CN1587745A - 蓄能汇聚式变速装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄能汇聚式变速装置，它设有由限速装置控制的调速用齿轮，该调速用齿轮的转动与输入轴的转动相分离，并且该调速用齿轮经由轮系与外齿圈啮合，该外齿圈支承在可限制其旋转方向的单向轴承上；所述调速用齿轮为一调速太阳轮，其输入轴或输入太阳轮上一体设置或固接有一行星齿轮架，该行星齿轮架上的行星齿轮组啮合于所述外齿圈与调速用太阳轮之间。本发明采用行星齿轮机构传动，其结构简单，制造成本低，控制元件少，变速操作方便，能实现大功率传动，宽范围变速，高精度调节，反馈式自动调速，传动效率高，适用范围广，工作可靠。

Description

蓄能汇聚式变速装置

技术领域

本发明涉及一种利用行星齿轮机构实现的蓄能汇聚式变速装置，适用于汽车变速器以及工程机械中的变速传动。

背景技术

无级变速系统对汽车工业来说是十分重要的，它不但能使汽车发动机在各种条件下始终保持最高效率，而且能使发动机降低耗油率，减少排放废气中的有毒气体，避免产生空气污染。

目前，无级变速器的种类较多，应用领域主要是汽车与摩托车工业。汽车上应用的无级变速器主要有自动变速器和钢带式无级变速器。摩托车上以橡胶带式无级变速器应用最多，它与汽车上应用的钢带式无级变速器原理相同。自动变速器是由多组行星齿轮和液力变矩器组成的一个系统，它的变速方法是由行星齿轮进行变速，用液力变矩器的柔性缓冲连接克服齿轮速比带来的冲击，以达到无级变速的目的，这种变速器结构复杂，质量大，体积大，维修和保养难度大。钢带式无级变速器是由两个可变直径的钢轮用钢带连接，并配合液力变矩器共同完成无级变速的全过程。虽然钢带式无级变速器的结构简单，重量轻，但是钢轮的直径需要很精确的压力控制，这为制造技术加大了难度，如果驱动质量过大，钢带会打滑，所以钢带式无级变速器仅限在紧凑的小型和微型汽车上使用。它们都需要用液力变矩器进行辅助工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的以上不足，提供一种无须液力变矩器的蓄能汇聚式变速装置，它变速操作方便，传动功率大、效率高，而且可调节的范围宽。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种蓄能汇聚式变速装置，包括输入轴、输入太阳轮、行星齿轮组、外齿圈，所述行星齿轮组的行星齿轮架与输出轴固接，该行星齿轮组啮合于外齿圈与输入太阳轮之间，同时还设有由限速装置控制的调速用齿轮，该调速用齿轮的转动与输入轴的转动相分离，并且该调速用齿轮经由轮系与外齿圈啮合，该外齿圈支承在可限制其旋转方向的单向轴承上。

作为其进一步改进，所述调速用齿轮为一调速太阳轮，所述输入轴或输入太阳轮上一体设置或固接有一行星齿轮架，该行星齿轮架上的行星齿轮组啮合于所述外齿圈与调速用太阳轮之间。

作为另一种改进，所述调速用齿轮为一调速太阳轮，所述行星齿轮组为安装在同一行星齿轮架中的两组行星齿轮组，它们具有与输入轴共同的轴线，并且沿轴线方向前后设置；靠近输出端的一组行星齿轮组啮合于输入太阳轮与外齿圈之间，而靠近输入端的一组行星齿轮组则啮合于上述外齿圈与调速太阳轮之间。

作为其再一种改进，所述调速用齿轮为一调速太阳轮，所述行星齿轮组为安装在同一行星齿轮架中的两组行星齿轮组，它们具有与输入轴共同的轴线，并且沿轴线方向前后设置；两组行星齿轮组的行星齿轮互相啮合，靠近输出轴的一组行星齿轮组啮合于输入太阳轮与外齿圈之间，而远离输出轴的一组行星齿轮组与外齿圈相分离，并与所述调速太阳轮相啮合。

