CN101982676A - 无级变速传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明具体为一种无级变速传动装置，解决了现有无级变速传动装置不能承受较大扭矩、传动效率低的问题。包括主行星齿轮组和转速对比机构，主行星齿轮组包括主行星锥形齿轮和与其啮合的反馈太阳轮和动力输出太阳轮，转速对比机构包括副行星锥形齿轮和与其啮合的输入转速太阳轮和输出转速太阳轮，转速对比机构把旋转方向、速度不同的两个太阳轮所具有的转速进行对比，把获得的反馈转速通过具有防倒转功能的蜗轮蜗杆机构反馈给主行星齿轮组，主行星齿轮组根据转速对比机构提供的反馈转速把动力传递至动力输出轴，使无级变速传动装置达到无级变速的目的。本发明传动效率高、制造成本低、维修简单、应用范围广。

Description

无级变速传动装置
技术领域
本发明涉及传动装置，具体为一种无级变速传动装置。
背景技术
无级变速传动装置的发展已经有一百多年的历史了，主要是利用两个可变直径传动轮，中间套上传动带来实现其无级变速传动，但至今都始终无法大面积普及，主要是由于现有无级变速器仍存在以下不足之处：一是制造成本高，并且如果操作不当的话，出问题的概率较高，维修成本极高；二是因为其软连接存在的构造原理和机械磨损的缺陷，传动的钢制皮带不能承受较大的扭矩，易断裂，可靠性得不到充分的保证。虽然人们对传动带进行不断的改进，但由于上述问题不能得到彻底解决，限制了无级变速传动装置的推广和应用。
发明内容
本发明为了解决现有无级变速传动装置存在构造原理和机械磨损的缺陷导致其不能承受较大扭矩、可靠性得不到保证且制造成本高、维修成本高、传动效率低的问题，提供了一种应用范围小至轻型摩托车，大至大型牵引车的齿轮硬连接无级变速传动装置。
本发明是采用如下技术方案实现的：无级变速传动装置，包括主行星齿轮组和转速对比机构，主行星齿轮组包括主行星架，主行星架左端面固定有主行星架齿轮，主行星架齿轮啮合有主动力齿轮，主动力齿轮固定在动力输入轴上，动力输入轴的左端固定有液力变矩器，且固定在液力变矩器内的涡轮上，主行星架上下两端之间固定有主行星齿轮轴，主行星齿轮轴上套有主行星锥形齿轮，主行星锥形齿轮左右两端分别啮合有反馈太阳轮和动力输出太阳轮，反馈太阳轮左侧固定有穿过主行星架和主行星架齿轮的转速反馈轴，转速反馈轴左端固定有转速反馈蜗轮，转速反馈蜗轮啮合有转速反馈蜗杆，动力输出太阳轮右侧固定有动力输出轴；转速对比机构包括副行星架，副行星架左端固定有副行星架齿轮，副行星架齿轮啮合有蜗杆齿轮，蜗杆齿轮下端面固定有其内圈固定在转速反馈蜗杆一端的转速反馈飞轮，副行星架上下两端固定有副行星齿轮轴，副行星齿轮轴上套有副行星锥形齿轮，副行星锥形齿轮左右两端分别啮合有输入转速太阳轮和输出转速太阳轮，输入转速太阳轮左侧固定有穿过副行星架和副行星架齿轮的输入转速轴，副行星架齿轮左侧的输入转速轴上固定有输入转速飞轮，输入转速飞轮内圈右端面固定有惯性轮，输入转速飞轮外圈啮合有带有齿轮轴的输入转速过渡轮，齿轮轴另一端固定有输入转速过渡轮，输入转速过渡轮啮合有固定在输入轴上的动力输入转速齿轮，输入轴的右端与液力变矩器的外壳固定；输出转速太阳轮右侧固定有输出转速齿轮轴，输出转速齿轮轴上固定有输出转速齿轮，输出转速齿轮啮合有固定在动力输出轴上的动力转速输出齿轮。