CN106246816B - 一种无级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无级变速器，包括有同轴且相互套装的外太阳轮和内太阳轮、支撑轮和推力行星轮组，内太阳轮上设置有推力行星轮内腔和支撑轮内腔，推力行星轮组设置于推力行星轮内腔中，支撑轮设置于支撑轮内腔中；推力行星轮组包括有外行星轮、内行星轮、推力行星轮和推力装置，内太阳轮与输入轴是刚性连接机构或一体化刚性结构，外太阳轮与输出轴是刚性连接机构或一体化刚性结构，输入轴和输出轴为同轴结构。本发明能使输入轴的输入扭矩通过推力装置作用到外行星轮上，通过调整推力装置的作用力来调整输入轴输出功率的大小，行星轮把此作用力再传递到外太阳轮，根据能量守恒原理和转矩公式，使得输出和输入的速比自适应连续变化，实现了连续无级变速。

Description

一种无级变速器

技术领域

本发明涉及机械变速传动领域，具体是一种无级变速器。

背景技术

目前车辆上配备的大部分有档自动变速器（AT或DCT），传动效率低、制作复杂、成本高；而现有的CVT锥轮式无极变速器，其主、从动轮之间靠摩擦传递动力，这种传递方式不能实现大扭矩动力传输，且速比变化范围窄。另一方面以上两种形式的变速器的速比变换均是在人为的作用下变换的，实现不了外界负荷与发动机动力的自适应最佳匹配。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种无级变速器，通过调整推力装置的作用力，使输入轴的输入扭矩通过推力装置作用到外行星轮上，外行星轮把此作用力再传递到外太阳轮，根据能量守恒原理和转矩公式，使得输出和输入的速比自适应连续变化，实现了连续无级变速。

本发明的技术方案为：

一种无级变速器，包括有外太阳轮、设置于外太阳轮内圈且与外太阳轮同轴的内太阳轮、支撑轮和推力行星轮组，所述的内太阳轮上设置有推力行星轮内腔和支撑轮内腔，所述的推力行星轮组设置于推力行星轮内腔中，所述的支撑轮设置于支撑轮内腔中；所述的推力行星轮组包括有外行星轮、内行星轮、推力行星轮和推力装置，所述的外行星轮的内圈和外圈均是传动面，外行星轮与外太阳轮内啮合，所述的支撑轮位于外行星轮的外周且与外行星轮六点位置的外啮合，所述的内行星轮位于外行星轮的内圈且与外行星轮六点位置内啮合，所述的推力行星轮位于外行星轮的内圈且与外行星轮在十二点至六点之间的区域内啮合或所述的推力行星轮位于外行星轮的外周且与外行星轮在六点至十二点之间的区域外啮合，所述的内行星轮的轮轴与内太阳轮是刚性连接机构或一体化刚性结构，支撑轮的轮轴与内太阳轮为刚性连接结构或刚性一体化结构，所述的推力装置设置于内太阳轮内，所述的内太阳轮内设置有滑槽组，滑槽组包括有上下对应的两个滑槽，所述的推力装置包括有设置于对应滑槽内的推力件和推动推力件向滑槽顶端移动的传力装置，所述的推力行星轮的轮轴两端伸入到对应滑槽位于滑槽顶端和推力件顶端之间的区域内；所述的内太阳轮与输入轴是刚性连接机构或一体化刚性结构，所述的外太阳轮与输出轴是刚性连接机构或一体化刚性结构，所述的输入轴和输出轴为同轴结构。

所述的推力行星轮组为一组或多组。

当所述的推力行星轮组为多组时，所述的支撑轮与内太阳轮同轴，多个外行星轮与支撑轮、外太阳轮为NGW型行星轮结构形式。

所述的外行星轮与外太阳轮内啮合方式选用齿轮啮合或摩擦轮啮合。

所述的外行星轮与内行星轮之间、推力行星轮与外行星轮之间、支撑轮与外行星轮之间的啮合选用齿轮啮合、摩擦轮啮合或光滑轮（光滑轮是指摩擦力很小或无摩擦的轮子）啮合。

当所述的推力行星轮组为一组时，支撑轮与外行星轮在外行星轮的六点位置外啮合，或支撑轮既与外行星轮在外行星轮的六点位置外啮合也与外太阳轮内啮合。

所述的推力装置选用液压作用活塞组成的推力装置、液压作用波纹面组成的推力装置或弹簧组成的推力装置。

本发明的优点：

本发明的一种无级变速器使得输入轴的输入功率通过由推力行星轮组形成的无级变速行星轮的作用就能把输入动力传递到从动外太阳轮，实现自适应连续无级变速，并具有系统结构简单、制造成本低的优点。

