專利名稱：具有齒輪超速檔的軌道傳動裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明關于汽車傳動裝置領域。更特別地，本發(fā)明關于具有軌 道齒輪傳動的汽車傳動裝置和可變壁板旋轉(web-rotating)設備。
背景技術：
供汽車傳動裝置使用的具有可調(diào)節(jié)旋轉斜盤的液壓泵和電機已經(jīng)被討論了幾十年，但是要使汽車具有必須的速度和壓力，設置 重量足夠輕但又具有足夠動力的液壓泵和電機是有困難的。傳統(tǒng) 上，具有可調(diào)節(jié)旋轉斜盤的液壓泵/電機具有固定斜盤和旋轉的缸 座。該結構對于諸如高爾夫手推車和機器等應用的泵/電機工作地 很好，但是對于汽車使用的高壓力、高速度，旋轉缸座則太大、太 重、且效率太低。雖然與液壓機相關的現(xiàn)有技術已經(jīng)公開了固定的
缸座和拼合旋轉斜盤(split swash plate)近一個世紀，但是沒有任 何與汽車發(fā)動機所需速度和壓力結合使用的設計己經(jīng)在商業(yè)上證
明是成功的。該問題主要在于難于提供足夠穩(wěn)定的活塞/斜盤接觸 面。
在格利斯曼等人1995年8月15日發(fā)表的美國專利 No,5，440,878、"變量液壓機(Variable Hydraulic Machine)"中，提 出了活塞斜盤接觸面的問題。長的標準連桿(dog bone)將活塞和 旋轉斜盤相互連接，以防止標準連桿在旋轉力的作用下塌縮，斜盤 的搖擺輪(wobbler)由萬向接頭結構支撐。全萬向接頭結構可以 供在電機上使用的固定角度的旋轉斜盤使用，但是半萬向接頭被用 在變量角度泵上。上述機器的原型展示了非期望的振動和跳動，這 表明了液壓機可以被改進。
在格利斯曼等人1996年5月7日發(fā)表的美國專利 No.5，513,553 、"具有齒輪安裝的旋轉斜盤的液壓機(Hydraulic Machine Gear-mounted Swash-plate)"中，描述了萬向接頭的替代 方式。與半萬向接頭相比，具有球形齒輪齒的球形齒輪與搖擺輪上 的齒輪齒嚙合，以通過設置附加的接觸點來穩(wěn)定標準連桿和搖擺 輪。然而，該設計被證明制造復雜。
在格利斯曼等人2004年9月2日發(fā)表的美國公開申請 No.2004/0168567 、"長活塞式液壓機(Long-piston HydraulicMachines)"中，標準連桿由長活塞所代替，且去除了萬向接頭和 球形齒輪傳動。彈簧壓力"壓緊"被用于保持長活塞的滑靴(shoe) 與搖擺輪接觸。因為長活塞在旋轉力作用下或者缺少液壓力時不會 塌縮，所以沒有要求任何限制去防止塌縮。然而，由于轉子的高速 旋轉在搖擺輪上具有旋轉應力，且該應力的作用使搖擺輪產(chǎn)生不期 望的慣性旋轉。
現(xiàn)有技術中需要足夠動力、效率、輕質量和小的變量液壓泵和 電機，以適于汽車傳動裝置使用。
在格利斯曼等人2004年6月15日發(fā)表的美國專利 No.6,748,817、"具有最小軌道運行物的傳動裝置(Transmission with Minimal Orbiter)"中，將變量泵和電機與齒輪軌道運行物相結 合，以形成無級變速的傳動裝置。在該傳動裝置中，隨著液壓電機 速度增加，輸出軸速度增加，且車輛速度增加。
雖然在美國用于汽車的內(nèi)燃機是工業(yè)標準，但是幾個主要的汽 車制造商正在研究均質充量壓縮點燃(HCCI)發(fā)動機。在傳統(tǒng)的 汽油發(fā)動機中，空氣燃料混合物由火花塞點燃，以產(chǎn)生動力。在 HCCI發(fā)動機中，與在柴油發(fā)動機中相似，活塞壓縮空氣燃料混合 物以增高其溫度，直至其點燃為止。據(jù)估計，HCCI發(fā)動機對于標 準的汽油內(nèi)燃機能夠增加30%的燃料燃燒效率。在汽車中實現(xiàn) HCCI技術的主要障礙是難以在很低和很高的發(fā)動機轉速時控制燃 燒。
對于傳動裝置，現(xiàn)有技術中需要提供必要的動力以運行汽車， 同時允許其發(fā)動機轉速保持在相對有限的中低速范圍內(nèi)，在該速度 范圍內(nèi)，HCCI發(fā)動機的燃燒更易于控制。上述傳動裝置允許在汽 油動力車輛上實現(xiàn)更好燃料燃燒效率的HCCI發(fā)動機。

發(fā)明內(nèi)容
傳動裝置包括與變量液壓泵和電機結合的軌道齒輪組合體，其 運行不同于公知的汽車傳動裝置。與傳統(tǒng)的傳動裝置相反當壁板 旋轉設備沿與發(fā)動機相同的方向以最高速度旋轉壁板時，傳動裝置 在其最高速度處產(chǎn)生反向輸出；然后，當壁板以稍微低的速度被移 動時，傳動裝置的輸出產(chǎn)生空檔(沒有輸出)；此后，當壁板沿發(fā) 動機的方向旋轉被進一步減慢時，傳動裝置產(chǎn)生連續(xù)減小的齒輪減 速比。當壁板在靜止時，傳動裝置提供超速檔情形。當壁板沿發(fā)動 機的相反方向旋轉時，傳動裝置提供連續(xù)更高的超速檔傳動比。泵 和電機優(yōu)選地是具有無級變速的旋轉斜盤的長活塞液壓機。液壓機 優(yōu)選地具有由全萬向接頭穩(wěn)定的搖擺輪和具有用于長活塞的細長 孔的壓緊板。


圖1示出了具有可變的旋轉斜盤角度的液壓機的局部示意性 橫截面圖。該液壓機既用作本發(fā)明的優(yōu)選的泵，又用作本發(fā)明的優(yōu) 選的電機。
圖2示出了沿著圖1的平面2-2的液壓機的局部示意性橫截面 圖，其中為闡述清楚而省略了部件。
圖3A示出了從圖1的平面3A-3A看，當旋轉斜盤傾斜+ 25° 時，壓緊板的局部示意圖。
圖3B示出了沿著圖3A的平面3B-3B看，旋轉斜盤和壓緊組 件的局部橫截面圖。
圖4示出了具有長彈簧的單個缸筒體的橫截面圖。
圖5示出了具有拼合旋轉斜盤的液壓機的局部示意性橫截面圖。
圖6示出了現(xiàn)有技術中公知的兩種液壓機"閉環(huán)"布置的視圖。
圖7示出了具有全萬向接頭的本發(fā)明液壓機。
圖8示出了沿著圖7的平面8 — 8看，具有細長孔的本發(fā)明的 壓緊板。
圖9示出了本發(fā)明實施例中的軌道傳送裝置。
圖10A是在標準汽車發(fā)動機后面合適位置的本發(fā)明組合液壓 機械傳動裝置近似比例的示意性設計。
圖IOB是圖IOA中所示的組合傳動裝置的側視圖。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的傳動裝置包括齒輪組合體，該組合體具有與改變 齒輪齒數(shù)比的壁板旋轉設備相結合的軌道壁板。優(yōu)選地，壁板旋轉 設備是變量液壓泵和電機。傳動裝置的輸入通過軌道齒輪傳動增加 速度，以便當泵和電機不運行，且軌道運行物固定時，軌道齒輪傳 動產(chǎn)生超速檔的情形。齒輪減速通過利用壁板旋轉設備旋轉壁板來 實現(xiàn)，這提供了很高的齒輪減速比。
傳動裝置適于汽車使用。雖然本發(fā)明的軌道齒輪組合體看起來 可以與美國專利No.6,748,817中所公開的組合體類似，但是不同之 處提供了基本上不同的結果。輸入齒輪和與其嚙合的連體齒輪的相 對尺寸相反。與傳統(tǒng)的輸入速度降低不同，輸入速度通過軌道齒輪 傳動增加。輸入速度的降低由液壓系統(tǒng)控制，且超速檔完全由軌道 齒輪傳動實現(xiàn)。該改變消除了對附加齒輪減速的要求，簡化了超速 檔的結構。換句話說，當液壓電機停止時，因為液壓泵在"0"晃 動角度，所以傳動裝置輸出軸的旋轉快于輸入軸。本發(fā)明的連續(xù)無級齒輪齒數(shù)比的改變可以在車輛發(fā)動機速度 沒有任何明顯改變的情況下發(fā)生，且該連續(xù)無級的齒數(shù)變化從預定 的很低齒輪齒數(shù)比(例如，22: 1)開始延伸到超速檔(例如，0.62:
