CN111677821A

CN111677821A - 齿轮传动无级变速器

Info

Publication number: CN111677821A
Application number: CN202010574180.XA
Authority: CN
Inventors: 徐宇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-06-22
Filing date: 2020-06-22
Publication date: 2020-09-18

Abstract

齿轮传动无级变速箱。动力传递机构，参见说明书附图4，动力通过输入圆锥滚筒螺旋带状齿轮旋转，带动输入和输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮两边和中间共有3只在3根同步花键轴上可以来回移动的动力传递同步齿轮进行传动，因而带动输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮旋转，再通过减速齿轮带动差速器左半轴和右半轴输出动力扭矩。变速机构，参见说明书附图4，转速的调节是利用调速伺服电机带动同步调速锥齿轮转动，再带动同步调速丝杆转动，然后带动与其匹配的同步调速拨叉沿同步调速丝杆轴向来回移动，最后带着动力传递同步齿轮在输入和输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮之间不同啮合直径位置的3根同步花键轴上来回移动，从而得到不同的输出转速。

Description

齿轮传动无级变速器

技术领域

本技术方案涉及动力传递过程中的变速装置，尤其适用于燃油汽车发动机和新能源电动汽车动力电机输出动力后的变速部分。

背景技术

目前，燃油汽车发动机或新能源电动汽车搭载的动力电机上匹配的所有自动变速器按变速类型可分为自动档位变速和自动无级变速两大类。自动档位变速器具有输出扭矩大的特点，但却有结构复杂，维护成本高，油耗大，行驶过程中具有档位冲击，舒适感欠佳等缺点。而现在的自动连续可变无级变速器即CVT无级变速器主要以钢带（或钢链）摩擦锥轮式无级变速器为主，它通过一根钢带（或钢链）和两个可以改变直径大小的摩擦锥轮来改变动力速度的输出。它具有动力输出平滑，无换档冲击，油耗低的优点。但是因为其原理是靠钢带（或链条）和锥轮之间的摩擦力来传递动力的输出，所以钢带和锥盘之间的摩擦力的控制就需要充分平衡动力传动效率和压紧力之间的比例关系，压紧力大时，摩擦力就大，那么传递的扭矩也大，但同时因为压紧力大就会造成传动效率降低，因而输出扭矩基本小于300N/M。特别是在200 N/M以上的大扭矩输出区域，扭矩损耗巨大，所以在汽车启动及上坡时容易打滑溜坡，这也是目前CVT无级变速器始终无法广泛推广的主要原因。所以现有CVT无级变速器一般多用于微型车及小型车上。

发明内容

为了克服现有传统液力偶合自动变速器AT和双离合自动变速器DCT无法做到动力传递连续不间断，无法连续变速输出扭矩的缺点，本技术方案提出一种全新结构的齿轮传动无级变速器。它不但具有普通常规齿轮变速器传输扭矩大、能耗损失小的特点，又具有扭矩输出平滑、无冲击、结构简单、零件数量少、成本低廉的优点。常规设计输出变速比为6.25倍左右，常规设计传输扭矩为400 N/M左右，变速比、扭矩还可以增加，能耗损失几乎不变，但体积略有增加。

本技术方案的变速原理是：变速传动是由输入和输出2只动力传递圆锥滚筒螺旋带状齿轮以及在输入和输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮两边和中间共有3只在同步花键轴上可以来回移动的动力传递同步齿轮进行传动，而改变这3只动力传递同步齿轮在输入和输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮上不同的啮合直径位置，可以获得不同的输出转速。输入和输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮宽度与3只动力传递同步齿轮完全啮合宽度与完全脱开宽度始终相等，完全啮合位置与完全脱开位置呈180度互相对称布局，同时输入和输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮与3只动力传递同步齿轮在完全啮合位小端节圆直径除以模数得到的齿数与大端节圆直径除以模数得到的齿数始终保持偶数增长，圆锥滚筒倾斜角度同时亦与此相关联，从而保证在调速时3只动力传递同步齿轮调整到输入和输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮任何直径位置都能与其完全啮合无级变速。在输入圆锥滚筒螺旋带状齿轮转速保持相同状态下，输入和输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮啮合线速度也会始终保持一致，但角速度的大小会因为输入和输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮啮合直径的大小而相应改变，直径大的位置角速度小，直径小的位置角速度大，从而使输出转速产生变化，以此来达到改变需要设定的输出转速。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：动力通过带动输入圆锥滚筒螺旋带状齿轮旋转，再带动输入和输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮中间和两边共3只动力传递同步齿轮进行传动，因而带动输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮旋转输出动力。转速的调节主要是利用同步调速丝杆调整与其匹配的同步调速拨叉在输入和输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮表面不同直径之间的啮合位置和距离来调速，在输入轴转速固定时，当动力传递同步齿轮在输入圆锥滚筒螺旋带状齿轮某一啮合直径位置时，因为啮合传输线速度始终保持一致，输入圆锥滚筒螺旋带状齿轮上直径大的筒面上得到小的角度转速，反之直径小的筒面上得到大的角度转速，调节动力传递同步齿轮在输入和输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮不同的啮合直径位置，就可以得到相应的设定转速。而输入和输出2个圆锥滚筒螺旋带状齿轮的直径和锥度相等，在变速器箱体内正反向布局，因而啮合中心距能始终保持不变，所以也就保证了中间和两边3只动力传递同步齿轮在变速调节过程中的中心距始终保持一致。

