CN87103135A

CN87103135A - 星轮组合无级变速器

Info

Publication number: CN87103135A
Application number: CN 87103135
Authority: CN
Inventors: 栾益民
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-04-26
Filing date: 1987-04-26
Publication date: 1988-12-07

Abstract

本无级变速器是一种新的无级变速方法，主要技术问题包括：①设计思想与实施；②A、B两组轮系的吻合；③车速反馈的方向控制；④防反控制；⑤增减速控制；它的特征是：有A、B、C三组不同形式的周转轮系组成。变速器的变速控制是车速反馈力阻尼控制，发动机给变速器的输入是两个。变速器的最低输出速是零，最高输出速是任意设计高速。本变速器可用与大、小型汽车、动力试车台、各种需要变速的场合。

Description

本无级变速器是用三个不同形式的周转轮系组成的无级变速器，它的变速范围较宽，能够实现在零至任意设计高速上的无级变速，变速器的无级变速即能人为控制又能自动控制。它的输出转速具有不能自行降低的特性。因此本变速器具备了传送大扭力的特性。由于本变速器是有周转轮系组成的，所以称“星轮组合无级变速器”。

一、“星轮组合无级变速器”是利用周转轮系中差动轮系的机械原理，经组合，并用车速反馈的方法，组成的新的无级变速结构，因此本发明是一种新的无级变速方法。

二、周转轮系是齿轮传动无级变速的最佳单元结构，在“星轮组合无级变速器”中，它分别被用来做车速反馈，调速和扭力输出，它们分别是：C组轮系、A组轮系和B组轮系。A组轮系、C组轮系又分别被用来做增速控制和减速控制。增减速的控制是有对A_R和C_R的控制实现的。

本无级变速器的初步设想是“利用车速来控制变速器输出转速”。实际是用车速自己控制自己，成熟的设计是附图中的“星轮组合无级变速器”，以下简称变速器。

A、B、C三组轮系的工作原理：

B组轮系的工作原理：B组轮系的作用是扭力输出，它能够输出变速是因为Bnh的转速变化。给B_n3输入转速后，当B_nh的转速为零时，变速器的输出转速等于B_n3，即B_n3＝B_n1、B_n1＝m。当B_nh的转速为 1/2 B_n3时，变速器的输出转速等于零，即B_n1＝m＝0。

A组轮系的工作原理：A组轮系的主要作用是调速，工作时，发动机给A_n3输入一个衡速做为调速用动力来源，车速（即变速器输出速）从W传给A_n1（这种车速反转，本申请称车速反馈）。A_n3与A_n1的转化速是A_nh，A_n1与A_nh的转速关系成反比关系，当需要增速时，给A_nh一个阻力，迫使A_n3向A_n1传送转速。同时A_nh也减速到某个任意转速，用A_nh这个转速去控制B_nh使其减速，迫使B_n3向B_n1传送转速，在m轮的转速达到我们需要的任一个速度后，令阻尼AR的阻值回到零。

从A组轮系的工作过程看到，A组轮系在增速时，有补助扭力输出作用。

C组轮系的工作原理：C组轮系的作用是车速反馈方向自控制。它是这样实现车速反馈方向控制的，当外部加载扭力增大时，减小阻尼CR的阻值，这时C_n1因受外部加载扭力的影响将减速，C_nh将向反时针方向转动，C_n3保持原转速。这样使发动机减小了扭力载荷，保持了正常转速，保持正常转速的目的是保持A组轮系的衡速A_n3。由于m轮的减速，使A_n1减速，结果是A_nh增速并通过蜗杆调整B_nh的转速加快，从而使B_n1减速。当阻尼CR的阻值重回到最大阻时，m轮的转速等于B_n1的转速，从上面能够看到C组轮系还有扭力及转速传送作用。

变速器的起动和扭力增大时的情况：

给星轮组合无级变速器输入转速后，B_n3与A_n3的转速都是2400转，A_n1的转速为零，由A组轮系的公式得A_nh的转速是1440转，这时A_nh通过蜗杆控制B_nh，使B_nh达到1200转，由B组轮系公式得B_n1的转速等于零。起动时，按照增速的方法，增大阻尼AR的阻值，使变速器达到我们需要的转速后，阻尼AR的阻值回到零，此后变速器将由A组轮系控制B组轮系保持这个传动比输出转速。

