CN108105359A - 一种无级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无级变速器。一种无级变速器，包括差动轮系，差动轮系包括内齿圈组件、太阳轮组件和连接有行星轮机构的行星架组件，行星架组件包括侧板和隔离块，侧板和隔离块结合齿轮形成高低压两种容积单元，两种容积单元之间连接有节流通道。本发明的优点是结构简单并容易实现多种输出特性，能满足实际的不同需要，特别是采用排量差工作后，可以提高传动效率。本发明适用于动力传递系统中，因为体积小成本不高，还可替代部分减速机使用。

Description

一种无级变速器

技术领域

本发明涉及传动机械领域，更具体的说，涉及一种无级变速器。

背景技术

变速器的输出特性主要有恒功率、恒速比或恒扭矩这三种，我们现在使用的变速器几乎都是输出恒速比特性的，即不通过第三方机构调节是没办法改变传动比的。具有恒功率特性的变速器，输出扭矩和转速可以根据负载大小自动调整，所以在实际大部分传动过程中，这是最理想的输出特性，不但具备无级变速的能力，而且变速时不需要通过其他机构来调节。

发明内容

针对现有技术的不足或改进，本发明的目的是提供一种无级变速器，能实现多种输出特性。

本发明的目的是这样实现的：一种无级变速器，包括差动轮系，差动轮系包括内齿圈组件、太阳轮组件和连接有行星轮机构的行星架组件，行星架组件包括侧板和隔离块，侧板和隔离块结合齿轮形成高低压两种容积单元，两种容积单元之间连接有节流通道。

在上述方案的基础上，本发明有以下优选方案：

节流通道设置在隔离块上。

节流通道上设置有可调节流阀、调速阀或限压阀。

侧板上设有高低压通道分别连接高低压容积单元。

侧板和隔离块结合三种齿轮形成容积单元。

行星轮机构包括两个互相齿合的行星分轮，两个行星分轮分别连接内齿圈组件和太阳轮组件。

行星架组件包括变比机构，行星轮机构包括两个分度圆大小不同的行星分轮，两个行星分轮同轴连接在侧板两侧构成变比机构。

差动轮系上连接有变比轮系，变比轮系为差动结构，差动轮系上的两大组件分别连接变比轮系上的两大组件。

差动轮系上套有外壳并与外壳构成可转动连接，外壳与差动轮系之间连接有离合器和/或电机。

附图说明

图1为本发明一种实施方式部分立体结构的剖切示意图；

图2、图3、图4为本发明不同实施方式的部分平面结构示意图；

图5为本发明一种实施方式部分立体结构的剖切示意图。

具体实施方式

结合附图，本发明的实施方式如下：

参见图1结合图2，一种无级变速器，包括差动轮系，差动轮系包括内齿圈组件、太阳轮组件和连接有行星轮机构的行星架组件，行星架组件包括侧板206和隔离块203，侧板206和隔离块203结合齿轮形成高低压两种容积单元210，两种容积单元210之间连接有节流通道205。差动轮系包括内齿圈组件、太阳轮组件和连接有行星轮机构的行星架组件，内齿圈组件包括内齿圈302和端盖301，两者用螺丝固定；太阳轮组件包括传动轴101和太阳轮102，两者固定连接或构成为一体结构的齿轮轴；行星架组件包括两侧的侧板206，两块侧板206之间通过多个隔离块203使用螺丝互相固定，或者侧板206和隔离块203构成一体结构，行星轮机构包括铰接柱201和行星轮202并可设置多组，铰接柱201连接在两块侧板206之间；传动轴101适宜连接动力机，这时侧板206或端盖301连接负载。侧板206和隔离块203结合齿轮形成高低压两种容积单元210，高低压两种容积单元210每种至少一个，容积单元210内填充油液使差动轮系具有齿轮泵或齿轮马达的功能，工作时两种容积单元210分别处于高压状态和低压状态，齿轮即太阳轮102、行星轮202和内齿圈302这三种，要形成容积单元210至少需要结合两种齿轮，在图2中，两块侧板206和多个隔离块203结合行星轮202、内齿圈302这两种齿轮构成齿轮泵；两种容积单元210之间连接有节流通道205，节流通道205设置在隔离块203上并联通相邻的高低压两种容积单元210，工作时能形成油液循环。差动轮系上的齿轮可以用斜齿轮，当用直齿轮时，侧板206上需要设置卸荷槽207。差动轮系上设置有补油装置，包括设置在侧板206上并连接储油腔和容积单元210的单向阀208，侧板206和端盖301之间的背隙即为储油腔，侧板206上设有单向阀208，通过隔离块203上的通孔连接容积单元210，当容积单元210处于低压状态时，储油腔内的油液在离心作用下产生压力，可补充泄漏的油液，如有必要，还可增加离心叶片或者弹簧活塞等机构来提高压力。

