CN86210990U - 行星式机械无级变速装置 - Google Patents

Abstract

行星式机械无级变速装置是：各行星齿轮在绕公共轴线的公转过程中，由于调速盘倾角或调速盘中心相对于行星架中心公共轴线的偏移量，驱动行星齿轮的附加运动机构，使行量齿轮在公转过程中产生的附加运动与输入转速叠加，使输出轴转速能随调节调速盘倾斜角或调速盘中心与公共轴线的偏移量而无级变化。它广泛地适用于各种机械传动领域，具有结构紧凑，传动功率大、效率高、其传动比可从1∶1到1∶0的无级降速和从1∶1到1∶3的无级增速，可设计成系列无级变速传动装置新产品。

Description

行星式机械无级变速装置

本实用新型涉及脉动无级变速器领域。

现有技术的脉动    无级变速器，按输入机构分为多相并列连杆式、凸轮摇杆式和偏心环齿轮式三种基本结构。它们的共同特点是：超越离合器为转速的输出机构，原动机的转速从曲柄连杆、凸轮轴或偏心环输入，通过改变曲柄的长度，凸轮轴与超越离合器输出轴的间距或改变偏心环的偏心量，使摇杆或曲柄的摆动角变化，从而使超越离合器的转角同时变化，通过数个超越离合器的并列运动，输出脉动转速。因为，主动件是曲柄连杆，凸轮或偏心环，所以它们的结构型式决定了不宜制成增速变速器。同时还在高速运转时震动较大，低速转动时转速的脉动量大，运行效率低，传递功率小，如由阮忠唐主编，于一九八三年十月，机械工业出版社出版的《机械无级变速器》中介绍的，民主德国VEB工厂生产的，S型和SM型偏心环－－齿轮式脉动无级变速器，采用多相星形布置，是现有脉动变速器中比较完善的一种，但因转速同样从偏心环输入，所以也只能制成降速型变速器，而且传动功率也较小，同样存在上述问题。

本实用新型的目的是获得一种既能使传动比从1：1到1：0的无级降速，也能使传动比从1：1到1：3的无级增速，同时具有传动功率大、效率高，输出转速脉动小，适宜于高、低速各种使用场合的无级变速装置。

行星式机械无级变速装置由一个可安装两个以上行星齿轮的行星架（1）；两个以上行星齿轮（4）；与行星齿轮数量相等的超越离合器星形轮（2）、驱动轴（5）、传动轴承（6）、调速盘（7）、输入和输出太阳轮齿轮（9）、（10）、输入轴（8）输出轴（11）和端盖（16）、（20），机座（18），滚动轴承（19）、（26），以及调速机构（12）组成。调速机构按使用情况的不同，有手动或电动螺旋式，手动或电动蜗轮蜗杆式，液压传动或气压传动四种结构型式。