1)的非常廣的范圍。在從原地停止(standing stop)直至超速檔的 整個加速過程中，發(fā)動機可以被維持在相當?shù)秃陀行У倪\行水平 (例如500RPM)。該特征不僅能節(jié)約燃料，而且更重要的是使污 染物明顯減少。這對于柴油發(fā)動機車輛尤其正確，因為發(fā)動機選定 的運行速度可以被預先設定在優(yōu)化性能的"最佳點"。眾所周知， 當柴油發(fā)動機以恒定速度運行時，其釋放很少的污染物，如果有的 話。
盡管發(fā)動機在為現(xiàn)有技術的傳動裝置設計的"最佳點"以下 運轉很好，但是該相同的特征能夠提供明顯的燃料節(jié)約。發(fā)動機的 最佳點是傳統(tǒng)最佳效率的發(fā)動機轉速，該最佳點在發(fā)動機最有效地 將燃料轉換為機械動力的效率圖(efficiency map)區(qū)域內(nèi)。對于大 多數(shù)汽車發(fā)動機，最佳點在1500RPM區(qū)域(大多數(shù)傳統(tǒng)汽車傳動 裝置的扭矩變換器的最大效率區(qū)域)中獲得。盡管本發(fā)明的傳動裝 置可以將發(fā)動機維持在其在非最佳效率下運轉的速度，但是該傳動 裝置改善了燃料的燃燒效率。該效率損失超出了低速(例如，在 500RPM,而不是1500RPM)運轉時減少燃料需求所補償?shù)?。在?述很低的發(fā)動機轉速下運轉的進一步優(yōu)點是減少液壓泵和電機上 壓力的需求，由此縮短液壓系統(tǒng)的工作周期，且進一步地提高它們 的使用期限。
在燃料燃燒效率方面，本發(fā)明的軌道傳動裝置將城市行駛效率 提高到高速公路行駛效率。因為城市行駛大約占所有行駛的60%，
所以將本發(fā)明的傳動裝置結合到汽車中將提供明顯的燃料節(jié)約。當 然，因為今天的發(fā)動機被設計為在1500RPM左右運轉最有效，所以進一步的燃料節(jié)約可以通過將本發(fā)明的傳動裝置與被設計在大
約500RPM時運轉最有效的汽車發(fā)動機相結合來實現(xiàn)。
本發(fā)明的傳動裝置能夠利用發(fā)動機轉速的最小改變來改變驅 動軸的速度。因而，本發(fā)明允許發(fā)動機速度保持在相對有限的中低 速范圍內(nèi)，在該速度范圍內(nèi)，最近被提出的HCCI發(fā)動機燃燒更易 于控制。本發(fā)明的傳動裝置與在汽油動力車輛上實現(xiàn)更好燃料效能 的HCCI發(fā)動機高度相似。
本發(fā)明的泵和電機優(yōu)選地是具有無級變速旋轉斜盤的長活塞 式液壓機。兩個液壓機優(yōu)選地具有拼合旋轉斜盤，該拼合旋轉斜盤 包括由輸入輪軸驅動的旋轉和章動的"轉子"以及安放在軸承轉子 表面上僅章動的"搖擺輪"。在本發(fā)明的一個實施例中，軸承是滾 針軸承。長活塞頭的滑動滑靴在章動搖擺輪表面上方按"8字形" 路徑移動。然而，滑動滑靴在搖擺輪上相對運動過程中，該"8字 形"實際上是具有在晃動角度增加時，直徑減小的假想球體表面上 的三維雙扭線。
在本發(fā)明的長活塞液壓機中，搖擺輪由全萬向接頭穩(wěn)定。當搖 擺輪章動時，隨著各個活塞改變方向，搖擺輪上活塞滑靴的壓力分 配在每個工作周期內(nèi)變化。該變化的壓力有將不期望的振動引入章 動的搖擺輪運動中的趨勢。全萬向接頭有助于維持搖擺輪僅章動的 運動以及減少不期望的振動。滑靴滑動速度由萬向接頭安裝的搖擺 輪限制。
在本發(fā)明另一個實施例中，使用壓緊板來幫助維持活塞滑靴抵 靠萬向接頭安裝的旋轉斜盤搖擺輪。壓緊板中的孔為細長形，而非 圓形。計算機建模示出了增加壓緊板中活塞孔(特別是距離兩個萬 向接頭鉸接點最遠的孔)的長度消除了活塞滑靴和壓緊板中孔邊緣 之間的沖突。雖然本發(fā)明的液壓泵和電機可以被結合用做獨立傳動裝置，但 是軌道齒輪組合體的附加物允許泵和電機尺寸明顯減小。在本發(fā)明 的軌道傳動裝置中，液壓泵和電機從來沒有做100%的工作。由于 齒輪傳動的原因，液壓系統(tǒng)上負載的減小還增加了泵和電機的使用 期限。
軌道齒輪組合體與可變壁板旋轉設備相結合，以形成最小的軌 道運行物。可變壁板旋轉設備可以是任何能夠產(chǎn)生變量輸出的設 備。與電機結合的發(fā)電機可以被用作壁板旋轉設備。變量制動器也 可以被用作壁板旋轉設備。在優(yōu)選的實施例中，具有變量液壓電機 的變量液壓泵用作壁板旋轉設備。當壁板固定時，軌道齒輪傳動產(chǎn) 生超速檔的情形。齒輪減速由壁板旋轉設備旋轉壁板實現(xiàn)，這便于 很高的齒輪減速比。在優(yōu)選的實施例中，泵和電機更優(yōu)選的是具有 無級變速旋轉斜盤的長活塞液壓機，該無級變速旋轉斜盤具有全萬 向接頭和壓緊板上的細長孔。在優(yōu)選的實施例中， 一對液壓機被用 于與軌道齒輪傳動結合，以形成具有最小軌道運行物的傳動裝置。 液壓系統(tǒng)實現(xiàn)了齒輪減速，且超速檔可以完全利用軌道齒輪傳動來 實現(xiàn)。
長活塞液壓機
參考圖1，變量液壓機110包括組合的固定缸座112。缸座112 具有多個缸筒體114 (僅示出一個)，在缸筒體114中，相應的多個 配合活塞116在活塞116的退回位置和可變的延伸位置(最大的延 伸由活塞H6'位置示出)之間往復運動。每個活塞具有安裝在細 長的軸向筒體部分122—端處的頸部120上的球形頭118，該筒體 部分基本上與每個相應缸筒體114的長度一樣長。每個球形活塞頭 118適配在對應的滑靴124內(nèi)，該對應滑靴124在轉子128表面上形成的平面126上滑動，該轉子128樞轉地與驅動元件(也就是， 在缸座112中心孔徑內(nèi)部軸承上被支撐的軸130)連接。
在一個實施例中，液壓機110優(yōu)選地設置有模塊式閥組件133, 該閥組件133作為帽被螺栓結合至模塊式缸座112的左端上，且包 括多個控制流體進出缸筒體114的滑閥134(僅示出一個)。在另一 個實施例中，替換地使用多個單向閥。
機器110既可以作為泵運行，也可以作為電機運行。在作為電 機運行方面，在驅動軸130每個旋轉周期的前半個過程中，從入口 i36流入的高壓流體通過端口 137進入每個相應缸筒體114的閥端， 以驅動每個相應的活塞從其退回位置到其完全延伸位置。在每個旋 轉周期的后半個過程中，當每個活塞回到其完全退回位置時，通過 端口 137和流體出口 139從每個相應缸筒體抽出低壓流體。
在作為泵運行方面，在驅動軸130每個旋轉周期的一半過程 中，當每個活塞116被移動到延伸位置時，低壓流體從循環(huán)液壓流 體的"閉環(huán)"通過入口 136進入端口 137，被抽入每個相應缸筒體 114。在每個旋轉周期的下一半過程中，驅動每個相應活塞116回 到其完全退回位置可引導高壓流體從端口 137通過出口 139進入閉 合的液壓環(huán)。然后，高壓流體通過合適的閉環(huán)管道系統(tǒng)(未示出) 被輸送到配合的液壓機，例如，如上所述的液壓機IIO，這使配合 機器的活塞以隨現(xiàn)有技術中公知方法傳輸?shù)母邏毫黧w容量(每分鐘 加侖)變化而變化的速度移動。
在模塊式缸座112中每個缸筒體114的筒壁被在其中沿圓周成 形的相應潤滑溝槽140徑向橫過。多個通道142使所有的潤滑溝槽 140互相連接，以在缸座112中形成連續(xù)的潤滑通道。
