WO2018033005A1

WO2018033005A1 - 一种双行星机构组成的机械无极变速方法及无级变速机构

Info

Publication number: WO2018033005A1
Application number: PCT/CN2017/096699
Authority: WO
Inventors: 钟跃荣
Original assignee: 钟跃荣
Priority date: 2016-08-16
Filing date: 2017-08-10
Publication date: 2018-02-22
Also published as: CN107763155A

Abstract

一种双行星机构组成的机械无极变速方法及无级变速机构，其中的无级变速机构由两个串联在一起的行星组构成。通过多个齿轮或链条的联接，实现了纯机械式无级变速。通过两个行星组的串联，能够随时根据外接阻力矩的变化而自行调节输出的力矩与速度，从而实现完美的机械智能式的无级变速，并且采用的是齿轮传动的方式，具有噪音小、耐用性强、成本低、效率高等优点。另外，在两个行星组的中间联接了一个单向离合器，能够防止内部自转的发生。

Description

一种双行星机构组成的机械无极变速方法及无级变速机构

技术领域

本发明涉及无级变速领域，尤其是涉及一种双行星机构组成的机械无极变速方法及无级变速机构。

背景技术

目前，变速器通常被用在车床、汽车以及其他需要变速的机械装置和设备上。比如在汽车中，变速器是汽车进行运转的必要部件之一，汽车通过变速器改变发动机曲轴上的扭力，从而改变汽车的速率，适应不同的行驶条件。

目前各行业大量使用变速器，尤其是在汽车行业存在各种变速器方案，如MT、AMT、AT、CVT、DCT等，每种方案都存在其优缺点。

随着科技的进步，现在最常用的变速器为无级变速器。无级变速是指：在变速范围内，能够连续获得任意传动比的变速系统。汽车通过无级变速器的作用可以使传动系统与发动机产生最佳匹配的效果。

从上表中所示的现有技术中的各种无级变速器，存在着各种各样的问题。为了解决这些问题，文献CN 105370850 A公开了一种变速装置，通过多个齿轮与差速器、行星架的配合，实现机械式无级变速，降低了成本，提高了反馈速率，如果在汽车上使用，比传统变速箱结构紧凑便于安装布置；成本低，效率高，可靠性高，降低了使用维护费用；无需复杂控制，可节省开发过程中的标定工作。但是，该变速装置采用差速器，高转速时存在如噪音比行星机构大、制造成本高等问题，因此该变速装置仍然需要进一步改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是为了克服现有技术的不足，提供一种机械无级变速器，能够降低成本、提高效率，并且无需复杂控制的纯机械式无级变速方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双行星机构组成的机械无极变速方法，由两组行星机构串联组成，动力由第一行星组的太阳轮输入，第一行星组的行星架与第二行星组的太阳轮联接，第一行星组的齿圈与第二行星组的齿圈联接，第二行星组的行星架做输出轴，第一行星组的齿圈与第二行星组的齿圈联接是通过齿轮或链条传动，第一行星组的齿圈与第二行星组的齿圈转动方向相反。

进一步地，所述第二行星组上的输出轴与其齿圈的转动方向相同。

进一步地，所述第一行星组的输入端与第二行星组的输出端之间联接有单向离合器。

进一步地，所述单向离合器置于除了第一行星组和第二行星组中的太阳轮、行星架及太阳轮与行星架上的轴之外的任意轴、齿轮或齿圈上。

单向离合器的作用是为了防止输出轴上的阻力太大而导致整个系统内部产生无向外输出力的自转，如果将其安装到第一行星组和第二行星组中的太阳轮、行星架及太阳轮与行星架上的轴这些位置上时，则不能实现防止自转的作用。

