CN101825165A - 恒功率行星变速传动 - Google Patents

Abstract

行星传动具有主动轮、行星轮和外压圈的传动机构，作无级变速的还有调速及加压装置。通常采用摩擦副传动，蜗轮与螺旋副调速，碟簧加压，以行星轮的径向位移而变动工作半径进行无级变速，尤其是一种圆弧回转体行星轮，实现大变速范围高效率的恒功率行星变速传动。各摩擦副工作面是圆弧面互为点接触无几何滑动，当行星轮径向内外受主动轮及外压圈夹紧传力，每一转速有着不同的夹持角，调整正压力而更适合于恒功率传动。行星轮以外圆传递转矩到圆周分布圆或外围均布间隔的一组滚轮销套的梁式笼形输出机构，成为平面力系。多种结构形状行星轮尤其是薄壁中空球面状的与二个主动轮及外压圈的刚性件成刚柔配合以柔让刚，传动接触点形成凹凸共曲微齿活性当量“啮合”，大幅度提高承载力。

Description

恒功率行星变速传动

技术领域

行星传动具有主动轮、行星轮和外压圈的传动机构，作无级变速的还有调速及加压装置。通常采用摩擦副传动，碟簧加压和蜗轮与螺旋副调速。

一种圆弧回转体行星轮，其圆心在实体外而使摩擦工作面的夹持角及摩擦力与恒功率传动转矩的所需相适合的恒功率行星变速传动，摩擦副的工作面是圆弧点接触纯滚动，无几何滑动，行星轮径向各工作半径有大小不同的圆弧角，行星轮无外伸转轴而以中间圆柱体推动一组运行圆周上或外围均布间隔着行星轮的滚轮销套的输出机构成平面力系，简支梁式、笼形、各平行同圆周的滚轮销套及销轴构成转臂输出机构使输出转速达到输入转速直至零转速并实现完全恒功率传动。一种薄壁成形中空自重轻的行星轮其圆弧面与主动轮及外压圈的传力接触点成凹凸共曲而降低接触应力提高承载力。

背景技术

行星传动应有一系列优势，尤其是摩擦轮行星式制造无级变速其变速精密度和低转速承载力远优于电力电子式或液压式。各种无级变速主要缺陷是有效变速范围小、效率低、承载力不足，电力电子式的电磁调速和变频调速当转速降到某数值时，甚至无转矩输出，因而不得不装大容量成大马拉小车造成能源和投资的浪费，使用成本高效益低，一些环境也不适合应用。

无级变速在传动领域应用随着现代化高效益而更应广泛甚至必不可少，尤其在自动化生产线、远距离控制、数控机床及汽车变速传动显然十分需要却尚未满足技术性能的完善要求。与齿轮传动相比滑差率大输出转速受负载变动而变化，传动比不稳定影响了数控机床加工的精度限制了应用范围。但是无级变速尤其是机械式的其结构简便运行平稳噪音低，还有传力的均载性、浮动性及达到的多方一致性都比齿轮传动更容易解决，一旦克服了摩擦传动的历史性难题，机械式无级变速取代通常各类变速传动及齿轮传动更具效益性，尤其是数控机床和汽车传动具有节能减排，促进新的技术进步。

摩擦传动还可以柔性化，但是通常产品是硬钢对硬钢的摩擦副属刚性配合，应力高度集中，传动严重依赖于压紧力而降低了效率和寿命。

当前国内外较先进产品如德国的DISCO和日本的RX仍未解决效率等历史性难题，因为行星圆周运行必有离心力，行星轮径向内外二个工作半径大小不同所需的正压力应随着变动，通常的不变锥角尤其是直线工作面行星轮各传力点摩擦力与转矩所需相矛盾。所以一种圆弧外凸变角度工作面的行星轮以首创形状结构、离心力的抵消或转移方向变有害为有利，转矩分汇流转换成平面力系。尤其是采用以薄而柔、刚柔配对、以柔让刚、形成传力接触点或面的凹凸共曲弹性变形，大幅度提高点接触纯滚动摩擦力，突破高效率尤其是显著提高低转速的承载力和承受变载荷的稳定性，适用于数控机床使其性能超越。

