CN112253702A - 一种无级变速机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无级变速机构，属于变速器技术领域。所述无级变速机构包括输入轴、第一外齿轮、第二外齿轮、第一机构、第二机构、第三机构、第四机构、输出轴和调速机构；输入轴分别与第一外齿轮和第一机构连接；第一机构与第四机构连接；第一外齿轮与第二外齿轮啮合；第二外齿轮与第三机构连接；第二机构与第三机构连接；第一机构与第二机构连接；第三机构与第四机构连接；输出轴与第四机构连接；调速机构分别与第二机构和第三机构连接。本发明通过齿轮、第一机构、第二机构、第三机构、第四机构和调速机构之间的配合实现了输出端无级变速，并且能够实现空挡和倒挡，具有结构简单可靠、制造成本低、维修方便、调速范围广及适用工况广泛等优点。

Description

一种无级变速机构

技术领域

本发明涉及变速器技术领域，特别涉及一种无级变速机构。

背景技术

随着社会对环保的要求越来越高，电动车技术成了各大车企的主流研究方向。由于电机的工作特点是低速时恒扭矩，高速时扭矩降低，因此仅仅通过调节电机转速来调节扭矩和车速，电机需要兼顾车辆爬坡能力和最高速度，造成能耗高，效率低。目前电动车多使用的自动挡仍属于有级变速，只是通过电控实现自动换挡，缺点是其变速机构的结构复杂，制造成本高，维修较困难。

发明内容

为了解决现有变速机构结构复杂、制造成本高及维修困难的问题，本发明提供了一种无级变速机构，该机构包括输入轴、第一外齿轮、第二外齿轮、第一机构、第二机构、第三机构、第四机构、输出轴、调速机构和连接轴；输入轴分别与第一外齿轮和第一机构连接；第一机构与第四机构连接；第一外齿轮与第二外齿轮啮合；第二外齿轮与第三机构连接；第二机构与第三机构连接；第一机构与第二机构连接；第三机构与第四机构连接；输出轴与第四机构连接；调速机构分别与第二机构和第三机构连接。

本发明提供的无级变速机构，通过齿轮、第一机构、第二机构、第三机构、第四机构和调速机构之间的相互配合实现了输出端无级变速，并且能够实现空挡和倒挡，具有结构简单可靠、制造成本低、维修方便、调速范围广及适用工况广泛等优点。

附图说明

图1是本实施例1提供的无级变速机构的结构示意图；

图2是本实施例1提供的第一机构的剖面结构示意图；

图3是本实施例1提供的第四机构的剖面结构示意图；

图4是本实施例1提供的第二机构的剖面结构示意图；

图5是本实施例1提供的第三机构的剖面结构示意图；

图6是本实施例2提供的无级变速机构的结构示意图；

图7是本实施例1无级变速机构的输出转速增加的原理示意图；

图8是本实施例1无级变速机构的输出转速降低的原理示意图；

图9是本实施例1无级变速机构的输出转速为0的原理示意图；

图10是本实施例1无级变速机构的输出反转(倒挡)的原理示意图；

图11是本实施例1无级变速机构输入、输出、调速机构的转速关系曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明技术方案作进一步描述。

实施例1

参见图1，本实施例提供了一种无级变速机构，该机构包括输入轴1、外齿轮2、外齿轮3、第一机构11、第二机构12、第三机构13、第四机构14、输出轴4和调速机构5。其中，输入轴1分别与外齿轮2和第一机构11连接；第一机构11与第四机构14连接；外齿轮2与外齿轮3啮合；外齿轮3第三机构13连接；第二机构12与第三机构13连接；第一机构11与第二机构12连接；第三机构13与第四机构14连接；输出轴4与第四机构14连接；调速机构5分别与第二机构12和第三机构13连接。