本发明进一步解决其技术问题所采用的技术方案是：一种根据双行星机构组成的机械无极变速方法所制成的无级变速机构，包括第一行星组和第二行星组，第一行星组与第二行星组串联，所述第一行星组内设有第一太阳轮、第一行星架，第一太阳轮与第一行星架通过两个第一行星轮连接，第二行星组内设有第二太阳轮、第二行星架，第二太阳轮与第二行星架通过两个第二行星轮连接，第一太阳轮安装在输入轴上，第一行星架与第二太阳轮通过第一轴或链条联接，第二行星架安装在输出轴上，输入轴与输出轴内联接有单向离合器。

该无级变速机构有两种方式，分别为齿轮联接和链条联接。下面分别对这两种方式进行说明：

采用齿轮联接的方式：

所述第一行星组还包括第一齿圈，第二行星组还包括第二齿圈，第一齿圈上固定有第一齿轮，第二齿圈上固定有第二齿轮。

第一齿圈和第二齿圈上均设有内齿，内齿分别与对应的行星轮啮合。第一齿轮安装在第一齿圈的外侧，第二齿轮安装在第二齿圈的外侧。还可以在第一齿圈和第二齿圈上开设外齿，替代掉第一齿轮和第二齿轮。

进一步地，该无级变速机构还包括第二轴和第三轴，第二轴上设有第三齿轮和第四齿轮，第三轴上设有第五齿轮和第六齿轮，第三齿轮与第一齿轮啮合，第四齿轮与第五齿轮啮合，第六齿轮与第二齿轮啮合。

进一步地，所述第一行星组中设有不少于一组的第一太阳轮、第一行星架和第一行星轮，所述第二行星组中设有不少于一组的第二太阳轮、第二行星架和第二行星轮。

进一步地，所述第三轴上设有单向离合器。

进一步地，所述第三轴上的单向离合器设置在第五齿轮和第六齿轮之间。

采用链条联接的方式：

所述第一行星架安装在第一轴上，所述第二太阳轮安装在第二轴上，第二轴与第一轴平行，第一轴与第二轴通过链条联接在一起。

进一步地，所述第一行星组还包括第一齿圈，第二行星组还包括第二齿圈，第一齿圈与第二齿圈啮合，所述单向离合器联接在第一齿圈上。

本发明的原理为：

以采用齿轮联接的方式为例：

1、力的传递路径：

力由输入轴输入到第一行星组上，第一行星组将力由第一轴以及第一齿轮分别传递到第二行星组上。其中，第一齿轮将力传递至第二行星组的过程为：通过第一齿轮与第三齿轮的啮合，再经由第二轴和第三轴，最终通过第六齿轮与第二齿轮的啮合而传递到第二行星组的齿圈上。因此，第二行星组受到来自第一行星组的两条路径传输过来的力，进而传送到输出轴上，形成合力矩。其中，第四齿轮和第五齿轮的作用是改变第一行星组齿圈上的传动方向，在第三轴上的单向离合器的共同作用下，确保第二行星组外圈的转动与输入轴的转动方向一致。

2、本发明的原理：

由于行星减速器本身具有惰性，当输入轴将力输入到第一行星组上时，第一行星组在任何情况下都会将该力分成相等的两个力矩(通过设置第一太阳轮、第一行星架、第一齿圈的齿数)，通过本发明中的相关连接关系，作用到第二行星组上：第一个力矩的传输方向即是由第一太阳轮接收输入轴的力然后通过第一太阳轮与第一行星架的啮合进一步传送到第二行星组的第二太阳轮上，第二个力矩的传输方向即是由第一太阳轮接收输入轴的力然后通过第一太阳轮与第一齿圈的连接再由各个齿轮传递到第二行星组的第二齿圈上。这样，便使得输出轴受到两个力矩的共同作用力。

