CN103557301B - 无级变速装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无级变速装置，包括行星轮系、壳体、多组弹性摩擦片和液压控制装置；所述行星轮系具有齿轮腔，所述行星轮系的齿轮安装在所述齿轮腔内；所述多组弹性摩擦片分别设置在所述齿轮的齿轮间隔内，每组弹性摩擦片的外轮廓与所述齿轮的齿顶轮廓间隙配合；每组弹性摩擦片包括两个与所述齿轮间隔形状相匹配的弹性片，两个弹性片两端对接形成储油腔，且对接处具有间隙；所述壳体内腔中充满液压油且所述行星轮系安装在所述壳体内，所述液压控制装置用于控制所述储油腔内的油压，以控制每组弹性摩擦片与所述齿轮的之间摩擦力大小，控制所述行星轮系各齿轮相对转动速度，以调节所述行星轮系的传动比。

Description

无级变速装置

技术领域

本发明涉及齿轮传动技术，尤其涉及一种无级变速装置，属于机械技术领域。

背景技术

变速装置主要应用在机床、车辆或轮船等动力装置中，用于改变的输出转速和扭矩，以调节动力装置的运动速度和驱动力。

以汽车为例，汽车发动机的动力通过离合器、变速装置、万向节和传动轴等装置传递到给车轮，通过变速装置改变动力源的转速和扭矩，保证汽车在各种工况条件下的正常行驶。

现有的变速装置主要包括有极变速装置和无级变速装置。现有的无级变速装置包括工作直径可变的主动轮、从动轮和传动带，传动带套设在主动轮和从动轮上，通过改变主动轮与从动轮上传动带的接触半径进行变速。

由于现有的无级变速装置采用传动带或摩擦盘传递动力，传动带和摩擦盘容易损坏、不能承受较大的载荷，因而现有无级变速装置输出的扭矩较小，应用范围较小；且结构复杂、传动效率低。

发明内容

本发明提供一种无级变速装置，用于解决现有技术中无级变速装置输出的扭矩较小，且结构复杂、传动效率低的技术缺陷。

本发明提供一种无级变速装置，包括行星轮系、壳体、多组弹性摩擦片和液压控制装置；

所述行星轮系具有齿轮腔，所述行星轮系的齿轮安装在所述齿轮腔内；

所述多组弹性摩擦片分别设置在所述齿轮的齿轮间隔内，每组弹性摩擦片的外轮廓与所述齿轮的齿顶轮廓间隙配合；

每组弹性摩擦片包括两个与所述齿轮间隔形状相匹配的弹性片，两个弹性片两端对接形成储油腔，且对接处具有间隙；

所述壳体内腔中充满液压油且所述行星轮系安装在所述壳体内，所述液压控制装置用于控制所述储油腔内的油压，以控制每组弹性摩擦片与所述齿轮的之间摩擦力大小，控制所述行星轮系各齿轮相对转动速度，以调节所述行星轮系的传动比。

本发明提供的无级变速装置，将行星轮系的齿轮安装在齿轮腔内，通过弹性摩擦片和压盘将行星轮系封闭，通过压盘控制装置控制所述行星轮系与所述弹性摩擦片间隙内的油压并同时控制所述行星轮系、弹性摩擦片和齿轮齿顶端的摩擦力，可同步改变啮合液压腔内的油压和行星轮系、弹性摩擦片和压盘之间的摩擦力，进而调节行星轮系的传动比，与现有技术相比，由于采用的齿轮传动，因而该无级变速装置强度高且输出扭矩大，适用大功率无级变速，与现有技术相比，由于采用摩擦力和液压双重同步调节系统，因而该无级变速装置的传动效率更高，与现有技术相比，由于采用压盘控制装置，因而该无级变速装置的调节系统结构更简单紧凑，调节传动比更容易。

