CN101198515B - 无级变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无级变速器。该无级变速器包括：驱动轴，该驱动轴具有第一驱动齿轮和第二驱动齿轮，并被提供有旋转动力；行星齿轮单元，该行星齿轮单元与所述驱动轴的所述第一驱动齿轮啮合并具有固定至输出轴的恒星齿轮；以及变速器，该变速器接收驱动力的一部分以提供附加输出。防止了变速时的动力传输中断。而且，由于所述无级变速器的结构简化以使在变速操作中产生的载荷最小化，从而可降低由变速引起的功率损耗，并且可降低制造成本。特别的是，因为降低了在变速时产生的振动和噪音，所以该无级变速器可以广泛应用于从诸如自行车或摩托车的小功率装置到诸如工业机器的大功率变速器设备。

Description

无级变速器
技术领域
本发明总体涉及一种无级变速器，更加具体涉及这样一种无级变速器，其包括具有第一和第二驱动齿轮的驱动轴、连接到该驱动轴的行星齿轮单元、具有变速杆的变速器等等，从而在变速时防止动力传输的中断，该无级变速器结构简单以使由于变速操作而产生的载荷最小化，从而减小由变速导致的功率损耗，降低了制造成本，而且该无级变速器可广泛应用于从小功率装置到诸如用于工业机器的大功率变速器设备。
背景技术
在现有技术中公知，无级变速器包括行星齿轮单元和变速器，行星齿轮单元由具有预定自由度的环形齿轮、行星齿轮、齿轮架和恒星齿轮构成，行星齿轮单元和变速器彼此组合以构成带式无级变速器，从而可通过无级变速来进行速度微调，并且能获得范围较宽的变速比。
与行星齿轮单元组合的带式无级变速器构造成通过摩擦传递动力。因此，为了获得所需的摩擦水平，由于部件的工作载荷和滑动而引起大量的功率损耗。而且，因为带式无级变速器具有复杂的结构和较低的效率，所以不能用于自行车或小功率装置，而只能局限于在重型设备或施加重载荷的工业机器中使用。
在带式无级变速器中，将驱动带卷绕在一对变速皮带轮上从而可通过改变皮带轮的直径而进行变速。为了获得高水平的减速，皮带轮的尺寸必须相对增大，因此整个变速器的尺寸变大。而且因为皮带和皮带轮之间的接触面积增大，所以工作载荷增大，从而难以将带式无级变速器应用于中小功率装置。
同时，在自行车的情况中，采用手动变速器，其中在踏板(pedal)上安装两个或三个链轮，在后轮上安装七个或八个链轮，从而可通过对操作杆的操纵来移动链条以实现变速。然而在这种变速器中，在通过对操作杆的操纵来移动链条的时候动力传输中断，并且变速器的结构复杂。而且，因为使用两个操作杆来变速，所以使用不便，并且需要预定的熟练程度。
另外，在摩托车的情况中，采用的带式无级变速器利用由发动机的转速产生的离心力。然而，在该带式无级变速器中，因为部件的工作载荷和由于皮带轮的滑动引起的动力损失增大，所以不必要地提高了发动机的转速，从而降低了燃料经济性并降低了变速效率，而且对无级变速器的使用限于具有低排量的发动机。
为了解决上述问题，本申请人在韩国专利No.436744中公开了一种功率分级式无级变速器。
韩国专利No.436744中公开的功率分级式无级变速器包括行星齿轮单元和第二变速器的简单组合，行星齿轮单元由齿轮架、具有预定自由度的环形齿轮和恒星齿轮构成，第二变速器由摆动式致动器，即凸轮机构和连杆构成，从而可方便地实现高减速比，并且可根据需要调节输出和输入水平。
然而，因为功率分级式无级变速器具有相对复杂的结构，所以当其应用于简单装置和机器时，由于在驱动力从输入部传递到输出部时产生的噪音或振动导致功率损失。而且，功率分级式无级变速器难以使要求轻便的装置的重量最小化。
发明内容
