TWI491821B - 無段變速裝置 - Google Patents

Description

無段變速裝置

本發明係有關一種無段變速裝置，尤其是一種以非摩擦傳動之方式，並可無級調整變速比傳送旋轉運動之傳動裝置。

已知技術之無段變速裝置皆是利用主、從構件接觸處的摩擦力之牽引，將運動和轉矩由主動構件傳遞給從動構件，並通過改變主、從動件的相對位置，以改變接觸處的工作半徑來實現無段變速。但是，摩擦傳動機構會因滑動而有傳動不確實與動力傳遞效率降低之問題。

已知之無段變速裝置以摩擦機構進行無段變速與動力傳遞時，為了保證接觸區域產生一定的摩擦力，必需以加壓裝置或其他增加摩擦力之手段，使各傳動構件彼此緊壓牽引以減少滑動，但是卻無法完全排除滑動之可能，或是過度加壓而造成其他部件之效率損失。因此，為了從根本上解決滑動所產生之問題，必需發展一排除摩擦機構之無段變速裝置。

本發明之無段變速裝置至少包括：一輸入軸，一輸出軸，二複式急回機構(分別為第一及第二複式急回機構)，一調 速機構，複數個差速機構，複數個單向離合機構。

該複式急回機構之動作，係由一主動元件帶動環列在主動元件周圍複數個從動元件產生具有極大、極小速度之急回運動。在主動元件每旋轉一圈的過程中，各個從動元件依照環列位置在產生極大、極小速度之時間點具有相位上的差異。

該第一複式急回機構之主動元件係由一輸入軸所帶動。該第一及第二複式急回機構的主動元件之間，係由一調速機構連接傳動。該調速機構為一差速齒輪，該差速齒輪之一半軸齒輪為輸入端，由第一複式急回機構之主動元件連接傳動；另一半軸齒輪為輸出端，連接傳動第二複式急回機構之主動元件；行星齒輪軸(架)為調速端，亦可將行星齒輪軸(架)連接一蝸輪，以蝸桿為調速端。

第一及第二複式急回機構從動元件之間各係以一差速機構連接。該差速機構為一差速齒輪，二半軸齒輪為輸入端，各自與第一及第二複式急回機構相同位置之從動元件連接傳動。該差速齒輪之行星齒輪軸(架)為輸出端，連接帶動一單向離合機構之輸入端，而該單向離合機構之輸出端則連接傳動至該輸出軸。

本發明之無段變速裝置其動力傳遞動作如下：輸入軸以一固定速度旋轉，該旋轉動力傳遞至第一複式急回機構之主動元件，該主動元件再將旋轉動力傳遞至調速機構，該調速機構之行星齒輪軸(架)固定不動，第二複式急回機構之主動元件會 以相反方向同速旋轉；二主動元件各自帶動其從動元件產生急回運動，從動元件之間的差速機構從二輸入端其急回運動之極大、極小速的相位差異在輸出端產生往復擺動；該往復擺動經由單向離合機構輸出成單一方向間歇旋轉的驅動力；而各個單向離合機構所輸出之間歇性的驅動力以接力方式帶動輸出軸旋轉。

本發明之無段變速裝置其變速方式為：藉由改變調速機構其行星齒輪軸(架)之方位，來改變第二複式急回機構主動元件旋轉的相對相位，使第一及第二複式急回機構從動元件之間其急回運動之極大、極小速的相位差異進而增加或減少，經由差速機構產生不同的擺動行程，最後可使輸出軸產生不同的轉速。調速機構其行星齒輪軸(架)方位之改變係為一漸進且連續之轉動，因此擺動行程之變化亦為一漸進且連續之改變，最後輸出軸轉速之改變亦為漸進且連續，其轉速比為零至設計值。

本發明之無段變速裝置其調速機構，可在輸出端或輸入端加設一換向齒輪，以使輸入軸在無驅動力的自由狀態時亦能保持變速調整的確定性；同時亦必需在各個差速機構的任一輸入端加設一換向齒論，以校正調速機構換向齒論反轉的方向。

本發明之無段變速裝置其複式急回機構產生急回運動之機構係可為：主動元件為一以偏心方式安置之齒輪，該偏心齒輪嚙合一旋轉軸心位置會隨著偏心齒輪旋轉而活動之中間齒輪，該中間齒輪再嚙合一為從動元件之齒輪。當偏心齒輪均速旋轉時，經由中間齒輪傳遞動力，可使從動齒輪產生具有極大、極 小速度之旋轉。

