CN1042976A - 行星齿轮无级变速器和自动变速器 - Google Patents

Abstract

用于机械传动中的行星齿轮无级变速器和自动变速器。它由几组具有差动性能的机构联接组成，自动变速器还要加上超越离合器。经过对其中一组或几组机构中，当其作为从动件时，并在其传动比的绝对值达到一定时会发生自锁的构件进行控制，从而达到对整个变速器的控制。自动变速器还可用简单的机械方式，根据原动机的转速和负载的转速对其进行自动控制。无级变速器可作为离合器使用，自动变速器可用于汽车、摩托车等交通运输工具的传动系中。

Description

本发明涉及机械传动中的无级变速器和自动变速器的技术方案。

由一组具有差动性能的机构或由几组具有差动性能的机构串联组成合成运动机构。由一组或几组具有差动性能的机构，且机构中有一个部件在作为从动件时当传动比的绝对值达到一定值时会自锁的机构组成反馈器。合成运动机构的输出轴与反馈器的输入端联接传动;而反馈器的输出端与合成运动机构中不是输入或输出的运动件联接传动。而反馈器中会自锁的构件的运动，由离合器、电机、油马达、靠离心力工作的机构、棘轮、棘爪等部件或机构进行控制。在行星齿轮自动变速器中，反馈器的输出端经单向超离合器与合成运动机构中不是输入轴或不是输出轴的构件联接传动。下而先介绍发明（一）行星齿轮无级变速器的工作原理。

发明（一）行星齿轮无级变速器

在《常见机构的原理及应用》，常见机构的原理及应用编写组编，机构工业出版社出版，统一书号：15033·4464一书中243页公开了一种2K-H负号机构与齿链式无级变速器（即PIV无级变速器）相结合的一种无级变速器。见附图20。书中243页。

它的工作原理是根据2K-H行星齿轮机构中的三个基本构件，即2个中心轮、行星轮都是活动件时，它就成为活动度为二的差动机构;而且只有当其中的两个基本构件的运动确定后，第三个基本构件运动才能确定。设其中两个基本构件为输入件，另一个为输出件，当一个输入件的转速和方向固定不变，而让另一个输入件的转速和方向变化时，或两个输入件的转速同时变化，这时输出件的转速（甚至方向就会发生相应的变化;如果输入件的转速能连续变化。则输出件转速也会相应地连续变化。这样即可实现无级变速。

当用2K-H负号机构与PIV传动装置结合起来。PIV装置中的两对链盘（附图20）的传动轴分别与2K-H机构中的两个中心轮相联接，形成封闭传动，由2K-H负号机构与PIV变速装置结合后其变速范围大大扩大。而且还可以在电机不改变转向的条件下。可以实现输出轴的正向、反向旋转或停止不转。这种无级变速器有体积大，单位压力较大，因而寿命低、传动功率不太大等缺点。

在《常见机构的原理及应用》一书中248页介绍了另一种液压驱动的具有2K-H负号机构的调速装置。（见附图21）它的工作原理如下，具有恒转速的油马达驱动输入轴A使差动行星齿轮机构的系杆H转动;同时还通过定轴齿轮付5·6带动行程可调的恒速柱塞式油泵G1。经加压后的油通过油管进入到速度可调的恒行程柱塞式油泵G2中、这时G2就作为油马达并通过定轴齿轮付3·4驱动差动行星齿轮机构的中心内齿圈3;运动由中心轮1传给轴E输出。

当把G1的流量调为最大时，油马达G2就以较高的转速驱动中心内齿轮3（齿轮3的转向与H一致）。输出轴B就得到了最高的转速。

当把G1的流量调为能满足泄漏损耗时，中心内齿圈3就静止不动，原来的差动行星齿轮机构就变成一般的行星齿轮机构。

当把G1调成油马达后，G2成了油泵在运转。中心内齿圈3的转向反过来了，并由原来的输入构件变为输出构件，它将一部份功率从传动***中抽出传给G2，使输出轴B的转速降低。因而用控制油泵的流量来实现无级调速是十分方便的。该无级调速器由于采用液压传动因而效率不高，成本比较高。

发明（一）行星齿轮无级变速器的目的就是要避免上述现有技术中无级变速器体积大、寿命不长的不足之处，特别是为发明（二）行星齿轮自动变速器打下理论基础，而提供一种无级变速器的技术方案。

发明（一）行星齿轮无级变速器的目的可以通过以下措施来达到。由一组具有差动性能的机构。或由几组具有差动性能的机构串联组成合成运动机构。合成运动机构本身也具有差动性能。合成运动机构中的几个运动件与反馈器中作为从动件并不会自锁的几个运动件联接传动。合成运动机构中的输入轴与输出轴不能同时与反馈器联接传动。

反馈器由一组或几组具有差动性能的机构组成。且其中有一个或几个运动件作为从动件时，当其传动比的绝对值达到一定时会发生自锁。全发生自锁的运动件与操纵机构相联接，并受其控制，能控制反馈器运动的机构或部件有，齿轮机构、离合器、油马达、电动机、凸轮机构、棘轮或棘爪、靠离心力来工作的机构、皮代传动机构、摩擦轮机构。用上述机构和部件对反馈器进行控制的方式有，手动操纵、机械式自动控制、液压控制、电气控制、机械、液压、电气混合控制以及按上述方式进行自动控制。

发明（一）行星齿轮无级变速器的技术方案。最好由2K-H（NGW）行星齿轮机构、谐波传动机构、少齿差行星传动机构（K-H-V）或摆线针轮传动机构、活齿波波动传动机构，并由上述几种机构中的一组或几组串联组成的机构组成合成运动机构。并由2K-H（NGW）正号行星齿轮机构，3K机构中的一组或几组，以至几组串联组成反馈器，反馈器中的一个部件在作为从动件时，其传动比的绝对值在达到一定时会自锁。合成运动机构中的输出轴与反馈器中不会自锁的运动件联接传动，而反馈器中另一个和几个不会自锁的运动件与合成运动机构中不是输入轴的一个或几个运动件联接传动，而反馈器中会自锁的构件与操纵机构联接，并受其控制。