在外部加载扭力增大时，由于C_nh处于静止状态，所以外部加载扭力将直接通过B_n1、B_n3传向发动机，使发动机减速，而这时的调速轮系A组轮系因受入一减速的影响，不能通过蜗杆调整B_nh的转速来改变B_n3与B_n1的传动比，这就形成了发动机硬性输出扭力的局面。这就是“星轮组合无级变速器”必须具备的输出转速不能自行降低的特性（这里指CR阻值为无穷大的情况，或说CR阻值超过发动机扭力的情况）。

蜗杆问题：

因蜗杆推动B_nh的转向与B_n3对B_nh的扭力方向相同，所以蜗杆的作用是控制B_nh的转速，而不是推动B_nh达到一定转速，由这一结论可知A_nh与蜗杆齿轮的比数可以大些，就是说蜗杆的转速可取的高一些，而对发动机功率损耗不大。

关于CR、AR在正常运转时的取值问题和AR的最大值问题：

阻尼CR在正常运转时，它的阻值必须取大于或等于发动机的扭力值，这是保证正常扭力传送必须的。

阻尼AR是增速用阻尼器，按装在A组轮系的A_nh端，而A组轮系是用来调速的，正常时的扭力传送，有B组轮系来完成。所以为了减少动力损耗和使车速能停在某个车速上，而且阻尼AR的阻值为零时，有一个特长，即变速器在输入转速后，如没有增速操纵，输出转速为零。由于这些原因阻尼AR的阻值一般取零。

阻尼AR在增速时的阻值最大，它的大小视车辆及发动机对加速度的适应要求而定。如果需要较高的加速度，阻值可取大一些或等于发动机扭力。如果需要较小的加速度，阻值可取的小一些，如 1/10 、 1/5 发动机扭力等。另外AR的阻值在车辆起步以后，可以是常加一个小阻值或取大阻值后在需要增速时，人为逐渐加大阻值。

变速器的自控问题：

本无级变速器即能人为控制变速，也能自动控制变速。减速的人为，自控取别在于CR的取值大小，当CR的阻值取与发动机扭力相等时，能够实现扭力超载时变速器输出速自行降低，就是说当扭力超过CR的阻值时，C_nh将自动开始反转。另外CR的控制与刹车控制一起控制，刹车时，CR的阻值降为零。停止刹车后，CR阻值回到原阻值，A组轮系将以刹车后A_n1轮的转速转化出A_nh去控制B_nh，保持这个刹车后m轮的转速;增速的人为控制与自动控制的区别在于AR最低阻值的大小。当AR的最低阻值取大于零小于发动机扭力时，能使变速器输出处于一定值的加速度状态，在这种状态下：当外部加载扭力较小时，变速器输出处于一定值的加速度状态，当外部加载扭力较大时，变速器输出处于衡速状态。

变速器的增速、减速过程：

变速器的增速：当增大阻尼AR的阻值时，A_nh将减速，迫使A_n3向A_n1传送转速，同时B_nh在蜗杆的控制下减速，迫使B_n3向B_n1传送转速。当转速增到我们需要的转速时，AR的阻值回到零，此后变速器将保持这个传动比，输出转速。

变速器的减速：当减小阻尼CR的阻值时，C_n1因受外部加载扭力的影响，将降低转速、C_nh反时针转动，而C_n3将保持原有转速，这样B_n3将保持正常转速，这就保证了A组轮系的衡速保持不变。

从而保证了A组轮系对B组轮系的正常控制。当转速减到我们需要的任意转速后，CR的阻值回到最大值，此后变速器输入、输出转速将保持这个传动比。

从上面我们看到通过对CR、AR的阻值控制，实现了对“星轮组合无级变速器”减速、增速的控制，由于车速、发动机速本身都是一个连续、不间断的变速和衡速（当然发动机转速也是变化的，但本申请设它为衡速），及传动中的不间断性。所以“星轮组合无级变速器”的减速、增速过程是无级的，所以本变速器是一个无级变速器。

