CN201827305U - 分段连续无级变速传动系统装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了利用非圆齿轮传动与圆柱齿轮传动结合的分段连续无级变速传动系统装置，由用于实现无级变速传动的非圆齿轮传动部分和用于传动比的扩大的圆柱齿轮传动部分组成；非圆齿轮传动部分的构成：输入轴上第一非圆齿轮与输出轴上的第二非圆齿轮啮合，级间相位调节轴上空套的第三非圆齿轮与级间相位调节轴之间设有超越离合器，第三非圆齿轮与输出轴上的另一个第二非圆齿轮啮合；输入轴、输出轴上分别固定连接有主动圆柱齿轮、被动圆柱齿轮，输入轴与输出轴之间设有同步器；无级变速是改变非圆齿轮定轴轮系间的级间相位角

的值实现的；非圆齿轮传动部分与圆柱齿轮传动部分通过同步器实现动力连接，实现无级变速。

Description

分段连续无级变速传动系统装置 

技术领域

本实用新型涉及一种无级变速传动装置。 

背景技术

虽然目前的无级变速器已达到成熟阶段，特别是金属带式无级变速器的成功运用，但是，金属带式无级变速器属于摩擦传动，承载能力有限，传递最大输入扭矩为300N·m，传动效率水平只有84.6％(计入油泵的功率损耗)。长期以来，人们一直进行着能传递大功率、维持高效率、高寿命的机械式无级变速器的研究工作。于是，人们提出了齿轮型无级变速器。非圆齿轮传动具有非匀速比传动的特性，其传动比是一个函数，属于共轭啮合传动，利用非圆齿轮的传动特性可以实现无级变速技术，对提高传动装置的最大输入转距具有很大的潜力。但是非圆齿轮实现无级变速传动，传动比不宜过大，否则会造成非圆齿轮的向径变化过大，影响非圆齿轮的传动效果。因此，非圆齿轮实现大传动比的无级变速装置，就不可能单纯的全部采用非圆齿轮传动。 

发明内容

本实用新型利用非圆齿轮传动与圆柱齿轮传动的结合，提出一种分段连续无级变速传动系统装置，实现无级变速传动。 

本实用新型的技术方案如下：分段连续无级变速传动系统装置，由非圆齿轮传动部分和圆柱齿轮传动部分，非圆齿轮传动部分用于实现无级变速传动，圆柱齿轮传动部分用于传动比的扩大； 

非圆齿轮传动部分的构成：包括输入轴、输出轴、级间相位调节轴，输入轴上固定连接有3个技术参数相同的第一非圆齿轮，输出轴上空套有6个技术参数相同的第二非圆齿轮，第一非圆齿轮与输出轴上的3个第二非圆齿轮啮合，级间相位调节轴上空套有3个技术参数相同的第三非圆齿轮，第三非圆齿轮与级间相位调节轴之间设有超越离合器，第三非圆齿轮与输出轴上的其余3个第二非圆齿轮啮合；输入轴的轴端固定连接有主动圆柱齿轮，输出轴的轴端固定连接有被动圆柱齿轮，输入轴与输出轴之间设有同步器；无级变速是通过级间相位调节轴沿输出轴的转动来改变非圆齿轮定轴轮系间的级间相位角 

的值实现的，而级间相位角 

的改变是通过蜗轮蜗杆来实现的； 

圆柱齿轮传动部分的构成：包括输入轴、输出轴，输入轴与输出轴之间通过多级圆柱齿轮传动实现动力结合，输入轴上的圆柱齿轮与输入轴之间设有同步器； 

非圆齿轮传动部分的输出轴与圆柱齿轮传动部分的输入轴通过同步器实现动力连接。 

相互啮合的非圆齿轮传动的传动比函数为： 

$i_{23}=\frac{{\mathrm{\ω}}_2}{{\mathrm{\ω}}_3}=\frac{i_{13}}{i_{12}}$

有益效果：本实用新型通过非圆齿轮传动部分和圆柱齿轮传动部分的结合，实现无级变速，使用时，直接装在主离合器与手动变速箱之间，使非圆齿轮传动运用于汽车无级变速中成为现实。本实用新型在承载能力上具有较大的潜力，适用于载荷较大的机械传动设备、大型货车等。 

