CN207864555U - 差速模式逆向动力输出行星齿轮并联无级变速器 - Google Patents

Abstract

提供一种差速模式逆向动力输出行星齿轮并联无级变速器，解决以往发动机无级变速传动系统结构复杂，轴向传动体积庞大的技术问题。具有动力输入用的差速器结构模式仅单向转动的左、右半轴，以及合并输出连续转矩的动力输出轴；左、右半轴固定安装仅单向转动的左、右行星齿轮，并通过左、右行星齿轮啮合左、右行星齿轮内齿圈，左、右行星齿轮内齿圈直接与发动机气缸活塞联接提供可变值线性输入动力，经无级变速器对称并联结构相同的行星齿轮传动以差速模式合并动力后直接从动力输出轴输出可变转矩的连续圆周运动动，省去诸如曲柄连杆机构等直线圆周转换传动机构的设置，精简发动机无级变速系统的结构并缩小其体积，提高发动机无级变速传动系统的机械传动效率。

Description

差速模式逆向动力输出行星齿轮并联无级变速器

技术领域

本实用新型属无级变速器技术领域，具体涉及一种差速模式逆向动力输出行星齿轮并联无级变速器。

背景技术

无级变速器一般采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合来传递动力，可以实现传动比的连续改变，从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配。常见的无级变速器有液力机械式无极变速器、金属带式无极变速器，电磁式无极变速器等。然而上述无极变速器结构不仅复杂，而且其与发动机的气缸活塞杆之间必须通过曲轴等曲柄连杆机构对发动机气缸活塞的输出动力进行切换后方能关联联接，即必须先将气缸活塞杆的直线运动先转变为圆周运动后才能进行无极变速，传动以及变速过程相对复杂、不利于轴向紧凑化设计的实现。为此，现拟借助差速器的差速传动模式，但却打破常规，以差速模式逆向输出动力，并以差速器差速模式逆向输出动力的基础上，借助行星齿轮自转、公转相辅相成，并受万向节以及单向轴承约束式的传动方式，而设计的新型无级变速器，省去气缸活塞杆必须先经曲柄连杆机构的直线转圆周运动变化的过程，换而通过较为简单的新型轴向紧凑式机械传动联接结构，直接将发动机气缸活塞杆的直线运动转换为可变转矩的圆周运动实现可变转矩的连续输出，现提出如下技术方案。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题：提供一种差速模式逆向动力输出行星齿轮并联无级变速器，采用结构相同的左、右行星齿轮组(4、5)，通过单向轴承2支撑仅单向旋转的差速器左、右半轴(101)，利用差速器具有的差速传动模式，打破常规采用差速逆向传动模式传递动力，并经差速器的左右对称的锥齿轮(102)将交替输入动力并联合并，换而从差速器的动力输出轴(103)输出直接随气缸活塞杆的线性力矩大小的改变，直接实现无极变速输出连续转矩圆周运动的目的；省去曲轴等曲柄连杆机构对发动机气缸活塞输出动力的切换步骤，与此同时，实现将气缸活塞杆的直线运动直接转换为随气缸活塞杆做功大小变化，实现可变速的连续圆周运动输出，即提高机械传动效率、连续输出转矩的无级变速目的。

本实用新型采用的技术方案：差速模式逆向动力输出行星齿轮并联无级变速器，其特征在于：具有作动力输入的差速器左右对称的左、右半轴，以及将左、右半轴的输入动力通过左右对称的锥齿轮合并后输出连续圆周运动的无级变速器的动力输出轴；其中差速器的左、右半轴分别通过左、右单向轴承同轴共线转动联接于无级变速器的箱体内，且左、右半轴另一端分别固定安装左、右行星齿轮，与左、右行星齿轮始终啮合设有左右对称结构相同的左、右行星齿轮内齿圈，且左、右行星齿轮内齿圈之间通过与左、右半轴平行的左、右万向节同轴共线联接；所述左、右万向节外侧支撑安装于箱体，所述左、右万向节内侧具有扰动及伸缩位移空间；所述左、右行星齿轮内齿圈分别作无级变速器动力输入、并分别与发动机气缸活塞直接相连取力、且交替以行程相等但方向相反方式做功，经无级变速器对称并联结构相同的行星齿轮传动、并以差速模式逆向并联将交替动力合并经动力输出轴输出连续转矩；所述动力输出轴输出转矩大小随左、右行星齿轮内齿圈所受力矩大小改变而直接实现无级变速连续圆周运动的动力输出。