附图说明

图1为本发明实施例提供的无级变速装置的主视图；

图2为沿图1中A-A方向的剖视图；

图3为图2所示的一组弹性摩擦片的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的滑块底座的主视图；

图5为图4所述滑块底座的俯视图。

具体实施方式

参考图1-3，图1为本发明第一实施例提供的无级变速装置的主视图；图2为沿图1中A-A方向的剖视图；图3为图2所示的一组弹性摩擦片的结构示意图。

如图1-3所示，本实施例提供的无级变速装置包括行星轮系、壳体1、多组弹性摩擦片2和液压控制装置。

行星轮系具有齿轮腔，行星轮系的齿轮安装在齿轮腔内且与齿轮腔间隙配合；多组弹性摩擦片2分别安装在行星轮系的齿轮间隔内，各组弹性摩擦片2的形状和大小与相应的齿轮间隔匹配，每组弹性摩擦片2的外轮廓与齿顶轮廓间隙配合。

每组弹性摩擦片2包括两个与齿轮间隔形状相匹配的弹性片，分别为第一弹性片21和第二弹性片22，第一弹性片21和第二弹性片22两端对接形成储油腔23，且对接处具有间隙24。

壳体1内腔中充满液压油且行星轮系安装在壳体1内，液压控制装置用于控制储油腔23内的油压，以控制每组弹性摩擦片2与齿轮之间的摩擦力大小，控制行星轮系各齿轮相对转动速度，以调节所述行星轮系的传动比。

在本实施例中，行星轮系可以包括太阳轮3、行星轮4和圆环52；液压控制装置可以包括第一压盘71和第二压盘72，行星轮4通过行星轮轴就安装在第一压盘71和第二压盘72上且与太阳轮3啮合。第一压盘71和第二压盘72同轴间隔布置，圆环52套设在行星轮系外部，以形成齿轮腔，太阳轮3和行星轮4安装在齿轮腔内且与齿轮腔间隙配合。

第一弹性片21和第二弹性片22的中部固定在第一压盘71上，第一压盘71和第二压盘72能够沿行星轮系的轴向移动，以调节储油腔23内的油压。第一弹性片21和第二弹性片22上可以设置有安装孔，第一压盘71上可以设置有螺纹孔，通过螺钉将第一弹性片21和第二弹性片22固定在第一压盘71上。

驱动第一压盘71和第二压盘72沿行星轮系的轴向移动的方式可以有多种，可以通过驱动装置向第一压盘71和第二压盘72沿行星轮系轴向的推力和拉力，以驱动第一压盘71和第二压盘72轴向移动。通过调节第一压盘71和第二压盘72相对距离调节所述储油腔23内的油压，以调节每组弹性摩擦片2与行星轮系齿轮之间的摩擦力，以及第一压盘71和第二压盘72与行星轮系侧端面的摩擦力。

行星轮4能够绕行星轮轴的轴线转动，太阳轮3能够绕太阳轮轴31的轴线转动，太阳轮3与行星轮4的厚度相等，可以根据实际需要确定太阳轮3与行星轮4的厚度和齿数。具体地，太阳轮3和行星轮4的两侧端面均与第一压盘71的内壁间隙配合，行星轮4的外齿轮廓与圆环52内壁间隙配合，每组弹性摩擦片2均与太阳轮3、行星轮4的外齿轮廓间隙配合，弹性摩擦片2的厚度与太阳轮3、行星轮4的厚度相同，圆环52、第一压盘71和第二压盘72将太阳轮3、行星轮4封闭在齿轮腔内。圆环52也可以为齿圈，齿圈的内齿与行星轮4的外齿啮合。

行星轮4的外齿轮廓与圆环52内壁的配合精度以及第一压盘71和第二压盘的内壁与太阳轮3和行星轮4侧端面的配合精度，应满足在行星轮4在正常转动(非变速工况)时，圆环52和第一压盘71的内壁对行星轮4没有摩擦力或具有很小的摩擦力，同时配合间隙的大小尽量不使液压油通过，也就是能够满足太阳轮3和行星轮4的正常转动，同时上述间隙也不漏油。

