CN111043193A - 制动器控制差速器的无级变速方法及其一种非摩擦制动器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种制动器控制差速器的无级变速方法及其一种非摩擦制动器，包括曲轴、制动组件和曲轴相连的差速器组件，所述制动组件包括第一缸体、第二缸体、滑移连接于第一缸体内的第一活塞、滑移连接于第二缸体内的第二活塞和两端分别与第一缸体和第二缸体的内部连通的管路；所述第一活塞上固设有第一连杆，所述第二活塞上固设有第二连杆；所述曲轴上设有多个铰接部，所述第一连杆与一个铰接部铰接，第二连杆与另一个铰接部铰接，与第一连杆和第二连杆相连的两个铰接部分别位于曲轴的两侧；所述管路上连接有空气阀门，无级变速器由制动器结合差速器原理结合而成。其具有采用非摩擦制动、无级变速、控制简单、寿命长的技术效果。

Description

制动器控制差速器的无级变速方法及其一种非摩擦制动器

技术领域

本发明实施例涉及无级变速及制动器技术领域，具体涉及一种制动器控制差速器的无级变速方法及其一种非摩擦制动器。

背景技术

现今所有自动无级变速器，如AT，CVT，DCT等，虽然性能各有所长，但制造技术都比较高，需要用到高性能的离合器，液力变矩器等我国技术短板的零部件，而且需要复杂的软件设计，协同联调电子控制变速等专业技术。

制动器是具有使运动部件(或运动机械)减速、停止或保持停止状态等功能的装置。是使机械中的运动件停止或减速的机械零件。俗称刹车、闸。制动器主要由制架、制动件和操纵装置等组成。有些制动器还装有制动件间隙的自动调整装置。为了减小制动力矩和结构尺寸，制动器通常装在设备的高速轴上，但对安全性要求较高的大型设备(如矿井提升机、电梯等)则应装在靠近设备工作部分的低速轴上。

现在的制动器有多种类型，摩擦式制动器、磁粉制动器以及电磁制动器等，目前的制动器虽然能够实现有效的制动，但是其皆为接触式刹车制动，因为有摩擦的原因使用寿命都比较短，可靠性差。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种变速比1：0到1：1的变速器，不用技术要求高的离合器，液力变矩器，不用复杂的软件设计，电子控制变速。具有制造简单，控制方便、只需简单制动差速器的转速，就能任意的快速，平稳无级变速的方法。

及一种非摩擦制动器，以解决现有技术中由于摩擦制动而导致的寿命短、可靠性差的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种制动器控制差速器的无级变速方法，包括制动器和差速器相连结合而成，所述差速器上共伸出有三根连接轴，所述制动器的曲轴与差速器的任一一根连接轴相连，动力件与差速器上的剩余两根连接轴的任意一根轴连接，负载与余下的连接轴连接，曲轴、动力件和负载分别与不同的连接轴相连。

一种非摩擦制动器，包括曲轴和制动组件，所述制动组件包括第一缸体、第二缸体、滑移连接于第一缸体内的第一活塞、滑移连接于第二缸体内的第二活塞和两端分别与第一缸体和第二缸体的内部连通的管路；所述第一活塞上固设有第一连杆，所述第二活塞上固设有第二连杆；所述曲轴上设有多个铰接部，所述第一连杆与一个铰接部铰接，第二连杆与另一个铰接部铰接，与第一连杆和第二连杆相连的两个铰接部分别位于曲轴的两侧；所述管路上连接有空气阀门，所述空气阀门能够在开启和关闭状态之间逐渐转换。

