CN214036723U - 一种无级变速机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无级变速机构，属于变速器技术领域，包括输入轴、第一外齿轮、第二外齿轮、第一机构、第二机构、第三机构、第四机构、输出轴和调速机构；输入轴分别与第一外齿轮和第一机构连接；第一机构与第四机构连接；第一外齿轮与第二外齿轮啮合；第二外齿轮与第三机构连接；第二机构与第三机构连接；第一机构与第二机构连接；第三机构与第四机构连接；输出轴与第四机构连接；调速机构分别与第二机构和第三机构连接。本实用新型通过齿轮、第一机构、第二机构、第三机构、第四机构和调速机构之间的配合实现了输出端无级变速，并且能够实现空挡和倒挡，具有结构简单可靠、制造成本低、维修方便、调速范围广及适用工况广泛等优点。

Description

一种无级变速机构

技术领域

本实用新型涉及变速器技术领域，特别涉及一种无级变速机构。

背景技术

随着社会对环保的要求越来越高，电动车技术成了各大车企的主流研究方向。由于电机的工作特点是低速时恒扭矩，高速时扭矩降低，因此仅仅通过调节电机转速来调节扭矩和车速，电机需要兼顾车辆爬坡能力和最高速度，造成能耗高，效率低。目前电动车多使用的自动挡仍属于有级变速，只是通过电控实现自动换挡，缺点是其变速机构的结构复杂，制造成本高，维修较困难。

实用新型内容

为了解决现有变速机构结构复杂、制造成本高及维修困难的问题，本实用新型提供了一种无级变速机构，该机构包括输入轴、第一外齿轮、第二外齿轮、第一机构、第二机构、第三机构、第四机构、输出轴、调速机构和连接轴；输入轴分别与第一外齿轮和第一机构连接；第一机构与第四机构连接；第一外齿轮与第二外齿轮啮合；第二外齿轮与第三机构连接；第二机构与第三机构连接；第一机构与第二机构连接；第三机构与第四机构连接；输出轴与第四机构连接；调速机构分别与第二机构和第三机构连接。

本实用新型提供的无级变速机构，通过齿轮、第一机构、第二机构、第三机构、第四机构和调速机构之间的相互配合实现了输出端无级变速，并且能够实现空挡和倒挡，具有结构简单可靠、制造成本低、维修方便、调速范围广及适用工况广泛等优点。

附图说明

图1是本实施例1提供的无级变速机构的结构示意图；

图2是本实施例1提供的第一机构的剖面结构示意图；

图3是本实施例1提供的第四机构的剖面结构示意图；

图4是本实施例1提供的第二机构的剖面结构示意图；

图5是本实施例1提供的第三机构的剖面结构示意图；

图6是本实施例2提供的无级变速机构的结构示意图；

图7是本实施例1无级变速机构的输出转速增加的原理示意图；

图8是本实施例1无级变速机构的输出转速降低的原理示意图；

图9是本实施例1无级变速机构的输出转速为0的原理示意图；

图10是本实施例1无级变速机构的输出反转(倒挡)的原理示意图；

图11是本实施例1无级变速机构输入、输出、调速机构的转速关系曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型技术方案作进一步描述。

实施例1

参见图1，本实施例提供了一种无级变速机构，该机构包括输入轴1、外齿轮2、外齿轮3、第一机构11、第二机构12、第三机构13、第四机构14、输出轴4和调速机构5。其中，输入轴1分别与外齿轮2和第一机构11连接；第一机构11与第四机构14连接；外齿轮2与外齿轮3啮合；外齿轮3第三机构13连接；第二机构12与第三机构13连接；第一机构11与第二机构12连接；第三机构13与第四机构14连接；输出轴4与第四机构14连接；调速机构5分别与第二机构12和第三机构13连接。

