CN107664194A

CN107664194A - 一种机械无级变速方法及无级变速器

Info

Publication number: CN107664194A
Application number: CN201610600679.7A
Authority: CN
Inventors: 钟跃荣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-07-28
Filing date: 2016-07-28
Publication date: 2018-02-06

Abstract

一种机械无级变速方法及无级变速器，其中的机械无级变速器包括变速器外壳，变速器外壳内通过设置多个齿轮进行啮合，并且还设有单向离合器、行星机构和差速器，在这些部件的组合下，实现了纯机械式的无级变速。本发明通过过差速器将动力分两路传递出去，再通过行星机构将差速器分出的两路动力合并在一起输出，根据输出端负载不同，两路动力会自动调节最终实现变速。本发明通过增加单向离合器，避免了整个装置在输出端受力较大的情况下发生空转的问题。本发明结构简单，使用便捷，并且能够大大减少制造成本，提高反馈速率。

Description

一种机械无级变速方法及无级变速器

技术领域

本发明涉及无级变速领域，尤其是涉及一种机械无级变速方法及无级变速器。

背景技术

目前，变速器通常被用在车床、汽车以及其他需要变速的机械装置和设备上。比如在汽车中，变速器是汽车进行运转的必要部件之一，汽车通过变速器改变发动机曲轴上的扭力，从而改变汽车的速率，适应不同的行驶条件。

随着科技的进步，现在最常用的变速器为无级变速器。无级变速是指：在变速范围内，能够连续获得任意传动比的变速***。汽车通过无级变速器的作用可以使传动***与发动机产生最佳匹配的效果。

目前各行业大量使用变速器，尤其是在汽车行业存在各种变速器方案，如MT、AMT、AT、CVT、DCT等，每种方案都存在其优缺点。

各类

MT

AMT

AT

CVT

DCT

本方案

机构

简单

复杂

简单

成本

低

高

低

效率

高

低

高

控制

简单

复杂

简单

效果

需手动换档

换档质量差

好

可实现无级变速

好

可实现无级变速

从上表中所示的现有技术中的各种无级变速器，存在着各种各样的问题。为了解决这些问题，文献CN 105370850 A公开了一种变速装置，通过多个齿轮与差速器、行星架的配合，实现机械式无级变速，降低了成本，提高了反馈速率，如果在汽车上使用，比传统变速箱结构紧凑便于安装布置；成本低，效率高，可靠性高，降低了使用维护费用；无需复杂控制，可节省开发过程中的标定工作。但是，该变速装置在使用过程中，如果输出轴上的扭矩太大，会直接引起第二齿轮反转，使整个减速器空转，难以实现扭矩的输出。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是为了克服现有技术的不足，提供一种机械无级变速方法及无级变速器，能够防止内部空转现象的发生，并且能降低成本，提高效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种机械无极变速方法，动力通过差速器壳体输入，再通过差速器两端的半轴齿轮进行输出，其中一个半轴与行星机构的太阳齿轮联接，另一个半轴与行星机构的齿圈联接，与齿圈联接的半轴端上加入一个单向离合器防止反转。

进一步地，单向离合器安装在差速器的二个轴中受来自输出端反作用力较大的那根轴上。

本发明进一步解决其技术问题所采用的技术方案是：根据上述机械无级变速方法所制成的一种机械无级变速器，包括变速器外壳，变速器外壳内设有输入轴、第一轴、第二轴、第三轴和输出轴；输入轴上设有输入齿轮，第一轴的一端设有差速器，差速器的一半轴齿轮与第一轴相连，另一半轴齿轮与第二轴相连，差速器外壳上设有齿轮，齿轮与输入齿轮啮合，第三轴的一端连接有行星机构，行星机构的太阳轮与第三轴连接，行星架与输出轴连接，第一轴上设有第一齿轮，第二轴上设有第二齿轮，第三轴上设有第三齿轮，行星机构的外壳上设有齿圈，第一齿轮与第二齿轮分别位于差速器的两侧，第一齿轮与第三齿轮啮合，第二齿轮与齿圈啮合，第二轴上设有单向离合器，单向离合器位于第二齿轮远离差速器的一端。

