CN1804430A - 一种齿轮式步进无级变速装置 - Google Patents

Abstract

一种齿轮式步进无级变速装置。包括支撑架及内部变速齿轮系，齿轮系包括主动太阳轮，主动太阳轮啮合有输出行星轮，输出行星轮公转速度通过输出轴输出，为了实现无级变速，与主动太阳轮同轴设置有调速太阳轮，调速太阳轮上啮合有调速行星轮，在调速行星轮与输出行星轮之间通过一齿圈实现联动；并且，调速行星轮与输出行星轮之间又可通过齿圈与另外行星轮及齿圈的配合实现联动，此时的行星轮又与一固定于输出轴上的输出太阳轮啮合，行星轮的行星轮架固定在齿圈上。通过调节调速太阳轮的速度可改变调速行星轮转速，进而改变各齿圈的转速，齿圈的转速再经过输出行星轮或者输出太阳轮的转换使输出轴变速。具有结构简单、变速范围大等优点。

Description

一种齿轮式步进无级变速装置

技术领域

本发明涉及一种变速装置，具体地说是一种结构简单、变速范围大的齿轮式步进无级变速装置。

背景技术

随着工业化进程的进一步深化，变速装置的使用场合越来越多，最常见的是用于各种车辆等机械设备之上。变速器分有级和无级二种变速形式在当今的汽车领域里大部分是应用有级变速器，有级变速器的效率没有无级变速器的效率高，在汽车制造业里人们一直在研究和开发着可靠耐用的无级变器来替代现有的有级变速器。现应用在汽车领域里的无级变速器已知的有皮带式和较先进的钢带式但用量较少，问题主要表现在皮带或钢带易打滑、磨损大、寿命有限，难以在大功率的汽车上应用，所以能开发出齿轮式的无级变速器应用在汽车上，是当今汽车变速器领域里的一个目标。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、变速范围大的齿轮式步进无级变速装置。

为了达到上述目的要求，本发明采用如下方案实现：

一种齿轮式步进无级变速装置，主要包括支撑架，支撑架内安装有变速齿轮系，齿轮系包括一主动太阳轮，主动太阳轮固定连接输入轴，沿主动太阳轮周边啮合有3至6个输出行星轮，输出行星轮通过行星轮架连接输出轴，在主动太阳轮前方的输入轴上还设置有调速太阳轮，调速太阳轮外啮合有3至6个调速行星轮，调速行星轮固定于一行星轮架上，行星轮架固定于输入轴上，调速行星轮、输出行星轮与一齿圈啮合，齿圈上安装有单向轴承，单向轴承固定于支撑架内，调速太阳轮、主动太阳轮、两行星轮架以及输出轴、输入轴、齿圈、单向轴为同一轴心。

上述目的也可通过如下方案实现：

一种齿轮式步进无级变速装置，主要包括支撑架，支撑架内安装有变速齿轮系，齿轮系包括一主动太阳轮，主动太阳轮固定连接输入轴，沿主动太阳轮周边啮合有3至6个输出行星轮，输出行星轮通过行星轮架连接输出轴，在主动太阳轮前方的输入轴上还设置有一调速太阳轮，调速太阳轮外啮合有3至6个调速行星轮，各调速行星轮安装在行星轮架上，调速行星轮的公转直径大于输出行星轮的公转直径，各输出行星轮与齿圈啮合，在输出轴上固定有输出太阳轮，输出太阳轮外啮合有3至6个行星轮，与输出太阳轮啮合的3至6个行星轮及其行星轮架固定在齿圈中，齿圈安装有单向轴承，单向轴承固定于支撑架内，调速行星轮与输出太阳轮啮合的行星轮同时啮合于一外齿圈中，外齿圈、齿圈、单向轴承、调速太阳轮、主动太阳轮、输出太阳轮、行星轮架以及输出轴、输入轴为同一轴心。