上述技术方案中，为对左、右行星齿轮内齿圈之间通过左、右万向节的平行同轴联接提供更为稳定和灵活的扰动支持，作为优选技术方案，所述左、右万向节具有沿轴向滑动配合以实现轴向小角量伸缩位移的第一滑动扰动连接部；和以所述第一滑动扰动连接部为对称轴左右对称、结构相同实现万向节式绕动连接的第二万向节绕动连接部。

上述技术方案中，为对作为主要动力输入传动部件的左、右行星齿轮内齿圈和左、右行星齿轮提供更为稳定且灵活的结构安装和支撑，作为优选技术方案，所述左、右行星齿轮内齿圈分别通过第一左、右轴承的支撑与左、右半轴平行的左、右万向节同轴共线联接；所述左、右行星齿轮所在的左、右半轴，分别通过第二左、右轴承的支撑安装于轴承架的内侧，且所述左、右行星齿轮所在的左、右半轴均随左、右单向轴承支撑单向转动。

本实用新型与现有技术相比的优点：

1、本方案左、右行星齿轮内齿圈分别直接与发动机气缸活塞联接直接作无级变速的动力输入，但输入大小相等方向相反的线性力矩；当左行星齿轮内齿圈接受来自发动机伺服机构沿如图3所示Y轴F大小方向的线性位移驱动力后，因单向轴承的设置，左行星齿轮不发生自转，左行星齿轮内齿圈会绕中心转动；受左、右行星齿轮外齿圈5之间轴联接影响，左、右行星齿轮内齿圈均不能产生大转角自转动；这时，在前文所述的外力驱使作用下，右行星齿轮外齿圈5的唯一运动方式就只能是在左行星齿轮外齿圈转动的同时，沿X轴Y轴产生向下、向左的位移，并由该位移带动与其啮合的右行星齿轮在右侧单向轴承允许其转动的方向上单向自转，并最终将右行星齿轮的自转通过右半轴传递至差速器的右侧锥齿轮，并经右侧锥齿轮啮合的动力输出轴1上的齿轮输出转矩；可见，右行星齿轮的转矩输出包含两部分，一部分由左行星齿轮内齿圈带动右行星齿轮内齿圈驱动右行星齿轮转动，另一部分来自右行星齿轮内齿圈沿两轴的做功位移驱动右行星齿轮转动；为保证动力输出轴连续转矩的输出，所述左、右行星齿轮内齿圈必须接受来自发动机伺服机构的线性力矩大小相等、但行程始终相反的功即可；即就是说，当发动机的气缸活塞杆直接交替对左、右行星齿轮内齿圈做功，使沿左、右行星齿轮内齿圈联结轴的垂直方向始终产生位移行程相等，但方向相反的功，即可实现本实用新型动力输出轴以差速模式逆向传动、并联交替合并输出连续转矩的目的；在此过程中，随着左、右行星齿轮内齿圈行程的改变，即左、右行星齿轮内齿圈所受来自发动机伺服机构的线性力矩大小相等、但行程相反做功大小的改变，经动力输出轴输出“无级变速式”的连续转矩输出。

2、本方案不仅直接实现了发动机气缸活塞杆从线性运动至连续圆周运动的传动改变；而且还实现了随发动机气缸活塞线性运动力矩大小相等、方向相反，但随做功大小的改变，直接实现转矩大小相应改变的连续转矩动力输出即无级变速的目的，一举两得；