在每個活塞的整個行程過程中，每個相應潤滑溝槽140基本上由每個相應活塞116的軸向筒體122閉合。即，每個筒體122的外 圓周始終作為密封每個相應潤滑溝槽140的壁。因而，即使在活塞 116往復通過最大行程時，使所有潤滑溝槽140互相連接的連續(xù)潤 滑通道基本上保持封閉。在缸座內(nèi)部形成連續(xù)的潤滑通道140， 142 容易且經(jīng)濟。
在液壓機IIO運行過程中，所有相互連接的潤滑溝槽140基本 上由從入口 136通過端口 137進入每個缸筒體114、且受迫進入缸 筒體壁和每個活塞116的外圓周之間的最小流量高壓流體即刻充 滿。來自每個缸筒體114的潤滑液的損失是由位于每個缸筒體114 開口端附近的環(huán)繞密封件144來限制。但是，當活塞往復運動時， 作為根據(jù)活塞運動和驅動軸130每半個旋轉周期中改變的壓力而 得到的每個缸筒體的相應筒壁中的每個和每個相應活塞軸向筒體 之間的連續(xù)最小流量流體的結果，潤滑液在潤滑溝槽140的該閉合 連續(xù)潤滑通道中流動是適度但連續(xù)的。在每個活塞的退回行程中， 每個缸筒體114中的壓力被減小到低壓時，在其它閉合潤滑通道 140,142中的較高壓流體在每個缸筒體114壁和每個活塞116體部 分122的外圓周之間再次被迫使進入經(jīng)歷上述壓力減小的每個缸 筒體114的閥端內(nèi)。
當活塞往復運動時，作為根據(jù)活塞運動和驅動軸130每半個旋 轉周期中變化的壓力而得到的第二級最小流體流量的結果，潤滑液 在閉合的連續(xù)潤滑通道140， 142中流動是適度但連續(xù)的。
泵110的轉子128圍繞與軸線132垂直的軸線129樞轉地安裝 到驅動軸130上。因此，當轉子128隨著驅動軸130旋轉時，其相 對于軸130的傾斜度優(yōu)選地從0° (即，垂直)到±25°變化。在 圖1中，轉子128傾斜+ 25° 。該可變的傾斜如下控制轉子128 圍繞軸線129的樞轉由圍繞驅動軸130的滑動環(huán)180的位置確定，且相對于滑動環(huán)軸向移動?？刂七B接件182將轉子128與環(huán)180連 接，以便環(huán)180在驅動軸130表面上的軸向移動使轉子128圍繞軸 線129樞轉。例如，當環(huán)180移動到圖1中的右側時，轉子128的 傾斜度從圖示的+25°傾斜角，返回O。(即，垂直)，然后變化到 一25°的連續(xù)區(qū)域。
當軛186利用軛控制臂188的鉸節(jié)圍繞軛軸190的軸線旋轉 時，環(huán)180的軸向移動由軛186的指狀物184控制。軛186由與軛 臂188底部連接的傳統(tǒng)線性伺服機構(未示出)致動。當軛186的 其它元件全部被密封在模塊式旋轉斜盤殼體192內(nèi)部，且軛軸190 被固定在殼體192上的軸承所支撐時，軛控制臂188位于殼體192 的外側。旋轉斜盤的轉子128由陰影連接件(shadow link) 194平 衡，該陰影連接件194基本上與控制連接件182相同，且類似地與 環(huán)180連接，但是正好在環(huán)180的對側。
既參考圖1又參考圖2，每個缸筒體114的筒壁由在其中沿圓 周成形的相應潤滑溝槽M0徑向橫過。多個通道142使所有的潤滑 溝槽140相互連接，以在缸座112內(nèi)形成連續(xù)的潤滑通道。在每個 活塞的整個行程過程中，每個相應潤滑溝槽140基本上由每個對應 活塞116的軸向筒體122閉合。即，每個筒體122的圓周始終用作 密封每個相應潤滑溝槽140的壁。因而，即使當活塞116往復運動 通過最大行程時，互連所有潤滑溝槽140的連續(xù)的潤滑通道基本上 保持封閉。正如從圖2示意性的描述中所最佳理解的，在缸座內(nèi)部 形成連續(xù)的潤滑通道140， 142容易且經(jīng)濟，其中為了清楚闡明， 圖2中流體溝槽和連接通道的相關尺寸已經(jīng)被夸大。
在液壓機IIO的運行過程中，所有相互連接的潤滑溝槽140幾 乎由從入口 136通過端口 137進入每個缸筒體114、且受迫進入缸 筒體壁和每個活塞116的外圓周之間的最小流量高壓流體即刻充滿。來自每個缸筒體114的潤滑液的損失是由位于每個缸筒體114 開口端附近的環(huán)繞密封件M4來限制。但是，當活塞往復運動時， 作為根據(jù)活塞運動和驅動軸130每半個旋轉周期中改變的壓力而 得到的每個缸筒體相應筒壁中的每個和每個相應活塞軸向筒體之 間的連續(xù)最小流量流體的結果，潤滑液在潤滑溝槽140的該閉合連 續(xù)潤滑通道中流動是適度但連續(xù)的。在每個活塞的退回行程中，每 個缸筒體114中的壓力被減小到低壓時，在其它閉合潤滑通道140， 142的較高壓流體在每個缸筒體114壁和每個活塞116體部分122 的外圓周之間再次被迫使進入經(jīng)歷上述壓力減小的每個缸筒體114 的閥端內(nèi)。
參考圖3A和圖3B，液壓機的壓緊組件包括具有多個圓形開口 160的壓緊元件154，每個開口圍繞相應活塞160的頸部120。圖 3A和3B中旋轉斜盤在+ 25° 。圖3A示出了從俯瞰轉子128的軸 的角度或者從圖1的平面3A-3A看的壓緊板154。在壓緊元件154 和每個活塞滑靴124之間分別設置多個專用墊圈156。每個墊圈156 具有與相應滑靴124外圓周接觸的延長部分158，以維持滑靴與轉 子128的平面126始終接觸。每個相應滑靴凹穴通過合適的滑靴溝 槽162和活塞溝槽164被連接，以保證存在于滑靴一轉子接觸面處 的流體壓力與每個活塞116頭部處的流體壓力始終相等。
流體壓力沿轉子128方向持續(xù)地推壓活塞116，設置圖示的止 推板組件以承載前述負載。然而，在汽車應用所要求的運行速度(例 如，4000rpm)時，附加的推壓負載對于確保活塞滑靴124和轉子 128平面126之間的持續(xù)接觸是必需的。變量液壓機通過使用三個 簡單的彈性推壓壓緊組件來提供上述附加的推壓力。
對于液壓機110，第一壓緊組件包括螺旋彈簧150，螺旋彈簧 150圍繞軸130設置，并且容納在圍繞軸線132沿缸座112的圓周形成在缸座112中的合適縫152中。螺旋彈簧150推壓也圍繞軸130 和軸線132沿圓周設置的壓緊元件154。壓緊元件154設置有多個 圓形開口 160，每個圓形開口 160圍繞相應活塞116的頸部120。 在壓緊元件154和每個活塞滑靴124之間分別設置多個專用墊圈 156。每個墊圈156具有與相應滑靴124外圓周接觸的延伸部分158， 以維持滑靴與轉子128的平面126始終接觸。
機器運行過程中，當轉子128的傾斜角被改變時，旋轉斜盤和 活塞滑靴壓緊組件的位置彼此改變。參考O。傾斜角處這些部件的 相對位置，每個活塞溝槽164相對于壓緊元件154中的每個相應圓 形開口 160具有相同的徑向位置。在所有不同于O。的傾斜角處， 每個活塞溝槽164相對于每個開口 160的相對徑向位置是不同的， 每個專用墊圈156的相對位置也是不同的。當轉子128旋轉和章動 經(jīng)過一個完整旋轉周期時，在每個傾斜度，九個開口 160的每個處 的不同相對位置本身持續(xù)改變。例如，在圖3A所示的25。的傾斜 角處，假如轉子128的旋轉過程中，人將僅通過壓緊元件154頂部 (即，在12點處)處的開口 160看到發(fā)生的運動，在頂部開口160 中看到的部件的相對位置連續(xù)地改變，以匹配其它八個開口 160的 每個中所示的相對位置。