另外，在实际情况中，根据各个齿轮的齿数不同和差速器与行星架的组合形式不同，单向离合器可能安装在不同的位置上，具体的安装位置实例见实施例。

在上述的机械无级变速器中，所述变速器外壳内还可设有多个与行星机构并联的差速器。

在上述的机械无级变速器中，所述第一轴L₁的一端还可设有多个差速器，多个差速器串联在一起。

在上述的机械无级变速器中，所述变速器外壳内还可设有多个相同的输入轴，输入轴通过输入齿轮与差速器并联。

进一步地，所述行星机构包括齿圈、太阳齿轮和行星架，行星架上设有两个行星齿轮，行星齿轮与齿圈连接，太阳齿轮与行星齿轮相互啮合，太阳齿轮安装在第三轴上，行星架安装在输出轴上。

在上述的机械无级变速器中，所述输出轴上还可设有多个串联的行星机构。

在上述的无级变速器中，所述所述变速器外壳内还可设有多个输出轴、第三轴和行星机构，行星机构与第二齿轮并联。

进一步地，所述第二轴与第一轴在同一水平线上，输入轴与第二轴平行，输出轴与第三轴在同一水平线上，输出轴与第二轴平行。

最优的，所述第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、输入齿轮、齿圈、齿轮的传动比相等。当然，第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、输入齿轮、齿圈、齿轮的传动比还可以根据实际需求进行不同方式的组合变化。

本发明的有益效果：本发明通过增加单向离合器，使得输出轴在受到很大的阻力时无法带动第二齿轮反转，避免了整个装置在受力较大的情况下发生空转的问题。本发明结构简单，使用便捷，并且能够大大减少制造成本，提高反馈速率。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1—为本发明的结构示意图；

图2—为本发明的第一种衍生示意图；

图3—为本发明的第二种衍生示意图；

图4—为本发明的第三种衍生示意图；

图5—为本发明的第四种衍生示意图；

图6—为本发明的第五种衍生示意图；

图7—为本发明的第六种衍生示意图。

图中：H—变速器外壳，L_in—输入轴，L₁—第一轴，L₂—第二轴，L₃—第三轴，L_out—输出轴，Z_in—输入齿轮，A—差速器，Z_A—齿轮，B—行星机构，A₁—第一输入锥齿轮，A₂—第二输入锥齿轮，A₃—第一输出锥齿轮，A₄—第二输出锥齿轮， B₁—齿圈、B₂—太阳齿轮，B₃—行星齿轮，B₄—行星架，C—单向离合器，L_out—输出轴。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种机械无级变速器，包括变速器外壳H，变速器外壳H内设有一个输入轴L_in、一个第一轴L₁、一个第二轴L₂、一个第三轴L₃和一个输出轴L_out；输入轴L_in上设有输入齿轮Z_in，第一轴L₁的一端设有差速器A，差速器A的一端与第一轴L₁相连，另一端与第二轴L₂相连，差速器A上设有齿轮Z_A，齿轮Z_A与输入齿轮Z_in啮合，第三轴L₃的一端连接有一个行星机构B，行星机构B的一端与第三轴L₃连接，另一端与输出轴L_out连接，第一轴L₁上设有第一齿轮Z₁，第二轴上设有第二齿轮Z₂，第三轴L₃上设有第三齿轮Z₃，行星机构B的外壳上设有齿圈B₁，第一齿轮Z₁与第二齿轮Z₂分别位于差速器A的两侧，第一齿轮Z₁与第三齿轮Z₃啮合，第二齿轮与齿圈B₁啮合，第二轴L₂上设有单向离合器C，单向离合器C位于第二齿轮Z₂远离差速器A的一端。

