CN1683808A

CN1683808A - 组合式自动无级变速器

Info

Publication number: CN1683808A
Application number: CN 200410017734
Authority: CN
Inventors: 李军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-04-16
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2005-10-19

Abstract

本发明是一种能产生传动比从无限小到无限大、可根据工作外力情况将传动比在无限小到无限大范围内自动调节，调节传动比由变速器自身根据外力情况完成，不用人为控制，充分将输入能量转换成输出所需能量。通过选用不同的组件实现以固定传动比运转或以自动变速运转以适应不同工作要求的节能的组合式自动无级变速器。

Description

组合式自动无级变速器

一：技术领域

本实用新型是一种变速器、是一种能产生无限传动比、是一种可根据工作外力情况自动调整传动比的自动无级变速器。

二：背景技术描述

随着现代工况条件的日益多样化和对性能要求的不断提高，变速器的种类也不断增多。在如何扩大变速器转速比的范围、如何实现变速器的无级变速、如何进行变速器的变速自动化…等方面已有了多种类型的变速器。以现有的无级自动变速器中举例：

液力机械自动变速器通常是由液力变扭器、液压控制***…等组成。液力变扭器的变扭范围有限，用液压控制实现变速器的有级自动变速。这种方式结构复杂控制难度大。

中介式自动无级变速器通常是通过中介物质传导能量来实现无级变速，并通过控制机构实现自动变速。由于介质在传导能量的过程中的能量损失多，使能量利用率低。这种方式受中介物质限制传动比有限，经济性不够。

带式无级变速器通常是由主动带轮、从动带轮、带、带轮变径机构等组成。受带轮和带的限制传动比有限。变径机构是通过液力或离心力来实现自动变速，液力控制的结构复杂，离心力控制的可靠度不足。

三：实用性新的目的

在增加现有无级变速器传动类型的同时，达到具有无限传动比的、可通过选配组件实现固定传动比方式运行的、可通过选配组件实现根据工作外力的变化就能自动调整传动比方式运行而不用人为调速的、具有以功能要求不同来选配不同组件的组合式自动无级变速器。

四：技术方案

1>方案的组成：

本方案参见(附图1)是由：1输入轴；2输入端回转可伸缩式万向连接机构(附图1备注1)；3输入端轴齿轮；4输入端塔轮；5定位架机构(附图1备注2)；6输出端轴齿轮；7输出轴；8输出端回转可伸缩式万向连接机构(附图1备注1)；9移动伸缩式万向连接机构(附图1备注3)；10定位架移动机构(附图1备注4)；11旋转式支撑架(见附图6备注)；12齿圈；13输出端塔轮；14壳体组成。

附图1备注

备注1：输入端回转可伸缩式万向连接机构和输出端回转可伸缩式万向连接机构的结构相同，万向联轴器分别与轴、副(或轴)、轴齿轮相连(副见附图2、3)，输入、输出轴的轴线在轴线y上，x轴线与y轴线垂直相交。在采用固定传动比运行时伸缩方式采用(a)延直线移动副(见附图2)，移动方式可采用滑动或滚动方式。在采用自动调整传动比运行时伸缩方式采用(b)无自锁螺旋副(见附图3)，螺旋方式可采用滑动或滚动方式，螺旋方向与输入轴旋转方向相同。

备注2：定位架机构将输入端轴齿轮、输入端塔轮、定位架机构、输出端轴齿轮、齿圈、输出端塔轮、定位架移动机构的相对位置固定(见附图4)，固定方式采用滑动摩擦或滚动摩擦，输入端轴齿轮轴线y1、输入端塔轮轴线y4、输出端轴齿轮轴线y3、齿圈轴线y2、输出端塔轮轴线y5、节圆相交线、y轴线互为垂直于x轴线的平行线，定位架机构轴线x′、x″与x轴线平行、输入端塔轮和输出端塔轮各有一个齿轮的节圆与齿圈的节圆相交且交距为齿圈节圆的直径(见附图4)，以y2轴线为定位架机构的中轴线。限位点设置(见附图4)。

