CN212717847U - 一种机械式无级变速器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机械式无级变速器，包括行星齿轮，行星齿轮包括内齿圈、行星架和太阳轮，所述行星齿轮为两组，两组行星齿轮中，内齿圈、行星架、太阳轮对应串联：两行星齿轮的内齿圈传动连接、两行星齿轮的太阳轮传动连接；两行齿轮的行星架传动连接；以上三组传动连接路线中，至少有一组为定转速差变速传动；还包括调速器，所述调速器串联在其中一组传动连接路线中，所述调速器用于无级调整所在传动连接路线上的变速差；所述调速器所在的传动连接路线与所述变速传动所在的传动连接路线为不同的传动连接路线。采用本方案提供的无级变速器，应用行星齿轮实现全齿轮啮合，不仅具有过零点连续调速的特点，同时传动功率大，传动效率高。

Description

一种机械式无级变速器

技术领域

本实用新型涉及变速器技术领域，特别是涉及一种机械式无级变速器。

背景技术

无级变速器是机械传动系统中常用的传动装置，通过传动比渐变式的改变，能实现输出轴的转速在一定范围内连续变化，以满足机器生产系统在运转过程中各种不同工况的要求。

对提高产品的产量，适应产品变换需要，节约能源，实现整个系统的机械化，自动化等各方面皆具显著的效果。故无级变速器目前已成为一种通用的传动元件，在汽车和各工业部门已获得广泛应用。

现有的机械无级变速器主要有摩擦式、液力式和脉动式三种。摩擦式主要有CVT。锥盘滚轮式CVT行星锥盘无级变速器等其特点可实现输出连续变化，但传递功率小。液力式其特点可实现输出连续变化传递功率大，但在变速的大多数范围内效率较低。脉动式无级变速器CVT 的特点是低速可达到零，但传动引起的震动较大故应用较少。

实用新型内容

针对上述提出的现有技术中机械无级变速器的特点，本实用新型提供了一种机械式无级变速器及运用，采用本方案提供的无级变速器、无级变速方法，应用行星齿轮实现全齿轮啮合，不仅具有过零点连续调速的特点，同时传动功率大，传动效率高，本方案还提供了一种原动机高效率运行的运用。

本实用新型提供的一种机械式无级变速器通过以下技术要点来解决问题，一种机械式无级变速器，包括行星齿轮，所述行星齿轮包括内齿圈、行星架和太阳轮，所述行星齿轮为两组，两组行星齿轮中，内齿圈、行星架、太阳轮对应串联：两行星齿轮的内齿圈传动连接、两行星齿轮的太阳轮传动连接；两行齿轮的行星架传动连接；

以上三组传动连接路线中，至少有一组为定转速差变速传动；

还包括调速器，所述调速器串联在其中一组传动连接路线中，所述调速器用于无级调整所在传动连接路线上的变速差；

所述调速器所在的传动连接路线与所述变速传动所在的传动连接路线为不同的传动连接路线。

本实用新型为了解决现有无级变速器不能实现，大功率过零点平稳传动的缺点。能实现全齿轮传动实现大功率，过零点平稳传动。

本方案根据在无级调速装置中所实现的功能，分为三部分说明：一、调速器部分（图3）；二、无级变速组件部分（图2）；三、无级变速器部分（图1）。

本实用新型的调速器部分可设置为：亦采用两组行星齿轮，且属于调速器的两组行星齿轮均包括太阳轮，内齿圈，行星架，两组行星齿轮分别作为输出和输入。具体结构连接中，在调速器所在传动连接路线上，以上太阳轮，内齿圈，行星架亦形成如上无级变速器所述的对应串联关系，调速器上相应的三组传动连接路线中，一组直接连接，另一组通过一个如包括调速电机和圆锥齿轮的具体调速部件连接，调速电机固定在机壳上，调速电机不转时输入、输出转速相等，调速电机转动时输入、输出产生速度差，实现调整所在传动连接路线上的变速差。关于以上调速器具体实现方式，可设置在无级变速器整体组成中两行星齿轮的行星架之间，亦可设置为在无级变速器整体基础上的行星轮之间。