参见图1和图2，本实施例第一机构11包括太阳轮1103、行星轮1105、行星架1104、齿圈1102和齿轮1101；输入轴1穿过齿轮1101和太阳轮1103后与行星架1104连接；太阳轮1103与行星轮1105啮合；齿圈1102设有内齿，行星轮1105与齿圈1102的内齿啮合；行星架1104与行星轮1105连接；齿轮1101与太阳轮1103连接。行星轮1105的数量可根据设计要求来确定，例如3个、4个或5个。太阳轮1103与齿轮1101可以通过多种方式实现连接，例如：太阳轮1103通过连接杆与齿轮1101连接，或太阳轮1103与齿轮1101组成一体化的结构件，本实施例不具体限定太阳轮1103与齿轮1101连接的实现方式。在实际应用中，齿轮1101和太阳轮1103的中心均安装有第一轴承，输入轴1穿过第一轴承后与行星架1104连接；第一轴承可使输入轴1的转动与齿轮1101、太阳轮1103的转动相互独立，即输入轴1的转动不会带动齿轮1101、太阳轮1103的转动。

参见图1至图3，本实施例第四机构14包括太阳轮1404、行星轮1403、行星架1402和齿圈1401；太阳轮1404与齿圈1102连接；太阳轮1404与行星轮1403啮合；齿圈1401设有内齿和外齿，行星轮1403与齿圈1401的内齿啮合；行星架1402分别与行星轮1403和输出轴4连接。行星轮1403的数量可根据设计要求来确定，例如3个、4个或5个。输出轴4与行星架1402可以通过多种方式实现连接，例如：行星架1402与输出轴4通过连接件实现连接，或者行星架1402与输出轴4组成一体化的结构件，本实施例不具体限定行星架1402与输出轴4连接的实现方式。

参见图1、图2和图4，本实施例第二机构12包括太阳轮1204、行星轮1203、行星架1205、齿圈1202和齿轮1201；太阳轮1204与行星轮1203啮合；齿圈1202设有内齿，齿圈1202外部固定；行星轮1203与齿圈1202的内齿啮合；行星架1205与齿轮1201连接，齿轮1201与齿轮1101啮合。行星轮1203的数量可根据设计要求来确定，例如3个、4个或5个。行星架1205与齿轮1201可以通过多种方式实现连接，例如：行星架1205通过连接杆与齿轮1201连接，或行星架1205与齿轮1201组成一体化的结构件，本实施例不具体限定行星架1205与齿轮1201连接的实现方式。

参见图1、图3至图5，本实施例第三机构13包括太阳轮1304、行星轮1303、行星架1302和齿圈1301；太阳轮1304与行星轮1303啮合；齿圈1301设有内齿和外齿；行星轮1303与齿圈1301的内齿啮合；齿圈1301的外齿与齿圈1401的外齿啮合。行星轮1303的数量可根据设计要求来确定，例如3个、4个或5个。

参见图1、图4和图5，本实施例的无级变速机构还包括连接轴6，外齿轮3通过连接轴6与第三机构13连接，具体为：连接轴6的一端与外齿轮3连接，连接轴6的另一端穿过齿轮1201、太阳轮1204和太阳轮1304后与行星架1302连接。在实际应用中，太阳轮1204和太阳轮1304的中心均安装有第二轴承，连接轴6穿过第二轴承后与行星架1302连接；第二轴承可使连接轴6的转动与太阳轮1204、太阳轮1304的转动相互独立，即连接轴6的转动不会带动太阳轮1204、太阳轮1304的转动。

参见图1、图4和图5，调速机构5分别与太阳轮1204和太阳轮1304固定连接，本实施例不具体限定固定连接的实现方式，只要能够实现调速机构5与太阳轮1204、太阳轮1304的同步运行即可。在实际应用中，调速机构5可通过外部控制单元施加作用力，外部控制单元可以是发电机、电动机、液压装置等。

实施例2

参见图1、图4至图6，本实施例提供的无级变速机构与实施例1的区别在于：本实施例是将实施例1的太阳轮(1204)与太阳轮(1304)组成一体化的结构件(7)，即太阳轮(1204)与太阳轮(1304)组成为一个结构件(7)，而不是两个单独的结构件，这样第二机构(12)通过一个结构件(7)与第三机构(13)连接；相应地，调速机构(5)通过结构件(7)分别与第二机构(12)和第三机构(13)连接；连接轴(6)的一端与外齿轮(3)连接，连接轴(6)的另一端穿过齿轮(1201)和结构件(7)后与行星架(1302)连接。在实际应用中，调速机构(5)与结构件(7)固定连接；结构件(7)中心安装有第三轴承，连接轴(6)穿过第三轴承后与行星架(1302)连接。除此之外，本实施例的其他结构特征均与实施例1相同，本实施例不再赘述。