参见图1和图2，本实施例第一机构11包括太阳轮1103、行星轮1105、行星架1104、齿圈1102和齿轮1101；输入轴1穿过齿轮1101和太阳轮1103后与行星架1104连接；太阳轮1103与行星轮1105啮合；齿圈1102设有内齿，行星轮1105与齿圈1102的内齿啮合；行星架1104与行星轮1105连接；齿轮1101与太阳轮1103连接。行星轮1105的数量可根据设计要求来确定，例如3个、4个或5个。太阳轮1103与齿轮1101可以通过多种方式实现连接，例如：太阳轮1103通过连接杆与齿轮1101连接，或太阳轮1103与齿轮1101组成一体化的结构件，本实施例不具体限定太阳轮1103与齿轮1101连接的实现方式。在实际应用中，齿轮1101和太阳轮1103的中心均安装有第一轴承，输入轴1穿过第一轴承后与行星架1104连接；第一轴承可使输入轴1的转动与齿轮1101、太阳轮1103的转动相互独立，即输入轴1的转动不会带动齿轮1101、太阳轮1103的转动。

参见图1至图3，本实施例第四机构14包括太阳轮1404、行星轮1403、行星架1402和齿圈1401；太阳轮1404与齿圈1102连接；太阳轮1404与行星轮1403啮合；齿圈1401设有内齿和外齿，行星轮1403与齿圈1401的内齿啮合；行星架1402分别与行星轮1403和输出轴4连接。行星轮1403的数量可根据设计要求来确定，例如3个、4个或5个。输出轴4与行星架1402可以通过多种方式实现连接，例如：行星架1402与输出轴4通过连接件实现连接，或者行星架1402与输出轴4组成一体化的结构件，本实施例不具体限定行星架1402与输出轴4连接的实现方式。

参见图1、图2和图4，本实施例第二机构12包括太阳轮1204、行星轮1203、行星架1205、齿圈1202和齿轮1201；太阳轮1204与行星轮1203啮合；齿圈1202设有内齿，齿圈1202外部固定；行星轮1203与齿圈1202的内齿啮合；行星架1205与齿轮1201连接，齿轮1201与齿轮1101啮合。行星轮1203的数量可根据设计要求来确定，例如3个、4个或5个。行星架1205与齿轮1201可以通过多种方式实现连接，例如：行星架1205通过连接杆与齿轮1201连接，或行星架1205与齿轮1201组成一体化的结构件，本实施例不具体限定行星架1205与齿轮1201连接的实现方式。

参见图1、图3至图5，本实施例第三机构13包括太阳轮1304、行星轮1303、行星架1302和齿圈1301；太阳轮1304与行星轮1303啮合；齿圈1301设有内齿和外齿；行星轮1303与齿圈1301的内齿啮合；齿圈1301的外齿与齿圈1401的外齿啮合。行星轮1303的数量可根据设计要求来确定，例如3个、4个或5个。

参见图1、图4和图5，本实施例的无级变速机构还包括连接轴6，外齿轮3通过连接轴6与第三机构13连接，具体为：连接轴6的一端与外齿轮3连接，连接轴6的另一端穿过齿轮1201、太阳轮1204和太阳轮1304后与行星架1302连接。在实际应用中，太阳轮1204和太阳轮1304的中心均安装有第二轴承，连接轴6穿过第二轴承后与行星架1302连接；第二轴承可使连接轴6的转动与太阳轮1204、太阳轮1304的转动相互独立，即连接轴6的转动不会带动太阳轮1204、太阳轮1304的转动。

参见图1、图4和图5，调速机构5分别与太阳轮1204和太阳轮1304固定连接，本实施例不具体限定固定连接的实现方式，只要能够实现调速机构5与太阳轮1204、太阳轮1304的同步运行即可。在实际应用中，调速机构5可通过外部控制单元施加作用力，外部控制单元可以是发电机、电动机、液压装置等。

