CN1323707A - 行星齿轮无级变速系统 - Google Patents

Abstract

一种行星齿轮无级变速系统,由正倒档齿轮箱、行星齿轮无级变速器组成,是提供一种以行星齿轮为传动介轮的行星齿轮无级变速系统。系统中的变速部分是一种无需任何辅助机构控制的全自动无级变速器。它以由齿轮、齿轮架、轴、定位臂构成的行星齿轮组合体为基础,当行星齿轮组合体由静态转变为动态时便可改变输出轴的转速,使变速系统的输入轴和输出轴上的转速与扭矩的比值产生连续变化,从而实现无级变速。本发明设计合理,工作稳定可靠,传动精确,传动力矩大,它能按比例扩大应用到任何类型的发动机上,是摩托车、汽车乃至铁路牵引机车工业全面进入无级变速时代的一种理想的用途广泛的无级变速系统。

Description

说明书 行星齿轮无级变速系统

本发明属于一种行星齿轮无级变速系统。

无级变速系统对汽车工业来说是十分重要的，它不但能使汽车发动机在各种条件下始终保持最高效率，而且能使发动机降低耗油率，减少排放废气中的有毒气体，避免产生空气污染。例如专利97109147.1锥轮无级变速系统、专利97191251.3行星齿轮传动装置、专利98100604.9环型无级变速传动装置等，它们的应用，促进了汽车工业的发展。然而到目前为止，世界上这些具有市埸竞争力的无级变速系统仅仅只是用在轻小型汽车上，这对汽车工业的发展不能不说是一个限制。

本发明的目的是提供一种以行星齿轮为传动介轮的行星齿轮无级变速系统。系统中的变速部分是一种无需任何辅助机构控制的全自动无级变速器。它以由齿轮、齿轮架、轴、定位臂构成的行星齿轮组合体为基础，当行星齿轮组合体由静态转变为动态时便可改变输出轴的转速，使变速系统的输入轴和输出轴上的转速与扭矩的比值产生连续变化，从而实现无级变速。