由于实施例1与实施例2的工作原理相同，因此下面仅以实施例1为例，来说明本实施例无级变速机构的工作原理。为了简明说明本实施例无级变速机构的工作原理，在此设定参数如下：设定ω_输入为输入轴1的转速，由于输入轴1、外齿轮2和行星架1104连接为一体，因此它们的转速均相同，故设ω₁＝ω_输入＝ω_外齿轮2＝ω_{行星架1104}；同理，调速机构5与太阳轮1204、太阳轮1304固定连接，调速机构5转速与太阳轮1204、太阳轮1304的转速均相同，设ω₈＝ω_{调速机构5}＝ω_{太阳轮1204}＝ω_{太阳轮1304}。第一机构11、第二机构12、第三机构13、第四机构14的太阳轮的分度圆直径相等、行星轮的分度圆直径相等、齿圈的分度圆直径相等，外齿轮2和外齿轮3的分度圆直径相等，齿轮1101和齿轮1201的分度圆直径相等，齿圈1301的外齿和齿圈1401的外齿分度圆直径相等。由于外齿轮2和外齿轮3相互啮合，因此输入轴1、行星架1104、行星架1302的转速均相同，设ω₆＝ω₁＝ω_输入。由于齿轮1101和齿轮1201相互啮合，因此太阳轮1103和行星架1205的转速相同，故设ω₂＝ω_齿轮1101＝ω_齿轮1201。齿圈1102和太阳轮1404的转速相同，故设ω₃＝ω_齿圈1102＝ω_{太阳轮1404}。由于齿圈1401和齿圈1301相互啮合，因此齿圈1401和齿圈1301的转速相同，故设ω₄＝ω₇＝ω_齿圈1401＝ω_齿圈1301。

根据行星齿系的传动原理，太阳轮、行星架和齿圈中任意二个构件转速相同的情况下，另外一个构件的转速也相同，这时行星齿系的三个构件是相对静止的，传动比为1。据此，本实施例提供的无级变速机构的工作原理如下：

工况1：第四机构14的传动比为1，输出转速增加。

参见图7，当第四机构14的传动比为1时，ω₄＝ω₃。由于ω₄＝ω₇，因此ω₃＝ω₇，这说明齿圈1102的转速和齿圈1301的转速相同，而行星架1104的转速与行星架1302的转速始终是相同的，即ω₁＝ω₆，因此太阳轮1103的转速和太阳轮1304的转速也一定相同，即ω₂＝ω₈；由于ω₂＝ω₉，因此ω₈＝ω₉,ω₈为太阳轮1204的转速，ω₉为行星架1205的转速；ω₁₀为齿圈1202的转速，由于齿圈1202外部固定连接，因此齿圈1202的转速为0，得出ω₈＝ω₉＝ω₁₀＝0。这种工况下第二机构12是完全静止的，第四机构14可等同为一个通轴，ω₃＝ω₄＝ω₅，ω₅为输出轴4的转速。行星架1104的转速为输入转速，太阳轮1103转速ω₂为0，齿圈1102转速ω₃是输出转速，这时输出转速大于输入转速。

工况2：当第一机构11的传动比为1，输出转速降低。

参见图8，当第一机构11的传动比为1时，ω₁＝ω₂＝ω₃。又由于ω₁＝ω₆，ω₂＝ω₉，因此ω₉＝ω₆，这说明行星架1205与行星架1302的转速相同，而太阳轮1204的转速与太阳轮1304的转速均等于ω₈，因此齿圈1202的转速和齿圈1301的转速相同ω₁₀＝ω₇＝0，又由于ω₄＝ω₇，因此ω₄＝0。这种工况下ω₁＝ω₂＝ω₃，第一机构11可等同为一个通轴。太阳轮1404转速为输入转速，齿圈1401的转速为0，行星架1402转速ω₅是输出转速，这时输出转速低于输入转速。