进一步地，所述空气阀门由机械或电的其中任一或两者同时控制。

一种差速式无级变速器，包括权利要求1至3中任一所述的制动器和差速器组件，所述制动器为制动组件，所述制动组件、负载和第一动力件均与差速器组件相连；所述差速器组件包括外壳、第一差速轮、第二差速轮和第一动力转环；所述第一差速轮同轴固接有第一定位轴；所述第二差速轮同轴固接有第二定位轴，所述第一定位轴和第二定位轴分别转动连接在外壳的两端，所述第一动力转环的内侧壁上设有至少二组第一锥齿轮，所述第一锥齿轮与第一动力转环的内侧壁转动连接，所述第一锥齿轮位于第一差速轮和第二差速轮之间，所述第一锥齿轮的两侧分别与第一差速轮和第二差速轮相互啮合，所述第一动力转环转动连接在外壳上。

进一步地，所述第一差速轮、第二差速轮和第一动力转环的其中之一通过对应的定位轴与曲轴同轴相连，所述第一动力件分别与余下第一差速轮、第二差速轮和第一动力转环中两个的其中之一相连，负载分别与剩下的第一差速轮、第二差速轮和第一动力转环中的一个相连，所述第一差速轮、第二差速轮和动力转环均为连接件，所述制动组件、负载和第一动力件各自与不同的连接件相连。

进一步地，所述第一动力转环的内部两侧与外壳的外侧壁之间连接有第一轴承。

进一步地，所述第一动力转环的外圈为齿轮、链轮或同步带轮的任意一种。

本发明实施例具有如下优点：

空气阀门关闭时，由于第一缸体和第二缸体不连通，第一连杆难以拉动第一缸体内空气的总体积发生变化，第二连杆也难以拉动第二缸体内空气的总体积发生变化，曲轴难以转动；空气阀门未完全封闭时，阀门内空气流通的横截面小于管路内空气流通的横截面，第一连杆在挤压第一缸体送入到第二缸体内的过程中，经过空气阀门时，空气的流动速度减慢，也就导致了第一连杆的推动速度变慢，从而曲轴的转动速度变慢，第二活塞在推动空气至第一气缸的过程中，同样会因为在阀门处空气的阻力而导致曲轴的转速变慢。进而，通过控制空气阀门的启闭，可以控制曲轴的转速。空气阀门的控制可以为电控，也可以为机械控制，或者由机械和电同时控制。在进行制动的过程中完全不需要摩擦制动，制动效率高，可靠性高。

控制第一动力件工作时，第一动力件带动第二差速轮转动，第二差速轮带动第一锥齿轮转动，控制制动组件内的空气阀门关闭时，曲轴不转，第一差速轮不转，第一锥齿轮转动并带动第一动力转环转动，第一动力转环转动并带动负载转动，负载转速等于输入转速的正常工作状态，变速比达到1:1；控制制动组件内空气阀门开启部分以进行制动时，曲轴转动并带动第一差速轮转动，曲轴的转速小于第二差速轮的转速，第一差速轮与第二差速轮的转动方向相反，第一锥齿轮的自转速率减少，第一动力转环转速减少，负载减速，并且空气阀门内的通风面积越大，减速程度越大；控制制动组件内空气阀门完全开启时，第一同步转环转速为零，第一锥齿轮自转并带动第一差速轮转动，第一差速轮转动方向与第二差速轮速率相同，转动方向相反，第一动力转环上的滚动锥齿轮将第二差速轮上的转速全部传递给第一锥齿轮，也就是两差速轮输入输出的速度相等且达到最大，相对输出给第一同步转环的转速为零，速比为1:0。由于空气阀门的通气截面积是持续变化的，可随意控制增大或缩小，实现了变速器的无级变速。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例1提供的一种非摩擦制动器整体结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的一种非摩擦制动器空气阀门在不同状态下制动组件的工作原理示意图；