合成运动机构与反馈器联接传动时，反馈器中的一组或几组可以与合成运动机构同轴联接传动，而其它的反馈器与合成运动机构平行联接传动。

当合成运动机构由2K-H行星齿轮机构、谐波传动机构，少齿差行星齿轮机构和摆线针轮传动机构、以及活齿波波动传动机构串联组成合成运动机构时，它们可以是同一种机构串联，也可以是不同的机构串联组成。

当由2K-H正号机构和3K机构串联组成反馈器时，它们可以是同一种机构串联，也可以是不同的机构串联构成。

当由几组机构串联组成合成运动机构和反馈器时，几组机构可以同轴串联，也可以轴线平行串联。

当变速器由多组机构组成合成运动机构时，组成合成运动机构的机构可以分别与几组反馈器联接传动。

行星齿轮无级变速器的工作原理是这样的。变速器中的合成运动机构的输出轴是根据另外几个构件的转速来确定其转速的。当输入件转速一定时，只要改变另一个或几个运动件的转速，输出轴的转速也会随着改变。反馈器的作用就是用来改变这个运动件的转速的。反馈器也是一种差动机构，只不过这个机构中有一个构件在作为从动件时，其传动比的绝对值达到一定时它会发生自锁。反馈器中不会发生自锁的运动件与合成运动机构的输出轴和另外的不是输入件的构件联接传动。当反馈器会自锁的运动件处于自锁状态时，反馈器处于定轴传动，整个变速器的效率最高。当反馈器中会自锁的运动件在外力的作用下转动时，反馈器的输出端（即与合成运动机构中不是输入和输出件联接传动的一端）的转速下降，反馈器的输出端又与合成运动机构中不是输入轴的运动件联接传动。由于反馈器输出端的转速下降，合成运动机构的输出轴的转速也下降，并反过来又引起反馈器输出端的转速下降，经过这样周而复始的变化，变速器输出轴的转速最后降到一个稳定的转速。它的工作原理就好象电子线路中的反馈线路一样，正因为这样才取名为反馈器。反馈器中会自锁的运动件可以向两个方向转动，一个方向可以使反馈器的输出端的转速上升，而另一个方向会使它的转速下降。在发明（一）和（二）中我们不使用输出端的转速上升的状态，而要用的是转速下降的状态。只要反馈器会自锁的构件的转速选择适当，变速器输出轴的转速还可达到零。并于反馈器和合成运动机构的运动和传动比的计算，可参考有关文献，也可参考《常见机构的原理及应用》一书的有关章节。

当变速器输入转速低时，反馈器也可与合成运动机构的输入轴和不是输出轴的运动件联接传动，这时反馈器要控制输出轴的转速变化，反馈器中会自锁的构件的转速将要比输入轴的转速高很多。

反馈器也可以这样来与合成运动机构联接传动。如图5所示，当反馈器中会自锁的构件自锁时输出轴的转速最低效率最高，而反馈器的输出端的转速却最高。

当反馈器的传动比由于各种原因找不到合适的使输出轴的转速为零时，可在反馈器的输出端与它联接传动的合成运动机构的构件之间设置单向超越离合器，使反馈器与合成运动机构相联接传动的构件按各自的运动规律运动，但这时输入轴只能单向转动。

组成合成运动机构的传动比，可以按该机构常用的传动比来组成合成运动机构。而反馈器的传动比，最好是机构中作为从动件刚好能自销时的传动比。因为这时会自锁的构件在外力的作用下转动后使输出轴的转速为零时，会自锁的构件转速较低。并且控制力矩较小。反馈器中作为从动件会自锁时的传动比与机构中的摩擦系数和结构有很大关系，一般在16-28之间。

也可以这样来设计反馈器，作为从动件当传动比的〔绝对值达到一定时会自锁的构件，可使它的传动比不达到自锁时的传动比，即小于自销时的传动比，但不能小得太多，因为小得多后控制反馈器的力矩要比自销时增大。

附图1是一种行星齿轮无级变速器的实施例。

附图2至附图9是组成合成运动机构的常见机构的简图。

附图10是一种由两种不同机构串联组成合成运动机构的行星齿轮无级变速器的原理图。

附图11是两组机构轴线平行串联组成合成运动机构的原理图。

附图12是3K机构的简图。

附图13是由两组2K-H正号机构串联组成反馈器的简图。

附图14是由两组2K-H正号机构轴线平行串联组成反馈器的简图。

附图15是一种由K-H-V机构组成合成运动机构，并由皮代机构进行控制，且反馈器处于定轴传动时，输出轴的转速最低，而反馈器的输出端转速降低后，而输出轴的转速却升高了的一种实施例。

附图16是由电动机和油马达对变速器进行控制的实施例。

下面将结合附图1中介绍的实施例对行星齿轮无级变速器作进一步详述：

一个转速从输入轴（S）传递结合成运动机构（M）的高速齿轮（3），图中的合成运动机构是由2K-H负号机构组成的，运动经中间齿轮（5）传递给系杆（6），然后经齿轮（11）、（9）、（7）传递给齿轮（15）。这时反馈器（F）中的系杆（H）处于自锁状态。即不管是齿轮（11）或者齿轮（15）作主运件，系杆（H）作从动件，主动件无论如何都不能使系杆（H）运动，由于系杆（H）处于自锁状态，因而我们可以把反馈器（F）看成是定轴传动。齿轮（15）与合成运动机构（M）中的内齿轮（16）联接传动，因此合成运动机构（M）的系杆（6）的转速就由齿轮（3）和内齿轮（16）的转速合成。这时整个变速器处于封闭传动。变速器输出轴（C）的转速的计算可参考有关文献。也可以参考《常见机构的原理及应用》一书中第四章介绍的计算方法。这时操纵手柄（K）使离合器（N）处于分离状态，因而控制轴（13）处于停止状态，齿轮（14）的转速也为零。这时变速器输出轴（C）的转速最高，由于反馈器（F）处于定轴传动，因而变速器这时的效率最高，一般可达0.9～0.96。这时输入轴（S）与输出轴（C）的转向相同。根据需要内齿轮（16）的转向也可设计成反馈器（F）的系杆（H）自锁时与齿轮（3）的转向相反。只不过变速器这时的输出轴转速最低，效率最高，且输入轴与输出轴的转向相同。这时只要在齿轮（15）与内齿轮（16）之间增加二根轴和几个过桥齿轮即可。