图1和图2为行星式机械无级变速装置工作原理：原动机的转速从输入轴（8），太阳轮齿轮（9），按箭头（a）所示方向把运动传动给行星齿轮（4B）、（4A）和与其相啮合的输出太阳轮齿轮（10），输出轴（11）。行星齿轮（4B）、（4A）内超越离合器星形轮（2）和滚柱（3），在外转矩作用下单向楔紧，使行星齿轮（4B）、（4A）不能绕驱动轴（5）的轴线按箭头（b）所示方向旋转，转矩通过超越离合器星形轮（2），传给驱动轴（5）；由于驱动轴（5）的传动轴承（6），装配在端盖（20）内的调速盘（7）环形槽中，受槽的限制不能径向运动，因此转矩通过驱动轴（5）和滚动轴承（26）传给行星架（1），驱动行星架（1）按箭头（c）方向绕行星架中心的公共轴线同步旋转。如果调速盘（7）的中心，通过调速机构（12）调到与行星架（1）的中心公共轴线重合，那么各驱动轴（5）的传动轴承（6）。在调速盘（7）环形槽内随行星架（1）绕公共轴线的公转过程中没有径向运动；这时，驱动轴（5）、超越离合器星形轮（2）、滚柱（3）、行星齿轮（4B）、（4A）和太阳轮齿轮（9）、（10）各传动件之间，除传动轴承（6）在调速盘（7）的环形槽内绕公共轴线公转外，都没有相对运动；各齿轮相互啮合的齿相当于键的作用，变速装置相当于一个联轴器。如果操作调速机构（12），把调速盘（7）的中心，与行星架（1）中心的公共轴线调偏一个距离。那么，行星架（1）内各驱动轴（5）的传动轴承（6），在调速盘（7）的环形槽内每公转一转的同时产生一次径向往复摇动，这一运动通过曲柄传给驱动轴（5）和与驱动轴（5）固连的超越离合器星形轮（2）。当摇动的方向与图2箭头（b）所示的方向同向时，超越离合器星形轮（2）通过滚柱（3）与行星齿轮（4B）、（4A）楔紧，并驱动行星齿轮（4B）、在输入太阳轮齿轮（9）上超越滚动，并带动行星架（1）按箭头（c）方向超前一个角度；由于输入太阳轮齿轮（9）的节圆，大于输出太阳轮（10）的节圆，所以与输入太阳轮齿轮（9）相啮合的行星齿轮（4B），小于与输出太阳轮齿轮（10）相啮合的行星齿轮（4A），因此行星齿轮（4B），在输入太阳轮齿轮（9）上滚动时，由于行星齿轮中（4B）、（4A）的节圆差和齿轮的差动换向，使输出大阳轮齿轮（10）的转速增加一个与输入转速相反的附加运动，这一运动与输入转速叠合后，使输出轴（11）的转速减小。所以操纵调速机构（12），调节调速盘（7）的中心相对于公共轴线的偏移量，就可使转速从1到0内无级变化。

附图3为行星式机械无级降速变速器实施例，这里把电动机或内燃机的轴伸装入输入太阳轮齿轮（9）的轴孔内，代替了输入轴（8）。一个联结端盖（46）通过螺栓直接把电动机或内燃机与变速器的机座相连，形成一个机电合一的变速装置，这一结构型式。也可用于附图4、图5和图6、图13所示的增速变速器实施例。本实施例原理如图1和图2所述，它可广泛地使用于各种需要降速变速的传动场合，并可以原动机的功率等级，设计成一系列的变速装置。

附图4为行星式机械无级增速变速器实施例，这里输入轴（8）采用螺栓与行星架（1）联结成一体，行星齿轮（4）为单体齿轮，其齿数应大于输出大阳轮齿轮（10），以提高增速比。其工作过程是：当转速从输入轴（8）传给行星架（1），操作调速机构（12）使调速盘（7）的中心与行星架（1）中心的公共轴线重合，那么行星架（1）内各传动体如图1和图2所示的两中心重合时相同，变速器同样相当于一个联轴器。如果调节调速机构（12），使调速盘（7）环形槽中心与行星架（1）中心的公共轴线偏移一个距离，那么在调速盘（7）环形槽内公转的各驱动轴（5）的曲柄、传动轴承（6），在调速盘（7）环行槽内公转的同时产生一次往复摇动，并通过曲柄传给驱动轴（5）以及与其固连的超越离合器星形轮（2）。在反转矩的作用下，超越离合器星形轮（2）通过滚柱（3）与行星齿轮（4）楔紧，驱动行星齿轮（4）绕驱动轴（5）的轴线超越旋转。通过齿的啮合，使输出太阳轮齿轮（10）在公转过程中，与行星齿轮（4）的超越旋转运动叠加，使输出轴（11）转速增加，因此改变调速盘（7）的中心相对于行星架（1）公共轴线的偏移量，可达到无级增速的目的。

