WO2010091601A1

WO2010091601A1 - 正向无级变速装置及其方法

Info

Publication number: WO2010091601A1
Application number: PCT/CN2010/000223
Authority: WO
Inventors: 陈茂盛
Original assignee: Chen Maosheng
Priority date: 2009-02-11
Filing date: 2010-02-20
Publication date: 2010-08-19

Description

正向无级变速装置及其方法

技术领域

本发明涉及机械传动的一种正向无级变速装置及其方法

背景技术

现有技术中的摩擦无级变速器，与其它变速器或减速器一样，恒功率输入时，启动后，在加速运行的任意时刻，可以实现匀速运行，摩擦无级变速器的输入轮与被动轮之间由于存在着一对大小相等方向相反的内力矩，输入轮与被动轮之间的角动量等量转移，内力矩与输出扭矩相互对应，构成了摩擦无级变速器传动条件，输入轮与输出轮的运动是在内力矩与输出力矩反作用力矩相互作用，由于输出扭矩的反作用力矩与相对的内力矩角冲暈的合为零，使得合外力为零，可以实现匀速运行；摩擦无级变速器是摩擦传动，传动效率低。

中国专利公告号 CN116259A, 公开日是 1997 年 11 月 19 日，专利号 97102702.1 , 名称为差动齿轮传动系无级自动变速装置中公开了一种无级自动机械变速装置，它能随负载的大小实现无级与自动变速，它的运动特性是在恒功率启动下，由 P=MdX co d和.0 d= (Ma-Mf) /Jd， P为输入功率， Md为输出扭矩为输出轮的角速度， |3 d为输出轮的角加速度， Mf为阻力矩, Jd为输出轮的转动惯量，因功率 P保持不变，在输出轮加速过程中， . OJ d速度增大， Md减小， 0 d 加速度也因此减小，当输出扭矩 Md减小到等于阻力矩 Mf时，即

度 (3 d=0，则角速度 Q) d达到最大值 ω_m且ω_m=P/ Md，此后输出轮作匀速运动；它的缺点是，启动后的加速度过程中，不能在任意时刻勾速运行，只有输出轮的角动量增暈，只能到满功率的最大值的角速度 com时匀速运行，其原因就是，该种无级自动机械变速装置输出端的扭矩是通过反向增速后的输出扭矩，不能与加速过程中的 Md的反作用力矩平衡，不能逆向变速，只能在输出方向单向变速，与摩檫无级变速器不同，输入轮与输出轮之间没有相互对应的一对内力矩，差动齿轮传动系无级自动变速装置只能根据负荷的大小被动作用，在实际应用中，不能满足加速过程中需要每级匀速运行的需求。

发明内容'

本发明的目的是一种正向无级变速装置及其方法，由无级变速装置和双矩传动装置构成，所述的无级变速装置由齿轮差动轮系构成，或者由输入中心轴，输出中心轴以及设置在输入中心轴与输出中心轴之间的差动元件构成，所述的双矩传动装置由驱动轮，驱动轴，杠杆弯轴，万向传动轴承座，阻力轴，无级调速装' 置，被动轮构成，杠杆弯轴由驱动臂，中间轴，阻力臂构成，杠杆弯轴安装在与外界固定连接的万向传动轴承座上，杠杆弯轴的回转轴线通过万向传动轴承座的中心点，阻力臂通过阻力轴与被动轮安装在一起，驱动臂上设置有驱动轴，驱动轴装配在驱动臂内的作用带上，驱动臂内的作用带的中心线与驱动轮与被动轮的 · 同轴线相交或平行，驱动轴通过驱动轮与无级调速装置连接，无级调速装置和驱动轴可在驱动臂的轴向上和驱动轮的轴向上轴向往复移动，驱动轮与安装在轴承座上的输入轴连接在一起，被动轮通过输入传动装置与无级变速装置连接在一起；所述的双矩传动装置中，设置与驱动臂和驱动轮安装在一起的驱动轴到万向传动轴承座中心点的位置不变，设置与阻力臂和被动轮安装在一起的阻力轴到万' 向传动轴承座的中心点的位置不变，正向无级变速装置可成为一种正向减速机；所述的无级变速装置可为差动齿轮传动系无级自动变速装置；将所述的双矩传动装置可串联设置，或者将所述的双矩传动装置可并联设置；所述的无级变速装置可并联设置，将所述的双矩传动装置通过输入传动装置与并联设置的无级变速装置连接在一起。

一种双矩传动装置，由驱动轮，驱动轴，杠杆弯轴，万向传动轴承座，阻力轴，被动轮构成，所述的杠杆弯轴由驱动臂，中间轴，阻力臂构成，或者，杠杆弯轴由中间轴构成，在万向传动轴承座上，杠杆弯轴的中间轴安装在轴承上，轴承安装在万向内叉环的中心孔上，万向内叉环径向.商端的两根叉轴安装在万向内支承环的两个轴孔上，万向外叉环径向两端的两根叉轴安装在万向内支承环的两个轴孔上，万向内叉环径向两端的两根叉轴的同轴线与万向外叉环径向两端的两根叉轴的同轴线相互垂直相交，万向外叉环与外界固定联接，被动轮与安装在轴承座上的输出轴连接在一起，阻力臂通过阻力轴与被动轮安装在一起，驱动臂通过驱动轴与驱动轮安装在一起，驱动轮与安装在轴承座上的输入轴连接在一起，杠杆弯轴的回转轴线通过万向传动轴承座的中心点，并与驱动轮和被动轮的同轴线重合。■ . . '