【技术问题】
因此，本发明致力于解决在现有技术中产生的问题，本发明的目的在于提供一种无级变速器，其中将与具有输出轴的行星齿轮单元啮合的第一驱动齿轮以及与连接到该输出轴的变速器啮合并能够实施变速操作的第二驱动齿轮固定至提供有动力的驱动轴，以使在变速操作中产生的载荷最小化并且简化所述无级变速器的结构，从而降低由变速引起的功率损耗，所述无级变速器可形成为具有各种尺寸，从而该无级变速器不仅可应用于小功率装置，而且可应用于大功率变速器设备。
【技术方案】
为了实现以上目的，根据本发明的一个方面，提供了一种使用行星齿轮单元的无级变速器，该无级变速器包括：驱动轴，该驱动轴被提供有驱动力，并具有安装在该驱动轴上彼此隔开的第一驱动齿轮和第二驱动齿轮；行星齿轮单元，该行星齿轮单元包括与所述驱动轴的所述第一驱动齿轮啮合的环形齿轮、具有输出轴的恒星齿轮以及将所述环形齿轮和所述恒星齿轮彼此连接的多个行星齿轮；以及变速器，该变速器包括具有与所述驱动轴的所述第二驱动齿轮啮合的输入齿轮的输入轴、偏心地固定至所述输入轴的多个凸轮机构、在其中可旋转地接收相应的凸轮机构的多个第一连杆、与安装在所述行星齿轮单元的所述输出轴上的单向离合器接合的多个转子、以及第一端部通过销接合到所述第一连杆的相应延伸部并且第二端部通过销接合到相应转子的多个第二连杆，其中在通过所述第一驱动齿轮无损耗地传递提供给所述驱动轴的驱动力时，通过所述变速器能够进行附加变速。
根据本发明的另一方面，所述变速器还包括多个变速连杆，所述变速连杆的第一端部连接到相应的第一连杆的延伸部的销，并且第二端部连接到具有变速杆的传动轴，从而可调节相应的第一连杆和第二连杆的运动范围。
【有利效果】
由于本发明的特征，根据本发明的无级变速器提供了优于本申请人的先前申请的优点，即，因为简化了所述无级变速器的结构从而使在变速操作中产生的载荷最小化，从而可降低由变速引起的功率损耗，并且可降低制造成本。
而且，在根据本发明的无级变速器中，因为降低了变速时产生的振动和噪音，所以该无级变速器可以多种方式广泛应用于从诸如自行车或摩托车的小功率装置到诸如工业机器的大功率变速器设备。
附图说明
在结合附图阅读以下详细说明之后，将更加清楚本发明的上述目的、其它特征和优点，附图中：
图1是根据本发明的无级变速器的结构图；
图2是应用于本发明的变速器的结构图；
图3是示出根据本发明的无级变速器的一个实施方式的剖视图；并且
图4是图3所示的无级变速器的组装图。
<附图主要部件的附图标记的说明>
100：驱动轴          200：行星齿轮单元
300：变速器          400：输出轴
110：第一驱动齿轮    120：第二驱动齿轮
210：环形齿轮        220：恒星齿轮    
230：行星齿轮        310：输入齿轮
320：输入轴          330：凸轮机构
340：第一连杆        350：第二连杆
360：变速杆          370：变速轴
410：单向离合器      420：转子
具体实施方式
下面将更加详细地参照本发明的优选实施方式，其实施例在附图中示出。在全部附图和说明书中将尽可能地使用相同的附图标记来指代相同或相似的部件。
图1是根据本发明的无级变速器的结构图，图2是应用于本发明的变速器的结构图，图3是示出根据本发明的无级变速器的一个实施方式的剖视图，并且图4是图3所示的无级变速器的组装图。
根据本发明一实施方式的无级变速器主要包括：驱动轴100，其具有第一驱动齿轮110和第二驱动齿轮120并提供有旋转动力；行星齿轮单元200，其与驱动轴100的第一驱动齿轮110啮合并具有固定至输出轴400的恒星齿轮220；以及变速器300，其能够进行附加的变速以允许适当调节通过输出轴400提供的输出力。