所述限速装置可以为液流滞动或磁力制动装置，对于采用液流滞动装置来说，它可以包括一液压泵体，该泵体上具有进油道和排油道，该进油道连通至液压油，在进油道或排油道侧设有油流量控制阀；而对于采用磁力制动装置来说，它包括设于调速用齿轮周围的线圈，线圈内设置有可移动的磁芯，线圈产生的磁场力与调速用齿轮转动的方向相反。

为解决上述技术问题，出于相同的发明构思下，本发明还提供了另外一种蓄能汇聚式变速装置，包括输入轴、输入太阳轮、输出行星齿轮组、外齿圈，所述输出行星齿轮组的行星齿轮架与输出轴固接，所述输入太阳轮有两个，它们沿输入轴的轴线方向前后设置；还设有两组分别由限速装置控制的调速行星齿轮组，其转动与输入轴的转动相分离，它们具有与输入轴共同的轴线，并且沿轴线方向前后设置；在两个输入太阳轮之间设有一中间太阳轮，该中间太阳轮的转动与输入轴的转动相分离，并且该中间太阳轮上固接有一小齿圈；所述远离输出轴的调速行星齿轮组啮合于远离输出轴的输入太阳轮与小齿圈之间，而另一调速行星齿轮组则啮合于中间太阳轮与外齿圈之间；所述外齿圈支承在可限制其旋转方向的单向轴承上。

所述限速装置可以为液流滞动或磁力制动装置，对于采用液流滞动装置来说，它可以包括一液压泵体，该泵体上具有进油道和排油道，该进油道连通至液压油，在进油道或排油道侧设有油流量控制阀；而对于采用磁力制动装置来说，它包括设于调速用齿轮周围的线圈，线圈内设置有可移动的磁芯，线圈产生的磁场力与调速用齿轮转动的方向相反。

本发明采用行星齿轮机构传动，其结构简单，制造成本低，控制元件少，变速操作方便；它通过把输入轴所输入的转速和动力经齿轮传动机构转至调速用齿轮或轮组，把动力蓄存起来，需要它参与输出时，通过液流滞动或磁力制动的方法把调速用齿轮或轮组蓄存的转速和动力经由轮系、齿圈、行星齿轮架反馈释放至输出轴上，实现大功率传动，宽范围变速，高精度调节，反馈式自动调速，传动效率高，适用范围广，工作可靠，使用寿命长。

附图说明

图1是本发明的第一种实施方式的结构示意图；

图2是本发明的第二种实施方式的结构示意图；

图3是本发明的第三种实施方式的结构示意图；

图4是本发明的第四种实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

图1所示为本发明蓄能汇聚式变速装置的第一种实施方式，它包括输入轴1，两组行星齿轮组2、3，外齿圈4，输出轴5以及调速太阳轮6，输入轴1与输入太阳轮7同步转动，它们可以是一体结构，也可以是固定联接，另外还可以是分体结构、并通过内外齿互相啮合以实现转动的同步。所述两组行星齿轮组2、3具有共同的轴线，该轴线与输入轴的轴线重合，并且行星齿轮组2、3沿轴线方向前后设置。其中靠近输出端的行星齿轮组2啮合于输入太阳轮7和外齿圈4之间，该行星齿轮组2的行星齿轮架8与输出轴5固接；靠近输入端的行星齿轮组3的行星齿轮架固接于输入轴1或输入太阳轮7上，当然这里行星齿轮架与输入轴1或输入太阳轮7之间还可以是一体结构，行星齿轮组3啮合于上述外齿圈4与调速太阳轮6之间，该调速太阳轮6可绕输入轴1旋转并且与输入轴1的转动相分离。外齿圈4外还套设有单向轴承9，其作用是防止外齿圈4作逆时针方向转动。(这里所说的逆时针方向是就动力输入方向而言的，即从输入轴面向输出轴时的逆时针方向，以下所提到的顺时针或逆时针方向亦同理。)

其工作原理和过程如下：输入轴1按顺时针方向运转输入动力，如不锁定外齿圈4，则行星齿轮组2的各行星齿轮作逆时针方向自转，同时驱动外齿圈4也按逆时针方向旋转。由于行星齿轮组2的各行星齿轮不作公转，因而行星齿轮架8不发生转动，输出轴5也是静止的，所以没有动力输出。外齿圈4外套设有单向轴承9将其逆时针方向锁定，那么行星齿轮组2的各行星齿轮就以外齿圈4为借力点，沿外齿圈4的内壁作顺时针方向的公转，从而带动行星齿轮架8顺时针方向转动，而行星齿轮组2的各行星齿轮仍作逆时针方向的自转。