所述行星机构B包括齿圈B₁、太阳齿轮B₂和行星架B₄，行星架B₄上设有两个行星齿轮B₃，行星齿轮B₃与齿圈B₁连接，太阳齿轮B₂与行星齿轮B₃相互啮合，太阳齿轮B₂安装在第三轴L₃上，行星架B₄安装在输出轴L_out上。

所述第一齿轮Z₁、第二齿轮Z₂、第三齿轮Z₃、输入齿轮Z_in、齿圈B₁、齿轮Z_A的传动比相等。

所述差速器A将受到的力分成两个力至与其连接的第一轴L₁及第二轴L₂。

本实施例的动力传输路径如下：

1、经输入齿轮Z_in输入到差速器A外壳上；

2、通过差速器A的第一输出锥齿轮A₃、第二输出锥齿轮A₄分两路输出；

3、第一输出锥齿轮A₃输出的动力通过第一齿轮Z₁和第三齿轮Z₃传到行星机构B的太阳齿轮B₃，同时第二输出锥齿轮A₄输出的动力通过第二齿轮Z₂传到行星机构B的齿圈B₁；

4、行星机构B的行星轮同时受到太阳齿轮B₃和齿圈B₁的做用产生转动带动行星架B₄转动，将动力输出；

5、在输入不变的情况下，随着行星架B₄受到的外界阻力增大，B₄转速将降低，齿圈B₁转速也将降低直至停止再产生反转。此时可以加入单向离合器C确保齿圈B₁不产生反转，从而构成一个齿圈B₁固定，太阳齿轮B₃输入，行星架B₄输出的减速机构。

本实施例的使用原理在于：

1、当输出轴L_out上受到的阻力力矩为0时，输入轴L_in从发动机等动力源中获得力矩而产生一定的转速，由于输入轴L_in上的输入齿轮Z_in与差速器A上的齿轮Z_A啮合，输入轴L_in带动差速器A旋转，差速器A带动第一轴L₁和第二轴L₂旋转，由于第一轴L₁上的第一齿轮Z₁与第三轴L₃上的第三齿轮Z₃啮合、第二轴L₂上的第二齿轮Z₂与行星机构B上的齿圈B₁啮合，则第一轴L₁和第二轴L₂带动第三轴L₃和输出轴L_out旋转，从而对输出轴L_out产生一个输出力矩；

2、当输出轴L_out上受到较小的阻力且未超过临界值时，该无级变速器从输入轴L_in到L_out的传动方式不变，但是此时输出轴L_out会产生一个与第三轴L₃相反的力矩，经由行星机构B上的行星架B₄给予齿圈B₁一个反向的作用力，由于输出轴L_out上受到的阻力没有超过临界值，则其给予齿圈B₁的反向作用力无法使齿圈B₁反转，仅仅只能降低齿圈B₁的速率，进而使得第二齿轮Z₂的速度降低，由于第一齿轮Z₁与第二齿轮Z₂之间存在差速器A，差速器A能够均匀分配力，在第二齿轮Z₂速度降低时，则差速器A会使第一齿轮Z₁速率变大，进而使第三轴L₃的速度变大，扭矩变大，从而进一步的加大了太阳齿轮B₂的扭矩，由于太阳齿轮B₂与行星架B₄上的行星齿轮B₃啮合，进而使输出轴L_out受到的扭矩增加，克服输出轴L_out所受到的阻力；

3、当输出轴L_out上受到超过临界值的阻力时，输出轴L_out给予齿圈B₁的反向作用力能够使齿圈B₁反转，但是此时，由于在第二轴L₂上安装有单向离合器C，使得第二轴L₂不会产生反转，因此第二齿轮Z₂和齿圈B₁静止，而差速器A则会给第一齿轮Z₁一个两倍于Z_A的速度，然后带动第三轴L₃快速转动，最终将加大后的力矩传输到输出轴L_out上去。因此，只要设计合理，在添加单向离合器C之后，能够避免发生如文献CN 105370850 A中所发生的第二齿轮Z₂反转的情况，能够带动汽车或其他传动装置在较大阻力的情况下运行。