一种万向传动轴承座，由万向内叉环，万向内支承环，万向外叉环，轴承构成 ·，所述的万向内叉环径向两端设置有两根叉轴，两根叉轴同轴，所述的万向内支承环相互垂直的径向两端各设置有两个轴孔，其中两个孔的同轴线与另外两个孔的同轴线相互垂直相交，其相交点为万向传动轴承座的中心点，万向内叉环径向两端的两根叉轴安装在万向内支承环径向两端的两个轴孔上，所述的方向外叉环径向两端的两根叉轴安装在万向内支承环径向两端的两个轴孔上，万向内叉环两根叉轴的同轴线与万向外叉环两根叉轴的同轴线相 5：垂直相交，其相交点与万向传动轴承座的中心点重合，以上叉轴与轴孔之间可安装轴承，在万向内叉环的中心孔上安装有轴承，万向外叉环与外界固定联接；所述的一种万向传动轴承座可为一种带可调心轴承的轴承座。

一种正向无级变速装置的方法，由无级变速装置与双矩传动装置构成的正向无级变速装置中，当功率一定时，动力源扭矩通过驱动轮和驱动轴偏心作用在杠杆弯轴的驱动臂上，杠杆弯轴以万向传动轴承座做支点，并在其上作回转运动，在杠杆弯轴的回转轴线上，动力源扭矩通过双矩传动装置使得无级变速装置输出端产生输出扭矩，在过万向传动轴承座中心点与杠杆弯轴的回转轴线相互垂直的垂直相交线上，动力源扭矩在垂直相交线方向作用，在杠杆弯轴的驱动臂上产生. 一个瞬时内弯矩，瞬时内弯矩在杠杆弯轴的阻力臂输出端，由被动轴偏心作用在被动轮上，在杠杆弯轴的回转轴线上产生一个瞬时输入内扭矩，由于无级变速装置具有输出方向的单向变速传动不可逆的传动特性，输出扭矩的反作用扭矩使得瞬时输入内扭矩成立，反作用扭矩与输入内扭矩大小相等方向相反，动力源扭通过双矩传动装置和无级变速装置与负载产生的合外力矩为零，输出端的角加速度为零处于匀速运行状态，在双矩传动装置上调整动力源扭矩偏心作用在杠杆弯轴的驱动臂上的位置，改变双矩传动装置的作用半径比，杆比，.使得输入内扭矩小 '于反作用扭矩，由于无级变速装置功率一定时，只有与负荷相应的最大角速度勾速运行的特性，无级变速装置在正加速过程中，动力源扭矩使得输出扭矩减小，也使得输出扭矩的反作用扭矩减小，当输出扭矩的反作用扭矩减小到与调整减小后的输入内扭矩大小相等时，输出端的角加速度为零，'无级变速装置输出端将以增大后的输出角速度匀速运行，调整双矩传动装置的传动比，可使无级变速装置输出端在加速的正方向实现角速度不断增大的无级变速。 . '

本发明比现有的摩擦无级变速器或减速器效率更高，能够有效的节省能源、节省制造成本，作为动力源扭矩向外输出做功的中间变速机构，可以广泛地应用在各种机械装置中，如汽车，各种机械设备等。

附图说明

图 1是本发明的一种正向无级变速装置的主视图。

图 2是本发明图 1的 A-A向视图。图 3是本发明图 1的 B-B .向视图。

图 4是一种双矩传动装置主视图。

图 5是本发明的立体受力原理图。

图 6是本发明的一种具体实施例的传动方式示意图。

图 7是本发明的一种具体实施例的传动方式示意图。

正向无级变速装置是一种由双矩传动装置 2，与一种无级变速装置 1构成，无级变速装置 1由齿轮差动轮系构成，或者由输入中心轴，输出中心轴以及设置在输入中心轴与输出中心轴之间的差动元件构成，无级变速装置只能在输出方向实现单方向变速，无级变逑装置 1有两种结构，一种是由齿轮差动轮系构成； .一种是由轴承差速器构成。

• 具体实施方式 '

参照图 1，图 2，图 3，图 4是本发明正向无级变速装置的具体结构，它是由双矩传动装置 .2 与差动齿轮传动系无级自动变速装置构成的正向无级变速装置。差动齿轮传动系无级自动变速装置是一种由两组齿轮差动轮系构成的无级变速装置 1，具体结构如下：