3、本方案无级变速器的行星齿轮内齿圈与发动机气缸活塞联接后，以前文所述动力传递的方式将发动机气缸活塞的直线运动转换为连续可变值的圆周运动，实现发动机气缸活塞和无级变速器之间可变值的连续圆周远动动力输出，精简了发动机传动变速系统的结构，使发动机至变速器之间的动力传递变得更为便捷、高效，并缩小了发动机动力变速系统的轴向长度，相应地减小了发动机无级变速整体的传动以及变速结构体积。

附图说明

图1为本实用新型一种实施例的结构示意图；

图2为图1实施例的侧视工作原理简图示意；

图3为左行星齿轮内齿圈、左行星齿轮受F向力驱动做功前的初始状态工作原理示意图；

图4为图3受F向力驱动做功变化后的状态示意图；

图5为右行星齿轮内齿圈、右行星齿轮受F向力驱动做功前的初始状态工作原理示意图；

图6为图5受F向力驱动做功变化后的状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-6描述本实用新型的一种实施例。

以下的实施例便于更好地理解本实用新型，但并不限定本实用新型。下述实施例中控制电路的实现，如无特殊说明，均为常规控制方式。下述实施例中所用的部件，如无特殊说明，均为市售。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，“上、下、左、右、内、外”等包含在术语中的方位词仅代表该术语在常规使用状态下、或如图所示实施例的所指方位，或为本领域技术人员理解的俗称，而不应视为对该术语的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，例如，联接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过其它机械构件如相应轴承构件间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况，以及本实用新型的差速模式逆向、约束式、行星齿轮传动方式，来具体理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

差速模式逆向动力输出行星齿轮并联无级变速器，(如图片1所示)，为利用差速器的差速模式，打破常规差速器的动力传动方向，利用差速器的差速模式实现无级变速式的传动：具有作动力输入的差速器1左右对称的左、右半轴(Ⅰ、Ⅱ)101，以及将左、右半轴(Ⅰ、Ⅱ)101的输入动力通过左右对称的锥齿轮(Ⅰ、Ⅱ)102合并后输出连续圆周运动的无级变速器的动力输出轴(Ⅰ、Ⅱ)103。在此基础上，为利用行星齿轮传动，并结合差速模式实现省去曲柄连杆机构的无级变速：其中，差速器1的左、右半轴(Ⅰ、Ⅱ)101分别通过左、右单向轴承(Ⅰ、Ⅱ)2同轴共线转动联接于无级变速器的箱体3内，且左、右半轴(Ⅰ、Ⅱ)101另一端分别固定安装随左、右半轴(Ⅰ、Ⅱ)101同时自转的左、右行星齿轮(Ⅰ、Ⅱ)4，以通过左、右单向轴承(Ⅰ、Ⅱ)2支持左、右半轴(Ⅰ、Ⅱ)101和左、右行星齿轮(Ⅰ、Ⅱ)4的单向转动。与左、右行星齿轮(Ⅰ、Ⅱ)4始终啮合设有左右对称结构相同的左、右行星齿轮内齿圈(Ⅰ、Ⅱ)5，且左、右行星齿轮内齿圈(Ⅰ、Ⅱ)5之间通过与左、右半轴(Ⅰ、Ⅱ)101平行的左、右万向节(Ⅰ、Ⅱ)6同轴共线联接；借助行星齿轮特有的自转、公转特性，和差速模式逆向传动共同实现无级变速连续转矩动力输出目的的同时，通过左、右万向节(Ⅰ、Ⅱ)6实现左、右行星齿轮内齿圈(Ⅰ、Ⅱ)5之间的轴联接，以约束左、右行星齿轮内齿圈(Ⅰ、Ⅱ)5之间的同步自转。对此，进一步地，所述左、右万向节(Ⅰ、Ⅱ)6外侧支撑安装于箱体3。具体地，为确保左、右万向节(Ⅰ、Ⅱ)6实现左、右行星齿轮内齿圈(Ⅰ、Ⅱ)5轴联接的同时，具备一定的万向节式扰动变换空间：所述左、右万向节(Ⅰ、Ⅱ)6外侧端可通过以支承径向承载为主的小接触角球轴承或滚子轴承来实现左、右万向节(Ⅰ、Ⅱ)6外侧端的支承安装，除此之外，还可以其它能够实现万向节式轴联接的扰动变换为目的，其它更为稳定的支撑方式，来实现左、右万向节(Ⅰ、Ⅱ)6连同左、右行星齿轮内齿圈(Ⅰ、Ⅱ)5相对于箱体3的关联支撑安装。此外，为关联并支持左、右行星齿轮内齿圈(Ⅰ、Ⅱ)5之间的轴联接运动：所述左、右万向节(Ⅰ、Ⅱ)6内侧具有扰动及伸缩位移空间；工作时：所述左、右行星齿轮内齿圈(Ⅰ、Ⅱ)5分别作无级变速器动力输入、并分别与发动机气缸活塞直接相连取力、且交替以行程相等但方向相反方式做功，经无级变速器对称并联结构相同的行星齿轮传动、并以差速模式逆向并联将交替动力合并经动力输出轴103输出连续转矩；所述动力输出轴103输出转矩大小随左、右行星齿轮内齿圈5所受力矩大小改变而直接实现无级变速连续圆周运动的动力输出。

