CN111288137A - 多相共轨脉动式无级变速器 - Google Patents

Abstract

多相共轨脉动无级变速器是一种结构简单紧凑、输出平缓、传动高效、使用方便的机械式无级变速器——把多个不同相位的超越离合机构单元整合到一个公共运动轨道上，减少轴向空间的占用，单向锁止单元直接与公共轨道组成超越离合装置，取代组件包括内环、外环和锁止元件等在内的完整的超越离合机构单元，使结构更为简洁、紧凑，有效缓解输出品质和结构复杂性的矛盾，在整体上采取平衡分布，以及采用质量更轻的挠性件做传动机构来减轻动载影响，把薄弱环节——超越离合机构安排在外圈并采用面接触传动以便于承受更大的输入扭矩，超越行程的运动采用滚动或磁悬浮方式减阻，再配上相位分布调节机构、辅助变速机构、转向机构、手自相宜的调速机构、挡位锁定机构，使得传动效率、输出功率、有所提高，调速范围和应用领域更广，使用也更加方便。

Description

多相共轨脉动式无级变速器

技术领域

本发明涉及一种脉动式无级变速器。

背景技术

脉动式无级变速器作为一种机械式无级变速器，发展已经有了很悠久的历史，其传动-输出组合包括脉动机构、传动机构和超越离合机构，超越离合机构把脉动机构的双向运动转换成对载荷的单向驱动，结构简单，变速逻辑清晰，具有恒功率机械特性，变速范围大，最低输出转速可为零，优点很明显，但要减轻脉动度就需要增加传动-输出组合单元的相位数，目前的多相位脉动式无级变速器产品和相关研究以曲柄连杆结构为主，需要在轴向不同位置并列设置多个同样的传动-输出组合单元，而且，超越离合机构单元一般是包括外环、内环和锁止元件等构件的完整结构，机构重复性严重，整体结构还有进一步简化的必要，此外，连杆运动的惯性得不到很好的平衡，超越离合器的锁止接触方式一般为线接触，这些技术细节也制约着输出转速、输出功率和系统效率的提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单紧凑、输出平缓、高效传动、操控方便的多相脉动式无级变速器——把多个不同相位的超越离合机构单元整合到一个公共运动轨道上，减少轴向空间的占用，单向锁止单元直接与公共轨道组合成超越离合装置，取代组件包括内环、外环和锁止元件等在内的完整的超越离合机构单元，使结构更为简洁紧凑，有效缓解输出品质和结构复杂性的矛盾，在整体上采取平衡分布，以及采用质量更轻的挠性件做传动机构来减轻动载影响，把薄弱环节——超越离合机构安排在外圈并采用面接触传动以便于承受更大的输入扭矩，超越行程的运动采用滚动或磁悬浮方式减阻，再配上相位分布调节机构、辅助变速机构、转向机构、手自相宜的调速机构、挡位锁定机构，使得传动效率、输出功率、有所提高，调速范围和应用领域更广，使用也更加方便。

本发明的脉动机构中有偏心度可调的偏心轮（11），其中心可以绕着用于驱动它的输入轴（10）公转，有差动环（6）在偏心轮（11）的带动下沿同一轨迹同步公转，还有差动机构约束差动环（6）在公转时不自转或与偏心轮（11）自转不同步；超越离合机构包括作为公共锁止元件的公环（1），有两个以上的单向锁止单元分布在同一个公环（1）相同轴向位置不同的相位上，以公环（1）为公共轨道进行不同步往复运动，不同的单向锁止单元与公环（1）结合或分离的方向相互一致；传动机构包括连杆（7）或挠性件（18），朝同一方向倾斜，一端转动连接在差动环（6）不同的相位上，与公环（1）靠近的另一端和单向锁止单元连接，或者，与公环（1）靠近的另一端本身可以和公环（1）进行锁止和分离，直接以公环（1）为公共轨道进行不同步往复运动，偏心轮（11）的公转运动可以带动不同的单向锁止单元或传动机构以不同步周期与公环（1）锁止或分离，朝同一个方向对公环（1）产生脉动式驱动。

