CN214036724U - 一种全齿轮无级变速器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全齿轮无级变速器，涉及无级变速传动技术领域，它包括第二行星齿轮机构和第三行星齿轮机构，第二、第三行星齿轮机构之间的行星架和太阳轮对应传动连接，第二、第三行星齿轮机构的内齿圈对应固定连接；第二、第三行星齿轮机构的行星架或太阳轮之间串接有调速机构；还包括第一行星齿轮机构，第一行星齿轮机构的太阳轮与第二行星齿轮机构的行星架或太阳轮固定连接，第一、第二行星齿轮机构的内齿圈固定连接。本实用新型通过将相应行星齿轮机构之间对应部件采用直接连接的方式来代替传动连接，可减小由于传动连接导致的传递效率损失，从而可在相对较高的输出效率下实现输出端的无级变速目的。

Description

一种全齿轮无级变速器

技术领域

本实用新型涉及无级变速传动技术领域，具体而言，涉及一种全齿轮无级变速器。

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，能实现输出端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。

现有的无级变速器虽然能够实现无级调速，使得输出端的转速可在连续变化，但其传动连接件的数量过多，导致各传动级之间传递效率损失增大，从而降低了整个无级变速器的输出效率。

有鉴于此，特提出本申请。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有无级变速器输出效率不高的问题而提供一种全齿轮无级变速器，该无级变速器通过将相应行星齿轮机构之间对应部件采用直接连接的方式来代替传动连接，可减小由于传动连接导致的传递效率损失，从而可在相对较高的输出效率下实现输出端的无级变速目的。

本实用新型的实施例是这样实现的：一种全齿轮无级变速器，包括第二行星齿轮机构和第三行星齿轮机构，第二行星齿轮机构的行星架和太阳轮分别同第三行星齿轮机构的行星架和太阳轮对应传动连接，第二行星齿轮机构的内齿圈与第三行星齿轮机构的内齿圈固定连接；第二行星齿轮机构的行星架与第三行星齿轮机构的行星架之间或者第二行星齿轮机构的太阳轮与第三行星齿轮机构的太阳轮之间串接有调速机构；

还包括第一行星齿轮机构，第一行星齿轮机构的太阳轮与第二行星齿轮机构未串接调速机构的行星架或太阳轮固定连接，第一行星齿轮机构的内齿圈与第二行星齿轮机构的内齿圈固定连接。

进一步地，第一行星齿轮机构的行星架作为其中一个输入端，第一行星齿轮机构、第二行星齿轮机构或第三行星齿轮机构的内齿圈均可作为其中一个输出端。

进一步地，第二行星齿轮机构的行星架与第三行星齿轮机构的行星架固定连接，第二行星齿轮机构的太阳轮与第三行星齿轮机构的太阳轮之间串接调速机构。

进一步地，第二行星齿轮机构的行星架与第三行星齿轮机构的行星架之间串接调速机构，第二行星齿轮机构的太阳轮与第三行星齿轮机构的太阳轮之间固定连接。

进一步地，调速机构包括第四行星齿轮机构，第四行星齿轮机构的太阳轮和内齿圈分别与第二行星齿轮机构的太阳轮和第三行星齿轮机构的太阳轮固定连接，第四行星齿轮机构的至少一行星轮上配置有可调速的动力输入。

进一步地，调速机构包括第四行星齿轮机构，第四行星齿轮机构的太阳轮和内齿圈分别与第二行星齿轮机构的行星架和第三行星齿轮机构的行星架固定连接，第四行星齿轮机构的至少一行星轮上配置有可调速的动力输入。

进一步地，第二行星齿轮机构的太阳轮与第三行星齿轮机构太阳轮之间存在转速差。

进一步地，调速机构还包括调速电机与调速行星齿轮，调速行星齿轮与第四行星齿轮机构的行星轮固定连接，调速电机的转子轴与调速行星齿轮传动连接。

进一步地，调速行星齿轮的数量与第四行星齿轮机构中行星轮的数量相等，每个调速行星齿轮分别与对应单个第四行星齿轮机构的行星轮固定连接，调速电机的转子轴上安装有调速齿轮，调速齿轮与所有调速行星齿轮啮合。