上述技术方案中，为对左、右行星齿轮内齿圈(Ⅰ、Ⅱ)5之间通过左、右万向节(Ⅰ、Ⅱ)6的平行同轴联接提供更为稳定和灵活的扰动支持，作为优选技术方案，所述左、右万向节(Ⅰ、Ⅱ)6具有沿轴向滑动配合以实现轴向小角量伸缩位移的第一滑动扰动连接部601；和以所述第一滑动扰动连接部601为对称轴左右对称、结构相同实现万向节式绕动连接的第二万向节绕动连接部(Ⅰ、Ⅱ)602。具体实施时，如图1所示实施例，所述第一滑动扰动连接部601可通过为子母结构的轴套筒实现万向节一定范围内的绕动功能；通过如图1所示实施例第一滑动扰动连接部601的轴套筒套筒内端面制有的插销与套筒轴外圆周面制有的键槽沿轴向滑动配合实现万向节的适量角位移伸缩调节。

上述技术方案中，为对作为主要动力输入传动部件的左、右行星齿轮内齿圈(Ⅰ、Ⅱ)5和左、右行星齿轮(Ⅰ、Ⅱ)4提供更为稳定且灵活的结构安装和支撑，作为优选技术方案，所述左、右行星齿轮内齿圈(Ⅰ、Ⅱ)5分别通过第一左、右轴承(Ⅰ、Ⅱ)7的支撑与左、右半轴(Ⅰ、Ⅱ)101平行的左、右万向节(Ⅰ、Ⅱ)6同轴共线联接；所述左、右行星齿轮(Ⅰ、Ⅱ)4所在的左、右半轴(Ⅰ、Ⅱ)101，分别通过第二左、右轴承(Ⅰ、Ⅱ)9的支撑安装于轴承架(Ⅰ、Ⅱ)8的内侧，且所述左、右行星齿轮(Ⅰ、Ⅱ)4所在的左、右半轴(Ⅰ、Ⅱ)101均随左、右单向轴承(Ⅰ、Ⅱ)2支撑单向转动。具体实施时，所述第一左、右轴承(Ⅰ、Ⅱ)7与第二左、右轴承(Ⅰ、Ⅱ)9在具体选择时，应根据其所主要承载的轴向或径向载荷的不同而定。