本发明由正倒档齿轮箱、行星齿轮无级变速器组成。在正倒档齿轮箱中，固定在齿轮(3)上的衬套(4)与输入齿轮轴(9)作动配合，齿轮轴(1)上的一个齿轮(5)与齿轮(3)啮合构成正档组合；固定在齿轮(10)上的衬套(11)与输入齿轮轴(9)作动配合，固定在中间齿轮(13)上的衬套(14)与固定在基板(19)的轴孔(112)上的短轴(17)作动配合，压板(15)由螺丝(16)固定在短轴(17)轴端上，齿轮轴(1)上的另一个齿轮(12)与齿轮(10)通过中间齿轮(13)啮合构成倒档组合；固定在输入齿轮轴(9)上的齿轮(7)与内齿圈(6)啮合构成档位离合器；装在拨叉(117)上的滑块(118)卡在内齿圈(6)的凹槽(125)内，拨叉(117)固定在轴(116)上，轴(116)与壳体(2)上的轴孔(119)作动配合，操作杆(120)固定在轴(116)上，齿轮轴(1)上的一个轴承(129)座落在壳体(2)上的轴承座(130)内，齿轮轴(1)上的另一个轴承(131)座落在基板(19)上的轴承座(132)内，输入齿轮轴(9)上的一个轴承(127)座落在壳体(2)上的轴承座(128)内，输入齿轮轴(9)上的另一个轴承(110)座落在基板(19)上的轴承座(111)内，轴封(121)、(133)、键(8)、螺丝(114)、(124)、装配口(122)、盖板(123)、隔圈(18)、(21)、(115)、挡圈(126)、壳体(2)与基板(19)对接由螺丝(113)紧固，构成正倒档齿轮箱。行星齿轮无级变速器由两个不同的行星齿轮组合体为基础的无级变速机构组合而成的，在一个行星齿轮组合体中，两个除螺丝孔(26)、(34)有区别外，其他部位完全相同的定位臂(22)、(29)的中心有一个轴孔(27)，每个星位上朝径向开有一个凹槽(23)、(32)，凹槽(23)、(32)上朝轴向开有一个定位口(24)、(30)，定位口(24)、(30)上有一个止转卡位(28)、(31)、定位销孔(25)、(33)，两个相同的带轴齿轮架(40)、(56)，齿轮(41)通过滚柱(51)与轴(55)作动配合，轴(55)的一头(52)固定在带轴齿轮架(40)的轴孔(39)，另一头(54)固定在带轴齿轮架(56)的轴孔(53)上，与齿轮(41)啮合的齿轮(42)通过滚柱(43)与轴(47)作动配合，轴(47)的一头(44)固定在带轴齿轮架(40)的轴孔(37)上，另一头(46)固定在带轴齿轮架(56)的轴孔(45)上，构成行星齿轮组件，两个定位臂(22)、(29)的每一个星位上的凹槽(23)、(32)内装有一个行星齿轮组件，凹槽(23)上的定位口(24)套在带轴齿轮架(56)的台阶(50)上，台阶(50)上的止转卡位(48)与定位口(24)上的止转卡位(28)接合，凹槽(32)上的定位口(30)套在带轴齿轮架(40)的台阶(35)上，台阶(35)上的止转卡位(36)与定位口(30)上的止转卡位(31)接合，定位销(58)装入销孔(25)、(33)内将定位臂(22)、(29)定位，螺丝(57)紧固在螺丝孔(26)、(34)内，构成的行星齿轮组合体通过轴孔(27)套在输入齿轮轴(9)上，滚轮(59)通过滚柱(60)与带轴齿轮架(40)上的轴段(38)作动配合，滚轮(62)通过滚柱(63)与带轴齿轮架(56)上的轴段(49)作动配合，固定在输入齿轮轴(9)上的支撑轮(61)与滚轮(59)接合作滚动配合，固定在输入齿轮轴(9)上的支撑轮(64)与滚轮(62)接合作滚动配合，将行星齿轮组合体支撑起来，齿轮(41)与输入齿轮轴(9)上的齿轮(66)啮合，齿轮(42)与固定在带盘齿轮(67)上的内齿圈(65)啮合，带盘齿轮(67)通过孔壁(99)上的耐磨镀层(100)与输入齿轮轴(9)滑动配合，构成一个无级变速机构；当输入齿轮轴(9)的齿轮(66)作为始端输入，带盘齿轮(67)作为终端输出时，这个无级变速机构也是一个无级变速器。在另一个行星齿轮组合体中，两个相同的齿轮架(75)、(80)、齿轮(70)通过滚柱(84)与轴(68)作动配合，轴(68)的一头(82)穿过齿轮架(75)的轴孔(69)后固定在轴孔(69)上，轴(68)的另一头(83)穿过齿轮架(80)的轴孔(81)后固定在轴孔(81)上，与齿轮(70)啮合的齿轮(73)通过滚柱(85)与轴(71)作动配合，轴(71)的一头(88)穿过齿轮架(75)的轴孔(72)后固定在轴孔(72)上，轴(71)的另一头(87)穿过齿轮架(80)的轴孔(86)后固定在轴孔(86)上，构成行星齿轮组件，定位臂(74)两头的销孔(79)与销子(78)作动配合，销子(78)的一头(76)固定在齿轮架(75)的销孔(77)上，销子(78)另的一头(90)固定在齿轮架(80)的销孔(89)上，行星齿轮组件之间通过这样的联接定位，构成的行星齿轮组合体套在带盘齿轮(67)的齿轮(98)上，滚轮(91)通过滚柱(134)与轴(68)的一个轴头(82)作动配合，滚轮(95)通过滚柱(135)与轴(68)的另一个轴头(83)作动配合，滚轮(94)通过滚柱(137)与轴(71)的一个轴头(88)作动配合，滚轮(97)通过滚柱(136)与轴(71)的另一个轴头(87)作动配合，滚轮(91)、(94)与带盘齿轮(67)盘上的支撑环(92)接合作滚动配合，滚轮(95)、(97)与固定在带盘齿轮(67)上的盘式支撑环(96)接合作滚动配合，将行星齿轮组合体支撑起来，齿轮(73)与带盘齿轮(67)上的齿轮(98)啮合，齿轮(70)与固定在带盘输出轴(101)上的内齿圈(93)啮合，带盘输出轴(101)通过滚柱(106)与输入齿轮轴(9)作动配合，带盘输出轴(101)上的轴承(103)座落在壳体(102)上的轴承座(104)内，构成另一个无级变速机构；当带盘齿轮(67)上的齿轮(98)作为始端输入，带盘输出轴(101)作为终端输出时，这个无级变速机构又是一个无级变速器。两个无级变速机构和轴封(105)、止桩(107)、防磨垫(108)、(109)、壳体(102)与基板(19)对接由螺丝(20)紧固，联合构成一个无级变速器。

