CN102146997A - 双腔半环面型功率分流无级变速器 - Google Patents

双腔半环面型功率分流无级变速器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种传递大扭矩的功率分流无级变速器。该无级变速器由牵引驱动的双腔半环面型无级变速单元、定轴轮系、二自由度的差动轮系和换向机构组成。输入功率分两路传输：其中一路经由主轴传递至差动轮系的中心轮，另一路经过双腔半环面型无级变速单元、定轴轮系传递到差动轮系的第二齿轮，这两部分功率在差动轮系汇合后经行星架输出。本发明使输入扭矩的一部分由第二主轴承受，减少了无级变速单元承受的扭矩，因此该机构具备传递大扭矩的能力。设计上，定轴轮系中齿轮的奇数次外啮合，不仅保证了封闭系统内部实现功率分流，而且保证了差动轮系大扭矩输出。为了满足工程机械运行中前进和后退的要求，该装置在输出时设置了换向机构。

Description

双腔半环面型功率分流无级变速器
技术领域
本发明涉及传动系中的变速机构，具体讲就是无级变速器。
背景技术
现已装车使用的金属带式无级变速器，由于金属间摩擦系数的限定以及带抗拉能力的制约，使得其在大扭矩传递中一直没有获得突破性进展。与金属带式无级变速器相比，牵引式半环面型无级变速器借助牵引油在输入锥盘、传力滚轮和输出锥盘接触区间的牵引性能传递运动和动力，极大地改善了接触面间的摩擦条件，提高了半环面型无级变速器的承载能力，适用于中、大排量轿车。由于受牵引油剪切极限和运动构件材料的抗弯曲强度极限的限制，仅由牵引式半环面型无级变速器传递的扭矩无法满足工程机械工作时对大扭矩的需求。
发明内容
本发明的目的就是基于半环面型无级变速器提供一种功率分流无级变速器，适于工程机械需求的大扭矩传递。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种功率分流无级变速器，包括一组牵引驱动的双腔半环面型无级变速单元、一组二自由度的差动轮系以及定轴轮系和输出换向机构。其中双腔半环面型无级变速单元包括2个输入锥盘（6a、6b）、2个输出锥盘（8a、8b）和6个传力滚轮（7）；二自由度的差动轮系包括中心轮（11）、第二齿轮（12）、行星轮（13）和行星架（14）；定轴轮系由第一齿轮（9）、第八齿轮（29）、第一副轴（28）、第七齿轮（26）、第二换向轮（27）和第二齿轮（12）组成；换向机构由第三齿轮（15）、第三主轴（16）、第二离合器（17）、第四主轴（18）、第四齿轮（19）、第五齿轮（20）、输出轴（21）、第三离合器（22）、第五主轴（23）、第六齿轮（24）、第一换向轮（25）组成。发动机的功率输入后分为两部分：一部分经主轴传递至差动轮系的中心轮，另一部分通过双腔半环面型无级变速单元、定轴轮系传递至第二齿轮；这两部分功率汇流后从行星架输出，经换向机构实现输出轴的正反向旋转。
本发明所述的无级变速器中起功率汇流作用的2K-H型差动轮系被第一、二主轴、双腔半环面型无级变速单元以及定轴轮系封闭，形成一个闭环系统；封闭系统内部功率以功率循环或功率分流表现，若功率循环，将加大构件的载荷，加剧构件的磨损，产生较大的振动和噪音，严重降低传动系统的性能；若功率分流，输入功率将通过双路径传递，减小各构件承受的转矩，提高系统的传递效率。为了避免该闭环系统内部发生功率循环，保证实现功率分流，所设计的双腔半环面型功率分流无级变速器中定轴轮系齿轮的外啮合数为奇数。
本发明所述的无级变速器在设计上满足定轴轮系齿轮的外啮合数为奇数，将不仅实现输入功率的正向分流，而且保证起功率汇流作用的2K-H型差动轮系中心轮和第二齿轮的输入扭矩同向，从而保证2K-H型差动轮系行星架的输出扭矩大小为中心轮和第二齿轮的输入扭矩大小之和，方向与中心轮或第二齿轮的输入扭矩反向。因此，所设计的无级变速器具有传递大扭矩的能力。
本发明所述的无级变速器与现有技术相比，其显著优点为：（1）设计上定轴轮系的奇数次外啮合保证了封闭的系统内部实现功率分流，克服了仅由半环面型无级变速器不能传递较大扭矩的缺陷，满足了工程机械对大扭矩的需求。（2）通过设计功率分流机构，提高了系统的传动效率和系统所能传递的最大功率。
附图说明
图1是本发明的功率流程图；
图2是本发明的传动机构原理示意图；
图3是本发明的传动机构中2K-H型差动轮系简图。
具体实施方式