输入中心齿轮 3下端连接的输入轴是无级变速装置 1的输入轴，并与轴承 6 连接，轴承 6安装在轴承座上，输入中心齿轮 3与行星齿轮 5啮合，行星齿轮 5 . 与双齿圈 4的内齿轮 46啮合；输入中心齿轮 3的上端中心处 '设置有轴承 35，轴' 承 35与转动轴 29连接，转动轴 29与轴承 47连接，轴承 47安装在输出中心齿轮 44的下端中心处；与输出中心齿轮 44上端连接的输出轴是本正向无级变速装置的输出轴，并与轴承 36连接，轴承 36与轴承座连接；输出中心齿轮 44与行星齿轮 33啮合，行星齿轮 33与双齿圈 4的内齿轮 45啮合；转动轴 29上设置有转臂 28，转臂 28的左端设置有固定轴 48，固定轴 48的上端与轴承 32连接轴承 32安装在行星齿轮 33上，转臂 28的右端设置有固定轴 30，固定轴 30的下端与轴承 31连接，轴承 31安装在行星齿轮 5上；双齿圈 · 4的上端中―心处与轴承 50连接，轴承 50安装在输出中心齿轮上端的输出轴上，双齿圈 4的下端与压盖 34连接，压盖 34的中心处与轴承 49连接，轴承 49安装在输入中心齿轮 3下端输入轴上；输入中心齿轮 3的输入轴与输出中心齿轮 44的输出轴同轴，转臂 28 与输入中心齿轮 3，输出中心齿轮 44和双齿圈 4相对转动，双齿圈 4可在输入中心齿轮 3的输入轴和输出中心齿轮 44的输出轴上转动。

由两组齿轮差动轮系构成的无级变速装置 1，其运动特性是将输入中心齿轮 3的运动经被动件行星齿轮 5和转臂 28，与被动件内齿轮 46的分解，通过双齿圈 4和转臂 28，由主动件内齿轮 45和主动件转臂 28，经行星齿轮 33将运动合成到输出中心齿轮 44上，经输出中心齿轮 44的输出轴输出。内齿轮 45通过输出中心齿轮 44对输入轴中心齿轮 3的输入扭矩在内齿轮 46增大的扭矩，又增速反向地进行减小；由于内齿轮 46的半径大于内齿轮 45的半径，输入中心齿轮 3 经行星齿轮 5与内齿轮 46啮合的切向力形成的扭矩，通过输出中心齿轮 44和转臂 28，在内齿轮 45的切向形成的切向力大于内齿轮 46处的切向力；通过设计输入中心齿轮 3，行星齿轮 5，行星齿轮 33和输出中心齿轮 44的半径参数，当转臂 28通过固定轴 48作用在行星齿轮 33的切向力小于内齿轮 45处的切向力，方向与其相反时，以上输出中心齿轮 44的输出轴的合成运动才能成立；该种无级变速装置 1只能在输出轴方向单方向的变速传动，不能逆向变速传动；如果在该种无级变速装置 1的输出端作用一个输入扭矩，该输入扭矩会大小方向不变地作用到种无级变速装置 1的输入端上，这一特性也是该正向无级变速装置需要利用的一个特性。. · ·.

双矩传动装置 2的构成是，驱动轮 25的下端输入轴是本正向无级变速装置的输入轴，并安装在轴承 26上， .轴承 26安装在轴承座 27上，与驱动轮对应的是被动轮 7，被动轮 7装配在输入中心齿轮 3下端的输入轴上；在驱动轮 25与被动轮 7之间设置有万向传动轴承座 37，和杠杆弯轴 39，杠杆弯轴 39通过中 |¾] 轴 10安装在与外界固定连接的万向传动轴承座 3'7上，杠杆弯轴 39的阻力臂轴 8通过阻力轴 9与被动轮 7安装在一起，杠杆弯轴 39通过驱动轴 23与驱动轮 25 连接在一起，杠杆弯轴 39的回转轴线通过万向传动轴承座 37的中心点，并与驱动轮 25和被动轮 7的同轴线重合。 .

万向传动轴承座 37由万向内叉环 12，万向内支承环 13，万向外叉环 14，轴承压盖 40，以及轴承 11构成，万向内叉环 12径向两端设置有两根叉轴 19，两根叉轴 19的轴线同轴并与万向内叉环 12的径向线重合，两根叉轴 19与万向内叉环 12可成为一体或互相装配在一起；万向内支承环 13相互垂直的径向两端各设置有轴孔 16和 42，两个轴孔 16的同轴线与两个轴孔 42的同轴线相互垂直相交，其相交点为万向传动轴承座 37的中心点；万向外叉环 14上径向两端向内设置有两根叉轴 43，两根叉轴 43的轴线同轴并与万向外叉环 14的径向线重合，两根叉轴 43与万向外叉环 14连接；轴承 11安装在万向内叉环 12的中心孔上，由轴承压盖 40固定；两根叉轴 19安装在两个轴孔 42上，两根叉轴 43安装在两个轴孔 16上，万向外叉环 14与外界固定连接；为了减少摩擦和磨损提高传动效率，在叉轴 19与轴孔 42之间安装有轴承 20，叉轴 43与轴孔 16之间安装有轴承 15; 万向内叉环 12中心孔安装有轴承 11 , 并由轴承压盖 40固定连接；两根叉轴 19的同轴线与两根叉轴 43的同轴线相互垂直相交，其相交点与万向传动轴承座 37的中心点重合，也是杠杆弯轴 39·的支点，驱动轮 25与被动轮 7的同轴线通过万向传动轴承座 37的中心点；万向内支承环 13是一种由两个半环组成的环，由螺栓 17固定连接；万向内支承环 13也可以为一体；叉轴 19与轴孔 42互换，或者也可以将轴孔 16与叉轴 43互换; 万向外叉环.14可为一种叉轴座的形式， '一个叉轴座带有一根叉轴 43，每个叉轴座可单独与外界连接，或者，两个叉轴座为一体，与外界连接，两根叉轴 43的轴线同轴。