图5和图6为另一种方案的行星式机械无级增速变速器实施例。这里输入轴（8）与行星架（1）固连，各行星齿轮（4）制成扇形，直接固连在驱动轴（5）上，每个超越离合器星形轮（2）的内孔制有传动用齿形，并分别与各行星齿轮（4）相啮合。在驱动轴（5）与超越离合器星形轮（2）相对应的位置上，装有支承轴承（19），各超越离合器星形轮（2）按轴向排列。共同安装在一个组合外环（13）和外环套圈（13L）中，外环套圈的一端固连一个支承法兰（14），并通过滚动轴承（15）支承在端盖（16）上。在支承法兰（14）的中心轴孔内，装有输出轴（11），并通过键（17）与其固连，调速机构（12）和调速盘（7）装在行星架（1）左端的端盖（20）上，整个装置安装在机座（18）中。本设计方案的动作过程和附图4基本相同。本实施例的无级增速变速器的变速比在1：1到1：1.5之间。它主要用于要求增速不大，传动功率较大，转速不大高的场合。

图7和图8为自行车和人力三轮用车的增速无级变速链轮实施例，本实施例在行星架（1）内装有两个对称分布的行星齿轮（4），在行星齿轮（4）内装有超越离合器星形轮（2）、滚柱（3），在超越离合器星形轮（2）的端面，设有代替驱动轴（5）的曲柄（50），行星架（1）的左侧板（43）固连在输入轴（8）上；行星架（1）的右侧罩壳，通过螺钉（29）、轴档（30）、固定在左侧板上；调速盘（7）的支承端，通过销轴（31）、抱箍（32）、固定在罩壳（33）和车架立管（34）上；调速盘（7）的调速端装有滑轮（35）和复位弹簧（24），弹簧的另一端通过销（37）固定在罩壳（33）中，调速钢绳（21）的外管，固定在罩壳（33）的外缘凸台中，钢绳的一端穿过滑轮（35），固定在罩壳（33）内的销（36）上；输出太阳轮齿轮（10）通过两排钢球支承在输入轴（8）上；它不受输入轴（8）的旋转影响。输出太阳轮齿轮（10）的右端固连着传动链轮（38）、钢碗（39）可装入车架的中接头孔内，踏蹬曲柄（28）与行星架（1）中两行星齿轮（4）中心连线的夹角（β）、（β₁）为20°到30°。调速盘（7）从支承端到调节端的中心线与行星架（1）的中心重合，并与车架立营（34）的夹角（θ）为24°。本实施例的运动过程是：当调速盘（7）的中心与行星架（1）的中心重合时，其运动过程与图1所述两中心重合时相同，变速器没有增速度输出，这时链轮以其固有速比带动飞轮旋转，驱动自行车前进。当调速机构通过调速钢绳（21），使调速盘（7）与行星架（1）的中心偏移一个距离时，输入轴（8）在踏蹬曲柄（28）的驱动下，使行星架（1）按图5中箭头方向运动，同时带动传动轴承（6），曲柄（50）在调速盘（7）的环形槽内公转；由于行星架（1）与调速盘（7）环形槽中心的偏心量，使传动轴承（6）、曲柄（50）在每公转一转的过程中产生一次径向摇动。这一摇动驱动行星齿轮（4）内的超越离合器星形轮（2）和滚柱（3）同步运动，由于超越离合器的单向作用，在运动的半周内带动行星轮（4）和与其相啮合的输出太阳轮齿轮（10），以及固连在输出太阳轮齿轮（10）上的链轮（38），超越输入轴（8）增速运动，并通过链条使飞轮加速。由于曲柄（50）在调速盘环形槽内的公转过程中，其摇动的加速度，按近似的正弦曲线规律增速，其中半周为负速度，所以两行星齿轮（4）在曲柄（50）和超越离合器的单向驱动作用下进行交替增速，其结果相当于在输入的转速上增加了两个互成180°的半波加速度，这个加速度有两个过零点，所以把踏蹬曲柄（28）的曲柄向上垂直于路面时的上临界点与行星齿轮（4）增速时的过零点相重合，可以使人体对踏蹬曲柄的蹬踏力与增速量相吻合，使蹬踏省力。因为人体的蹬踏力，在踏蹬曲柄处于上临界点前后的30°间和下临界点前后的30°间人体蹬踏的作用力不能充分发挥，以后随着曲柄转角的增大，人体的蹬踏力对踏蹬曲柄（28）的作用力逐渐加大，但当转过90°后又逐渐减小，到达下临界点时为零。所以本实施例的无级变速链轮，在行星齿轮（4）增速运动时，链轮（38）的输出速度相似于一个椭园形链轮，其椭园度随调速盘（7）中心偏离行星架（1）的偏心量变大而增大；故本实施例的无级变速链轮，不但能在行驶过程中，无级调节行驶速度，而且能符合人体对踏蹬蹬踏力的力矩要求，使骑行者轻快省力。