参见图1、2，双腔半环面型功率分流无级变速器，包括一组牵引驱动的双腔半环面型无级变速单元、一组二自由度的差动轮系以及定轴轮系和输出换向机构。其中，双腔半环面型无级变速单元包括2个输入锥盘（6a、6b）、2个输出锥盘（8a、8b）和6个传力滚轮（7），由输入锥盘（6a）和输出锥盘（8a）形成一个半环面型腔，在该型腔内对称地分布3个传力滚轮（7）；同样地，由输入锥盘（6b）和输出锥盘（8b）形成一个半环面型腔，在该型腔内对称地分布3个传力滚轮（7）；定轴轮系由第一齿轮（9）、第八齿轮（29）、第一副轴（28）、第七齿轮（26）、第二换向轮（27）和第二齿轮（12）组成；二自由度的差动轮系包括中心轮（11）、第二齿轮（12）、行星轮（13）和行星架（14）；换向机构由第三齿轮（15）、第三主轴（16）、第二离合器（17）、第四主轴（18）、第四齿轮（19）、第五齿轮（20）、输出轴（21）、第三离合器（22）、第五主轴（23）、第六齿轮（24）、第一换向轮（25）组成。发动机的功率经输入轴（1）、第一离合器（2）和第一主轴（3）后分为两部分：一部分经第二主轴（10）传递至中心轮（11），另一部分通过双腔半环面型无级变速单元的输入锥盘（6a、6b）、传力滚轮（7）、输出锥盘（8a、8b）以及组成定轴轮系的第一齿轮（9）、第八齿轮（29）、第一副轴（28）、第七齿轮（26）、第二换向轮（27）传递至第二齿轮（12）；这两部分功率汇流于差动轮系，从行星架（14）输出，流经第三主轴（16）、接合的第二离合器（17）、第四主轴（18）、第四齿轮（19）、第五齿轮（20），经输出轴（21）反向输出，或流经第三主轴（16）、第三齿轮（15）、第一换向轮（25）、第六齿轮（24）、第五主轴（23），接合的第三离合器（22），经输出轴（21）正向输出。
选择型号为YC6A200L-T20的柴油机提供双腔半环面型功率分流无级变速器的输入功率，其中柴油机的标定功率为148kW，标定转速2200r/min，最大扭矩730N·m；2K-H型差动轮系第二齿轮（12）的齿数                                                、中心轮（11）的齿数以及行星轮（13）的齿数；双腔半环面型无级变速单元的高效率传动比，定轴轮系的传动比。在不考虑齿轮传动中能量损失的情况下，通过对2K-H型差动轮系建立能量守恒和力矩平衡求得：当双腔半环面型无级变速单元的传动比时，2K-H型差动轮系第二齿轮（12）上的输入功率
Figure 441046DEST_PATH_IMAGE007
与中心轮（11）上的输入功率
Figure 850031DEST_PATH_IMAGE008
之比
Figure 950973DEST_PATH_IMAGE009
，第二齿轮（12）的输入扭矩
Figure 916655DEST_PATH_IMAGE010
和中心轮（11）的输入扭矩
Figure 285188DEST_PATH_IMAGE011
之比为
Figure 412544DEST_PATH_IMAGE012
；当双腔半环面型无级变速单元的传动比时，2K-H型差动轮系第二齿轮（12）上的输入功率
Figure 498717DEST_PATH_IMAGE007
与中心轮（11）上的输入功率之比
Figure 974009DEST_PATH_IMAGE014
，第二齿轮（12）的输入扭矩
Figure 298811DEST_PATH_IMAGE010
和中心轮（11）的输入扭矩
Figure 855563DEST_PATH_IMAGE011
之比为
Figure 683842DEST_PATH_IMAGE012
。由图2知，在定轴轮系的传动比时，则双腔半环面型功率分流无级变速单元输出锥盘（8）的输入扭矩
Figure 778148DEST_PATH_IMAGE015
与第二主轴（10）的输入扭矩
Figure 889323DEST_PATH_IMAGE016
之比为
Figure 86955DEST_PATH_IMAGE017
。因此，在双腔半环面型功率分流无级变速单元的传动比时，通过双腔半环面型功率分流无级变速单元传递的功率相当于仅由半环面型无级变速单元传递功率的
Figure 777142DEST_PATH_IMAGE019
，通过双腔半环面型功率分流无级变速单元传递的扭矩相当于仅由半环面型无级变速单元传递扭矩的。同理，当双腔半环面型功率分流无级变速单元的传动比时，通过双腔半环面型功率分流无级变速单元传递的功率相当于仅由半环面型无级变速单元传递功率的
Figure DEST_PATH_IMAGE021
，通过双腔半环面型功率分流无级变速单元传递的扭矩相当于仅由半环面型无级变速单元传递扭矩的。
因此，该双腔半环面型功率分流无级变速器在很大程度上克服了单腔半环面型无级变速器传递功率受牵引油传递扭矩极限限制的缺陷，满足工程机械领域对大扭矩的需求。