本实用新型的无级变速组件部分可通过两组行星齿轮行星架、内齿圈、太阳轮其中两组固定串联，使这两组行星齿轮产生一个速度差。另一组则通过一个调速器串联，调速器上一个很小的速度变化就可以控制两组行星齿轮的内齿圈、行星架、太阳轮之间的运动速度发生一个很大的变化。同时产生一个内部功率流，在一个行星齿轮上是从动件的，在另一个行星齿轮上是主动件。内齿圈、行星架、太阳轮中的一组，在一定的转速范围内，一组在作为主动件的受到的阻力小于作为从动件的所获得的动力，作为输出元件，通常选取内齿圈，因为内齿圈能获得较大的变速范围。另一组则主动件的受到的阻力等于作为从动件的所获得的动力，作为反馈元件。两组元件作为主动件和从动件转矩相等时无转矩输出，该点为无级变速器的自锁点。第三组在作为主动件的受到的阻力大于作为从动件的所获得的动力，作为输入元件。

无级变速器还可进行可调速的功率分流，这一特点特别适用于混动汽车等需要功率分流的应用。

由于存在循环功率流效率不高，可将输入分成两路，一路通过内齿圈传动齿轮传递到下一级行星齿轮，另一个通过接入无级调速器输出到下一级行星齿轮，而后合成输出。通常第一级行星齿轮采用行星架输入内齿圈直接通过内齿圈传动齿轮传动到下一级内齿圈，如根据具体需要，第一级的太阳轮较小，第二级太阳轮较大，相对于传统无级变速器，可达到提高传动效率的目的。由于无级变速器过零点调速，在放大倍数很大时，功率会通过内齿圈传动齿轮回流，故在内齿圈传动齿轮的传动轴上优选设置为包括单向轴承。

由于存在两行星齿轮的内齿圈传动连接功率传递路线，相较于现有技术的无级变速器，具有可传动功率大的特点。

更进一步的技术方案为：

作为一种具体的振动小的调速器实现方式，设置为：所述调速器包括调速电机及圆锥齿轮，所述圆锥齿轮与调速电机同轴且连接于调速电机的转子上，所述圆锥齿轮串联在对应的传动连接路线中。本方案在具体运用时，针对无级变速器的两端，所述调速器串联在两端之间即可，具体串联方式可采用如上如上的通过行星齿轮完成串联的方式。

考虑到本无级变速器的传动比可调范围，设置为：两组行星齿轮中，其中一组行星齿轮上的行星架或太阳轮作为无级变速器的输入端，另一组行星齿轮上的内齿圈作为无级变速器的输出端。

作为具体的定转速差变速传动方式，设置为：所述的定转速差变速传动为：两组行星齿轮中，两内齿圈的外齿数量不同；两组行星齿轮中，两行星轮的齿数不同；两行星齿轮的内齿圈传动连接为：两内齿圈通过齿轮形成定传动比传动连接关系，两组行星齿轮中，用于实现定传动比传动连接的齿轮的齿数不同。本方案中，以上两内齿圈通过齿轮形成定传动比传动连接关系即提供了一种具体的内齿圈传动连接方式，在具体结构中，以上齿轮即为如下所述的内齿圈传动齿轮，如包括第一内齿圈传动齿轮、第二内齿圈传动齿轮，内齿圈传动齿轮之间采用传动轴直接传递转矩即可。

考虑到为减小无级变速器整体的径向尺寸，设置为：所述调速器串联在两行星架之间。

考虑到为减小无级变速器整体的轴向尺寸，设置为：所述调速器串联在两太阳轮之间。

本方案还提供了一种无级变速方法，该方法基于行星齿轮，所述行星齿轮包括内齿圈、行星架和太阳轮，所述行星齿轮为两组，两组行星齿轮中，内齿圈、行星架、太阳轮对应串联：两行星齿轮的内齿圈传动连接、两行星齿轮的太阳轮传动连接；两行齿轮的行星架传动连接；

以上三组传动连接路线中，其中一组作为功率输入路线，另外两组均作为功率反馈路线，且所述的另外两组中，其中一组还作为功率输出路线；

所述功率反馈路线用于实现功率输出路线的转速调节。

采用本方案，利用行星齿轮能够提供的全齿轮啮合形态，在传递功率时，如相较于摩擦式无级变速器，不仅具有过零点连续调速的特点，同时具有传动功率大，传动效率高的特点。

一种机械式无级变速器作为功率分流器的运用。在具体运用时，可通过设置为无级变速器本身具有两个输出端，如以上所述的传动连接路线中，两组作为功率反馈路线的传动连接路线上均设置输出端，在原动机工作在功率曲线上高功率范围内时，如以其中一个输出端的转速作为主要控制指标，在该主要控制指标满足所需的情况下，功率流可由另一输出端输出。