本发明的单向锁止单元是与公环（1）配套成传动副的啮合型、摩擦型或楔紧型单向锁止元件，可以在传动机构的驱动下与公环（1）结合或分离，有滚子或磁性材料来辅助单向锁止单元在超越行程以滚动摩擦或非接触运动方式减轻运动阻力。

本发明有两个以上的偏心轮（11）以输入轴（10）为中心对称分布；偏心轮（11）各自配套的单向锁止单元数量相等且通过传动机构在差动环（6）上的连接点都在周向均布；所有单向锁止单元以中心对称方式分布，每一个单向锁止单元都可以在与另外一个偏心轮（11）关联的单向锁止单元中有一个在静态位置或公转动作上以输入轴（10）为中心与之对称的单向锁止单元，或者，所有单向锁止单元错位分布，输出的相位各不相同，且所有相位差均相等。

本发明有相位分布调节机构，可以通过调整差动机构在运动平面上的倾角来切换单向锁止单元的前述两种分布方式。

本发明的调速机构是滑轨离心式自动变速机构，偏心轮（11）可以在自身公转的离心作用下自动调整偏心度，或者，调速机构是螺杆式机构，可以手动控制或通过技术类型包括但不限于气、液、声、光、电、磁的操控系统自动控制。

本发明有挡位锁定机构，其类型包括但不限于楔块式、齿轮式或凸轮式。

本发明差动机构包括具有加速或减速功能，或者，输入端或输出端有辅助加速或减速机构。

本发明有换向机构。

本发明带有内置叶片（47）来降温。

本发明有内置传感器、通信模块或供电装置，可以用于对内部组件的状况进行监控。

附图说明

图1是整体装置的轴向视图；

图2是整体装置的径向视图；

图3是挠性传动实施例结构图；

图4是单向锁止单元为完整超越离合器的实施例结构图；

图5滚子滑块单向锁止单元；

图6滚轮滑块单向锁止单元；

图7是连杆作为单向锁止单元的实施例；

图8是相位分布方式示意图；

图9是平转式差动机构；

图10是变速式差动机构；

图11是丝杠摆杆式调速机构；

图12是换向机构和辅助变速机构。

具体实施方式

参照图1和图2（本段若没有在同句中额外特指参照图例的均参照图1和图2），本发明包括脉动机构、超越离合机构、传动机构和调速机构，脉动机构中有偏心轮11，通过经过其中心设置的径向滑槽3与用于驱动它的动力输入轴10滑动连接但不能在相对转动，滑槽3与偏心轮11之间有复位弹簧9，滑槽3中设置滑杆8与输入轴10滑动连接，约束着偏心轮11和复位弹簧9的轴向移动。当偏心轮11在输入轴10带动下转动时，其中心绕着输入轴10公转，离心作用力与复位弹簧9的作用力方向相反，使得其偏心度可以随着转速大小变化自动调整。偏心轮11的偏心度也可以采用包括但不限于拉索、拨杆、丝杠等类型的直线运动机构来控制。脉动机构中还包含有差动环6和差动机构，差动环6与偏心轮11同轴转动连接，在偏心轮11的带动下可以沿着同一轨迹同步公转，而差动机构约束差动环6在公转时不自转或与偏心轮11自转不同步。差动机构可以是由偏心轮11驱动，也可以由独立于偏心轮11的动力驱动；由偏心轮11驱动的类型包括防自转型和变速型两种类型；防自转型包括但不限于公知的十字滑轨、小曲柄等类型，如图9所示的是小曲柄防自转机构——两个或两个以上带有中心滑槽17的行星齿轮19在其中心通过销轴与安装在变速器座或机架上的固定盘12转动连接，太阳轮20与输入轴10转动连接并与行星齿轮19啮合，使所有行星齿轮19可以同步联动并且保持上边的滑槽17的长轴相互平行，差动环6通过销轴18与行星齿轮19上的滑槽17滑动和转动连接，在滑槽17的约束下可以绕输入轴10平转，也可以在两个行星齿轮19之间设置两个惰轮来代替太阳轮20，或者，行星齿轮19换成带轮或链轮，相互之间通过传动带或链条来保持同步；图10所示的是变速型差动机构——行星齿轮组包括齿轮27和齿轮28转动安装在行星架26上，行星架26通过齿轮27的销轴与前述的小曲柄防自转机构中的星齿轮19上的滑槽17滑动和转动连接，可以在运动平面内平转，齿轮27和齿轮28可以是单层齿轮或是使齿轮组具有变速功能的阶梯齿轮，齿轮27与偏心轮11啮合，齿轮28与差动环6啮合，偏心轮11通过齿轮组带动差动环6自转但转速可以不同。