CN113864411B - 一种无动力中断无级变速箱 - Google Patents

Abstract

本发明的一种无动力中断无级变速箱，包括动力输入部分、主传动部分、动力输出部分、制动部分与变速控制部分；所述主传动部分包括机匣和行星轮系，所述行星轮系包括太阳轮、第一级齿圈、第二级齿圈、双联行星齿轮、第一级行星架、第二级行星架和第二级单向离合器，所述太阳轮与动力输入部分传动连接，第一级齿圈通过制动部分制动，所述第二级齿圈的内外圈均加工有啮合齿，所述双联行星齿轮的一端与第一级齿圈和太阳轮啮合，另一端与第二级齿圈的内圈啮合；所述第二级行星架通过第二级单向离合器与动力输出部分传动连接。本申请的无动力中断无级变速箱，具有结构紧凑，在保证动力连续传输的情况下实现无级变速的特点，有效改善了传动性能。

Description

一种无动力中断无级变速箱

技术领域

本发明涉及变速齿轮箱结构技术领域，具体涉及一种无动力中断无级变速箱。

背景技术

目前直升机在复杂多变的工作环境下无法充分发挥其最优气动性能，主要原因是其旋翼转速受到限制，当前使用的多数齿轮箱无法满足旋翼的大转速范围需求，因此，研发一种结构紧凑且可以实现无级变速的齿轮箱，以便扩大旋翼的转速范围，无级变速可以使直升机在多种工作状态下保持较高的机动性与燃油经济性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种无动力中断无级变速箱，以便改善其传动性能。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一种无动力中断无级变速箱，包括动力输入部分、主传动部分、动力输出部分、制动部分与变速控制部分；所述主传动部分包括机匣以及设置在机匣内的行星轮系，所述行星轮系包括太阳轮、第一级齿圈、第二级齿圈、双联行星齿轮、第一级行星架、第二级行星架和第二级单向离合器，所述太阳轮与动力输入部分传动连接，所述第一级齿圈和第二级齿圈均通过轴承与机匣转动装配，第一级齿圈通过制动部分制动，所述第二级齿圈的内外圈均加工有啮合齿，所述双联行星齿轮的一端与第一级齿圈和太阳轮啮合，另一端与第二级齿圈的内圈啮合，双联行星齿轮的轴体通过第一级行星架支撑；所述第二级行星架的一端通过轴承与双联行星齿轮转动装配，另一端通过第二级单向离合器与动力输出部分传动连接。

进一步，所述动力输入部分包括发动机和输入轴，所述发动机通过联轴器与输入轴传动连接，所述输入轴通过轴承与机匣转动装配，所述太阳轮与输入轴固定连接。

进一步，所述动力输出部分包括输出轴和负载，所述第二级行星架与第二级单向离合器的外圈固定连接，所述第二级单向离合器的内圈与输出轴固定连接，所述输出轴通过联轴器与负载传动连接，输出轴通过轴承与机匣转动装配。

进一步，所述制动部分包括用于第一级齿圈制动的第一级单向离合器，所述第一级单向离合器的内圈与机匣固定连接，外圈与第一级齿圈固定连接。

进一步，所述变速控制部分包括用于改变第二级齿圈转速的挡控制电机，所述挡控制电机的输出端通过辅助轮系与第二级齿圈的外圈传动连接。

进一步，所述辅助轮系包括与第二级齿圈的外圈啮合的辅助齿轮以及辅助齿轮固定轴，所述辅助齿轮固定轴和挡控制电机之间通过联轴器传动连接。

本发明的有益效果：

一、能够实现大功率、高转速、高功率工况下的稳定使用；二、其结构紧凑，轴向尺寸小，适用于结构尺寸受到限制的场合；三、采用了复合行星轮系对功率进行分流合并，所以整体的强度较高且稳定性更好，整个机构的传动效率和功率密度较高；四、在输入轴转速恒定时，通过调节挡控制电机的转速，行星架会保持连续的速度变化，所以不会发生动力中断；五、本变速箱的零件较少，结构冗余度度低，且可以作为一个中间独立的模块连接外部输入和输出，所以可以广泛使用于对转速变化范围大，且多转速的工况中，尤其是面向于直升机的变速传动机构，有广阔的研究前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明的一种无动力中断无级变速箱的结构示意图。

