CN100354551C - 一种齿轮无级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现无级变速的方法，以控制行星轮系中的其中两个齿轮的差速来实现无级变速。齿轮无级变速器主要由主传动部分、差速部分、速度控制部分及平衡部分组成，主传动部分为行星轮系，行星轮系包括第一行星架H、第一中心轮K、输出轴V，第一行星架H、第一中心轮K、输出轴V的转动中心在同一条直线上，第一中心轮K上设有第一齿轮，第一行星架H连接有第一双联齿轮，输出轴V上设有第二齿轮，第一齿轮与第一双联齿轮的第一双联齿轮一联啮合，双联齿轮的第一双联齿轮另一联与第二齿轮啮合。本发明优点：结构简单，零件少，传动动力大，体积小，便于维修。传递动力大和效率高，变速范围宽，控速如音量，轻松又方便，适用范围广。

Description

一种齿轮无级变速器

技术领域

本发明涉及一种齿轮无级调速装置，尤其是一种齿轮无级变速器，同时可以实现机电一体化的自动控制。

背景技术

目前的无级变速器有液压无级变速器和采用齿轮机构的无级变速器。液压无级变速器传动不可靠，效率低。而目前采用齿轮机构的无级变速器结构复杂、变速繁琐、体积大、重量大、传动比小，使用维修均不方便。另外，现在的机械基础中介绍的行星轮系不足，有开发的潜力。

发明内容

本发明要解决上述现有技术的缺陷，在现有的机械基础上进行改进和完善，提供一种结构简单、使用方便的齿轮无级变速器。

本发明解决其技术问题采用的技术方案。这种齿轮无级变速器，它主要由主传动部分、差速部分、速度控制部分及平衡部分组成。主传动部分为行星轮系，行星轮系包括第一行星架H、第一中心轮K、输出轴V，第一行星架H、第一中心轮K、输出轴V的转动中心在同一条直线上，第一中心轮K上设有第一齿轮，第一行星架H连接有第一双联齿轮，输出轴V上设有第二齿轮，第一齿轮与第一双联齿轮的第一双联齿轮一联啮合，双联齿轮的第一双联齿轮另一联与第二齿轮啮合。差速部分也是行星轮系，差速部分就是把主传动装置中两轴轮转速差通过差速器转变成相对于机壳的转动；差速器由第一锥齿轮、第二锥齿轮、第三锥齿轮和第四齿轮组成，第一锥齿轮轴上装有第六齿轮，第三锥齿轮轴的速度控制端C与速度控制组件相连，第二锥齿轮和第四齿轮组成周转关系。平衡部分为行星轮系，它的作用是在转动时保持平衡，它由第六锥齿轮、第四锥齿轮，第五锥齿轮及转臂组成，第六锥齿轮与第一行星架H相连接，第五锥齿轮和第一中心轮K相连接，转臂与第四锥齿轮相连接。第一中心轮K上设有第五齿轮，输出轴V上设有第三齿轮，第五齿轮与第六齿轮啮合，第三齿轮与第四齿轮啮合。

这种齿轮无级变速器，它主要由主传动部分、差速部分、速度控制部分及平衡部分组成，主传动部分为行星轮系，行星轮系包括第一行星架H、第一中心轮K、输出轴V，第一行星架H、第一中心轮K、输出轴V的转动中心在同一条直线上，第一中心轮K上设有第一齿轮，第一行星架H连接有第一双联齿轮，输出轴V上设有第二齿轮，第一齿轮与第一双联齿轮的第一双联齿轮一联啮合，双联齿轮的第一双联齿轮另一联与第二齿轮啮合；差速部分也是行星轮系，差速部分就是把主传动装置中两轴轮转速差通过差速器转变成相对于机壳的转动；差速器由第一锥齿轮、第二锥齿轮、第三锥齿轮和第四齿轮组成，第一锥齿轮轴上装有第六齿轮，第三锥齿轮轴的速度控制端C与速度控制组件相连，第二锥齿轮和第四齿轮组成周转关系；所述的平衡部分为行星轮系，平衡部分由第二行星架、第二中心轮、第二双联齿轮、输出轮组成，第二中心轮与输出轮在同一直线上，第二中心轮与变速器连接，输出轮上固定有第六齿轮；输入端第二行星架上固定有第八齿轮，主传动的输入端H固定有第七齿轮，第七齿轮与第八齿轮啮合，主传动K上固定有第五齿轮与平衡部分的输出轮上的第六齿轮啮合；第一中心轮K上设有第五齿轮，输出轴V上设有第三齿轮，第五齿轮与第六齿轮啮合，第三齿轮与第四齿轮啮合。