本发明设计合理，工作稳定可靠，传动精确，传动力矩大，它能按比例扩大应用到任何类型的发动机上，是摩托车、汽车乃至铁路牵引机车工业全面进入无级变速时代的一种理想的用途广泛的无级变速系统。

附图说明：

图1是本发明结构图；

图2是本发明A-A向结构图；

图3是本发明B-B向结构图；

图4是本发明定位臂正视图；

图5是本发明C-C向结构图；

图6是本发明带轴齿轮架正视图；

图7是本发明D-D向结构图；

图8是本发明的一个行星齿轮组合体正视图；

图9是本发明E-E向结构图；

图10是本发明的另一个行星齿轮组合体正视图；

图11是本发明F-F向结构图；

图12是本发明G-G向结构图；

图13、14、15是本发明实用性试验装置简图。

本发明中各零部件分别用金属、橡胶材料制造的标准件，熟练技工可按图1-12装配生产。本发明的工作过程由正倒档齿轮箱、行星齿轮无级变速器这两部分组成。正倒档齿轮箱实现正倒档选择，当齿轮(7)与内齿圈(6)重合时，档位处于空档位置，正倒档齿轮箱处于停止工作状态；当推动操作杆(120)使轴(116)上的拨叉(117)通过滑块(118)拨动内齿圈(6)与齿轮(7)、齿轮(3)啮合联接时，齿轮(3)与齿轮(5)啮合构成正档组合，正倒档齿轮箱处于正档工作状态；当推动操作杆(120)使轴(116)上的拨叉(117)通过滑块(118)拨动内齿圈(6)与齿轮(7)、齿轮(10)啮合联接时，齿轮(10)通过中间齿轮(13)与齿轮(12)啮合构成倒档组合，正倒档齿轮箱处于倒档工作状态。行星齿轮无级变速器是采用动轴线传动方式，继承了行星齿轮减速器的所有优点，而且它是以两个不同结构的无级变速机构联合组成的，因此它具有任意的选择性，在实际应用中，它的两个不同结构的无级变速机构既可以单独构成一个无级变速器也可以按需要以两个相同结构的无级变速机构串级构成一个无级变速器，经试验装置试验，证实了它具有可靠的实用性。如图13结构所示：两个相互啮合的齿轮(41)、(42)、齿条(3′)与齿轮(42)啮合，齿条(4′)与齿轮(41)啮合，构成一个试验装置，当作用在齿条(4′)上的力与驱动齿条(3′)的力相等时，齿轮(41)、(42)作自转，齿条(3′)、(4′)向同一方向运动，当作用在齿(4′)的力与驱动齿轮(41)、(42)、齿条(3′)的力相等时，齿轮(41)、(42)停止自转，与齿条(3′)、(4′)一起向同一方向运动。要使图13结构达到上述工作效果的条件是；作用在齿条(4′)的力的方向与驱动齿条(3＇)的力的方向要平行，即两齿条(3′)、(4′)要平行。根据图13的结构与工作原理，采用动轴线传动方式，也就是以普通行星齿轮减速器结构为基础，在转臂的每一个星位上加装一个行星齿轮，并使转臂、内齿圈处在不固定状态，利用输入齿轮与输出内齿圈的齿数差设定所需的传动比，这是一种行星齿轮无级变速器的结构方案，如图14所示：输入齿轮(1′)与行星齿轮(41)啮合，行星齿轮(41)与行星齿轮(42)啮合，行星齿轮(42)与内齿圈(65)啮合，作用力方向(5′)、(6′)，依图分折，此结构存在着两个不具备实用性的因素：扭矩差O₁O₂≠O₁O₃；作用力的方向(5′)、(6′)不平行。再如图15所示：输入齿轮(1′)与行星齿轮(41)啮合，行星齿轮(41)与行星齿轮(42)啮合，行星齿轮(42)与内齿圈(65)啮合，作用力方向(2′)、(7′)，依图分折，此结构虽然解决了作用力方向的平行问题，但它仍然存在着扭矩差O₁O₂≠O₁O₃。试验装置的试验表明：当作用在输入齿轮上的力要通过行星齿轮驱动内齿圈时，内齿圈不但不与输入齿轮向同一方向运动，反而是行星齿轮在自转的同时，产生绕输入齿轮轴线为中心的公转，而它公转的方向与输入齿轮转动方向相反，这样图14、15的行星齿轮结构方案就无法达到与图13结构相同的工作效果，也就不能达到无级变速的目的，不具有实用性。