由于行星齿轮组3的行星齿轮架是与输入轴1以及输入太阳轮7同步转动的，当输入轴1及输入太阳轮7顺时针方向转动时，也同时带动行星齿轮组3的各行星齿轮沿外齿圈4的内壁作顺时针方向的同步公转，而各行星齿轮则作逆时针方向的自转，并驱动调速太阳轮6作顺时针方向高速运转。此时的外齿圈4是静止的，输出轴5为最低速输出。这时用液流滞动或磁力制动的机制调节控制调速太阳轮6的旋转速度，使之转速按需要的速度加以控制。随着调速太阳轮6的速度被限制，该转速和动力的变化通过行星齿轮组3作用在外齿圈4上，此时外齿圈4以单向轴承9为借力点，与行星齿轮架8按顺时针方向差速(脉动)一起运转，调速太阳轮6的转速被控制得越慢，外齿圈4的转速就越快，而输出轴5输出的转速也就越快，从而起到提速作用。上面也提到了，如果不液流滞动或制动调速太阳轮6就是输出轴5以最低速度输出。此结构就可起到无级变速的效果。

也可以这样理解调速太阳轮6的工作：作用于行星齿轮组3，把从行星齿轮架8中的动力转入调速太阳轮6做高速运转，把动力蓄存起来，需要它参与输出时，用液流滞动或制动的方法把调速太阳轮6蓄存的动力通过行星齿轮架8、外齿圈4、行星齿轮组2的差速共同输出释放到输出轴。

下面对上述的液流滞动调速装置的工作原理进行简单说明，该调速装置可以采用齿轮泵的方式，即将齿轮密封安装在泵体内，泵体上具有进油道和排油道，该进油道连通至液压油，在排油道侧设有油流量控制阀。当发动机将恒定的转速通过输入轴传递到输入太阳轮上，此时将油流量控制阀完全打开，则输入太阳轮通过行星齿轮组带动调速太阳轮以相应的速比转动，调速太阳轮转动后，就要驱动液压油由进油道吸入泵体，并从排油道排出；若控流阀不加作用，液压油就会在齿轮泵的作用下快速循环。由于外齿圈支承在可限制其旋转方向的单向轴承上，因此无法旋转，处于静止状态。这时输出轴的转速相对来说最小，扭矩最大。

若此时将油流量控制阀逐渐关闭，液压油的排出阻力会逐渐加大，当液压油的排出阻力大到可以使齿轮转速降低时，因输入轴转速未变，所以外齿圈被输入轴上的输入太阳轮通过行星齿轮组带动旋转。

如果控制阀孔内的阀门完全关闭，液压油完全排不出去，排出阻力会使调速太阳轮完全无法转动，这时外齿圈在输入轴的行星齿轮组带动下达到最高的转速，而输出轴的转速也同时达到最大，扭矩最小。

该无级变速器是利用液压油的压力变化来缓解输入轴转速的冲击变化，从而实现无级变速的。它利用液力液流滞动差速，并用循环液流调节内部功率配比，使输入轴功率经调配后汇集到输出轴上，利用阀门可对循环液流的流速进行连续控制，因此可用连续调节控流阀阀门开量的手段来实现无级变速。

而对于上述磁力制动装置而言，则可以采用通电线圈来实现，具体实施的时候应注意使其产生的磁场力与调速太阳轮的转动方向恰好相反，即，当调速太阳轮作顺时针方向转动时，通电线圈产生逆时针方向的磁场力。为了实现对调速太阳轮转速的控制，在线圈内设置一铁芯，该铁芯由液压机构带动作平移运动，以改变线圈的磁通量，从而改变其磁场力的大小，进而实现调速太阳轮的转速在最高速和完全停止不同两种状态之间作无级的变化。