本发明实现无级变速的方法，以控制行星轮系中的其中两个齿轮的差速来实现无级变速，以控制主传动部分中的中间轮与输出轴的差速来实现无级变速最简单。

本发明有益的效果是：本发明结构简单，零件少，传动动力大，体积小，输出端很容易设计在变速箱外，便于维修。传递动力大，传递效率高，变速范围宽，无需变速杆，也不需液压，变速全自动，可正也可负，控速如音量，轻松又方便，适用范围广。

附图说明

图1是本发明的实施例1的结构示意图；

图2是本发明的实施例2的结构示意图；

图3是本发明的速度控制结构示意图；

图4是本发明的速度控制电子电路原理图；

图5是行星轮系谐波齿轮传动的左视结构示意图；

图6是行星轮系谐波齿轮传动的主视结构示意图；

附图标记说明：第一齿轮1，第一双联齿轮2，第一双联齿轮一联2-1，第一双联齿轮另一联2-2，第二齿轮3，第三齿轮4，第四齿轮5，第五齿轮6，第六齿轮7，第一锥齿轮8，第二锥齿轮9，第三锥齿轮10，第一行星架H11，第一中心轮K12，输出轴V13，速度控制端C14，蜗轮15，蜗杆16，压力传感器17，调速电机18，电子放大器IC，刚轮19，柔轮20，第六锥齿轮21，第四锥齿轮22，第五锥齿轮23，转臂24，第二中心轮25，第二双联齿轮26，第二双联齿轮一联26-1，第二双联齿轮另一联26-2，输出轮27，第二行星架28，第七齿轮29，第八齿轮30。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步介绍：

实施例1：如图1所示这种齿轮无级变速器，它主要由主传动部分、差速部分、速度控制部分及平衡部分组成，平衡部分为行星轮系，常用差速器，它的作用是在转动时保持平衡。它由第六锥齿轮21、第四锥齿轮22，第五锥齿轮23及转臂24组成，第六锥齿轮21与第一行星架H11相连接，第五锥齿轮23和第一中心轮K12相连接，转臂24与第四锥齿轮22相连接。动力首先从转臂24输入，经平衡差速器分别与一端与主传动的输入端第一行星架H11相连，另一端与同向转速输出端相联，在行星轮中，在三轮或轴禁止时，输入和输出同向。主传动部分为行星轮系，行星轮系包括第一行星架H11、第一中心轮K12、输出轴V13，第一行星架H11、第一中心轮K12、输出轴V13的转动中心在同一条直线上，第一中心轮K12上设有第一齿轮1，第一行星架H11连接有第一双联齿轮2，输出轴V13上设有第二齿轮3，第一齿轮1与第一双联齿轮2的第一双联齿轮一联2-1啮合，双联齿轮2的第一双联齿轮另一联2-2与第二齿轮3啮合。

第一齿轮1和第一双联齿轮2的第一双联齿轮另一联2-2齿数相同，第一双联齿轮2的第一双联齿轮一联2-1比第一齿轮1多一个齿，第二齿轮3比第一齿轮1少一个齿。这样可以获得很大的传动比。

主传动部分为是行星轮系。摘自机械工业出版社出版的《机械设计基础——近机类》。行星轮系的种类很多，其中以基本构件为中心轮K、行星架H和输出轴V所组成的K-H-V型行星齿轮机构，这些齿轮传动的共同特点是：零件数目少、结构紧凑、传动比大、重量轻、体积小和传动效率高。如渐开线少齿差行星轮传动少齿差传动、摆线针轮行星传动摆线少齿差传动、活齿少齿差齿轮传动活齿传动、谐波齿轮传动。