附图说明

图1是本发明实施例1的横剖结构原理示意图。

图2是本发明实施例1的纵剖结构原理示意图。

图3是本发明实施例2的横剖结构原理示意图。

图4是本发明实施例3的横剖结构原理示意图。

图5是本发明实施例4的横剖结构原理示意图。

图6是本发明实施例5的横剖结构原理示意图。

图7是本发明实施例5中A部放大图。

图8是本发明实施例6的横剖结构原理示意图。

图9是本发明实施例6中外行星轮的结构示意图。

图10是本发明实施例6中外行星轮与推力行星轮的连接结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

见图1和图2，一种无级变速器，包括有外太阳轮7、设置于外太阳轮7内圈且与外太阳轮7同轴的内太阳轮6、支撑轮4和一组推力行星轮组，内太阳轮6上设置有推力行星轮内腔和支撑轮内腔，推力行星轮组设置于推力行星轮内腔中，支撑轮4设置于支撑轮内腔中；推力行星轮组包括有外行星轮1、内行星轮2、推力行星轮3和推力活塞（杆）52，外行星轮1的内圈和外圈均设置有啮合齿，外行星轮1伸出到内太阳轮6外的外齿13部分与外太阳轮7的内齿73啮合，支撑轮4位于外行星轮1的外周且与外行星轮1六点位置的外齿13啮合，内行星轮2位于外行星轮1的内圈与外行星轮1六点位置内啮合，推力行星轮3位于外行星轮1的内圈且与外行星轮1内齿十二点至六点之间的区域啮合，内行星轮2的轮轴21与内太阳轮6是刚性连接机构或一体化刚性结构，支撑轮4的轮轴41与内太阳轮6为刚性连接结构或刚性一体化结构，内太阳轮内设置有滑槽55及活塞缸51，支撑块54与推力活塞（杆）52为一体化结构，支撑块54是一个长方形（或方形）结构，滑槽55约束支撑块54只能沿外行星轮1的圆心O1和内行星轮2的圆心O3的连线方向上前后移动，而不能自转，活塞缸51的底部通过高压油，高压油由输入轴61的油输入口50导入，通过高压油管路53加到推力活塞（杆）52的底部，高压油的压力决定了推力活塞（杆）52推动推力行星轮3的推力，推力行星轮3的轮轴31两端被嵌入到对应的支撑块54内，推力活塞（杆）52在底部高压油的作用下带动支撑块54，支撑块54的前端的圆弧面支撑行星轮的轮轴31；n1表示内太阳轮6的旋转方向，n2表示外太阳轮7的旋转方向；图中，标号22表示内行星轮的滚针轴承，标号32表示推力行星轮3的滚针轴承，标号42表示支撑行星轮4的滚针轴承，63表示外壳，64表示输入端轴承，65表示输出端轴承，66表示外壳63的前端盖。

工作原理：

外行星轮1的圆心为O1，内行星轮2的圆心为O2，推力行星轮3的圆心为O3，当推力行星轮3的轮轴31受到推力杆52的作用力F向滑槽51顶端推动时，F作用力通过推力行星轮3传递到外行星轮1上，外行星轮1得到一个由O1指向O3的作用力F，其对外行星轮1产生的旋转力矩为T1=F*L,L为O2到O1与O3连线垂线的距离。

由于支撑轮4是一个滚动行星轮，没有自转约束力，所以外行星轮1产生的旋转力矩T1全部作用到外太阳轮7上，外太阳轮7得到一个与内太阳轮6相同转动方向的旋转力矩T1。

（3）、扭矩输出和变速的分析与计算说明

设外行星轮1给外太阳轮7提供的旋转力矩为T1，内太阳轮6的转速为n1,根据转动功率公式推出内太阳轮6作用到外太阳轮7上的旋转功率P1为：

P1=T1*n1/9550 ①，

设外太阳轮7的旋转功率为P2，旋转阻力扭矩为T2，转速为n2，则外太阳轮7的旋转功率为；

P2=T2*n2/9550 ②，

根据能量守恒定律得出：

P2=P1*η ③，

其中η为外行星轮1和外太阳轮7之间的功率传递效率，由公式①、②、③推出外太阳轮7的输出转速为：

n2 =η*n1*T1 / T2 ④，

由公式④可以看出，在外行星轮1提供的输出功率P1一定的条件下外太阳轮7的转速与其外太阳轮的外负荷阻力扭矩T2成反比，外太阳轮7的T2大，则外太阳轮7的转速慢，外太阳轮7的T2小，则外太阳轮7的转速快，当外太阳轮7的阻力负荷T2等于外行星轮1提供的旋转扭矩时，外太阳轮7和内太阳轮6的转速同步，由此实现了连续无级速度变换。