实施例2

如图2所示，实施例2与实施例1在实施方式上大致相同，其区别点在于：实施例2中，单向离合器C设置在第一轴L₁上，单向离合器C位于第一齿轮Z₁远离差速器A的一端。第三轴L₃与行星机构的行星架联接，输出轴L_out与行星机构的太阳轮联接。

实施例2的原理与实施例1的原理大体一致，但因为行星机构输出轴变成了太阳轮，第三轴L₃与行星机构的行星架联接。因此第三轴L₃变成了受来自输出端反作用力较大的那根轴。通过加入单向器C，防止第三轴L₃反转。加入实施例2是为了表示差速器A的位置可以依需求变换，因此，无论差速器A的位置如何变换，只要运用本发明的原理的方案都应该被本发明所保护。

实施例3

如图3所示，一种机械无级变速器，包括变速器外壳H，变速器外壳H内设有一个输入轴L_in、一个第一轴L₁、一个第二轴L₂、一个第三轴L₃和一个输出轴L_out；输入轴L_in直接连接差速器A的第一输出锥齿轮A₃，差速器A的一端与输入轴L_in相连，另一端与第一轴L₁相连（即第二输出锥齿轮A₄连接在第一轴L₁上），差速器A上设有齿轮Z_A，齿轮Z_A也安装在输入轴L_in上，与第二轴L₂上的第二齿轮Z₂啮合，第一轴L₁上安装有第一齿轮Z₁，第三轴L₃上安装有第三齿轮Z₃，第一齿轮Z₁通过第三齿轮Z₃与安装在输出轴L_out及第二轴L₂之间的行星机构B相连接。行星机构B的一端与第二轴L₂连接，另一端与输出轴L_out连接，行星机构B的外壳上设有齿圈B₁，第一轴L₁上设有单向离合器C，单向离合器C位于第一齿轮Z₁远离差速器A的一端。

实施例3的原理与实施例1的原理大体一致，通过加入单向器C，防止第三轴L₃反转。加入实施例3是为了表示输入动力可根据需求从差速器A的壳体或半轴输入，因此，无论动力从差速器A的任何位置输入，只要运用本发明的原理的方案都应该被本发明所保护。

实施例4

如图4所示，一种机械无级变速器，包括变速器外壳H，变速器外壳H内设有一个输入轴L_in、一个第一轴L₁、一个第二轴L₂、一个第三轴L₃和一个输出轴L_out；输入轴L_in直接连接差速器A的第一输出锥齿轮A₃，差速器A的一端与输入轴L_in相连，另一端与第一轴L₁相连（即第二输出锥齿轮A₄连接在第一轴L₁上），差速器A上设有齿轮Z_A，齿轮Z_A也安装在输入轴L_in上，与安装在输出轴L_out及第三轴L₃之间的行星机构B上的齿圈B₁啮合，行星机构B的一端与第三轴L₃连接，另一端与输出轴L_out连接，第一轴L₁上安装有第一齿轮Z₁，第二轴L₂上安装有第二齿轮Z₂，第三轴L₃上安装有第三齿轮，第一齿轮Z₁通过第二齿轮Z₂与第三齿轮Z₃连接。差速器A上还连接有单向离合器C。

实施例4的原理与实施例1的原理大体一致。加入实施例4是为了表示差速器A与行星机构B之间的两路动力传递可以是单级齿轮也可以是多级齿轮，甚至链条传动等其它形式。因此，无论与行星机构B之间的两路动力传递采用何种方式，只要运用本发明的原理的方案都应该被本发明所保护。

实施例5

如图5所示，实施例5与实施例1在实施方式上大致相同，其区别点在于：实施例2具有两个输入轴L_in，每个输入轴L_in上均安装有输入齿轮Z_in，实施例2中还具有两个第二轴L₂、两个第一轴L₁、两个第一齿轮Z₁、两个第二齿轮Z₂以及两个差速器A，两个差速器A均与行星机构B并联。