杠杆弯轴 39由驱动臂轴 38，阻力臂轴 8，中间轴 10构成，中间轴 10装配在轴承 11上，中间轴 10的轴线与驱动轮 25和被动轮 7的同轴线相交，其相交点与万向传动轴承座 37的中心点重合，中间轴 10的上端固定装配在阻力臂轴 8 的下端，中间轴 10的下端固定配在驱动臂轴 38的上端；驱动臂轴 38径向上设置有通槽 18, 通槽' 18内设置有两条上下平行的作用带 21，作用带 21的中心线与驱动臂轴 38的轴线相交或平行，驱动轴 23径向穿过驱动臂轴 38，装配在作用带 21之间，驱动轴 23两端装配有滑动轴承 63，滑动轴承 63装配在驱动轮 , 25轴向设置的两条通槽 41上，驱动轴 23两端通过滑动轴承 63与无级调速装置 24连接在一起；无级调速装置 24由调速板 61，同步环 52，轴 54，轴承 53导轴 56构成，同步环 52通过销轴 62与滑动轴承 63和驱动轴 23端部连接在一起，同步环 52外缘设置有凹槽，凹槽内装置有轴承 53, 轴承 53通过轴 54与调速板 61连接在一起，调速板 61下端两侧设置有直线轴承 55，直线轴承 55与导轴 56 - 装配在一起，导轴 56—端与轴承座 27连接，另一端与万向传动轴承座 37连接，导轴 56的轴线与驱动轮 25和被动轮 7的同轴线平行；驱动轮 25的上端设置有轴承 57，轴承 57与稳定套 58安装在一起，稳定套 58与万向传动轴承座 37的万向外叉环 14通过螺栓 60连接在一起。 .

双矩传动装置 2的工作过程，在万向传动轴承座 37上，驱动轮 25通过驱动轴 23偏心驱动驱动臂轴 38使杠杆弯轴 39回转运动，安装在轴承 11上的中间轴 10的轴线与杠杆弯轴 39的回转轴线相交，其相交点的两边中间轴 10的轴线围绕杠杆弯轴 39的回转轴线转动，中间轴 10带动万向内叉环 12围绕两根叉轴 19的同轴线任意方向来回摆动，两根叉轴 19带动万向内支承环' 13围绕两个轴孔 16的同轴线任意方向来回摆动，万向外叉环 14通过两根叉轴 43与两个轴孔 16承载万向内支承环 13，万向外叉环 14固定不动；杠杆弯轴 39通过万向传动 '轴承座 37做支点，实现杠杆弯轴 39围绕其回转轴线回转运动，杠杆弯轴 39上 . 的阻力臂轴 8通过阻力轴 9驱动被动轮 7回转运动。 .

参照图 4是双矩传动装置的一种形式该种双矩传动装置由带可调心轴承的轴承座 64, 中间轴 10，驱动轮 25，被动轮 7， ·驱动轴 23，阻力轴 9以及轴承座构成，

64是万向传动轴承座 37的一种形式，带可调心轴承的轴承座 64由内球环 65与外球环 66构成，中间轴 10是杠杆弯轴 39的一种形式，中间轴 10的上端与阻力轴 9连接，阻力轴 9与被动轮 7连接，被动轮 7与输入中心齿轮 3下端的输入轴连接；中间轴 10直接安装在外球环 66 的中心孔上，中间轴 10的下端与驱动轴 23连接，驱动轴 23与驱动轮 25连接，驱动轮 25的输入轴与轴承 26连接，轴承 26与轴承座连接，中间轴 10的轴线与驱动轮 25和被动轮 7的同轴线 Χι-Χι相交，其相交点是带可调心轴承的轴承座 64的中心，中心点两边中间轴 10的轴线围绕轴线 Xi— Xi转动，中间轴 10带动外球环 66围绕中心点任意方向回转运动，驱动轮 25通过驱动轴 23偏心驱动中间轴 10回转运动，中间轴 10上端阻力轴 9驱动被动轮 7回转运动。

. 参照图 4，图 5，在由双矩传动装置 2与无级变速装置 1构成的传动系统中，轴线 XI— XI是杠杆弯轴 39的回转轴线与无级变速装置 1的轴线同轴，在杠杆弯轴 39上，驱动臂轴 38的作用轴线，阻力臂轴 8的作用轴线与中间轴 10的轴线在一个平面上,驱动轴 23偏心作用在驱动臂轴 38的作用轴线上，作用力为 Fi，作用力 Fi与轴线 Xi— Xi的回转作用半径为 n; 或者，图 4所示的杠杆弯轴 39 就是中间轴 10，驱动轴 23偏心作用中间轴 10的轴线上，作用力为 Fi，作用力 Fi与轴线一 Xi的回转作用半径为 n; Fi与 η产生的扭矩为 Ml,又称为动力源扭矩，输出功率为 Pi,驱动轮 25的回转角速度为 ω ι，称为动力源扭矩角速度；与轴线 Xi— Xi相互垂直相交的轴线为 Χ2—Χ2, 其相交点为万向传动轴承座 37 的中心点，杠杆弯轴 39以万向传动轴承座 37做支点，并在其上作回转运动，作用力 Fi通过驱动轴 23作用在杠杆弯钾 39上，围绕轴线 Xi—¾回转运动的同时，作用力 Fi使得杠杆弯轴 39在轴线 X2— X2方向产生一个瞬时内弯矩 M，瞬时内弯矩 M的瞬时角速度为 ω，由于驱动轴 23与杠杆弯轴 39之间无相对运动，瞬时内弯矩 Μ是由作用力 Fi作用产生的