图2所示为本发明蓄能汇聚式变速装置的第二种实施方式，它包括输入轴11，两组行星齿轮组12、13，外齿圈14，输出轴15以及调速太阳轮16，输入轴11上一体设置或固接有输入太阳轮17，所述两组行星齿轮组12、13具有共同的轴线，该轴线与输入轴的轴线重合，并且行星齿轮组12、13沿轴线方向前后设置，它们装在同一行星齿轮架18中，该行星齿轮架18与输出轴15固接；其中靠近输出端的一组行星齿轮组12啮合于输入太阳轮17和外齿圈14之间，而靠近输入端的一组行星齿轮组13则啮合于上述外齿圈14与调速太阳轮16之间，该调速太阳轮16可绕输入轴11旋转并且与输入轴11的转动相分离。外齿圈14外还套设有单向轴承19，其作用是防止外齿圈14作逆时针方向转动。

其工作原理和过程如下：输入轴11按顺时针方向运转输入动力，如不锁定外齿圈14，则行星齿轮组12的各行星齿轮作逆时针方向自转，同时驱动外齿圈14也按逆时针方向旋转。由于行星齿轮组12的各行星齿轮不作公转，因而行星齿轮架18不发生转动，输出轴15也是静止的，所以没有动力输出。

由于外齿圈14外套设有单向轴承19将其逆时针方向锁定，那么行星齿轮组12的各行星齿轮就以外齿圈14为借力点，沿外齿圈14的内壁作顺时针方向的公转，从而带动行星齿轮架8顺时针方向转动，而行星齿轮组12的各行星齿轮仍作逆时针方向的自转。由于行星齿轮组13跟行星齿轮组12是装在同一行星齿轮架18上的，当行星齿轮架18顺时针方向转动时，也同时带动行星齿轮组13的各行星齿轮沿外齿圈14的内壁作顺时针方向的公转，而各自则作逆时针方向的自转，并驱动调速太阳轮16作顺时针方向高速运转。此时的外齿圈14是静止的，输出轴为最低速输出。这时用液流滞动或制动的机制调节控制调速太阳轮16的旋转速度，使之转速按需要的速度加以控制。随着调速太阳轮16的速度被限制，该转速和动力的变化通过行星齿轮组13作用在外齿圈14上，此时外齿圈14以单向轴承19为借力点，与行星齿轮架18按顺时针方向差速(脉动)一起运转，调速太阳轮16的转速被控制得越慢，外齿圈14的转速就越快，而输出轴15输出的转速也就越快，从而起到提速作用。上面也提到了，如果不液流滞动或制动调速太阳轮16就是输出轴15以最低速度输出。此结构就可起到无级变速的效果。

也可以这样理解调速太阳轮16的工作：作用于行星齿轮组13，把从行星齿轮架18中的动力转入调速太阳轮16做高速运转，把动力蓄存起来，需要它参与输出时，用液流滞动或制动的方法把调速太阳轮16蓄存的动力通过行星齿轮架18、外齿圈14、行星齿轮组12的差速共同输出释放到输出轴。

图3所示为本发明的第三种实施方式，在该实施方式中，同样包括输入轴21，与输入轴21一体设置或固接的输入太阳轮22，外齿圈23，输出轴24，装在同一行星齿轮架25上、具有与输入轴共同的轴线、且沿轴线方向前后设置的两组行星齿轮组26、27，其中靠近输出轴24的行星齿轮组26啮合输入太阳轮22与外齿圈23之间，行星齿轮架25与输出轴24固接，外齿圈23外套设有单向轴承28，此外还具有可绕输入轴21转动并且与输入轴21的转动相分离的调速太阳轮29，远离输出轴24的行星齿轮组27与调速太阳轮29相啮合；与第一种实施方式所不同的是，远离输出轴24的行星齿轮组27与外齿圈23相分离，同时该行星齿轮组27的行星齿轮还与行星齿轮组26的行星齿轮相啮合。

其工作原理和过程如下：当输入轴21按顺时针方向输入动力，如不锁定外齿圈23，则与输入太阳轮22啮合的行星齿轮组26的行星齿轮作就逆时针方向自转，行星齿轮又带动外齿圈23作逆时针方向转动，这时行星齿轮架25不动，没有动力输出到输出轴24。由于外齿圈23外套设有单向轴承28，锁定了外齿圈23的逆时针转动，使行星齿轮组26以外齿圈23为借力点作顺时针方向的公转，并带动行星齿轮架25以及输出轴24顺时针方向转动，从而完成动力输出。