图9和图10为摩托车和机动三轮等用的绕性传动装置，行星架（1）的外缘制成传动链用的齿形或传动胶带用槽形，驱动轴（5）制成空心轴，通过轴套（40）、螺钉（29）安装在行星架（1）中；调速盘（7）的支承端，通过销轴（23），固定在固定板（27）上；调速盘（7）能以销轴（23）为支点在调速钢绳（21）的驱动下左右摆动，调速盘的另一端装有复位弹簧（24）和调速钢绳（21），钢绳套紧固在固定座（25）中，调速钢绳（21）的另一端与调速机构相连；转速从输出大阳轮齿轮（10）输出，通过轴或法兰与车轮连接。本实施例的变速过程与附图4所述相同。

图11和图12为超越离合器实施例，这里采用了双排滚柱或对数螺旋楔块（3），予压弹簧（41）设置在两滚柱或楔块（3）之间的弹簧支架（42）上；弹簧支架（42）用钢板冲压而成，安装在超越离合器星形轮（2）轴向中间的槽中；弹簧（41）用多片金属板叠装而成。它与行星齿轮（4）或外环（13）构成超越离合器。由于把滚柱或楔块（3）的予压弹簧设置在两排的中间，可提高滚柱或楔块（3）的设置密度，因此，它既简化了超越离合器的制造又提高了承载能力。

附图13为又一种设计方案的无级变速器实施例，这里驱动轴（5）采用了外循环滚动螺旋机构，滚动螺母固定在行星架（1）的行星轴孔中；在滚动螺旋轴（5）的右端与超越离合器星形轮内孔的传动键采用内循环滚动花键以提高传动效率，调速盘（7）采用可调倾角斜盘结构。本实施例的变速过程是：当调速盘（7）相对于行星架（1）端面的倾斜角为0度时，即调速盘（7）的滑动端面与输入轴（8）和行星架公共轴线垂直时，各驱动轴（5）在输入轴（8），行星架（1）的旋转带动下，通过传动轴承（6），在调速盘（7）的端面滑动；由于调速盘（7）的端面相对于行星架（1）的端面没有倾角，驱动轴（5）在公转过程中，没有轴向运动。因此，行星齿轮（4）在超越离合器星形轮（2）和滚柱或楔块（3）的楔紧作用下，没有附加运动。行星齿轮（4）和输出大阳齿齿轮（10）之间的齿啮合起了键的作用，使输出大阳轮齿轮（10）、输出轴（11）与输入轴（8），行星架（1）同步旋转，变速器相当于一个联轴器。当调速盘（7）通过调速机构（12）、使调速盘（7）相对于行星架端面成一倾角时，各驱动轴（5），在输入轴（8）、行星架（1）带动下，绕行星架公共轴线每公转的同时，在固定于行星架（1）中的滚动螺母（44）内作一次轴向往复运动。由于滚动螺旋的作用，使驱动轴（5）在轴向运动的同时产生一个绕自身轴线的旋转运动。这一运动通过滚动花键中的钢球和超越离合器星形轮（2）、滚柱或楔块（3）的楔紧作用，驱动行星齿轮（4）超越旋转运动，这一运动通过齿的啮合附加给输出太阳轮齿轮（10），并与输入转速叠加，使输出轴（11）的转速变化。因此只要通过调速机构（12）改变调速盘（7）的倾斜角，就可无级改变输出转速。