在不同于O。的傾斜角處，轉子128的每個旋轉周期過程中， 每個專用墊圈156在壓緊元件154的表面上滑動，同時，每個滑靴 124在轉子128的平面126上滑動。這些部件中的每個通過可以在 其他八個開口 160中每個所看見的不同位置中的每個相對于其自 身的開口 160改變。每個部件沿著隨固定缸座112內(nèi)旋轉斜盤128 角度傾斜和每個活塞116垂直位置變化而尺寸變化的環(huán)形路徑(這 好像是描繪雙扭線，即，"8字形")而行。為了保證每個相應滑靴 124和轉子128平面126之間的適當接觸，優(yōu)選地選定每個開口 160的邊界尺寸，以便在轉子128每次旋轉期間，對于所有傾斜角，開 口 160的邊界始終保持與每個專用墊圈156超過一半的表面接觸。圖4中示意性地示出了液壓機210單個活塞的第二壓緊組件的 局部放大橫截面圖。每個活塞216被設置在缸筒體214內(nèi)部的組合 固定液壓缸座212內(nèi)，缸筒體2M由在其中沿圓周成形的相應潤滑 溝槽240徑向橫過。以與以上己經(jīng)詳細描述的其它液壓機相關的相 同方式，利用機器其它缸筒體中的相似溝槽使每個潤滑溝槽240相 互連接，以在缸座212內(nèi)形成連續(xù)的潤滑通道。任意的環(huán)繞密封物 244可以位于每個缸筒體2M的開口端附近，以進一步減小來自每 個潤滑溝槽240的潤滑液損失。固定的缸座212既不包括很大的軸向圓周螺旋彈簧，也不包括 保持螺旋彈簧的軸向圓周縫。液壓機210的組合固定缸座212既可 以與組合的固定角度旋轉斜盤組件連接，也可以與組合的可變角度 旋轉斜盤組件連接，但是在任一實例中，液壓機210提供更加簡單 的壓緊組件。也就是，該實施例的壓緊組件僅僅包括僅與相應螺旋 彈簧250結合的每個活塞216的相應傳統(tǒng)活塞滑靴224，螺旋彈簧 250還與每個對應活塞216相關聯(lián)。每個活塞滑靴244與第一壓緊組件中所示的傳統(tǒng)滑靴相似，且 被安裝在活塞216的球形頭218上，以在機器的旋轉斜盤轉子218 表面上形成的平面226上滑動。每個螺旋彈簧250被分別沿圓周安 置在每個對應缸筒體214閥端處的液壓閥端口 237周圍以及被設置 在每個對應活塞216體部的內(nèi)部。每個滑靴224在轉子228平面226的上方隨著雙扭線移動而滑 動，該雙扭線移動隨著每個活塞216的垂直位置和轉子228相對于 軸線232的傾斜度的變化而尺寸變化。在液壓機210的正常運行過 程中，通過液壓力維持滑靴224與旋轉斜盤的平面226接觸。因此，在每個相應缸筒體214的閥端處缺少液壓力的情況下，由螺旋彈簧250提供的彈性推壓力是最小的，但足以維持每個滑靴224和平面 226之間的有效滑動接觸。彈簧250的最小推壓不僅有利于組裝還 有利于防止組裝過程中遇到的以及由于磨損引起的很小灰塵和金 屬碎石的夾帶。參考圖5，液壓機310的第三壓緊組件包括改進的傳統(tǒng)拼合旋 轉斜盤結構。多個活塞316在缸座312內(nèi)成形的相應缸筒體314中 往復運動，缸座312與缸座112等同，每個活塞316包括各自的滑 動滑靴324。每個滑靴324通過允許搖擺輪327章動而不旋轉的合 適軸承372， 374在搖擺輪327上成形的平面326上滑動，搖擺輪 327被安裝到配合轉子328上，同時轉子328沿現(xiàn)有技術中公知的 方法既章動又旋轉。圍繞軸線329的搖擺輪327和轉子328的傾斜 度由滑動環(huán)380、控制連接件382和平衡陰影連接件394的位置控 制。滑靴324由基本上與第一壓緊組件等同的壓緊組件壓緊，然而， 很大的單個螺旋彈簧150由多個較小的個體螺旋彈簧所代替。壓緊板354被固定到搖擺輪327上。每個滑靴324容納相應專 用墊圈356的圓周延伸部分，且每個活塞316的頸部被設置在通過 壓緊板354成形的相應多個對應開口 360中一個的內(nèi)部。當搖擺輪 327沒有隨著轉子328旋轉時，搖擺輪327的章動運動與轉子328 的章動運動等同，且因此，在滑靴324和搖擺輪327的平面326之 間的相對運動也與第一壓緊組件中滑靴和搖擺輪的平面之間的相 對運動等同。在每個缸筒體314的閥端處缺少液壓力時，多個個體螺旋彈簧 350提供最小的彈性推壓力，以在每個滑靴324和搖擺輪327的平 面326之間維持有效的滑動接觸。每個螺旋彈簧350被沿圓周地設置在每個滑靴324周圍，并在每個專用墊圈356和正好在每個滑靴 324底側上方成形的環(huán)之間被鎖位。參考圖6，每個液壓機(無論是電機還是泵)優(yōu)選地以公知的 "閉環(huán)"布置方式與另一個液壓機(匹配的泵或者電機)配對。例 如，從液壓機110出口 139引出的高壓流體被直接送到配合的液壓 機110'的入口 136'，同時，從液壓機110'出口 139'引出的低 壓流體被直接送到配合的液壓機110的入口 136。除了液壓機110 被用作泵及液壓機110'被用作電機之外，液壓機110和液壓機110' 可以在結構上等同。該閉環(huán)系統(tǒng)中的流體部分連續(xù)地"滲透"耗費， 且在流體槽中收集，流體自動地從流體槽被回送至閉環(huán)中，以在閉 環(huán)系統(tǒng)中始終維持流體的預定容量。具有全萬向接頭的液壓機在對于長活塞液壓機的近期研制工作中，已經(jīng)指明了較高速度 和壓力時的振動。長柱塞頭和壓緊板之間的某些干擾也已經(jīng)使活塞 上的銅滑靴松動。銅滑靴和壓緊板之間重復性的撞擊增加了上述液 壓機的運行噪音。雖然上述液壓機示出了與現(xiàn)有技術的液壓泵和電 機相比明顯低的潤滑液壓流體滲漏，但是大量的滲漏是由隨著時間 推移的銅滑靴松動引起的。消除重復性的撞擊明顯提高了上述機器 的性能?；钊嗽谄春闲D斜盤搖擺輪部分的表面上滑動時，由活 塞滑靴參與的相對雙扭線運動過程中，該不期望的干擾偶然發(fā)生。為了提高美國專利申請No.2004/0168567的液壓機的性能，搖 擺輪被進一步地穩(wěn)定，且由全萬向接頭實現(xiàn)。由每個活塞的滑動滑 靴施加到搖擺輪上的力既有軸向元件又有徑向元件。當旋轉斜盤的 角度增加時，徑向力元件增加，且全萬向接頭提供了結構支撐，以 反抗該力且維持搖擺輪的章動運動。長活塞液壓機的拼合旋轉斜盤包括由輸入輪軸驅動的旋轉和 章動的"轉子"和安裝在軸承轉子表面上的僅章動的"搖擺輪"。 長活塞頭上的滑動滑靴在章動搖擺輪的表面上方以"8字形"路徑 移動。然而，滑動滑靴在搖擺輪上相對運動過程中，該"8字形" 實際上是具有在旋轉斜盤角度增加時，直徑減小的假想球體表面上 的三維雙扭線。在本發(fā)明的實施例中，搖擺輪由全萬向接頭穩(wěn)定。當搖擺輪章 動時，隨著單個活塞改變方向，搖擺輪上活塞滑靴壓力分配在每個 周期內(nèi)變化。該變化的壓力有將不期望的振動引入章動的搖擺輪運 動中的趨勢。全萬向接頭有助于維持搖擺輪僅章動運動，且減少不 期望的振動?；セ瑒铀俣扔扇f向接頭限制的搖擺輪控制。參考圖7,示出了具有萬向接頭的長活塞液壓機330。多個活 塞316在缸座312中成形的相應缸筒體314中往復運動，每個活塞 316包括相應的滑動滑靴。每個滑靴324通過允許搖擺輪327章動 而不旋轉的合適軸承在搖擺輪327上成形的平面上滑動，搖擺輪 327被安裝到配合轉子328上，同時轉子328沿現(xiàn)有技術中公知的 方法既章動又旋轉。圍繞軸線329的搖擺輪327和轉子328的傾斜 度由滑動環(huán)380、控制連接件382和平衡陰影連接件394的位置控 制?；ビ苫旧吓c第一壓緊組件等同的壓緊組件壓緊，然而，很 大的單個螺旋彈簧由多個較小的單體螺旋彈簧所代替。