本发明原理简捷，结构简单，零件少，易制造，成本低，容易控制，可有效实现无级变速，且变速范围大，传动效率高，强度高，可大功率传动应用范围广，使用维修方便。

附图说明

附图1为本发明具体实施例一结构示意图；附图2为本发明具体实施例二结构示意图；附图3为该实施例内部结构截面示意图。

具体实施方式

为了便于理解，下面将结合具体实施例及附图对本发明结构原理作进一步详细描叙：

实施例一：如附图1所示，此无级变速装置主要包括装置支撑架11，支撑架11内安装有变速齿轮系，齿轮系包括：主动太阳轮31，主动太阳轮31固定连接输入轴21，沿主动太阳轮31周边啮合有3至6个输出行星轮41，输出行星轮41安装在行星轮架51上，行星轮架51连接输出轴61，在主动太阳轮31前方的输入轴21上还设置有一调速太阳轮71，调速太阳轮71外啮合有3至6个调速行星轮91，调速行星轮91安装在行星轮架81上，行星轮架81固定于输入轴21上，调速行星轮91、输出行星轮41与齿圈101啮合，有单向轴承111安装在齿圈101上，单向轴承111固定于支撑架内，调速太阳轮71、主动太阳轮31、行星轮架81、51以及输出轴61、输入轴21、齿圈101、单向轴承111为同一轴心设置。

其工作过程和原理如下：输入轴21、行星轮架81、主动太阳轮31一起按顺时针方向旋转，主动太阳轮31带动各输出行星轮41各自反时针方向旋转同时输出行星轮41整体沿齿圈101的内圈顺时方向公转，输出行星轮41的整体公转带动行星轮架51和输出轴61转动，此时齿圈101的反转被单向轴承111锁定，输出轴61就有动力输出。齿圈101如果没有加入顺时方向旋转，则没有用于提速的动力经由输出行星轮41传到输出轴61参与工作(即齿圈101是不转动的)，我们可设定此时输出轴61的转速最慢、扭力最大，即作为一档的转速输出。输入轴21的旋转同时带动行星轮架81同方向旋转，再带动调速行星轮91各自反时针方向旋转和调速行星轮91整体沿齿圈101的内圈顺时方向的公转，调速行星轮91再带动调速太阳轮71作高速顺时针方向的旋转。当输出轴61需要克服大阻力、即需要一档时，齿圈101的反转被单向轴承111闭锁住，这样就可以提供一个暂时固定的点(借力点或支点)，使反时针旋转的输出行星轮41推动行星轮架51和输出轴61顺时针方向低速、大扭力的旋转。如果输出轴61的阻力不大需要把输出轴61转速提高，则可利用一制动机构，根据输出轴61转速的要求来调节调速太阳轮71的转速，调速太阳轮71被制动或调节的转速就会经过调速行星轮91传递给齿圈101，齿圈101再带动输出行星轮41，转速按设定的速比顺时方向旋转传递到输出轴61上，并与输出轴61原有的转速累加，输出轴61的转速就提高了。调速太阳轮71的转速被制动或控制的转速越多，加在输出轴61的转速就越多越快；反之，调速太阳轮71的转速越快，输出轴61的转速就越慢。这样就实现和达到了变速的结果和无级变速的目的。提速方面，驱动调速太阳轮71的旋转是调速行星轮91以齿圈101的内齿为借力点，作用于齿圈101的力和提速的力为同一方向，所以具有较好的提速效果。

实施例二：如附图2所示，此无级变速装置主要包括装置支撑架11，支撑架11内安装有变速齿轮系，齿轮系包括主动太阳轮31，主动太阳轮31固定连接输入轴21，沿主动太阳轮31周边啮合有3至6个输出行星轮41，输出行星轮41安装在行星轮架51上，行星轮架51连接输出轴61，在主动太阳轮31前方的输入轴21上还设置有一调速太阳轮71，调速太阳轮71外啮合有3至6个调速行星轮92，各调速行星轮92安装在行星轮架51上，调速行星轮92的公转直径大于行星轮41的公转直径，各输出行星轮41与齿圈101啮合，在输出轴61上固定有输出太阳轮122，输出太阳轮122外啮合有3至6个行星轮131，行星轮131的行星轮架固定于齿圈101中，齿圈101安装有单向轴承111，单向轴承111固定于支撑架内，调速行星轮92与行星轮131同时啮合于齿圈141中，调速太阳轮71、主动太阳轮31、输出太阳轮122、行星轮架51、输出轴61、输入轴21、齿圈141、齿圈101、单向轴承为同一轴心设置。