变速器的效率问题：

星轮组合无级变速器的效率从设计看，与A组轮系无关，因为，A组轮系的用途是调速，且由于A组轮系与B组轮系间的传动是蜗杆蜗轮传动。但在增速过程中，由于A组轮系的补助扭力输出特性，这时，它存在效率问题，就资料表明A组轮系的效率是0.9。C组轮系由于处于常静止状态，所以，C组轮系从结构上讲，它的效率与普通齿轮传动的效率相等。B组轮系是周转轮系的差动形式，它的传动是纯转动传动，由力偶公式τ＝±Fg和普通周转轮系效率公式M₁iHηHβ+M₃＝0知，B组轮系的效率在B_nh静止时，即变速器输出为最高时，它的效率约等于1。那么由B_n3向C_n1的整个扭力传送过程的效率与普通齿轮传动的效率相当。

“星轮组合无级变速器”的组合单元周转轮系的特性，及扭力输出级输出转速控制方法的实用性：

所谓周转轮系就是动轴轮系，典型的周转轮系包括;①轮轴绕另一轮轴作回转运动的行星轮n₂;②带着行星轮作回转运动的转臂n_H;③绕固定轮轴转动的中心轮n₁;④绕固定轮轴转动的齿圈n₃。周转轮系的差动轮系在n₁、n₃、n_H三个构件中，有两个独立运动构件，即任意两个构件的运动能向第三个构件转化转动。在“星轮组合无级变速器”中，A、B、C三组轮系虽然外形不同，但结构方法都是差动轮系的方法。

“星轮组合无级变速器”的设计是由对B_nh的控制展开的，那么对B组轮系的这种控制方法是否具有实用性。对B_nh的控制即是对差动轮系中两个独立运动构件中的一个，进行转速控制。查阅资料“减速机图册”107页26-11图是一个试车台，这个试车台的无级变速采用了与本变速器对B组轮系的控制相同的方法，但是这个试车台的调速蜗杆须要另外输入一个调速，因此这个试车台使用的无级变速器不能做为一个整体，它的实际使用范围受到限制。

三、为改变现有汽车旧的变速方式，使汽车运行更平稳、更经济，驾驶更简便，提高车辆的运行性能。

四、星轮组合无级变速器的参数：

1、转速：入一＝2400转

入二＝2400转

输出最高速＝2400转

输出最低速＝0

高速时各轮系的转速值：

A组：A_n3＝2400转，A_n1＝3600转

A_nh＝0

B组：B_n3＝2400转 B_nh＝0

B_n1＝2400转

C组：C_n3＝2400转 C_nh＝0

C_n1＝2400转

其它：m＝2400转蜗杆＝0

低速时各轮系的转速值：

A组：A_n3＝2400转，A_n1＝0

A_nh＝1440转

B组：B_n3＝2400转 B_n1＝0

B_nh＝1200转

C组：C_n3＝0 C_n1＝0

C_nh＝0

其它：m＝0 蜗杆＝5760转

2、各轮齿比数：

A组：A_n1∶A_n3＝1∶1.5

A_n1∶m＝1∶1.5

B组：B_n3∶B_n1＝1∶1

B_n1∶C_n3＝1∶1

C组：C_n3∶C_n1＝1∶1

C_n1∶m＝1∶1

注：C_n2、B_n2在可能的情况下尽可能设计的直径大些蜗杆与A_nh的比数本申请取4∶1

入一齿轮D与A_n3的比数本申请取1∶1

3、A、B、C三组轮系的转速计算公式

A：A_n1＝2.5A_nh-1.5A_n3

B：B_n1＝2B_nh-B_n3

C：C_n1＝2C_nh-C_n3

4、阻尼AR、CR的阻值

AR≤发动机扭力

CR≥发动机扭力

技术问题与解决办法：

①、设计思想与实施：

“星轮组合无级变速器”的基本设计思想是：用车速与发动机的差速控制变速器输出。

在变速器中，设计了A组轮系和B组轮系，把发动机输出变为两个变速器输入，即入一传给A_n3做为调速用衡速，入二传给B_n3做为扭力输出源，A、B两组轮系的首尾虽然相接，但我们假设用A组轮系与车速对比转化出差速A_nh去控制B_nh，用B组轮系输出扭力，车速的这种反传控制，我们称：车速反馈。

