CN106678298A - 一种无级变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无级变速器，包括有外转子、内转子和活齿总成；外转子与内转子之间形成环形工作腔；外转子的内圆周固定设置有一圈内活齿，内转子的外圆周设置有一圈活齿槽，活齿总成包括有一圈嵌入到活齿槽内的支撑块、固定于支撑块外端上的外活齿和设置于内转子上驱动支撑块在活齿槽内径向移动的传力装置；内转子与输入轴、外转子与输出轴均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传力装置作用到内活齿上，通过调整传力装置的作用力来调整输入轴输出功率的大小，活齿把此作用力再传递到外转子，由能量守恒原理和转矩公式推出输出和输入的速比满足自适应连续变化，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，尤其是车辆无级变速器领域。
背景技术
目前车辆上配备的大部分有档自动变速器，传动效率低、制作复杂、成本高；而现有的锥轮式无极变速器，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。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，不能实现外负荷与发动机动力的自适应匹配。
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，通过调整内活齿和外活齿的相对距离来改变其相互之间的作用力，使输入轴的输入功率通过内活齿和外活齿传递到外转子上，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。
本发明的技术方案为：
一种无级变速器，包括有外转子、设置于外转子内圈且与外转子同轴的内转子和活齿总成；所述的外转子与内转子之间形成环形工作腔；所述的外转子的内圆周固定设置有一圈内活齿，所述的内转子的外圆周设置有一圈活齿槽，所述的活齿总成包括有一圈嵌入到活齿槽内的支撑块、固定于支撑块外端上的外活齿和设置于内转子上驱动支撑块在活齿槽内径向移动的传力装置；所述的固定于支撑块上的外活齿在活齿槽移动到最远端时其外端与内转子圆心的径向距离大于内活齿的外端与内转子圆心的径向距离；所述的外活齿选用板式活齿或滚子轴承活齿，所述的内活齿选用板式活齿或滚子轴承活齿；所述的内转子与输入轴是刚性连接机构或一体化刚性结构，所述的外转子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。
所述的外活齿和对应的内活齿设置为一组或多组。
所述的板式活齿包括弹性板式活齿或刚性板式活齿。
所述的传力装置包括有与外活齿底部接触的传力件和设置于内转子内推动传力件向外转子径向移动的传力装置。
所述的刚性板式活齿包括有左、右支撑弹簧和夹设于左、右支撑弹簧之间的刚性板，所述的刚性板的内端位于内转子或外转子上定点转动设置。
所述的滚子轴承活齿包括有安装于行星轮轴上的滚子轴承；所述的支撑块底部均与传力件接触，所述的内转子上设置有与活齿槽底部径向连通的滑槽，所述的滑槽邻近活齿槽底部的一端设置有内顶面，所述的支撑块的底部设置为阶梯形结构，且上阶梯部小于下阶梯部，上阶梯部和下阶梯部之间形成支撑块阶梯面，所述的支撑块下部伸入到滑槽内，且所述的支撑块下部套装有回复弹簧，回复弹簧的外端抵住滑槽的内顶面，回复弹簧的内端抵住支撑块阶梯面。