Mi= Fi Xri ( 1-1 )

M= FiXLi

Li是作用力 Fi到轴线 X2— X2的距离；

M= Mi XLi/ ri ( 1-2)

. B 时内弯矩 Μ的方向与扭矩 Mi的方向总是相互垂直，瞬时内弯矩 M的方向总是在改变，具有瞬时性，瞬时内弯矩 M使得阻力臂轴 8偏心作用在阻力轴 9上的作用力为 F2，被动轮 7与阻力轴 9没有相对运动，作用力 F2作用在被动轮 7上，是一个内力，由于瞬时内弯矩 M的瞬时性与作用力 F2的瞬时性是对应的，作用力 F2到轴线 X2— X2的距离为 L2; 参照图 4，作用力 F2围绕 Χι—Χι 作甩半径为 Γ3时的扭矩为 M3, ·

F2=Fi.XLi/L2 (1-3)

r3/ri=L2/Li

r3=nXL2/Li (1-4)

由 M3=F2Xr3，式（1-1)，式（1-3)，式（1-4)得：

Μ3=Μι，

M3在 β作用处的大小与 Ml相等， Ml通过刚体杠杆弯轴 39在 r3作用处的力矩大小和方向与 M3相等和相同。

将作用力 F2由 r3的作用处平移至 r2的作用处， F2相对轴线 Xi— Xi的内扭矩为 M2, 内扭矩 M2与 M3的关系为

M2/M3=r2/r3 .

Μ2=Μ3ΧΓ2/Γ3 (1-5)

. 由式（1-1)，式（1-2)，式（1-3)，式（1-4) 得：

M2=MiXr2XLi/nXL2

ti为作用半径比； t2-Li/L2， t₂为杆比，

由式（1-6)， iiX 的乘积为双矩传动装置 2的传动比，改变 η和 β以及

Li和 L2，都会改变和 t2。例如，改变 Li的长度，当 Li大于 L2时， Li越大， M2就越大，杆比 t2就越大；同样， ¾变半径 r2也会改变作用半径比 tl。选择大小不同的作用半径比 ίΐ和杆比 t2，对应的 M2大小不同，与 M2对应的瞬时内角速度为 0)2; 当作用力 Fi在杠杆弯轴 39上，选择不同的 Li和 ri, 得到不同作用位置时，〖1和〖2都将得到改变。

在双矩传动装置 2上， Fl相对轴线 X2— X2方向，由角动量定理 ² M - dt = Jb&b - Ja&a (2-1) 式（2-1 )中 (oa和 0)b为瞬时内弯矩 M的瞬时内角速度 ω从 coa到 0)b状态的始末瞬时内角速度；杠杆弯轴 39在轴线 X2— X2方向的转动惯量为 Jg。当驱动轴 23作用在不同的位置时使得 Li和 n的大小不同，作用力 Fi相对 X2-X2轴线的作用位置不同，设作用力 Fi在 Li和 n的最大作用尺寸的扭矩为 Ma,瞬时内角速度为 ( a，此时作用力 Fi的作用点到轴线 X2-X2的转动惯量为 Ja; 改变作用力 Fi的作用位置使得 M由 Ma变换到 Mb，瞬时内角速度 ω由 ω a变换到 0)b, 由平行轴定理，杠杆弯轴 39的转动惯量 Jg将由 Ja变换到 Jb_; 由此，当杠杆弯轴 39瞬时内弯矩 M由 Ma变换到 Mb时，杠杆弯轴 39在 X2-X2轴线方向的转动惯量 Jg和瞬时内角速度 ω都将发生变化；与作用力 Fi对应的作用力 F2也将发生变化，内扭矩 M2随之对应变化；由式（1-2) Li和 ri是常数，由式 (2-1)，实际上是 Mi对杠杆弯轴 39作用在 X2-X2轴线的动量变化。

当作用力 Fi固定在一个位置作用时，由于恒功率下，输入的动力源扭矩 Mi 及其角速度 ω ι是常量，由式 (2-1) (oa和 ob为一常量，瞬时内角速度 ω速度变化率为零， Μ是常量，由式（1-6)得到的 Μ2及其瞬时内角速度 (02也是常量。

在无级变速装置 1上当输入扭矩 Ml作用时，其输出端将产生一个输出扭矩 M4,对应的输出角速度为 0) 4:

式中 Mf为阻力矩， Jf为负载的转动惯量， P 4为无级变速装置 1输出端的角加速度；

对于无级变速装置 1, 当功率 P1恒定输入时，无级变速装置 1 的输出角加速度 |3 4在不断的减小，输出扭矩 M4也随之减小，输出角速度 0) 4不断增大，无级变速装置 1的输出角动量处于增量过程中；