图3为本发明实施例1提供的一种非摩擦制动器制动组件在不同状态下的结构示意图；

图4为本发明实施例2提供的一种差速式无级变速器整体结构示意图；

图5为本发明实施例2提供的一种差速式无级变速器动力转环与第一锥齿轮的连接结构示意图；

图6为本发明实施例2提供的一种差速式无级变速器第一动力件分别与动力转环和第一差速轮相连时的结构示意图；

图7为本发明实施例2提供的一种差速式无级变速器第一动力组件与第二差速轮相连时不同工作状态下的展开原理图；

图8为本发明实施例2提供的一种差速式无级变速器第一动力组件与第一动力转环相连时不同状态下的展开原理图。

图9为本发明实施例3提供的一种制动器控制差速器的无级变速方法现有技术中车轮差速与变速流程结构图；

图10为本发明实施例3提供的一种制动器控制差速器的无级变速方法本申请中车轮差速与变速流程结构图。

图中：1、曲轴；11、铰接部；2、制动组件；21、第一缸体；22、第二缸体；23、第一活塞；24、第二活塞；25、第一连杆；26、第二连杆；27、管路；28、空气阀门；3、差速器组件；31、第一壳体；32、第一定位轴；33、第二定位轴；34、第一差速轮；35、第二差速轮；36、第一锥齿轮；361、第二轴承；37、第一动力转环；371、第一轴承；4、第一动力件。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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。

实施例一，一种非摩擦制动器，如图1所示，包括曲轴1、制动组件2，制动组件2包括第一缸体21、第二缸体22、第一活塞23、第二活塞24、第一连杆25、第二连杆26、管路27和空气阀门28。曲轴1上设有多个铰接部11，第一活塞23滑移连接在第一缸体21内，第一连杆25的一端与曲轴1的一个铰接部11铰接，另一端与第一活塞23的侧壁固定连接。第二活塞24滑移连接在第二缸体22内，第二连杆26的一端与曲轴1的另一个铰接部11铰接，另一端与第二活塞24的侧壁固定连接。管路27的两端分别与第一缸体21和第二缸体22的内部相互连通，空气阀门28连接于管路27的中部。

如图2中2-1所示，空气阀门28开启时，管路27的两侧相互连通，第一缸体21和第二缸体22通过管路27相互连通；如图2-2所示，当空气阀门28封闭时，管路27的两侧相互封闭，第一缸体21和第二缸体22相互不连通；如图2-3所示，当空气阀门28未完全封闭时，管路27的两侧相互连通，第一缸体21和第二缸体22相互连通，但两者之间的空气流通的速度受空气阀门28开启的程度的影响，开启的越大，空气流动的速度越快，开启的越小，空气流动的速度越慢。

与第一连杆25和第二连杆26相连的铰接部11分别位于曲轴1的两侧，如图3中3-1所示，在第一活塞23推动到第一缸体21的底部时，第二活塞24回拉到第二缸体22的中部；如图3-2所示，当第二活塞24推动到第二缸体22的底部时，第一活塞23回拉到第一缸体21的中部。

曲轴1转动时，曲轴1的翻折部会推动第一连杆25和第二连杆26伸缩，第一连杆25能够推动第一活塞23在第一缸体21内伸缩，并挤压第一缸体21内部的空气，第二连杆26能够推动第二活塞24在第二缸体22内伸缩，并挤压第二缸体22内部的空气。在空气阀门28打开时，第一活塞23推动到第一缸体21的底部的过程中，第一活塞23挤压第一缸体21内的空气穿过管路27和空气阀门28进入到第二缸体22内，此时第二活塞24在第二缸体22内处于回拉状态；在第二活塞24推动到第二缸体22的底部的过程中，第二活塞24挤压第二缸体22内的空气传到管路27和空气阀门28进入到第一缸体21内，第一缸体21和第二缸体22内的空气始终保持总体的平衡，曲轴1的转动不受到制动组件2的影响。