超越离合机构包括作为公共锁止元件同时也是输出元件的公环1，其与固定盘12转动连接，带有挡边2，是一种摩擦环、齿环或前两者的结合；单向锁止单元只是与公环1配套成传动副的锁止元件，如图1所示的滑块4，被差动环6和挡边2约束着可以在周向运动，在超越行程可以与公环1相对滑动、滚动或者采用磁悬浮的方式相对运动，在锁止行程可以与公环1以摩擦、楔紧或啮合的形式结合；单向锁止单元本身也可以如图4所示那样是一个完整的超越离合器，其外环19是摩擦环或齿环，在超越行程与公环1以摩擦或啮合的形式相对滚动，在结合行程因自身不能滚动而使外圈19与公环1锁止；有两个以上的单向锁止单元分布在同一个公环1相同轴向位置不同的相位上，可以与公环1锁止或分离，不同的单向锁止单元与公环1结合或分离的方向相互一致。连杆7作为单向锁止单元与差动环6之间的传动机构，其数量与单向锁止单元相同，或顺时针，或逆时针，都朝着同一方向倾斜，一端转动连接在差动环6不同的相位上，同时，其与公环1靠近的一端和单向锁止单元转动连接，或者，也可以如图7所示那样，其与公环1靠近的一端有摩擦面或啮合齿，通过长圆孔与销轴701滑动和转动连接，在公环1和挡边2约束下可以在周向运动，但在径向只能顺着长圆孔有少量活动间隙来切换与公环1的结合和分离状态，在超越行程可以与公环1相对运动，在锁止行程可以与公环1以摩擦或啮合的形式结合。连杆7的一端随差动环6公转时，差动环6、公环1以及两条连杆7共同组成的四边形的形状发生周期变化，迫使两条连杆7靠近公环1的一端之间的距离做出周期性改变，使单向锁止单元或连杆7的锁止端朝同一个方向对公环1产生脉动式驱动。传动机构也可以是如图3所示的由拉绳18和张紧弹簧17共同组成的挠性传动件，由此减轻运动件的重量和运动惯性。在图1所示的实施例中，公环1在外层而差动环6在内层，它们的相对位置也可以反过来，脉动机构、传动机构和超越离合机构的连接方向也需要跟着做相应调整，保持“脉动机构——传动机构——超越离合机构——输出机构”的传动顺序。

如图5和图6所示，滑块4是与公环1配套成传动副的摩擦型单向锁止元件，双面带有摩擦面，上边连接有滚子301、滚子302、滚子303或滚轮304；滑块4被公环1和挡边2约束着可以在周向运动，与公环1和挡边2留有径向活动间隙来切换分离和结合的状态；滑块4同时还与连杆7转动连接，可以在连杆的驱动下以滚子301、滚子302或滚轮304为支点在运动平面倾转从而与公环1或挡边2结合或分离。滑块4也可以带有啮合齿，或上边连接有滚子或楔块作为锁紧元件。滑块4与公环1结合的方式包括但不限于面接触摩擦、滚子锁紧、楔块锁紧或它们的组合。在超越行程中，滚子301、滚子302、滚子303或滚轮304在滑块4和公环1之间起到减阻作用，也可以在滑块4和公环1上设置磁性材料，利用同性磁极相斥的作用使滑块4和公环1保持非接触相对运动。

参照图1、图2，有两个以上的偏心轮11以输入轴10为中心对称分布。偏心轮11各自配套的滑块4或其它类型的单向锁止单元数量相等，且通过作为传动机构的连杆7在差动环6上的连接点都在周向均布。图8所示的是单向锁止单元采取的相位分布方式，相同颜色的圆点是同一个差动环6上传动机构的连接点，对应着与其关联的单向锁止单元的输出相位，P是单向锁止单元的运动轨迹，圆点在轨迹P上的位置代表其关联的单向锁止单元在某一时刻的输出相位；图8A所示的是一种相位分布方式——所有单向锁止单元在公环1上以中心对称方式分布，每一个单向锁止单元都可以在与另外一个偏心轮11关联，亦即与另外一个差动环6关联的单向锁止单元中有一个在静态位置和公转动作上以输入轴10为中心与之对称的单向锁止单元；图8B所示的是另一种相位分布方式——所有单向锁止单元错位分布，输出的相位各不相同，且所有相位差均相等。