为说明方便，假设输入转速为2800转/分钟，理论传动比为100。

1，当K与V的差速为0时，传动比为1/1。

2，当输出轴V为0时，则他们的传动比为2800/100＝28，他们的差速28-0＝28转/分钟。

3，当中心轮K为0时，它们的差速为0-[-2800/99]＝28.282828转/分；

4、当输出差速大于2800/99时，出现反转。

5，说明一点：在行星轮系无级变速中，静态的传动比大小与传动效率无关，也就是说不论静态的传动比多大，最高速都可以是1/1，输出等于输入转速。

差速部分也是行星轮系，差速部分就是把主传动装置中两轴轮转速差通过差速器转变成相对于机壳的转动；差速器由第一锥齿轮8、第二锥齿轮9、第三锥齿轮10和第四齿轮5组成，第一锥齿轮8轴上装有第六齿轮7，第三锥齿轮10轴的速度控制端C14与速度控制组件相连，第二锥齿轮9和第四齿轮5组成周转关系。平衡部分为行星轮系，它由第六锥齿轮21、第四锥齿轮22，第五锥齿轮23及转臂24组成，第六锥齿轮21与第一行星架H11相连接，第五锥齿轮23和第一中心轮K12相连接，转臂24与第四锥齿轮22相连接。第一中心轮K12上设有第五齿轮6，输出轴V13上设有第三齿轮4，第五齿轮6与第六齿轮7啮合，第三齿轮4与第四齿轮5啮合。

速度控制端C14，可以是由压力传感器17，蜗轮15和蜗杆16组成，蜗杆16与调速电机18相连。如图3所示，箭头a为蜗轮15的转动方向，箭头b为蜗杆16的受力运动方向：也可以是由摩擦力控制的制动器。差速器的原理与汽车后桥的差速器一样。但是输入方式不一样。在对称的输入时，要求两边的齿轮速度相同，方向相反，此时输出为0 。在设计齿轮无级变速时，是以差速器控制端静态为根本，要想获得1/1的传动比，在对称的差速器中，只要在其中一个加上反向器，因为，行星轮系中，在1/1时，中心轮K和输出轴V为同向，同一速度。如图1所示，本结构采用非对称的同向输入，它具有结构简单，零件少，传动动力大，体积小，输出端很容易设计在变速箱外，便于维修。在相同的模数的情况下，圆锥齿轮比圆柱齿轮具有结构更紧凑，传动效率高的特点。

工作原理如下：当输出轴V的阻力增大时，会同时在中心轮K和行星架H上增大，也就是说，中心轮K与输出轴V之间的动力加大，通过第三齿轮4，第四齿轮5与第五齿轮6，第六齿轮7把它们传到差速器。差速器把这个力由传到速度控制端C，在机械摩擦力结构中，无图当传到速度控制端C的力大于摩擦力时，速度控制端C会开始转动。也就是中心轮K与输出轴V的差速加大。传动比增大，动力增加。当设计合适的摩擦力时，会实现自动无级变速。

本实施例中上述的行星轮系采用谐波齿轮传动。如图6-图5所示，谐波齿轮传动是利用弹性变形来实现传动的一种新的传动型式，它是K-H-V型行星齿轮传动的变态形式。由三个基本构件组成：具有内齿的刚轮19，相当于太阳轮，具有外齿的柔轮20，相当于行星轮；波发生器H，相当于行星架。其中柔轮20为一薄壁构件，外壁有齿，内壁孔径略小于波发生器H的长度，在波发生器的作用下，迫使柔轮产生弹性变形而呈椭圆形，其椭圆形长轴两端的轮齿与刚轮轮齿相啮合，短轴处的轮齿则脱开，其它各处的轮齿分别处于啮合或脱离的过渡状态。一般刚轮固定不动，当波发生器转动时，柔轮长轴和短轴的位置不断变化，使柔轮产生弹性变形而形成机械波。谐波齿轮传动的优点是传动比大，体积小，重量轻，效率高，并且不需要等角速比输出机构，结构简单；同时参加啮合的齿数多，承载能力强，传动平稳，齿侧间隙小，适用于双向传动。