当输出轴受到阻力力矩达到由本发明的自身结构所能产生的最大力矩时，第一齿圈和第二齿圈停止转动。

当输出轴受到阻力，且阻力力矩小于由本发明的自身结构所能产生的最大力矩时，第一行星组上的第一齿圈在第一齿轮的带动下产生与输入轴相反的转动，由第二轴和第三轴上的过桥齿——第四齿轮和第五齿轮将力传递到第二行星组的第二齿轮上，从而带动第二行星组的第二齿圈旋转，并且第二齿圈的旋转方向与第一轴所给予第二太阳轮的运动旋转方向一致，由于行星减速器本身的原理，这时，输出轴的速度由于受到两个相同转向的力矩累加作用，进而增加了输出轴的力矩，并且本发明的系统由于行星减速器的特殊的机械作用，随时可以根据外界阻力矩的变化而自行调节输出的力矩与速度，从而实现完美的机械智能式的无级变速或变矩。

3、本发明中过桥齿——第四齿轮和第五齿轮的作用：

因为行星组中的行星架与齿圈的转动方向相反，过桥齿则用以调节力的传递方向和放置力矩的损耗，从而保证第二行星组的第二齿圈不会因为输出轴受到外界力矩的影响引起反转而让动力白白地浪费，进而达到最佳的传动效果。

4、单向离合器的作用：

单向离合器是为了防止本发明的系统因受到外力的作用，使动力输出的力矩在系统中自行消化，产生内部自转。

采用链条联接的方式与采用齿轮联接的方式在原理上相似，其不同点仅仅在于：采用链条联接的方式是采用链条改变转向，采用齿轮联接的方式是采用过桥齿——第四齿轮和第五齿轮来改变转向。

本发明的有益效果：本发明通过两个行星组的串联，能够随时根据外接阻力矩的变化而自行调节输出的力矩与速度，从而实现完美的机械智能式的无级变速，并且本发明采用的是齿轮传动的方式，具有耐用性强、成本低、效率高等优点。另外，本发明在两个行星组的中间联接了一个单向离合器，能够防止内部自转的发生。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1—为本发明的齿轮联接结构示意图；

图2—为本发明的链条联接结构示意图；

图3—为本发明的齿轮联接结构第一种变型示意图；

图4—为本发明的齿轮联接结构第二种变型示意图；

图5—为图1加上单向离合器之后的结构示意图；

图6—为图2加上单向离合器之后的结构示意图。

图中：L_in—输入轴，L₁—第一轴，L₂—第二轴，L₃—第三轴，L₄—第四轴，L_out—输出轴，B₁—第一行星组，B₂—第二行星组，B₁₁—第一太阳轮，B₁₂—第一行星轮，B₁₃—第一行星架，B₁₄—第一齿圈、B₂₁—第二太阳轮，B₂₂—第二行星轮，B₂₃—第二行星架，B₂₄—第二齿圈，L_out—输出轴，Z₁—第一齿轮，Z₂—第二齿轮，Z₃—第三齿轮，Z₄—第四齿轮，Z₅—第五齿轮，Z₆—第六齿轮，CH—链条，C—单向离合器。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种根据双行星机构组成的机械无极变速方法所制成的无级变速机构，包括第一行星组B₁和第二行星组B₂，第一行星组B₁与第二行星组B₂串联，所述第一行星组B₁内设有第一太阳轮B₁₁、第一行星架B₁₃，第一太阳轮B₁₁与第一行星架B₁₃通过两个第一行星轮B₁₂连接，第二行星组B₂内设有第二太阳轮B₂₁、第二行星架B₂₃，第二太阳轮B₂₁与第二行星架B₂₃通过两个第二行星轮B₂₂连接，第一太阳轮B₂₁安装在输入轴L_in上，第一行星架B₁₃与第二太阳轮B₂₁通过第一轴L₁联接，第二行星架B₂₃安装在输出轴L_out上。

所述第一行星组B₁还包括第一齿圈B₁₄，第二行星组B₂还包括第二齿圈B₂₄，第一齿圈B₁₄上固定有第一齿轮Z₁，第二齿圈B₂₄上固定有第二齿轮Z₂。

该无级变速机构还包括第二轴L₂和第三轴L₃，第二轴L₂上设有第三齿轮Z₃和第四齿轮Z₄，第三轴L₃上设有第五齿轮Z₅和第六齿轮Z₆，第三齿轮Z₃与第一齿轮Z₁啮合，第四齿轮Z₄与第五齿轮Z₅啮合，第六齿轮Z₆与第二齿轮Z₂啮合。