同样，不需要变速时，弹性摩擦片2与太阳轮3、行星轮4配合间隙的大小，也应满足太阳轮3和行星轮4的正常转动。

本实施例提供的无级变速装置，在实际应用中，源动力可以从太阳轮3输入，将太阳轮轴31作为动力输入轴，驱动力从第一压盘71输出，第一压盘71上具有动力输出轴，也可以将动力输出轴与第一压盘71制成一体结构，为了降低制造难度，动力输出轴与第一压盘71也可以为分体结构，分别加工出动力输出轴和第一压盘71后，再组装在一起。

下面具体说明无级变速装置工作原理和过程：

若源动力(电机、发动机或其他动力)通过太阳轮轴31输入给太阳轮3，假设太阳轮轴31驱动太阳轮3顺时针旋转，则太阳轮3驱动行星轮4逆时针旋转，同时太阳轮3与行星轮4的啮合力驱动第一压盘71顺时针旋转；在这种工况下，第一压盘71的转速小于太阳轮3的转速，该无级变速装置为减速装置。

当需要变速时，通过控制第一压盘71和第二压盘72之间的距离，以控制弹性摩擦片2的储油腔23内的油压，当储油腔23内的油压逐渐增大时，第一弹性片21和第二弹性片22在油压的作用下发生形变，进而增大了第一弹性片21和第二弹性片22与行星轮系的摩擦力，同时，第一压盘71和第二压盘72与行星轮系端面的摩擦力也增大，当第一压盘71和第二压盘72的距离减小到一定值时，太阳轮3与行星轮4无相对运动，第一压盘71与太阳轮3同步转动、转速相同。上述变速过程中，太阳轮3与第一压盘71的传动比从较小值逐渐增大至一比一，该无级变速装置实现无极增速。

若源动力从第一压盘71输入，驱动力从太阳轮3输出，在这种工况下，太阳轮3的转速大于第一压盘71的转速，该无级变速装置为增速装置。

当需要变速时，通过控制第一压盘71和第二压盘72之间的距离，以控制弹性摩擦片2的储油腔23内的油压，当储油腔23内的油压逐渐增大时，第一弹性片21和第二弹性片22在油压的作用下发生形变，进而增大了第一弹性片21和第二弹性片22与行星轮系的摩擦力，同时，第一压盘71和第二压盘72与行星轮系端面的摩擦力也增大，当第一压盘71和第二压盘72的距离减小到一定值时，太阳轮3与行星轮4无相对运动，第一压盘71与太阳轮3同步转动、转速相同。上述变速过程中，第一压盘71与太阳轮3的传动比从较大值逐渐减小至一比一，该无级变速装置实现无极减速并可以增加输出扭矩。

本实施例提供的无级变速装置，将行星轮系的齿轮安装在齿轮腔内，通过弹性摩擦片和压盘将行星轮系封闭，通过压盘控制装置控制所述行星轮系与所述弹性摩擦片间隙内的油压并同时控制所述行星轮系、弹性摩擦片和齿轮齿顶端的摩擦力，可同步改变啮合液压腔内的油压和行星轮系、弹性摩擦片和压盘之间的摩擦力，进而调节行星轮系的传动比，与现有技术相比，由于采用的齿轮传动，因而该无级变速装置强度高且输出扭矩大，适用大功率无级变速，与现有技术相比，由于采用摩擦力和液压双重同步调节系统，因而该无级变速装置的传动效率更高，与现有技术相比，由于采用压盘控制装置，因而该无级变速装置的调节系统结构更简单紧凑，调节传动比更容易。

进一步地，液压控制装置还包括驱动装置，该驱动装置能够驱动第一压盘71和第二压盘72在太阳轮轴31上滑动，调节储油腔23内的油压，以调节每组弹性摩擦片2与齿轮的之间摩擦力，以及第一压盘71和第二压盘72与所述行星轮系侧端面的摩擦力。