本发明的工作原理是外部动力按动力输入轴旋转方向A向动力轴施加动力，动力通过液力变矩器和动力输入转速齿轮分别把动力转速(所谓动力转速是指既获得动力，又在获得动力的同时获得了旋转速度)传送至主行星齿轮组和转速对比机构，转速对比机构把对比后得到的转速通过蜗轮蜗杆齿轮(蜗轮蜗杆齿轮比的设计是根据动力、负载和无级变速传动装置对变速范围要求的不同而做相应调整)向主行星齿轮组反馈回反馈转速，主行星锥形齿轮在液力变矩器输入的动力转速和转速对比机构反馈回的反馈转速的共同作用下，围绕反馈太阳轮和动力输出太阳轮进行公转并围绕主行星齿轮轴进行自转，最终把动力转速输出到动力输出轴，动力输出轴上固定的动力转速输出齿轮再把实时输出动力转速提供给转速对比机构的输出转速太阳轮供转速对比机构进行对比，对比后得到的实时反馈转速又提供给主行星齿轮组，形成一个循环的无级变速系统。
具体工作时，外部动力按输入轴旋转方向A施加给输入轴动力转速，输入轴上获得的动力转速通过液力变矩器和动力输入转速齿轮分别传送至主行星齿轮组和转速对比机构，动力通过动力输入转速齿轮、输入转速过渡轮、输入转速飞轮传送至输入转速轴上固定的输入转速太阳轮，和旋转方向、转速不同的输出转速太阳轮通过副行星齿轮进行转速比较，两个旋转方向不同的转速迫使副行星锥形齿轮进行自转，副行星锥形齿轮自转的同时使副行星锥形齿轮获得对比转速，对比转速迫使副行星锥形齿轮围绕输入转速太阳轮和输出转速太阳轮进行公转，从而使副行星架获得反馈转速，反馈转速经副行星架上的副行星架齿轮、蜗杆齿轮和转速反馈飞轮传送至转速反馈蜗杆；同时动力转速由输入轴上固定的液力变矩器、主动力齿轮、主行星架齿轮、主行星架传送至主行星锥形齿轮，主行星锥形齿轮把获得的动力转速同时施加给反馈太阳轮和动力输出太阳轮，施加给反馈太阳轮的动力转速经转速反馈蜗轮传送至转速反馈蜗杆，而蜗轮蜗杆齿轮结构有防倒转功能，动力转速不能继续向下传递，具有反馈转速的转速反馈蜗杆只需沿转速反馈蜗杆旋转方向B转动，便能以极小的动力被动控制旋转方向为C的转速反馈蜗轮，动力转速基本上全部传送至动力输出轴上固定的动力输出太阳轮；同时实时输出动力转速经动力输出轴上固定的动力转速输出齿轮传送至输出转速齿轮轴上固定的输出转速齿轮，固定在输出转速齿轮轴左端的输出转速太阳轮获得实时输出动力转速，转速对比机构的副行星锥形齿轮对两个旋转方向不同的转速再次进行对比，对比后得到的对比转速迫使副行星锥形齿轮自转，副行星锥形齿轮的自转使副行星锥形齿轮获得实时对比转速并围绕动力输入太阳轮和动力输出太阳轮进行公转使转速对比机构得到反馈转速，然后将反馈转速经齿轮啮合传送至反馈太阳轮，使主行星齿轮组持续得到实时反馈转速，形成一个循环的无级变速系统，解决了现有无级变速器由于构造缺陷造成不能承受较大扭矩且可靠性得不到保证的问题。
转速对比机构包括连接有输入电源线的转速感应信号对比系统，转速感应信号对比系统的输入端分别通过信号线与动力输出轴上的动力输出转速传感器和惯性轮上的动力输入转速传感器连接，转速感应信号对比系统输出端通过信号线与转速反馈电机连接，转速反馈电机的输出轴与转速反馈蜗杆连接。转速感应信号对比系统是现有技术，为本领域技术人员容易实现的。具体工作时，动力输入转速传感器从惯性轮处获得转速感应信号，动力输出转速传感器从动力输出轴处获得转速感应信号，两个感应信号通过信号线传递给转速感应信号对比系统，经对比获得反馈信号，通过信号线把反馈信号提供给转速反馈电机，反馈电机实时向转速反馈蜗杆提供反馈转速，被动控制转速反馈蜗轮，主行星锥形齿轮在从动力输入轴获得的动力转速作用下围绕反馈太阳轮和动力输出太阳轮进行公转，并根据反馈太阳轮的转速进行自转，最终把实时动力转速传送至动力输出轴，动力输出转速传感器又把得到的实时输出转速感应信号通过信号线再次传送至转速感应信号对比系统，形成一个循环的无级变速系统。