萬向接頭包括軛332，將軛332連接到旋轉斜盤殼體392的第 一對萬向接頭銷334，以及將軛332連接到搖擺輪327的第二對萬 向接頭銷336。軛332在搖擺輪周圍形成了完整的環(huán)面。萬向接頭 銷334彼此相對180度。萬向接頭銷336彼此相對180度，且與萬 向接頭銷334成90度。萬向接頭的結構允許搖擺輪327章動但禁 止搖擺輪327旋轉運動。壓緊板338被固定到搖擺輪327上。每個滑靴容納相應專用墊 圈圓周的延伸部分，且每個活塞316的頸部被設置在通過壓緊板 338成形的對應多個相應開口中的一個內(nèi)部。當搖擺輪327沒有隨 著轉子328旋轉時，搖擺輪327的章動運動與轉子328的章動運動 等同，且因此，在滑靴和搖擺輪327的平面之間的相對運動也與第 一壓緊組件中滑靴和搖擺輪的平面之間的相對運動等同。在每個缸筒體314的閥端處缺少液壓力時，多個個體螺旋彈簧 提供最小的彈性推壓力，以在每個滑靴和搖擺輪327的平面之間維 持有效的滑動接觸。每個螺旋彈簧被沿圓周地設置在每個滑靴周 圍，并在每個專用墊圈和正好在每個滑靴底側上方成形的環(huán)之間被 鎖定。在本發(fā)明的另一個實施例中，壓緊板中的孔為細長，而非圓形。 在圍繞搖擺輪的兩點處固定全萬向接頭。計算機建模示出了增加壓 緊板中活塞孔(特別是距離兩個固定點最遠的孔)的長度消除了活 塞滑靴和壓緊板中孔邊緣之間的碰撞。參考圖8，壓緊板338優(yōu)選地具有一個直接與兩個萬向接頭銷 336中一個排成直線的開口 340，該萬向接頭銷336將軛332連接 到搖擺輪327上。圖8中示意性地示出了萬向接頭銷334、 336相 對于壓緊板338的相對位置。開口 340近似圓形。開口 340， 342、 344、 346、 348的形狀更加細長，開口遠離萬向接頭銷336的距離 越遠。該新設計的計算機模型表明在作為當今車輛許多樣式的無級 變速傳動裝置的閉合液壓環(huán)中，可以僅僅使用兩個液壓機的結合， 一個作為泵， 一個作為電機。然而，發(fā)明人認為已描述的軌道齒輪 組合體的附加物提供了比單獨作用的液壓機更有效的傳動裝置。該 液壓/軌道齒輪傳動裝置提供了明顯改善的汽車傳動裝置，該汽車傳動裝置能夠按比例遞增或者按比例遞減，以滿足大范圍重量和尺 寸要求。軌道傳動裝置雖然液壓泵和電機可以被結合使用作為單獨的傳動裝置，但是 軌道運行物的附加物允許泵和電機的尺寸明顯減小。在本發(fā)明的軌 道傳動裝置中，液壓泵和電機從來沒有100%工作。由于齒輪傳動， 減小液壓機構上的負載還增加了泵和電機的使用期限。圖9中示出了本發(fā)明實施例中的傳動裝置400。發(fā)動機402被示出與本發(fā)明的傳動裝置連接，該傳動裝置僅包括最小的軌道運行 物404和可變壁板旋轉設備403。在一個實施例中，可變壁板旋轉 設備403包括電機406、與電機406結合的發(fā)電機408以及它們之 間的電連接440。在另一個實施例中，可變壁板旋轉設備403包括 變量液壓電機406、與變量液壓電機406結合的變量液壓泵408以 及它們之間的液壓連接440。以下通過將液壓泵和液壓電機作為優(yōu) 選的壁板旋轉設備描述傳動裝置。軌道運行物404僅包括輸入齒輪410和輸出齒輪412，輸入齒 輪410和輸出齒輪412兩者被安裝成用于繞著第一軸線414旋轉， 連體齒輪416被安裝成用于繞著平行于第一軸線414的第二軸線 418旋轉。輸入齒輪410被固定用于隨著發(fā)動機402的驅動軸420 一起旋轉，同時，輸出齒輪422被固定用于隨著輸出軸422 —起旋 轉。連體齒輪416被固定到軌道軸424上，軌道軸424被支撐在壁 板426中旋轉，且壁板426本身被安裝成用于繞著第一軸線414旋 轉，由此允許軌道軸424和連體齒輪416分別繞著第一軸線414和 繞著輸入齒輪410及輸出齒輪412沿軌道運行。連體齒輪416具有 分別與輸入齒輪410和輸出齒輪412的齒嚙合的兩組齒輪齒428，430。輸入齒輪410和連體齒輪428之間，以及連體齒輪430和輸出 齒輪412之間的齒輪齒數(shù)比被選定為使得當壁板426的旋轉被阻止 時，輸出齒輪412以輸出齒輪410的預定旋轉超速檔旋轉。這與在 美國專利No.6,748，817先前引用的軌道齒輪傳動裝置中所教導的 齒輪減速一樣的現(xiàn)有技術的教導形成對比。例如，在本發(fā)明的優(yōu)選 實施例中，齒輪齒數(shù)比如表1所示選定。表 1齒輪 齒數(shù)輸入齒輪410 36連體齒輪428 27連體齒輪430 36輸出齒輪412 27利用該齒輪傳動實例，當壁板426的旋轉被阻止時，輸出齒輪 412以近似0.6:1的輸入齒輪410旋轉超速檔旋轉。被固定到壁板426外側的是與連接到電機軸436的電機齒輪 434嚙合的齒輪432。電機軸436可以被制成通過任意第一離合器 438與電機齒輪434分離，第一離合器438優(yōu)選地是簡單的牙嵌離 合器，但是可以是任何類型的離合器。離合器438通過確保車輛在 空檔(在啟動時尤為重要)來提供絕對空檔的安全特征，而不管可 變壁板旋轉設備403的輸出。為了描述的目的，電機軸436由液壓 控制電機406來驅動，且按照h 1的關系旋轉電機齒輪434和壁 板齒輪432。電機齒輪434和壁板齒輪432之間的齒數(shù)比可以落入 不偏離本發(fā)明精神的范圍內(nèi)。該齒數(shù)比和齒輪齒數(shù)比可以一起被改變，以產(chǎn)生用于可變壁板旋轉設備403的特別設置的特別輸入一輸出傳動裝置的齒輪齒數(shù)比?？刂齐姍C406再由從液壓泵408開始通 過"閉環(huán)"液壓回路440傳送的液壓流體來運行。固定到發(fā)動機驅 動軸420上的輔助驅動齒輪442使第一嚙合齒輪444和泵軸446按 照1: 1關系旋轉。雖然液壓泵/電機組合的運行在現(xiàn)有技術中是公知的，但是在 本發(fā)明中詳細討論了特別適于該傳動裝置的泵/電機的運行。借助 于發(fā)動機驅動軸420，泵軸446的輔助旋轉允許液壓泵408根據(jù)泵 408旋轉斜盤(未示出)的調(diào)整角度產(chǎn)生用于控制電機406的液壓 》H體流量。無級變速傳動裝置(IVT)的前向運行如本發(fā)明描述的傳動裝置的運行，以上所陳述的軌道齒輪齒數(shù) 比此處被用于計算表2中給出的值。表2示出了泵和電機旋轉斜盤的情形、因而產(chǎn)生的壁板旋轉速度、輸出軸的旋轉速度和從倒檔到 空檔到超速檔的離散級處的傳動比。然而，需要理解的是，無級變 速傳動裝置在這整個范圍內(nèi)經(jīng)受連續(xù)的傳動比。500RPM的空載轉 速被用作實例計算。表 2車輛發(fā)動機泵電機壁板輸出傳動比速度RPM晃動晃動RPMRPM倒檔50025。l(T1250-83-6:1空檔50025。10.9°1143-0-1:0低速檔150025°13.5°9291673:1低速檔250025°15.2°8212502:1前進檔50025。25°5005001:1超速檔150012.5°25°2506940.7:1超速檔25000。25。-0-8890.6:1超速檔3500-7.1°25°-14310000.5:1根據(jù)表2，應當首先指出的是隨著電機406旋轉斜盤的角度 在正向連續(xù)增加，電機軸436的旋轉速度逐漸變慢，由此，減慢壁 板426的旋轉且使輸出軸422緩慢地增加其旋轉速度。