CN103486207B - 一种连续动力无级变速传动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种连续动力无级变速传动机构，包括通过所共用的行星架相连接的第一行星轮系和第二行星轮系、与行星架相连接的输出轮、作为第一行星轮系太阳轮的调速动力输入轴、用于驱动第一行星轮系及第二行星轮系的持续动力输入切换机构、连接于第二行星轮系的低速离合器；所述第一行星轮系与第二行星轮系共用双联行星轮。本发明利用调速动力输入轴在基于不同的行星机构元件时会对行星架的输出产生不同速比这一特点，设置了低速、中速和高速三个档位。在由动力源输入到其持续动力输入切换机构的转速保持不变的情况下，靠调速动力输入轴转速及转向的变化，配合以档位的切换，便可在输出轮上实现从零到最大转速的无级变速。在整个升速过程中，输出转速变化平滑，且无动力中断。减速过程亦然。

Description

一种连续动力无级变速传动机构
技术领域
本发明涉及齿轮传动机构，尤其是轮式机械的行走驱动机构。
背景技术
齿轮传动的特点是传动比固定，若使输出元件有比较大的变速范围往往需要设计包含多个传动比的变速箱。在档位切换时，由于元件速度不同步的原因，两个档位不能同时传递动力，需要先脱开后啮合，造成输出动力的中断。同样由于速度不同步的原因，换档会造成机械冲击，若减小冲击则需要更多的传动比，这样又会使操控更加复杂。
在轮式机械上，目前多采用液力变矩器和手动换档齿轮箱作为行走调速装置。虽然液力变矩器能够很好地吸收换档冲击，但其工作效率较低，尤其是在行走装置处于低转速大转矩状态时。换档时的动力中断也对轮式机械在坡道上的操作有很大影响。
对于齿轮变速技术领域，尤其是对行走机械驱动技术领域，解决换档时的机械冲击和动力中断对于提高设备可操作性、平稳舒适性以及减少能耗都十分必要。
有鉴于此，针对上述问题，提出一种设计合理且有效改善上述缺失的连续动力无级变速传动机构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连续动力无级变速传动机构，在由动力源输入到其持续动力输入切换机构的转速保持不变的情况下，靠调速动力输入轴转速及转向的变化，配合以档位的切换，便可在输出轮上实现从零到最大转速的无级变速。在整个升速过程中，输出转速变化平滑，且无动力中断。减速过程亦然。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种连续动力无级变速传动机构，包括通过所共用的行星架相连接的第一行星轮系和第二行星轮系、与行星架相连接的输出轮、作为第一行星轮系太阳轮的调速动力输入轴、用于驱动第一行星轮系及第二行星轮系的持续动力输入切换机构、连接于第二行星轮系的低速离合器；所述第一行星轮系与第二行星轮系共用双联行星轮。
所述第一行星轮系和第二行星轮系均包括太阳轮和内齿轮。
所述第二行星轮系包括安装在行星架上的行星介轮，行星介轮与第二行星轮系的内齿轮即第二内齿轮和双联行星轮同时保持啮合。
所述第二内齿轮与机壳之间设有低速离合器。
所述持续动力输入切换机构可以使其所包含的持续动力输入轴以固定的速比驱动所述第一行星机构的内齿轮即第一内齿轮，由中速离合器控制是否参与驱动。
所述持续动力输入切换机构可以使其所包含的持续动力输入轴以固定的速比驱动所述第二行星机构的太阳轮即第二太阳轮，由高速离合器控制是否参与驱动。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明中包含有五个可以以两个行星轮系中心为轴旋转的元件，分别是两个行星轮系各自的内齿轮、太阳轮以及所共用的行星架。其中，第一行星轮系的太阳轮作为调速动力输入轴，所共用的行星架作为输出元件和输出轴连接，另外三个元件在参与工作时作为定速元件。定速元件的速度以及是否参与工作由低速离合器以及持续动力输入切换机构来控制。