图10所示的是变速型差动机构——行星齿轮组包括齿轮27和齿轮28转动安装在行星架26上，行星架26通过齿轮27的销轴与前述的小曲柄防自转机构中的星齿轮19上的滑槽17滑动和转动连接，可以在运动平面内平转，齿轮27和齿轮28可以是单层齿轮或是使齿轮组具有变速功能的阶梯齿轮，齿轮27与偏心轮11啮合，齿轮28与差动环6啮合，偏心轮11通过齿轮组带动差动环6自转但转速可以不同。这种差速机构不但可以使各个单向锁止单元运动不同步，而且对差动环6的变速作用影响到公环1的输出速度，可以当作一种变速手段，为了得到更适用的输出速度，也可以在输入端或输出端设置辅助加速或减速机构，如图12所示，大齿轮37和小齿轮38同轴联动，转动安装在固定盘12上，固定安装在公环1上的齿环36与小齿轮38传动，齿环43直径小于大齿轮38，与轴环41锁定，公环1的转速先经过齿环36和小齿轮38放大，再次经过大齿轮37和齿环43放大，然后通过轴环41输出。

在图1和图2的实施例中，调速机构是滑轨离心式自动变速机构——偏心轮11通过经过其中心设置的径向滑槽3与输入轴10滑动连接但不能相对转动，滑槽3与偏心轮11之间有复位弹簧9，滑槽3中设置滑杆8与输入轴10径向滑动连接，约束着偏心轮11和复位弹簧9的轴向移动。当偏心轮11在输入轴10带动下转动时，其中心绕着输入轴10公转，离心作用力与复位弹簧9的作用力方向相反，使得其偏心度可以随着转速大小变化自动调整，从而改变每一脉动周期中滑块4对公环1的驱动距离。调速机构也可以是图11所示的可操控结构——偏心轮11的滑槽3中有丝杠31，两端固定有转轮30来控制丝杠31的转动方向，输入轴10与丝杠31通过螺纹连接；轴环35与输入轴10转动连接，中空的摆杆32通过销轴34与轴环35转动连接，可以在轴向摆动，两条拉线45分别从摆杆32内部两边穿过，一端铆接在差动环6上，另一端穿过输入轴10的纵槽33引到外部，操控拉线45可以控制摆杆32在轴向摆动，在工况下，摆杆32与转轮30可以周期性接触和分离，接触时使转轮30带动丝杠31转动，进而带动偏心轮11相对于输入轴10径向移动改变偏心度。拉线45可以由使用者自主决策手动操控，也可以设置包括传感器和伺服电机在内的自动控制系统来实施自动变速，传感器感应偏心轮11的位移并把控制信号传给伺服电机来执行，或者，采用技术类型包括但不限于气、液、声、光、电、磁的操控系统来自动控制。

参照图1和图2所示的楔块式挡位锁定机构——输入轴10的纵槽中有推拉杆14，上边固定有楔块13，操控推拉杆14在轴向移动可以带动楔块13锁紧或松开偏心轮11。挡位锁定机构也可以采用其它技术类型，包括但不限于楔块式、齿轮式或凸轮式。

参照图2，装置两端的固定盘12与输入轴10转动连接，其在变速器座或机架上也采用可绕输入轴10转动和锁止的安装结构，使两个固定盘12之间相对转动可以带动安装在固定盘12上的差动机构和差动环6整体一起转动，由此可以使单向锁止单元的相位分布在图8所示的两种分布方式之间切换。