实施例2

见图3，一种无级变速器，包括有外太阳轮7、设置于外太阳轮7内圈且与外太阳轮7同轴的内太阳轮6、支撑轮4和一组推力行星轮组，内太阳轮6上设置有推力行星轮内腔和支撑轮内腔，推力行星轮组设置于推力行星轮内腔中，支撑轮4设置于支撑轮内腔中；推力行星轮组包括有外行星轮1、内行星轮2、推力行星轮3和活塞件52，外行星轮1的内圈和外圈均设置有啮合齿，外行星轮1伸出到内太阳轮6外的外齿部分与外太阳轮7的内齿啮合，支撑轮4位于外行星轮1的外周既与外行星轮1六点位置的外齿啮合，支撑轮4也与外太阳轮7的内齿啮合，内行星轮2位于外行星轮1的内圈且与外行星轮1六点位置的内齿啮合，推力行星轮3位于外行星轮1的内圈且与外行星轮1内齿十二点至六点之间的区域啮合，内行星轮2的轮轴21与内太阳轮6是刚性连接机构或一体化刚性结构，支撑轮4的轮轴41与内太阳轮6为刚性连接结构或刚性一体化结构，内太阳轮内设置有一个滑槽组，滑槽组包括有上下对应的两个滑槽51，活塞件52设置于对应滑槽51内，推力行星轮3的轮轴31两端伸入到对应滑槽51位于滑槽51顶端和活塞件52顶端之间的区域内，支撑块54与活塞件52为一体化结构，支撑块54是一个长方形（或方形）结构， 滑槽51的底部通有高压油，高压油通过高压油管路53加到活塞件52的底部，高压油的压力决定了活塞件52推动推力行星轮3的推力；n表示内太阳轮的旋转方向。图中，标号22表示内行星轮的滚针轴承，标号32表示推力行星轮3的滚针轴承，标号42表示支撑行星轮4的滚针轴承。

本实施例的工作原理分析方法和实施例1相同。

实施例3

见图4，一种无级变速器，包括有外太阳轮7、设置于外太阳轮7内圈且与外太阳轮7同轴的内太阳轮6、支撑轮4和三组推力行星轮组，内太阳轮6上设置有推力行星轮内腔和支撑轮内腔，推力行星轮组设置于推力行星轮内腔中，支撑轮4设置于支撑轮内腔中；每组推力行星轮组包括有外行星轮1、内行星轮2、推力行星轮3和活塞件51，每组推力行星轮组中的多个外行星轮2与支撑轮4、外太阳轮7为NGW型行星轮结构形式，每个外行星轮1的内圈和外圈均设置有啮合齿，每个外行星轮1伸出到内太阳轮6外的外齿部分与外太阳轮7的内齿啮合，支撑轮4与每个外行星轮1六点位置的外齿啮合，每个内行星轮2位于对应外行星轮1的内圈且与外行星轮1六点位置的内齿啮合，每个推力行星轮3位于对应外行星轮1的外周且与外行星轮1外齿六点至十二点之间的区域啮合，每个内行星轮2的轮轴21与内太阳轮6是刚性连接机构或一体化刚性结构，支撑轮4的轮轴41与内太阳轮6为刚性连接结构或刚性一体化结构，内太阳轮内设置有三个滑槽组，每个滑槽组包括有上下对应的两个滑槽52，圆柱形的活塞件51设置于对应滑槽52内，推力行星轮3的轮轴31两端伸入到对应滑槽52位于滑槽52顶端和活塞件51顶端之间的区域内，滑槽52的底部通有高压油，高压油通过高压油管路53加到活塞件52的底部，高压油的压力决定了活塞件51推动推力行星轮3的推力；n表示内太阳轮的旋转方向。图中，标号22表示内行星轮的滚针轴承，标号32表示推力行星轮3的滚针轴承，标号42表示支撑行星轮4的滚针轴承。