备注3：移动伸缩式万向连接机构的一端与齿圈连接另一端与壳体连接(见附图5)，使齿圈(或与齿圈运动方式相同的齿轮)的运动方式为：齿圈(或与齿圈运动方式相同的齿轮)本身不发生自转、在一定范围内可任意移动。这种移动方式有多种组合，本说明书中列举两种(见附图5的(a)、(b))，(a)采用多组万向联轴器、延直线移动副(滑动或滚动)组合，(b)采用轴摇臂、(轴承)与摇臂分布盘组成。

备注4：定位架移动机构与定位架机构、旋转式支撑架相连接，起确定定位架机构与旋转式支撑架如何移动的作用。在采用固定传动比运行时，移动方式采用可锁定定位架机构与旋转式支撑架的相对位置的方式，这种移动方式有多种，本说明书中列举两种(见附图6的(c)、(d))。在采用自动调整传动比运行时，移动方式采用定位架机构在旋转式支撑架上可自由移动的方式，这种方式可以是滑动或滚动，本说明书中列举两种(见附图6的(a)、(b))。

备注5：x轴线、y轴线是公用位置轴线，以y轴线为旋转轴线。

备注6：输入端轴齿轮、输入端塔轮、输出端轴齿轮、输出端塔轮的轴与齿轮之间用传动形式连接。输入端轴齿轮与输出端轴齿轮、输入端塔轮与输出端塔轮的齿轮相同(尽可能不用不同的齿轮)，输入处到输入端与齿圈(或与齿圈运动方式相同的齿轮)节圆的交线(或点)之间的传动比与从输出端与齿圈(或与齿圈运动方式相同的齿轮)节圆的交线(或点)到输出处的传动比互为倒数，传动比相乘等于1。

备注7：输入端齿轮和输出端齿轮分布在齿圈(或与齿圈运动方式相同的齿轮)两侧并以定位架机构定位、通过齿圈(或与齿圈运动方式相同的齿轮)和定位架机构传动。按本案运行基理有多种运行方法例如附图7和附图8产生种组合例如：输入端轴齿轮-输入端塔轮-齿圈-输出端塔轮-输出端轴齿轮(见附图1)；输入端轴齿轮-输入端塔轮-与齿圈运动方式相同的塔轮组-输出端塔轮-输出端轴齿轮(见附图9)；输入端轴齿轮-与齿圈运动方式相同的塔轮组-输出端轴齿轮…等。

备注8：输入轴与输出轴以y轴线为轴线、由壳体定位并支撑、与客体之间为滑动或滚动摩擦。

附图6备注：旋转式支撑架以y轴线和x轴线确定自身位置是支撑在壳体上、与壳体之间为滑动摩擦或滚动摩擦、以y轴线为旋转轴、支撑定位架机构、确定x轴线在y轴线上的位置、为支撑架提供延x轴线做直线运动的轨道。这种旋转式支撑架由多种结构，本说明书中列举两种(见附图6的(a)、b))。在y2轴线以x轴线到y轴线的距离等于1/2齿圈(或与齿圈运动方式相同的齿轮)节圆直径时对定位架机构限位阻挡，限位的设置(见附图6)。