行星齿轮组26的行星齿轮作逆时针方向自转的同时也带动与其啮合的行星齿轮组27上的行星齿轮作顺时针方向自转，与此同时，由于行星齿轮组26和行星齿轮组27还装在同一行星齿轮架25上，因此行星齿轮组27还作顺时针方向的公转。作顺时针方向自转的行星齿轮组27的各行星齿轮驱动调速太阳轮29作逆时针方向旋转，且转速比行星齿轮架25输出速度还高很多。此时将调速太阳轮29用上面提到的液流滞动或制动方式，按需要使其转速减至并控制在一定的数值，该转速和动力的变化便经过行星齿轮组27和26反馈到行星齿轮架25中。由于行星齿轮组26与外齿圈23的转速比是低速，那反馈的转速就会经由行星齿轮组26到外齿圈23并和行星齿轮架25一起按顺时针方向做一定的差速同时运转输出高速动力。反之就减速。

图4所示为本发明的第四种实施方式，它与前两种实施方式相同的部分包括输入轴31，与输入轴31一体设置或固接的输入太阳轮32，外齿圈33，一组行星齿轮组34啮合于输入太阳轮32与外齿圈33之间，该行星齿轮组34的行星齿轮架35与输出轴36固接，外齿圈33外套设有单向轴承37。与前两种实施方式的不同之处在于，还分别设置有两组调速用的行星齿轮组38、39，它们均绕输入轴公转，其中第一调速行星齿轮组38比第二调速行星齿轮组39更靠近输出轴；输入轴上还一体设置或固接有第二输入太阳轮40，它比第一个输入太阳轮32更远离输出轴36，在输入太阳轮40与输入太阳轮32之间具有一中间太阳轮41，中间太阳轮41与输入轴31的转动相分离；中间太阳轮41上固接有一小齿圈42，上述远离输出轴36的调速行星齿轮组39啮合于输入太阳轮40与小齿圈42之间，而另一调速行星齿轮组38则啮合于中间太阳轮41与外齿圈33之间。上述两组调速行星齿轮组38、39分别由液流滞动或制动型调速装置控制。

其工作原理和过程如下：输入轴31按顺时针方向旋转输入动力，通过输入太阳轮32、40作用于行星齿轮组34及行星齿轮组39。行星齿轮组34作为动力输出就有负荷，外齿圈33就会反向旋转，但单向轴承37锁定外齿圈33，使其只能按顺时针方向运转，否则锁定。这样行星齿轮组34就能产生力矩带动输出轴36转动。调速行星齿轮组38、39的任何一组固定，另一组就可用来作调整变速用。

如果把将调速行星齿轮组38的行星齿轮架固定，用调速行星齿轮组39来调整。当输入轴31按顺时针方向运转，同时驱动行星齿轮组34和39。把调速行星齿轮组39液流滞动或制动，那么小齿圈42就按逆时针方向转动，同时该小齿圈42带动与其固接的中间太阳轮41逆时针方向转动。由于调速行星齿轮组38的行星齿轮架已被锁定，因此调速行星齿轮组38的行星齿轮就被中间太阳轮41带动以顺时针方向自转，而各行星齿轮又带动与其啮合的外齿圈33按顺时针方向转动，外齿圈33的转速和动力通过行星齿轮组34和行星齿轮架35汇聚到输出轴36上，达到输出变速的目的。

如果把将调速行星齿轮组39的行星齿轮架固定，用调速行星齿轮组38来调整。当输入轴31按顺时针方向运转，输入太阳轮40带动调速行星齿轮组39的行星齿轮作逆时针方向自转，各行星齿轮又带动小齿圈42以及中间太阳轮41作逆时针方向自转，而由于外齿圈的逆时针方向已被锁定，这是调速行星齿轮组38作高速逆时针方向公转；若把调速行星齿轮组38液流滞动或制动，则外齿圈33开始作顺时针方向转动，调速行星齿轮组38的公转速度越小，外齿圈33的转动速度就越快，外齿圈33的转速和动力通过行星齿轮组34和行星齿轮架35汇聚到输出轴36上，达到输出变速的目的。