所述的工作腔内设置有润滑油，所述的润滑油为局部填充或全部填充的状态。
所述的传力装置选用活塞组成的液压传力装置、波纹面组成的液压传力装置或电动传力装置。
所述的电动传力装置为驱动电机，所述的传力件为凸轮轴，所述的凸轮轴与驱动电机的输出轴连接，凸轮轴上的凸轮个数与外活齿的个数对应，所述的凸轮轴上的凸轮抵住支撑块的底部。
所述的液压传力件为设置于活塞槽内的活塞，所述的活塞的顶部与支撑块的底部接触，所述的液压传力装置包括有设置于内转子上且与活塞槽底部连通的高压油进口，所述的高压油通过高压油进口进入所有活塞槽推动活塞运动。
所述的波纹面组成的液压传力装置为设置于缸体内的波纹管，波纹管的的端部与缸体内壁固定连接，波纹管的外侧壁抵住支撑块的底部，所述的高压油通过高压油进口进入所有缸体，然后高压油作用于波纹管的波纹面，波纹面的力再传到支撑块。
本发明的优点：
本发明使得输入轴的输入功率通过外活齿和内活齿的接触即能把输入动力从内转子传递到外转子上，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2的纵剖结构原理示意图。
图5是本发明实施例3的横剖结构原理示意图。
图6是本发明实施例4的横剖结构原理示意图。
图7是本发明实施例1的一般润滑原理示意图。
图8是本发明实施例1的全浸润滑原理示意图。
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，包括有外转子2、设置于外转子2内圈且与外转子2同轴的内转子1和活齿总成；外转子2与内转子1之间形成环形工作腔20；外转子2的内圆周固定设置有一圈内活齿，内转子1的外圆周设置有一圈活齿槽4，活齿总成包括有一圈嵌入到活齿槽4内的支撑块5、固定于支撑块5外端上的外活齿和设置于内转子1上驱动支撑块在活齿槽内径向移动的传力装置；外活齿选用滚子轴承活齿，内活齿选用弹性板式活齿3，滚子轴承活齿包括有安装于行星轮轴6上的滚子轴承7，弹性板式活齿3包括有弹簧片；固定于支撑块5上的外活齿在活齿槽4移动到最远端时其外端与内转子1圆心的径向距离大于弹性板式活齿3的外端与内转子1圆心的径向距离；内转子1与输入轴13是刚性连接机构或一体化刚性结构，外转子2与输出轴16是刚性连接机构或一体化刚性结构，输入轴13和输出轴16为同轴结构。
其中，传力装置包括有驱动电机8和凸轮轴9，凸轮轴9与驱动电机8的输出轴连接，凸轮轴9上的凸轮个数与外活齿的个数均为六个，凸轮轴9上的凸轮抵住支撑块5的底部；支撑块5是一个长方体结构，支撑块5底部均与凸轮轴9的凸轮接触，内转子1上设置有与活齿槽4底部径向连通的滑槽10，滑槽10邻近活齿槽4底部的一端设置有内顶面，支撑块5的底部设置为阶梯形结构，且上阶梯部小于下阶梯部，上阶梯部和下阶梯部之间形成支撑块阶梯面，支撑块5下部伸入到滑槽10内，且支撑块5下部套装有回复弹簧11，回复弹簧11的外端抵住滑槽10的内顶面，回复弹簧11的内端抵住支撑块阶梯面。n1表示内转子1的旋转方向，n2表示外转子2的旋转方向；图中，标号14表示前端盖，15表示外壳， 17表示信号电极滑环，18表示电源电极滑环，25表示前端盖密封圈，26表示后端盖密封圈。
工作原理：