由于无级变速装置 1的运动特性，当输出扭矩 M4形成的同时，其反作用扭矩 M4f就会通过无级变速装置 1将扭矩 M4f作用到无级变速装置 1的输入端半径的作用处，使得内扭矩 M2成立， M4f与' M2大小相等，方向相反是一对作用与反作用扭矩。

M2 - M4f= JX β 4 (2-3)

式中 J为 F2相对 Xi- 轴线，无级变速装置 1在作用半径 Ω处的转动惯量；在无级变速装置 1 的输入端与输出端当大小相等，方向相反的一对 M4f与

M2成立时，由式 (2-3)角加速度 (3 4为零，由式 (2-2)输出扭矩 M4与阻力矩 Mf大小相等，方向相反，动力源扭 Mi通过双矩传动装置和无级变速装置—1与负载产生的合外力矩为零，输出角速度 0) 4为常量，总角动量保持不变，符合角动量守恒的条件，正向无级变速装置处于 0) 4匀速运行阶段，当 M4f与 M2对应作用匀速运行时， ω ₂与 0H大小相等，方向相同。

由式（ 1-6)作用力 Fi在杠杆弯轴 39上，由 Li和 η的最大作用尺寸到最小作用尺寸变化时， M2也随之减小其瞬时内角速度 0) 2随之增大；无级变速装置 1 输出端的运动特性也是随着输出扭矩 M4的减小，其角速度 0) 4在增大。正向无级变速装置正向无级变速的原因是，外载荷一定， r入功率 PI为恒功率，作用力 Fi改变作用位置使得 M2由大变小时，当 M2小于 M4f时，由于恒功率的作角，无级变速装置 1输出端恢复差动齿轮传动系无级自动变速装置自动无级变速的状态，角加速度 β 4继续变小，输出角速度 0) 4变大， M4f变小，当 M4f 减小到与 M2的大小相等时，这时角加速度 (3 4为零，无级变速装置 1输出端将以增大后的角速度 0) 4匀速运行，作用力 F1不断改变作用位置，使得 M2不断变小，就会得到不断增大的角速度 0) 4的勾速运行 p 以上无级变速的过程，是通过作用力 Fi在杠杆弯轴 39的驱动臂轴 38的不同位置作用，改变内扭矩 M2与] Vi4f的平衡状态，.实际改变无级变速装置 1输出端输出角速度 0) 4与角加速度 β 4的是恒功率下动力源输入扭矩 Ml。它是利用了差动齿轮传动系无级自动变速装置，在恒功率下负载一定时，加速过程只有动量的不断增加，在此过程中恒功率使其总是存在加速度的倾向；在无级变速装置 1 输入端加入双矩传动装置 2，可使其在加速度过程中主动得到不同的 Μ2与 M4f 的平衡状态，以得到不同的角速度 04勾速运行。 ·正向无级变速装置可以在角加' 速度 (3 4不断减小，角速度 034不断增大的正方向实现无级变速。

正向无级变速装置在正向无级变速过程中，只能无级调速得到比上一级增大的角速度 0) 4，如果要将角速度 0) 4减小，可通过改变无级变速装置 1输出端外负载的状态，或改变输入功率的方法，来影响输出扭矩 M4，以达到角速度 OH减小的目的；不能通过改变内扭矩 M2来减小角速度 0) 4，内力矩不能改变无级变速装置 1的输出状态。

以上正向无级变速装置在加速度的正向实现的无级变速，可以适用于恒功率变加速度启动.方式，也适用于匀加速额定功率启动的方式。

图 1，图 2和图 3所示的是正向无级变速装置的一种具体装置，具体工作过程如下：

动力源扭矩通过驱动轮 25和驱动轴 23驱动驱动臂轴 38使杠杆弯轴 39在万向传动轴承座上回转运动，杠杆弯轴 39上的阻力臂轴 8通过阻力轴 9驱动被动轮 7回转运动，被动轮 7带动输入中心齿轮 3，使得无级变速装置 1将输入中心齿轮 3的运动分解合成后，通过输出中心齿轮 44输出做回转运动；正向无级变速装置是通过调节作用半径比 U 和杆比12，来达到无级变速的目的，置于驱动臂轴 38径向上的驱动轴 23, 通过作用带 21带动驱动臂轴 —起转动；无级调速装置 24带动驱动轴 23可以上下往复移动，由于作用带 21中心线与驱动臂轴

38的轴线相交，驱动轴 23处于驱动臂轴 38的通槽 18不同位置，驱动轴 23通过作用带 21对驱动臂轴 38的作用半径不同；同时，由于驱动轴 23在驱动臂轴

38轴向上的不同位置，使得驱动轴 23在驱动臂轴 38的作用长度不同，双矩传动装置可以获得不同的作用半径比和杆比，输出中心齿轮 44的输出速度和输出扭矩随之改变。

在双矩传动装置 2中，设置与驱动臂轴 38 ·和驱动轮 25安装在一起的驱动轴 23 '到万向传动轴承座 37中心点的位置不变， Li为一个定值，同样设置 L2为一个定值，双矩传动装置 2的传动比为一个固定传动比，由欢矩传动装置 2与无级变速装置 1构成的正向无级变速装置成为一种有固定传动比的正向减速器。