工况3：空挡，输出转速为0。

参见图9，接着工况2，太阳轮1304的转速ω₈持续增大，齿圈1401的转速ω₇由0开始变为反转。太阳轮1204转速ω₈增大，齿圈1202始终固定，则行星架1205的转速ω₉增加。太阳轮1103转速ω₂＝ω₉增加，行星架1104转速ω₁不变(ω₁＝输入转速)，则齿圈1102的转速ω₃降低。太阳轮1404转速ω₃降低，齿圈1301和齿圈1401的转速ω₄＝ω₇反转，当ω₃和ω₄成一定比例的时候，行星架1402转速ω₅＝0，即输出转速为0。

工况4：倒挡

参见图10，接着工况3，太阳轮1304转速ω₈继续增加，齿圈1301反转的速度ω₇也增加。太阳轮1204转速ω₈增加，齿圈1202始终固定，则行星架1205转速ω₉继续增加。太阳轮1103转速ω₂＝ω₉增加，行星架1104转速ω₁不变(ω₁＝输入速度)，则齿圈1102转速ω₃继续降低。太阳轮1404转速ω₃继续降低，齿圈1401反转转速ω₄＝ω₇继续增加，则行星架1402转速ω₅由0开始反转，即输出转速开始反转。

如图11所示，本实施例的无级变速机构，在输入转速保持恒定的情况下，输出转速、调速机构转速与时间成对应关系；当输出转速由高到低时，调速机构转速由低到高；调速机构转速升高到设定转速时，输出转速为0；当调速机构转速继续升高超过这个设定转速，输出转速改变方向。

本实用新型实施例提供的无级变速机构，具有如下优点：

1、本实用新型实施例的无级变速机构，具有增速、减速、空挡、倒挡4个工况，且这四个工况可平顺连续过渡。

2、本实用新型实施例的无级变速机构，具有调速简单，调速过程中无动力中断，以及运行安静平稳的优点。

3、本实用新型实施例的无级变速机构的输入端转速在保持恒定的情况下，可以实现输出转速的连续变化，使得输入端动力源可以始终在高效工作区间内工作，具有传动效率高的优点。

4、本实用新型实施例的无级变速机构工作在空挡时，输入端动力源可以在高效区间运行或完全停止；如果空挡时输入端动力源仍然在高效区间内运行，这时加速没有动力延迟，具有加速快的优点。

5、本实用新型实施例的无级变速机构工作在倒挡时，不需要输入端动力源反转，也不需要机械换挡装置，只需要给出倒挡信号，调速机构转速超过设定转速就能实现输出端反转，操作简单方便，响应快。

6、本实用新型实施例的无级变速机构，不需要离合器、液压装置等，结构简单可靠，制造成本低，维修非常方便。

7、本实用新型实施例的无级变速机构，既可以实现增速，也可以实现减速，具有调速范围广，适用工况广泛的优点。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种无级变速机构，其特征在于，包括输入轴(1)、第一外齿轮(2)、第二外齿轮(3)、第一机构(11)、第二机构(12)、第三机构(13)、第四机构(14)、输出轴(4)和调速机构(5)；输入轴(1)分别与第一外齿轮(2)和第一机构(11)连接；第一机构(11)与第四机构(14)连接；第一外齿轮(2)与第二外齿轮(3)啮合；第二外齿轮(3)与第三机构(13)连接；第二机构(12)与第三机构(13)连接；第一机构(11)与第二机构(12)连接；第三机构(13)与第四机构(14)连接；输出轴(4)与第四机构(14)连接；调速机构(5)分别与第二机构(12)和第三机构(13)连接。

2.根据权利要求1所述的无级变速机构，其特征在于，第一机构(11)包括第一太阳轮(1103)、第一行星轮(1105)、第一行星架(1104)、第一齿圈(1102)和第一齿轮(1101)；输入轴(1)穿过第一齿轮(1101)和第一太阳轮(1103)后与第一行星架(1104)连接；第一太阳轮(1103)与第一行星轮(1105)啮合；第一齿圈(1102)设有内齿，第一行星轮(1105)与第一齿圈(1102)的内齿啮合；第一行星架(1104)与第一行星轮(1105)连接；第一齿轮(1101)与第一太阳轮(1103)连接。