當控制電機406連接至壁板426以及泵408的旋轉斜盤被設置 在其最大傾斜度(即，25° )時，將電機406的旋轉斜盤角度調(diào)整 到10.9°使得壁板426以引起輸出軸422實現(xiàn)停止(即，實際上是 "齒輪空檔"情形)的速度旋轉。為了從"空檔"情形改變到"前進檔"，泵408的晃動角度被 保持在25° ，同時電機406的晃動角度被連續(xù)地減小到25° ，此 處傳動比等于l: 1。從"前進檔"到預定的"超速檔2"，電機406 晃動的晃動角度被保持在25。，同時泵408的晃動角度被連續(xù)地減 小到25。。當泵408的旋轉斜盤到達0。時，壁板426停止，且通 過以上提及的基本齒輪組合體，輸出齒輪412和輸出驅動軸422的 旋轉速度大于預先設定超速檔的發(fā)動機驅動軸420和輸入齒輪410 的速度。正如本發(fā)明的重要附加特征，泵408的晃動角度可以被減小到 稍微的負角度，由此使電機軸436逆轉，以延伸本發(fā)明的"無級超 速檔"遍及"超速檔2"的范圍。因此，當電機406和壁板426的旋轉速度被連續(xù)減小時，輸出 軸422的前向旋轉速度在貫穿從很高的齒輪減速(明顯大于3: 1)至1: 1的齒輪齒數(shù)比的無級范圍內(nèi)連續(xù)增加，且從那時起，貫穿 延伸的連續(xù)超速檔而不需要任何齒輪轉換、離合器轉換、或者發(fā)動 機速度任何明顯的振蕩。在諸如剎車等的任何所要求的減速過程中，朝向齒輪空檔位置 的相反方向調(diào)整旋轉斜盤角度，以實現(xiàn)合適的齒輪減速。類似地， 假如當車輛在諸如爬山或者超車等的完全超速檔時要求附加動力， 可以增加泵旋轉斜盤角度，以提供合適的齒輪減速，或者當然可以 增加發(fā)動機速度。該剛剛描述的連續(xù)和無級齒輪齒數(shù)比變化(從啟動到超速檔傳 動)偶然發(fā)生，而發(fā)動機402速度沒有任何明顯改變，這個事實需 要特別注意。發(fā)動機可以在從原地靜止直至超速檔傳動的整個加速 度期間被維持在相對低和有效的運行水平。該顯著特征不僅導致燃 料節(jié)約，而且更重要的是導致了污染的明顯減少。這對于柴油發(fā)動 機車輛是完全真實的，因為發(fā)動機的選定速度能夠被預先設定在優(yōu) 化性能的"最佳點"。眾所周知，當柴油發(fā)動機以恒定速度運行時， 其釋放很少的污染物，如果有的話。本發(fā)明進一步的特征提供了牽引/拖曳模式，以實現(xiàn)較高的燃料 燃燒效率，及減小車輛在拖曳重載、牽引拖車、或者以公路速度通 過陡峭地形時液壓系統(tǒng)的工作周期。該特征旁路液壓系統(tǒng)，利用車 輛發(fā)動機以1: 1的齒數(shù)比鎖定傳動。這通過附加第二離合器439完成，第二離合器439用于將又一齒輪435連接到泵軸446上。齒 輪435在齒輪系中與輔助驅動齒輪442、第一嚙合齒輪444，以及 壁板齒輪432相互連接，且與輔助驅動齒輪442、第一嚙合齒輪444、 以及壁板齒輪432具有相同的尺寸。因此，當?shù)谝浑x合器438將電 機406與電機齒輪434分離，以及第二離合器439將齒輪435與泵 軸436連接時，從電機402開始、通過齒輪442、 444、 435和432的直接齒輪系以發(fā)動機402旋轉輸入齒輪410的相同速度旋轉壁板 426。這導致了與電機402具有1: 1關系的輸出齒輪412和輸出驅 動軸422兩者的直接齒輪傳動。"停止"和IVT的后向運行當控制電機406與壁板426連接，泵408的旋轉斜盤被調(diào)整到 其最大傾斜角(即，25° )時，電機406的旋轉斜盤被調(diào)整，以實 現(xiàn)"空檔"(即，用于先前提出齒輪齒數(shù)比的10.9°處)。在上述情 形下，輸出軸422是固定的。如以上所指出，這實際上提供了用于 開動和交通運輸中啟動時的"齒輪空檔"，在齒輪空檔中壁板426 由停止位置的恒定轉矩所保持。然而，需要指出的是，在這些情形 下的任何時間，可以分離離合器438，且可以實現(xiàn)"完全空檔"， 以將前進檔完全與車輛車輪分開。假如電機406的旋轉斜盤角度從其齒輪空檔設定位置沿輕微 的負方向被移動(例如，1一3° )，控制電機406以實現(xiàn)"齒輪空 檔"的相同方向連續(xù)旋轉壁板426，但是壁板426以稍微快一點的 速度旋轉。實際效果是輸出軸422現(xiàn)在沿向后的方向(即，"倒檔" 方向)以相當高的齒輪減速旋轉。當設定電機406的旋轉斜盤是沿負方向(即，超過被用于引起 輸出齒輪412至停止的設定)連續(xù)增加時，壁板426、輸出齒輪412 和輸出軸422的旋轉都連續(xù)地沿向前的方向增加。假如控制電機 406被置于空檔(例如，通過分離離合器438)，輸出齒輪410的空 轉速度將自動地使連體齒輪416沿向后的方向、以使輸出齒輪412 變得完全停止的準確速度旋轉壁板426。即，當壁板的旋轉控制被 置于空檔時，本發(fā)明的最小軌道運行物自動地尋找最小轉矩的位 置。因此，為了在停止車輛時，產(chǎn)生用于使傳動裝置變成零速度的壁板反向所要求的預定速度，精確地設計電機406旋轉斜盤的調(diào)整可以不是必需的。我們已經(jīng)研制了本發(fā)明優(yōu)選的液壓泵/電機實施例，而不需要第一離合器438，每當輸入齒輪410的速度被減小到 空轉發(fā)動機速度，該實施例仍然允許控制電機406被適當?shù)卣{(diào)整， 以允許車輛變得完全停止。動力輸出如現(xiàn)有技術所公知的，拖拉機和卡車上的動力輸出軸通常被設 置，以允許來自車輛發(fā)動機的輔助設備被運行。因此，傳動裝置的 一個其它特征是動力輸出組件540，該動力輸出組件540包括動力 輸出軸452和由離合器456連接的動力輸出齒輪454。動力輸出齒輪454由輔助驅動齒輪442驅動。動力輸出齒輪454 通常"空轉"，其由通常斷開的離合器456斷開動力輸出軸452。 然而，當離合器456被掛檔時，動力輸出軸452還旋轉，以運行輔 助設備。液壓旁路回路閥控"旁路"組件被優(yōu)選地并入由液壓泵408和電機406共有 的閉環(huán)液壓回路440中。(上述旁路布置在以上提到的美國 6,748,817中所公開。 一對"旁路"通道連接閉環(huán)的相對側，且貫 穿缸筒體，該通道由滑閥的活塞部分來堵塞。 一對阻塞物位于滑閥 上，以便當滑閥沿一個方向移動時，阻塞物允許液壓流體流動通過 旁路通道。傳感器對車輛運行的選定參數(shù)(例如，車輛速度和/或 閉環(huán)中的液壓壓力)中較高值和較低值很敏感。檢測這些選定參數(shù) 的第一值使滑閥沿一個方向移動，以打開通道(例如，無論何時減小車輛速度和接近停止情形)，同時檢測第二值使閥恢復到相反位 置，這將使閉環(huán)液壓回路回復到其正常情形。雖然泵408的旋轉斜盤正被驅動或者在0°處正被保持停止，打開旁路回路的滑閥致動允許控制電機406軸436被單獨地移動。 因此，在發(fā)電機啟動期間，旁路組件可以被用于減小傳動裝置負載， 由此代替車輛的飛輪離合器。就這點而言，因為傳感器可以被用于 檢測閉環(huán)液壓回路440中流體壓力的明顯變化，所以旁路組件也可 以用作安全設備，防止液壓系統(tǒng)的任何異常超載。作為本發(fā)明軌道傳動裝置的進一步特征，與軌道齒輪傳動裝置 相結合的液壓泵和電機的效率允許足夠的動力被傳送到車輪，同 時，發(fā)動機速度被維持在500RPM左右。盡管發(fā)電機在為現(xiàn)有技術 的傳動裝置而設計的"最佳點"以下運行很好，但是該特征提供了 明顯的燃料節(jié)約。