附图说明

图1是非圆齿轮的单个周期的传动比曲线图。 

图2是非圆齿轮的两个周期的传动比曲线图。 

图3是两级非圆齿轮传动示意图。 

图4是两级非圆齿轮传动比线图。 

图5是非圆齿轮1的齿廓图。 

图6是非圆齿轮2的齿廓图。 

图7是非圆齿轮1与非圆齿轮2的齿廓啮合图。 

图8是两级非圆齿轮传动布置示意图。 

图9是本实用新型分段连续无级变速传动装置的结构示意图。 

图10是分段连续无级变速传动装置动力传动流程图。 

具体实施方式

本实用新型有两部分组成：非圆齿轮传动部分和圆柱齿轮传动部分，非圆齿轮传动部分用于实现无级变速传动部分，圆柱齿轮传动部分用于传动比的扩大。 

1.1非圆齿轮传动部分实现无级变速传动 

要使非圆齿轮应用于无级变速传动方面，非圆齿轮必须能做连续回转运动，其节曲线也必须是封闭的，同时非圆齿轮传动时具有连续性和平滑性。可令非圆齿轮的传动比函数为： 

k、α为代定常数； 

为非圆齿轮1的转角； 

式(1)在b点连续可导，其中 为多项式或者是三角函数。 

本实用新型以三角函数为例，得出一具有平滑性和连续性的非圆齿轮传动比函数为(如图1、2)： 

其中 为非圆齿轮1的转角。 

根据非圆齿轮传动机构实现无级变速传动原理的数学模型，可以得到相互啮合的非圆齿轮传动的传动比函数为： 

$i_{23}=\frac{{\mathrm{\ω}}_2}{{\mathrm{\ω}}_3}=\frac{i_{13}}{i_{12}}$

其中 

为级间相位角； 

为非圆齿轮1的转角。 

从式(3)中可以看出，在非圆齿轮传动的过程中，两级非圆齿轮传动的传动比函数已变成关于 

的函数，当 

以不同的值出现时，就会得到不同的两级非圆齿轮传动比函数曲线，各非圆齿轮的位置关系如图3所示，图4为在 

取不同的值时的非圆齿轮两级传动比曲线。 

若以模数m₁＝3mm、齿数z₁＝30为例来进行设计非圆齿轮。此时的非圆齿轮传动的中心距为a＝92.1288mm，非圆齿轮1的节曲线： 

其中a为中心距； 

r₁为非圆齿轮1的向径； 

为非圆齿轮1的转角。 

则非圆齿轮2的节曲线为： 

其中a为中心距； 

r₁为非圆齿轮1的向径； 

为非圆齿轮1的转角； 

为非圆齿轮2的转角。 

图5是非圆齿轮1的齿廓图。图6是非圆齿轮2的齿廓图。图7是非圆齿轮1与非圆齿轮2的齿廓啮合图。 

由于非圆齿轮具有变传动比的特性，而无级变速技术则是要求持续而恒定的传动比。从两级非圆齿轮传动的传动比曲线图4中可以看出在非圆齿轮周转过程中，当相位夹角 

一定时在0～2π内其传动比并不是保持恒定不变的，其传动比保持恒定的只占有一部分，而其他部分则是变化的，而用于工作的部分恰恰是其传动比恒定的那一部分，因此，非圆齿轮传动应用于无级变速技术上，只有图4的一组非圆齿轮传动轮系是不能实现无级变速的。 

要完成无级变速传动，就必须需要多组如图4的非圆齿轮轮系。通过多组非圆齿轮的接力传动从而达到实现无级变速传动的目的。这就要求确定如图4非圆齿轮轮系的组数。本设计采用三组如图4非圆齿轮定轴轮系。 

为了能使 

的方便调节，本设计采用图8所示的两级非圆齿轮传动的布局形式。 

由于非圆齿轮1、2和3、4在传动过程中，它们的中心距保持不变，可以通过非圆齿轮3绕非圆齿轮4的转动来改变 的值，从而达到无级变速的目的。图8中(1)为非圆齿轮定轴轮系的级间相位夹角为 

的情况，而(2)则是其级间相位角最大为 

的情况，而其传动的变速比范围在1到0.3776。从图中可以看出，当非圆齿轮1、2、4的位置不变时，非圆齿轮3从位置(1)变化到位置(2)时，非圆齿轮间的级间相位角从0°变化到120°，非圆齿轮3的角速度ω₃就从ω₂变化到2.6481×ω₂。 

1.2分段连续无级变速传动装置： 

如图9所示，分段连续无级变速传动装置由非圆齿轮传动部分B和圆柱齿轮传动部分C组成，非圆齿轮传动部分B采用非圆齿轮定轴轮系并列式的方式，标号5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16表示非圆齿轮，标号17、18表示圆柱齿轮，标号19、20、21表示超越离合器，标号22是蜗轮蜗杆，标号Ⅴ是级间相位调节轴，标号23是支撑架。 