本实用新型具有以下有益效果：

本方案提供的无级变速器可进行可调速的功率分流，这一特点特别适用于混动汽车等需要功率分流的应用。

本方案提供的无级变速器的具体结构设计中，由于存在循环功率流效率不高，可将输入分成两路，一路通过内齿圈传动齿轮传递到下一级行星齿轮，另一个通过接入无级调速器输出到下一级行星齿轮，而后合成输出。通常第一级行星齿轮采用行星架输入内齿圈直接通过内齿圈传动齿轮传动到下一级内齿圈，如根据具体需要，第一级的太阳轮较小，第二级太阳轮较大，相对于传统无级变速器，可达到提高传动效率的目的。由于无级变速器过零点调速，在放大倍数很大时，功率会通过内齿圈传动齿轮回流，故在内齿圈传动齿轮的传动轴上优选设置为包括单向轴承。

由于存在两行星齿轮的内齿圈传动连接功率传递路线，相较于现有技术的无级变速器，具有可传动功率大的特点。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种机械式无级变速器一个具体实施例的结构示意图；

图2是本实用新型提供的一种机械式无级变速器一个具体实施例中，无级变速组件部分的结构示意图；

图3是本实用新型提供的一种机械式无级变速器一个具体实施例中，调速器部分的结构示意图。

图中的附图标记依次为：1、输入轴，2、第一内齿圈传动齿轮，3、第一双面齿内齿圈，4、第一行星轮，5、第一太阳轮，6、第一行星架，7、第三内齿圈传动齿轮，8、第三双面齿内齿圈，9、第三行星轮，10、第三太阳轮，11、第三行星架 12、第四内齿圈，13、第四行星轮，14、第四太阳轮，15、第四行星架，16、调速电机，17、第一圆锥齿轮，18、第二圆锥齿轮，19、第三圆锥齿轮，20、第五内齿圈，21、第五行星轮，22、第五行星架，23、第五太阳轮，24、第五行星架，25、第二行星轮，26、第二内齿圈传动齿轮，27、第二双面齿内齿圈，28、第二太阳轮，29、第一内齿圈传动齿轮，30、第二双面齿内齿圈，31、第六行星轮，32、第六太阳轮，33、输出轴，34、单向轴承。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但是本实用新型的结构不仅限于以下实施例。

实施例1：

为便于更好的理解本技术方案，结合图1至图3，本实施例提供一种具体的无级变速器实现形式，同时对其原理、功能等做更为详细的说明：

为方便理解，以下分四部分说明工作原理。

第一部分

如图3所示，第四内齿圈12、第四行星轮13、第四太阳轮14构成一个行星齿轮。第五内齿圈20、第五行星轮21、第五太阳轮23构成一个行星齿轮。两个行星齿轮完全相同。第四太阳轮14与第五太阳轮23由空心轴相连。第四行星架15带一个第二圆锥齿轮18、第五行星架22带一个第三圆锥齿轮19，第二圆锥齿轮18、第三圆锥齿轮19均与第一圆锥齿轮17啮合，调速电机16固定在机壳上带动第一圆锥齿轮17转动，第三行星架11和第五行星架24分别为输入、输出。该装置要实现的功能是当调速电机16不转时第三行星架11和第四第五行星架24之间转速差为零，当调速电机16转动时控制第三行星架11和第五行星架24之间形成转速差。本部分的功能时使第三行星架11和第五行星架24之间的转速差由调速电机16控制。以上仅列举了实现采用电机实现差速调整的其中一种具体形式，在以上结构中，针对输入端和输出端，内齿圈、行星架和太阳轮三组中，任意一组直接用与输入轴连接作为输入端，另一组直接用与输出轴连接作为输出端，其余一组通个以上提供的差速调整模式均可实现电机控制调速功能。