从上述试验结果看，要使动轴线传动的行星齿轮结构达到无级变速的目的，必须具备如下两个条件：作用力的方向要平行；消除扭矩差。本发明以图1 5为基础，利用杠杆原理消除扭矩差，如图6、7、8所示：由带轴齿轮架(40)、(56)、齿轮(41)、(42)、轴(47)、(55)构成的行星齿轮组件作为一个整体，带轴齿轮架(40)、(56)上的轴段(38)、(49)是行星齿轮组件这个整体的中心支点，它的支撑方法如图1、4、5、6、7、8、9所示：定位臂(29)上的定位口(30)套在带轴齿轮架(40)的台阶(35)上，台阶(35)上的止转位卡(36)与定位口(30)上的止转位卡(31)接合，防止带轴齿轮架(40)转动，定位臂(22)上的定位口(24)套在带轴齿轮架(56)的台阶(50)上，台阶(50)上的止转位卡(48)与定位口(24)上的止转位卡(28)接合，防止带轴齿轮架(56)转动，带轴齿轮架(40)的轴段(38)上的滚轮(59)与固定在输入齿轮轴(9)上的支撑轮(61)作滚动支撑，带轴齿轮架(56)的轴段(49)上的滚轮(62)与固定在输入齿轮轴(9)上的支撑轮(64)作滚动支撑，并与输入齿轮轴(9)上的齿轮(66)、内齿圈(65)、带盘齿轮(67)、构成一个行星齿轮无级变速机构。经试验装置试验表明，必须做到如下三点：齿轮(41)、(42)直径相等，其中心点应与输入齿轮轴(9)的中心点处在同一直线上；滚轮(59)、(62)和带轴齿轮架(40)、(56)上的台阶(35)、(50)的直径等于或小于带轴齿轮架(40)上的两个轴孔(37)、(39)的中心距；带轴齿轮架(40)、(56)的台阶(35)、(50)上的止转卡位(36)、(48)的长度约等于齿轮(41)的半径。这样它就能实现无级变速，具有实用性。如图10、11、12所示：由齿轮架(75)、(80)、齿轮(70)、(73)、轴(68)、(71)、定位臂(74)、销子(78)等构成的行星齿轮组合体，它的支撑方法如图1所示：滚轮(91)、(94)与带盘齿轮(67)上的支撑环(92)接合作滚动配合，滚轮(95)、(97)与盘式支撑环(96)接合作滚动配合，将行星齿轮组合体支撑起来，并与带盘齿轮(67)上的齿轮(98)、内齿圈(93)带盘输出轴(101)构成另一个无级变速机构。尽管这个无级变速机构与前一个无级变速机构的结构有所不同，但它与前者同样利用杠杆原理消除扭距差，并与前者有着同样的工作原理。试验装置试验表明，它能实现无级变速。具有实用性。以图1中前面一个无级变速机构为例，当它的传动比设定为5∶1时，它的工作过程如下：输入齿轮轴(9)输入的扭矩小于驱动带盘齿轮(67)所需扭矩的五分之一时，无级变速机构不能工作，处于停止状态；当输入齿轮轴(9)输入的扭矩等于驱动带盘齿轮(67)所需扭矩的五分之一时，由带轴齿轮架(40)、(56)、齿轮(41)、(42)、轴(47)、(55)、定位臂(22)、(29)构成的行星齿轮组合体处于静止状态，组合体上的齿轮(41)、(42)作自转，这时带盘齿轮(67)按设定传动比输出转速，输入齿轮轴(9)与带盘齿轮(67)的转速与扭矩的比值最大；当输入齿轮轴(9)输入的扭矩大于驱动带盘齿轮(67)所需扭矩的五分之一，小于1时，大于五分之一小于1的这部分扭矩用于加速度，受这部分扭矩的作用，行星齿轮组合体开始由静态转变为动态，而组合体上的齿轮(41)、(42)在自转的同时，产生绕输入齿轮轴(9)轴线为中心的公转，这时输入齿轮轴(9)与带盘齿轮(67)上的转速与扭矩的比值便产生连续变化；当输入齿轮轴(9)输入的扭矩与驱动带盘齿轮(67)所需扭矩相等、等于1时，齿轮(41)、(42)停止自转，行星齿轮组合体与输入齿轮轴(9)、带盘齿轮(67)一起同步转动，这时输入齿轮轴(9)与带盘齿轮(67)上的转速与扭矩的比值最小，即1∶1，这样便实现无级变速。