其传动过程为：动力从轴I输入传递到输入轴O上的非圆齿轮5、6、7上，然后传递到与之啮合的非圆齿轮8、10、12上，再经过非圆齿轮9、11、13和非圆齿轮14、15、16的啮合以及超越离合器19、20、21传递到级间相位调节轴Ⅴ，从而将动力输入到圆柱齿轮变速箱里，通过圆柱齿轮13、14的啮合传动将动力从输出轴输出。而其无级变速技术也是通过级间相位调节轴Ⅴ沿输出轴的转动来改变非圆齿轮定轴轮系间的级间相位角 

的值实现的。而级间相位角 的改变是通过蜗轮蜗杆22来实现的。 

动力传动路线如下：动力从轴Ⅰ，同步器1左接合，经圆柱齿轮将动力传动到输入轴O上，经非圆齿轮传动部分与超越离合器19、20、21传到轴Ⅴ上，通过一对圆柱齿轮17、18将动力传递到轴Ⅱ，再经圆柱齿轮传动部分将动力从轴Ⅳ输出。其中，同步器1右接合可以讲动力直接传递到轴Ⅱ上，经圆柱齿轮部分C将动力从轴Ⅳ输出。 

圆柱齿轮传动部分C：轴Ⅳ上空套有圆柱齿轮27、29、31、33，中间轴Ⅲ上固定有圆柱齿轮28、30、32、34，圆柱齿轮27与圆柱齿轮28啮合，圆柱齿轮29与圆柱齿轮30啮合，圆柱齿轮31与圆柱齿轮32啮合，圆柱齿轮33与圆柱齿轮34啮合，圆柱齿轮34啮合还与倒档轴R上的圆柱齿轮啮合。在圆柱齿轮27的侧边设有同步器24，在圆柱齿轮29与圆柱齿轮31之间设有同步器25，在圆柱齿轮33的侧边设有同步器26。 

其中在本设计中，非圆齿轮无级变速传动部分的变速范围是1～2。在动力传动过程中，若输入转速n_I＝2000r/min分段传动的如下： 

同步器A左结合，同步器26接合，输出轴Ⅳ转速为256.35～512.70r/min； 

同步器A左结合，同步器25右接合，输出轴Ⅳ转速为512.2～1024.4r/min； 

同步器A左结合，同步器25左接合，输出轴Ⅳ转速为1022.71～2045.4r/min； 

同步器A右结合，同步器24左接合，输出轴Ⅳ转速为2000r/min。 

在整个传动过程中，共分为4个阶段，而输出轴Ⅳ的转速是连续变化的，输出轴Ⅳ的变化范围在256.35～2000r/min之间。 

如图9所示，非圆齿轮传动部分的非圆齿轮啮合为3组。实际上，非圆齿轮啮合组数可以在2组到6组之间调整，而且随着组数的增加，非圆齿轮传动的输出就越平稳。 

分段连续无级变速传动装置动力传动流程如图10所示，发动机连接主离合器，主离合器又与双向同步器连接，双向同步器与分段连续无级变速传动装置连接，同时与变速器MT(手动)连接。分段连续无级变速传动装置通过超越离合器与变速器MT(手动)连接。 

本实用新型采用啮合传动实现无级变速传动，在承载能力上具有较大的潜力，适用于载荷较大的机械传动设备、大型货车等。 

Claims (1)

1.分段连续无级变速传动系统装置，其特征在于：由非圆齿轮传动部分和圆柱齿轮传动部分，非圆齿轮传动部分用于实现无级变速传动，圆柱齿轮传动部分用于传动比的扩大；

非圆齿轮传动部分的构成：包括输入轴、输出轴、级间相位调节轴，输入轴上固定连接有3个技术参数相同的第一非圆齿轮，输出轴上空套有6个技术参数相同的第二非圆齿轮，第一非圆齿轮与输出轴上的3个第二非圆齿轮啮合，级间相位调节轴上空套有3个技术参数相同的第三非圆齿轮，第三非圆齿轮与级间相位调节轴之间设有超越离合器，第三非圆齿轮与输出轴上的其余3个第二非圆齿轮啮合；输入轴的轴端固定连接有主动圆柱齿轮，输出轴的轴端固定连接有被动圆柱齿轮，输入轴与输出轴之间设有同步器；无级变速是通过级间相位调节轴(Ⅴ)沿输出轴的转动来改变非圆齿轮定轴轮系间的级间相位角 

的值实现的，而级间相位角 

的改变是通过蜗轮蜗杆来实现的；

圆柱齿轮传动部分的构成：包括输入轴、输出轴，输入轴与输出轴之间通过多级圆柱齿轮传动实现动力结合，输入轴上的圆柱齿轮与输入轴之间设有同步器；

非圆齿轮传动部分的输出轴与圆柱齿轮传动部分的输入轴通过同步器实现动力连接；

所述相互啮合的非圆齿轮的传动比函数为：

。

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