②车速的反馈方向：

为使车速在控制变速时首先传给A轮系，必须有方向控制。

在变速器中设计了C组轮系，这个轮系中的阻尼CR正常时的阻值为最大值，当外部加载扭力增大时，减小阻尼CR的阻值，使C_n3正常旋转，C_n1因受外部加载扭力的影响将减速，C_nh开始反时针方向转动。而A组轮系因A_n1减速，使A_nh增速，从而使蜗杆控制B_nh也增速，此时B_n1减速变速器输出速降低后，CR阻值回到最大值。现在我们通过C组轮系，使车速反馈方向得到控制。

③、A、B两组轮系的转速吻合：

为了不使A、B两轮系发生自锁，它们的转速需要吻合;

A、B两组轮是控制与被控制关系，而控制系A轮系又有B组轮系的输出控制，为了不发生自锁。A_nh必须有足够的转速，保证在蜗杆控制下的B_n1的转速传到A_n1时，A_nh本身的转速不变，如当变速器输出速在最高速2400时，A_nh的转速等于零，而受蜗杆控制的B组轮系的输出B_n1的转速是2400，经C组轮系传到A_n1的转速是3600转，由A组轮系公式知A_n1＝3600时，A_nh＝0恰好吻合。

④、防反控制：

A、B两组轮系是控制与被控制关系，正常控制是：由A组轮系控制B组轮系保持某个输出转速。（即使m轮保持某个转速），或增速时，由A组轮系控制B组轮系输出增速。

为了能使A组轮系正常的起到控制作用，在A组轮系与B组轮系间的传动中才用蜗杆蜗轮传动，即用A_nh带动蜗杆，控制B_nh，这样使B组轮系不能影响A组轮系的正常运转，并且使对B组轮系的控制容易了。

⑤、增、减速的控制：

为了对变速器的输出转速能够控制，在A_n1上分别设计了阻尼器CR、AR，通过对这两个阻尼器的控制达到对变速器输出速进行控制的目的。

五、“星轮组合无级变速器与现有无级变速器相比具有结构新颖、动力损失小，易操作，能够用于多种环境，能传送大扭力，能够实现人为控制和自动控制。

六、附图1是示意图、附图2是传动图。实际设计时各齿轮的比数可有限的进行调整。如蜗杆转速实际设计中应提高转速。

图中：A组轮系包括：A_n1、A_n3、A_nh、A_n2。B组轮系包括：B_n1、B_n3、B_nh、B_n2。C组轮系包括：C_n1、C_n3、C_nh、C_n2。

图中附件：阻尼器CR;阻尼器AR（包括齿轮）;调速用衡速输入齿轮D轮;扭力输出轮m;为反向而设的齿轮W;蜗杆的下端齿轮和上端的蜗杆统称蜗杆系;B_nh是蜗轮，

七、阻尼CR的控制设计在刹车踏板上，使它与刹车同步。增速阻尼AR的控制设计在离合器踏板上，但离合器应去掉，使这个踏板只控制AR。这里是对汽车而言。当然在其它：如动力试车台、风机、机械变速等领域也可使用，特别是直升机上完全可以使用此方法设计的变速器。

Claims

1、“星轮组合无级变速器”能够实现零至任意设计高速的无级变速是因为它是有三个差动轮系：A、B、C组成、这种轮系有三大构件：转臂nh，中心轮n₁和齿圈n₃组成，三大构件可任两个是独立运动构件，并能向第三构件转化传动，本发明的特征是：

①、才用三个上述轮系的组合。

②、所述A、B两轮系间的传动才用蜗杆蜗轮传动。

③、所述A、B两轮系中的An₃、Bn₃是两个动力输入轮。

④、所述A、C两轮系中的Anh、Cnh分别由外设的阻尼器AR、CR控制。

2、根据1、①所述组合，其特征是三轮系互为调速，动力输出和反馈方向控制关系。

3、根据1、②所述转动，其特征是蜗杆由Anh带动，蜗轮即是Bnh，是控制与被控制关系。

4、根据1、④所述控制，其特征是AR为增速控制器，CR为减速控制器。