基于不同的定速元件，调速动力输入轴与行星架之间会产生不同的速比。分别给定三个定速元件以相应的速度使本发明有了分别对应三个相互衔接的变速范围的三个档位。而且对于相邻的两个档位，调速动力输入轴与行星架之间速比的正负号相反。因此在整个升速过程中，在持续动力输入轴的转速不变的情况下，无论是调速动力输入轴转速升高或是降低、正转或是反转都会造成行星架转速的升高，使调速元件的性能得到充分发挥。降速过程亦然。另外，虽然在不同的档位上会有不同的元件脱离工作，但这些元件依然随行星轮系作无负载从动运转。在相邻两个变速范围的交接点上，即将结合的两个无负载元件转速同步，可以先切入即将结合的两个元件，再切出即将脱离的两个元件。因此在换档过程中，速度无冲击，动力无中断。
附图说明
图1为本发明一种连续动力无级变速传动机构的传动原理图；
图2为本发明一种连续动力无级变速传动机构的输出轮转速与元件速度关系图。
图中：1，高速主动轮；2，持续动力输入轴；3，第二内齿轮；4，行星架；5，高速被动轮；6，高速离合器；7，第二太阳轮；8，行星介轮；9，低速离合器；10，双联行星轮；11，调速动力输入轴；12，输出轮；13，第一内齿轮；14，中速被动轮；15，中速离合器；16，中速主动轮。
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
根据图1和图2所示，一种连续动力无级变速传动机构，包括通过所共用的行星架4相连接的第一行星轮系和第二行星轮系、与行星架4相连接的输出轮12、作为第一行星轮系太阳轮的调速动力输入轴11、用于驱动第一行星轮系及第二行星轮系的持续动力输入切换机构、连接于第二行星轮系的低速离合器9；所述第一行星轮系与第二行星轮系共用双联行星轮10。
所述第一行星轮系和第二行星轮系均包括内齿轮和太阳轮。
所述第二行星轮系包括安装在行星架4上的行星介轮8，行星介轮8与第二行星轮系的内齿轮即第二内齿轮3和双联行星轮10同时保持啮合
所述低速离合器9设于第二内齿轮3与机壳之间，设计为常闭式。
所述持续动力输入切换机构包括持续动力输入轴2、高速主动轮1、高速被动轮5、高速离合器6、中速主动轮16、中速被动轮14、中速离合器15。所述持续动力输入轴2与中速主动轮16之间为固定连接；所述所述中速离合器15设于中速被动轮14与第一行星轮系的内齿轮即第一内齿轮13之间，设计为常开式；所述持续动力输入轴2与高速主动轮1之间为固定连接；所述高速离合器6设于高速被动轮5与第二行星轮系的太阳轮即第二太阳轮7之间，设计为常开式。
如图1所示，设持续动力输入轴2逆时针方向旋转；起始状态低速离合器9结合，中速离合器15脱开，高速离合器6脱开，整个机构处于低速档位；当调速动力输入轴11转速为零时，输出轮12转速为零。
上述转速方向是根据图1由右向左看，下同；设逆时针方向为正向。
1.若使输出轮12增速，过程如下：
1.1，在低速档位状态下，正向增大调速动力输入轴11的转速；
此状态下第二内齿轮3固定，第一内齿轮13和第二太阳轮7自由从动。基于第二内齿轮3，调速动力输入轴11与行星架4之间速比为负值，行星架4将带动输出轮12反向增速；
当调速动力输入轴11转速正向升高使其转速与持续动力输入轴2的转速达到一个特定的比值时，输出轮12的转速达到低速档和中速档变速范围的交接点，此时第一内齿轮13和中速被动轮14之间为零差速；
1.2，令中速离合器15结合，由于此时第一内齿轮13和中速被动轮14之间为零差速，所以中速离合器15的结合过程无冲击；
脱开低速离合器9；
此时整个机构进入中速档状态，由于中速离合器15的结合早于低速离合器9的脱开，所以整个换档过程没有出现动力中断；
1.3，在中速档位状态下，降低调速动力输入轴11的正向转速至零速，再继续反向增大其转速；