驱动装置可以有多种实现形式，例如可以采用液压、电动或机械手动等方式驱动第二压盘72沿太阳轮轴31上滑动。

在实际应用中，以源动力从太阳轮3输入为例，当太阳轮3和行星轮4旋转时，壳体1的内腔11中的液压油通过第一压盘71、第二压盘72与行星轮系一侧的间隙流入储油腔23。当需要变速时，通过驱动装置控制第一压盘71、第二压盘72与行星轮系的间隙大小以控制其内油压。

当驱动装置带动第一压盘71和第二压盘72压向行星轮系时，第一压盘71和第二压盘72将行星轮系内各齿轮端面密封，因而弹性摩擦片2的储油腔23内油压增大，第一弹性片21和第二弹性片22产生变形，与行星轮系中的各齿轮的齿顶摩擦力增大，并且第一压盘71和第二压盘72与行星轮系内各齿轮端面的摩擦力也增大，使得太阳轮3与行星轮4的啮合力逐渐增大，驱动第一压盘71的转速逐渐增大，当油压增大到一定值时，第一压盘71与太阳轮3同步转动、转速相同。

图4为本发明实施例提供的滑块底座的主视图；图5为图4所述滑块底座的俯视图。如图4和5所示，在上述实施例的基础上，具体地，驱动装置包括滑块731、滑块底座732、挡块733、连杆734、压紧轴承套735和操纵杆736。

滑块底座732固设在第二压盘72的外侧面上，滑块底座732上具有倾斜滑槽7321，滑块731具有与倾斜滑槽7321相适应的倾斜面，滑块71滑设在倾斜滑槽7321内，滑块731的外端面与挡块733抵接，挡块733固定在壳体1内壁上。

滑块731下端与连杆734上端铰接，连杆734下端与压紧轴承套前端铰接，压紧轴承套735滑设在太阳轮轴31上，操纵杆736下端与壳体1下部铰接，操纵杆736中部套设在太阳轮轴31上且抵接在压紧轴承套735后端，操纵杆736上部从壳体1上部伸出。

具体地，滑块底座732可以通过螺钉固定在第二压盘72外端面上，滑块731可以为三角块，滑块732的竖直面抵接在挡块733上，滑块732的倾斜面与倾斜滑槽7321的倾斜底面贴合。可以在壳体1内部靠近下方的位置设置一个支撑块，操纵杆736的下部与支撑块铰接，另外可以在操纵杆736上部铰接一个操纵杆连杆，通过操纵杆连接控制操纵杆736，便于控制操纵杆736。

需要变速时，扳动操纵杆736，操纵杆736中部推动压紧轴承套735在太阳轮轴31上滑动，通过连杆734带动滑块731在倾斜滑槽7321内滑动，以调节第二压盘72与行星轮系侧端的压力。本实施例提供的驱动装置，通过机械方式实现驱动装置，结构简单，控制方便。

需要说明的是，本发明提供的无级变速装置不仅适用于单排行星轮系，同样也适用于两排行星轮系或多排行星轮系，此外，还适用于两级行星轮系或多级行星轮系，且每种行星轮系中行星轮的数量可以有多种选择，其中两级或多级行星轮系指的是，一级行星轮系的输出为另一极行星轮系的输入。当然，行星轮系中的齿轮数量越多，则液压控制装置需要调节压力越低，可以增大液压控制装置的调节精度。此外，弹性摩擦片2的数量和形状也取决于行星轮系中齿轮的数量和尺寸，可以根据实际情况设计弹性摩擦片2的外形结构。

另外，上述实施例中的无级变速装置可以有多种功率输出方式，也就是动力输入轴和动力输出轴安装方式有多种选择，如动力输入轴安装在太阳轮3上，动力输出轴安装在第一压盘71上。或输入轴安装在第一压盘71上，输出轴安装在太阳轮3上；或者动力输入轴安装在太阳轮3上，动力输出轴安装在所述第一压盘71和/或圆环52上，其他具体安装方式不再赘述。