發(fā)動機的最佳點在發(fā)動機最有效地將燃料轉換為 機械動力的效率圖區(qū)域內(nèi)。對于大多數(shù)汽車發(fā)動機，最佳點在 1500RPM左右獲得。盡管本發(fā)明的傳動裝置維持電機在減小效率 的速度，但是其改善了燃料燃燒效率。效率的損失超出了由500RPM 運轉時減少燃料需求所補償?shù)摹Ｔ谏鲜龅陌l(fā)動機低轉速下運轉的進 一步優(yōu)點是減少液壓泵和電機上的壓力要求，由此縮短液壓系統(tǒng)的 工作周期，且進一步地改善它們的使用期限。根據(jù)燃料燃燒效率，本發(fā)明的軌道傳動裝置將城市行駛效率提 高直至公路行駛效率。因為城市行駛總共占所有行駛的約60%， 所以將本發(fā)明的傳動裝置并入汽車中將提供明顯的燃料節(jié)約。今天 的發(fā)動機被設計在1500RPM左右運行最有效。當然，進一步的燃 料節(jié)約可以通過將本發(fā)明的傳動裝置與所設計的汽車發(fā)動機結合 實現(xiàn)，以在500RPM左右運行最有效。本發(fā)明的傳動裝置能夠利用發(fā)動機速度的最小改變來改變驅動軸的速度。因而，本發(fā)明允許發(fā)動機速度保持在相對有限的中低 速范圍內(nèi)，在該速度范圍內(nèi)，HCCI發(fā)動機的燃燒更容易被控制。在優(yōu)選的實施例中，發(fā)動機402是HCCI發(fā)動機。本發(fā)明的傳動裝 置與汽油動力車輛上實現(xiàn)更高燃料效率的HCCI發(fā)動機高度一致。本發(fā)明的最后一個特征現(xiàn)在參考圖IOA和圖IOB描述，圖10A 和圖10B示意性地說明了在標準汽車發(fā)動機402后面合適位置的本 發(fā)明的組合液壓機械傳動裝置。在上面剛剛描述的相同的一般布置 中，本發(fā)明單個軌道運行物404的輸出軸414的旋轉由電機406和 泵408的液壓系統(tǒng)來控制，電機406和泵408的液壓系統(tǒng)又由發(fā)動 機402驅動。如所示，軌道運行物404被以模塊化方式安裝在板 404a上，該板404a被用螺栓連接在發(fā)動機402后面的飛輪殼體502 上。相似的，電機406和泵408被以模塊化方式安裝在板408a上。對于某些車輛，電機406和泵408的模塊化方式結合能夠滿足 車輛的整個行駛要求。在上述情況中，組合的軌道運行物404能夠 被省略，且通過較小的修改，電機406、泵408和板408a能夠被組 合地用螺釘直接固定到發(fā)動機402后面的飛輪殼體502上。因此，需要理解的是，此處所描述的本發(fā)明實施例僅僅說明了 本發(fā)明原理的應用。此處提及的所說明實施例的詳細資料不意味著 限制權利要求的范圍，它們敘述了被認為是本發(fā)明本質的特征。3權利要求
1.一種用于主發(fā)動機的傳動裝置，該傳動裝置包括軌道運行物，其包括輸入齒輪，其被安裝在第一軸線上，且對由主發(fā)動機提供的輸入驅動產(chǎn)生響應；安裝在所述第一軸線上的輸出齒輪；以及至少一個連體齒輪，其僅與所述輸入和輸出齒輪嚙合，且被安裝成用于在與所述第一軸線平行設置的軌道軸上旋轉；以及軌道運行物壁板，其支撐所述軌道軸，且被安裝成用于繞所述第一軸線旋轉，以允許軌道軸和連體齒輪分別繞所述第一軸線和所述輸入與輸出齒輪沿軌道運行；其中，所述連體齒輪和所述輸入與輸出齒輪之間的齒輪齒數(shù)比被選定為使得當壁板旋轉被阻止時，所述輸入齒輪的旋轉以輸入驅動的預定超速檔產(chǎn)生所述輸出齒輪的旋轉。
2. 如權利要求1所述的傳動裝置，進一步地包括可變壁板旋轉設備，其與軌道運行物壁板可工作連接以控制壁板旋轉，其 中，當所述壁板沿第一方向旋轉時，隨著壁板旋轉速度的增加，輸入驅動的所述預定超速檔被減少到h l的比例，隨后被減小到.相對于壁板的所述旋轉速度增加的輸入驅動的齒輪減速檔。
3. 如權利要求2所述的傳動裝置，其特征在于，沿所述第一方向以預定的速度旋轉壁板使得所述輸出齒輪的旋轉停止。
4. 如權利要求3所述的傳動裝置，其特征在于，沿所述第一 方向以大于所述預定速度的速度旋轉壁板以逆轉所述輸出齒輪的旋轉方向。
5. 如權利要求2所述的傳動裝置，其特征在于，沿與第一方 向相反的第二方向旋轉壁板提供大于所述預定超速檔的無級變速 超速檔。
6. 如權利要求2所述的傳動裝置，其進一步地包括第一離合器，其用于選擇性地連接所述可變壁板旋轉設備和所述軌道運 行物壁板。
7. 如權利要求6所述的傳動裝置，其進一步地包括多個齒輪，其連續(xù)地相互連接，以形成與所述軌道運行物分離的齒輪系；以及第二離合器，其用于選擇性地把由所述主發(fā)動機提供的所述 輸入驅動和所述軌道運行物壁板連接起來；其中，當所述第一離合器將所述可變壁板旋轉設備和所述軌 道運行物壁板斷開時，以及當所述第二離合器將所述輸入驅動和 所述軌道運行物壁板連接時，所述輸出齒輪與所述軌道運行物壁 板兩者都隨著所述輸入驅動以1: 1的比例旋轉。
8. 如權利要求2所述的傳動裝置，其特征在于，所述可變壁 板旋轉設備包括與由所述發(fā)動機驅動的發(fā)電機相結合的電機。
9. 如權利要求2所述的傳動裝置，其特征在于，所述可變壁板旋轉設備包括由變量液壓泵驅動的變量液壓電機，該變量液壓泵由所述發(fā)動機驅動。
10. 如權利要求9所述的傳動裝置，其特征在于，所述變量液壓電機和變量液壓泵每個都封閉在相應的殼體內(nèi)，且包括-. 缸座，其具有多個形成在缸座內(nèi)的缸筒體，所述缸筒體繞著驅動元件的旋轉軸線在第一徑向距離處沿圓周設置；多個可往復運動地安裝在所述缸筒體中的相應活塞，每個活 塞包括活塞體和通過狹窄頸部與活塞體連接的球形頭，每個相應缸筒體具有開口頭部，活塞頭始終延伸超出所述開口頭部； 由所述驅動元件驅動的拼合旋轉斜盤，其包括 旋轉和章動的傾斜度可變的轉子；以及 具有平面的、僅章動的搖擺輪；其中，根據(jù)所述旋轉斜盤的傾斜角，每個活塞的行程變化 直至預定的最大值；以及相應的滑動滑靴，其樞轉地直接附接到每個活塞頭上，而不 需要任何中間的標準連桿，在活塞和所述平面之間的所有相對旋 轉運動期間，每個相應滑動滑靴被維持與所述平面直接滑動接觸。
11. 如權利要求IO所述的傳動裝置，每個液壓機進一步地包 括萬向接頭，其包括通過間隔180°的第一對萬向接頭銷與所述殼體連接、且通過也間隔180°的第二對萬向接頭銷與所述拼合旋轉斜盤的搖擺輪連接的環(huán)形軛，其中，所述第一對的每個萬向接頭銷在與所述第二對的每個萬向接頭銷相隔90。處。
12. 如權利要求11所述的傳動裝置，其特征在于，(a)所述 單個軌道運行物，以及(b)由所述變量液壓泵驅動的所述變量液 壓電機被作為單獨的模塊構成。
13. —種以無級方式改變從主發(fā)動機驅動軸到輸出軸的車輛 傳動裝置速度和轉矩的方法，其包括步驟a) 設置齒輪傳動以產(chǎn)生相對于驅動軸的輸出軸預定超速檔；b) 沿第一方向以預定速度旋轉軌道運行物壁板，以不產(chǎn)生輸出軸的任何旋轉；c)通過降低壁板的旋轉速度而增加輸出軸相對于驅動軸的速度。
14. 如權利要求13所述的方法，其進一步地包括步驟沿與第一方向相反的第二方向旋轉壁板，以增加輸出軸相對 于輸入軸的旋轉速度超過預定超速檔。
15. 如權利要求13所述的方法，其進一步地包括步驟以快于預定速度的速度旋轉壁板，以逆轉輸出軸的旋轉方向。
16. —種用于主發(fā)動機的液壓機械傳動裝置，該傳動裝置包括變量液壓元件，其由所述發(fā)動機的驅動軸驅動，且產(chǎn)生液壓 輸出；以及機械元件，其由所述驅動軸驅動，且產(chǎn)生機械輸出；其中，所述液壓輸出與所述機械輸出結合以驅動用于驅動車 輛的輸出軸，使得液壓元件速度的增加減小了所述輸出軸速度相 對于所述驅動軸速度的比例。