进一步地，调速齿轮的直径小于调速行星齿轮的直径。

本实用新型实施例的有益效果是：

本实用新型实施例提供的无级变速器通过将第一、第二和第三行星齿轮机构的内齿圈采用固定连接的方式，使得三者的输出保持一致，并通过调速机构来作用于第二和第三行星齿轮机构内齿圈的输出转速，再与第一行星齿轮机构的内齿圈输出转速合成并作为最终输出转速，最终输出转速根据调速机构的转速输出而变化，从而在相对较少的传动连接件前提下实现了输出端无级变速的目的，这种无级变速的方式可保证较高的输出效率，此外，通过将相应行星齿轮机构之间对应部件采用直接固连的方式来代替传动连接，可大幅减小由于传动连接导致的传递效率损失，进一步增加了无级变速器的输出效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的无级变速器的传动示意图；

图2为图1所示无级变速器的主体变速部分的传动示意图；

图3为图1所示无级变速器的调速机构部分的传动示意图。

图标：1-输入端；2-第一行星轮；3-第一太阳轮；4-第一内齿圈；5-第二内齿圈；6-第二行星轮；7-第二太阳轮；8-第二行星架；9-第三行星架；10-第三内齿圈；11-第三行星轮；12-第三太阳轮；13-输出端；14-第四内齿圈；15-第四太阳轮；16-第四行星轮；17-调速行星齿轮；18-调速齿轮；19-调速电机。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例

请参阅图1和图2，本实施例提供的一种全齿轮无级变速器包括三组行星齿轮机构，即第一行星齿轮机构、第二行星齿轮机构和第三行星齿轮机构，每组行星齿轮机构均包括太阳轮、内齿圈(至少在该齿圈的内孔壁侧加工有齿)以及安装有多个行星轮的行星架，其中太阳轮、内齿圈和行星架作为组成该行星齿轮机构的三个主要部件，三者不仅可构成单行星排的行星齿轮机构，也能构成双行星排甚至多行星排的行星齿轮机构，均能够适用于本无级变速器结构。为方便区分，第一行星齿轮机构包括带有多个第一行星轮2的第一行星架、第一太阳轮3和第一内齿圈4；第二行星齿轮机构包括带有多个第二行星轮6的第二行星架8、第二太阳轮7和第二内齿圈5；第三行星齿轮机构包括带有多个第三行星轮11的第三行星架9、第三太阳轮12和第三内齿圈10。

其中，第二行星架8和第二太阳轮7分别同第三行星架9和第三太阳轮7对应传动连接，此处的对应传动连接不仅包括通过中间连接传动件达到连接目的，还包括通过中间连接传动机构来达到连接目的，也包括采用固定件连接或直连方式来达到连接的目的。而第二内齿圈5与第三内齿圈10的之间采用固定连接，固定连接的方式不仅包括直接连接如焊接、扣接或插接等形式，还包括通过中间件连接如螺接、铆接或通过其余紧固件连接的形式。该第二行星齿轮机构和第三行星齿轮机构之间的连接方式不同于此前本发明人申请的专利号为202010657285.1的发明专利，该专利的无级变速器中两行星齿轮机构对应构件之间均为传动连接，而此次的改进申请在于将第二内齿圈5与第三内齿圈10的传动连接方式选择为固定连接，省去了中间的传动环节，不仅减小了传递效率的损失，而且传动更加直接可靠，能够达到更高的输出效率。

当然，为达到在一定范围内控制或改变第二内齿圈5与第三内齿圈10输出转速的目的，所述第二行星架8与第三行星架9之间或者第二太阳轮7与第三太阳轮12之间串接有调速机构，即表示第二行星架8与第三行星架9之间及第二太阳轮7与第三太阳轮12之间，其中一者的传动连接为通过串联调速机构来达到连接的目的，当调速机构作用于第二行星齿轮机构和第三行星齿轮机构相应部件之间时，能够改变对应主要部件的转速，从而达到改变第二行星齿轮机构和第三行星齿轮机构另外两个主要部件的转速，尤其是改变第二内齿圈5以及第三内齿圈10的输出转速，进而达到通过输入调速，且最终输出变速的目的。

为达到第二内齿圈5以及第三内齿圈10的输出转速可无级变速的目的，所述第一太阳轮3与第二行星架8或第二太阳轮7固定连接，需要说明的是，第一太阳轮3连接的第二行星架8或第二太阳轮7未与该调速机构连接。所述第一内齿圈4与第二内齿圈5固定连接，此处的固定连接的方式同样不仅包括直接连接如焊接、扣接或插接等形式，还包括通过中间件连接如螺接、铆接或通过其余紧固件连接的形式。通过第一内齿圈4与第二内齿圈5的固定连接，也达到了第一内齿圈4与第三内齿圈10固定连接的目的，使得第一内齿圈4、第二内齿圈5和第三内齿圈10能够同步输出转速的目的。通过在第一行星齿轮机构的第一太阳轮3或第一行星架上作用一个输入动力，再通过配合调速机构输入另一个动力，从而能够最终带动第一内齿圈4、第二内齿圈5和第三内齿圈10同步转动，并且该同步转动的转速受到调速机构输出速度变化的影响，最终达到在一定范围内第一内齿圈4、第二内齿圈5和第三内齿圈10同步输出的转速可无级变速的目的。此外，可通过在第一内齿圈4和第二内齿圈5之间增加变速机构或调速机构，从而通过不同的传动比来达到最终调速范围增大或缩小的目的，尤其适用到车用调档领域，具有较好的应用前景。