正向无级变速装置或正向减速器是通过改变双矩传动装置 2 的传动比来达到无级变速或减速的目的，由于双矩传动装置 2是由轴承传动实现的传动比，传动效率髙，正向无级变速装置变速后的传动效率可以保持不变，相比传统的摩擦无级变速器，效率更高，与传统的只能通过改变齿轮半径来得到各种传动比的齿轮变速器相比，节省了钢材的用量。

参照图 6是本发明的一种具体实施例的传动方式，本示意图中的双矩传动装置 2是一种简易画法，双矩传动装置 2的被动轮 7，通过装配在轴承座上的轴 88 与伞齿轮 89相互装配固定在一起，伞齿轮 89与伞齿轮 92相啮合，伞齿轮 92与装配在轴承座上的轴 90装配在一起，伞齿轮 92可在轴 90上轴向移动，与伞齿轮 92·对应的是伞齿轮 91，伞齿轮 91装配在轴 90上，伞齿轮 91可在轴 90上轴向移动，轴 90的两端并联装置了两套无级变速装置 1，轴 90两端与两个输入中心齿轮 3装配在一起，伞齿轮 89，伞齿轮 92和伞齿轮 91与轴 90和轴 88— 起构成输入中心齿轮 3的输入传动装置。

本实施例的实施，是将双矩传动装置 2输出端动力源扭矩 Ml和内扭矩 M2，通过伞齿轮 89，伞齿轮 92和伞齿轮 91与轴 90和轴 88—起构成的输入传动装置可以将 Ml 内扭矩 M2自然分配到两套无级变速装置 1上，即当轴 90的两端的无级变速装置 1受到的外载荷出现一个大一个小时，由于力矩在同一轴上能够对应分配， Ml和内扭矩 M2会根据两端载荷各自的大小，可以自然分配到轴 90 的两端；利用这一特性，用于汽车的动力驱动，带动两个并行的汽车轮，是一种新型的汽牟变速驱动装置，用于汽车时在正向无级变速上，汽车可以得到高 '效变速器传动效率，汽车减速时可以通过午预正向无级变速置的输出 ¾矩来达到减速的目的，如，采取将汽车减速时产生的动能回收利用，同时影响输出扭矩，来减小输出速度；双矩传动装置 2保持一个方向转动时，伞齿轮 92与伞齿轮 91 互换，可以使两个齿轮差动轮系 1的输出端实现正反两个方向的转动。

参照图 7是本发明的一种具体实施例的传动方式，本示意图中的双矩传动装置 2是一种简易画法，将两套双矩传动装置 2并联在一起，下端的双矩传动装置 2的被动轮 7，与装配在轴承座上的轴 93装配连接，轴 93上端装配连接齿轮 94，上端的双矩传动装置 2的驱动轮 25与装配在轴承座上的轴 95装配连接，轴 95 下端与齿轮 96装配连接，齿轮 94与齿轮 96相互啮合，上端的双矩传动装置 2 的被动轮 7通过装配在轴承座上的轴 97与同步带轮 98相互装配在一起，轴 97 的上端与左面无级变速装置 1的输入中心齿轮 3装配连接，同步带轮 98通过同 · 步齿行带 99与同步带轮 100连接，同步带轮 100通过装配在轴承座上的轴 101 与右面无级变速装置 1的输入中心齿轮 3相互装配连接。

本实施例的实施，两组欢矩传动装置 2传动比，与齿轮 94与齿轮 95的传动比的乘积，使得无级变速装置 1的输入端可以保持动力源扭矩 Ml的输入，'又可以使得内扭矩 M2得到两级双矩传动装置 2传动比和齿轮 94与齿轮 95的传动比；两组并联的无级变速装置 1可以自然分配由双矩传动装置 2传递过 ^€的扭矩 Ml 和 M2。该实施例适用于相互平行对外做功的装置，如可以平行带动一对船舶的螺旋桨，可以是一种新型的船舶变速驱动装置。

以上两套双矩传动装置 2并联在一起的连接处，可以将齿轮 94和齿轮 95 去掉，将两缉双矩传动装置 2直接串联在一起，得到两组双矩传动装置 2传动比的乘积。

Claims

1，一种正向无级变速装置由无级变速装置和双矩传动装置构成，其特征在于，所述的无级变速装置由齿轮差动轮系构成，或者由输入中心轴，输出中心轴以及设置在输入中心轴与输出中心轴之间的差动元件构成，所述的双矩传动装置由驱动轮，驱动轴，杠杆弯轴，万向传动轴承座，阻力轴，无级调速装置，被动轮构成； '

万向传动轴承座由万向内叉环，万向内支承环，万向外叉环，轴承构成；杠杆弯轴由驱动臂，中间轴，阻力臂构成，杠杆弯轴安装在与外界固定连接的万向传动轴承座上，杠杆弯轴的回转轴线通过万向传动轴承座的中心点，阻力臂通过阻力轴与被动轮安装在一起，驱动臂上设置有驱动轴，驱动轴装配在驱动臂内的作用带上，驱动臂内的作用带的中心线与驱动轮与被动轮的同轴线相交或平行，驱动轴通过驱动轮与无级调速装置连接，无级调速装置和驱动轴可在驱动 —臂的轴向上和驱动轮的轴向上轴向往复移动，驱动轮与安装在轴承座上的输入轴连接在一起，被动轮通过输入传动装置与无级变速装置连接在一起。