当把操纵手柄（K）向右拉到底，这时摩擦离合器（N）完全结合。运动经齿轮（2）、（19）和离合器（N）传递给了控制轴（13），并经过齿轮（14）传递给了反馈器（F）中代齿轮的系杆（H）。这时系杆（H）得到的转速和转向正好与齿轮（11）不转动，系杆（H）作主动轮时，齿轮（15）作从动轮时的转向和转速相同。这时齿轮（15）与内齿轮（16）的转速和转向相同。而这时内齿轮（16）从齿轮（5）得到的转速和转向又与合成运动机构（M）的系杆（6）不转动，齿轮（3）作主动轮经齿轮（5）传递给内齿轮（16）时的转速和转向相同。这时输出轴（C）的转速为零。当然根据需要离合器结合后无打滑时，输出轴（C）的转速也可以不为零。

当操纵手（K）向右不拉到低并固定时，摩擦离合器有打滑现象，这时控制轴（13）得到了一个转速，这个转速与输入轴的转速都是常数。这时控制轴（13）的转速低于输出轴（C）的转速为零时控制轴（13）的转速，但它们的转向相同。这时齿轮（15）、（16）的转速就由齿轮（11）、（9）、（7）的转速与系杆（H）的转速合成，并低于系杆（H）自锁时齿轮（15）的转速，这时由于齿轮（15）的转速下降，合成运动机构（M）中的内齿轮（16）的转速也下降，系杆（6）的转速也下降，由于系杆（6）与输出轴（C）转速下降又导致齿轮（11）、（9）、（7）、（15）的转速下降，由于齿轮（15）的转速下降又导致内齿轮（16）、系杆（6），输出轴（C）的转速下降，由于输出轴（C）的转速下降，又引起了齿轮（15）的转速下降。经过这样周而复始的变化，最后输出轴（C）的转速达到一个平衡的转速，即一个固定的转速。

当我们平滑地搬动操纵手柄（K）时，输出轴（C）也相应平滑地改变转速来实现无级变速。如果我们不想让离合器打滑来得到一个稳定的控制转速，可以采用附图10中所示的摩擦盘等无级变速器来控制整个无级变速器的转速。

为了增大合成运动机构（M）的传动比，可以用两组机构串联组成合成运动机构。为了降低反馈器中会自锁构件的转速，可以用两组机构串联组成反馈器。

行星齿轮无级变速器在变速的过程中由于没有齿轮的进入与退出啮合，各齿轮都处于常啮合状态，因而无冲击，并且变速时扭矩不中断。同时控制反馈器运动的力矩只是克服一点摩擦力因而控制力特别小，但它却可以控制比它大很多倍、甚至几十上百倍的力矩进行变速。就好象一个物体处于斜坡上并处于临界状态，这时我们只要给物体一个向下滑方向能破坏平衡的力。物体就会向下滑动一样。

行星齿轮无级变速器可以用于不要求传递功率，而要求传动比很大的地方，它可以用于要求使用寿命长，体积小，作为离合器使用的地方。它作为离合器使用时，可以有很高的效率和能传递大的功率，并有很高的使用寿命。特别是在该无级变速器的基础上发明的行星齿轮自动变速器，可以方便地应用于汽车变速***中，并能代替离合器，可集离合器和自动变速器为一体，使发动机能很好地与变速器匹配工作。

从上面的介绍中我们可以看到行星齿轮无级变速器有如下的特点：

1、该无级变速器具有速比较大的优点，甚至输出轴的转速可以为零。

2、该无级变速器在变速时十分平顺无冲击。

3、控制该无级变速器十分方便容易。

4、该无级变速器承载能力大，寿命长。

5、该无级变速器在输入扭矩恒定时，输出扭矩也是恒定的。

6、该无级变速器在反馈器能自锁的另件不转动时效率很高，而在它转动时效率下降以至为零。

发明（二）行星齿轮自动变速器

发明（二）行星齿轮自动变速器涉及机械传动装置中自动变速器的技术方案，该变速器适用于原动机是软特性，而负载需要的扭矩经常变化的传动***中，它特别适用于各种汽车、摩托车等车辆。

它是在发明（一）行星齿轮无级变速器的工作原理的基础上发明的。它由一组具有差动性能的机构，或由几组具有差动性能的机构串联组成合成运动机构，由一组具有差动性能的机构，或由几组具有差动性能的机构串联组成反馈器。且组成反馈器的机构中有一个部件在作为从动件时，当传动比的绝对值达到一定值时会自锁，合成运动机构的输入轴或输出轴与几组反馈器的输入端联接传动，而反馈器的输出端经单向超越离合器与合成运动机构中不是输入轴或不是输出轴的运动件联接传动。而反馈器中可能发生自锁的运动件的运动、由离合器、电动机、油马达、离心式的机构，棘轮、棘爪等机构进行控制和自动控制。