参照图12，离合块42与轴套41可以在轴向滑动但在周向随动，齿环40和齿环43与轴套41转动连接，离合块42在轴向移动可以与齿环40或齿环43分离或结合；大齿轮37和小齿轮38同轴联动，转动安装在固定盘12上，堕轮39也转动安装在固定盘12上并且与小齿轮38和齿环40传动，固定安装在公环1上的齿环36与小齿轮38传动；公环1的动力可以分成两路分别经由齿环40和齿环43到达轴套41，其中一路使其正传，另一路使其反转；操控离合块42在轴向移动与齿环40或齿环43分离或结合，可以在正转、反转和空转之间切换。

如图2，挡边2上安装有叶片47，可以随挡边2转动来使空气或制冷剂流动帮助内部组件降温。

装置内部设置有传感器、通信模块或供电装置，可以用于对内部组件的状况进行监控。

Claims (10)

1.多相共轨脉动式无级变速器，包括脉动机构、超越离合机构、传动机构和调速机构，其特征在于脉动机构中有偏心度可调的偏心轮（11），其中心可以绕着用于驱动它的输入轴（10）公转，有差动环（6）在偏心轮（11）的带动下沿同一轨迹同步公转，还有差动机构约束差动环（6）在公转时不自转或与偏心轮（11）自转不同步；超越离合机构包括作为公共锁止元件的公环（1），有两个以上的单向锁止单元分布在同一个公环（1）相同轴向位置不同的相位上，以公环（1）为公共轨道进行不同步往复运动，不同的单向锁止单元与公环（1）结合或分离的方向相互一致；传动机构包括连杆（7）或挠性件（18），朝同一方向倾斜，一端转动连接在差动环（6）不同的相位上，与公环（1）靠近的另一端和单向锁止单元连接，或者，与公环（1）靠近的另一端本身可以和公环（1）进行锁止和分离，直接以公环（1）为公共轨道进行不同步往复运动，偏心轮（11）的公转运动可以带动不同的单向锁止单元或传动机构以不同步周期与公环（1）锁止或分离，朝同一个方向对公环（1）产生脉动式驱动。

2.根据权利要求1所述的多相共轨脉动式无级变速器，其特征在于单向锁止单元是与公环（1）配套成传动副的啮合型、摩擦型或楔紧型单向锁止元件，可以在传动机构的驱动下与公环（1）结合或分离，有滚子或磁性材料来辅助单向锁止单元在超越行程以滚动摩擦或非接触运动方式减轻运动阻力。

3.根据权利要求2所述的多相共轨脉动式无级变速器，其特征在于有两个以上的偏心轮（11）以输入轴（10）为中心对称分布；偏心轮（11）各自配套的单向锁止单元数量相等且通过传动机构在差动环（6）上的连接点都在周向均布；所有单向锁止单元以中心对称方式分布，每一个单向锁止单元都可以在与另外一个偏心轮（11）关联的单向锁止单元中有一个在静态位置或公转动作上以输入轴（10）为中心与之对称的单向锁止单元，或者，所有单向锁止单元错位分布，输出的相位各不相同，且所有相位差均相等。

4.根据权利要求1、2或3所述的多相共轨脉动式无级变速器，其特征在于有相位分布调节机构，可以通过调整差动机构在运动平面上的倾角来切换单向锁止单元的前述两种分布方式。

5.根据权利要求4所述的多相共轨脉动式无级变速器，其特征在于调速机构是滑轨离心式自动变速机构，偏心轮（11）可以在自身公转的离心作用下自动调整偏心度，或者，调速机构是螺杆式机构，可以手动控制或通过技术类型包括但不限于气、液、声、光、电、磁的操控系统自动控制。

6.根据权利要求1、2、3或5所述的多相共轨脉动式无级变速器，其特征在于有挡位锁定机构，其类型包括但不限于楔块式、齿轮式或凸轮式。

7.根据权利要求6所述的多相共轨脉动式无级变速器，其特征在于差动机构包括具有加速或减速功能，或者，输入端或输出端有辅助加速或减速机构。

8.根据权利要求1、2、3、5或7所述的多相共轨脉动式无级变速器，其特征在于有换向机构。

9.根据权利要求8所述的多相共轨脉动式无级变速器，其特征在于带有内置叶片（47）来降温。

10.根据权利要求1、2、3、5、7或9所述的多相共轨脉动式无级变速器，其特征在于有内置传感器、通信模块或供电装置，可以用于对内部组件的状况进行监控。

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