（1）、当内转子1顺时针转动时，滚子轴承7的外圆与弹性板式活齿3接触，弹性板式活齿3阻碍滚子轴承7的旋转，这个阻碍作用力使得内转子1的旋转扭矩力作用到外转子2上。由于弹簧可以弯曲形变，使得滚子轴承7可以越过接触的弹性板式活齿3连续旋转。驱动电机8带动凸轮轴9顺时针旋转时，由于回复弹簧11的回复作用，支撑块5在径向方向上向圆心移动，弹性板式活齿3阻碍滚子轴承7的力减小，当滚子轴承7向内移动直至与弹性板式活齿3不接触时，内转子1上的旋转力作用不到外转子2上，实现了离合作用；驱动电机8带动凸轮轴9逆时针旋转时，凸轮轴9的凸轮给支撑块5的底端施加推力，使支撑块5在径向方向上向外移动，弹性板式活齿3阻碍滚子轴承7的力加大。驱动电机8的控制信号和供电电源通过电极滑环17和18连接到驱动电机8上。
（2）、假设滚子轴承7在旋转切向方向上对弹性板式活齿3总的平均作用力为F，平均作用力半径为R，则内转子1作用于外转子2的力矩T1为：T1=F*R；
（3）、扭矩输出和变速的分析与计算说明：
设内转子1给外转子2提供的旋转力矩为T1，内转子1的转速为n1,根据转动功率推出内转子1作用到外转子2上的旋转功率P1为：
P1=T1*n1/9550 ①，
设外转子2的外阻力矩为T2，转速为n2，则外转子2的旋转功率P2为；
P2=T2*n2/9550 ②，
根据能量守恒定律 P2=P1，由公式①、②推出外转子2的输出转速为：
n2 =n1*T1 / T2 ③，
由公式③可以看出，在内转子1对外转子2作用的功率P1一定的条件下，外转子2的转速与其外转子的外负荷阻力矩T2成反比，外转子2的外负荷阻力矩T2大，则外转子2的转速慢，外转子2的外负荷阻力矩T2小，则外转子2的转速快，当外转子2的阻力矩T2等于内转子1提供的旋转扭矩时，外转子2和内转子1的转速同步，由此实现了连续无级速度变换。
润滑方式：
工作腔20的润滑方式有干式、部分填充润滑油或全部填充润滑油。
见图7，部分填充润滑油，润滑油27的加入量没过一个外活齿的高度。
见图8，全部填充润滑油即工作腔20内充满润滑油27。
实施例2
见图3和图4，一种无级变速器，包括有外转子2、设置于外转子2内圈且与外转子2同轴的内转子1和活齿总成；外转子2与内转子1之间形成环形工作腔20；外转子2的内圆周固定设置有一圈内活齿，内转子1的外圆周设置有一圈活齿槽4，活齿总成包括有一圈嵌入到活齿槽4内的支撑块5、固定于支撑块5外端上的外活齿和设置于内转子1上驱动支撑块在活齿槽内径向移动的传力装置；外活齿选用滚子轴承活齿，内活齿选用弹性板式活齿3，滚子轴承活齿包括有安装于行星轮轴6上的滚子轴承7，弹性板式活齿3包括有弹簧片；固定于支撑块5上的外活齿在活齿槽4移动到最远端时其外端与内转子1圆心的径向距离大于弹性板式活齿3的外端与内转子1圆心的径向距离；内转子1与输入轴13是刚性连接机构或一体化刚性结构，外转子2与输出轴16是刚性连接机构或一体化刚性结构，输入轴13和输出轴16为同轴结构。
其中，传力装置包括有设置于活塞槽12内的活塞22设置于内转子1上且与活塞槽12底部连通的高压油进口19，活塞22的顶部与支撑块5的底部接触，高压油依次通过高压油通道17、高压油进口19进入所有活塞槽12推动活塞22运动，活塞22推动支撑块5向外转子2运动；支撑块5是一个长方体结构，内转子1上设置有与活齿槽4底部径向连通的滑槽10，滑槽10邻近活齿槽4底部的一端设置有内顶面，支撑块5的底部设置为阶梯形结构，且上阶梯部小于下阶梯部，上阶梯部和下阶梯部之间形成支撑块阶梯面，支撑块5下部伸入到滑槽10内，且支撑块5下部套装有回复弹簧11，回复弹簧11的外端抵住滑槽10的内顶面，回复弹簧11的内端抵住支撑块阶梯面。图中，标号14表示前端盖，15表示外壳，25表示前端盖密封圈，26表示后端盖密封圈。