驱动轴100被提供有通过发动机或人的脚踏力产生的旋转动力，其设有彼此隔开预定距离的第一驱动齿轮110和第二驱动齿轮120。优选的是，驱动轴100的第一驱动齿轮110与行星齿轮单元200的环形齿轮210啮合以接收提供给驱动轴100的旋转动力，并且输出轴400连接到行星齿轮单元200的恒星齿轮220，从而可通过恒星齿轮220输出所提供的驱动力。
特别优选的是，如图3和图4所示，应用于本发明的行星齿轮单元200构造成具有星形构造，使得环形齿轮210具有内齿，多个行星齿轮230定位成与环形齿轮210的内齿啮合，恒星齿轮220定位在环形齿轮210的中央部分并与行星齿轮230啮合。而且优选的是，驱动轴100的第二驱动齿轮120与变速器300的输入齿轮310啮合，使得通过变速器300将提供给驱动轴100的驱动力传递至通过第一驱动齿轮100驱动的输出轴400和行星齿轮单元200而不进行变速，从而实施输出功率的变速。
参照图2，变速器300通过与驱动轴100的第二驱动齿轮120啮合的输入齿轮310接收驱动力，并且最终对接合到单向离合器410的转子420实施选择性变速以传递驱动力，单向离合器410安装在输出轴400上。
下面具体描述变速器300的结构，优选的是，变速器300包括：输入轴320，其具有与驱动轴100的第二驱动齿轮120啮合的输入齿轮310；多个凸轮机构330，它们偏心地固定至输入轴320；多个第一连杆340，它们在其中可旋转地接收相应的凸轮机构330；以及多个第二连杆350，它们的第一端部通过销接合到第一连杆340的相应延伸部并且第二端部通过销接合到与单向离合器410接合的多个转子420的第一端部，单向离合器410固定至行星齿轮单元200的输出轴400。
而且更优选的是，变速器300还包括多个变速连杆380，它们的第一端部连接到相应的第一连杆340的延伸部的销，并且第二端部连接到具有变速杆360的传动轴370，从而可通过操作变速杆360以根据需要设置输出轴400的旋转比来适当地调节相应的第一连杆340和第二连杆350的运动范围。
下面将参照图2描述如上所述构成的变速器300的操作，如果通过第二驱动齿轮120使输入齿轮310旋转，那么偏心固定到输入齿轮310的轴320上的多个凸轮机构330旋转。借此，在其中可旋转地接收相应的凸轮机构330的第一连杆340由于凸轮机构330的旋转而线性往复运动，并且通过销接合到第一连杆340的一端上的第二连杆350也线性往复运动。
第二连杆350的线性往复运动使连接到第二连杆350的转子420沿向前和向后方向重复旋转预定角度。因为转子420接合到单向离合器410，所以在转子420旋转时，输出仅仅在转子420沿向前方向旋转时才增加旋转角的量，转子420的该附加输出表现为恒星齿轮220的附加输出。同时，如果适当调节变速杆360，那么就可以调节在第一连杆340和第二连杆350线性往复运动时的运动范围。该运动范围与转子420的向前旋转和向后旋转之间的旋转范围对应，因此可调节输出轴400的旋转比。在以下具体实施方式中将详细描述本发明的通过转子420的旋转而增加输出的具体操作结构。
下面将参照图3和图4描述其中将根据本发明的无级变速器应用于自行车的实施方式。图3是表示其中根据本发明的无级变速器安装到自行车的状态的剖视图，图4表示在图3所示的主要部件之间的组装和关系。
