CN111853180A - 一种输入输出同轴且转向相反的变速传动机构 - Google Patents

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Abstract

一种输入输出轴同轴且转向相反的变速传动机构，属于机械传动技术领域，适用于负载扭矩随转速上升而上升，随转速下降而下降工况。本发明通过惰轮使输入中心轮/齿圈轮和输出中心轮/齿圈轮转向相反，输入行星轮与输出行星轮同轴同速，在距行星架回转中心轴的垂直距离上，啮合点B处于输入啮合点A和行星轮轴中心O点之间，当输入端转速、扭矩或输出端的扭矩发生变化时，在A点上的作用力发生变化，A点以B点为支点对O点产生杠杆作用，使O点产生公转，从而调节输出中心轮的转速，实现在输入端不同的功率输入时，输出端依照输出端负载转速‑扭矩特性自动调节输出端转速和扭矩，进而实现等功率无级变速输出。

Description

一种输入输出同轴且转向相反的变速传动机构
技术领域
本发明属于机械传动技术领域，涉及一种输入输出轴同轴且转向相反的变速传动机构，具体的说是涉及一种输入输出轴同轴且在输入端以不同功率输入时实现输出端根据负载转速-扭矩特性自动调节输出转速的变速传动机构。
背景技术
现有机械无级变速传动装置，除了动力输入源之外需要外加调节装置对输出的转速、扭矩进行调节控制，这些外加调节装置会损耗一部分能量，降低传动效率。外加调节装置人为调节变速装置输出的转速-扭矩特性，使输出的转速-扭矩特性不能与负载的转速-扭矩要求完全符合，导致总体效率下降。外加调节装置会增加整个传动装置的复杂程度和制作精度，也往往不适用相对大功率无级变速传动。
目前，现有的无级变速器在负载扭矩随转速增大而增大，随转速减小而减小的工况下，输入端功率变化时，输出端不能根据负载的转速-扭矩特性自动调节输出转速，无法实现等功率无级变速输出。
发明内容
本发明的目的是针对现有无级变速器不能根据负载转速-扭矩特性自动调节输出端转速，无法实现等功率无级变速输出的不足，提出一种输入输出同轴且转向相反的变速传动机构，仅通过齿轮传动，不需要额外增加调速装置，结构简单，在输入端功率变化情况下，输出端转速和扭矩可作自适应负载转速-扭矩特性的自动调节，传动性能稳定，可方便的实现机械无级变速。
本发明的技术方案：一种输入输出同轴且转向相反的变速传动机构，包括左侧机架、中间机架、右侧机架；其特征在于：所述传动机构还由输入轴、输入轮中心轮、输入行星轮、输出行星轮、行星轮轴、惰轮、惰轮轴、输出中心轮、输出轴、行星架、行星架轴、行星架轴承、行星轴承和惰轮轴承组成；所述输入轴转动连接在所述左侧机架中，所述行星架轴转动连接在所述中间机架中，所述输出轴转动连接在所述右侧机架中，所述输入轴、输出轴和行星架轴设置在同一轴线上，所述输入轴与所述输入中心轮连接固定，所述输入中心轮与所述输入行星轮形成外啮合传动连接，所述输出轴与所述输出中心轮连接固定，所述输出中心轮与所述惰轮形成外啮合传动连接，所述惰轮与输出行星轮形成外啮合传动连接，所述行星架通过行星架轴承与所述行星架轴转动连接，所述行星轴承均布设置在所述行星架的周向上，所述行星轮轴穿过所述行星轴承，其一端与所述输入行星轮连接固定，另一端与所述输出行星轮连接固定，所述输入行星轮、输出行星轮、惰轮进行自转，输入行星轮、输出行星轮、惰轮与行星架作为整体围绕行星架轴进行公转。