2，根据权利要求 1所述的一种正向无级变速装置，其特征在于，所述的双矩传动装置中，设置与驱动臂和驱动轮安装在一起的驱动轴到万向传动轴承座中心点的位置不变，设置与阻力臂和被动轮安装在一起的阻力轴到万向传动轴承座的中心点的位置不变，正向无级变速装置可成为一种正向减速机。

3，根据权利要求 1所述的一种正向无级变速装置，其特征在于，所述的无级变速装置可为差动齿轮传动系无级自动变速装置。

4，根据权利要求 1所述的一种正向无级变速装置，其特征在于，将所述的双矩传动装置可串联设置 ·，或者将所述的双矩传动装置可并联设置。

5，.根据权利要求 1所述的一种正向无级变速装置，其特征在于，所述的无级变速装置可并联设置，将所述的双矩传动装置通过输入传动装置与并联设置的无级变速装置连接在一起。

6，一种双矩传动装置，由驱动轮，驱动轴，杠杆弯轴，万向传动轴承座，阻力轴，被动轮抅成，其特征在于，所述的杠杆弯轴由驱动臂，中间轴，阻力臂构成，或者，杠杆弯轴由中间轴构成，在万向传动轴承座上，杠杆弯轴的中间轴安装在轴承上，轴承安装在万向内叉环的中心孔上，万向内叉环径向两端的两根叉轴安装在万向内支承环的两个轴孔上，万向外叉环径向两端的两根叉轴安装在万向内支承环的两个轴孔上，万向内叉环径向两端的两根叉轴的同轴线与万向外叉环径向两端的两根叉轴的同轴线相互垂葺相交，万向外叉环与外界固定联接，被动轮与安装在轴承座上的输出轴连接在一起，阻力臂通过阻力轴与被动轮安装在一起，驱动臂通过驱动轴与驱动轮安装在一起，驱动轮与安装在轴^：座上的输入轴连接在一起，杠杆弯轴的回转轴线通过万向传动轴承座的中心点，并与驱动轮和被动轮的同轴线重合。

7—种万向传动轴承座，由万向内叉环，万向内支承环，万向外叉环，轴承构成，其特征在于，所述的万向内叉环径向两端设置有两根叉轴，两根叉轴同轴线，所述的万向内支承环相互垂直的径向两端各设置有两个轴孔，其中两个孔的同轴线与另外两个孔的同轴线相互垂直相交，其相交点为万向传动轴承座的中心. 点，万向内叉环径向两端的两根叉轴安装在万向内支承环径向两端.的两个轴孔上，所述的万向外叉环径向两端的两根叉轴安装在万向内支承环径向两端的两个轴孔上，万向内叉环两根叉轴的同轴线与万向外叉环两根叉轴的同轴线相互垂直相交，其相交点与万向传动轴承座的中心点重合，以上叉轴与轴孔之间可安装轴承，在万向内叉环的中心孔上安装有轴承，万向外叉环与外界固定联接。

8，根据权利要求 7所述的一种万向传动轴承座，其特征在于，所述的一种万向传动轴承座可为一种带可调心轴承的轴承座。

9，一种正向无级变速装置的方法，其特征在于，由无级变速装置与双矩传动装置构成的正向无级变速装置中，当功率一定时，动力源扭矩通过驱动轮和驱动轴偏心作用在杠杆弯轴的驱动臂上,'杠杆弯轴以万向传动轴承座做支点，并在其上作回转运动，在杠杆弯轴的回转轴线上，动力源扭矩通过双矩传动装置使得无级变速装置输出端产生输出扭矩，在过万向传动轴承座中心点与杠杆弯轴的回转轴线相互垂直的垂直相交线上，动力源扭矩在垂直相交线方向作用，在杠杆弯轴的驱动臂上产生一个瞬时内弯矩，瞬时内弯矩在杠杆弯轴的阻力臂输出端，由被动轴偏心作用在被动轮上，在杠杆弯轴的回转轴线上产生一个瞬时输入内扭矩，无级变速装置具有输出方向的单向变速传动不可逆的传动特性，输出扭矩的反作用扭矩使得瞬时输入内扭矩成立，反作用扭矩与输入内扭矩大小相等方向相反，动力源扭通过双矩传动装置和无级变速装置与负载产生的合外力矩为零，输出端的角加速度为零处于匀速运行状态，在双矩传动装置上调整动力源扭矩偏心作用在杠杆弯轴的驱动臂上的位置，改变双矩传动装置的作用半径比，杆比，使得输入内扭矩小于输出扭矩的反作用扭矩，无级变速装置在功率一定时，只有与负荷相应的最大角速度匀速运行的特性，无级变速装置在正加速过程中，动力源扭矩使得输出扭矩减小，也使得输出扭矩的反作用扭矩减小，当输出扭矩的反作用扭矩减小到与调整减小后的输入内扭矩大小相等时，输出端的角加速度为零，无级变速装置输出端将以增大后的输出角速度勾速运行，调整双矩传动装置的传动比，可使无级变速装置输出端在加速的正方向实现角速度不断增大的无级变速。