发明内容

恒功率传动就要输出转矩与转速成反比即M＝A/N。式中转矩M，转速N，A作为输入功率N、效率k时A＝9550N·n。这种等式齿轮传动容易实现，但齿轮难以作无级变速，所以要由摩擦传动来实现应从结构上来创新。摩擦传动依靠摩擦力传递转矩，钢制摩擦副的正压力是圆周力的20～50倍，巨大的压紧力造成发热、磨损而降低效率，如果压紧力不足又会引起转速波动，磨损也会加剧。所以适合的能按各种转速及转矩同步变化的正压力是高性能的先决条件。

行星轮圆周运行必有离心力产生，其值与角速度平方成正比，所以高转速时应设法将离心力变有害为有利。

数目众多几何形状及精度一致的行星轮作为中间滚动体内外有主动轮及外压圈传力，行星轮的位移形成与主动轮及外压圈的传力接触点变动达到工作半径大小变动，输出转速升降，转矩按正比增减。通常的行星轮是直线锥面或圆心在内中的球体，菱锥形的其锥角或楔角大小不变，常由外伸心轴以立体状传力成为空间力系。

行星传动高转速时主动轮夹在行星轮自转中心或较小的工作半径，而外压圈夹在行星轮外缘较大的工作半径，低转速则反之。如果行星轮是单一角度的锥角，由于行星轮各工作半径的摩擦力应该不同，所以通常产品无法适合恒功率而变转矩的传动。

一种圆弧回转体行星轮，其圆心远在实体之外，二侧圆弧工作面对称及中间有圆柱体，从外缘工作半径最大至自转中心轴线工作半径逐渐减少直至O半径，其圆弧角既主动轮或外压圈的夹持角是逐点大小变动的，轮缘处有20°～30°的大角，中心线处其圆弧角只有2°～4°的小角，角度范围也可以更大些。

这种圆弧回转体行星轮高转速工位，主动轮夹在行星轮自转中心线处圆弧角最小处，外压圈夹紧在行星轮外缘圆弧角最大处。低转速工位则相反。

圆弧角大，夹持角就大，正压力的转换系数则小相对正压力则小，反之亦然。

由于恒功率传动高转速所需的摩擦力与低转速所需摩擦力成倍变动，大小相差尽大，这样圆弧变夹持角行星轮的结果是：高转速需小摩擦力既小正压力则是大夹持角圆弧角度，低转速反之。

再分析碟簧压紧在外压圈上或主动轮上的二种情况：

1、碟簧加压于外压圈上，使外压圈再压紧行星轮，迫使其作径向内移，然后二次压紧主动轮。所以主动轮的摩擦力来自外压圈压紧行星轮时的径向推力，角度大推力则大。同时行星轮高转速其离心力很大，而且这个离心力会抵消部分径向推力，所以外压圈所夹持点既行星轮的外缘处圆弧角必须很大。而主动轮因夹持行星轮的中部(自转中心线)，圆弧角越小越有利。因此变角度行星轮符合这些要求，而且是唯一性的。

2、碟簧作用于主动轮上(通常产品是该结构)：

主动轮的压紧力容易达到，但高转速外压圈对行星轮往往夹得过紧过大，这是当今几乎所有机械无级变速的严重缺陷，温升高磨损快寿命短是普遍现象。因为巨大的离心力与高压紧力双重作用，摩阻过大，甚至卡死行星轮的运行。而低转速行星轮外移，碟簧放松，低转速大转矩所需要的大压紧力无法提供。这种矛盾加压特性是德国发明的致命性缺点。

然而圆弧行星轮的变角度并且外比内大得多，作为固定速比具有优势，高、中、低转速时主动轮与外压圈的夹紧力方适应。只有这种变夹持角的行星轮才能做到高转速固有离心力而将外压圈夹持处既行星轮外缘处是大角度，小正压力，运行阻力明显降低。低转速，主动轮夹在行星轮大角度处而得到较大的径向推力，增大外压圈对行星轮的夹紧，增大正压力，符合了低转速大转矩所需。