本發明之無段變速裝置其單向離合機構係可為：至少包括一差速齒輪以及一逆止機構。該差速齒輪其中一半軸齒輪為輸入端，另一半軸齒輪連接逆止機構，而行星齒輪軸(架)為單向離合機構之輸出端。當單向離合機構輸入端的旋轉方向與逆止機構鎖死方向相反時，連接逆止機構之半軸齒輪則會停止不動，而輸出端行星齒輪軸(架)會以相同於輸入端的方向旋轉傳遞輸出動力。而當輸入端的旋轉方向與逆止機構鎖死方向相同時，輸入端的旋轉動力可經由半軸齒輪轉動逆止機構之輸入端，形成空轉狀態。

上述該逆止機構係可為：至少包括二缺齒齒輪(分別為第一及第二缺齒齒輪)以及一齒輪系。每一該缺齒齒輪其單數齒與雙數齒係在旋轉節面上相互錯開，將二缺齒齒輪嚙接傳動時，其動作特徵為：每當主動之缺齒齒輪改變旋轉方向，會先空轉一短行程後，才能帶動從動之缺齒齒輪。而該齒輪系其輪系值為-1，並且其中至少包括一蝸輪；利用具有自鎖特性之蝸輪，使得該齒輪系之第一軸無法帶動最末軸轉動，因此當最末軸無轉動時，第一軸為鎖死之狀態。該齒輪系可為：一蝸桿嚙合一蝸輪，該蝸輪再嚙合另一蝸桿之組合。

將第一及第二缺齒齒輪嚙接，並使其在所預設的旋轉方向保持完全契合，然後將第一缺齒齒輪與齒輪系之第一軸連接並以該軸為逆止機構之輸入軸，第二缺齒齒輪與齒輪系之最末 軸連接。當輸入軸往預設方向轉動時，第一及第二缺齒齒輪會同步旋轉，齒輪系之第一軸與最末軸也能同步轉動。而當輸入軸欲往相反於預設之方向轉動時，第一缺齒齒輪無法立即帶動第二缺齒齒輪轉動，因此連接第二缺齒齒輪的齒輪系之最末軸保持不動，並使齒輪系之第一軸(輸入軸)為鎖死狀態而達到逆止之功效。