本实用新型的行星式机械无级变速器，具有结构紧凑，传递功率大、效率高、变速比大、运转平稳等特点。其传动比可从1：1到1：0的无级降速或1：1到1：3的无级增速，适宜于高、低速传动并能在运转过程中调速的新型无级变速装置。它可广泛地适用于车辆、船舶、机床、流体机械等需要变速的机械传动领域，并可设计成系列产品。

Claims (8)

1、行星式机械无级变速装置，其特征是行星架(1)内各行星齿轮(4)，在绕行星架中心公共轴线的公转过程中，通过调速机构(12)使调速盘(7)中心相对于行星架(1)中心公共轴线产生的偏心量或轴向端面的倾角，使各驱动轴(5)在公转过程中驱动行星齿轮(4)附加运动，并通过超越离合器与输入转速叠加，它包括：

(1)、一个围绕一根中心公共轴线旋转的行星架(1)内至少有两个安装驱动轴(5)的轴孔，其轴线环绕行星架中心公共轴线排列；

(2)、一根绕行星架(1)中心公共轴线旋转的输入轴(8)和输出轴(11)，该输入轴或输出轴的一段，延伸到行星架内输入太阳轮齿轮(9)或输出太阳轮齿轮(10)的轴孔中；

(3)、驱动轴(5)的一端装有一个传动轴承(6)。各传动轴承(6)共同安放在调速盘(7)中；

(4)、每根驱动轴(5)上有一个行星齿轮(4)，各行星齿轮共同与输入太阳轮齿轮(9)或输出太阳轮齿轮(10)啮合，但各行星齿轮之间不产生机械影响；

(5)、一个安放在行星架(1)左端或右端的调速盘(7)；

(6)、一个用于调节调速盘(7)中心相对于行星架(1)中心公共轴线偏心量或端面倾角的调速机构(12)。

2、根据权利要求1所述的行星式机械无级变速装置，其特征在于驱动轴（5）有曲柄轴和滚动螺旋轴两种结构型式。

3、根据权利要求1所述的行星式机械无级变速装置，其特征在于按结构型式的不同行星齿轮（4）有：双联齿轮；单体齿轮；扇形齿轮三种，采用双联齿轮时，其两齿轮的节园不等。

4、根据权利要求1所述的行星式机械无级变速装置，其特征在于超越离合器由：超越离合器星形轮（2）、对数螺旋形楔块或滚柱（3）、予压弹簧（41）、弹簧支架（42）、行星齿轮（4）或外环（13）组成。

5、根据权利要求1所述的行星式机械无级变速装置，其特征在于超越离合器星形轮（2）外径轴向长度的中间，有固定弹簧支架（42）用的槽，其内孔制有与驱动轴（5）相配合传动用的键槽或与行星齿轮（4）相啮合传动用的齿。

6、根据权利要求1所述的行星式机械无级变速装置，其特征在于当驱动轴（5）为曲柄轴时，调速盘（7）端面制成装有滚动轴承的环形槽，其外形制成滑块式，当驱动轴（5）为滚动螺旋时，调速盘（7）设计成为端面可调倾角式斜盘。

7、一种内燃机或电动机的行星式机械无级变速装置，其特征在于通过一个连接端盖（46），把内燃机或电动机和变速装置联成一个整体，构成一个机电合一的无级变速装置。

8、一种用于人力驱动车辆的行星式机械无级变速装置，其特征包括：

（1）、行星架（1）内有两个带有超越离合器星形轮（2）、滚柱（3）的行星齿轮（4），两行星齿轮（4）的中心与行星架（1）中心成一直线并对称布置；

（2）、行星架（1）的左侧板（43）固连在输入轴（8）上；

（3）、输出大阳轮齿轮（10）其内孔通过两排钢球支承在输入轴（8）上，同时与两行星齿轮（4）啮合，它的左端固连着传动键轮（38）；

（4）、踏蹬曲柄（28）固连在输入轴（8）的两端，与行星架（1）中两行星齿轮（4）中心连线的夹角（β）、（β₁）分别为20°～30°。

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