上述说明，不论碟簧加压于主动轮或者外压圈，变角度行星轮均适合并且达到最佳状态，而非变角直线锥轮行星轮(TB/T6950-94产品)成淘汰性缺陷，所以本品有着取代国内外较先进的机械式无级变速及固定传动比的行星传动的诸多优势。

行星轮工作面具有变角度，外缘处常用20°～30°，中部(自转中心线)仍有2°～4°的圆弧角，其大小相差几倍至拾几倍。

行星轮可采用薄钢板成型制造球状中空结合结构，工作面外凸而不是通常的直线锥面加强了整体刚性，但局部接触相挤压时薄壁行星轮的柔度相对高于主动轮和外压圈，传力时触点刚柔相挤凹凸共曲弹性变形量增大成面接触，使本来圆滑摩擦面形成微齿形结合，提高了承载力。这种以薄而柔，刚柔配合以柔让刚的薄壁行星轮，由于外凸面不容易发生整体变形却更容易产生局部受力点的弹性变形，即接触点成为活性运转变迁的当量齿形啮合传动，将摩擦副达到齿轮副的功效。这种随机齿形出现只能在外凸球状薄壁壳体上才能被刚性件挤压而造成，是圆弧行星轮的主要特征之一。

滚动摩擦力与弹性变形相关密切，由于行星轮点接触纯滚动可降低压紧力降低发热与温升，减小滑动率，变速更稳定，能适用于变载荷运行(如车床切削加工)。

保持稳定速比应用于数控机床具有改革性创新，取代变频调速装机容量可减小到1/2-1/3。另外重量轻又耐磨损的行星轮适应于高转速应用于汽车变速传动有着节能减排的多项效益。

圆弧回转体行星轮的工作面角度各处不同，大的几拾度，在外缘处，小的在自转中心线，尽管工作半径很小或零值时其圆弧角不是O°，这点作用很大，最低转速能确保运行稳定，而钢球就没有此优点了。

圆弧行星轮无外伸转轴而以二侧圆弧工作面的中间圆柱体传递转短，工作半径为O至全半径，输出转速为接近或等于输入转速至零转速。

以下由几个示意图说明恒功率行星变速传动的传力关系。

1、附图9

圆弧

或对称的

以中心轴线cc′回转，圆心A或A′在实体外侧，半径Aa＝Ab＝Ac，半径大则曲率较小，圆弧角大小范围较窄，从a点至b再延至C圆滑连续，行星轮每一微小位移便有变化的转速及正压力大小变动。C点圆弧角与A点偏离行星轮自转中心线既CC′平行线的距离相对应，C点的圆弧角不同于钢球的中心线处的角度是本品的特征之一，前者可选用一定的角度采用2°～4°，或更大，而后者只能为O角度。二圆弧

与

中间是圆柱体，宽度常用3～4毫米或者采用中空结构时因自重轻可以达拾多毫米。

无级变速既是行星轮工作半径变动，而主动轮和外压圈的圆弧接触并未改变，要实现各种转速有大小不同的正压力需要有圆弧角的变动，但是直线工作面却无此条件。从a至c圆弧角变化拾多倍，以适应恒功率传动增减变化的转矩对摩擦力随着变动相一致。

2、附图10

这是高转速工位，二个主动轮于C点夹持行星轮，圆弧角小形成的正压力却较大。二个外压圈在a点压紧夹持角大正压力相对降低，但径向推力较大。这样符合以下需要：

A碟簧加压于外压圈时相对增大径向推动使主动轮对行星轮夹得紧点，既摩擦力大，固为抵消离心力的能力较大。

B碟簧加压在主动轮上离心力高速时以最大值将行星轮推向二外压圈构成的槽型摩擦面上与碟簧压紧力重合作用，所以应以较大圆弧的正弦关系减小正压力，否则联合压紧过大甚至卡死行星轮或者与槽面胶合。