其工作过程和原理如下：输入轴21、主动太阳轮31按顺时针方向旋转，主动太阳轮31带动输出行星轮41各自反时针方向旋转同时输出行星轮41整体沿齿圈101内圈顺时方向公转，输出行星轮41的整体公转带动行星轮架51和输出太阳轮122以及输出轴61转动，此时齿圈101被单向轴承111锁定(反向)，输出轴61就有动力输出。齿圈101如果没有加入顺时方向旋转，则没有提速用的动力经由输出行星轮41传到输出轴61参加工作，我们可设定此时输出轴61的转速是最慢、扭力最大，即作为一档的转速输出。行星轮架51的旋转带动输出太阳轮122同方向旋转及调速行星轮92各自反时针方向旋转和整体沿齿圈141内圈顺时针方向公转，调速行星轮92再带动调速太阳轮71作高速顺时针方向旋转。输出太阳轮122顺时针方向的旋转带动着行星轮131反时针方向旋转，行星轮131反时针方向的旋转推动齿圈141也反时针方向旋转，其动力再经过调速行星轮92传到调速太阳轮71上，调速太阳轮71的转速会进一步的加快。如果输出轴61需要克服很大阻力、即为一档时，由于齿圈101的反转被单向轴承111锁住，这样就可以提供一个暂时固定的点(借力点或支点)，给反时针旋转的输出行星轮41推动行星轮架51和输出轴61顺时方向以低速、大扭力旋转。如果输出轴61的阻力不大需要把输出轴61的转速提高时，则可利用制动机构，根据输出轴61转速的要求来调节调速太阳轮71的转速，调速太阳轮71被制动或调节的转速经过调速行星轮92带动齿圈141、行星轮131、齿圈101、再带动输出行星轮41，从而把控制或调节到调速太阳轮71的转速按设定的速比(循环衰减)顺时针方向加到了输出轴61上，并和输出轴61原有的转速相累加，输出轴61的转速就提高了。调速太阳轮71的转速被制动或控制的越多，输出轴61上的转速就越快；反之，调速太阳轮71的转速越快，输出轴61的转速就越慢。这样就实现和达到了变速的结果和无级变速的目的。

又如图3所示为本发明的行星齿轮和单向轴承的组合及运转时的步进情况。本发明是一种齿轮式步进无级变速装置，其输出行星轮41和行星轮架51为输出端，行星轮架51的公转速度为输出转速，主动太阳轮31为输入端，齿圈101作为变速时用的输入端，驱动齿圈101的动力可以从输入轴或输出轴取得，齿圈101旋转的方向是跟主动太阳轮31同一方向。单向轴承111是套装在齿圈101上或与齿圈101固接的构件上，可使齿圈101只能单方向旋转。假设把主动太阳轮31的转速和输出行星轮41公转的速比设定在3.5∶1，齿圈101的转速和输出行星轮41公转的速比是1∶0.7。如果把主动太阳轮31的转速恒定在某个定值上，如1000转/分，齿圈101不加入运转，此时输出行星轮41公转的转速则为286转/分，输出轴61的转速为最慢、扭力最大。当要提高输出轴61的转速时，只需使齿圈101具有一定的转速，齿圈101的转速就会通过行星轮41把转速按速比累加到输出轴61上，比如齿圈101的转速为200转/分，则输出行星轮41的公转就增加了200转/分×0.7＝140转/分的转速，加上原来输出行星轮41公转的转速286转/分，输出行星轮41公转的转速就达到了286转/分+140转/分＝426转/分，整个输出的转速就提高了。如果齿圈101加入1400转/分，输出行星轮41的公转就达到1266转/分，输出轴61的转速就达到了高速。