实施例2

参见图1、图4至图6，本实施例提供的无级变速机构与实施例1的区别在于：本实施例是将实施例1的太阳轮(1204)与太阳轮(1304)组成一体化的结构件(7)，即太阳轮(1204)与太阳轮(1304)组成为一个结构件(7)，而不是两个单独的结构件，这样第二机构(12)通过一个结构件(7)与第三机构(13)连接；相应地，调速机构(5)通过结构件(7)分别与第二机构(12)和第三机构(13)连接；连接轴(6)的一端与外齿轮(3)连接，连接轴(6)的另一端穿过齿轮(1201)和结构件(7)后与行星架(1302)连接。在实际应用中，调速机构(5)与结构件(7)固定连接；结构件(7)中心安装有第三轴承，连接轴(6)穿过第三轴承后与行星架(1302)连接。除此之外，本实施例的其他结构特征均与实施例1相同，本实施例不再赘述。

由于实施例1与实施例2的工作原理相同，因此下面仅以实施例1为例，来说明本实施例无级变速机构的工作原理。为了简明说明本实施例无级变速机构的工作原理，在此设定参数如下：设定ω_输入为输入轴1的转速，由于输入轴1、外齿轮2和行星架1104连接为一体，因此它们的转速均相同，故设ω₁＝ω_输入＝ω_外齿轮2＝ω_{行星架1104}；同理，调速机构5与太阳轮1204、太阳轮1304固定连接，调速机构5转速与太阳轮1204、太阳轮1304的转速均相同，设ω₈＝ω_{调速机构5}＝ω_{太阳轮1204}＝ω_{太阳轮1304}。第一机构11、第二机构12、第三机构13、第四机构14的太阳轮的分度圆直径相等、行星轮的分度圆直径相等、齿圈的分度圆直径相等，外齿轮2和外齿轮3的分度圆直径相等，齿轮1101和齿轮1201的分度圆直径相等，齿圈1301的外齿和齿圈1401的外齿分度圆直径相等。由于外齿轮2和外齿轮3相互啮合，因此输入轴1、行星架1104、行星架1302的转速均相同，设ω₆＝ω₁＝ω_输入。由于齿轮1101和齿轮1201相互啮合，因此太阳轮1103和行星架1205的转速相同，故设ω₂＝ω_齿轮1101＝ω_齿轮1201。齿圈1102和太阳轮1404的转速相同，故设ω₃＝ω_齿圈1102＝ω_{太阳轮1404}。由于齿圈1401和齿圈1301相互啮合，因此齿圈1401和齿圈1301的转速相同，故设ω₄＝ω₇＝ω_齿圈1401＝ω_齿圈1301。

根据行星齿系的传动原理，太阳轮、行星架和齿圈中任意二个构件转速相同的情况下，另外一个构件的转速也相同，这时行星齿系的三个构件是相对静止的，传动比为1。据此，本实施例提供的无级变速机构的工作原理如下：

工况1：第四机构14的传动比为1，输出转速增加。

参见图7，当第四机构14的传动比为1时，ω₄＝ω₃。由于ω₄＝ω₇，因此ω₃＝ω₇，这说明齿圈1102的转速和齿圈1301的转速相同，而行星架1104的转速与行星架1302的转速始终是相同的，即ω₁＝ω₆，因此太阳轮1103的转速和太阳轮1304的转速也一定相同，即ω₂＝ω₈；由于ω₂＝ω₉，因此ω₈＝ω₉,ω₈为太阳轮1204的转速，ω₉为行星架1205的转速；ω₁₀为齿圈1202的转速，由于齿圈1202外部固定连接，因此齿圈1202的转速为0，得出ω₈＝ω₉＝ω₁₀＝0。这种工况下第二机构12是完全静止的，第四机构14可等同为一个通轴，ω₃＝ω₄＝ω₅，ω₅为输出轴4的转速。行星架1104的转速为输入转速，太阳轮1103转速ω₂为0，齿圈1102转速ω₃是输出转速，这时输出转速大于输入转速。

工况2：当第一机构11的传动比为1，输出转速降低。

参见图8，当第一机构11的传动比为1时，ω₁＝ω₂＝ω₃。又由于ω₁＝ω₆，ω₂＝ω₉，因此ω₉＝ω₆，这说明行星架1205与行星架1302的转速相同，而太阳轮1204的转速与太阳轮1304的转速均等于ω₈，因此齿圈1202的转速和齿圈1301的转速相同ω₁₀＝ω₇＝0，又由于ω₄＝ω₇，因此ω₄＝0。这种工况下ω₁＝ω₂＝ω₃，第一机构11可等同为一个通轴。太阳轮1404转速为输入转速，齿圈1401的转速为0，行星架1402转速ω₅是输出转速，这时输出转速低于输入转速。