高转速所需压紧力较小，所以行星轮的a点角度尽可能加大便降低磨阻提高效率，尤其是高转速，改善性能依赖于改变夹持角而不是碟簧的压紧力，因为高转速离心力巨大。

3、附图11

这是低转速时二个主动轮夹于行星轮径向内侧的外缘C′，外压圈夹在中部。由于低转速转矩成倍增大，所需的摩擦力既正压力必须成倍增大，单靠碟簧再度压缩压紧力升高还不够，需夹持角的变小，正压力上升双重增压才确保恒功率传动。

4、附图12以当量受力说明高速如a图，低速如b图。高速主动轮对行星轮推力F₁至行星轮自转轴线C的距离为cr₁，外压圈的推力(既摩擦夹持力)F₂至C点记录为距离为cr₂，显然cr₂＞cr₁，为平衡传力，外压圈的F₂不能过大，否则因F₁相对性的不足容易产生滑动率的升高。b图是低转速当量受力，行星轮的径向外移，而主动轮和外压圈并未径向改变，这时主动轮对行星轮推力F₁′间距cr₁′的力臂L₁′反而大于外压圈对应力臂L₂′，同理F₂′应成倍增大才能平衡F₁′的大力臂所形成的转矩，由于F₁或F₁′是主动轮的圆周力，其输入功率和转速并未变动，所以F₁或F₁′变动不大，但力臂已成倍增减，所以低转速外压圈对行星轮的夹紧摩擦力必须大幅度增大，除碟簧增力外还需改变作用角等增加系数，这就是圆弧行星轮圆弧角度几倍或拾几倍增减变动的原因和效用。圆弧行星轮其夹持角能够大幅度变动及自由选用实现了高效率、高承载力尤其是低转速大转矩的突破，具有取代通常的机械式及变频调速，使配套设备提高了技术性能。

附图12的附图11是中速工位行星轮受力分析，这时主动轮与外压圈的摩擦力及推力基本相同或相近，所以夹持角也相当，不过经验是当碟簧压紧在外压圈上时应使外压圈对行星轮夹得比主动轮的更紧点，这可从设计上行星轮位移与外压圈及主动轮的二个接触传力点不出现同时在等工作半径上即可。

恒功率行星变速传动的最佳方案及必要特征是

1、二个主动轮有键联接输入轴，使二个主动轮同时传力到一组行星轮，行星轮无外伸转轴是以中间或中部外圆传递转矩到行星轮圆周运行同一回转截面上的处于均布间隔或外围的输出转臂机构，构成同一垂直于输入输出轴的回转面而成为平面力系的结构。(行星轮外圆传力是条件)。

2、圆弧回转体行星论二侧对称圆弧工作面的各工作半径是逐点变化的圆弧角，但在自转轴线处(既O工作半径)其圆弧角仍有2°～4°或更大的角度。

3、所有摩擦副是圆弧回转工作面，相互点接触传力无几何滑动。

4、可制成薄壁中空外凸球状圆弧工作面而提高整体刚度又易于产生与二个主动轮及二个外压圈接触传力点成局部凹凸共曲状，增大接触受力面积减小接触应力。(直线锥面的又能产生线弯曲成非局部变形而不适用，这是现有产品的缺陷。)

5、恒功率行星变速传动的设计计算采用行星轮当量受力分析，可简易确定每一转速、转矩所需的碟簧压紧力，确定碟簧相关参数。这种计算方法实用可靠并达到高性能。

6、在行星轮的圆周运行分布圆上或者径向外围均布滚轮销套、销轴滚动传力，能够将行星论的离心力作用点转变既被转移到输出转臂上，使离心力的不利影响减弱或消除，甚至与圆周力共同作动，这就是采用转臂阻碍离心力对外压圈的顶压，却推动转臂运行。

恒功率行星变速传动的计算方法：以输入功率1.5KW，转速1400r/min，输出高速1000r/min，低速150/min，效率高速0.84，低速0.6，行星轮总量1kg，圆周传动半径低速为5cm，高速为8cm为例：