Claims (3)

1、一种行星齿轮无级变速系统，由正倒档齿轮箱、行星齿轮无级变速器组成，其特征在于：在正倒档齿轮箱中，固定在齿轮(3)上的衬套(4)与输入齿轮轴(9)作动配合，齿轮轴(1)上的一个齿轮(5)与齿轮(3)啮合构成正档组合；固定在齿轮(10)上的衬套(11)与输入齿轮轴(9)作动配合固定在中间齿轮(13)上的衬套(14)与固定在基板(19)的轴孔(112)上的短轴(17)作动配合，压板(15)由螺丝(16)固定在短轴(17)轴端上，齿轮轴(1)上的另一个齿轮(12)与齿轮(10)通过中间齿轮(13)啮合构成倒档组合；固定在输入齿轮轴(9)上的齿轮(7)与内齿圈(6)啮合构成档位离合器；装在拨叉(117)上的滑块(118)卡在内齿圈(6)的凹槽(125)内，拨叉(117)固定在轴(116)上，轴(116)与壳体(2)上的轴孔(119)作动配合，操作杆(120)固定在轴(116)上，齿轮轴(1)上的一个轴承(129)座落在壳体(2)上的轴承座(130)内，齿轮轴(1)上的另一个轴承(131)座落在基板(19)上的轴承座(132)内，输入齿轮轴(9)上的一个轴承(127)座落在壳体(2)上的轴承座(128)内，输入齿轮轴(9)上的另一个轴承(110)座落在基板(19)上的轴承座(111)内，轴封(121)、(133)、键(8)、螺丝(114)、(124)、装配口(122)、盖板(123)、隔圈(18)、(21)、(115)、挡圈(126)、壳体(2)与基板(19)对接由螺丝(113)紧固，构成正倒档齿轮箱。