在《常见机构的原理及应用》一书中232页中公开了一种自动变速器的技术方案。

在《汽车工程手册》第二分册，该书由日本自动车技术会，小林明等编，汽车工程手册编译委员会译，统一书号15033·5372，一书中176～183页公开了常用的几种汽车用自动变速器。上述两种文献中介绍的几种汽车用自动变速器都是用行星齿轮机构经复杂的串联组成的，它们都是用离合器来控制行星齿轮机构来得到几档速度的，并配以液力变扭器或液力偶合器再加上液压传动来实现自动变速的。从而达到对汽车进行自动变速的控制。这几类变速器的不足之处是效率较低，控制力矩大，控制机构复杂，成本高，变速时扭矩波动较大。因而在中低档汽车及摩托车中应用较少。

在发明专利申请的行星齿轮型传传动***。CN86    10093A中公开了一种行星齿轮型传动***。该变速器的原理图见附图22，该变速器有7个前进档和1个后退档。该变速器也是由几组行星齿轮机构经复杂的串联组成，并由几组离合器来控制其变速的，当它配以液压机构可实现自动控制。

该变速器的不足之处是控制力矩大，成本较高，变速时扭矩有波动。控制机构复杂等缺点。发明（二）行星齿轮自动变速器的目的。就是要避免上述现有自动变速器结构复杂，成本高，控制***要用液压等缺点，而提供的一种自动变速器的技术方案。

本文明的目的可以通过以下措施来达到：行星齿轮自动变速器可以由一组、或由几组串联组成的具有差动性能的机构（即合成运动机构），它们中的一个或几个运动件通过单向超越离合器，与一组，几组、或几组串联组成具有差动性能的机构（即反馈器）中不会自锁的一个或几个运动件联接传动，而机构中作为从动件，并在其传动比的绝对值达到一定时能自锁的运动件，与操纵机构相联接，并受其控制。

最好由下述几种机构，a、2K-H（NGW）行星齿轮机构，b、谐波传动机构，c、少齿差行星齿轮机构（K-H-V）或摆线针轮传动机构，d、活齿波波动传动机构，并由上述a、b、c、d中所述的一组或几组串联组成的机构组成合成运动机构，合成运动机构也有差动性能，且上述机构效率较高，最好由，a、2K-H正号行星齿轮机构，f、3K机构，并由a、f中所述的一组或几组串联组成的机构组成反馈器。反馈器也具有差动性能，且上述机构中的一个运动件在作为从动件时，当其传动比的绝对值达到一定值时会发生自锁。合成运动机构中的一个或几个运动件（不含输入轴与输出轴）都通过单向超越离合器，与一组或几组反馈器中不会自锁的一个或几个运动件联接传动，合成运动机构中的另一个或另几个运动件。与一组或几组反馈器中不会自锁的运动件联接传动。而反馈器中作为从动件，并在其传动比的绝对值达到的一定时会自锁的部件与操纵机构相联接，并受其控制。

合成运动机构与反馈器联接传动时，它们可以同轴联接或者轴线平行联接传动。当合成运动机构与多组反馈器联接传动时，反馈器中的一组或几组可以与合成运动机构同轴联接传动，而其它的反馈器与合成运动机构轴线平行联接传动。

当由上述a、b、c、d中所述的几组机构串联组成合成运动机构，和由a、f中所述的几组机构串联成反馈器时，它们可以是相同的一种机构或者是几种不同的机构串联组成。它们可以同轴串联或轴线平行串联，串联组成合成运动机构的目的是，为了增大它的传动比和增加变速器的档数以减少反馈器的数量。串联组成反馈器可以使控制反馈器运动的转速降低。

每一个组成合成运动机构的机构，都可以有一组单向超越离合器的一端与机构中不是输入或输出件的运动件联接，另一端与不旋转的部件联接，并始终不转动，这样做的目的是为了减少反馈器的数量。

可以控制反馈器运动的其它部件有，q、齿轮及齿轮机构，h、离合器，i、油马达，j、电动机，k、凸轮，棘轮或棘爪，m、靠离心力工作的机构，n、皮代传动机构，o、摩擦轮机构。

控制行星齿轮自动变速的方式有，P、手动操纵，q机械式自动控制，r液压控制，s、电气控制，t、机械、液压，电气混合控制，以及由r、s、t中所述的方式进行自动控制。

行星齿轮自动变速器是这样来工作的，当转速从输入轴传入后，经合成运动机构，然后传给输出轴。一组或几组反馈器从输出轴得到转速和扭矩，然后传给合成运动机构中不是输入轴的运动件，从而由一组或几组反馈器与合成运动机构形成封团传动，而另一组或几组反馈器处于不工作状态（即不传递运动和扭矩）这时自动变速器处于一个档工作。当原来不工作的反馈器工作时，变速器又得到了另一个档或几个档。而反馈器的工作与否，可以由靠离心力工作的机构，电气、液压等机构根据原动机和负载的情况来对其进行自动控制。也可以用手动操纵机构对其进行控制。

附图17、是手操纵的两档行星齿轮变速器的实施例。

附图18、是三档摩托车用行星齿轮自动变速器的实施例。

附图19、是六档车用行星齿轮自动变速器的实施例。

下面将结合附图17、附图18、附图19中介绍的实施例对行星齿轮自动变速器的技术方案作进一步详述：

从发明（一）行星齿轮无级变速器的介绍中我们知道，该无级变速器的各齿轮在变速时都处于常啮合状态。因而变速时无冲击。并且在反馈器中会自锁的构件自锁时。变速器的效率最高，但反馈器中会自锁的构件转动时，变速器的，效率下降以至为零。行星齿轮自动变速器就是利用上述的特点来工作的，行星齿轮自动变速器在变速时有行星齿轮无级变速器的特点。即无冲击、平滑变速，在几组反馈器分别处于定轴传动状态时，变速器得到几个档位、并在这几个档位高效率地工作。