高速转矩M₁＝9550×1.5×0.84/1000＝12N·m

低速转矩M₂＝9550×1.5×0.6/140＝61N·m

圆周力P₁＝12/0.05＝240N，正压力Q₁＝P₁/0.05×2＝2400N。

圆周力P₂＝61/0.08＝75N·m，正压力Q₂＝P₂/0.05×2＝7500N。

离心力Q₁＝0.05×1/98×(л×1000/30)²＝50kg

离心力Q₂＝0.08×1/9.8×(л×140/30)²＝1kg

碟簧压紧力的计算与分析方法

二个主动轮传力行星轮使其自转，二个外压圈因其外侧碟簧压力将行星轮径向外缘处形成阻力矩使行星轮作公转输出转矩。

附图12的a、b、c分别是高、低、中速工位的行星轮传力分析，主动轮推动行星轮之力F₁与其工作半径L₁构成主力矩M₀₁＝F₁L₁，这圆周力因输入功率和转速的不变而基本定值，但随着调速，转矩增大必有碟簧压紧力的增减，高速时碟簧产生的正压力F₂及行星轮工作半径L₂成转矩M₀₂＝F₂L₂，平衡时M₀₁＝M₀₂。

由于正压力过大产生发热损耗大，太小时却会滑动率增大，甚至出现打滑而传动失效。因此整个变速范围其工作半径变动应有碟簧压紧力同步增减才使行星轮二转矩相平衡，据此设计选用碟簧各参数，下例分析：

(1)高速工位：功率1.5KW，传动半径5cm，效率0.84，

输出转速1000r/min，

则圆周力P₁＝9550×1.5×0.84/1000×0.05＝240N，

由行星轮二个工作面传力，摩擦系数为0.05，则正压力F₁＝240/0.05×2＝2400N。主动轮夹的行星轮工作半径为1，外压圈夹持处行星轮的工作半径为3，则F₂＝2400/3＝800N。

由于输出转速增减，F₂是变动的，但F₁来自输入转矩其圆周力基本恒定。

(2)低速工位：功率1.5KW，传动半径为8cm，输出转速150r/min，效率0.6，圆周力P₂＝9550×1.5×0.6/150×0.08＝720N，需正压力F₂′＝720/0.05×2＝7200N.

低转速力臂已与高转速相反，所以F₁′＝F₂′/3＝7200/3＝2400N，因而主动轮对行星轮夹紧力高低速相近，但是外压圈对行星轮的正压力相差达9倍。这么大幅度增减正压力在通常形状的行星轮是无法实现的，唯有本品以碟簧压紧力与转矩所需相一致并且又采用各转速而有大小大同的圆弧角既夹持角变化的行星轮来调整正压力，有效解决实际转矩的平衡。上述还说明现有变速传动迄今未能克服正压力加压特性的难题(既不能过大也不要太小)，是无级变速效率偏低的主因，一旦攻克，其性能将会超越于齿轮啮合传动，效益巨大。但是通常产品(包括国内外先进产品)(以1.5KW为例)高转速(1000r/min)外压圈对行星轮的正压力远大于F₂(800N)，而低转速(150r/min)压紧力达不到(7200N)，降低了效率和承载力。通常产品外压圈压紧力从800N～7200N而变动，但主动轮的夹紧力不小于2400N其结构上。无法实现，甚至相矛盾。迄今为止唯有本发明首创新结构突破压紧力的大变动。

以下分析恒功率行星变速传动的夹持角变化来增减正压力，以适合高效率传动，并满足上述要求。

高速工位：外压圈碟簧轴向压力为1000N，夹角20°，正压力＝1000×cos20°＝940N，径向推力＝1000×tg20°＝340N，当行星轮自重为0.5kg时离心力＝240N，相底消后剩余径向推力＝340-240＝100N，主动轮夹角选2°20′时正压力＝100/sin2°20′＝2440N。这样，受离心力影响时其碟簧压紧力为1000N已经满足12N·m的额定转矩的传动。获此成果的条件是行星轮的夹角变动达9倍。低速工位：外压圈的碟簧压紧力＝7300N，夹持角8°时正压力＝7300×cos8°＝7200N，径向推力＝7300×tg8°＝1000N。由于低转速离心力已经成倍减小，可略去。所以主动轮的正压力＝1000/sin20°＝2900N。