綜上所述，本發明之效果能以非摩擦傳動之方式進行無段變速之動力傳遞，不僅可以確實傳動，具有較高的傳遞效率，並可實現以無段方式調整傳動比由零至設計值。

10‧‧‧輸入軸

20‧‧‧第一複式急回機構

21‧‧‧主動齒輪

22‧‧‧中間齒輪

221‧‧‧中間齒輪軸

222‧‧‧連桿

223‧‧‧連桿

23‧‧‧從動齒輪

24‧‧‧從動齒輪軸

25‧‧‧導軌盤

26‧‧‧導軌盤

261‧‧‧凹槽

30‧‧‧差速機構

31‧‧‧換向齒輪

311‧‧‧半軸齒輪

312‧‧‧半軸齒輪

313‧‧‧半軸齒輪

314‧‧‧連接軸

315‧‧‧固定軸

316‧‧‧連接支架

32‧‧‧差速齒輪

321‧‧‧半軸齒輪

322‧‧‧半軸齒輪

323‧‧‧行星齒輪

324‧‧‧行星齒輪連軸桿

41‧‧‧連接軸桿

42‧‧‧連接套筒

50‧‧‧調速機構

51‧‧‧換向齒輪

511‧‧‧半軸齒輪

512‧‧‧半軸齒輪

513‧‧‧半軸齒輪

514‧‧‧連接軸

515‧‧‧固定軸

516‧‧‧連接支架

52‧‧‧差速齒輪

521‧‧‧半軸齒輪

522‧‧‧半軸齒輪

523‧‧‧行星齒輪

524‧‧‧行星齒輪架

525‧‧‧環齒輪

53‧‧‧蝸桿

531‧‧‧連接支架

60‧‧‧第二複式急回機構

611‧‧‧主動齒輪軸

62‧‧‧從動齒輪

70‧‧‧單向離合機構

71‧‧‧差速齒輪

711‧‧‧半軸齒輪

712‧‧‧半軸齒輪

713‧‧‧行星齒輪

714‧‧‧行星齒輪架

715‧‧‧環齒輪

72‧‧‧逆止機構

721‧‧‧缺齒齒輪

722‧‧‧缺齒齒輪

723‧‧‧蝸桿

724‧‧‧蝸桿

725‧‧‧蝸輪

726‧‧‧固定軸

727‧‧‧連接支架

80‧‧‧輸出軸

81‧‧‧輸出軸齒輪

91‧‧‧支架

92‧‧‧支架

93‧‧‧支架

94‧‧‧支架

95‧‧‧支架

96‧‧‧支架

97‧‧‧支架

98‧‧‧支架

第1圖係根據本發明較佳實施範例之無段變速裝置透視圖。

第2圖係根據本發明較佳實施範例之第一複式急回機構局部立體分解圖。

第3圖係根據本發明較佳實施範例之差速機構局部立體分解圖。

第4圖係根據本發明較佳實施範例之調速機構局部立體分解圖。

第5圖係根據本發明較佳實施範例之第二複式急回機構處局部立體分解圖。

第6圖係根據本發明較佳實施範例之單向離合機構局部立體分解圖。

本較佳實施範例所對照之圖示，係表達與本發明特徵有關之結構示意，本發明並不限定在圖示中之比例。通常根據本發明，該較佳無段變速裝置如下：請參考第1圖，本較佳實施範例之無段變速裝置主要包括：一輸入軸10；一第一複式急回機構20；四個差速機構30，每一差速機構包含一換向齒輪31以及一差速齒輪32；一調速機構50，由一蝸桿53為調速端，用以調整本裝置之傳動比；一第二複式急回機構60；四個單向離合機構70，每一單向離合機構包含一差速齒輪71以及一逆止機構72；一輸出軸80。

請參考第2圖，本較佳實施範例之複式急回機構係由一偏心安置之齒輪為主動元件，利用齒輪偏心旋轉，經由四個中間齒輪分別帶動四個為從動元件之齒輪產生具有極大、極小速度之周期性旋轉。四個從動元件係以主動元件旋轉軸心為中心均等環列，相鄰的從動元件之間，其極大、極小速度周期變化的相位相差異為90度。

輸入軸10穿過支架91連接一導軌盤25，然後連接一偏心安置之主動齒輪21，再連接另一導軌盤26，最後穿過支架92。其中輸入軸10與支架91、92為樞接，輸入軸10與主動齒輪21以及導軌盤25、26為固接。導軌盤為一圓形盤，其圓心與主動齒輪的圓心位在同一軸線上，同以偏心方式固接在輸入軸10，並設有一凹槽261用以限制安置在其中的中間齒輪軸221之活動， 使中間齒輪22與主動齒輪21保持嚙接。

從動齒輪軸24穿過支架91連接連桿222，然後連接從動齒輪23，再連接另一連桿223，最後穿過支架92。其中從動齒輪軸24與支架91、92以及連桿222、223為樞接，從動齒輪軸24與從動齒輪23為固接。兩連桿222以及223用以限制中間齒輪軸221之活動位置，使中間齒輪22與從動齒輪軸24保持嚙接。

中間齒輪軸221與中間齒輪22以及連桿222、223為樞接，其兩端分別置於兩導軌盤25以及26的凹槽內。中間齒輪軸221之位置會隨著主動齒輪21的偏心旋轉而改變，並同時使中間齒輪22與主動齒輪21以及從動齒輪23保持嚙合。

請參考第1圖以及第3圖，本較佳實施範例之差速機構30會將兩複式急回機構其從動元件之間的轉速差異由輸出端輸出，其輸入端、輸出端以及連接元件如下：半軸齒輪311為一輸入端，經由與其固接之從動齒輪軸24傳入旋轉動力；半軸齒輪322為另一輸入端，經由與其固接之連接套筒42傳入旋轉動力；行星齒輪連軸桿324為輸出端，經由與其固接之連接軸桿41輸出旋轉動力。

請參考第3圖，用以轉換旋轉方向之換向齒輪31，其半軸齒輪311與從動齒輪軸24固接並與半軸齒輪312嚙合。半軸齒輪312樞接在固定軸315上並與半軸齒輪313嚙合，固定軸315固定在連接支架316上，連接支架316兩端分別固定於支架92、93上。半軸齒輪313固接一連接軸314，該軸穿過支架93， 與差速齒輪32的半軸齒輪321固接。

請參考第3圖，差速齒輪32其中的半軸齒輪321固接在連接軸314上並與兩行星齒輪323嚙合。半軸齒輪322固接於連接套筒42上並與兩行星齒輪323嚙合，該連接套筒42穿過支架94並與該支架保持樞接。行星齒輪連軸桿324兩端各樞接一行星齒輪323，其中心圓孔處與連接軸桿41固接，該連接軸桿41穿過連接套筒42並保持可在套筒內自由轉動，然後連接至單向離合機構。