输出方式多。如图1中，可以是V为输出端，也可以S为输出端。还可以是K为输出端。最常用V为输出的结构。

控速端方式多。在图1中C为差速器输出的速度控制端。该结构可以方便地把控速端从现在的位置换到S的位置。由于控速端C在变速箱的外面，可以很方便的改变它。A、利用机械加阻的方式。原理是利用摩擦力来控制控速端V的速度。B、调速电机。蜗杆由电机直接驱动。C、微电子辅助控制。图3，只要在蜗杆的受力端加装一个压力传感器17，就可以实现机械和电子的完美的结合。利用现代的电子技术可以很方便的实现自动无级变速。当输出轴V的阻力增大时，加到压力传感器17的压力也加大。电子电路检测到压力传感器17的压力加大时，经过放大器IC放大，驱动伺服电机18，会自动的加大调速电机的速度，使传动比增大，输出动力增大。另一路有人工控制输入端，用来人工控制限制速度的。D、如果使用电机为动力的，用主电机电流取样方式，工作原理与压力传感器相同。当阻力增大时，反馈到主电机的阻力增大，电机工作电流增加，取样电流信号变大。再经过信号放大器放大，驱动伺服电机，使得转速变快，传动比增大，输出功力增大。

变速范围超大。在理论上是无穷大的。实际也可以做到K倍的1/1～0。K为齿轮4、5和5、6之间及差速器的传动比。K可以是2、3、1/2等等。注意：在这个结构中，不是1/1的传到差速器的。

反向无级变速。在反向无级变速时，不是自动。在输出轴V静止时，根据行星轮系设计的传动比，此时控速端有一个最大的转速，利用调速电机调速时，当超过此转速时，就会实现反向转动。

关于自锁现象。如果主传动的传动比设计的过大时，会在升速、反向输出等时出现自锁现象，相应的功能就无法实现。因此，主传动的传动比要适合。

齿轮无级变速的特点是所以的齿轮都要同时工作，没有闲置的。因此，一旦有一个齿轮损害，就造成无输出的现象，也就是整体性的损害。它不论在高速还是低速时，差速器始终都要转动。特别是在高速时，主传动的差速很小时，差速器及传动到差速器的两对齿轮4、5和6、7转速很快。为了减少污染和浪费，我提出用1.2的销售法。就是生产才厂家或经销商以1.2的方式销售，那0.2个无级变速器就是给用户提供一个维护和保养原来的无级变速器的替代品。如汽车每5万公里就要维护一次，维护的只要目的就是在原来被磨损的地方重新度上一层，以提高使用寿命。

实施例2：平衡部分的另一种方案，如图2所示。平衡部分为行星轮系，它与主传动原理一样，所述的平衡部分为行星轮系，平衡部分由第二行星架28、第二中心轮25、第二双联齿轮26、输出轮27组成，第二中心轮25与输出轮27在同一直线上，第二中心轮25与变速器连接，输出轮27上固定有第六齿轮7；输入端第二行星架28上固定有第八齿轮30，主传动的输入端H固定有第七齿轮29，第七齿轮29与第八齿轮30啮合，主传动K上固定有第五齿轮6与平衡部分的输出轮27上的第六齿轮7啮合。该方案要求主传动的H与V同向。平衡部分的行星轮系的行星架28与输出轮27同向。工作原理是：输入端从主传动的H端输入，另一路经第七齿轮29与第八齿轮30传到平衡部分的第二行星架28。它的差速为主传动的差速与平衡器差数之和。

Claims (5)

1、一种齿轮无级变速器，它主要由主传动部分、差速部分、速度控制部分及平衡部分组成，其特征在于：

A)、主传动部分为行星轮系，行星轮系包括第一行星架H(11)、第一中心轮K(12)、输出轴V(13)，第一行星架H(11)、第一中心轮K(12)、输出轴V(13)的转动中心在同一条直线上，第一中心轮K(12)上设有第一齿轮(1)，第一行星架H(11)连接有第一双联齿轮(2)，输出轴V(13)上设有第二齿轮(3)，第一齿轮(1)与第一双联齿轮(2)的第一双联齿轮一联(2-1)啮合，双联齿轮(2)的第一双联齿轮另一联(2-2)与第二齿轮(3)啮合；