本发明的工作过程如下：图2中，当行星架组件连接负载，太阳轮102连接动力机并被顺时针驱动旋转后，会使内齿圈302产生反向力矩，这时行星轮202右侧的容积单元210因为油液压缩变成高压，内齿圈302产生阻碍力矩能减小或克服太阳轮102带来的反向力矩，内齿圈302被约束后即可实现传动，被压缩的油液通过节流通道205排入行星轮202左侧的低压容积单元210，传动比不同时，内齿圈302会有不同的转向或者保持相对静止。因为油液压力和节流排量可随负载变化，即输出扭矩和转速都是变量，所以能满足恒功率特性，在恒功率条件下传动时，必然具有无级变速的能力并且能自适应调整传动比。图2所示的方案，主要缺点是压力油全部通过节流排出，会造成效率较低。

在上述方案的基础上，本发明有以下优选方案：

节流通道205设置在隔离块203上。节流通道205也可以引出至差动轮系的其他部件上，设置在隔离块203上是最简单的方法。

节流通道205上设置有可调节流阀、调速阀或限压阀。使用节流控制可以使变速器具有恒功率特性，在工况比较简单的情况下，调试好合适的节流开度后可以不需要调节，当节流开度可调时，能够更好的改变传动比或者用于控制离合。参见图1，可调节流阀为锥头销204，用于改变节流通道205的通流面积，锥头销204与套在传动轴101上的调节板209使用螺丝固定，当使用第三方机构如油缸、电机或离心机构等控制调节板209的轴向位置时，即可调节节流开度。节流通道205也能用调速阀控制输出恒速比特性，或者用限压阀限定最大输出扭矩，不同的阀门也可组合使用，以满足实际的各种需要，所以本发明可以有多种输出特性。

侧板206上设有高低压通道分别连接高低压容积单元210。当高低压两种容积单元210分别有多个时，所有高压容积单元210通过侧板206上的高压通道互相联通，所有低压容积单元210通过侧板206上的低压通道互相联通，这样能平衡各容积单元210内的压力提高平稳性和可靠性，并且通过合理设计齿轮的齿数、布置行星轮202采用不同的相位有利于减小流量脉动。

侧板206和隔离块203结合三种齿轮形成容积单元210。参见图3结合图1，两块侧板206和隔离块203结合太阳轮102、行星轮202和内齿圈302这三种齿轮形成高低压两种容积单元210，由此每个容积单元210内同时有齿轮泵和齿轮马达在工作，对于渐开线齿轮，因为太阳轮102和内齿圈302的齿面曲率不同，齿的体积有大小，这样能使齿轮泵的排量大于齿轮马达产生压力，当差动轮系旋转时一个排油一个吸油，可以大大减小节流排量从而显著提高传动效率，图1所示即为图3的结构方案，是本发明最基本的一种构造类型。有效排量较小后，这时容积效率变得比较重要，直接关系到变速范围的大小，工程上，通过增加轴向尺寸降低压力，特别是使用粘度较高的油液或油脂作为传动介质，都是减少泄漏的重要手段。

行星轮机构包括两个互相齿合的行星分轮212，两个行星分轮212分别连接内齿圈组件和太阳轮组件。即将图2或图3中的每个行星轮202替换为两个行星分轮212构成图4所示的结构，两个行星分轮212分别与太阳轮102和内齿圈302齿合构成齿轮泵和齿轮马达，隔离块203上有通道211连接齿轮泵和齿轮马达的工作区域构成容积单元210。这种结构可以认为是本发明的一种径向扩展，主要作用是改变差动轮系运动特性，如将内齿圈固定时，可以使行星架组件反向旋转，显然每组行星轮机构上的行星分轮212可以超过两个，但实际意义不大。