請參考第5圖，本較佳實施範例之第二複式急回機構60除了主動、從動元件其輸入、輸出連接的元件不同之外，其構造方式與第一複式急回機構20相同。第二複式急回機構60其主動元件之輸入由主動齒輪軸611所連接帶動，而從動齒輪62則與連接套筒42固接，傳遞急回運動至差速機構輸入端的半軸齒輪322。

請參考第4圖，本較佳實施範例之調速機構50的輸入端為半軸齒輪511，輸出端為半軸齒輪522，調速端為蝸桿53。調速機構50其中的換向齒輪51，其半軸齒輪511固接在凸出支架92端之輸入軸10上，並與半軸齒輪512嚙合。半軸齒輪512樞接在固定軸515上並與半軸齒輪513嚙合，固定軸515固定在連接支架516上，連接支架516兩端分別固定於支架92、93。半軸齒輪513固接一連接軸514，該軸穿過支架93，與差速齒輪52的半軸齒輪521固接。

調速機構50其中的差速齒輪52，其行星齒輪架524與連接軸514、主動齒輪軸611保持樞接，該行星齒輪架上設有一軸與兩行星齒輪523樞接，該行星齒輪架上另有一固接之環齒輪525，該環齒輪525亦為蝸輪並與蝸桿53嚙合，該蝸桿53與兩連接支架531樞接，該連接支架531兩端分別固定於支架93、94上。半軸齒輪521固接在連接軸514上並與兩行星齒輪523嚙合，半軸齒輪522固接在主動齒輪軸611上並與兩行星齒輪523嚙合。

調速機構50的動作關聯如下：當輸入軸10以一固定均勻轉速旋轉時，因蝸桿53與作為蝸輪之環齒輪525其自鎖性，會使行星齒輪架524保持不動，此時第一以及第二複急回機構主動齒輪之間，相對的旋轉相位亦保持不變，而從動齒輪間極大、極小速度的相位差異亦保持不變，因此差速機構的輸出端為一固定行程之擺動；當轉動蝸桿53時，經由差速齒輪52改變兩複急回機構主動齒輪之間相對的旋轉相位，因而使從動齒輪之間極大、極小速度的相位差異改變，使得差速機構輸出端的擺動行程進而增加或減少，最後會使輸出軸80的轉速因而改變。

本較佳實施範例之單向離合機構會將差速機構輸出端的往復擺動轉換成單一方向的間歇旋轉，並由四個單向離合機構以接力方式帶動輸出軸產生均速旋轉。

請參考第1圖以及第6圖，單向離合機構70的輸入端為半軸齒輪711，輸出端為環齒輪715。單向離合機構70其中的差速齒輪71，其行星齒輪架714與連接軸桿41、蝸桿723保持 樞接，該行星齒輪架上設有一軸與兩行星齒輪713樞接，該行星齒輪架上另有一固接之環齒輪715，該環齒輪715與輸出軸齒輪81嚙合。半軸齒輪711固接在連接軸桿41上並與兩行星齒輪713嚙合，半軸齒輪712固接在蝸桿723上並與兩行星齒輪713嚙合。輸入軸80與支架98、96為樞接，與輸入軸齒輪81固接。

單獨一個單向離合機構70之運動狀態如下：當輸入端的半軸齒輪711旋轉方向與逆止機構71的鎖死方向相反時，連接蝸桿723之半軸齒輪712會停止不動，而使旋轉動力由輸出端的環齒輪715傳出；而當輸入端的半軸齒輪711旋轉方向與逆止機構71的鎖死方向相同時，旋轉動力可以由半軸齒輪712帶動連接蝸桿723轉動形成空轉。而本實施範例中是由四個單向離合機構其輸出端環齒輪715共同囓合一輸出軸齒輪81，各差速齒輪72在接力傳遞動力時會有連動上之變化。

單向離合機構70其中的逆止機構72，主要包含：一缺齒齒輪721，一缺齒齒輪722，一蝸桿723為齒輪系第一軸，一蝸桿724為齒輪系最末軸，以及一蝸輪725。缺齒齒輪為單數齒與雙數齒在旋轉節面上相互錯開之齒輪，當二缺齒齒輪嚙接傳動時，每當主動之缺齒齒輪改變旋轉方向，會先空轉一短行程後才能帶動從動之缺齒齒輪。利用此一反轉時兩輪無法立即同步旋轉之特性，以一組至少包括一蝸輪並且輪系值為-1之齒輪系連接至二缺齒齒輪，當缺齒齒輪欲往反向轉動時將無法同步齒輪系第一軸及最末軸之轉動，而使具有自鎖性之蝸輪將轉動鎖住。