通过以上结构的组合，不仅在较少的传动连接件的配合方式前提下达到输出端无级变速的目的，本身就能达到较高的传递效率，而且在无须调整相对转速的部件之间采用直接连接的方式，更加避免了因传动带来的效率损失，从而能够达到本无级变速器具有更高输出效率的目的。此外，为进一步达到提高输出效率的作用，所述第一行星架作为其中一个输入端1，当然，作用在第一行星架与第一行星轮2上均可，这种输入启动的方式相对通过对第一太阳轮3进行启动的方式能够直接进行初步输入功率的分流，即直接分流到第一太阳轮3和第一内齿圈4处，可避免通过启动第一太阳轮3再分流到第一行星架和第一内齿圈4处会造成更多的传递效率损失，即表示间接启动的效率损失大于直接启动的效率损失。

作用在第一行星架的此种情况下，部分功率分流到第一内齿圈4处并带动第二内齿圈5和第三内齿圈10同步输出，另一部分功率分流到第一太阳轮3并带动第二行星齿轮机构和第三行星齿轮机构的相应主要部件动作，再通过调速机构处输入部分功率，可直接反馈到第二内齿圈5和第三内齿圈10处，从而与第二内齿圈5和第三内齿圈10原本的输出功率进行叠加达到一个更高输出功率的状态，最终使整个无级变速器的输出效率可进一步提高。即表示第一内齿圈4、第二内齿圈5或第三内齿圈10均可作为其中一个输出端13，此输出端13叠加了原本从第一内齿圈4处获得的功率及由调速机构处通过传递并获得的功率。需要说明的是，当整个无级变速器的输出端13连接的负载远大于调速机构驱动的负载时，即驱动负载的阻力远大于驱动调速机构相应传动连接件的阻力时，如使调速机构处于离合或自由旋转形态，此时的无级变速器处于接近空转的状态，即负载处输出接近于零，此功能可适用于需具备离合功能的变速传动结构的场景。当然，一旦使调速机构具备一定输入，即可回到本无级变速器可无级变速输出的状态。

所述调速机构可以设置到第二行星架8与第三行星架9或者第二太阳轮7与第三太阳轮12之间，均能达到控制第二内齿圈5和第三内齿圈10输出转速的目的，在另一实施例中，所述第二行星架8与第三行星架9之间串接该调速机构，第二太阳轮7与第三太阳轮12之间固定连接，此处固定连接的方式同样包括直接连接和通过中间件连接两种形式。该实施例中调速机构配置于第二行星架8与第三行星架9之间的形式适用于第一太阳轮3直接与第二太阳轮7连接的状态。而在本实施例中，所述第二行星架8与第三行星架9固定连接，固定连接的方式同上所述，所述第二太阳轮7与第三太阳轮12之间串接该调速机构，这种形式适用于第一太阳轮3直接与第二行星架8连接的状态，两种形式的调速机构安装位置均可，只需要满足对相应第二行星齿轮机构和第三行星齿轮机构除内齿圈的其余两相应主要部件能够分别驱动输入即可。

所述调速机构可以是常规的电气型调速器或者液压型调速器，也可以是辅助接力形式、中间接力形式或原动力调节形式，为了保证较高的传动效率以及相对较低的控制成本，本实施例中，请参阅图3，所述调速机构包括第四行星齿轮机构，同样地，第四行星齿轮机构包括带有多个第四行星轮16的第四行星架、第四太阳轮15和第四内齿圈14。所述第四太阳轮15和第四内齿圈14分别与第二太阳轮7和第三太阳轮12固定连接，即表示第四太阳轮15和第四内齿圈14两者中，一者与第二太阳轮7固定连接，则另一者与第三太阳轮12固定连接，此处的固定连接同上所述，能够减少传递效率损失。在第四行星齿轮机构的至少一第四行星轮16上配置有可调速的动力输入，即表示通过驱动第四行星齿轮机构中的一个第四行星轮16，即能够使第四太阳轮15和第四内齿圈14两者之间产生转速差，从而使第二太阳轮7和第三太阳轮12之间产生转速差，最终作用到第二内齿圈5和第三内齿圈10上并控制输出转速，即输出端13的转速。当然，作用于第四行星轮16与第四行星架的效果相同，此处省略了第四行星架的图示表达，但并不影响本领域技术人员理解本申请的技术构思。