附图17介绍的是一种手操纵的两档变速器，该变速器有一个由2K-H负号单排行星齿轮机构组成的合成运动机构。有二个由2K-H正号双排内啮合的行星齿轮机构组成的反馈器。它的工作原理如下：

运动从输入轴（S）传入，经合成运动机构（M）传给齿轮（11），然后传给齿轮（9）。这时凸轮（1T）、（2T）均把拨叉（1B）、（2B）推向左边，离合器（1N）、（2N）的右边与反馈器（1F）、（2F）的系杆（1H）、（2H）结合。这时从齿轮（2）传给齿轮（19）、（20）的转速使（1H）、（2H）高速转动、反馈器（1F）、（2F）的输出端齿轮（7）、（22）的转向与输入轴（S）的转向相反，合成运动的内齿轮的转向与输入轴（S）相反，而与齿轮（7）、（22）相同。但转速低于齿轮（7）和（22）。因而单向超越离合器（1D）、（2D）均处于超越状态，这时输出（C）的转速为零。

当向顺时针转动操纵手轮（K）。并把凸轮（2T）的低处转到了拨叉（2B）的凸块处时，与（2B）联接的压簧把拨叉（2B）推向右边，系杆（2H）与离合器（2N）的左边结合、离合器的左边又与箱体相固接、离合器的左边与箱体固接的目的是为了保证反馈器中能自销的构件可靠地自锁。这时系杆（2H）自锁。反馈器（2F）处于定轴传动，这时系杆（1H）仍然高速转动，反馈器（1F）的输出端齿轮（7）的转速低于齿轮（15）的转速，单向超越离合器（1D）处于超越状态，单向超越离合器（2D）处于工作状态，这时运动的传递路线是这样的：

运动由输入轴（S）传入→合成运动机构（M）→齿轮（11）和输出轴（C）。

另一条运动传递的路线是：

输入轴（S）→（M）→齿轮（11）→齿轮（10）→反馈器（2F）→单向超越离合器（2D）→齿轮（22）→齿轮（21）→（M），并由它们形成封闭传动，这时变速处于1档工作。在系杆（2H）慢慢自锁时，输出轴（C）慢慢转动并升高转速。输出轴（C）的转向与输入轴（S）相同，并在系杆（2H）完全自锁时稳定下来，这时由于反馈器（2F）处于定轴传动，因而变速器有很高的效率。

当我们又向顺时针转动操纵手轮（K），并使凸轮（1T）的低处转到了拨叉（1B）的凸块处。这时与（1B）联接的压簧把拨叉（1B）推向右边，反馈器（1F）的系杆（1H）与离合器（1N）的左边结合，系杆（1H）自锁，反馈器（1F）处于定轴传动。这时齿轮（15）从齿轮（7）得到的转速比齿轮（21）从齿轮（22）得到的转速高，尽管这时反馈器（2F）的系杆（2H）仍然自销，但单向超越离合器（2D）处于超越状态，而（1D）处于工作状态，这时运动的传递路线是这样的：

一条是，运动从输入轴（S）传入→（M）→齿轮（11）→输出轴（C）。

另一条是，（S）→（M）→齿轮（11）→齿轮（9）→反馈器（1F）→单向超越离合器（1D）→齿轮（7）→齿轮（15）→（M），并由它们形成封闭传动。

这时输出轴（C）的转速高于1档时的转速，变速器处于2档工作。

当我们需要降低转速或者要使变速器输出转速为零时，只要向逆时针转动手轮（K）就行了。

下面将结合附图（18）来对行星齿轮自动变速器的技术方案作再一步的详细介绍：

附图18是一种代自动离合功能的摩托车用三档自动变速器的实施例。

这种变速器的合成运动机构是由两组2K-H负号单排行星齿轮机构串联组成的，它有两组由2K-H正号内啮合行星齿轮机构组成的反馈器（1F）、（2F）。它还有两组离心式自动控制器，一组与齿轮（20）、（2）联接，并受发动机转速的控制，另一组离心式自动控制器与齿轮（10）、（11）联接，并受变速器输出轴转速的控制。

三档自动变速器的工作原理是这样的。当发动启动后发动机低速转动。运动由输入轴（S）传入，这时由于发动机处于低速转动，离心式自动控制器（1K）、（2K）上的弹簧都把拨叉杆（B）推向右边，凸轮（1T）、（2T）把拨叉（1B）、（2B）上代凸块的一端推向左边，离合器（1N）、（2N）的右边与系杆（1H）、（2H）结合，并使它们高速转动，这时合成运动机构（1M）的内齿轮处于停止状态，而（2M）的内齿轮的转向与输入轴（S）相反，并且由合成运动机构（1M）、（2M）合成运动后输出轴（C）的转速为零。因而变速器处于分离状态。

当油门加大到一定后，发动机的转速相应提高，离心式自动控制器（1K）和油门拉线（×）上的弹簧把凸轮轴（1Z）向顺时针方向转动。当凸轮（2T）上的低处转动到开始与拨叉（2B）的凸块接触时，离合器（2N）的右边与系杆（2H）慢慢分离，（2N）的左边与系杆慢慢结合，反馈器（2F）的系杆（2H）的转速下降，并慢慢自锁，摩托车在（2H）的转速下降时慢慢启动，并在系杆（2H）自锁时处于1档工作。由于这种变速器在变速过程与行星齿轮无级变速器的过程一样，因而在输入扭矩恒定时输出扭矩也恒定，摩托车在启动时从变速器得到的扭矩与1档时得到的扭矩一样，这时运动的传递路线是：

一条是输入轴（S）→（1M）→（2M）→输出轴（C）。

另一条是输入轴（S）→（1M）→（2M）→齿轮（11）→齿轮（10）→反馈器（2F）→（2D）→齿轮（22）→齿轮（21）→（2M），并由它们形成封闭传动，这时（1H）仍然高速转动，超越离合器（1D）、（3D）处于超越状态，而（2D）、（4D）处于工作状态。