所述输入行星轮不少于2组，均与输入中心轮形成啮合连接；输出行星轮不少于2组，均通过惰轮与输出中心轮形成啮合连接。
所述外啮合传动连接的输入中心轮、输出中心轮可用内啮合的输入齿轮圈、输出齿轮圈代替。
所述输入轴与输出轴通过惰轮的作用转向相反，惰轮设置在输入行星轮组一侧或设置在输出行星轮组一侧，惰轮轴的一端与行星架固定连接，另一端与惰轮轴承活动连接。
所述输入行星轮与输出行星轮同轴同速。
所述行星轮轴的中心O点距行星架轴的垂直距离Lo大于输出中心轮与惰轮的啮合点B距行星架轴的垂直距离Lb，输出中心轮与惰轮的啮合点B距行星架轴的垂直距离Lb大于输入中心轮与输入行星轮的啮合点A距输入轴的垂直距离La。
本发明适用于输出端负载扭矩和阻力随负载转速上升而上升，随负载转速下降而下降工况。
本发明的有益效果为：本发明提出的一种输入输出同轴且转向相反的变速传动机构，输入轴与输入中心轮固定连接，输出轴与输出中心轮固定连接，输入轴、输出轴和行星架的轴线在同一直线上，行星轮轴两端分别与输入行星轮和输出行星轮固定连接，在两行星轮之间穿过行星架，与行星架采用轴承连接，可自由转动，输入中心轮与输入行星轮啮合，输出行星轮与惰轮啮合，惰轮与输出太阳轮啮合，输入行星轮、输出行星轮、惰轮可以自转，输入行星轮、输出行星轮、惰轮与行星架作为整体可以围绕行星架的轴线公转，本发明通过惰轮使输入中心轮和输出中心轮转向相反，输入行星轮与输出行星轮同轴同速，在距行星架回转中心轴的垂直距离上，啮合点B处于输入啮合点A和行星轮轴中心O点之间，当输入端转速、扭矩或输出端的扭矩发生变化时，在A点上的作用力发生变化，A点以B点为支点对O点产生杠杆作用，使O点产生公转，从而调节输出中心轮的转速，实现在输入端不同的功率输入时，且在相应的输入功率，输入端转速和输入扭矩可以为任意组合，输出端依照输出端负载转速-扭矩特性自动调节输出端转速和扭矩，进而实现等功率无级变速输出。
附图说明
图1 为本发明整体结构示意图。
图2 为本发明中各啮合点分布示意图。
图3 为图2中A向结构示意图。
图4 为本发明中各啮合点作用力示意图。
图5 为本发明实施方式二的结构示意图。
图6 为图5中B向结构示意图。
图7 为本发明实施方式二中各啮合点作用力示意图。
图中：输入轴1、输入中心轮2、输入行星轮3、输出行星轮4、行星轮轴5、惰轮6、惰轮轴7、输出中心轮8、输出轴9、行星架10、行星架轴11、行星架轴承12、行星轴承13、惰轮轴承14、左侧机架15、中间机架16、右侧机架17。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
实施方式一：
如图1所示，一种输入输出同轴且转向相反的变速传动机构，输入轴1与输入中心轮2固定连接，输出轴9与输出中心轮8固定连接，输入轴1、轴出轴9和行星架10的轴线在同一直线上。输入行星轮3和输出行星轮4在行星轮轴5两端固定连接。行星轮轴5在输入行星轮3和输出行星轮4之间穿过行星架10，通过行星轴承13与行星架10连接，可自由转动。输入中心轮2与输入行星轮3啮合，输出行星轮4与惰轮6啮合，惰轮6与输出中心轮8啮合。惰轮轴7与行星架10固定连接，与惰轮6通过惰轮轴承14连接。惰轮6可自由转动。行星架10通过行星架轴承12与行星架轴11连接，行星架10可围绕行星架轴11自由旋转。输入行星轮3、输出行星轮4、惰轮6可以自转；输入行星轮3、输出行星轮4、惰轮6与行星架10作为整体可以围绕行星架轴11公转。