图中：1—发动机，2—联轴器，3—输入轴，4—轴承，5—机匣，6—第一级单向离合器，7—第一级齿圈，8—双联行星齿轮，9—第一级行星架，10—太阳轮，11—第二级齿圈，12—第二级行星架，13—第二级单向离合器，14—输出轴，15—负载，16—挡控制电机，17—辅助齿轮固定轴，18—辅助齿轮。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。

如图1所示，本实施例提供了一种无动力中断无级变速箱，包括动力输入部分、主传动部分、动力输出部分、制动部分和变速控制部分。所述动力输入部分包括发动机1和输入轴3，所述发动机1通过联轴器2与输入轴3传动连接。

所述动力输出部分包括输出轴14和负载15，所述输出轴通过联轴器与负载15传动连接；通过布设所述的第二级单向离合器13可以防止降挡过程中出现负载15反向拖拽发动机1的情况，具体来说，在升挡和恒速状态时，第二级单向离合器13处于接合状态，可以保证动力稳定的从第二级行星架12传输到输出轴14上。降挡开始时刻，第二级单向离合器13脱开，避免输出端反向拖拽输入端的情况。

所述主传动部分包括机匣5以及设置在机匣内的行星轮系，所述输入轴3和输出轴14分别通过轴承4与机匣5的两侧转动装配，所述行星轮系包括太阳轮10、第一级齿圈7、第二级齿圈11、双联行星齿轮8、第一级行星架9、第二级行星架12和第二级单向离合器13，所述太阳轮10与输入轴4固定连接，所述第一级齿圈7和第二级齿圈11分别通过轴承与机匣5的两侧转动装配；所述第二级齿圈11的内外圈均加工有啮合齿，所述双联行星齿轮8的一端与第一级齿圈7和太阳轮10啮合，另一端与第二级齿圈11的内圈啮合，双联行星齿轮的轴体通过第一级行星架支撑；所述第二级行星架12的一端通过轴承与双联行星齿轮8转动装配，另一端与第二级单向离合器13的外圈固定连接，第二级单向离合器13的内圈与输出轴14固定连接。第一级齿圈7和第二级齿圈11通过轴承直接与机匣转动装配，无需单独设置安装轴，有利于减少传动过程中的振动干扰。

在行星轮系，太阳轮处是动力输入，第二级行星架处是动力输出，无级变速系统在最低速状态时，第一级单向离合器6处于接合状态，挡控制电机16处于蓄能状态。挡控制电机16处于工作状态时，将第二级齿圈11的转速缓慢降低，则输出轴14的转速平滑上升到高速状态，当挡控制电机16的转速达到最低额定转速，输出轴14的转速达到最高挡位。

所述制动部分包括用于第一级齿圈制动的第一级单向离合器6，所述第一级单向离合器6的内圈与机匣5固定连接，外圈与第一级齿圈7固定连接；所述变速控制部分包括用于第二级齿圈调速的挡控制电机16，所述挡控制电机16的输出端通过辅助轮系与第二级齿圈11的外齿圈啮合；其中辅助轮系采用辅助齿轮的个数取决于两个因素，一个因素是挡控制电机16悬置轴线与输入轴轴线之间的距离，另一个因素是降低挡控制电机16所需要负载的最大转矩。本例中，所述辅助轮系包括与第二级齿圈11的外圈啮合的辅助齿轮18以及辅助齿轮固定轴17，所述辅助齿轮固定轴17和挡控制电机16之间通过联轴器传动连接。

其中第一级单向离合器6是为了制动第一级齿圈的，由于行星轮系为差动轮系，故在第二级齿圈自由转动和降速度转动时，第一级齿圈的转速方向是相反的，第二级齿圈自由转动时，由于第一级单向离合器内圈连接机匣，第一级齿圈可通过第一级单向离合器制动；挡控制电机通过控制系统对挡控制电机输出端转速进行控制，在辅助轮系的协助下，间接降低第二级齿圈的转速，此时第一级齿圈可自由转动，由此完成无级变速的过程，且不会出现动力中断的情况。

无级换挡位实现方式如下：

升挡：在控制系统调控下，挡控制电机16的转速逐渐降低，由蓄能状态转到工作状态，在辅助轮系的作用下，第二级齿圈11的转速逐渐降低，由于双联行星齿轮8的作用，第一级齿圈7开始正向运动，第一级单向离合器6从接合状态过渡到脱开状态。此时第二级离合器13处于接合状态，其他齿轮结构正常转动，实现升挡，当挡控制电机16的转速达到最低额定转速，输出轴14的转速达到最高挡位。