本发明所述的无级变速传动装置实现了真正意义的无级变速，增强了扭矩承受能力的同时保证了无级变速传动装置的可靠性，而且制造成本较低、维修简单，应用范围广。
附图说明
图1为本发明所述的无级变速传动装置的结构示意图；
图2为本发明所述的无级变速传动装置中另一种转速对比机构的结构示意图；
图3为本发明所述的无级变速传动装置中转速反馈蜗杆被动控制转速反馈蜗轮的结构原理图。
图中：1-主行星架，2-主行星架齿轮，3-主动力齿轮，4-动力输入轴，5-主行星齿轮轴，6-主行星锥形齿轮，7-反馈太阳轮，8-动力输出太阳轮，9-转速反馈轴，10-转速反馈蜗轮，11-转速反馈蜗杆，12-动力输出轴，13-副行星架，14-副行星架齿轮，15-蜗杆齿轮，16-转速反馈飞轮，17-副行星齿轮轴，18-副行星锥形齿轮，19-输入转速太阳轮，20-输出转速太阳轮，21-输入转速轴，22-输入转速飞轮，23、24-输入转速齿轮，25-动力输入转速齿轮，26-输出转速齿轮轴，27-输出转速齿轮，28-动力转速输出齿轮，29-转速感应信号对比系统，30-动力输出转速传感器，31-动力输入转速传感器，32-转速反馈电机，33-液力变矩器，34-输入轴，35-涡轮，36-高压油泵，37-锁止离合器，38-泵轮，39-惯性轮，40-飞轮轴。
具体实施方式
实施例1
无级变速传动装置，包括主行星齿轮组和转速对比机构，主行星齿轮组包括主行星架1，主行星架1左端面固定有主行星架齿轮2，主行星架齿轮2啮合有主动力齿轮3，主动力齿轮3固定在动力输入轴4上，动力输入轴4的左端固定有液力变矩器33，且固定在液力变矩器33内的涡轮35上，主行星架1上下两端之间固定有主行星齿轮轴5，主行星齿轮轴5上套有主行星锥形齿轮6，主行星锥形齿轮6左右两端分别啮合有反馈太阳轮7和动力输出太阳轮8，反馈太阳轮7左侧固定有穿过主行星架1和主行星架齿轮2的转速反馈轴9，转速反馈轴9左端固定有转速反馈蜗轮10，转速反馈蜗轮10啮合有转速反馈蜗杆11，动力输出太阳轮8右侧固定有动力输出轴12；转速对比机构包括副行星架13，副行星架13左端固定有副行星架齿轮14，副行星架齿轮14啮合有蜗杆齿轮15，蜗杆齿轮15下端面固定有其内圈固定在转速反馈蜗杆11一端的转速反馈飞轮16，副行星架13上下两端固定有副行星齿轮轴17，副行星齿轮轴17上套有副行星锥形齿轮18，副行星锥形齿轮18左右两端分别啮合有输入转速太阳轮19和输出转速太阳轮20，输入转速太阳轮19左侧固定有穿过副行星架13和副行星架齿轮14的输入转速轴21，副行星架齿轮14左侧的输入转速轴21上固定有输入转速飞轮22，输入转速飞轮22内圈右端面固定有惯性轮39，输入转速飞轮22外圈啮合有带有齿轮轴的输入转速过渡轮23，齿轮轴另一端固定有输入转速过渡轮24，输入转速过渡轮24啮合有固定在输入轴34上的动力输入转速齿轮25，输入轴34的右端与液力变矩器33的外壳固定；输出转速太阳轮20右侧固定有输出转速齿轮轴26，输出转速齿轮轴26上固定有输出转速齿轮27，输出转速齿轮27啮合有固定在动力输出轴12上的动力转速输出齿轮28。