中间和两边共3只动力传递同步齿轮在输入和输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮不同啮合直径位置的调节：输入轴是装配在变速器箱体上转动的，而调速伺服电机通过电机带动与其匹配的3只同步调速锥齿轮转动，3只同步调速锥齿轮又带动2根与之匹配的同步调速丝杆转动，其中1根同步调速丝杆又带动与其匹配的另外3只同步调速锥齿轮转动，这另外3只同步调速锥齿轮又带动最后1根与之匹配的同步调速丝杆转动，同步调速丝杆和同步调速锥齿轮之间通过花键连接，3根同步调速丝杆平行放置于3根同步花键轴之上的位置，3根同步调速丝杆又带动与其匹配的同步调速拨叉沿同步调速丝杆轴向来回移动，从而改变3只动力传递同步齿轮在输入和输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮不同的啮合直径位置达到不同转动速度，在输入圆锥滚筒螺旋带状齿轮转速保持相同状态下，输入和输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮啮合线速度也会始终保持一致，但角速度的转动快慢会因为输入和输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮啮合直径的大小而相应改变，最终使得输入和输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮直径大的位置角速度小，直径小的位置角速度大，从而使输出转速产生变化，以此来达到改变需要设定的输出转速。

本发明的有益效果是：在保留了普通常规齿轮啮合自动变速器AT能够传递大扭矩的同时，又具有扭矩输出平滑、无冲击、省油等优点，而且结构简单，零件数量少，成本低廉。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1 M-M中速运转主视图。

图2 H-H高速运转剖视图。

图3 L-L低速运转剖视图。

图4 A-A中速运转调速机构剖视图。

图5 B-B高速运转调速机构剖视图。

图6 C-C低速运转调速机构剖视图。

图7 D-D中速运转剖视图。

图8 E-E高速运转剖视图。

图9 F-F低速运转剖视图。

图10 K-K方向剖视图。

图11 G-G方向剖视图。

图12 J-J方向剖视图。

图13 俯视图。

图14 仰视图。

图15 动力输入圆锥滚筒螺旋带状齿轮零件图。

图16 动力输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮零件图。

零部件序号如下：

图 1中：（1）动力输入圆锥滚筒螺旋带状齿轮。（2）动力传递同步齿轮1。（3）同步花键轴1。（4）动力同步锥齿轮1。（5）动力同步锥齿轮2。（6）动力同步锥齿轮3。（7）同步花键轴2。（8）动力传递同步齿轮2。（9）动力输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮。（10）减速齿轮1。（11）减速齿轮2。（12）减速齿轮3。（13）差速器左半轴。（14）差速齿轮轴套。（15）差速器右半轴。（16）动力传递同步齿轮3。（17）同步花键轴3。（18）动力同步锥齿轮4。（19）动力同步锥齿轮5。（20）动力同步锥齿轮6。

图4 中：（21）同步调速锥齿轮1。（22）同步调速锥齿轮2。（23）调速伺服电机。（24）同步调速锥齿轮3。（25）同步调速丝杆1。（26）同步调速拨叉1。（27）同步调速拨叉2。（28）同步调速丝杆2。（29）同步调速锥齿轮4。（30）同步调速锥齿轮5。（31）同步调速锥齿轮6。（32）拨叉连杆。（33）同步调速拨叉3。（34）同步调速丝杆3。

具体实施方式

一、变速器动力输入至输出依次传递过程：

在图1中：（1）动力输入圆锥滚筒螺旋带状齿轮→（2）动力传递同步齿轮1、（8）动力传递同步齿轮2、（16）动力传递同步齿轮3→（9）动力输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮。

在动力传递过程中，动力通过（1）输入圆锥滚筒螺旋带状齿轮旋转，通过带动与之啮合的（2）动力传递同步齿轮1、（8）动力传递同步齿轮2、（16）动力传递同步齿轮3转动，同时（2）动力传递同步齿轮1、（8）动力传递同步齿轮2、（16）动力传递同步齿轮3与（9）动力输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮啮合，因而带动（9）动力输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮旋转，再通过（10）减速齿轮1、（11）减速齿轮2、（12）减速齿轮3带动（13）差速器左半轴和（12）差速器右半轴输出动力扭矩。

二、变速器调速执行机构转速调整过程：

在图1、图4中：变速器调速过程为：（23）调速伺服电机→（21）同步调速锥齿轮1、（22）同步调速锥齿轮2、（24）同步调速锥齿轮3、（29）同步调速锥齿轮4、（30）同步调速锥齿轮5、（31）同步调速锥齿轮6→（25）同步调速丝杆1、（28）同步调速丝杆2、（34）同步调速丝杆3→（26）同步调速拨叉1、（27）同步调速拨叉2、（33）同步调速拨叉3和（32）拨叉连杆→（2）动力传递同步齿轮1、（8）动力传递同步齿轮2、（16）动力传递同步齿轮3。