降挡：在控制系统调控下，挡控制电机16的转速逐渐上升，在辅助轮系的作用下，第二级齿圈11的转速逐渐上升，由于双联行星齿轮8的作用，第一级齿圈7转速逐渐降低，第一级行星架和第二级行星架转速降低。降挡开始时刻，输出轴14转速高于第一行星架和第二行星架，此时第二级单向离合器13内、外圈脱开，防止负载端对输入端的拖拽。当输出轴14转速降低到和第一行星架、第二行星架近似时，第二级单向离合器13接合，保证了动力的连续输出。当挡控制电机16处于蓄能状态时，输出转速为额定最大转速，第一级齿圈7转速降低至零且有方向转动的趋势，第一级单向离合器6处于接合状态，输出轴14的转速达到最低挡位。

无级换挡的动力传递路线：

升挡：发动机1→输入轴3→太阳轮10→双联行星齿轮→第二级行星架12→第二级单向离合器13→输出轴14→负载15；发动机1→输入轴3→太阳轮10→双联行星齿轮→第二级齿圈11→辅助轮系18,17→挡控制电机16。

降挡：发动机1→输入轴3→太阳轮10→双联行星齿轮→第二级行星架12→第二级单向离合器13→输出轴14→负载15；发动机1→输入轴3→太阳轮10→双联行星齿轮→第一级齿圈7→第一级单向离合器6→机匣5。

综上所述，本实施例的无动力中断无级变速箱，一体化程度高，能够应用于类似直升机这种大功率、大转矩、高转速的应用场景，且能够满足在低质量、小体积的要求下达到预想的可靠性与传动效率，同时，有利于提高换挡过程的平稳性以及避免动力中断的情况。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种无动力中断无级变速箱，其特征在于：包括动力输入部分、主传动部分、动力输出部分、制动部分与变速控制部分；所述主传动部分包括机匣（5）以及设置在机匣内的行星轮系，所述行星轮系包括太阳轮（10）、第一级齿圈（7）、第二级齿圈（11）、双联行星齿轮（8）、第一级行星架（9）、第二级行星架（12）和第二级单向离合器（13），所述太阳轮与动力输入部分传动连接，所述第一级齿圈（7）和第二级齿圈（11）均通过轴承与机匣转动装配，第一级齿圈通过制动部分制动，所述第二级齿圈（11）的内外圈均加工有啮合齿，所述双联行星齿轮（8）的一端与第一级齿圈和太阳轮啮合，另一端与第二级齿圈的内圈啮合，双联行星齿轮的轴体通过第一级行星架（9）支撑；所述第二级行星架（12）的一端通过轴承与双联行星齿轮转动装配，另一端通过第二级单向离合器（13）与动力输出部分传动连接；所述制动部分包括用于第一级齿圈制动的第一级单向离合器（6），所述第一级单向离合器的内圈与机匣固定连接，外圈与第一级齿圈固定连接；所述变速控制部分包括用于改变第二级齿圈转速的挡控制电机（16），所述挡控制电机的输出端通过辅助轮系与第二级齿圈的外圈传动连接。

2.根据权利要求1所述的无动力中断无级变速箱，其特征在于：所述动力输入部分包括发动机（1）和输入轴（3），所述发动机通过联轴器（2）与输入轴传动连接，所述输入轴通过轴承（4）与机匣转动装配，所述太阳轮（10）与输入轴（3）固定连接。

3.根据权利要求2所述的无动力中断无级变速箱，其特征在于：所述动力输出部分包括输出轴（14）和负载（15），所述第二级行星架与第二级单向离合器（13）的外圈固定连接，所述第二级单向离合器（13）的内圈与输出轴（14）固定连接，所述输出轴通过联轴器与负载传动连接，输出轴通过轴承与机匣转动装配。

4.根据权利要求1所述的无动力中断无级变速箱，其特征在于：所述辅助轮系包括与第二级齿圈的外圈啮合的辅助齿轮（18）以及辅助齿轮固定轴（17），所述辅助齿轮固定轴两端均通过轴承与机匣转动装配，所述辅助齿轮固定轴和挡控制电机之间通过联轴器传动连接。