摩托车启动并提高车速后，发动机转速相应提高，离心式自动控制器（1K）、（2K）的转速也提高一些，它们在自己的重锤作用下把拨叉杆（B）继续推向左边，凸轮轴（1Z）在齿条（26）和齿轮（25）的作用下继续向顺时针转动;当转动到拨叉（1B）的凸块在与之相联弹簧的作用下落入凸轮（1T）的低处时，同时拨叉（2B）在凸轮（2T）的作用下被推向左边，这时离合器（2N）的左边与（2H）分离，而右边与（2H）结合，反馈器（2F）的系杆（2H）高速转动，同时离合器（1N）的右边与（1H）分离，左边与（1H）结合，反馈器（1F）的系杆（1H）自锁，反馈器（1F）处于定轴传动。这时超越离合器（4D）、（2D）处于超越状态，而超越离合器（1D）、（3D）处于工作状态。这时运动由下列路线进行传递：

一条是输入轴（S）→（1M）→（2M）→输出轴（C）。

另一条是输入轴（S）→（1M）→（2M）→齿轮（11）→齿轮（9）→反馈器（1F）→（3D）→齿轮→（7）→齿轮（15）→（2M）。

还有一条是输入轴（S）→（1M）→（2M）→齿轮（11）→齿轮（9）→反馈器（1F）→（1D）→齿轮（23）→齿轮（24）→（1M）。

并由它们形成封闭传动。这时变速器输出轴（C）的转速高于1档时的转速。变速器处于2档工作。

当摩托车进一步提高车速后，离心式自动控制器（1K）、（2K）把拨叉杆（B）推到最左边，凸轮轴（1Z）在齿条（26）和齿轮（25）的作用下向顺时针转动，拨叉（2B）上的凸块又落入凸轮（2T）的缺口，离合器（2N）的右边与（2H）分离，而（2N）的左边与（2H）结合，（2H）自锁，而拨叉（1B）的凸块仍处于凸轮（1T）的低处，系杆（1H）仍然自锁。这时由于齿轮（21）从（22）得到的转速高于齿轮（15）从（7）得到的转速，因而单向超越离合器处于超越状态，（4D）也处于超越状态，而（1D）和（2D）处于工作状态。

这时变速器运动的传递路线是这样的：

一条是输入轴（S）→（1M）→（2M）→输出轴（C）。

另一条是输入轴（S）→（1M）→（2M）→齿轮（11）→齿轮（9）→反馈器（1F）→（1D）→齿轮（23）→齿轮（24）→（1M）。

还有一条是输入轴（S）→（1M）→（2M）→齿轮（11）→齿轮（10）→反馈器（2F）→（2D）→齿轮（22）→齿轮（21）→（2M）。

并由它们形成封闭传动，这时变速器处于最高档工作，即3档工作、输出轴（C）的转速最高。

当摩托车上坡时变速器又根据车速的降低和发动机转速的变化向低档变速，它的工作原理如下：

当摩托车上坡时，由于负荷的增大发动机转速下降，并且车速也降低。这时离心式自动控制器（1K）、（2K）的转速也降低了，它们并把拨叉杆（B）推向右边，这时反馈器（2F）的系杆（2H）高速转动，单向超越离合器（2D）、（4D）处于超越状态，单向超越离合器（1D）、（3D）处于工作状态。这时运动的传递路线与前述的2档时一样，变速器处于2档工作。

当坡度再增大后摩托车的速度进一步下降，发动机转速也下降，（1K）、（2K）的转速再一次降低，它又一次把拨叉杆（B）推向右边，这时反馈器（1F）的系杆（1H）高速转动，而反馈器（2F）的系杆（2H）自锁，单向超越离合器（4D）、（2D）处于工作状态，而（1D）、（3D）处于超越，状态，这时运动的传递路线与前述的1档时一样，变速器处于1档工作。

当我们要使摩托车停下来，可以慢慢关小油门，摩托车即可停下来，而发动机可以熄火。

为了满足摩托车制动需要，变速器还设置了快速离合的机构。它用了一组曲柄机构来直接控制两组离合器与系杆的离合，从而控制整个变速器的离合。它的工作原理如下：

当驾驶员要制动时，踏下制动踏板（P）〔踏板与（2Z）和制动拉线相联接〕，曲柄轴（2Z）随着转动，并拉着连杆（1L）、（2L）把拨叉（1B）、（2B）拉向右边，使离合器（1N）、（2N）的右边与系杆（1H）、（2H）相结合，并使它们转动，当离合器与系杆有打滑时，变速器有动力输出，但转速降低，当离合器与系杆无打滑现象时，变速器彻底分离，从而使摩托车能可靠地制动。当松掉制动踏板（P）后，变速器又根据车速和发动机的转速回到相应的档位工作，由于该变速器是摩托车用变速器，因而没有设置到档。

附图19介绍的是一种车用6自动变速器的技术方案的实施例。

该变速器有6个档和一个到档，还有一个空档。它也可代替离合器集离合器、自动变速器为一体。它的工作原理与前述三档摩托车用自动变速器一样，当汽车要启动前进时应把手柄（Y）向逆时针搬到1档位置。