在另一实施例中，当第二行星架8与第三行星架9之间串接该调速机构时，第四太阳轮15和第四内齿圈14两者中，一者与第二行星架8固定连接，另一者与第三行星架9固定连接，同样通过使第四太阳轮15和第四内齿圈14之间产生转速差来达到控制输出端13转速的目的。而其中的可调速的动力输入是指可以改变输出转速的驱动力，如转子轴、齿轮、滚珠等，通过给予第四行星轮16可调速的动力，即可时刻改变第四太阳轮15和第四内齿圈14两者间的转速差。回到本实施例中，通过作用在第四行星轮16并使第四行星轮16自转，能够保证第四行星架跟随第四行星轮16的自转而发生转动，尤其是使第四行星架与第四太阳轮15和第四内齿圈14均同向旋转的情况，能够极大地减小调速机构的输入动力，从而达到微启动便能使同向旋转的第四太阳轮15和第四内齿圈14达到一定的输出效率，此方式相对两者反向旋转输出的效率更能减小齿与齿之间的效率损失，并满足高输出效率的目的。当然，还可以在第四太阳轮15上安装可调速的电机，从而达到从另一方面来增加第四太阳轮15的输出，并最终叠加和合成到输出端13的功率内，以达到更大程度上的提高输出功率的目的。

此外，本实施例中，不仅可通过调速机构来达到控制第二太阳轮7和第三太阳轮12产生转速差的目的，第二行星齿轮机构与第三行星齿轮机构本身的参数设计也可以使第二太阳轮7和第三太阳轮12之间产生转速差，如改变主要构件的直径尺寸，尤其是行星架或太阳轮的直径。为方便理解，以改变太阳轮的直径为例说明，假设第二内齿圈5与第三内齿圈10的基圆直径均为1，第二太阳轮7与第三太阳轮12的基圆直径分别为0.31和0.3，那么第二行星架8的直径为0.655，第三行星架9的直径为0.65，由于服从行星架的转动行程等于内齿圈转动行程与太阳轮转动行程之和的一半这一规律，带入圆周公式计算可得，当第一太阳轮3旋转一圈且第二内齿圈5与第三内齿圈10不转时，第二太阳轮7将旋转4.2258圈，第三太阳轮12将旋转4.3333圈；当第一太阳轮3旋转一圈且第二内齿圈5与第三内齿圈10旋转0.5圈时，第二太阳轮7将旋转2.61圈，第三太阳轮12将旋转2.6666圈；当第一太阳轮3旋转一圈且第二内齿圈5与第三内齿圈10旋转1圈时，第二太阳轮7将旋转1圈，第三太阳轮12将旋转1圈。由此不难看出，改变相应直径后，第二太阳轮7与第三太阳轮12之间的转速差与第二内齿圈5和第三内齿圈10的输出转速存在对应的函数关系，也就是说，只要控制了第二太阳轮7与第三太阳轮12之间的转速差就控制了第二内齿圈5和第三内齿圈10的输出转速。当然，第二太阳轮7与第三太阳轮12之间的转速差不仅可通过自身直径参数的改变(行星齿轮机构各主要部件之间需满足一定的参数关系)，而且也可通过调速机构的控制来实现，为真正实现无级调速奠定了结构条件与控制条件的基础。