行星架组件包括变比机构，行星轮机构包括两个分度圆大小不同的行星分轮212，两个行星分轮212同轴连接在侧板206两侧构成变比机构。将图4中的两个行星分轮212轴向连接即构成图5所示的类型，两个行星分轮212分度圆大小不同并通过花键轴固定防止互相转动，花键轴与侧板206铰接，侧板206之间的容积单元210对应导通，节流通道205可全部设置在一侧的隔离块203上便于调节。这种结构是本发明的一种轴向扩展，可以改变差动轮系各组件之间的速比，当速比较大时能减小差动轮系径向尺寸，显然变比机构可以设置多组，并且单侧的齿轮能采用不同的模数，当需要调整排量差时改变两侧齿轮的轴向长度即可。采用图5所示的方案后，内齿圈302还可以用外齿合齿轮替代但意义不大，另外，图5中内齿圈302的齿数减少变比有限，这时可以结合图4的结构类型，能够改善这一不利状况。差动轮系通过径向和轴向扩展后，侧板206和隔离块203可以结合行星分轮212形成容积单元210，不一定要结合内齿圈组件或太阳轮组件，这种多样化的容积单元210会给结构设计带来便利。

差动轮系上连接有变比轮系，变比轮系为差动结构，差动轮系上的两大组件分别连接变比轮系上的两大组件。图5所示的结构变比有限，因为两个行星分轮212大小不宜相差较大，而采用多组变比机构又较为复杂，这时，差动轮系上可连接变比轮系，差动轮系和变比轮系上的内齿圈组件固定连接，差动轮系上的太阳轮组件和变比轮系上的行星架组件固定连接，变比轮系上的太阳轮组件适宜连接动力机，差动轮系上的行星架组件适宜连接负载；变比轮系同样由差动轮系构成并且可以采用多副使用类似的连接方式，并且变比轮系上也可以构建齿轮泵或齿轮马达，这种串联构造也是本发明的一种轴向扩展，可以大大增加输入端和输出端的速比。本发明整体也能通过多个首尾串联的方式增加传动能力，但这种整体扩展的方式会使效率降比较大。

差动轮系上的齿轮采用变位配合。差动轮系上的齿轮之间可以采用变位配合的方法调整排量差，或者采用不同的齿顶高系数，通过这两种手段也可以逆转排量差，即将齿轮泵和齿轮马达的功能互换，这会改变差动轮系的受力方向。

差动轮系上套有外壳并与外壳构成可转动连接，外壳与差动轮系之间连接有离合器和/或电机。当采用图4所示结构，用离合器锁定内齿圈组件后，驱动太阳轮组件可以使行星架组件反转，这时需要在差动轮系上铰接有外壳便于安装离合器。同理连接电机后，外壳用于固定电机定子，差动轮系三大组件中的一个或二个连接电机转子，可使本发明构成为混动式变速器。

根据以上说明，差动轮系还能使用不同的结构类型如锥齿轮轮系，只要使其本身构成为齿轮泵或齿轮马达即可，特别是通过径向或轴向扩展后能有多种构造变化。由于本发明容易构建众多的泵或马达，其中一些可用于补油或者提供润滑而不用来传动，或者兼顾多种功能。

本发明的优点是结构简单并容易实现多种输出特性，能满足实际的不同需要，特别是采用排量差工作后，可以提高传动效率。本发明适用于动力传递系统中，因为体积小成本不高，还可替代部分减速机使用。

Claims (10)

1.一种无级变速器，包括差动轮系，差动轮系包括内齿圈组件、太阳轮组件和连接有行星轮机构的行星架组件，其特征在于：行星架组件包括侧板和隔离块，侧板和隔离块结合齿轮形成高低压两种容积单元，两种容积单元之间连接有节流通道。

2.根据权利要求1所述的一种无级变速器，其特征在于：节流通道设置在隔离块上。

3.根据权利要求1所述的一种无级变速器，其特征在于：节流通道上设置有可调节流阀、调速阀或限压阀。

4.根据权利要求1所述的一种无级变速器，其特征在于：侧板上设有高低压通道分别连接高低压容积单元。

5.根据权利要求1所述的一种无级变速器，其特征在于：侧板和隔离块结合三种齿轮形成容积单元。

6.根据权利要求1所述的一种无级变速器，其特征在于：行星轮机构包括两个互相齿合的行星分轮，两个行星分轮分别连接内齿圈组件和太阳轮组件。

7.根据权利要求1所述的一种无级变速器，其特征在于：行星架组件包括变比机构，行星轮机构包括两个分度圆大小不同的行星分轮，两个行星分轮同轴连接在侧板两侧构成变比机构。

8.根据权利要求1所述的一种无级变速器，其特征在于：差动轮系上连接有变比轮系，变比轮系为差动结构，差动轮系上的两大组件分别连接变比轮系上的两大组件。

9.根据权利要求1所述的一种无级变速器，其特征在于：差动轮系上的齿轮采用变位配合。

10.根据权利要求1所述的一种无级变速器，其特征在于：差动轮系上套有外壳并与外壳构成可转动连接，外壳与差动轮系之间连接有离合器和/或电机。