空气阀门28关闭时，由于第一缸体21和第二缸体22不连通，第一连杆25难以拉动第一缸体21内空气的总体积发生变化，第二连杆26也难以拉动第二缸体22内空气的总体积发生变化，曲轴1难以转动；空气阀门28未完全封闭时，空气阀门28内空气流通的横截面小于管路27内空气流通的横截面，第一连杆25在挤压第一缸体21送入到第二缸体22内的过程中，经过空气阀门28时，空气的流动速度减慢，也就导致了第一连杆25的推动速度变慢，从而曲轴1的转动速度变慢，第二活塞24在推动空气至第一气缸的过程中，同样会因为在阀门处空气的阻力而导致曲轴1的转速变慢。进而，通过控制空气阀门28的启闭，可以控制曲轴1的转速。空气阀门28的控制可以为电控，也可以为机械控制，或者由机械和电同时控制。在进行制动的过程中完全不需要摩擦制动，制动效率高，可靠性高。

实施例二，一种差速式无级变速器，如图4所示，包括实施例一中叙述的制动器和差速器组件3。如图4和图5所示，差速器组件3连接第一动力件4，在此需要说明的是，差速器组件3为普通差速器所共有的结构，本申请并未对其作出实质性改变，能够单独执行差速功能。差速器组件3包括第一壳体31、第一定位轴32、第二定位轴33、第一差速轮34、第二差速轮35、第一锥齿轮36和第一动力转环37。第一壳体31呈圆柱形，第一定位轴32与第一差速轮34同轴设置，第一定位轴32与第一壳体31同轴设置并且第一定位轴32与第一壳体31的一端转动连接，第一差速轮34与第一定位轴32同轴固接，第二定位轴33与第一壳体31同轴设置并且第二定位轴33与第一壳体31远离第一定位轴32的一端转动连接，第二差速轮35与第二定位轴33同轴固接，第一锥齿轮36和第一动力转环37设于第一差速轮34和第二差速轮35之间，第一动力转环37设于第一壳体31的外侧，第一动力转环37的内侧壁两侧与第一壳体31之间均连接有第一轴承371，第一动力转环37在第一壳体31上转动时，第一轴承371能够减少第一动力转环37与第一壳体31之间转动时的摩擦力，提高第一动力转环37的转动效率。

第一锥齿轮36沿着第一动力转环37的内表面均匀分布有至少二组，第一锥齿轮36的转轴与第一动力转环37内侧壁的中部转动连接第一锥齿轮36与第一动力转环37之间连接有第二轴承361，以提高第一锥齿轮36转动的效率。第一锥齿轮36的两侧分别与第一差速轮34和第二差速轮35相互啮合。

如图4和图6所示，第一差速轮34、第二差速轮35和第一动力转环37均为连接件，第一动力件4能够与三个连接件的其中之一相连，曲轴1与余下二个连接件的的其中之一相连，并且曲轴1与第一动力件4连接在不同的连接件上，负载设于与曲轴1和第一动力件4不相连的连接件上，如图4、图6-1、图6-2所示，分别表示了第一动力件4分别与第二差速轮35、第一动力转环37和第一差速轮34相连的结构示意图。

第一动力件4可以为发动机、电机等机械输入，第一动力转环37的外圈可以为齿轮、链轮、同步带轮等的任意一种来与第一动力件4、曲轴1或负载相连，第一动力件4与第一动力转环37相连时，能够通过齿轮、链轮、同步带轮等进行传动来实现第一动力转环37的转动。

由于第一差速轮34与第二差速轮35通过第一锥齿轮36对称设置，由于第一动力件4分别与第一差速轮34和第二差速轮35相连时，第一差速轮34、第二差速轮35和第一锥齿轮36的运动方向相反，方式相同。现在以第一动力转环37连接负载、曲轴1与第一差速轮34相连、第一动力件4与第二差速轮35相连为例进行说明。

第一定位轴32的一端与曲轴1同轴固接，第二定位轴33远离第一定位轴32的一端与第一动力件4相连，第一动力转环37的外侧为输出端，通过传动机构与负载相连，第一动力转环37的外圈可以为齿轮、链轮、同步带轮等进行传动。第一动力件4可以为发动机、电机等机械转动输入。