最后需要说明的是，壳体1与动力输入轴和动力输出轴的配合处安装有油封，防止壳体1漏油，壳体1上部开设有气孔，使得壳体1内的气压与外部气压相同，有利于液压油循环流动。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种无级变速装置，其特征在于，包括行星轮系、壳体、多组弹性摩擦片和液压控制装置；

所述行星轮系具有齿轮腔，所述行星轮系的齿轮安装在所述齿轮腔内；

所述多组弹性摩擦片分别设置在所述齿轮的齿轮间隔内，每组弹性摩擦片的外轮廓与所述齿轮的齿顶轮廓间隙配合；

每组弹性摩擦片包括两个与所述齿轮间隔形状相匹配的弹性片，两个弹性片两端对接形成储油腔，且对接处具有间隙；

所述壳体内腔中充满液压油且所述行星轮系安装在所述壳体内，所述液压控制装置用于控制所述储油腔内的油压，以控制每组弹性摩擦片与所述齿轮之间的摩擦力大小，控制所述行星轮系各齿轮相对转动速度，以调节所述行星轮系的传动比；

所述行星轮系包括太阳轮、行星轮和圆环，所述液压控制装置包括第一压盘和第二压盘；所述行星轮通过行星轮轴安装在所述第一压盘和第二压盘上且与所述太阳轮啮合；

所述第一压盘和第二压盘同轴间隔布置，所述圆环套设在所述行星轮系外部上，以形成所述齿轮腔；

每组弹性摩擦片中的弹性片的中部固定在所述第一压盘上，所述第一压盘和第二压盘能够沿所述行星轮系的轴向移动，调节所述储油腔内的油压，以调节每组弹性摩擦片与所述齿轮的之间摩擦力，以及所述第一压盘和第二压盘与所述行星轮系侧端面的摩擦力；

所述圆环为齿圈，所述齿圈的内齿与所述行星轮的外齿啮合。

2.根据权利要求1所述的无级变速装置，其特征在于，所述弹性片上设置有安装孔，所述第一压盘上设置有螺纹孔，通过螺钉将所述弹性片固定在所述第一压盘上。

3.根据权利要求1所述的无级变速装置，其特征在于，所述液压控制装置还包括驱动装置；

所述第一压盘和所述第二压盘均滑设在太阳轮轴上且分别设在所述行星轮系两侧；

所述驱动装置能够驱动所述第一压盘和第二压盘在所述太阳轮轴上滑动。

4.根据权利要求3所述的无级变速装置，其特征在于，所述驱动装置包括滑块、滑块底座、挡块、连杆、压紧轴承套和操纵杆；

所述滑块底座固设在所述第二压盘的外侧面上，所述滑块底座上具有倾斜滑槽，所述滑块具有与所述倾斜滑槽相适应的倾斜面，所述滑块滑设在所述倾斜滑槽内，所述滑块的外端面与所述挡块抵接，所述挡块固定在所述壳体内壁上；

所述滑块下端与所述连杆上端铰接，所述连杆下端与所述压紧轴承套前端铰接，所述压紧轴承套滑设在所述太阳轮轴上，所述操纵杆下端与所述壳体下部铰接，所述操纵杆中部套设在所述太阳轮轴上且抵接在所述压紧轴承套后端，所述操纵杆上部从所述壳体上部伸出；

扳动所述操纵杆，所述操纵杆中部推动所述压紧轴承套在所述太阳轮轴上滑动，通过所述连杆带动所述滑块在所述倾斜滑槽内滑动，以调节所述第二压盘与所述行星轮系侧端的压力和间隙。

5.根据权利要求1-4任一项所述的无级变速装置，其特征在于，所述行星轮为多排行星轮。

6.根据权利要求1-4任一项所述的无级变速装置，其特征在于，所述行星轮系的动力输入轴安装在所述太阳轮上，所述行星轮系的动力输出轴安装在所述第一压盘上。