实施例2

如图2所示，一种根据双行星机构组成的机械无极变速方法所制成的无级变速机构，包括第一行星组B₁和第二行星组B₂，第一行星组B₁与第二行星组B₂串联，所述第一行星组B₁内设有第一太阳轮B₁₁、第一行星架B₁₃，第一太阳轮B₁₁与第一行星架B₁₃通过两个第一行星轮B₁₂连接，第二行星组B₂内设有第二太阳轮B₂₁、第二行星架B₂₃，第二太阳轮B₂₁与第二行星架B₂₃通过两个第二行星轮B₂₂连接，第一太阳轮B₂₁安装在输入轴L_in上，第一行星架B₁₃与第二太阳轮B₂₁通过链条CH联接，第二行星架B₂₃安装在输出轴L_out上。

具体的，所述第一行星架B₁₃安装在第一轴L₁上，所述第二太阳轮B₂₁安装在第二轴L₂上，第二轴L₂与第一轴L₁平行，第一轴L₁与第二轴L₂通过链条CH联接在一起。

具体的，所述第一行星组B₁还包括第一齿圈B₁₄，第二行星组B₂还包括第二齿圈B₂₄，第一齿圈B₁₄与第二齿圈B₂₄啮合。

实施例3

如图3所示，一种根据双行星机构组成的机械无极变速方法所制成的无级变速机构，包括第一行星组B₁和第二行星组B₂，第一行星组B₁与第二行星组B₂串联，所述第一行星组B₁内设有第一太阳轮B₁₁、第一行星架B₁₃，第一太阳轮B₁₁与第一行星架B₁₃通过两个第一行星轮B₁₂连接，第二行星组B₂内设有第二太阳轮B₂₁、第二行星架B₂₃，第二太阳轮B₂₁与第二行星架B₂₃通过两个第二行星轮B₂₂连接，所述第一行星组B₁还包括第一齿圈B₁₄，第一齿圈B₁₄与两个第一行星轮B₁₂啮合，第一齿圈B₁₄的外圈上安装有第一齿轮Z₁，第二行星组B₂还包括第二齿圈B₂₄，第二齿圈B₂₄与两个第二行星轮B₂₂啮合。

该无级变速机构还包括输入轴L_in，输入轴L_in与第一太阳轮B₁₁连接，第一行星架B₁₃通过第一轴L₁与第二齿圈B₂₄连接。第二太阳轮B₂₁通过第四轴L₄与第二齿轮Z₂连接，第二行星架B₂₃直接作为输出轴L_out。

实施例3是实施例1的结构上的变换，它们均是采用文中所述的一种双行星机构组成的机械无级变速方法所制成。因此，采用该方法的各种机械结构变型应该在本发明所要求保护的范围之内。

实施例4

如图4所示，一种根据双行星机构组成的机械无极变速方法所制成的无级变速机构，包括第一行星组B₁和第二行星组B₂，第一行星组B₁与第二行星组B₂串联，所述第一行星组B₁内设有第一太阳轮B₁₁、第一行星架B₁₃，第一太阳轮B₁₁与第一行星架B₁₃通过两个第一行星轮B₁₂连接，第二行星组B₂内设有第二太阳轮B₂₁、第二行星架B₂₃，第二太阳轮B₂₁与第二行星架B₂₃通过两个第二行星轮B₂₂连接，所述第一行星组B₁还包括第一齿圈B₁₄，第一齿圈B₁₄与两个第一行星轮B₁₂啮合，第二行星组B₂还包括第二齿圈B₂₄，第二齿圈B₂₄与两个第二行星轮B₂₂啮合，第二齿圈B₂₄的外圈上安装有第二齿轮Z₂。