优选的是，在本发明的无级变速器应用于自行车的情况下，人的脚踏力通过连接到自行车的踏板’a’的驱动轴100被传递，并且连接有用于将驱动力传递至自行车后轮的链的链轮’b’固定至输出轴400。
当踏板’a’由于骑车人的脚踏力而旋转时，接合到踏板’a’的驱动轴100旋转，并且固定至驱动轴100的第一驱动齿轮110和第二驱动齿轮120旋转。而且，如果第一驱动齿轮110旋转，那么行星齿轮单元200的环形齿轮210旋转。如果环形齿轮210旋转，那么由于行星齿轮单元200的特性，与环形齿轮210啮合的行星齿轮230和与行星齿轮230啮合的恒星齿轮220旋转，从而通过输出轴400提供基本输出。
同时，参照图4，在第二驱动齿轮120旋转时，变速器300的输入齿轮310也旋转，并且固定至输入轴320的多个凸轮机构330旋转。凸轮机构330的旋转使可旋转地接收凸轮机构330的第一连杆340以及通过销接合到第一连杆340的一端的第二连杆350线性往复运动。第二连杆350的线性往复运动使连接到第二连杆350的端部的转子420沿向前和向后方向重复地旋转预定角度。
因为转子420接合到单向离合器410，所以转子420的旋转力仅仅在转子420沿向前方向旋转时才通过行星齿轮紧固部件232传递到行星齿轮230。该向前方向的旋转使得行星齿轮230在环形齿轮210的内周表面上旋转，因此向与行星齿轮230啮合的恒星齿轮220的输出轴400提供附加输出。可提供该附加动力的原因在于，在恒星齿轮单元中，恒星齿轮可在环形齿轮的内周表面上运动，而与环形齿轮的旋转无关。因此，输出轴400的最终输出以这种方式提供，即，可归因于第一驱动齿轮110的旋转的基本输出以及可归因于转子420的旋转的附加输出被组合。
具体地说，如上所述，可通过使用变速杆360操纵连接到多个第一连杆340的一端上的多个变速连杆380而设定输出轴400的旋转比。而且，变速器300的变速杆360(图3未示出)可通过线等连接到自行车的把手以允许方便地操纵变速杆360。
虽然已经对其中将根据本发明的如上所述构成的无级变速器应用于自行车的情况进行了描述，但容易理解本发明不限于该特定情况，本发明即使在应用于诸如车辆的各种设备时也可以执行相同功能。
在附图和说明书中，已经公开了本发明的典型的优选实施方式，尽管采用了具体术语，但它们仅仅在一般和描述性的意义上使用而不用于限制，本发明的范围在以下权利要求中阐明。

Claims (2)

1.一种使用行星齿轮单元的无级变速器，该无级变速器包括：
驱动轴，该驱动轴被提供有驱动力，并具有安装在该驱动轴上彼此隔开的第一驱动齿轮和第二驱动齿轮；
行星齿轮单元，该行星齿轮单元包括与所述驱动轴的所述第一驱动齿轮啮合的环形齿轮、具有输出轴的恒星齿轮以及将所述环形齿轮和所述恒星齿轮彼此连接的多个行星齿轮；以及
变速器，该变速器包括具有与所述驱动轴的所述第二驱动齿轮啮合的输入齿轮的输入轴、偏心地固定至所述输入轴的多个凸轮机构、在其中可旋转地接收相应的凸轮机构的多个第一连杆、与安装在所述行星齿轮单元的所述输出轴上的单向离合器接合的多个转子、以及第一端部通过销接合到所述第一连杆的相应延伸部并且第二端部通过销接合到相应的转子的多个第二连杆，
其中在通过所述第一驱动齿轮无损耗地传递提供给所述驱动轴的驱动力时，通过所述变速器能够进行附加变速。
2.根据权利要求1所述的无级变速器，其中，所述变速器还包括多个变速连杆，所述变速连杆的第一端部连接到相应的第一连杆的延伸部的销，并且第二端部连接到具有变速杆的传动轴，从而可调节相应的第一连杆和第二连杆的运动范围。
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