本发明的保护范围并不限于上述四种具体的实施方式，凡是不超出本发明构思，即通过把输入轴所输入的转速和动力经齿轮传动机构转至调速用齿轮或轮组，把动力蓄存起来，需要它参与输出时，通过液流滞动或制动的方法把调速用齿轮或轮组蓄存的转速和动力经由轮系、齿圈、行星齿轮架反馈释放至输出轴上，实现大范围的无级变速，这样的技术方案均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种蓄能汇聚式变速装置，包括输入轴、输入太阳轮、行星齿轮组、外齿圈，所述行星齿轮组的行星齿轮架与输出轴固接，该行星齿轮组啮合于外齿圈与输入太阳轮之间，其特征在于：还设有由限速装置控制的调速用齿轮，该调速用齿轮的转动与输入轴的转动相分离，并且该调速用齿轮经由轮系与外齿圈啮合，该外齿圈支承在可限制其旋转方向的单向轴承上。

2.根据权利要求1所述的蓄能汇聚式变速装置，其特征在于：所述调速用齿轮为一调速太阳轮(6)，所述输入轴(1)或输入太阳轮(7)上一体设置或固接有一行星齿轮架，该行星齿轮架上的行星齿轮组(3)啮合于所述外齿圈(4)与调速用太阳轮(6)之间。

3.根据权利要求1所述的蓄能汇聚式变速装置，其特征在于：所述调速用齿轮为一调速太阳轮(16)，所述行星齿轮组为安装在同一行星齿轮架(18)中的两组行星齿轮组(12、13)，它们具有与输入轴(11)共同的轴线，并且沿轴线方向前后设置。

4.根据权利要求3所述的蓄能汇聚式变速装置，其特征在于：靠近输出端的一组行星齿轮组(12)啮合于输入太阳轮(17)与外齿圈(14)之间，而靠近输入端的一组行星齿轮组(13)则啮合于上述外齿圈(14)与调速太阳轮(16)之间。

5.根据权利要求3所述的蓄能汇聚式变速装置，其特征在于：两组行星齿轮组(26、27)的行星齿轮互相啮合，靠近输出端的一组行星齿轮组(26)啮合于输入太阳轮(22)与外齿圈(23)之间，而靠近输入端的一组行星齿轮组(27)  与外齿圈(23)相分离，并与所述调速太阳轮(29)相啮合。

6.根据权利要求1至5任一所述的蓄能汇聚式变速装置，其特征在于：所述限速装置为液流滞动或磁力制动装置。

7.根据权利要求6所述的蓄能汇聚式变速装置，其特征在于：所述液流滞动装置包括一液压泵体，该泵体上具有进油道和排油道，该进油道连通至液压油，在进油道或排油道侧设有油流量控制阀。

8.根据权利要求6所述的蓄能汇聚式变速装置，其特征在于：所述磁力制动装置包括设于调速用齿轮周围的线圈，线圈内设置有可移动的磁芯，线圈产生的磁场力与调速用齿轮转动的方向相反。

9.一种蓄能汇聚式变速装置，包括输入轴(31)、输入太阳轮(32、40)、输出行星齿轮组(34)、外齿圈(33)，所述输出行星齿轮组的行星齿轮架(35)与输出轴(36)固接，其特征在于：所述输入太阳轮有两个，它们沿输入轴的轴线方向前后设置；还设有两组分别由限速装置控制的调速行星齿轮组(38、39)，其转动与输入轴(31)的转动相分离，它们具有与输入轴共同的轴线，并且沿轴线方向前后设置；在两个输入太阳轮之间设有一中间太阳轮(41)，该中间太阳轮的转动与输入轴(31)的转动相分离，并且该中间太阳轮(41)上固接有一小齿圈(42)；所述远离输出轴(36)的调速行星齿轮组(39)啮合于远离输出轴(36)的输入太阳轮(40)与小齿圈(42)之间，而另一调速行星齿轮组(38)则啮合于中间太阳轮(41)与外齿圈(33)之间；所述外齿圈(33)支承在可限制其旋转方向的单向轴承(37)上。

10.根据权利要求9所述的蓄能汇聚式变速装置，其特征在于：所述限速装置为液流滞动或磁力制动装置。

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