第二部分

如图2所示是本实用新型的无级变速器部分第三双面齿内齿圈8、第三行星轮9、和第三太阳轮10为一个行星齿轮.与该行星齿轮对应的，另一个行星齿轮包括第二双面齿内齿圈27、第二行星轮25、和第二太阳轮28，第三行星轮9和第二行星轮25完全相同，第三双面齿内齿圈8和第二双面齿内齿圈27两者的内齿相同，但外齿不同。还包括第三内齿圈传动齿轮7和第二内齿圈传动齿轮26，第三内齿圈传动齿轮7和第二内齿圈传动齿轮26经过一根与两者同轴的轴相连，第三内齿圈传动齿轮7与第三双面齿内齿圈8的外齿啮合，第二内齿圈传动齿轮26与第二双面齿内齿圈27的外齿啮合，目的是：使第三双面齿内齿圈8的角速度与第二双面齿内齿圈27的角速度不同。为便于理解，以下为第三双面齿内齿圈8的角速度小于第二双面齿内齿圈27角速度的情况分析说明：列如，第三双面齿内齿圈8的外齿为101齿，第二双面齿内齿圈27的外齿为100齿，第三双面齿内齿圈8的外齿的基圆直径大于第二双面齿内齿圈27的外齿基圆直径，第三内齿圈传动齿轮7和第二内齿圈传动齿轮26相同，由于第三双面齿内齿圈8和第三内齿圈传动齿轮7与第二双面齿内齿圈27和第二内齿圈传动齿轮26的中心距不等，可采用齿轮变位的方法使它们保证啮合，从而使第三双面齿内齿圈8的角速度比第二双面齿内齿圈27的角速度小约1％。

结合以上，以下说明具体工作过程当第一行星架6为输入、调速电机16转速为零，第三行星架11和第五行星架24转速相同，由于第三双面齿内齿圈8的角速度和第二双面齿内齿圈27的角速度不等，由于第三太阳轮10的角速度与第二太阳轮28的角速度相同，因此第三双面齿内齿圈8和第二双面齿内齿圈27不转动，输出为零。当调速电机16开始转动使第三行星架11的转速比第五行星架24的转速慢时，第三行星架11的转速是第三双面齿内齿圈8与第三太阳轮10之和的一半，第五行星架24的转速是第二双面齿内齿圈27、第二太阳轮28之和的一半，通过控制第三行星架11和第五行星架24的转速差，达到控制第二双面齿内齿圈27转速、控制第二双面齿内齿圈27输出转速的目的。因此，在整个传递路线上，通过控制调速电机16的转速，可达到控制第二双面齿内齿圈27输出转速，实现无级变速的目的。

以下说明两组行星齿轮在工作时的内部功率流情况。行星齿轮中，行星架作为主动元件，内齿圈太阳轮作为从动元件，两个角速度相等时，两个的阻力相等，当一个的阻力是另一个的一倍时阻力大的元件的转速为零，中间成线性变化。当太阳轮与内齿圈作为主动元件行星架作为从动元件时，两个的动力相等，两个的角速度相同，当一个的动力为另一个动力一倍时动力小的转速为零，中间成线性变化。由此可知：在图2中，在第三太阳轮10和第二太阳轮28的角速度大于第三双面齿内齿圈8和第二双面齿内齿圈27的角速度时，第三太阳轮10与第二太阳轮28为反馈元件，受到阻力与获得的动力相等。第二双面齿内齿圈27作为从动元件获得的动力大于第三双面齿内齿圈8作为主动元件受到的阻力，作为输出元件。第五行星架24作为主动元件受到的阻力大于第三行星架11作为从动元件所获得的动力，作为输入元件。

当调速电机16转动，使第三双面齿内齿圈8和第二双面齿内齿圈27与第三太阳轮10和第二太阳轮28的角速度相等时，装置会发生自锁，无转动力矩输出。

以上仅是本无级变速器的一种实施方式，其它方式也可以实现，基于的构思为：两级行星齿轮的内齿圈、行星架、太阳轮中的两组分别对应串联，另一组通过一个可调速的锥齿轮串联均可。如输入为太阳轮、外齿圈、行星架均可，图3所示的调速器可接入图2所示的第三双面齿内齿圈8、第三行星轮9和第三太阳轮10，或第二双面齿内齿圈27、第二行星轮25和第二太阳轮28之间，以上方式中的任何一种都可以达到通过调速电机16达到调速的目的。同时，针对以上提出的运用外齿差的情况，还可采用如：在传递路线上，前级行星齿轮组和后级行星齿轮组也可通过前后级太阳轮、行星架的参数设定实现。以上所述各种形式均在本实用新型的保护范围内。