具体实施过程中，外部动力施加给无级变速传动装置的输入轴34，动力经输入轴34上固定的动力输入转速齿轮25和液力变矩器33分别传送：动力输入转速齿轮25把输入轴34的动力转速经输入转速过渡轮24、输入转速过渡轮23传送至输入转速轴21上的输入转速飞轮22，使输入转速太阳轮19获得输入转速；此时输出转速太阳轮20静止，获得动力转速的输入转速太阳轮迫使副行星架13上的副行星锥形齿轮18围绕动力输入太阳轮19和动力输出太阳轮20进行公转并围绕副行星齿轮轴17进行自转，副行星架13在副行星锥形齿轮18公转和自转的共同作用下，得到一个初始反馈转速，初始反馈转速经副行星架13上固定的副行星架齿轮14传送至转速反馈蜗杆11，来被动控制转速反馈轴9上固定的转速反馈蜗轮10，具体如图3所示，转速反馈轴9上固定的转速反馈蜗轮10的旋转方向为C，转速反馈蜗轮10上的动力转速传送至转速反馈蜗杆11，而蜗轮蜗杆机构有防倒转功能，动力转速不能继续向下传递，具有反馈转速的转速反馈蜗杆11只需沿转速反馈蜗杆旋转方向B转动，便能以极小的动力被动控制转速反馈蜗轮10，达到转速反馈蜗杆11被动控制转速反馈蜗轮10的目的，并经过蜗轮蜗杆齿轮比的变化，从而使转速反馈轴9上固定的反馈太阳轮7获得一个初始反馈转速；同时液力变矩器33把动力转速经主动力齿轮3、主行星架齿轮2、主行星架1传送至主行星锥形齿轮6，主行星锥形齿轮6获得动力转速围绕太阳轮公转，主行星锥形齿轮6同时向反馈太阳轮7和动力输出太阳轮8施加相同方向的动力转速，并根据反馈太阳轮7的反馈转速进行自转，动力输出轴12上固定的动力输出太阳轮8在主行星锥形齿轮6围绕其公转和自转的共同作用下，获得初始输出动力转速，固定在动力输出轴上的动力转速输出齿轮28获得的初始输出动力转速通过齿轮啮合传送至输出转速齿轮27，初始起动状态结束；输出转速太阳轮20从输出转速齿轮27获得实时输出动力转速，转速对比机构的副行星锥形齿轮18对这两个旋转方向、转速不同的转速通过自转进行对比，副行星锥形齿轮18自转后得到的对比转速迫使副行星架13围绕输入转速太阳轮19和输出转速太阳轮20进行公转，公转后得到反馈转速通过副行星架齿轮14、蜗杆齿轮15、转速反馈飞轮16传送至转速反馈蜗杆11，被动控制转速反馈蜗轮10，向主行星齿轮组提供实时反馈转速，主行星锥形齿轮6在动力转速和实时反馈转速两个转速的共同作用下进行公转和自转，使动力输出太阳轮8获得一个新的实时输出动力转速，再次经齿轮啮合提供给转速对比机构，无级变速传动装置进入无级变速状态；当输入转速太阳轮19和输出转速太阳轮20通过齿轮啮合获得的输入输出转速相同时、因其旋转方向不同，副行星锥形齿轮18只围绕副行星齿轮轴17进行自转而不围绕太阳轮公转，副行星架13静止，转速对比机构向主行星齿轮组提供的反馈转速为零，反馈太阳轮7静止，主行星架1获得的动力转速经主行星锥形齿轮6的公转和自转，全部传送至动力输出太阳轮8，这时动力输出轴12获得次高输出动力转速；当反馈太阳轮7静止，动力输出轴12获得次高动力转速后，液力变矩器33进入耦合状态，液力变矩器33内部的锁止离合器37把液力变矩器33的外壳和涡轮35锁止(液力变矩器锁止离合器属现有公知技术，液力变矩器的原理导致液力变矩器内部的涡轮在锁止离合器没有锁止前，因液力变矩器内部液压油的动力损耗，涡轮得到转速始终略低于液力变矩器泵轮的转速)，动力输出轴12的转速和输入轴34的转速完全相同，动力输出轴12获得最高输出动力转速。