当内转子1顺时针转动时，滚子轴承7的外圆与弹性板式活齿3接触，弹性板式活齿3阻碍滚子轴承7在工作腔20内顺时针旋转，这个阻碍作用力使得内转子1的旋转扭矩力作用到外转子2上。当滚子轴承7在传力装置的作用下向外转子2运动时，滚子轴承7作用到弹性板式活齿3上的力加大，反之减少。当滚子轴承7向内移动到与弹性板式活齿3不接触时，内转子上的旋转力作用不到外转子上，实现了离合作用。改变油压即改变活塞22对支撑块5的推力从而改变滚子轴承7距离内转子1圆心的径向距离。当油压增大时，活塞22推动支撑块5在径向方向上向外移动，弹性板式活齿3阻碍滚子轴承7的力加大，当油压降低时，由于回复弹簧9的回复作用力使得支撑块5在径向方向上向圆心移动，弹性板式活齿3阻碍滚子轴承7的力减小。
本实施例的传力原理分析方法及变速原理与实施例1相同。
实施例3
见图5，一种无级变速器，包括有外转子2、设置于外转子2内圈且与外转子2同轴的内转子1和活齿总成；外转子2与内转子1之间形成环形工作腔20，工作腔20内充满润滑油27；外转子2的内圆周固定设置有一圈内活齿，内转子1的外圆周设置有一圈活齿槽4，活齿总成包括有一圈嵌入到活齿槽4内的支撑块5、固定于支撑块5外端上的外活齿和设置于内转子1上驱动支撑块在活齿槽内径向移动的传力装置；外活齿31和内活齿32均选用弹性板式活齿，弹性板式活齿包括有弹簧片；固定于支撑块5上的外活齿31在活齿槽4移动到最远端时其外端与内转子1圆心的径向距离大于内活齿32的外端与内转子1圆心的径向距离；内转子1与输入轴13是刚性连接机构或一体化刚性结构，外转子2与输出轴16是刚性连接机构或一体化刚性结构，输入轴13和输出轴16为同轴结构。
其中，传力装置包括有驱动电机8和凸轮轴9，凸轮轴9与驱动电机8的输出轴连接，凸轮轴9上的凸轮个数与外活齿的个数均为六个，凸轮轴9上的凸轮抵住支撑块5的底部；支撑块5是一个长方体结构，支撑块5底部均与凸轮轴9的凸轮接触，内转子1上设置有与活齿槽4底部径向连通的滑槽10，滑槽10邻近活齿槽4底部的一端设置有内顶面，支撑块5的底部设置为阶梯形结构，且上阶梯部小于下阶梯部，上阶梯部和下阶梯部之间形成支撑块阶梯面，支撑块5下部伸入到滑槽10内，且支撑块5下部套装有回复弹簧11，回复弹簧11的外端抵住滑槽10的内顶面，回复弹簧11的内端抵住支撑块阶梯面。图中，标号15表示外壳。
本实施例的传力原理、分析方法及变速原理与实施例1相同。
实施例4
见图6，一种无级变速器，包括有外转子2、设置于外转子2内圈且与外转子2同轴的内转子1和活齿总成；外转子2与内转子1之间形成环形工作腔20；外转子2的内圆周固定设置有一圈内活齿3，内转子1的外圆周设置有一圈活齿槽4，活齿总成包括有一圈嵌入到活齿槽4内的支撑块5、固定于支撑块5外端上的外活齿7和设置于内转子1上驱动支撑块在活齿槽内径向移动的传力装置；外活齿选用刚性板式活齿，内活齿选用滚子轴承活齿，滚子轴承活齿包括有安装于行星轮轴6上的滚子轴承7，刚性板式活齿3包括有设置在外转子内的弹簧槽35、安装于弹簧槽35内的左支撑弹簧32和右支撑弹簧31和刚性板33，刚性板33夹设于左支撑弹簧32和右支撑弹簧31之间，且左支撑弹簧32的外端和右支撑弹簧31的外端均与弹簧槽35内壁固定连接，刚性板33的内端34是一个圆柱形，被约束在圆弧36内，可以在一定角度内定点自由旋转，而不能径向移动；固定于支撑块5上的外活齿在活齿槽4移动到最远端时其外端与内转子1圆心的径向距离大于刚性板式活齿3的外端与内转子1圆心的径向距离。