变速器的分离状况是这样的，系杆（1H）、（2H）、（3H）都高速转动，这时输出轴（C）的转速为零。

变速器1档的运动传递路线是：

一条是（S）→（1M）→（2M）→（C）。

另一条是（S）→（1M）→（2M）→（11）→（10）→（2F）→（3D）→（34）→（33）→1M）。

还有一条是（S）→（1M）→（2M）→（11）→（10）→（2F）→（4D）→（39）→（38）→（2M）。

这时（1H）、（3H）高速转动，而（2H）自锁。

变速器2档的运动传递路线是：

一条是（S）→（1M）→（2M）→（C）。

另一条是（S）→（1M）→（2M）→（11）→（40）→（3F）→（5D）→（37）→（36）→（1M）。

还有一条是（S）→（1M）→（2M）→（11）→（40）→（3F）→（6D）→（7）→（15）→（2M）。

这时（1H）、（2H）高速转动，而（3H）自锁，齿轮（37）与（36）啮合。

变速器3档的运动传递路线是：

一条是（S）→（1M）→（2M）→（C）。

另一条是（S）→（1M）→（2M）→（11）→（10）→（2F）→（3D）→（34）→（33）→（1M）。

还有一条是（S）→（1M）→（2M）→（11）→（9）→（1F）→（2D）→（22）→（21）→（2M）。

这时（3H）高速转动，而（1H）、（2H）自锁。单向超越离合器（1D）、（4D）、（5D）、（6D）处于超越状态，而（2D）、（3D）工作。

变速器4档的运动传递路线是：

一条是（S）→（1M）→（2M）→（C）。

另一条是（S）→（1M）→（2M）→（11）→（9）→（1F）→（1D）→（23）→（24）→（1M）。

还有一条是（S）→（1M）→（2M）→（11）→（9）→（1F）→（2D）→（22）→（21）→（2M）。

这时（2H）、（3H）高速转动，而（1H）自锁，单向超越离合器（3D）、（4D）、（5D）、（6D）处于超越状态，而（1D）、（2D）工作。

变速器5档的传递路线是：

一条是（S）→（1M）→（2M）→（C）。

另一条是（S）→（1M）→（2M）→（11）→（9）→（1F）→（2D）→（22）→（21）→（2M）。

还有一条是（S）→（1M）→（2M）→（11）→（10）→（2F）→（3D）→（34）→（33）→（1M）。

这时（3H）高速转动，而（1H）、（2H）自锁，单向超越离合器（1D）、（4D）→（5D）→（6D）处于超越状态，而（2D）、（3D）工作。

变速器6档的运动传递路线是：

一条是（S）→（1M）→（2M）→（C）。

另一条是（S）→（1M）→（2M）→（11）→（10）→（2F）→（3D）→（34）→（33）→（1M）。

还有一条是（S）→（1M）→（2M）→（11）→（40）→（3F）→（6D）→（7）→（15）→（2M）。

这时（1H）、（2H）、（3H）都自锁，单向超越离合器（1D）、（2D）、（4D）、（5D）处于超越状态，而（3D）、（6D）、工作。齿轮（7）与（15）啮合。

变速器到档的运动传递路线是：

到档的运动传递路线在齿轮（29）时（29）→（28）→（30）→（32）→（31）→（C），输出轴（C）经以上几个齿轮换向后，它的转向与输入轴（S）相反。

当汽车要制动和变速器要分离时，驾驶员踏下制动踏板（P），制动踏板（P）又与制动器联接，（P）经拉杆（L）转动（2Z）并拉动拉杆（1L）、（2L）、（3L）向左运动，3根拉杆把3个拨叉（1B）、（2B）、（3B）都向左拉，从而使离合器（1N）、（2N）、（3N）的右边与系杆（1H）、（2H）、（3H）结合，它们都高速转动，变速器分离，输出轴（C）的转速为零。

以上几种变速器在前进档时输轴与输入轴的转向相同。

为了减少反馈器的个数和降低反馈器中会自锁构件的转速，也可以在变速器输入轴前设置主离合器。

以上几种变速器的单向超越离合器在没有处于传动路线中时都处于超越状态。

为了方便地控制变速器进行变速，可以用电机、油马达等对会自锁的构件进行控制，可以用手柄，按纽等对电机、油马达进行控制，也可以用速度传感器、电子计算机对电机、油马达进行自动控制，从而达到对变速器的自动控制。

为了减少反馈器的个数和增加档数并同时能起离合器作用时，可在与合成运动机构相联接的超越离合器中使用一组或几组单向可控超越离合器，当要使变速器分离或制动时单向可控超越离合器处于分离状态。

当要设计一个10档变速器，只要在附图19的基础上增加一组反馈器和相应的齿轮，超越离合器即可。

在设计行星齿轮自动变速器时，应根据所需要的速比来设计各对相啮合的齿轮和各组反馈器的速比。并在设计时要注意防止换档循环。

行星齿轮自动变速器可以广泛地用于各种汽车，运输车辆的传动***中。也可以用于各种要求变速时扭矩不中断的机械传动***中，（不包括要求从正向转速到反向的变速）。也可广泛地应用于原动机属于软特性的变速***中，并能自动根据负载的情况自动变速。

行星齿轮自动变速器与现有变速器和自动变速器相比有如下优点：

1、它能很好地实现发动机与负载之间的匹配，使软特性的发动机能始终处于较佳状态工作，能使发动机降低油耗，减少磨损，提高发动机的寿命，把它应用于汽车中能改善汽车的行驶性能。

2、它能集离合器、变速器为一体，因而功能多、体积小、结合可靠、成本低。

3、行星齿轮自动变速器在变速时，由于输出扭矩不中断，并没有大的波动，并由于各级齿轮都处于常啮合状态。因而变速时无冲击特别平顺，作为汽车用变速器它大大提高了汽车的舒适性。

4、当合成运动机构由几组具有差动性能的机构组成时，这几组机构可以完全相同。当变速器中有几组反馈器和单向超越离合器时，这几组反馈器可以完全相同，这几组单向超越离合器也可以完全相同。因而可以减少另件的种类，以利标准化、批量化、专业化生产、从而降低了成本提高了质量。

5、行星齿轮自动变速器操纵、控制方便，作为汽车用变速器时它可以不使用现在常用的拨叉式操纵机构，它没有乱档的可能，并且是直线式变速，即操纵杆只有向前和向后运动，因而直观方便，不象常用的汽车变速器变速时要向前、向后、向左、向右的操纵方式复杂。