这样，变角度夹持的行星轮，高速碟簧压紧力＝800～1000N，低转速碟簧压紧力增大到7300N，而主动轮的夹持力有2400～2900N，均符合恒功率传动对碟簧压紧力的需求。另外，如将行星轮的自重减轻或者转移了大部分离心力，不需要额外增大碟簧压紧力，效率更高。

对于恒功率行星变速传动的传力分析及计算所获得的最适合碟簧压紧力与实物试验测试数据相符合，且证实只有这种特征结构、形状才能成功。也是本发明对技术进步的贡献。

低转速的外压圈应在圆弧角7°处夹紧行星轮，而主动轮要在20°处夹紧行星轮。这时低转在120～140r/min，而高转速工位外压圈夹角达20°～25°，主动轮夹角在2°～3°处，输出转速达1350r/min，实效恒功率传动范围(变速比)Rb≥10。从120r/min以下作半恒功率传动，最大转矩为60N·m，该技术指标已填补国内外空白。而且实际压紧力可以降低，因为无级变速使用专用牵引油，牵引系数≥0.05，效率将超过计算值。

经上述计算后依据压紧力选用碟簧的有关参数，如碟簧系列C D(112)d(57)t(2.25)h₀(3.8)H₀(6.05)

还要说明的是通常摩擦式行星传动的无级变速器(JB/T6950-94)碟簧加压在主动轮上，且行星轮的锥角为直线型，各锥角相同，其加压性能与转矩成矛盾的致命缺陷迄今未得解决。但圆弧变角度行星轮在碟簧压紧于主动轮上时也有明显的改进成果，高转速工位的正压力＝碟簧力/cosβ≈碟簧力则较大，径向力＝碟簧力×tgβ则较小，所以外压圈上的压紧力较小，但因行星轮的离心力很大且压到外压圈上，如果外压圈上压紧力当锥角内外相同时出现不可避免超紧现象而降低效率，这是现有产品的缺点。

结合附图详细说明实施本发明的具体细节和最佳方法。

附图1是恒功率行星变速传动结构和工作原理。

附图2是恒功率行星变速传动的平面力系原理。

附图3是恒功率行星变速传动行星轮的高中低变速工位与二个主动轮及二个外压圈相关位置。

附图4是恒功率行星变速传动的圆弧行星轮的结构形状的零件图，实体型。

附图5是恒功率行星变速传动的另一圆弧行星轮，可制成中空以减轻自重，薄壁型。

附图6是恒功率行星变速传动圆弧形工作面与附图7的直线锥度单一的通常行星轮受力后变形的区别。前者容易成局部弹性变形，后者会产生较大的位移，直线被弯曲，附图7是现有产品。

附图8是恒功率行星变速传动超薄壁圆弧行星轮内填充弹性体的形状结构，当壁厚过薄时，内衬耐油耐温橡胶填充料或其他材料使行星轮非受力处持有适合的刚度，而接触受力点更易于变形成凹凸共曲面，提高摩擦力传递能力。

附图9是恒功率行星变速传动圆弧行星轮的角度变化。

附图10是恒功率行星变速传动圆弧行星轮的高速工位。

附图11是恒功率行星变速传动圆弧行星轮的低速工位。

附图12是恒功率行星变速传动圆弧行星轮在高速工位a、低速工位b、中速工位c的当量受力分析图。

图1中，1、机座，2、蜗轮，3、移动螺旋，4、移动主动轮，5、推力轴承，6、输入轴，7、行星轮，8、固定主动轮，9、固定套圈，10、滚轮销套，11、销轴，12、固定外压圈，13、移动外压圈，14、联接法兰，15、端盖，16、移动套圈，17、碟簧，18、输出轴。

