，只是相对液力变矩器油压而言，是个大致范围。传动油在传动时油温升高很快，必须散热，所以油箱可直接做成散热器形状安装在汽车风扇前以利散热，由于散热器形状唯一，所以油箱图没有画。限压阀是普通油气限压阀，主动泵是普通齿轮泵，都不在发明创新范围，所以也没有提供图纸。操纵机构是随车设计，本文不提供图纸及说明。本文提到的比例调压阀，怠速阀，储能器，换向阀，循环阀，变速齿轮泵等都是本人的创新设计，这些东西还没有被生产出来，所以没有具体的部件结构及连接方法。本文设计的是一种方法。

根据本文理论，主动泵流量大于从动泵流量越多越好，事实上不是，因为我试验过了，大于太多不但附件难以承受，反而会引起传动效率下降。推测与油的粘滞性有关。受实验条件所限，不能提供主动泵流量与从动泵流量最佳数据。