2>本方案运行基理：

x轴线、y轴线是公用位置轴线，x轴线与y轴线相交，以y轴线为旋转轴线。输入端与输出端各自独立运转，分布在y轴线两边。输入、输出端各有一个齿轮与本身不发生自转、在一定范围内可任意移动的齿圈(或与齿圈运动方式相同的齿轮)相交，相交处为各自的节圆，相交线(或点)之间的垂直距离线应是齿圈(或与齿圈运动方式相同的齿轮)节圆的直径线，y轴线始终在这条直径线上。输入端、输出端、齿圈(或与齿圈运动方式相同的齿轮)通过定位架机构固定在x轴线和定位架中轴线上的相对位置并保持各自的运动状态，定位加中轴线与x轴线垂直相交，输入端将扭矩分解成大小相等方向相反的两个力作用到定位架机构和齿圈(或与齿圈运动方式相同的齿轮)，作用在齿圈(或与齿圈运动方式相同的齿轮)上的力被壳体克服，作用在定位架机构上的力使定位架机构以y轴线为支点、输入端轴线到y轴线的距离为长度产生一个扭矩，并以此扭矩在输出轴线到y轴线的距离为长度上产生一个方向相反的力，定位架机构再将此力作用到输出端，输出端的运动方向被齿圈(或与齿圈运动方式相同的齿轮)限制，在齿圈(或与齿圈运动方式相同的齿轮)上出现一个反作用力，方向与此力相反，使输出端具有一个扭矩，齿圈(或与齿圈运动方式相同的齿轮)上的这个反作用力被壳体克服，输出端再以此扭矩进行传动。当定位架机构通过旋转支撑架和定位架移动机构延x轴线固定与y轴线的位置，以y轴线为旋转轴线旋转时，x轴线上所受的不平衡力可通过旋转支撑架在壳体上克服，定位架机构上任意一点相对于y轴线旋转的角速度相同，输入端与输出端以各自交线(或交点)绕y轴线旋转得到的路径为运动路线，得到各自的线速度，产生一个从输入端到输出端的线速度比。将从输入轴到输入端与齿圈(或与齿圈运动方式相同的齿轮)节圆的交线(或点)之间的传动比、产生的这个线速度比、从输出端与齿圈(或与齿圈运动方式相同的齿轮)节圆的交线(或点)到输出轴的传动比相乘，去除公约数，得到从输入轴到输出轴的总传动比就是变速器的传动比。

当定位架机构在旋转支撑架延x轴线提供的运动路线(或轨道)上，以y轴线固定并旋转的固定点不同时，输入端与输出端以各自交线(或交点)绕y轴线旋转得到的路径相应不同，产生的线速度比不同，变速器的传动比也不同。

输入、输出端到输入、输出轴的联轴方式由输入、输出轴所在的位置及运行要求，来决定回转可伸缩式万向连接机构的形式。

自动变速是通过：输入和输出轴只传递扭矩、轴上所受的其他力由客体克服，输入、输出轴上的扭矩，根据输入、输出轴以自身原有扭矩的不同，通过连接在输入轴与输入端、输出轴与输入端之间与输入轴旋转方向相同、同样结构尺寸的不产生自锁的螺旋副作用下，推动定位架机构延x轴线移动，当移动到定位架机构在延x轴线上的受力达到平衡时将不再移动，输入轴到输出轴将保持此时产生的传动比运行。

3>工作过程描述：

描述过程采用名称编号，对各部件的功能采用部分说明，详细说明参见附图备注，工作过程参见附图10，自动变速的受力情况参见附图11(采用同样的不产生自锁的螺旋副)。

1.以固定传动比传动。

1、11、7以y为轴线、14为支撑；11以14为支撑；3、4、12、13、6以5为支撑；9将12发生自传的力用14来克服；R1和R2受5的限制同时变化、变化量相等；10将5与11以5的y2轴线到y轴线距离为L固定；以y轴线为旋转轴线。当1以一定的扭矩带动2(副图2的结构)、3、4转动，4将扭矩分解成大小相等方向相反的两个力作用到12和5，作用在12上的力被14克服，作用在5上的力使5以y轴线为支点、L1为长度产生一个扭矩，并以此扭矩在L2长度上产生一个方向相反的力，5再将此力作用到13，13的运动方向被12限制，在12上出现一个反作用力，方向与此力相反，使13具有一个扭矩，12上的这个反作用力被14克服，13以此扭矩带动6、8(副图2的结构)、7运转，作用在x轴线上的力被11通过14克服。受L1、L2的限制使4按半径为R1的圆为运动路线、13按半径为R2的圆为运动路线。因为5上任意一点相对于y轴线旋转的角速度相同，4与13的线速度比为R1比R2，1→2→3→4的传动比与13→6→8→7的传动比以设定为互为倒数，变速器此时的传动比为1→2→3→4的传动比乘以4与13的线速度比乘以13→6→8→7的传动比等于R1比R2。当R1比R2为无穷大时，变速器传动比为无穷大，此时R1≈1齿圈节圆直径，R2≈0，L小于1/2齿圈节圆直径。当R1比R2为无穷小时，变速器传动比为无穷小，此时R2≈齿圈节圆直径，R1≈0，L小于1/2齿圈节圆直径。