可见，本实用新型差速器差速模式的传动方向恰好与传统的汽车差速器差速模式的传动方向相反。也正是利用这一特点，本实用新型最大的改进点在于：将以往用作差速器动力输出的左、右半轴(Ⅰ、Ⅱ)101在本实用新型中换而当对称交替的动力输入所用。并用左、右单向轴承(Ⅰ、Ⅱ)2的安装分别支撑上文所述的左、右半轴(Ⅰ、Ⅱ)101的单向转动进一步实现无级变速器动力输出轴103连续圆周运动的动力输出。将左、右行星齿轮内齿圈(Ⅰ、Ⅱ)5直接与发动机气缸活塞的直线往复运动直接联接并取力，且左、右行星齿轮内齿圈(Ⅰ、Ⅱ)5啮合的左、右行星齿轮(Ⅰ、Ⅱ)4，与此同时，左、右行星齿轮内齿圈(Ⅰ、Ⅱ)5之间通过左、右万向节6轴联接，省去以往发动机气缸必须先借助曲柄连杆机构将活塞的直线运动转换为圆周运动后再变速的传动步骤，直接将气缸活塞的直线运动转换为可变直径的圆周运动输出动力。

工作原理：(如图3至图4，再由图4恢复至图3；如图5至图6，再由图6恢复至图5的过程，为气缸完成一个往复工作回程的本实用新型工作原理状态变化示意图)需要说明的是，所述左、右行星齿轮内齿圈(Ⅰ、Ⅱ)5分别直接与发动机气缸活塞联接直接作无级变速的动力输入，但始终同步输入大小相等、但方向相反的线性力矩做功、做本实用新型无级变速的动力输入。(如图3所示)当左行星齿轮内齿圈Ⅰ5接受来自发动机伺服机构沿如图3所示Y轴F大小方向的线性位移驱动力后，因单向轴承Ⅰ2的设置，左行星齿轮Ⅰ4受单向轴承限制不发生自转，但左行星齿轮内齿圈Ⅰ5会带动左行星齿轮Ⅰ4绕中心公转转动并变换至如图4所示位置；与此同时，左行星齿轮内齿圈Ⅰ5应当带动右行星齿轮内齿圈Ⅱ5转动，且右行星齿轮内齿圈Ⅱ5应当带动右行星齿轮4转动。但是，受左、右行星齿轮内齿圈(Ⅰ、Ⅱ)5之间轴联接影响，右行星齿轮内齿圈Ⅱ5不能顺势转动，在外力作用下，右行星齿轮内齿圈Ⅱ5的唯一运动方式就是在左行星齿轮内齿圈Ⅰ5转动的同时沿X轴Y轴产生向下、向左一定的位移，也正是这个向下、向左趋势的位移带动右行星齿轮Ⅱ4自转，并将该自转转矩经右半轴Ⅱ101传递至差速器的右侧锥齿轮Ⅱ102，并经右侧锥齿轮Ⅱ102啮合的动力输出轴103上的齿轮输出转矩。可见，右行星齿轮Ⅱ4的转矩输出包含两部分，一部分由左行星齿轮内齿圈Ⅰ5带动右行星齿轮内齿圈Ⅱ5驱动右行星齿轮Ⅱ4转动；另一部分来自右行星齿轮内齿圈Ⅱ5沿X轴Y轴象限内的斜向位移驱动右行星齿轮Ⅱ4转动。在此工作原理上：为保证动力输出轴103连续转矩的输出，并使左右齿轮组随发动机气缸活塞完成一个完整的工作回程：只需将所述左、右行星齿轮内齿圈(Ⅰ、Ⅱ)5始终接受来自发动机伺服机构的线性力矩大小相等、但力矩行程方向相反做功的同时，再结合左、右单向轴承2支持的左、右行星齿轮(Ⅰ、Ⅱ)4的单向转动共同实现即可。以此，不仅保证了动力输出轴103连续转矩的输出，而且保证了左、右两组齿轮组的顺利恢复至起始状态即一个工作回程的完成(如图4恢复至图3状态以及图6恢复至图5起始状态所示)。