在低速到高速的整个(步进)变速过程中(除最低或最高速)，齿圈101的运转是不断地在旋转、停顿这两者之间交替、变换。具体情况为：提速或稳定某一速度的情况下，因为要克服输出轴61的阻力，齿圈101的扭力又无法克服这个阻力时，这时的单向轴承111会闭锁住齿圈101使其不能反转，这样主动太阳轮31就有了一个暂时稳固的借力点或支点使驱动输出行星轮41的自转推动自身公转，输出轴61的阻力由主动太阳轮31和输出行星轮41来克服。变速趋于稳定后，输出行星轮41公转的阻力减小，齿圈101的旋转则马上递进，到了不能克服输出轴61的阻力时，单向轴承111又再次闭锁齿圈101防其反转，克服输出轴61的阻力又由主动太阳轮31和输出行星轮41来完成。当变速再次趋于稳定后，输出轴61的阻力减小，齿圈101再次递进。这样步步渐进的步进运转，在步进的运转变速中，在不同的转速里齿圈101可以得到相应扭力的支持。其实，在变速的过程中也是有段表现出来，只是段分的很细，间隔小，时间短，交替很快，可近似为无段，即产生了无级变速的效果。

上述的制动机构，可为一带负载的发电机，发电机与调速太阳轮连接，可通过调节发电机发电时的负载来达到调节调速太阳轮转速的目的。同时，所述的变速装置都有着很好的滑行惯性，在滑行时不会被输入端拖住，可有效减少能耗。

Claims (2)

1.一种齿轮式步进无级变速装置，主要包括支撑架，支撑架内安装有变速齿轮系，其特征在于：齿轮系包括一主动太阳轮(31)，主动太阳轮(31)固定连接输入轴(21)，沿主动太阳轮(31)周边啮合有3至6个输出行星轮(41)，输出行星轮(41)安装在行星轮架(51)上，行星轮架(51)连接输出轴(61)，在主动太阳轮(31)前方的输入轴(21)上还设置有调速太阳轮(71)，调速太阳轮(71)外啮合有3至6个调速行星轮(91)，调速行星轮(91)安装在行星轮架(81)上，行星轮架(81)固定于输入轴(21)上，调速行星轮(91)、输出行星轮(41)与齿圈(101)啮合，齿圈(101)上安装有单向轴承(111)，单向轴承(111)固定于支撑架内，单向轴承(111)、齿圈(101)、调速太阳轮(71)、主动太阳轮(31)、行星轮架(81、51)以及输出轴(61)、输入轴(21)为同一轴心设置。

2.一种齿轮式步进无级变速装置，主要包括支撑架，支撑架内安装有变速齿轮系，其特征在于：齿轮系包括一主动太阳轮(31)，主动太阳轮(31)固定连接输入轴(21)，沿主动太阳轮(31)周边啮合有3至6个输出行星轮(41)，输出行星轮(41)安装在行星轮架(51)上，行星轮架(51)连接输出轴(61)，在主动太阳轮(31)前方的输入轴(21)上还设置有一调速太阳轮(71)，调速太阳轮(71)外啮合有3至6个调速行星轮(92)，各调速行星轮(92)安装在行星轮架(51)上，调速行星轮(92)的公转直径大于行星轮(41)的公转直径，各输出行星轮(41)与齿圈(101)啮合，在输出轴(61)上固定有一输出太阳轮(122)，输出太阳轮(122)外啮合有3至6个行星轮(131)，行星轮(131)的行星轮架固定于齿圈(101)中，齿圈(101)安装有单向轴承(111)，单向轴承(111)固定于支撑架内，调速行星轮(92)与行星轮(131)同时啮合于齿圈(141)中，齿圈(141)、齿圈(101)、单向轴承(111)、调速太阳轮(71)、主动太阳轮(31)、输出太阳轮(122)、行星轮架(51)以及输出轴(61)、输入轴(21)为同一轴心设置。

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