2.以自动调整传动比传动。

1、7采用右旋方向转动、均受到载荷；2、8采用副图3的结构采用同样的右旋滚动螺旋副；1、11、7以y为轴线、14为支撑；11以14为支撑；3、4、12、13、6以5为支撑；9将12发生自传的力用14来克服；10将5与11以可相互移动的方式连接；5的y2轴线到y轴线距离为L；以y轴线为旋转轴线；角度a₁和a₂由5在x轴线上的位置所决定；5延x轴线移动时角度a₁和a₂同时发生变化且变化量相等；F入1等于F入乘于sin a₁；F出反1等于F出反乘于sin a₂；F入1与F出反1是对称与x轴线方向相反的两个力；运转时的离心力以y2轴线在x轴线轴向的正向时视为1上扭矩的一部分、负向时视为7上扭矩的一部分。当1带着一定的扭矩运动时，带动2的万向联轴器→螺旋副时在副上产生一个扭矩和一对方向相反的力F入与F入反。设定1上的扭矩与2副上的扭矩相等，F入将等于F入反，F入反通过万向联轴器→1→14被14克服，F入→万向联轴器→3的轴转动时，3在得到副产生的扭矩同时得到一个F入的力，F入分解成F入1和F入2两个力通过3作用到5，5F入2力通过11以14为支撑，3同时带动4转动，4将扭矩分解成大小相等方向相反的两个力作用到12和5，作用在12上的力被14克服，作用在5上的力使5以y轴线为支点、L1为长度产生一个扭矩，并以此扭矩在L2长度上产生一个方向相反的力，5再将此力作用到13，13的运动方向被12限制，在12上出现一个反作用力，方向与此力相反，使13具有一个扭矩，12上的这个反作用力被14克服，13以此扭矩带动6到8的万向联轴器在副上产生一个扭矩和一对方向相反的力F出与F出反，F出通过万向联轴器→7→14被14克服。如果7上此时的扭矩与8副上的扭矩正好相等，F出将等于F出反，F出反分解成F出反1和F出反2两个力→万向联轴器→6的轴→5，F出反2→5→11→14被14克服，副上的扭矩→万向联轴器作用到7。由于2、8副上的扭矩分别与1、7的扭矩相等，1与2、7与8以同步运转，2、8的副同时以扭矩输出的形态出现，副之间此时不产生直线运动，F入1等于F出反1，这时5将保持在x轴上的位置，F入1与F出反1产生的扭矩由分别由11→1→14、11→7→14，由14克服。受L1、L2的限制使4按半径为R1的圆为运动路线、13按半径为R2的圆为运动路线。因为5上任意一点相对于y轴线旋转的角速度相同，4与13的线速度比为R1比R2，1→2→3→4的传动比与13→6→8→7的传动比以设定为互为倒数，变速器此时的传动比为1→2→3→4的传动比乘以4与13的线速度比乘以13→6→8→7的传动比等于R1比R2。当R1比R2为无穷大时，变速器传动比为无穷大，此时R1≈1齿圈节圆直径，R2≈0，L小于1/2齿圈节圆直径。当R1比R2为无穷小时，变速器传动比为无穷小，此时R2≈齿圈节圆直径，R1≈0，L小于1/2齿圈节圆直径。