6、行星齿轮变速器变速时所用的控制力矩很小，它与常用的汽车用自动变速器变速时对行星齿轮机构中的构件进行制动的力矩相比，控制它的力矩几乎可以忽略不计。因而它不用液压机构就能实现变速。从而减少了机构提高了变速器的可靠性，降低了变速器的成本。

7、行星齿轮自动变速器的率也很高，一般在0.9-0.96之间，它比代液力偶合器和变扭器的汽车用自动变速器的效率要高，并且它在作为汽车用自动变速器时，省去了主离合器和液力偶合器以及液力变扭器，从而提高了效率，降低了制造成本和使用成本。

8、由于它的控制力矩很小，因而控制离合器和控制它们的齿轮的载荷都不大，它们的体积也很小。

9、由于它在变速时无冲击，并且各对齿轮都处于常啮合状态，并较多采用内齿轮传动，因而寿命很高。

10、由于它可以自动变速，并且是直线式的操纵，因而可以方便地实现远距离操纵，特别是到档与前进档的档数可以一样多，（这时只要专门设置一个到档手柄与前进手柄即可），因而它作为汽车用变速器时，可以在汽车的两端操纵汽车，这一点在一些专用车辆和军用车上有用处。

11、由于行星齿轮自动变速器可以方便地实现自动变速器，作为汽车用变速器，它可以实现只有油门踏板和制动踏板的两踏板操纵，从而大大减轻了汽车驾驶员的劳动强度，提高了安全性。

12、由于行星齿轮自动变速器在作为离合器时具有结合牢靠的特点，因而在各种情况下起步容易，并且使用寿命很高。

Claims (9)

1、一个机械传动中的无级变速装置。它由几组具有差动性能的机构和操纵机构以及齿轮等零件组成。其特征在于：一组或由几组串联组成的具有差动性能的机构(即合成运动机构)。它们中的几个运动件与一组、几组、或几组串联组成的具有差动性能的机构或部件相联接。并受其控制。

2、一个机械传动中的自动变速器，它由几组具有差动性能的机构，几组单向超越离合器，一组或几组自动控制机构，以及齿轮等零件组成，其特征在于：一组或由几组串联组成的具有差动性能的机构（即合成运动机构），它们中的一个或几个运动件通过单向超越离合器、与一组、几组、或几组串联组成的具有差动性能的机构（即反馈器）中不会自锁的一个或几个运动件联接传动，而机构（反馈器）中作为从动件，并在其传动比的绝对值达到一定时能自锁的运动件与自动控制机构或操纵机构相联接，并受其控制。

3、按照权利要求（1）所述的无级变速装置。其特征是：最好由下述几种机构。a、2K-H（NGW）行星齿轮机构，b、谐波传动机构，c、少齿差行星传动机构（K-H-V）或者摆线针轮传动机构，d、活齿波波动传动机构，并由上述a、b、c、d、中所述的一组或几组串联组成的机构组成合成运动机构（即能实现差动的机构）：最好由，e、2K-H（NGW）正号行星齿轮机构，f、3K机构，并由上述e、f中所述的一组或几组串联组成的机构组成反馈器;合成运动机构中的几个运动件与反馈器中不会自锁的几个运动件联接传动;反馈器中作为从动件，并在其传动比的绝对值达到一定值时能自锁的部件与操纵机构相联接，并受其控制。

4、按照权利要求（2）所述的自动变速器，其特征是：最好由下述几种机构，a、2K-H（NGW）行星齿轮机构，b、谐波传动机构，c、少齿差行星齿轮机构（K-H-V）或者摆线针轮传动机构，d、活齿波波动传动机构，并由上述a、b、c、d、中所述的一组或几组串联组成的机构组成合成运动机构;最好由，a、2K-H（NGW）正号行星齿轮机构，f、3K机构，并由a、f中所述的一组几组串联组成的机构组成反馈器;合成运动机构中的一个或几个运动动件（不含输入轴和输出轴）都通过单向超越离合器，与一组或几组反馈器中不会自锁的一个或几个运动件联接传动，合成运动机构中的另一个或另几个运动件，与一组或几组反馈器中不会自锁的另一个或另几个运动件联接传动;而反馈器中作为从动件，并在传动比的绝对值达到一定值时会自锁的部件与自动控制机构或操纵机构相联接，并受其控制。

5、按照权利要求（1）和（2）所述的变速器，其特征是：合成运动机构与反馈器联接传动时，它们可以同轴联接或者轴线平行联接传动;当合成运动机构与多组反馈器联接传动时，反馈器中的一组或几组可以与合成运动机构同轴联接传动，而其它的反馈器与合成运动机构平行联接传动。

6、按照权利要求（3）和（4）所述的变速器，其特征是：由权利要求（3）和（4）中a、b、c、d中所述的几组机构串联组成合成运动机构和由a、f中所述的机构串联组成反馈器时。它们可以是相同的一种机构或者是几种不同的机构串联组成，它们可以同轴串联或轴线平行串联。

7、按照权利要求（2）中所述的变速器，其特征是：每一个组成合成运动机构的机构，都可以有一组单向超越离合器的一端与该机构中不是输入轴和输出轴的运动件联接，另一端与不转动的部件联接，并始终不转动。

8、按照权利要求（1）和（2）所述的变速器，其特征是：可以控制反馈器中能自锁的构件运动的操纵机构有，g、齿轮及齿轮机构，h、离合器，i、油马达，j、电动机，k、凸轮，l、棘轮或棘爪，m、靠离心力来工作的机构，n、皮代传动机构，o摩擦轮机构。

9、按照权利要求（1）和（2）所述的变速器，其特征是：控制变速器变速的方式有，p、手动操纵，q、机械式自动控制，r、液压控制，s、电气控制，t、机械、液压、电气混合控制，以及由r、s、t中所述的方式进行自动控制。

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