整个过程中，主行星架1、反馈太阳轮7、动力输出太阳轮8、输入转速太阳轮19的旋转方向与输入轴34的旋转方向A相反，输出转速太阳轮20与输入轴34旋转方向A相同，副行星架13的旋转方向由旋转方向不同的输入转速太阳轮19和输出转速太阳轮20进行输入输出转速对比后获得。
实施例2
无级变速传动装置，包括主行星齿轮组和转速对比机构，主行星齿轮组包括主行星架1，主行星架1左端面固定有主行星架齿轮2，主行星架齿轮2啮合有主动力齿轮3，主动力齿轮3固定在动力输入轴4上，动力输入轴4的左端固定有液力变矩器33，且固定在液力变矩器33内的涡轮35上，主行星架1上下两端之间固定有主行星齿轮轴5，主行星齿轮轴5上套有主行星锥形齿轮6，主行星锥形齿轮6左右两端分别啮合有反馈太阳轮7和动力输出太阳轮8，反馈太阳轮7左侧固定有穿过主行星架1和主行星架齿轮2的转速反馈轴9，转速反馈轴9左端固定有转速反馈蜗轮10，转速反馈蜗轮10啮合有转速反馈蜗杆11，动力输出太阳轮8右侧固定有动力输出轴12；转速对比机构包括连接有输入电源线的转速感应信号对比系统29，转速感应信号对比系统29的输入端分别通过信号线与套在动力输出轴12上的动力输出转速传感器30和惯性轮39上的动力输入转速传感器31连接，转速感应信号对比系统29输出端通过信号线与转速反馈电机32连接，转速反馈电机32的输出轴与转速反馈蜗杆11连接。具体实施过程中，无级变速传动装置的动力输入轴4获得外部施加的动力后，动力经主动力齿轮3、主行星架齿轮2传送至主行星架1，带动主行星齿轮轴5上的主行星锥形齿轮6围绕两个太阳轮公转，同时转速感应信号对比系统29通过信号线给转速反馈电机32一个初始反馈转速信号，转速反馈电机32通过法兰盘把初始反馈转速传送至转速反馈蜗杆11，来被动控制转速反馈蜗轮10，具体如图3所示，转速反馈轴9上固定的转速反馈蜗轮10的旋转方向为C，转速反馈蜗轮10上的动力转速传送至转速反馈蜗杆11，而蜗轮蜗杆机构有防倒转功能，动力转速不能继续向下传递，具有反馈转速的转速反馈蜗杆11只需沿转速反馈蜗杆旋转方向B转动，便能以极小的动力被动控制转速反馈蜗轮10，达到转速反馈蜗杆11被动控制转速反馈蜗轮10的目的，从而使转速反馈轴9上的转速反馈太阳轮7获得一个初始反馈转速，主行星锥形齿轮6在两个转速的共同作用下，围绕反馈太阳轮7和动力输出太阳轮8进行公转和围绕主行星齿轮轴5进行自转，根据转速反馈太阳轮7的反馈转速，使动力输出太阳轮8得到输出动力转速，最终把动力输出至动力输出轴12；当动力输出转速传感器30得到的转速感应信号超过初始信号后，转速感应信号对比系统29进行正常转速感应信号对比，转速感应信号对比系统29根据动力输入转速传感器31和动力输出转速传感器30输入的转速感应信号进行对比，最终把经对比后得出的转速反馈信号和加速信号提供给转速反馈电机32，转速反馈电机32得到实时反馈转速，进而传输给转速反馈蜗杆11来被动控制转速反馈蜗轮10，主行星锥形齿轮6根据两个转速进