本实施例的工作原理分析方法和实施例1相同。

实施例4

见图5，一种无级变速器，包括有外太阳轮7、设置于外太阳轮7内圈且与外太阳轮7同轴的内太阳轮6、支撑轮4和三组推力行星轮组，内太阳轮6上设置有推力行星轮内腔和支撑轮内腔，推力行星轮组设置于推力行星轮内腔中，支撑轮4设置于支撑轮内腔中；每组推力行星轮组包括有外行星轮1、内行星轮2、推力行星轮3，每组推力行星轮组中的多个外行星轮2与支撑轮4、外太阳轮7为NGW型行星轮结构形式，每个外行星轮1的内圈和外圈均设置有啮合齿，每个外行星轮1伸出到内太阳轮6外的外齿部分与外太阳轮7的内齿啮合，支撑轮4与每个外行星轮1六点位置的外齿啮合，每个内行星轮2位于对应外行星轮1的内圈且与外行星轮1六点位置的内齿啮合，每个推力行星轮3位于对应外行星轮1的外周且与外行星轮1外齿六点至十二点之间的区域啮合，每个内行星轮2的轮轴21与内太阳轮6是刚性连接机构或一体化刚性结构，支撑轮4的轮轴41与内太阳轮6为刚性连接结构或刚性一体化结构，内太阳轮内设置有三个滑槽组，每个滑槽组包括有上下对应的两个滑槽52，滑槽内设置有支撑块55和压缩弹簧56，支撑块55是一个长方形（或方形）结构，支撑块55的前端的圆弧面支撑行星轮的轮轴31，推力行星轮3的轮轴31两端伸入到对应滑槽52位于滑槽52顶端和弹簧件56顶端之间的区域内，滑槽52的底端与支撑块55底端之间设置有弹簧件56，弹簧件56通过支撑块55前端的圆弧面挤压推力行星轮的轮轴31；n表示内太阳轮的旋转方向。图中，标号22表示内行星轮的滚针轴承，标号32表示推力行星轮3的滚针轴承，标号42表示支撑行星轮4的滚针轴承。

本实施例的工作原理分析方法和实施例1相同。

实施例5

见图6和图7，一种无级变速器，包括有外太阳轮7、设置于外太阳轮7内圈且与外太阳轮7同轴的内太阳轮6、支撑轮4和三组推力行星轮组，内太阳轮6上设置有推力行星轮内腔和支撑轮内腔，推力行星轮组设置于推力行星轮内腔中，支撑轮4设置于支撑轮内腔中；每组推力行星轮组包括有外行星轮1、内行星轮2、推力行星轮3、弹性波纹端盖58及其推动的支撑块57组成，多个外行星轮1、支撑轮4和外太阳轮7为NGW型行星轮结构形式，外行星轮1的内圈和外圈均设置有啮合齿，外行星轮1伸出到内太阳轮6外的外齿部分与外太阳轮7的内齿啮合，内行星轮2位于外行星轮1的内圈且与外行星轮1六点位置的内齿啮合，推力行星轮3位于外行星轮1的外圈且与外行星轮1的外齿在六点至十二点之间的区域啮合，每个内行星轮2的轮轴21与内太阳轮6是刚性连接机构或一体化刚性结构，支撑轮4的轮轴41与内太阳轮6为刚性连接结构或刚性一体化结构，内太阳轮内设置有三个滑槽52，每个滑槽的底部连通高压油孔53，在滑槽底部镶嵌有可以伸缩的弹性波纹端盖58，波纹端盖58的顶端与支撑块57贴合，支撑块57顶端的凹槽支撑推力行星轮轴31，每个支撑块57设置于对应的滑槽52内，推力行星轮3的轮轴31两端伸入到对应滑槽52位于滑槽52顶端和支撑块57顶端之间的区域内；弹性波纹管58在高压油的作用下伸长并挤压支撑块57，支撑块57再把作用力施加到推力行星轮轴31上。n表示内太阳轮的旋转方向。图中，标号22表示内行星轮的滚针轴承，标号32表示推力行星轮3的滚针轴承，标号42表示支撑行星轮4的滚针轴承。