当（23）调速伺服电机旋转时，带动（21）同步调速锥齿轮1、（22）同步调速锥齿轮2、（24）同步调速锥齿轮3、（29）同步调速锥齿轮4、（30）同步调速锥齿轮5、（31）同步调速锥齿轮6旋转，再带动（25）同步调速丝杆1、（28）同步调速丝杆2、（34）同步调速丝杆3转动，使（26）同步调速拨叉1、（27）同步调速拨叉2、（33）同步调速拨叉3和（32）拨叉连杆在（25）同步调速丝杆1、（28）同步调速丝杆2、（34）同步调速丝杆3上来回移动，以此来达到改变（2）动力传递同步齿轮1、（8）动力传递同步齿轮2、（16）动力传递同步齿轮3与（1）动力输入圆锥滚筒螺旋带状齿轮和（9）动力输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮之间不同的旋转啮合直径位置，最终达到改变转速输出快慢的目的。

当（2）动力传递同步齿轮1、（8）动力传递同步齿轮2、（16）动力传递同步齿轮3被（26）同步调速拨叉1、（27）同步调速拨叉2、（33）同步调速拨叉3带动沿（25）同步调速丝杆1、（28）同步调速丝杆2、（34）同步调速丝杆3在（3）同步花键轴1、（7）同步花键轴2、（17）同步花键轴3上移动到图2、图5的位置时，本变速器输出最高转速。

当（2）动力传递同步齿轮1、（8）动力传递同步齿轮2、（16）动力传递同步齿轮3被（26）同步调速拨叉1、（27）同步调速拨叉2、（33）同步调速拨叉3带动沿（25）同步调速丝杆1、（28）同步调速丝杆2、（34）同步调速丝杆3在（3）同步花键轴1、（7）同步花键轴2、（17）同步花键轴3上移动到图3、图6的位置时，本变速器输出最低转速。

当（2）动力传递同步齿轮1、（8）动力传递同步齿轮2、（16）动力传递同步齿轮3被（26）同步调速拨叉1、（27）同步调速拨叉2、（33）同步调速拨叉3带动沿（25）同步调速丝杆1、（28）同步调速丝杆2、（34）同步调速丝杆3在（3）同步花键轴1、（7）同步花键轴2、（17）同步花键轴3上移动到图1、图4的位置时，本变速器输出中等转速。

Claims

1.齿轮传动无级变速器，其结构由动力输入圆锥滚筒螺旋带状齿轮→动力传递同步齿轮→动力输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮→减速齿轮→差速器左右半轴顺序传动连接，其特征是：动力通过输入圆锥滚筒螺旋带状齿轮旋转时，带动输入和输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮中间和两边与之啮合的3只动力传递同步齿轮转动，3只动力传递同步齿轮在3根同步花键轴上移动至输入和输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮任何啮合直径位置都能与之完全啮合转动，然后带动动力输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮旋转，从而带动减速齿轮转动，最后带动差速器左半轴和右半轴输出动力扭矩。

2.根据权利要求1所述的齿轮传动无级变速器，其特征是：变速传动是由调速伺服电机带动3只同步调速锥齿轮转动，使2根同步调速丝杠转动，其中1根同步调速丝杠同时又带动另外3只与之匹配的同步调速锥齿轮转动，从而带动最后剩下的1根同步调速丝杠转动，最后带动与同步调速丝杠匹配的3只同步调速拨叉在3根同步调速丝杆上来回移动，以此来改变动力传递同步齿轮在同步花键轴上与动力输入和输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮之间不同的啮合直径位置，在输入转速固定时，当输入圆锥滚筒螺旋带状齿轮直径小而输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮直径大时则转速低，当输入圆锥滚筒螺旋带状齿轮直径大而输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮直径小时则转速高，从而达到改变需要设定的输出转速。

3.根据权利要求1所述的齿轮传动无级变速器，其特征是：安装在动力输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮输出端的3只减速齿轮将动力依次传递给差速齿轮轴套，差速器左半轴和差速器右半轴，以此来达到输出动力扭矩的目的。

4.根据权利要求1所述的齿轮传动无级变速器，其特征是：输入和输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮宽度与3只动力传递同步齿轮完全啮合宽度与完全脱开宽度始终相等，完全啮合位置与完全脱开位置呈180度互相对称布局，同时输入和输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮与3只动力传递同步齿轮在完全啮合位小端节圆直径除以模数得到的齿数与大端节圆直径除以模数得到的齿数始终保持偶数增长，圆锥滚筒倾斜角度同时亦与此相关联，从而保证在调速时3只动力传递同步齿轮调整到输入和输出圆锥滚筒螺旋带状齿轮任何直径位置都能与其完全啮合，以此来达到无级变速的目的。