3.根据权利要求2所述的无级变速机构，其特征在于，第四机构(14)包括第二太阳轮(1404)、第二行星轮(1403)、第二行星架(1402)和第二齿圈(1401)；第二太阳轮(1404)与第一齿圈(1102)连接；第二太阳轮(1404)与第二行星轮(1403)啮合；第二齿圈(1401)设有内齿和外齿，第二行星轮(1403)与第二齿圈(1401)的内齿啮合；第二行星架(1402)分别与第二行星轮(1403)和输出轴(4)连接。

4.根据权利要求3所述的无级变速机构，其特征在于，第二机构(12)包括第三太阳轮(1204)、第三行星轮(1203)、第三行星架(1205)、第三齿圈(1202)和第二齿轮(1201)；第三太阳轮(1204)与第三行星轮(1203)啮合；第三齿圈(1202)设有内齿，第三齿圈(1202)外部固定；第三行星轮(1203)与第三齿圈(1202)的内齿啮合；第三行星架(1205)与第二齿轮(1201)连接，第二齿轮(1201)与第一齿轮(1101)啮合。

5.根据权利要求4所述的无级变速机构，其特征在于，第三机构(13)包括第四太阳轮(1304)、第四行星轮(1303)、第四行星架(1302)和第四齿圈(1301)；第四太阳轮(1304)与第四行星轮(1303)啮合；第四齿圈(1301)设有内齿和外齿；第四行星轮(1303)与第四齿圈(1301)的内齿啮合；第四齿圈(1301)的外齿与第二齿圈(1401)的外齿啮合。

6.根据权利要求5所述的无级变速机构，其特征在于，所述无级变速机构还包括连接轴(6)，第二外齿轮(3)通过连接轴(6)与第三机构(13)连接。

7.根据权利要求6所述的无级变速机构，其特征在于，第一齿轮(1101)和第一太阳轮(1103)的中心均安装有第一轴承，输入轴(1)穿过所述第一轴承后与第一行星架(1104)连接。

8.根据权利要求7所述的无级变速机构，其特征在于，第一太阳轮(1103)通过连接杆与第一齿轮(1101)连接，或第一太阳轮(1103)与第一齿轮(1101)组成一体化的结构件；第二行星架(1402)与输出轴(4)通过连接件连接，或第二行星架(1402)与输出轴(4)组成一体化的结构件；第三行星架(1205)通过连接杆与第二齿轮(1201)连接，或第三行星架(1205)与第二齿轮(1201)组成一体化的结构件。

9.根据权利要求8所述的无级变速机构，其特征在于，调速机构(5)分别与第三太阳轮(1204)和第四太阳轮(1304)固定连接；连接轴(6)的一端与第二外齿轮(3)连接，连接轴(6)的另一端穿过第二齿轮(1201)、第三太阳轮(1204)和第四太阳轮(1304)后与第四行星架(1302)连接。

10.根据权利要求9所述的无级变速机构，其特征在于，第三太阳轮(1204)和第四太阳轮(1304)的中心均安装有第二轴承，连接轴(6)穿过所述第二轴承后与第四行星架(1302)连接。

11.根据权利要求8所述的无级变速机构，其特征在于，第三太阳轮(1204)与第四太阳轮(1304)组成一体化的结构件(7)，第二机构(12)通过结构件(7)与第三机构(13)连接；调速机构(5)通过结构件(7)分别与第二机构(12)和第三机构(13)连接。

12.根据权利要求11所述的无级变速机构，其特征在于，调速机构(5)与结构件(7)固定连接；连接轴(6)的一端与第二外齿轮(3)连接，连接轴(6)的另一端穿过第二齿轮(1201)和结构件(7)后与第四行星架(1302)连接。

13.根据权利要求12所述的无级变速机构，其特征在于，结构件(7)中心安装有第三轴承，连接轴(6)穿过所述第三轴承后与第四行星架(1302)连接。

14.根据权利要求1所述的无级变速机构，其特征在于，调速机构(5)通过外部控制单元施加作用力。

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