本实施例的工作原理分析方法和实施例1相同。

实施例6

见图8，一种无级变速器，包括有外太阳轮7、设置于外太阳轮7内圈且与外太阳轮7同轴的内太阳轮6、支撑轮4和三组推力行星轮组，内太阳轮6上设置有推力行星轮内腔和支撑轮内腔，推力行星轮组设置于推力行星轮内腔中，支撑轮4设置于支撑轮内腔中；每组推力行星轮组包括有外行星轮1、内行星轮2、推力行星轮3和活塞件51，每个外行星轮1横向分割为上、中、下三个部分（见图9和图10），上、下两部分的外圈设置为外齿圈11，中间部分的外圈为光滑圆周面12，外行星轮1的内圈设置为光滑圆周面，每个内行星轮、支撑轮和推力行星轮的外周园均为光滑圆周面，每个外行星轮1的上、下两部分部分伸出到内太阳轮6外其外齿圈11与外太阳轮7的内齿啮合，支撑轮4的外周圆与每个外行星轮1中间部分的光滑圆周面12在六点位置贴合，每个内行星轮2位于对应外行星轮1的内圈且与外行星轮1的内圈在六点位置内贴合，每个推力行星轮3位于对应外行星轮1的外周且与外行星轮1外周光滑园面12在六点至十二点之间的区域贴合，每个内行星轮2的轮轴21与内太阳轮6是刚性连接机构或一体化刚性结构，支撑轮4的轮轴41与内太阳轮6为刚性连接结构或刚性一体化结构，内太阳轮内设置有三个滑槽组，每个滑槽组包括有上下对应的两个滑槽52，圆柱形的活塞件51设置于对应滑槽52内，推力行星轮3的轮轴31两端伸入到对应滑槽52位于滑槽52顶端和活塞件51顶端之间的区域内，滑槽52的底部通有高压油，高压油通过高压油管路53加到活塞件51的底部，活塞件51前端的圆弧面支撑推力行星轮的轮轴31，高压油的压力决定了活塞件51推动推力行星轮3的推力；n表示内太阳轮的旋转方向。图中，标号22表示内行星轮的滚针轴承，标号32表示推力行星轮3的滚针轴承，标号42表示支撑行星轮4的滚针轴承。

本实施例中的光滑圆周面也可以为摩擦圆周面。

本实施例的工作原理分析方法和实施例1相同。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种无级变速器，其特征在于：包括有外太阳轮、设置于外太阳轮内圈且与外太阳轮同轴的内太阳轮、支撑轮和推力行星轮组，所述的内太阳轮上设置有推力行星轮内腔和支撑轮内腔，所述的推力行星轮组设置于推力行星轮内腔中，所述的支撑轮设置于支撑轮内腔中；所述的推力行星轮组包括有外行星轮、内行星轮、推力行星轮和推力装置，所述的外行星轮的内圈和外圈均是传动面，外行星轮与外太阳轮内啮合，所述的支撑轮位于外行星轮的外周且与外行星轮六点位置外啮合，所述的内行星轮位于外行星轮的内圈且与外行星轮六点位置内啮合，所述的推力行星轮位于外行星轮的内圈且与外行星轮在十二点至六点之间的区域内啮合或所述的推力行星轮位于外行星轮的外周且与外行星轮在六点至十二点之间的区域外啮合，所述的内行星轮的轮轴与内太阳轮是刚性连接机构或一体化刚性结构，支撑轮的轮轴与内太阳轮为刚性连接结构或刚性一体化结构，所述的推力装置设置于内太阳轮内，所述的内太阳轮内设置有滑槽组，滑槽组包括有上下对应的两个滑槽，所述的推力装置包括有设置于对应滑槽内的推力件和推动推力件向滑槽顶端移动的传力装置，所述的推力行星轮的轮轴两端伸入到对应滑槽位于滑槽顶端和推力件顶端之间的区域内；所述的内太阳轮与输入轴是刚性连接机构或一体化刚性结构，所述的外太阳轮与输出轴是刚性连接机构或一体化刚性结构，所述的输入轴和输出轴为同轴结构。

2.根据权利要求1所述的一种无级变速器，其特征在于：所述的推力行星轮组为一组或多组。

3.根据权利要求2所述的一种无级变速器，其特征在于：当所述的推力行星轮组为多组时，所述的支撑轮与内太阳轮同轴，多个外行星轮与支撑轮、外太阳轮为NGW型行星轮结构形式。

4.根据权利要求1所述的一种无级变速器，其特征在于：所述的外行星轮与外太阳轮内啮合方式选用齿轮啮合或摩擦轮啮合。

5.根据权利要求1所述的一种无级变速器，其特征在于：所述的外行星轮与内行星轮之间、推力行星轮与外行星轮之间、支撑轮与外行星轮之间的啮合选用齿轮啮合、摩擦轮啮合或光滑轮啮合。

6.根据权利要求2所述的一种无级变速器，其特征在于：当所述的推力行星轮组为一组时，支撑轮与外行星轮在外行星轮的六点位置外啮合，或支撑轮既与外行星轮在外行星轮的六点位置外啮合也与外太阳轮内啮合。

7.根据权利要求1所述的一种无级变速器，其特征在于：所述的推力装置选用液压作用活塞组成的推力装置、液压作用波纹面组成的推力装置或弹簧组成的推力装置。