即就是说，当发动机的气缸活塞杆直接交替对左、右行星齿轮内齿圈(Ⅰ、Ⅱ)5做功，使沿左、右行星齿轮内齿圈5联结轴的垂直方向始终产生位移行程相等，但方向相反的功，即可实现本实用新型动力输出轴103以差速模式逆向传动、并联交替合并输出连续转矩的目的；在此过程中，随着左、右行星齿轮内齿圈5行程的改变，即左、右行星齿轮内齿圈5所受来自发动机伺服机构的线性力矩大小相等、但行程相反做功大小的改变，就同时相应改变了动力输出轴103输出“无级变速式”连续转矩转速的改变。

综上所述，本实用新型不仅直接实现了发动机气缸活塞杆从线性运动至连续圆周运动的传动改变；而且还实现了随发动机气缸活塞线性运动力矩大小相等、方向相反，但随做功大小的改变，直接实现转矩大小相应改变的连续转矩动力输出即无级变速的目的，一举两得；而且，本实用新型无级变速器的行星齿轮内齿圈与发动机气缸活塞联接后，以前文所述动力传递的方式将发动机气缸活塞的直线运动转换为连续可变值的圆周运动，实现发动机气缸活塞和无级变速器之间可变值的连续圆周远动动力输出，精简了发动机传动变速系统的结构，使发动机至变速器之间的动力传递变得更为便捷、高效，并缩小了发动机动力变速系统的轴向长度，相应地减小了发动机无级变速整体的传动以及变速结构体积。

上述实施例，只是本实用新型的较佳实施例，并非用来限制本实用新型实施范围，故凡以本实用新型权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本实用新型权利要求范围之内。

Claims (3)

1.差速模式逆向动力输出行星齿轮并联无级变速器，其特征在于：具有作动力输入的差速器(1)左右对称的左、右半轴(101)，以及将左、右半轴(101)的输入动力通过左右对称的锥齿轮(102)合并后输出连续圆周运动的无级变速器的动力输出轴(103)；其中差速器(1)的左、右半轴(101)分别通过左、右单向轴承(2)同轴共线转动联接于无级变速器的箱体(3)内，且左、右半轴(101)另一端分别固定安装左、右行星齿轮(4)，与左、右行星齿轮(4)始终啮合设有左右对称结构相同的左、右行星齿轮内齿圈(5)，且左、右行星齿轮内齿圈(5)之间通过与左、右半轴(101)平行的左、右万向节(6)同轴共线联接；所述左、右万向节(6)外侧支撑安装于箱体(3)，所述左、右万向节(6)内侧具有扰动及伸缩位移空间；所述左、右行星齿轮内齿圈(5)分别作无级变速器动力输入、并分别与发动机气缸活塞直接相连取力、且交替以行程相等但方向相反方式做功，经无级变速器对称并联结构相同的行星齿轮传动、并以差速模式逆向并联将交替动力合并经动力输出轴(103)输出连续转矩；所述动力输出轴(103)输出转矩大小随左、右行星齿轮内齿圈(5)所受力矩大小改变而直接实现无级变速连续圆周运动的动力输出。

2.根据权利要求1所述的差速模式逆向动力输出行星齿轮并联无级变速器，其特征在于：所述左、右万向节(6)具有沿轴向滑动配合以实现轴向小角量伸缩位移的第一滑动扰动连接部(601)；和以所述第一滑动扰动连接部(601)为对称轴左右对称、结构相同实现万向节式绕动连接的第二万向节绕动连接部(602)。

3.根据权利要求1所述的差速模式逆向动力输出行星齿轮并联无级变速器，其特征在于：所述左、右行星齿轮内齿圈(5)分别通过第一左、右轴承(7)的支撑与左、右半轴(101)平行的左、右万向节(6)同轴共线联接；所述左、右行星齿轮(4)所在的左、右半轴(101)，分别通过第二左、右轴承(9)的支撑安装于轴承架(8)的内侧，且所述左、右行星齿轮(4)所在的左、右半轴(101)均随左、右单向轴承(2)支撑单向转动。