如图7中7-1所示，控制第一动力件4工作时，第一动力件4带动第二差速轮35转动，第二差速轮35带动第一锥齿轮36转动，控制制动组件2内的空气阀门28关闭时，曲轴1不转，第一锥齿轮36转动并带动第一动力转环37转动，第一动力转环37转动并带动负载转动，负载转速等于输入转速的正常工作状态，变速比达到1:1；如图7-2所示，控制制动组件2内空气阀门28开启部分以进行制动时，曲轴1转动并带动第一差速轮34转动，曲轴1的转速小于第二差速轮35的转速，第一差速轮34与第二差速轮35的转动方向相反，第一锥齿轮36的自转速率减少，第一动力转环37转速减少，负载减速，并且空气阀门28内的通气面积越大，减速程度越大；如图7-3所示，控制制动组件2内空气阀门28完全开启时，第一同步转环转速为零，第一锥齿轮36自转并带动第一差速轮34转动，第一差速轮34与第二差速轮35速率相同，转动方向相反，第一动力转环37上的滚动锥齿轮将第二差速轮35上的转速全部传递给第一锥齿轮36，也就是两差速轮输入输出的速度相等且达到最大，相对输出到第一同步转环的转速为零，速比为1:0。由于空气阀门28的通气截面积是持续变化的，不会突然增大或缩小，实现了变速器的无级变速。

再以第一动力转环37与第一动力件4相连、曲轴1与第一差速轮34相连、第二差速轮35连接负载为例进行说明。

控制第一动力件4工作时，第一动力件4通过传动带动第一动力转环37转动，第一动力转环37转动带动第一锥齿轮36转动，第一差速轮34和第二差速轮35的转速之和始终为第一动力转环37的转速相同。如图8中8-1所示，在制动组件2的气阀完全开启时，第一差速轮34处于空载状态，第二差速轮35负载阻力远大于第一差速轮34，第一动力转环37带动第一锥齿轮36转动，第一锥齿轮36带动第一差速轮34和第二差速轮35转动、由于第二差速轮35负载远大于第一差速轮34、第二差速轮35转不动、第一锥齿轮36沿第二差速轮35转动带动第一差速轮34转动、第一差速轮34转动速度与第一动力转环37转速相同；如图8-2所示，控制制动组件2内的气阀开启量小于最大开启量的一半时，控制曲轴1减速，第一差速轮34速度小于第二差速轮35速度，第一差速轮34带动第一锥齿轮36做顺时针自转，第一锥齿轮36带动第二差速轮35增速，增加的速度与第一差速轮34减少的速度相同，第二差速轮35控制输出速率增加；如图8-3所示，控制制动组件2内的气阀气阀开启量大于最大开启量的一半时，控制曲轴1加速，第一差速轮34速度大于第二差速轮35速度，第一差速轮34带动第一锥齿轮36做逆时针自转，第一锥齿轮36带动第二差速轮35减速，第二差速轮35减少的速度与第一差速轮34增加的速度相同，第二差速轮35控制输出速率减少；如图8-4所示，控制制动组件2内的气阀完全关闭时，控制曲轴1停止转动，第一差速轮34停止转动，第二差速轮35与第一动力转环37转速相同。

由于制动组件2内气阀的通气截面积可以随意控制增大或缩小，在气阀关闭时负载输出速比达到1:1，等于是输入转速与输出转速相等，气阀完全开启时负载输出速比为1:0，负载等于与输入分离，可以替代其他各种摩擦式、磁粉式、电磁式以及液力变矩器等离合器，达到无摩擦、高传动比的离合。