实施例2的原理与实施例1的原理一致，但是实施例2可以实现两个输入一个输出的功能。本领域技术人员可以理解，以相同的方式并联多个差速器A则可以实现多个输入一个输出的功能，因此，并联多个差速器A的方案也在本发明的保护范围之内。

实施例6

如图6所示，实施例6与实施例1在实施方式上大致相同，其区别点在于：实施例3具有两个行星机构B，每个行星机构B均与对应的单个差速器A并联。

实施例3的原理与实施例2的原理一致，但是实施例3可以实现两个输入两个输出的功能。本领域技术人员可以理解，以相同的方式并联多个差速器A和多个行星机构B则可以实现多个输入多个输出的功能，因此，并联多个差速器A和多个行星机构B的方案也在本发明的保护范围之内。

并且，本领域技术人员还可以理解，多个差速器A可以并联在同一个差速器A中，从而形成多样式的变速方案。

实施例7

如图7所示，实施例7与实施例1在实施方式上大致相同，其区别点在于：实施例4在输出轴L_out上可以串联两个行星机构B，从而进一步增加第三轴L3对输出轴Lout的输出扭矩的倍率，假设每一个行星机构B的增加扭矩倍数为3，则两个串联的行星机构B的增加倍率倍数则为9。

本领域技术人员可以理解，以相同的方式串联多个行星机构B则可以更大程度地增加第三轴L₃对输出轴L_out的输出扭矩的倍率。

综合实施例1、5~7，无论在实施例1的基础上串联或并联多个行星机构B或者并联多个差速器，均应该被被发明所保护。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims

1.一种机械无极变速方法，动力通过差速器壳体输入，再通过差速器两端的半轴齿轮进行输出，其中一个半轴与行星机构的太阳齿轮联接，另一个半轴与行星机构的齿圈联接，其特征是在与齿圈联接的半轴端上加入一个单向离合器防止反转。

2.根据权利要求1所述的机械无级变速方法，其特征是：单向离合器安装在差速器的二个轴中受来自输出端反作用力较大的那根轴上。

3.根据机械无级变速方法所制成的一种机械无级变速器，包括变速器外壳，变速器外壳内设有输入轴、第一轴、第二轴、第三轴和输出轴；其特征在于：输入轴上设有输入齿轮，第一轴的一端设有差速器，差速器的一半轴齿轮与第一轴相连，另一半轴齿轮与第二轴相连，差速器外壳上设有齿轮，齿轮与输入齿轮啮合，第三轴的一端连接有行星机构，行星机构的太阳轮与第三轴连接，行星架与输出轴连接，第一轴上设有第一齿轮，第二轴上设有第二齿轮，第三轴上设有第三齿轮，行星机构的外壳上设有齿圈，第一齿轮与第二齿轮分别位于差速器的两侧，第一齿轮与第三齿轮啮合，第二齿轮与齿圈啮合，第二轴上设有单向离合器。

4.如权利要求3所述的机械无级变速器，其特征在于：所述变速器外壳内还设有多个与行星机构并联的差速器。

5.如权利要求3所述的机械无级变速器，其特征在于：所述第一轴的一端设有多个差速器，多个差速器串联在一起。

6.如权利要求3所述的机械无级变速器，其特征在于：所述变速器外壳内设有多个相同的输入轴，输入轴通过输入齿轮与差速器并联。

7.如权利要求3所述的机械无级变速器，其特征在于：所述行星机构包括齿圈、太阳齿轮和行星架，行星架上设有两个行星齿轮，行星齿轮与齿圈连接，太阳齿轮与行星齿轮相互啮合，太阳齿轮安装在第三轴上，行星架安装在输出轴上。

8.如权利要求6所述的机械无级变速器，其特征在于：所述输出轴上设有多个串联的行星机构。

9.如权利要求6所述的机械无级变速器，其特征在于：所述所述变速器外壳内还设有多个输出轴、第三轴和行星机构，行星机构与第二齿轮并联。

10.如权利要求3~8任一项所述的机械无级变速器，其特征在于：所述第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、输入齿轮、齿圈、齿轮的传动比相等。