综上所述，针对实现无级变速。两组行星齿轮内齿圈、行星架、太阳轮，其中两组相连接形成一定的传动差。另一组通过如图3所示的调速装置连接，通过调速电机的速度变化控制太阳轮、行星架、内齿圈三者的速度变化。两组行星齿轮构成一个循环功率流，构思为：内齿圈、行星架、太阳轮在一组行星齿轮上作为主动元件，在另一组行星齿轮上作为从动元件，在一定转速范围内，作为主动元件受到的阻力小于作为从动件获得的动力，差值即为输出。在转速变化到作为主动件和作为从动件动力和阻力相等时为自锁点。

本无级变速器也可以作为机械分流器使用，通过调速电机16控制第二双面齿内齿圈27和第二太阳轮28的转速，在第二双面齿内齿圈27、第二太阳轮28均带负载时，可精确控制第二双面齿内齿圈27、第二太阳轮28的转速。

第三部分

以上介绍了无级变速部分的工作原理是靠循环功率流实现无级变速，因此效率不高。第三部分主要是提高无级变速器的效率，工作原理如图1所示：输入轴1为输入，一路通过第一双面带齿内齿圈3、第一内齿圈传动齿轮2和第一内齿圈传动齿轮29传递到下一级行星齿轮：第二双面带齿内齿圈30，另一路通过第一太阳轮5、第一行星架6输入无级变速器，通过无级变速器输入下一级行星齿轮的第六太阳轮32。输出输出轴33由第二双面带齿内齿圈30和第六太阳轮32驱动。由于无级变速器输出变速倍数较大时，功率会通过第二双面带齿内齿圈30、第一内齿圈传动齿轮29、第一内齿圈传动齿轮2、第一双面带齿内齿圈3回流，故优选的，在第一内齿圈传动齿轮29与第一内齿圈传动齿轮2的传递路径上，设置用于相应连接轴转动方向的单向轴承34防止功率回流。当无级变速器双面带齿内齿圈27输出增大时，第一太阳轮5的阻力增大部分功率则通过第一双面带齿内齿圈3传递到第六行星轮31，由第六太阳轮32、第五内齿圈20合成到输出轴33输出。由于太阳轮和内齿圈的角速度相同时两者的阻力相同，故在具体运用时，可将第一太阳轮5在尺寸参数上做得较第六太阳轮32小，让较多的功率从外齿圈流过以提高效率。

第四部分

针对调速电机的控制，如图1所示，输入轴1和输出轴33装速度传感器将信号接入单片机或PLC输入速度控制指令，由单片机或可编程控制器输出控制图1中调速电机16的转速。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种机械式无级变速器，包括行星齿轮，所述行星齿轮包括内齿圈、行星架和太阳轮，其特征在于，所述行星齿轮为两组，两组行星齿轮中，内齿圈、行星架、太阳轮对应串联：两行星齿轮的内齿圈传动连接、两行星齿轮的太阳轮传动连接；两行齿轮的行星架传动连接；

以上三组传动连接路线中，至少有一组为定转速差变速传动；

还包括调速器，所述调速器串联在其中一组传动连接路线中，所述调速器用于无级调整所在传动连接路线上的变速差；

所述调速器所在的传动连接路线与所述变速传动所在的传动连接路线为不同的传动连接路线。

2.根据权利要求1所述的一种机械式无级变速器，其特征在于，所述调速器包括调速电机及圆锥齿轮，所述圆锥齿轮与调速电机同轴且连接于调速电机的转子上，所述圆锥齿轮串联在对应的传动连接路线中。

3.根据权利要求1所述的一种机械式无级变速器，其特征在于，两组行星齿轮中，其中一组行星齿轮上的行星架或太阳轮作为无级变速器的输入端，另一组行星齿轮上的内齿圈作为无级变速器的输出端。

4.根据权利要求1所述的一种机械式无级变速器，其特征在于，所述的定转速差变速传动为以下方式中的任意一种：两组行星齿轮中，两内齿圈的外齿数量不同；两组行星齿轮中，两行星轮的齿数不同。

5.根据权利要求1所述的一种机械式无级变速器，其特征在于，两行星齿轮的内齿圈传动连接为：两内齿圈通过齿轮形成定传动比传动连接关系。

6.根据权利要求5所述的一种机械式无级变速器，其特征在于，所述的定转速差变速传动为：两组行星齿轮中，用于实现定传动比传动连接的齿轮的齿数不同。

7.根据权利要求1所述的一种机械式无级变速器，其特征在于，所述调速器串联在两行星架之间。

8.根据权利要求1所述的一种机械式无级变速器，其特征在于，所述调速器串联在两太阳轮之间。

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