此状态下第一内齿轮13通过中速主动轮16和中速被动轮14从持续动力输入轴2得到了一个反向固定转速，第二内齿轮3和第二太阳轮7自由从动。基于第一内齿轮13，调速动力输入轴11与行星架4之间速比为正值，所以在调速动力输入轴11正向减速及反向增速的过程中，行星架4将带动输出轮12反向增速；
当调速动力输入轴11转速反向升高使其转速与持续动力输入轴2的转速达到另一个特定的比值时，输出轮12的转速达到中速档和高速档变速范围的交接点，此时第二太阳轮7和高速被动轮5之间为零差速；
1.4，令高速离合器6结合，由于此时第二太阳轮7和高速被动轮5之间为零差速，所以高速离合器6的结合过程无冲击；
脱开中速离合器15；
此时整个机构进入高速档状态，由于高速离合器6的结合早于中速离合器15的脱开，所以整个换档过程没有出现动力中断；
1.5，在高速档位状态下，降低调速动力输入轴11的反向转速至零速，再继续正向增大其转速；
此状态下第二太阳轮7通过高速主动轮1和高速被动轮5从持续动力输入轴2得到了一个反向固定转速，第一内齿轮13和第二内齿轮3自由从动。基于第二太阳轮7，调速动力输入轴11与行星架4之间速比为负值，所以在调速动力输入轴11反向减速及正向增速的过程中，行星架4将带动输出轮12反向增速；
在调速动力输入轴11的转速反向降低或正向升高的过程中，输出轮12的转速将达到高速档变速范围的高端，也就是整个变速机构的最高输出转速。
2.若使输出轮12减速，其过程与过程1相反。换档过程的要点是：先切入，后脱开，以避免动力中断。
图2表现了在变速过程中各主要元件的转速与输出轮转速间的对应关系。横座标：输出轮转速；纵座标：元件转速。100为持续动力输入轴2的对应关系线，101为调速动力输入轴11的对应关系线，102为第二太阳轮7的对应关系线，103为第二内齿轮3的对应关系线，104为行星架4的对应关系线，105为第一内齿轮13的对应关系线。
本发明的三个档位对应于三个不同的但相互衔接的变速范围，在低速范围内，变速器由调速动力输入轴11单独驱动；在中速范围和高速范围，变速器由持续动力输入轴2和调速动力输入轴11共同驱动。在相邻两个档位的切换过程中，与此两个档位相关的元件均参与工作，使得换档过程中保持动力持续。
本发明若采用发动机驱动持续动力输入轴2、以液压马达驱动调速动力输入轴11、并在输出端增设换向机构，则非常适用于轮式机械的行走驱动。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明的专利精神的等效变化，均应俱属本发明的专利范围。

Claims (5)

1.一种连续动力无级变速传动机构，其特征在于，包括通过所共用的行星架相连接的第一行星轮系和第二行星轮系、与行星架相连接的输出轮、作为第一行星轮系太阳轮的调速动力输入轴、用于驱动第一行星轮系及第二行星轮系的持续动力输入切换机构、连接于第二行星轮系的低速离合器；所述第一行星轮系与第二行星轮系共用双联行星轮；所述第二行星轮系包括安装在行星架上并与双联行星轮保持啮合的行星介轮。
2.根据权利要求1所述的一种连续动力无级变速传动机构，其特征在于，所述第二行星轮系包括内齿轮，称第二内齿轮；所述低速离合器设于第二内齿轮与机壳之间。
3.根据权利要求2所述的一种连续动力无级变速传动机构，其特征在于，所述第二内齿轮与行星介轮保持啮合。
4.根据权利要求1所述的一种连续动力无级变速传动机构，其特征在于，所述持续动力输入切换机构包括持续动力输入轴、安装于持续动力输入轴上的高速主动轮、通过第二太阳轮连接于第二行星轮系的高速被动轮、用于控制高速主动轮和高速被动轮是否参与工作的高速离合器。
5.根据权利要求1所述的一种连续动力无级变速传动机构，其特征在于，所述持续动力输入切换机构包括持续动力输入轴、安装于持续动力输入轴上的中速主动轮、通过第一内齿轮连接于第一行星轮系的中速被动轮、用于控制中速主动轮和中速被动轮是否参与工作的中速离合器。
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