<1>当1上的扭矩不变、7上的扭矩减小时。8副上的扭矩等于7的扭矩，F出反1小于7上扭矩减小前的力，5上的力平衡被打破，2、8的副同时以延副轴线做直线运动的形态出现，F出反1→5→3→2的副，在2的副上形成一个小于1扭矩的力。在1扭矩的作用下，使2的副延F入力的方向做直线运动，带动5延x轴线的正向移动。在5移动的同时带动角度a₁缩小、a₂增大，角度a₁的缩小量等于a₂的增大量，当5延x轴线移动到一定位置时，F出反乘于sin a₂的力将正好等于2副上与1的扭矩相等时F入乘于sin a₁的力，5的移动停止。在5移动停止时R1与R2产生一个与5移动前不同的线速度比，此时变速器的传动比为5移动停止时的R1比R2。

<2>当1上的扭矩不变、7上的扭矩增大时。8副上的扭矩小于7的扭矩，8副上的运动方式被打破，开始延8副的轴线以F出反力的方向做直线运动。5被F出反乘于sin a₂得到的F出反1带动，向x轴的负向移动。受5的移动的影响使2副的运动状态也被打破，由于2副上的扭矩与1的扭矩相等，5带动2的副延副的轴线、F入反力的方向移动，在5移动的同时带动角度a₁增大、a₂缩小，角度a₁的增大量等于a₂的缩小量。当5延x轴线移动到一定位置时，F入乘于sin a₁的力正好等于8副上与7的扭矩相等时F出乘于sin a₂的力，5的移动停止。在5移动停止时R1与R2产生一个与5移动前不同的线速度比，此时变速器的传动比为5移动停止时的R1比R2。

<3>当1上的扭矩减小、7上的扭矩不变时。2副上的扭矩等于1的扭矩，2副上的扭矩→万向联轴器→3→4，由于4上的扭矩小于原扭矩，在13上也产生一个比原来小的扭矩→6→8的万向联轴器→8的副，在8副上产生一个小于7传递过来扭矩。8副的运动状态被打破，开始延8副的轴线以F出反力的方向做直线运动。5被F出反乘于sin a₂得到的F出反1带动，向x轴的负向移动。受5的移动的影响使2副的运动状态也被打破，由于2副上的扭矩与1的扭矩相等，5带动2的副延副的轴线、F入反力的方向移动，在5移动的同时带动角度a₁增大、a₂缩小，角度a₁的增大量等于a₂的缩小量。当5延x轴线移动到一定位置时，F入乘于sin a₁的力正好等于8副上与7的扭矩相等时F出乘于sin a₂的力，5的移动停止。在5移动停止时R1与R2产生一个与5移动前不同的线速度比，此时变速器的传动比为5移动停止时的R1比R2。

<4>当1上的扭矩增大、7上的扭矩不变时。1的扭矩通过2的万向联轴器作用到2的副，在2的副上已有一个1增大以前的扭矩，此时2副上有两个大小不等的扭矩，运动状态被打破。在1扭矩的作用下，使2的副延F入力的方向做直线运动，带动5延x轴线的正向移动。在5移动的同时带动角度a₁缩小、a₂增大，角度a₁的缩小量等于a₂的增大量，当5延x轴线移动到一定位置时，以7上的扭矩作用在8副上的F出反乘于sin a₂的力将正好等于2副上与1的扭矩相等时F入乘于sin a₁的力，5的移动停止。在5移动停止时R1与R2产生一个与5移动前不同的线速度比，此时变速器的传动比为5移动停止时的R1比R2。

<5>当1、7上的扭矩同时变化时。根据1、7变化的不同，5分别以1和7的变化以<1>～<4>的方式开始运动，在2副上与1的扭矩相等时F入乘于sin a₁的力与8副上与7的扭矩相等时F处乘于sin a₂的力相等时停止运动。在5移动停止时R1与R2产生一个与5移动前不同的线速度比，此时变速器的传动比为5移动停止时的R1比R2。

<6>当1不受力，7以惯性运动时。7上的惯性力产生的扭矩→8的万相连轴器→作用在8的副上，此时8的副上原本没有扭矩，8副的运动状态被打破，在7上的惯性力产生的扭矩作用下使8的副延轴线以F出力的方向移动→8的万相连轴器→6→5，使5延x轴线的正向移动。因为1上不受力使5不断延x轴线的正向移动直到被旋转支撑架限制，通过14克服。此时变速器传动比从1计算为无穷大。