当内转子带动滚子轴承活齿7顺时针旋转时，其外圆与刚性板式活齿3接触，刚性板式活齿3在右侧弹簧31和左侧弹簧32的作用下阻碍滚子轴承7的旋转，这个阻碍作用力使得内转子1的旋转扭矩力作用到外转子2上。由于弹簧可以拉伸和压缩，使得滚子轴承7可以越过接触的刚性板式活齿3连续旋转。
图中，标号8表示驱动电机、9表示凸轮轴，10表示滑槽、11表示回复弹簧，15表示外壳，n表示内转子1和外转子2的工作旋转方向。
本实施例的传力原理、分析方法及变速原理与实施例1相同。

Claims (10)

1.一种无级变速器，其特征在于：包括有外转子、设置于外转子内圈且与外转子同轴的内转子和活齿总成；所述的外转子与内转子之间形成环形工作腔；所述的外转子的内圆周固定设置有一圈内活齿，所述的内转子的外圆周设置有一圈活齿槽，所述的活齿总成包括有一圈嵌入到活齿槽内的支撑块、固定于支撑块外端上的外活齿和设置于内转子上驱动支撑块在活齿槽内径向移动的传力装置；所述的固定于支撑块上的外活齿在活齿槽移动到最远端时其外端与内转子圆心的径向距离大于内活齿的外端与内转子圆心的径向距离；所述的外活齿选用板式活齿或滚子轴承活齿，所述的内活齿选用板式活齿或滚子轴承活齿；所述的内转子与输入轴是刚性连接机构或一体化刚性结构，所述的外转子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：所述的外活齿和对应的内活齿设置为一组或多组。
3.根据权利要求1所述的一种无级变速器，其特征在于：所述的板式活齿包括弹性板式活齿或刚性板式活齿。
4.根据权利要求1所述的一种无级变速器，其特征在于：所述的传力装置包括有与外活齿底部接触的传力件和设置于内转子内推动传力件向外转子径向移动的传力装置。
5.根据权利要求3所述的一种无级变速器，其特征在于：所述的刚性板式活齿包括有左、右支撑弹簧和夹设于左、右支撑弹簧之间的刚性板，所述的刚性板的内端位于内转子或外转子上定点转动设置。
6.根据权利要求4所述的一种无级变速器，其特征在于：所述的滚子轴承活齿包括有安装于行星轮轴上的滚子轴承；所述的支撑块底部均与传力件接触，所述的内转子上设置有与活齿槽底部径向连通的滑槽，所述的滑槽邻近活齿槽底部的一端设置有内顶面，所述的支撑块的底部设置为阶梯形结构，且上阶梯部小于下阶梯部，上阶梯部和下阶梯部之间形成支撑块阶梯面，所述的支撑块下部伸入到滑槽内，且所述的支撑块下部套装有回复弹簧，回复弹簧的外端抵住滑槽的内顶面，回复弹簧的内端抵住支撑块阶梯面。
7.根据权利要求1所述的一种无级变速器，其特征在于：所述的工作腔内设置有润滑油，所述的润滑油为局部填充或全部填充的状态。
8.根据权利要求4所述的一种无级变速器，其特征在于：所述的传力装置选用活塞组成的液压传力装置、波纹面组成的液压传力装置或电动传力装置。
9.根据权利要求8所述的一种无级变速器，其特征在于：所述的电动传力装置为驱动电机，所述的传力件为凸轮轴，所述的凸轮轴与驱动电机的输出轴连接，凸轮轴上的凸轮个数与外活齿的个数对应，所述的凸轮轴上的凸轮抵住支撑块的底部。
10.根据权利要求8所述的一种无级变速器，其特征在于：所述的液压传力件为设置于活塞槽内的活塞，所述的活塞的顶部与支撑块的底部接触，所述的液压传力装置包括有设置于内转子上且与活塞槽底部连通的高压油进口，所述的高压油通过高压油进口进入所有活塞槽推动活塞运动。
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