工况3：空挡，输出转速为0。

参见图9，接着工况2，太阳轮1304的转速ω₈持续增大，齿圈1401的转速ω₇由0开始变为反转。太阳轮1204转速ω₈增大，齿圈1202始终固定，则行星架1205的转速ω₉增加。太阳轮1103转速ω₂＝ω₉增加，行星架1104转速ω₁不变(ω₁＝输入转速)，则齿圈1102的转速ω₃降低。太阳轮1404转速ω₃降低，齿圈1301和齿圈1401的转速ω₄＝ω₇反转，当ω₃和ω₄成一定比例的时候，行星架1402转速ω₅＝0，即输出转速为0。

工况4：倒挡

参见图10，接着工况3，太阳轮1304转速ω₈继续增加，齿圈1301反转的速度ω₇也增加。太阳轮1204转速ω₈增加，齿圈1202始终固定，则行星架1205转速ω₉继续增加。太阳轮1103转速ω₂＝ω₉增加，行星架1104转速ω₁不变(ω₁＝输入速度)，则齿圈1102转速ω₃继续降低。太阳轮1404转速ω₃继续降低，齿圈1401反转转速ω₄＝ω₇继续增加，则行星架1402转速ω₅由0开始反转，即输出转速开始反转。

如图11所示，本实施例的无级变速机构，在输入转速保持恒定的情况下，输出转速、调速机构转速与时间成对应关系；当输出转速由高到低时，调速机构转速由低到高；调速机构转速升高到设定转速时，输出转速为0；当调速机构转速继续升高超过这个设定转速，输出转速改变方向。

本发明实施例提供的无级变速机构，具有如下优点：

1、本发明实施例的无级变速机构，具有增速、减速、空挡、倒挡4个工况，且这四个工况可平顺连续过渡。

2、本发明实施例的无级变速机构，具有调速简单，调速过程中无动力中断，以及运行安静平稳的优点。

3、本发明实施例的无级变速机构的输入端转速在保持恒定的情况下，可以实现输出转速的连续变化，使得输入端动力源可以始终在高效工作区间内工作，具有传动效率高的优点。

4、本发明实施例的无级变速机构工作在空挡时，输入端动力源可以在高效区间运行或完全停止；如果空挡时输入端动力源仍然在高效区间内运行，这时加速没有动力延迟，具有加速快的优点。

5、本发明实施例的无级变速机构工作在倒挡时，不需要输入端动力源反转，也不需要机械换挡装置，只需要给出倒挡信号，调速机构转速超过设定转速就能实现输出端反转，操作简单方便，响应快。

6、本发明实施例的无级变速机构，不需要离合器、液压装置等，结构简单可靠，制造成本低，维修非常方便。

7、本发明实施例的无级变速机构，既可以实现增速，也可以实现减速，具有调速范围广，适用工况广泛的优点。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种无级变速机构，其特征在于，包括输入轴(1)、外齿轮(2)、外齿轮(3)、第一机构(11)、第二机构(12)、第三机构(13)、第四机构(14)、输出轴(4)和调速机构(5)；输入轴(1)分别与外齿轮(2)和第一机构(11)连接；第一机构(11)与第四机构(14)连接；外齿轮(2)与外齿轮(3)啮合；外齿轮(3)与第三机构(13)连接；第二机构(12)与第三机构(13)连接；第一机构(11)与第二机构(12)连接；第三机构(13)与第四机构(14)连接；输出轴(4)与第四机构(14)连接；调速机构(5)分别与第二机构(12)和第三机构(13)连接。