2、据权利要求1所述的行星齿轮无级变速系统，其特征在于：行星齿轮无级变速器由两个不同的行星齿轮组合体为基础的无级变速机构组合而成的，在一个行星齿轮组合体中，两个除螺丝孔(26)、(34)有区别外，其他部位完全相同的定位臂(22)、(29)的中心有一个轴孔(27)，每个星位上朝径向开有一个凹槽(23)(32)，凹槽(23)、(32)上朝轴向开有一个定位口(24)、(30)，定位口(24)、(30)上有一个止转卡位(28)、(31)、定位销孔(25)、(33)，两个相同的带轴齿轮架(40)、(56)，齿轮(41)通过滚柱(51)与轴(55)作动配合，轴(55)的一头(52)固定在带轴齿轮架(40)的轴孔(39)上，另一头(54)固定在带轴齿轮架(56)的轴孔(53)上，与齿轮(41)啮合的齿轮(42)通过滚柱(43)与轴(47)作动配合，轴(47)的一头(44)固定在带轴齿轮架(40)的轴孔(37)上，另一头(46)固定在带轴齿轮架(56)的轴孔(45)上，构成行星齿轮组件，两个定位臂(22)、(29)的每一个星位上的凹槽(23)、(32)内装有一个行星齿轮组件，凹槽(23)上的定位口(24)套在带轴齿轮架(56)的台阶(50)上，台阶(50)上的止转卡位(48)与定位口(24)上的止转卡位(28)接合，凹槽(32)上的定位口(30)套在带轴齿轮架(40)的台阶(35)上，台阶(35)上的止转卡位(36)与定位口(30)上的止转卡位(31)接合，定位销(58)装入销孔(25)、(33)内将定位臂(22)、(29)定位，螺丝(57)紧固在螺孔(26)、(34)内，构成的行星齿轮组合体通过轴孔(27)套在输入齿轮轴(9)上，滚轮(59)通过滚柱(60)与带轴齿轮架(40)上的轴段(38)作动配合，滚轮(62)通过滚柱(63)与带轴齿轮架(56)上的轴段(49)作动配合，固定在输入齿轮轴(9)上的支撑轮(61)与滚轮(59)接合作滚动配合，固定在输入齿轮轴(9)上的支撑轮(64)与滚轮(62)接合作滚动配合，将行星齿轮组合体支撑起来，齿轮(41)与输入齿轮轴(9)上的齿轮(66)啮合，齿轮(42)与固定在带盘齿轮(67)上的内齿圈(65)啮合，带盘齿轮(67)通过孔壁(99)上的耐磨镀层(100)与输入齿轮轴(9)滑动配合，构成一个无级变速机构；当输入齿轮轴(9)的齿轮(66)作为始端输入，带盘齿轮(67)作为终端输出时，这个无级变速机构也是一个无级变速器。

3、据权利要求2所述的行星齿轮无级变速系统，其特征在于：在另一个行星齿轮组合体中，两个相同的齿轮架(75)、(80)、齿轮(70)通过滚柱(84)与轴(68)作动配合，轴(68)的一头(82)穿过齿轮架(75)的轴孔(69)后固定在轴孔(69)上，轴(68)的另一头(83)齿轮架(80)的轴孔(81)后固定在轴孔(81)上，与齿轮(70)啮合的齿轮(73)通过滚柱(85)与轴(71)作动配合，轴(71)的一头(88)穿过齿轮架(75)的轴孔(72)后固定在轴孔(72)上，轴(71)的另一头(87)穿过齿轮架(80)的轴孔(86)后固定在轴孔(86)上，构成行星齿轮组件，定位臂(74)两头的销孔(79)与销子(78)作动配合，销子(78)的一头(76)固定在齿轮架(75)的销孔(77)上，销子(78)另的一头(90)固定在齿轮架(80)的销孔(89)上，行星齿轮组件之间通过这样连接定位，构成的行星齿轮组合体套在带盘齿轮(67)的齿轮(98)上，滚轮(91)通过滚柱(134)与轴(68)的一个轴头(82)作动配合，滚轮(95)通过滚柱(135)与轴(68)的另一个轴头(83)作动配合，滚轮(94)通过滚柱(137)与轴(71)的一个轴头(88)作动配合，滚轮(97)通过滚柱(136)与轴(71)的另一个轴头(87)作动配合，滚轮(91)、(94)与带盘齿轮(67)盘上的支撑环(92)接合作滚动配合，滚轮(95)、(97)与固定在带盘齿轮(67)上的盘式支撑环(96)接合作滚动配合，星齿轮组合体支撑起来，齿轮(73)与带盘齿轮(67)上的齿轮(98)啮合，齿轮(70)与固定在带盘输出轴(101)上的内齿圈(93)啮合，带盘输出轴(101)通过滚柱(106)与输入齿轮轴(9)作动配合，带盘输出轴(101)上的轴承(103)座落在壳体(102)上的轴承座(104)内，构成另一个无级变速机构；当带盘齿轮(67)上的齿轮(98)作为始端输入，带盘输出轴(101)作为终端输出时，这个无级变速机构又是一个无级变速器。两个无级变速机构和轴封(105)、止桩(107).防磨垫(108)、(109)、壳体(102)与基板(19)对接由螺丝(20)紧固，联合构成一个无级变速器。

Images