如图1-4所示，本实施例行星轮轴5中心点O距行星架轴11的垂直距离Lo大于输出中心轮8与惰轮6的啮合点B距行星架轴11的垂直距离Lb，输出中心轮8与惰轮6啮合点B距行星架轴11垂直距离Lb大于输入中心轮2与输入行星轮3啮合点A距行星架轴11的垂直距离La，即Lo＞Lb＞La，也就是相对于距行星架轴11的垂直距离，B点居于A点和O点之间。
如图1-4所示，本实施例在启动最初期，不受外界阻力，随着输入中心轮2的转速上升，通过行星轮自转，输出中心轮8转速上升，行星轮轴5因没有外加力矩不产生公转。随着输出中心轮8转速上升负载产生阻力FZ并传递到A点。假设，行星轮轴5不公转时，输入轴1与输出轴9的传动比是i，若输入轴1为正向旋转，转速为N，则输出轴9则反向旋转，转速为-N/i；在A点，由输入轴1传递来的驱动力FQ与负载传递近来的阻力FZ进行比较，若FQ大于FZ，则在A点产生了大小等于(FQ-FZ)的正向作用力，此正向作用力会对O点产生以B点为支点的杠杆作用，撬动行星轮轴５作反向公转加速。假设行星轮轴５的反向公转加速为-N公，则输出轴９会增加反向转速(-N公-N公／i)，输出轴9反向加速。随着输出轴9转速增加，FZ会增加。行星轮轴5反向公转加速，同时也增加了啮点A处输入中心轮2的相对转速，在同等功率下，输入中心轮2的相对转速的增加会导致输入轴2的扭矩减小，即减小FQ，随着FZ不断上升和FQ不断减小，FZ和FQ输之间的差额会不断缩小，直到二者相等，此时行星轮轴反向公转不再加速，输出轴9反向转速也就不再增加，本实施例即处于稳定状态。在A点，若FQ小于FZ，反之亦然。此时，若不考虑传动过程中的摩擦损失，输入端输入功率与输出端功率相等，即(N入×Q入=N出×Q出)，式中N入为输入转速，Q入为输入扭矩，N出为输出转速，Q出为输出扭矩。
如图1-4所示，本实施例进入稳定状态后，第一种变化：输入轴1输入转速增加，输入扭矩不变，在加速之初A点FQ、FZ处于均衡状态，不对O点产生杠杆作用力，行星轮轴5不产生公转加减速。输入轴1转速增加直接通过行星轮的自转传递给输出轴9，使输出轴9的反向转速增加；随着输出轴9的反向转速增加，负载阻力FZ会增加并传递到A点，使A点FZ大于FQ，从而使A点产生一个反向的力，以B点为支点，撬动行星轮轴5中心O点正公转加速。假设行星轮轴５的正向公转加速为N公，则输出轴９会减小反向转速(N公+N公／i)，输出轴9反向减速。行星轮轴5正公转加速在削弱输出轴反转加速的同时，也减小了输入轴2在A点的相对转速，在同等功率下，输入中心轮2的相对转速的减小会导致输入轴2的扭矩增大，即增大FQ。当FQ的增大值与的FZ增大值相等，本实施例即进入了新的均衡状态，行星轮轴反向公转不再加速，输出轴9的反向转速不再增加。若输入轴1输入转速减速，输入扭矩不变，反之亦然。此时，若不考虑传动过程中的摩擦损失，输入端输入功率与输出端功率相等，即(N入×Q入=N出×Q出)。此状态适用于输入端恒扭矩，变转速工况。