Claims

1.x轴线、y轴线是公用位置轴线，x轴线与y轴线相交，以y轴线为旋转轴线。输入端与输出端各自独立运转，分布在y轴线两边。输入、输出端各有一个齿轮与本身不发生自转、在一定范围内可任意移动的齿圈(或与齿圈运动方式相同的齿轮)相交，相交处为各自的节圆，相交线(或点)之间的垂直距离线应是齿圈(或与齿圈运动方式相同的齿轮)节圆的直径线，y轴线始终在这条直径线上。输入端、输出端、齿圈(或与齿圈运动方式相同的齿轮)通过定位架机构固定在x轴线和定位架中轴线上的相对位置并保持各自的运动状态，定位加中轴线与x轴线垂直相交，输入端将扭矩分解成大小相等方向相反的两个力作用到定位架机构和齿圈(或与齿圈运动方式相同的齿轮)，作用在齿圈(或与齿圈运动方式相同的齿轮)上的力被壳体克服，作用在定位架机构上的力使定位架机构以y轴线为支点、输入端轴线到y轴线的距离为长度产生一个扭矩，并以此扭矩在输出轴线到y轴线的距离为长度上产生一个方向相反的力，定位架机构再将此力作用到输出端，输出端的运动方向被齿圈(或与齿圈运动方式相同的齿轮)限制，在齿圈(或与齿圈运动方式相同的齿轮)上出现一个反作用力，方向与此力相反，使输出端具有一个扭矩，齿圈(或与齿圈运动方式相同的齿轮)上的这个反作用力被壳体克服，输出端再以此扭矩进行传动。当定位架机构通过旋转支撑架和定位架移动机构延x轴线固定与y轴线的位置，以y轴线为旋转轴线旋转时，x轴线上所受的不平衡力可通过旋转支撑架在壳体上克服，定位架机构上任意一点相对于y轴线旋转的角速度相同，输入端与输出端以各自交线(或交点)绕y轴线旋转得到的路径为运动路线，得到各自的线速度，产生一个从输入端到输出端的线速度比。将从输入轴到输入端与齿圈(或与齿圈运动方式相同的齿轮)节圆的交线(或点)之间的传动比、产生的这个线速度比、从输出端与齿圈(或与齿圈运动方式相同的齿轮)节圆的交线(或点)到输出轴的传动比相乘，去除公约数，得到从输入轴到输出轴的总传动比就是变速器的传动比。

2.自动变速是通过：输入和输出轴只传递扭矩、轴上所受的其他力由客体克服，输入、输出轴上的扭矩，根据输入、输出轴以自身原有扭矩的不同，通过连接在输入轴与输入端、输出轴与输入端之间与输入轴旋转方向相同、同样结构尺寸的不产生自锁的螺旋副作用下，推动定位架机构延x轴线移动，当移动到定位架机构在延x轴线上的受力达到平衡时将不再移动，输入轴到输出轴将保持此时产生的传动比运行。

3.通过权力要求1所述的变速器的传动比为从无穷小到无穷大。

4.通过权力要求2所述的变速器的传动比根据输入轴和输出轴具有的扭矩自动调整变速器的传动比，将变速器的传动比在无穷小到无穷大范围内自动调节。

5.通过权力要求1～4所述的变速器采用：1输入轴；2输入端回转可伸缩式万向连接机构(附图1备注1)；3输入端轴齿轮；4输入端塔轮；5定位架机构(附图1备注2)；6输出端轴齿轮；7输出轴；8输出端回转可伸缩式万向连接机构(附图1备注1)；9移动伸缩式万向连接机构(附图1备注3)；10定位架移动机构(附图1备注4)；11旋转式支撑架(见附图6备注)；12齿圈；13输出端塔轮；14壳体；包括附图1的备注(1～8)和附图6的备注组成。