输入轴6上套有移动主动轮4和固定主动轮8，二件在移动螺旋受蜗轮转动时螺旋传动作轴向进合或者退开，一组行星轮7被二个主动轮4和8夹持并产生转动，行星轮7的径向外侧受到二个外压圈12和13于圆周外侧包容抱合并控制了工位，固定外压圈12固定于固定套圈9上，而移动外压圈装在可轴向移动的移动套圈16上，行星轮受到二主动轮轴向压紧时，因圆滑圆弧的锥形而作径向外移，推开了可移动的外压圈13及其套圈16，一组碟簧装在移动套圈16与端盖15间始终压紧行星轮7，行星轮7被二个主动轮4和8传动后作圆周运行，并推动在圆周上的一组滚轮销套10及固定于输出轴18上的销轴11，梁式输出机构输出作功。

在高速时，二主动轮4和8的圆弧工作面夹持行星轮7在自转中心线或近处，其工作半径较小或者为O时，输出转速达到输入转速，当行星轮7径向移动到外压圈12和13夹紧于自转中心线时，输出转速为O。行星轮的径向移动是通过蜗杆蜗轮转动，蜗轮轴孔制成螺纹使移动螺旋作轴向进退，二个主动轮压拢或分开，行星轮则径向外移或受碟簧推动而径向内进，完成变速传动。由于碟簧压紧在可移外压圈上，因而向低速调压紧力增大，达到恒功率传动。

二个主动轮、一组行星轮和二个外压圈相互夹紧传递力矩是由行星轮的二侧圆弧工作面的中间圆柱体外圆在回转中传递同一回转截面的滚轮销套10和销轴11，销轴固联于输出轴18，所以从输入到输出传力发生在同一垂直面上成为平面力系。而通常产品是由行星轮的外伸心轴端部传递或偏斜转轴分力矩传递只能作空间力系，必有较多的分力消耗。

碟簧17小功率采用一组多件，大功率采用多组小尺寸结构，根据各转速传动额定转矩摩擦力大小计算碟簧压紧力。碟簧加压经久耐用，压紧力与转矩对摩擦力所需成正比自行增减。由于摩擦力既正压力不仅关系到碟簧变形量还与作用角大小函数值有关。圆弧行星轮的各种工作半径有着不同的作用角，能完善达到恒功率高效率最适合的正压力。

滚轮销套10动配于销轴11上，销轴二端固连成转臂，各销轴11平行、同圆周均布间隔着一组行星轮7，构成简支梁式、笼形转臂输出结构。

附图2中，1、主动轮，2、行星轮，3、外压圈，4、滚动销套，5、销轴。2′是行星轮径向位移后的工位。图示表明主动轮传动滚轮销套及销轴，其传力方向从中心O₁或O₂至O₃得到推力F₁或F₂，这些推力发生于同一截面上形成平面力系，有效提高效率。

由于行星轮无物理心轴，所以径向位移时达到全半径，既从行星轮中心点至外缘，因而变速范围大。另外滚轮销套和销轴与输出轴等输出机构成梁式，各销轴平行，也有利于效率的提高。

附图3中，1、主动轮，2、外压圈，3、另一外压圈，4、另一主动轮，高转速时行星轮在A位，中速移动B位，低速在C位，由于行星轮既无心轴又无轴孔，可以偏斜，但不影响变速及运行。行星轮的厚度按需选用，要考虑到自重与离心力大小，以适应恒功率传动及高转速。超高转速采用延伸转臂行星传动，或者采用薄钢板成形的内空结构，以减轻自重。薄壁行星轮更有弹性达到柔性化传动。

摩擦副圆弧点接触无几何滑动，磨损少、效率高、寿命长。

附图4中，圆弧1或2是半径R以A点为圆心绕CC′自转中心线回转成为回转体工作面，在CC′点具有所需的角度，一般β₁＝20°～30°，β₂＝2°～4°。

附图5中，薄钢板成形制造完全相同件1和2成二工作面对称的圆弧球状凸面，承受二个主动轮及二个外压圈时整体刚度提高而便于产生接触时局部挤压弹性变形。3是配合的套圈。这种圆弧行星轮需要要较大的圆柱面。