如图1-4所示，本实施例进入稳定状态后，第二种变化：输入轴1输入转速不变，输入扭矩增加，输入扭矩增加直接增加了A点的FQ，使FQ大于FZ，在A点产生了大小等于(FQ-FZ)的正向作用力，此正向作用力会对O点产生以B点为支点的杠杆作用，撬动行星轮轴５作反向公转加速，假设行星轮轴５的反向公转加速为－N公，则输出轴９会增加反向转速(-N公-N公／i)，输出轴9加速。随着输出轴9转速增加，FZ会增加。行星轮轴5反向公转加速，同时也增加了啮点A处输入中心轮2的相对转速，在同等功率下，输入中心轮2的相对转速的增加会导致输入轴2的扭矩减小，即减小FQ。随着FZ不断上升和FQ不断减小，FZ和FQ输之间的差额会不断缩小，直到二者相等，行星轮轴5反向公转不再加速，输出轴9转速不再增加，本实施例处于新的稳定状态。若输入轴1输入转速不变，输入扭矩减少，反之亦然。此时，若不考虑传动过程中的摩擦损失，输入端输入功率与输出端功率相等，即(N入×Q入=N出×Q出)。此状态适用于输入端变扭矩，恒转速工况。
如图1-4所示，本实施例进入稳定状态后，第三种变化：输入轴1输入转速、扭矩同时增加，输出轴1的转速增加会使输出轴9反向转速增加和负载阻力增加，即A点FZ增加，输入扭矩增加会导致A点FQ增加，当FZ的增加值小于FQ的增加值时，会使行星轮轴5反向公转加速，从而使输出轴9的反向转速增加，输出轴9的反向转速增加导致A点FZ进一步增加。同时随着行星轴5反向公转加速，增加了啮合点A处输入中心轮2的相对转速，在同等功率下，输入中心轮2的相对转速的增加会导致FQ减小。随着FZ不断上升和FQ不断减小，FZ和FQ输之间的差额会不断缩小，直到二者相等，行星轮轴5反向公转不再加速，输出轴9反向转速不再增加，本实施例处于新的稳定状态。若输入轴1输入转速、扭矩同时减少，反之亦然。此时，若不考虑传动过程中的摩擦损失，输入端输入功率与输出端功率相等，即(N入×Q入=N出×Q出)。此状态适用于输入端扭矩，转速同时变化的工况。
如图1-4所示，本实施例进入稳定状态后，第四种变化：负载扭矩增加，即阻力增加，增加的阻力传递到A点，使A点FZ大于FQ。从而使A产生一个反向的力，以B点为支点，撬动行星轮轴O点正公转加速。假设行星轮轴５的正向公转加速为N公，则输出轴９会减小反向转速(N公+N公／i)，输出轴9反向减速。行星轮轴正公转加速在减少输出轴9反转转速的同时，也减小了输入中心轮2在A点的相对转速，从而增加了输入轴2的扭矩，即增大FQ。当FQ的增大值与FZ的增大值相等，行星轮轴正向公转不再加速，输出轴9的反向转速不再减少，本实施例即进入了新的均衡状态。若负载扭矩及阻力减少，反之亦然。此时，若不考虑传动过程中的摩擦损失，输入端输入功率与输出端功率相等，即(N入×Q入=N出×Q出)。此状态适用于输出端发生扭矩主动变化，即输出端负载转速-扭矩特性曲线变化的工况。
本实施例可以在负载速度-扭矩特性曲线上自动找到与输入端功率相等的那个功率点，自动调节到相应转速和扭矩；在相应的输入功率，输入端转速和输入扭矩可以为任意组合；输入端可以是变转速变扭矩输入，也可以是变转速恒扭矩输入，也可以是恒转速变扭矩输入；无极变速输出不需要外加调节装置，输出端输出转速和扭矩作自适应负载转速-扭矩特性的自动调节；本实施例不发生外加调节装置的能量损耗，传动效率高，若不考虑传动过程中的摩擦损失，可视为输入功率等于输出功率的等功率传动。
实施方式二
如图5-7所示，为输入中心轮、输出中心轮为内啮合齿圈轮的实施例。本实施例装置输入中心轮、输出中心轮为内啮合齿圈轮，输入中心齿圈轮与输入惰轮啮合点A、输出中心齿圈轮与输出惰轮啮合点B、行星轴中心点O，分别与行星架轴的距离为La、Lb、Lo，其关系为La>Lb>Lo。具体实施方式其他与实施方式一相同，可以在负载速度-扭矩特性曲线上自动找到与输入端功率相等的那个功率点，自动调节到相应转速和扭矩；在相应的输入功率，输入端转速和输入扭矩可以为任意组合；输入端可以是可以是变转速变扭矩输入，也可以是变转速恒扭矩输入，也可以是恒转速变扭矩输入；无极变速输出不需要外加调节装置，输出端输出转速和扭矩作自适应负载转速-扭矩特性的自动调节；本实施例不发生外加调节装置的能量损耗，传动效率高，若不考虑传动过程中的摩擦损失，可视为输入功率等于输出功率的等功率传动。