实施例三，一种制动器控制差速器的无级变速方法，包括实施例一所述的制动器和实施例二中的差速器组件3连接而成，在此需要说明的是，差速器组件3为普通差速器所共有的结构，本申请并未对其作出实质性改变，能够执行差速功能，差速器上共伸出三根连接轴，分别为第一定位轴32、第二定位轴33和第一动力转环37，制动器的曲轴1与差速器的任意差速输出端口相连，为正常用于连接左右两车轮来实现差速的端口，即第一定位轴32和第二定位轴33，动力件与差速器上的任一一根连接轴相连，另一根轴为输出轴，曲轴1、动力件和输出轴分别同时与不同的连接轴相连。如图9所示，正常的发动机工作后，动力经过变速器变速、差速器差速后传递给左右两个车轮，车轮能够实现变速和差速，如图10所述，本申请中的发动机给差速器的一个连接轴提供动，制动器通过其中一个连接轴对差速器进行制动，该差速器的输出轴通过制动器的制动器传递给另一个差速轮，再由差速器传递给车轮，由于制动器制动时产生的制动是连续的，那么动力件带动下输出轴的速度变化也必定是连续的，也就实现了无极变速。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种制动器控制差速器的无级变速方法，其特征在于，包括制动器和差速器相连结合而成，所述差速器上共伸出有三根连接轴，所述制动器的曲轴与差速器的任一一根连接轴相连，动力件与差速器上的剩余两根连接轴的任意一根轴连接，负载与余下的连接轴连接，曲轴、动力件和负载分别与不同的连接轴相连。

2.一种非摩擦制动器，其特征在于，包括曲轴和制动组件，所述制动组件包括第一缸体、第二缸体、滑移连接于第一缸体内的第一活塞、滑移连接于第二缸体内的第二活塞和两端分别与第一缸体和第二缸体的内部连通的管路；所述第一活塞上固设有第一连杆，所述第二活塞上固设有第二连杆；所述曲轴上设有多个铰接部，所述第一连杆与一个铰接部铰接，第二连杆与另一个铰接部铰接，与第一连杆和第二连杆相连的两个铰接部分别位于曲轴的两侧；所述管路上连接有空气阀门，所述空气阀门能够在开启和关闭状态之间逐渐转换。

3.如权利要求2所述的一种非摩擦制动器，其特征在于，所述空气阀门由机械或电的其中任一或两者同时控制。

4.一种差速式无级变速器，其特征在于，包括权利要求1至3中任一所述的制动器和差速器组件，所述制动器为制动组件，所述制动组件、负载和第一动力件均与差速器组件相连；所述差速器组件包括外壳、第一差速轮、第二差速轮和第一动力转环；所述第一差速轮同轴固接有第一定位轴；所述第二差速轮同轴固接有第二定位轴，所述第一定位轴和第二定位轴分别转动连接在外壳的两端，所述第一动力转环的内侧壁上设有至少二组第一锥齿轮，所述第一锥齿轮与第一动力转环的内侧壁转动连接，所述第一锥齿轮位于第一差速轮和第二差速轮之间，所述第一锥齿轮的两侧分别与第一差速轮和第二差速轮相互啮合，所述第一动力转环转动连接在外壳上。

5.如权利要求4所述的差速式无级变速器，其特征在于：所述第一差速轮、第二差速轮和第一动力转环的其中之一通过对应的定位轴与曲轴同轴相连，所述第一动力件分别与余下第一差速轮、第二差速轮和第一动力转环中两个的其中之一相连，负载分别与剩下的第一差速轮、第二差速轮和第一动力转环中的一个相连，所述第一差速轮、第二差速轮和动力转环均为连接件，所述制动组件、负载和第一动力件各自与不同的连接件相连。

6.如权利要求4所述的差速式无级变速器，其特征在于，所述第一动力转环的内部两侧与外壳的外侧壁之间连接有第一轴承。

7.如权利要求4所述的差速式无级变速器，其特征在于，所述第一锥齿轮与第一动力转环之间连接有第二轴承。

8.如权利要求4所述的差速式无级变速器，其特征在于，所述第一动力转环的外圈为齿轮、链轮或同步带轮的任意一种。

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