本实施例中，所述调速机构还包括调速电机19与调速行星齿轮17，调速电机19与调速行星齿轮17的组合相当于所述可调速的动力，具体地，调速行星齿轮17与第四行星轮16固定连接，固定连接的方式同上所述，调速电机19的转子轴与调速行星齿轮17传动连接，该传动连接的方式同样指不仅包括通过中间连接传动件达到连接目的，还包括通过中间连接传动机构来达到连接目的，也包括采用固定件连接或直连方式来达到连接的目的。通过控制调速电机19的转速，从而经调速行星齿轮17来达到第四行星轮16转速的目的，最终达到控制第四太阳轮15和第四内齿圈14两者间的转速差的目的，这种通过控制调速电机19转速并直接经调速行星齿轮17作用到第四行星轮16上的方式，同样能够达到很高的传递效率，进而保证后续较高的输出效率。当然，考虑到单独作用某个第四行星轮16的方式容易存在受力不均的情况，对相应结构的使用寿命会造成影响，所述调速行星齿轮17的数量与第四行星齿轮机构中第四行星轮16的数量相等，单个调速行星齿轮17与单个第四行星轮16配套连接，每个调速行星齿轮17分别与对应配套的第四行星轮16固定连接即可，所述调速电机19的转子轴上安装有调速齿轮18，该调速齿轮18与所有调速行星齿轮18啮合，即表示调速齿轮18位于中心，所有调速行星齿轮17位于四周，类似于太阳轮与行星轮的结构形式，这样便可通过驱动调速齿轮18，达到同步驱动所有调速行星齿轮17的目的，缩减了传动路径，也达到了减小传递损失的目的。此外，所述调速齿轮18的直径小于调速行星齿轮17的直径，比如调速行星齿轮17的直径与调速齿轮18的直径成倍数关系时，调速齿轮18旋转一圈，调速行星齿轮17旋转半圈甚至更少，从而提高了第四行星轮16的控制精度，最终达到输出端13高精度无级变速的目的。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。应当注意，在附图中所图示的结构或部件不一定按比例绘制，同时本实用新型省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述，以避免不必要地限制本实用新型。

Claims (10)

1.一种全齿轮无级变速器，包括第二行星齿轮机构和第三行星齿轮机构，所述第二行星齿轮机构的行星架和太阳轮分别同所述第三行星齿轮机构的行星架和太阳轮对应传动连接，其特征在于，所述第二行星齿轮机构的内齿圈与所述第三行星齿轮机构的内齿圈固定连接；所述第二行星齿轮机构的行星架与所述第三行星齿轮机构的行星架之间或者所述第二行星齿轮机构的太阳轮与所述第三行星齿轮机构的太阳轮之间串接有调速机构；

还包括第一行星齿轮机构，所述第一行星齿轮机构的太阳轮与所述第二行星齿轮机构未串接所述调速机构的行星架或太阳轮固定连接，所述第一行星齿轮机构的内齿圈与所述第二行星齿轮机构的内齿圈固定连接。

2.根据权利要求1所述的全齿轮无级变速器，其特征在于，所述第一行星齿轮机构的行星架作为其中一个输入端，所述第一行星齿轮机构、第二行星齿轮机构或第三行星齿轮机构的内齿圈均可作为其中一个输出端。

3.根据权利要求1所述的全齿轮无级变速器，其特征在于，所述第二行星齿轮机构的行星架与所述第三行星齿轮机构的行星架固定连接，所述第二行星齿轮机构的太阳轮与所述第三行星齿轮机构的太阳轮之间串接所述调速机构。

4.根据权利要求1所述的全齿轮无级变速器，其特征在于，所述第二行星齿轮机构的行星架与所述第三行星齿轮机构的行星架之间串接所述调速机构，所述第二行星齿轮机构的太阳轮与所述第三行星齿轮机构的太阳轮之间固定连接。

5.根据权利要求3所述的全齿轮无级变速器，其特征在于，所述调速机构包括第四行星齿轮机构，所述第四行星齿轮机构的太阳轮和内齿圈分别与所述第二行星齿轮机构的太阳轮和所述第三行星齿轮机构的太阳轮固定连接，所述第四行星齿轮机构的至少一行星轮上配置有可调速的动力输入。

6.根据权利要求4所述的全齿轮无级变速器，其特征在于，所述调速机构包括第四行星齿轮机构，所述第四行星齿轮机构的太阳轮和内齿圈分别与所述第二行星齿轮机构的行星架和所述第三行星齿轮机构的行星架固定连接，所述第四行星齿轮机构的至少一行星轮上配置有可调速的动力输入。

7.根据权利要求3或4所述的全齿轮无级变速器，其特征在于，第二行星齿轮机构的太阳轮与所述第三行星齿轮机构太阳轮之间存在转速差。

8.根据权利要求5或6所述的全齿轮无级变速器，其特征在于，所述调速机构还包括调速电机与调速行星齿轮，所述调速行星齿轮与所述第四行星齿轮机构的行星轮固定连接，所述调速电机的转子轴与所述调速行星齿轮传动连接。

9.根据权利要求8所述的全齿轮无级变速器，其特征在于，所述调速行星齿轮的数量与所述第四行星齿轮机构中行星轮的数量相等，每个所述调速行星齿轮分别与对应单个所述第四行星齿轮机构的行星轮固定连接，所述调速电机的转子轴上安装有调速齿轮，所述调速齿轮与所有所述调速行星齿轮啮合。

10.根据权利要求9所述的全齿轮无级变速器，其特征在于，所述调速齿轮的直径小于所述调速行星齿轮的直径。

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