17. 如權利要求16所述的傳動裝置，其特征在于，所述傳動裝置利用以比傳統(tǒng)最佳效率的發(fā)動機速度低得多的速度運轉的發(fā) 動機提供動力至所述輸出軸。
18. —種用于具有主驅動軸和輔助驅動軸的主發(fā)動機的液壓 機械傳動裝置，該傳動裝置包括變量液壓元件，其由輔助驅動軸驅動，且產(chǎn)生液壓輸出；以及機械元件，其由主驅動軸驅動，且產(chǎn)生機械輸出；其中，液壓輸出和機械輸出結合以驅動用于驅動車輛的輸出軸；其中，傳動裝置利用以比傳統(tǒng)最佳效率的發(fā)動機速度低的速 度運轉的發(fā)動機提供動力至所述驅動軸。
19. 一種液壓機，其包括 殼體；缸座，其形成在所述殼體內(nèi)，且具有多個繞著驅動元件的旋 轉軸線在第一徑向距離處沿圓周設置的缸筒體；多個往復運動地安裝在所述缸筒體中的相應活塞，每個活塞 包括活塞體和通過狹窄頸部與活塞體連接的球形頭，每個相應缸 筒體具有開口頭部，每個相應活塞頭始終延伸超出所述開口頭部；由所述驅動元件驅動的拼合旋轉斜盤，其包括旋轉和章動的傾斜度可變的轉子；以及具有平面的、僅章動的搖擺輪；其中，根據(jù)所述旋轉斜盤的傾斜角，每個活塞的行程變 化直至預定的最大值；以及萬向接頭，其包括通過間隔180°的第一對萬向接頭銷與所述 殼體連接、和通過也間隔180°的第二對萬向接頭銷與所述搖擺輪 連接的環(huán)形軛，其中，所述第一對的每個萬向接頭銷在與所述第 二對的每個萬向接頭銷相隔90°處。
20. 如權利要求19所示的液壓機，其進一步地包括相應的 滑動滑靴，其樞轉地直接附接到每個活塞頭上，在所述活塞和所 述平面之間的所有相對運動期間，每個相應的滑動滑靴被維持與 所述平面直接滑動接觸。
21. 如權利要求20所述的液壓機，其進一步地包括用于朝 向所述平面推壓每個滑動滑靴的壓緊組件。
22. 如權利要求21所述的液壓機，其特征在于，每個活塞體 具有被充分地支撐在相應缸筒體內(nèi)部的細長軸向圓柱長度，從而 確保在活塞行程過程中，當滑靴始終與所述平面相對滑動接觸時， 活塞頭具有最小橫向移位。
23. 如權利要求19所述的液壓機，其特征在于，所述拼合旋 轉斜盤進一步地包括在所述轉子上支撐所述搖擺輪的軸承。
24. 如權利要求19所述的液壓機，其進一步地包括相應的潤滑溝槽，其在缸座中的每個缸筒體的筒壁中成形， 用于保留加壓流體；由所有所述潤滑溝槽相互連接而在缸座內(nèi)形成的連續(xù)的潤滑 通道；其中，在每個活塞的整個行程中，通過被每個相應活塞的軸 向圓柱體的外表面封閉的每個相應潤滑溝槽的大致閉合，加壓流 體被保留在所述連續(xù)潤滑通道中；只有由連續(xù)潤滑通道容納的加 壓流體源在每個相應筒壁和每個相應活塞的軸向圓柱體之間是最 小流量；以及其中，所述連續(xù)潤滑通道完全形成在缸座內(nèi)部，橫過每個缸 筒體，且大致在與缸筒體圍繞所述驅動元件的旋轉軸線居中的相 同徑向距離處沿圓周居中。
25. 如權利要求21所述的液壓機，其特征在于，所述壓緊組 件包括壓緊元件，其具有多個相應開口，每個所述相應開口的邊界位于每個相應活塞的狹窄頸部附近；以及相應墊圈，其在壓緊板和相應滑動滑靴之間適配在每個活塞 的狹窄頸部周圍，每個相應墊圈具有沿圓柱排列的延伸部分，用 于沿圓周與每個所述相應滑動滑靴接觸；其中所述墊圈與所述壓緊板滑動接觸，用于當所述平面相 對于所述驅動元件的旋轉軸線傾斜時，根據(jù)相對于滑動滑靴的位 置變化而彼此相對運動。
26. 如權利要求25所述的液壓機，其特征在于，壓緊板中每 個相應開口的邊界被設計成在所述相對運動期間與每個相應墊圈 超過一半的外圓周始終接觸。
27. 如權利要求25所述的液壓機，其特征在于，壓緊板中的 所述相應開口為細長形，所述細長形相對越長，每個相應孔的位 置距離支撐所述萬向接頭的所述第一對萬向接頭銷越遠。
28. 如權利要求25所述的液壓機，其進一步地包括當每個 相應缸筒體的閥端處缺少液壓力時，足以維持每個相應滑靴和所 述平面之間的有效滑動接觸的最小彈性推壓力。
29. 如權利要求28所述的液壓機，其特征在于，所述最小彈 性推壓力由多個彈簧提供，每個彈簧被分別地設置在壓緊板和相 應墊圈的其中一個之間。
30. —種液壓機，其包括缸座，其具有多個形成在缸座內(nèi)的缸筒體，所述缸筒體繞著 驅動元件的旋轉軸線在第一徑向距離處沿圓周設置；多個往復運動地安裝在所述缸筒體中的相應活塞，每個活塞 包括活塞體和通過狹窄頸部與活塞體連接的球形頭，每個相應缸筒體具有開口頭部，活塞頭始終延伸超出所述開口頭部；旋轉斜盤，其具有相對于驅動元件的旋轉軸線傾斜的平面， 在活塞與旋轉斜盤之間的所有相對運動期間，每個活塞頭被維持 與所述平面直接滑動接觸，并且，活塞行程根據(jù)旋轉斜盤的傾斜度確定，且改變直至預定的最大值；相應的滑動滑靴，其樞轉地附接到每個活塞頭上，且被設置 成在所述平面上方接觸和滑動；壓緊元件，其被朝向滑動滑靴推壓，且具有多個相應開口， 所述相應開口中的一個位于每個活塞的狹窄頸部附近；以及相應的墊圈，其在壓緊板和每個滑動滑靴之間適配在每個狹 窄頸部周圍，每個墊圈包括延伸部分，所述延伸部分排列成與每 個相應滑動滑靴相接觸；其中，墊圈與壓緊板滑動接觸，用于在所述轉子的平面相對 于驅動元件的旋轉軸線傾斜時，根據(jù)滑動滑靴的相對位置變化而 彼此相對運動；其中相應開口中至少一個具有非圓的形狀。
31. 如權利要求30所述的液壓機，其特征在于，在旋轉斜盤 的最大傾斜度處，非圓的形狀稍微大于相應狹窄頸部運動的形狀。
32. 如權利要求30所述的液壓機，其特征在于，每個延伸部分被沿圓柱排列，用于沿圓周接觸每個相應滑動滑靴。
33. 如權利要求30所述的液壓機，其特征在于，壓緊板中每個相應開口的邊界被設計成在相對運動期間與每個相應墊圈超過 一半的外圓周始終接觸。
34. 如權利要求30所述的液壓機，其進一步地包括螺旋彈簧，其繞著驅動元件的旋轉軸線在小于第一徑向距離處沿圓周設 置，用于將壓緊板壓靠到墊圈上。
35. 如權利要求30所述的液壓機，其特征在于，旋轉斜盤被包含在旋轉斜盤殼體內(nèi)，且包括旋轉和章動的傾斜度可變的轉 子以及具有平面的僅章動的搖擺輪，液壓機進一步地包括萬向接頭，其包括通過間隔180°的第一對萬向接頭銷與所述 殼體連接、和通過也間隔180°的第二對萬向接頭銷與所述搖擺輪 連接的環(huán)形軛，其中，所述第一對的每個萬向接頭銷在與所述第 二對的每個萬向接頭銷相隔90。處。
全文摘要
傳動裝置包括與變量液壓泵和電機相結合的齒輪組合體。傳動裝置的輸入通過軌道運行物齒輪傳動增加速度，以便以便當泵和電機不運行，且軌道運行物固定時，軌道齒輪傳動產(chǎn)生超速檔的情形。齒輪減速通過旋轉具有壁板旋轉設備的壁板實現(xiàn)，這提供了很高的齒輪減速。泵和電機優(yōu)選地是具有無級變速旋轉斜盤的長活塞液壓機。液壓機優(yōu)選地具有由全萬向接頭穩(wěn)定的搖擺輪和壓緊板，該壓緊板具有用于長活塞的細長孔，以消除旋轉斜盤在其最大傾斜度處或者附近時，壓緊板和長活塞之間可能的撞擊。
文檔編號F16H37/06GK101558252SQ200680021301
公開日2009年10月14日 申請日期2006年6月15日 優(yōu)先權日2005年6月15日
發(fā)明者J·Y·格利斯曼, K·E·格利斯曼, M·R·弗羅納 申請人:托維克公司