逆止機構72，其中蝸桿723穿過支架97後與缺齒齒輪721固接，然後再穿過支架96再與半軸齒輪712固接，蝸桿723與支架96、97、98皆為樞接，並與蝸輪725嚙合。蝸桿724穿過支架97後與缺齒齒輪722固接，蝸桿724與支架96、97、98皆為樞接，並與蝸輪725嚙合。蝸輪725樞接在固定軸726上，該固定軸兩端各固接於連接支架727上，該連接支架兩端係與支架97、98連接固定。缺齒齒輪721與缺齒齒輪722嚙接，並使其在所預設的旋轉方向保持完全契合。

當蝸桿723往預設方向旋轉時，缺齒齒輪721、缺齒齒輪722、蝸桿724以及蝸輪725都會同時轉動。而當蝸桿723欲往相反於預設方向轉動時，缺齒齒輪721無法立即帶動缺齒齒輪722轉動，與缺齒齒輪722固接之蝸桿724亦無轉動，蝸輪725亦不轉動並會使蝸桿723產生自鎖，進而達成旋轉逆止之功效。

請參考第1圖以及第4圖，本實施例中變速調整為：經由轉動蝸桿53來改變行星齒輪架524之方位，進而改變兩複式急回機構旋轉的相對相位，可在行星齒輪架524其90度的方位變化範圍內，使輸出軸80產生零至設計值之均勻轉速。

本較佳實施範例中，支架91~98係經由額外構件固定其相應之位置，其額外構件會因應用無段變速裝置之主體不同而有所不同。

綜上所述，本較佳實施範例為一以齒輪嚙合傳動，不需要有摩擦機構，即可實現以無段方式調整傳動比由零至設計 值之旋轉運動傳遞裝置。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施範例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，本發明所主張之權利範圍自應以申請專例範圍所述為準，即大凡依據本發明申請專例範圍及發明說明內容所作之等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

10‧‧‧輸入軸

20‧‧‧第一複式急回機構

30‧‧‧差速機構

31‧‧‧換向齒輪

32‧‧‧差速齒輪

50‧‧‧調速機構

53‧‧‧蝸桿

60‧‧‧第二複式急回機構

70‧‧‧單向離合機構

71‧‧‧差速齒輪

72‧‧‧逆止機構

80‧‧‧輸出軸

Claims (6)

1. 一種無段變速裝置，包括：一輸入軸；二複式急回機構，分別為第一及第二複式急回機構，每一該複式急回機構係包括一主動元件以及複數個從動元件；該第一複式急回機構之主動元件係由該輸入軸所帶動；一調速機構，其係一差速齒輪，具有一輸入端、一輸出端以及一調速端，該輸入端係由該第一複式急回機構之主動元件所帶動，該輸出端係用以帶動該第二複式急回機構之主動元件，該調速端係用以改變該第二複式急回機構其主動元件旋轉之相對相位；複數個差速機構，每一該差速機構其係一差速齒輪，具有二輸入端以及一輸出端，該二輸入端係各別由該第一及第二複式急回機構相同位置之從動元件所帶動；複數個單向離合機構，每一該單向離合機構係有一輸入端以及一輸出端，該輸入端係由一該差速機構之輸出端所帶動；一輸出軸，該輸出軸係與該等單向離合機構之輸出端連接傳動。
2. 根據申請專利範圍第1項之無段變速裝置，其中，該調速機構進一步包括一設置於輸入端或輸出端之換向齒輪；每一該差速機構進一步包括一設置於任一輸入端之換向齒輪。
3. 根據申請專利範圍第1項或第2項之無段變速裝置，其中，該調速機構進一步包括一設置於調速端之蝸桿。
4. 根據申請專利範圍第1項或第2項之無段變速裝置，其中，每一該複式急回機構之主動元件係一偏心設置之齒輪，其各個從動元件係為一齒輪，主動元件與從動元件之間係經由一旋轉軸心位置可活動之中間齒輪傳遞旋轉運動。
5. 根據申請專利範圍第1項或第2項之無段變速裝置，其中，每一該單向離合機構係包括一差速齒輪以及一逆止機構。
6. 根據申請專利範圍第5項之無段變速裝置，其中，該逆止機構其包括：二缺齒齒輪，每一該缺齒齒輪其單數齒與雙數齒係在旋轉節面上相互錯開；一齒輪系，其中至少包括一蝸輪以及二蝸桿，該二蝸桿係共同嚙合該一蝸輪，並分別為該齒輪系之第一及最末軸，該齒輪系之輪系值係為-1；該二缺齒齒輪相互嚙接，並分別連接傳動該齒輪系之第一及最末軸。