B)、差速部分也是行星轮系，差速部分就是把主传动装置中两轴轮转速差通过差速器转变成相对于机壳的转动；差速器由第一锥齿轮(8)、第二锥齿轮(9)、第三锥齿轮(10)和第四齿轮(5)组成，第一锥齿轮(8)轴上装有第六齿轮(7)，第三锥齿轮(10)轴的速度控制端C(14)与速度控制组件相连，第二锥齿轮(9)和第四齿轮(5)组成周转关系；

C)、平衡部分为行星轮系，它由第六锥齿轮(21)、第四锥齿轮(22)，第五锥齿轮(23)及转臂(24)组成，第六锥齿轮(21)与第一行星架H(11)相连接，第五锥齿轮(23)和第一中心轮K(12)相连接，转臂(24)与第四锥齿轮(22)相连接；

D)、第一中心轮K(12)上设有第五齿轮(6)，输出轴V(13)上设有第三齿轮(4)，第五齿轮(6)与第六齿轮(7)啮合，第三齿轮(4)与第四齿轮(5)啮合。

2、一种齿轮无级变速器，它主要由主传动部分、差速部分、速度控制部分及平衡部分组成，其特征在于：

A)、主传动部分为行星轮系，行星轮系包括第一行星架H(11)、第一中心轮K(12)、输出轴V(13)，第一行星架H(11)、第一中心轮K(12)、输出轴V(13)的转动中心在同一条直线上，第一中心轮K(12)上设有第一齿轮(1)，第一行星架H(11)连接有第一双联齿轮(2)，输出轴V(13)上设有第二齿轮(3)，第一齿轮(1)与第一双联齿轮(2)的第一双联齿轮一联(2-1)啮合，双联齿轮(2)的第一双联齿轮另一联(2-2)与第二齿轮(3)啮合；

B)、差速部分也是行星轮系，差速部分就是把主传动装置中两轴轮转速差通过差速器转变成相对于机壳的转动；差速器由第一锥齿轮(8)、第二锥齿轮(9)、第三锥齿轮(10)和第四齿轮(5)组成，第一锥齿轮(8)轴上装有第六齿轮(7)，第三锥齿轮(10)轴的速度控制端C(14)与速度控制组件相连，第二锥齿轮(9)和第四齿轮(5)组成周转关系；

C)、所述的平衡部分为行星轮系，平衡部分由第二行星架(28)、第二中心轮(25)、第二双联齿轮(26)、输出轮(27)组成，第二中心轮(25)与输出轮(27)在同一直线上，第二中心轮(25)与变速器连接，输出轮(27)上固定有第六齿轮(7)；输入端第二行星架(28)上固定有第八齿轮(30)，主传动的输入端H固定有第七齿轮(29)，第七齿轮(29)与第八齿轮(30)啮合，主传动K上固定有第五齿轮(6)与平衡部分的输出轮(27)上的第六齿轮(7)啮合；

D)、第一中心轮K(12)上设有第五齿轮(6)，输出轴V(13)上设有第三齿轮(4)，第五齿轮(6)与第六齿轮(7)啮合，第三齿轮(4)与第四齿轮(5)啮合。

3、根据权利要求1或2所述的齿轮无级变速器，其特征在于：输出方式可以是V为输出端，也可以S为输出端或是K为输出端。

4、根据权利要求1或2所述的齿轮无级变速器，其特征在于：该齿轮无级变速的范围为K×(1∶1～0)，K为主传动部分差速转变成差速输出的传动比，K可以是2、3、1/2等。

5、根据权利要求1或2所述的齿轮无级变速器，其特征在于：以控制主传动中的中间的速度控制部分可以有下述方法实现，由压力传感器(17)，蜗轮(15)和蜗杆(16)组成，蜗杆(16)与调速电机(18)相连，改变调速电机(18)实现变速。

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