Claims (6)

1.一种输入输出同轴且转向相反的变速传动机构，包括左侧机架(15)、中间机架(16)、右侧机架(17)；其特征在于：所述传动机构还由输入轴(1)、输入轮中心轮(2)、输入行星轮(3)、输出行星轮(4)、行星轮轴(5)、惰轮(6)、惰轮轴(7)、输出中心轮(8)、输出轴(9)、行星架(10)、行星架轴(11)、行星架轴承(12)、行星轴承(13)和惰轮轴承(14)组成；所述输入轴(1)转动连接在所述左侧机架(15)中，所述行星架轴(11)转动连接在所述中间机架(16)中，所述输出轴(9)转动连接在所述右侧机架(17)中，所述输入轴(1)、输出轴(9)和行星架轴(11)设置在同一轴线上，所述输入轴(1)与所述输入中心轮(2)连接固定，所述输入中心轮(2)与所述输入行星轮(3)形成外啮合传动连接，所述输出轴(9)与所述输出中心轮(8)连接固定，所述输出中心轮(8)与所述惰轮(6)形成外啮合传动连接，所述惰轮(6)与输出行星轮(4)形成外啮合传动连接，所述行星架(10)通过行星架轴承(12)与所述行星架轴(11)转动连接，所述行星轴承(13)均布设置在所述行星架(10)的周向上，所述行星轮轴(5)穿过所述行星轴承(13)，其一端与所述输入行星轮(3)连接固定，另一端与所述输出行星轮(4)连接固定，所述输入行星轮(3)、输出行星轮(4)、惰轮(6)进行自转，输入行星轮(3)、输出行星轮(4)、惰轮(6)与行星架(10)作为整体围绕行星架轴(11)进行公转。
2.根据权利要求1所述的一种输入输出同轴且转向相反的无级变速传动机构，其特征在于：所述输入行星轮(3)不少于2组，均与输入中心轮(2)形成啮合连接；输出行星轮(4)不少于2组，均通过惰轮(6)与输出中心轮(8)形成啮合连接。
3.根据权利要求1所述的一种输入输出同轴且转向相反的无级变速传动机构，其特征在于：所述外啮合传动连接的输入中心轮(2)、输出中心轮(8)可用内啮合的输入齿轮圈、输出齿轮圈代替。
4.根据权利要求1所述的一种输入输出同轴且转向相反的无级变速传动机构，其特征在于：所述输入轴(1)与输出轴(9)通过惰轮(6)的作用转向相反，惰轮(6)设置在输入行星轮组一侧或设置在输出行星轮组一侧，惰轮轴(7)的一端与行星架(10)固定连接，另一端与惰轮轴承(14)活动连接。
5.根据权利要求1所述的一种输入输出同轴且转向相反的无级变速传动机构，其特征在于：所述输入行星轮(3)与输出行星轮(4)同轴同速。
6.根据权利要求1所述的一种输入输出同轴且转向相反的无级变速传动机构，其特征在于：所述行星轮轴(5)的中心O点距行星架轴(11)的垂直距离Lo大于输出中心轮(8)与惰轮(6)的啮合点B距行星架轴(11)的垂直距离Lb，输出中心轮(8)与惰轮(6)的啮合点B距行星架轴(11)的垂直距离Lb大于输入中心轮(2)与输入行星轮(3)的啮合点A距输入轴的垂直距离La。
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