该无级变速机构还包括第一轴L₁和输入轴L_in，第一轴L₁连接第一太阳轮B₁₁与第一齿轮Z₁，第一齿圈B₁₄连接输入轴L_in。

第一行星架B₁₃通过第四轴L₄与第二太阳轮B₂₁连接，第二行星架B₂₃直接作为输出轴L_out。

实施例4是实施例1的结构上的变换，它们均是采用文中所述的一种双行星机构组成的机械无级变速方法所制成。因此，采用该方法的各种机械结构变型应该在本发明所要求保护的范围之内。

实施例5

实施例5与实施例1大体上一致，其区别在于：实施例5中还包括单向离合器C，单向离合器C并联在输入轴L_in与输出轴L_out之间。

具体的，单向离合器C放置在第三轴L₃上。

优选的，所述第三轴L₃上的单向离合器C设置在第五齿轮Z₅和第六齿轮Z₆之间。

实施例6

实施例6与实施例2大体上一致，其区别在于：输入轴L_in与输出轴Lout内联接有单向离合器C。

优选的，所述单向离合器C联接在第一齿圈B₁₄上。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims

一种双行星机构组成的机械无极变速方法，由两组行星机构串联组成，动力由第一行星组的太阳轮输入，第一行星组的行星架与第二行星组的太阳轮联接，第一行星组的齿圈与第二行星组的齿圈联接，第二行星组的行星架做输出轴，其特征是：第一行星组的齿圈与第二行星组的齿圈联接是通过齿轮或者链条传动，第一行星组的齿圈与第二行星组的齿圈转动方向相反。
根据权利要求1所述的双行星机构组成的机械无极变速方法，其特征在于：所述第一行星组的输入端与第二行星组的输出端之间联接有单向离合器。
根据权利要求2所述的双行星机构组成的机械无级变速方法，其特征在于：所述单向离合器置于除了第一行星组和第二行星组中的太阳轮、行星架及太阳轮与行星架上的轴之外的任意轴、齿轮或齿圈上。
根据权利要求2所述的双行星机构组成的机械无极变速方法，其特征在于：所述第二行星组上的输出轴与其齿圈的转动方向相同。
根据双行星机构组成的机械无极变速方法所制成的一种无级变速机构，包括第一行星组和第二行星组，第一行星组与第二行星组串联，其特征在于：所述第一行星组内设有第一太阳轮、第一行星架，第一太阳轮与第一行星架通过两个第一行星轮连接，第二行星组内设有第二太阳轮、第二行星架，第二太阳轮与第二行星架通过两个第二行星轮连接，第一太阳轮安装在输入轴上，第一行星架与第二太阳轮通过第一轴或链条联接，第二行星架安装在输出轴上，输入轴与输出轴内联接有单向离合器。
根据权利要求5所述的无级变速机构，其特征在于：所述第一行星组还包括第一齿圈，第二行星组还包括第二齿圈，第一齿圈上固定有第一齿轮，第二齿圈上固定有第二齿轮。
根据权利要求6所述的无级变速机构，其特征在于：还包括第二轴和第三轴，第二轴上设有第三齿轮和第四齿轮，第三轴上设有第五齿轮和第六齿轮，第三齿轮与第一齿轮啮合，第四齿轮与第五齿轮啮合，第六齿轮与第二齿轮啮合，所述第三轴上设有单向离合器，单向离合器设置在第五齿轮和第六齿轮之间。
根据权利要求5所述的无级变速机构，其特征在于：所述第一行星组中设有不少于一组的第一太阳轮、第一行星架和第一行星轮，所述第二行星组中设有不少于一组的第二太阳轮、第二行星架和第二行星轮。
根据权利要求5所述的无级变速机构，其特征在于：所述第一行星架安装在第一轴上，第二太阳轮安装在第二轴上，第二轴与第一轴平行，第一轴与第二轴通过链条联接在一起。
根据权利要求9所述的无级变速机构，其特征在于：所述第一行星组还包括第一齿圈，第二行星组还包括第二齿圈，第一齿圈与第二齿圈啮合，所述单向离合器联接在第一齿圈上。