Claims (3)

1.一种传递大扭矩的功率分流无级变速器由双腔半环面型无级变速单元、定轴轮系、2K-H型差动轮系和换向机构组成，其中双腔半环面型无级变速单元包括输入锥盘（6）、传力滚轮（7）和输出锥盘（8）；二自由度的差动轮系包括中心轮（11）、第二齿轮（12）、行星轮（13）和行星架（14）；定轴轮系由第一齿轮（9）、第八齿轮（29）、第一副轴（28）、第七齿轮（26）、第二换向轮（27）和第二齿轮（12）组成；换向机构由第三齿轮（15）、第三主轴（16）、第二离合器（17）、第四主轴（18）、第四齿轮（19）、第五齿轮（20）、输出轴（21）、第三离合器（22）、第五主轴（23）、第六齿轮（24）、第一换向轮（25）组成；其特征在于：输入功率分两路传递，其中一路经由第一主轴（3）和第二主轴（10）传递至2K-H型差动轮系的中心轮（11），另一路经过双腔半环面型无级变速单元、定轴轮系传递到2K-H型差动轮系的第二齿轮（12）；两路传输功率在2K-H型差动轮系内汇合，由行星架（14）输出。
2.根据权利要求1所述的功率分流无级变速器，其特征在于：起功率汇流作用的2K-H型差动轮系被第一主轴（3）、双腔半环面型无级变速单元、定轴轮系以及第二主轴（10）封闭，形成一个闭环系统；为了避免闭环系统内部发生功率循环，保证封闭系统内部实现功率分流，提高系统的传递效率，定轴轮系的传动比必须为负值，即要求该定轴轮系中齿轮的外啮合数为奇数。
3.根据权利要求1所述的功率分流无级变速器，其特征在于：定轴轮系的传动比为负值，除了实现封闭系统内部功率分流外，还使得2K-H型差动轮系中心轮（11）和第二齿轮（12）的输入扭矩同向，保证了2K-H型差动轮系行星架（14）输出扭矩的大小为中心轮（11）和第二齿轮（12）输入扭矩的大小之和，方向与中心轮（11）和第二齿轮（12）的输入扭矩反向。
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