行自转和公转，使动力输出轴12获得实时输出动力转速，形成一个循环的无级变速系统，这时无级变速传动装置进入无级变速状态；当动力输出转速传感器30和动力输入转速传感器31的转速感应信号相同时，转速感应信号对比系统29不向转速反馈电机32提供反馈转速信号，转速反馈太阳轮7静止，这时动力输入轴4上的动力转速经主行星锥形齿轮6全部传送至动力输出太阳轮8，动力输出轴12获得最高输出动力转速；整个过程中转速反馈太阳轮7、动力输出太阳轮8、主行星架1的旋转方向和动力输入轴旋转方向A相反。

Claims (2)

1.一种无级变速传动装置，其特征在于包括主行星齿轮组和转速对比机构，主行星齿轮组包括主行星架(1)，主行星架(1)左端面固定有主行星架齿轮(2)，主行星架齿轮(2)啮合有主动力齿轮(3)，主动力齿轮(3)固定在动力输入轴(4)上，动力输入轴(4)的左端固定有液力变矩器(33)，且固定在液力变矩器(33)内的涡轮(35)上，主行星架(1)上下两端之间固定有主行星齿轮轴(5)，主行星齿轮轴(5)上套有主行星锥形齿轮(6)，主行星锥形齿轮(6)左右两端分别啮合有反馈太阳轮(7)和动力输出太阳轮(8)，反馈太阳轮(7)左侧固定有穿过主行星架(1)和主行星架齿轮(2)的转速反馈轴(9)，转速反馈轴(9)左端固定有转速反馈蜗轮(10)，转速反馈蜗轮(10)啮合有转速反馈蜗杆(11)，动力输出太阳轮(8)右侧固定有动力输出轴(12)；转速对比机构包括副行星架(13)，副行星架(13)左端固定有副行星架齿轮(14)，副行星架齿轮(14)啮合有蜗杆齿轮(15)，蜗杆齿轮(15)下端面固定有其内圈固定在转速反馈蜗杆(11)一端的转速反馈飞轮(16)，副行星架(13)上下两端固定有副行星齿轮轴(17)，副行星齿轮轴(17)上套有副行星锥形齿轮(18)，副行星锥形齿轮(18)左右两端分别啮合有输入转速太阳轮(19)和输出转速太阳轮(20)，输入转速太阳轮(19)左侧固定有穿过副行星架(13)和副行星架齿轮(14)的输入转速轴(21)，副行星架齿轮(14)左侧的输入转速轴(21)上固定有输入转速飞轮(22)，输入转速飞轮(22)内圈右端面固定有惯性轮(39)，输入转速飞轮(22)外圈啮合有带有齿轮轴的输入转速过渡轮(23)，齿轮轴另一端固定有输入转速过渡轮(24)，输入转速过渡轮(24)啮合有固定在输入轴(34)上的动力输入转速齿轮(25)，输入轴(34)的右端与液力变矩器(33)的外壳固定；输出转速太阳轮(20)右侧固定有输出转速齿轮轴(26)，输出转速齿轮轴(26)上固定有输出转速齿轮(27)，输出转速齿轮(27)啮合有固定在动力输出轴(12)上的动力转速输出齿轮(28)。
2.根据权利要求1所述的无级变速传动装置，其特征在于所述的转速对比机构替换为如下结构，替换后的转速对比机构包括连接有输入电源线的转速感应信号对比系统(29)，转速感应信号对比系统(29)的输入端分别通过信号线与套在动力输出轴(12)上的动力输出转速传感器(30)和惯性轮(39)上的动力输入转速传感器(31)连接，转速感应信号对比系统(29)输出端通过信号线与转速反馈电机(32)连接，转速反馈电机(32)的输出轴与转速反馈蜗杆(11)连接。
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