2.根据权利要求1所述的无级变速机构，其特征在于，第一机构(11)包括太阳轮(1103)、行星轮(1105)、行星架(1104)、齿圈(1102)和齿轮(1101)；输入轴(1)穿过齿轮(1101)和太阳轮(1103)后与行星架(1104)连接；太阳轮(1103)与行星轮(1105)啮合；齿圈(1102)设有内齿，行星轮(1105)与齿圈(1102)的内齿啮合；行星架(1104)与行星轮(1105)连接；齿轮(1101)与太阳轮(1103)连接。

3.根据权利要求2所述的无级变速机构，其特征在于，第四机构14包括太阳轮(1404)、行星轮(1403)、行星架(1402)和齿圈(1401)；太阳轮(1404)与齿圈(1102)连接；太阳轮(1404)与行星轮(1403)啮合；齿圈(1401)设有内齿和外齿，行星轮(1403)与齿圈(1401)的内齿啮合；行星架(1402)分别与行星轮(1403)和输出轴(4)连接。

4.根据权利要求3所述的无级变速机构，其特征在于，第二机构(12)包括太阳轮(1204)、行星轮(1203)、行星架(1205)、齿圈(1202)和齿轮(1201)；太阳轮(1204)与行星轮(1203)啮合；齿圈(1202)设有内齿，齿圈(1202)外部固定；行星轮(1203)与齿圈(1202)的内齿啮合；行星架(1205)与齿轮(1201)连接，齿轮(1201)与齿轮(1101)啮合。

5.根据权利要求4所述的无级变速机构，其特征在于，第三机构(13)包括太阳轮(1304)、行星轮(1303)、行星架(1302)和齿圈(1301)；太阳轮(1304)与行星轮(1303)啮合；齿圈(1301)设有内齿和外齿；行星轮(1303)与齿圈(1301)的内齿啮合；齿圈(1301)的外齿与齿圈(1401)的外齿啮合。

6.根据权利要求5所述的无级变速机构，其特征在于，所述无级变速机构还包括连接轴(6)，外齿轮(3)通过连接轴(6)与第三机构(13)连接。

7.根据权利要求6所述的无级变速机构，其特征在于，齿轮(1101)和太阳轮(1103)的中心均安装有第一轴承，输入轴(1)穿过所述第一轴承后与行星架(1104)连接。

8.根据权利要求7所述的无级变速机构，其特征在于，太阳轮(1103)通过连接杆与齿轮(1101)连接，或太阳轮(1103)与齿轮(1101)组成一体化的结构件；行星架(1402)与输出轴(4)通过连接件连接，或行星架(1402)与输出轴(4)组成一体化的结构件；行星架(1205)通过连接杆与齿轮(1201)连接，或行星架(1205)与齿轮(1201)组成一体化的结构件。

9.根据权利要求8所述的无级变速机构，其特征在于，调速机构(5)分别与太阳轮(1204)和太阳轮(1304)固定连接；连接轴(6)的一端与外齿轮(3)连接，连接轴(6)的另一端穿过齿轮(1201)、太阳轮(1204)和太阳轮(1304)后与行星架(1302)连接。

10.根据权利要求9所述的无级变速机构，其特征在于，太阳轮(1204)和太阳轮(1304)的中心均安装有第二轴承，连接轴(6)穿过所述第二轴承后与行星架(1302)连接。

11.根据权利要求8所述的无级变速机构，其特征在于，太阳轮(1204)与太阳轮(1304)组成一体化的结构件(7)，第二机构(12)通过结构件(7)与第三机构(13)连接；调速机构(5)通过结构件(7)分别与第二机构(12)和第三机构(13)连接。

12.根据权利要求11所述的无级变速机构，其特征在于，调速机构(5)与结构件(7)固定连接；连接轴(6)的一端与外齿轮(3)连接，连接轴(6)的另一端穿过齿轮(1201)和结构件(7)后与行星架(1302)连接。

13.根据权利要求12所述的无级变速机构，其特征在于，结构件(7)中心安装有第三轴承，连接轴(6)穿过所述第三轴承后与行星架(1302)连接。

14.根据权利要求1所述的无级变速机构，其特征在于，调速机构(5)通过外部控制单元施加作用力。

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