附图6中，行星轮由钢板成形的二半5与7套在套圈6组成整体的圆弧中空薄壁行星轮，与相接触的二个主动轮1、4，二个外压圈2、3以刚柔相挤时其工作面上受力点以柔让刚产生较大的弹性变形，产生凹凸接触点或结合面，大幅度降低接触应力。由于工作圆弧外凸状，向内挤压并且壁厚适合就产生局部凹凸共曲。随着运行，这种微凹凸点作弹性加活性变迁，受力可在整个工作面任何点变动，非接触传力点仍恢复圆滑性。

附图7仅是一种通常产品的锥轮式行星轮，薄壁受力时会出现线弯曲，行星轮工作面因严重变形使传动失效。所以直线又固定一个锥角的行星轮，不论是实体或中空的均难以适应高性能行星传动。

附图8中，1和2是超薄钢板成形的半体，套装在套圈5上，其腔充满耐油耐温的弹性材料，3和7是主动轮，4和6是外压圈。这种超薄壁外凸球状行星轮受力时更易形成凹凸共曲的接触传力点或面，即使减小了压紧力以便减小发热，仍提高了承载能力，尤其是滑动率更小，适合于数控机床的精密加工(如车制高精度螺纹)。

恒功率行星变速传动的多项目首创性获得多适用范围，解决于各机械式、变频调速和电磁调速及液压调速固有的缺陷，尤其是高效率、大变速范围、高承载力、变速精度和转速的稳定性以及低转速的恒功率性能的重大突破，开发了无级变速传动应用范围更广泛及新领域。

恒功率行星变速传动结构先进、制造容易、节能和使用效益显著，是数控机床和汽车变速传动迄今为止最适合产品。

Claims (5)

1.行星传动具有主动轮、行星轮和外压圈的传动机构，作无级变速的还有调速及加压装置，常有蜗轮与螺旋副调速，碟簧加压，在行星轮圆周运行分布圆或外围均布一组滚轮销套、销轴及输出轴，尤其是圆心于行星轮实体外，使其工作圆弧面与主动轮或外压圈各传力接触点有着大小不同的圆弧角度既变化的夹持角，形成的摩擦力既正压力对应各转速和转矩相适合而实现恒功率行星变速传动。

2.根据权利要求1所述的恒功率行星变速传动，其特征是主动轮、行星轮和外压圈的摩擦传动副各工作面是圆弧曲线回转体，互为点接触，运行无几何滑动，尤其是行星轮的二侧摩擦工作面是圆心在实体外的曲线回转面，各处成逐点变化的大小相差几倍或拾几倍的圆弧夹持角，从最大至最小角度圆滑、连续、无级增减对应于转矩增减相一致。

3.根据权利要求1或2所述的恒功率行星变速传动，其特征是二个主动轮和二个外压圈于圆周径向行内外夹紧一组行星轮传力，行星轮将输入转矩进行分汇流转换再传递到一组均布于行星轮运行圆周或外围上的滚轮销套、销轴及其输出轴，各摩擦力与推力矩均发生于同一个中心截面上成为平面力系的结构，无外伸转轴的行星轮作圆周运行以中部圆柱外径推动输出机构成一个截面的且始终垂直于输入输出轴的同一垂直面传递力矩。

4.根据权利要求1所述的恒功率行星变速传动，其特征是行星轮是圆弧曲线回转体，由对称二侧工作面与中间圆柱体构成，摩擦工作面各径向工作高度有大小不同的圆弧角，与二个主动轮及二个外压圈的传力接触点产生的正压力大小对应各转速在变动，符合恒功率传动每一转速有着增减变动的转矩所需成正比，尤其是行星轮可制成薄壁中空圆球凸面状，能与二个主动轮或二个外压圈的传力接触产生凹凸共曲接触成为微齿形传力而提高承载力。

5.根据权利要求1所述的恒功率行星变速传动，其特征是输出机构成简支梁式、笼形、各滚轮销套和销轴平行均布于行星轮分布圆或者外围上接受行星轮的推力矩，并将行星轮的离心力受到圆周力的合成而转移方向成为联合推力矩，输出机构的滚轮销套具有阻碍径向外移的行星轮而将其离心力合入到圆周力共同推动转臂输出转矩。

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